特許 7181690 冷熱発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-22

(45)【発行日】2022-12-01

(54)【発明の名称】冷熱発電装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/16 20060101AFI20221124BHJP

【ＦＩ】

F02C6/16

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018003189

(22)【出願日】2018-01-12

(65)【公開番号】P2019124130

(43)【公開日】2019-07-25

【審査請求日】2020-11-30

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】猿田 浩樹

(72)【発明者】

【氏名】松隈 正樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０１７２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０３－０５４３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２５９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３８３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１１４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－００６０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１１４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公平０７－０１３４７０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００１－１９３４８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ １／０４

Ｆ０２Ｃ ６／１６

Ｈ０２Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

火力発電装置と、圧縮空気貯蔵発電装置と、出力合流部とを備える冷熱発電装置であって、
前記火力発電装置は、
液化天然ガスを気化させるＬＮＧ気化器と、
前記ＬＮＧ気化器によって気化した天然ガスを燃焼させて動力に変換する動力部と、
前記動力部で得られた動力によって駆動される主発電機と
を備え、
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記ＬＮＧ気化器にて前記液化天然ガスの気化時に発生する冷熱を利用して冷却された空気を圧縮する空気圧縮機と、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を貯蔵する空気タンクと、
前記空気タンクから供給された前記圧縮空気を前記動力部における前記天然ガスの燃焼によって発生した熱によって加熱する空気加熱器と、
前記空気加熱器で加熱された前記圧縮空気を膨張させる空気膨張機と、
前記空気膨張機によって駆動される補助発電機と
を備え、
前記出力合流部において、前記主発電機の出力と、前記補助発電機の出力とが合流され、
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記空気圧縮機から吐出された前記圧縮空気と熱交換して熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器にて加熱された前記熱媒を貯蔵する高温熱媒タンクと、
前記高温熱媒タンクに貯蔵された前記熱媒と前記空気タンクから前記空気膨張機に供給される前記圧縮空気とを熱交換することで前記圧縮空気を加熱する第２熱交換器と
をさらに備える冷熱発電装置。

【請求項2】

火力発電装置と、圧縮空気貯蔵発電装置と、出力合流部とを備える冷熱発電装置であって、
前記火力発電装置は、
液化天然ガスを気化させるＬＮＧ気化器と、
前記ＬＮＧ気化器によって気化した天然ガスを燃焼させて動力に変換する動力部と、
前記動力部で得られた動力によって駆動される主発電機と
を備え、
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記ＬＮＧ気化器にて前記液化天然ガスの気化時に発生する冷熱を利用して冷却された空気を圧縮する空気圧縮機と、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を貯蔵する空気タンクと、
前記空気タンクから供給された前記圧縮空気を前記動力部における前記天然ガスの燃焼によって発生した熱によって加熱する空気加熱器と、
前記空気加熱器で加熱された前記圧縮空気を膨張させる空気膨張機と、
前記空気膨張機によって駆動される補助発電機と
を備え、
前記出力合流部において、前記主発電機の出力と、前記補助発電機の出力とが合流され、
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記液化天然ガスの気化時に発生する冷熱を利用して前記圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
前記空気冷却器にて冷却された前記圧縮空気を膨張させて液化する空気液化器と、
前記空気液化器にて液化した液体空気を貯蔵する液体空気タンクと、
液体空気タンクに貯蔵された前記液体空気を気化させて前記空気膨張機に供給する空気気化器と
をさらに備える、冷熱発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷熱発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１，２には、ガスタービン発熱のために液化天然ガス（ＬＮＧ）が気化される際に発生する冷熱を利用する冷熱発電装置が開示されている。

【0003】

特許文献３には、ＬＮＧが気化する際の冷熱を利用して生成した液体空気をタンクに貯蔵し、タンク内の液体空気を必要に応じて気化させることで動力を得て発電する液体空気貯蔵発電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭５８－１０７８０６号公報

【文献】特開昭６３－２３０９１４号公報

【文献】特開平４－１２７８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１，２の冷熱発電装置は、ＬＮＧが気化する際に発生する冷熱を利用して発電するので、ＬＮＧを気化させないと発電できない。また、この冷熱発電装置の発電量は、ＬＮＧの気化量によって定まるため、発電量を適時に調整することが困難である。従って、需要電力量の変動に対して、発電量を応答性良く追従させることができない。即ち、需要電力量に対して適切な発電量を適時に確保できない。

【0006】

特許文献３の液体空気貯蔵発電システムは、ＬＮＧを気化しないときであっても発電することができるが、空気を液化することにエネルギーを消費するため、システム全体としての発電効率が高くない。また、ガスタービンを使用して発電するので発電量を頻繁に変更すると、制御が不安定になるおそれがある。従って、このシステムもまた、需要電力量の変動に対して、発電量を応答性良く追従させることができない。

【0007】

本発明は、発電効率を向上させるとともに、発電量を応答性良く需要電力量に追従させることができる冷熱発電装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、
火力発電装置と、圧縮空気貯蔵発電装置と、出力合流部とを備える冷熱発電装置であって、
前記火力発電装置は、
液化天然ガスを気化させるＬＮＧ気化器と、
前記ＬＮＧ気化器によって気化した天然ガスを燃焼させて動力に変換する動力部と、
前記動力部で得られた動力によって駆動される主発電機と
を備え、
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記ＬＮＧ気化器にて前記液化天然ガスの気化時に発生する冷熱を利用して冷却された空気を圧縮する空気圧縮機と、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気を貯蔵する空気タンクと、
前記空気タンクから供給された前記圧縮空気を前記動力部における前記天然ガスの燃焼によって発生した熱によって加熱する空気加熱器と、
前記空気加熱器で加熱された前記圧縮空気を膨張させる空気膨張機と、
前記空気膨張機によって駆動される補助発電機と
を備え、
前記出力合流部において、前記主発電機の出力と、前記補助発電機の出力とが合流される、冷熱発電装置を提供する。

【0009】

この構成によれば、ＬＮＧ気化器にてＬＮＧが気化する際に発生する冷熱を利用して空気を冷却し、冷却した空気を空気圧縮機に供給するので、圧縮空気の密度を高めることができ、空気圧縮機の圧縮効率を向上できる。また、空気加熱器にて天然ガスの燃焼によって発生した熱によって圧縮空気を加熱し、加熱された圧縮空気を空気膨張機によって膨張させるので、空気膨張機の膨張効率を向上でき、即ち補助発電機の発電効率を向上できる。また、火力発電装置の主発電機による安定した大容量の発電出力に、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置の補助発電機による応答性の高い発電出力を出力合流部にて加算できるので、安定した大容量の発電出力を得るとともに応答性の高い発電出力を得ることができる。さらにいえば、補助発電機の発電出力を変動することで、需要電力量に対して応答性よく発電量を追従させることができるため、主発電機の発電出力を変動させる必要がない。そのため、主発電機は最大出力での発電を継続できるため、発電効率を向上できる。

【0010】

前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記空気圧縮機から吐出された前記圧縮空気と熱交換して熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器にて加熱された前記熱媒を貯蔵する高温熱媒タンクと、
前記高温熱媒タンクに貯蔵された前記熱媒と前記空気タンクから前記空気膨張機に供給される前記圧縮空気とを熱交換することで前記圧縮空気を加熱する第２熱交換器と
をさらに備えてもよい。

【0011】

この構成によれば、第１熱交換器によって空気タンクに貯蔵される圧縮空気の温度を低下させることができ、好ましくは常温近傍にすることができる。そのため、空気タンクに貯蔵されている間の圧縮空気の大気中への放熱量を減少させることができるため、冷熱発電装置のエネルギー効率を向上できる。また、第１熱交換器で加熱された高温熱媒を高温熱媒タンクに貯蔵し、必要に応じて高温熱媒タンクの高温熱媒を第２熱交換器に供給し、第２熱交換器にて圧縮空気を加熱し、空気膨張機に加熱された圧縮空気を供給できるため、空気膨張機の膨張効率を向上できる。

【0012】

前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
前記液化天然ガスの気化時に発生する冷熱を利用して前記圧縮空気を冷却する空気冷却器と、
前記空気冷却器にて冷却された前記圧縮空気を膨張させて液化する空気液化器と、
前記空気液化器にて液化した液体空気を貯蔵する液体空気タンクと、
液体空気タンクに貯蔵された前記液体空気を気化させて前記空気膨張機に供給する空気気化器と
をさらに備えてもよい。

【0013】

この構成によれば、空気を液化することで大量の空気を液体空気タンクに貯蔵できる。そのため、空気膨張機に空気を長時間にわたって供給でき、補助発電機によって長時間にわたって発電できる。従って、主発電機の出力を長時間にわたって補うことができる。また、空気冷却器において、空気を液化する前に、ＬＮＧが気化する際の冷熱を利用して空気を冷却することにより、空気を液化するためのエネルギーを低減できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、冷熱発電装置において、火力発電装置の出力と圧縮空気貯蔵発電装置の出力とを合わせているため、発電効率を向上させるとともに、発電量を応答性良く需要電力量に追従させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る冷熱発電装置の概略構成図

【図2】風力発電装置の発電量の平準化を示すグラフ

【図3】図１の冷熱発電装置の変形例の概略構成図

【図4】第２実施形態に係る冷熱発電装置の概略構成図

【図5】第３実施形態に係る冷熱発電装置の概略構成図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0017】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷熱発電装置１の概略構成図である。冷熱発電装置１は、火力発電装置１０と、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：Compressed Air Energy Storage）発電装置２０とを備える。本実施形態の冷熱発電装置１は、後述する風力発電装置４０の発電量を平準化する機能を有している。

【0018】

火力発電装置１０は、蒸気タービン式であり、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃焼させることで蒸気タービンを駆動して発電する設備である。火力発電装置１０は、ＬＮＧ貯蔵容器１１と、ＬＮＧ気化器１２と、動力部１３と、主発電機１４とを備える。

【0019】

本実施形態のＬＮＧ貯蔵容器１１には、タンクローリー２によってＬＮＧ受入基地がある港湾から搬送されてきたＬＮＧが貯蔵される。貯蔵されるＬＮＧの温度は、例えば、－１６７℃である。ＬＮＧ貯蔵容器１１は、パイプラインによって天然ガス（ＮＧ）を輸送できない内陸部または非都市部の工場地帯などに建設されるサテライト基地に設置されると有用である。また、ＬＮＧ受入基地がある港湾の周辺に設けても有用である。ＬＮＧ貯蔵容器１１は、動力部１３と配管５ａによって接続されており、ＬＮＧ貯蔵容器１１に貯蔵されたＬＮＧは配管５ａを通じて動力部１３に供給される。配管５ａには、バルブ１５と、ＬＮＧ気化器１２と、三方弁１６とが介設されている。

【0020】

ＬＮＧ気化器１２では、ＬＮＧが、空気と熱交換して加熱されることで気化される。ＬＮＧ気化器１２は、配管５ａによって動力部１３のガス混合器１３Ａと接続されている。この配管５ａから三方弁１６を介して配管５ｂが分岐している。分岐した配管５ｂは、需要家設備３ａに接続されている。そのため、ＬＮＧ気化器１２で気化された天然ガスは、配管５ａを通じて動力部１３のガス混合器１３Ａに送出されるとともに、成分調整された後に都市ガスとして配管５ｂを通じて需要家設備３ａにも供給される。また、ＬＮＧ気化器１２にて天然ガスと熱交換することで冷却された空気は後述する空気圧縮機２１に供給される。

【0021】

本実施形態では、空気を利用してＬＮＧを加熱する空温式のＬＮＧ気化器１２を使用しているが、海水または地下水などを利用してＬＮＧを加熱する水温式の気化器を使用してもよい。水温式の気化器を使用する場合、詳細を図示しないが、ＬＮＧ気化器１２を通過した冷却水と空気とを熱交換させる熱交換器を追加して設け、当該熱交換器にて空気を冷却して空気圧縮機２１に供給する。また、天然ガスと空気を直接熱交換させずに窒素などを介して熱交換してもよい。いずれの場合でも、空気圧縮機２１の耐寒温度以内の温度（例えば－５０℃程度）まで空気を冷却することが好ましい。

【0022】

動力部１３は、主発電機１４を駆動する動力を生成する部分である。動力部１３は、ガス混合器１３Ａと、ボイラー１３Ｂと、蒸気タービン１３Ｃとを備える。

【0023】

ガス混合器１３Ａでは、配管５ａを通じてＬＮＧ気化器１２から送出された天然ガスと、ボイラー１３Ｂから出た排ガスとが混合される。ガス混合器１３Ａにて混合されたガスは、ボイラー１３Ｂに供給されて燃焼される。ボイラー１３Ｂには脱硝装置１３Ｄが取り付けられており、ボイラー１３Ｂからガス混合器１３Ａに供給される排ガスは、脱硝装置１３Ｄを通る際に脱硝される。また、ボイラー１３Ｂには煙突１３Ｅが並設され、脱硝装置１３Ｄによって脱硝された排ガスの一部が煙突１３Ｅから排気され、残りが前述のようにガス混合器１３Ａに送られる。また、ボイラー１３Ｂの内部には、ボイラー配管１３Ｆが配置されており、ボイラー配管１３Ｆは蒸気タービン１３Ｃまで延びている。ボイラー配管１３Ｆ内には、水ないし水蒸気が流れており、ボイラー１３Ｂにて加熱されることで、例えば６００℃程度の高温の水蒸気となり、蒸気タービン１３Ｃに供給される。

【0024】

蒸気タービン１３Ｃの給気口には、ボイラー配管１３Ｆを通じて水蒸気が供給され、供給された水蒸気によって蒸気タービン１３Ｃが回転駆動される。蒸気タービン１３Ｃは主発電機１４と機械的に接続されており、主発電機１４は蒸気タービン１３Ｃによって駆動される。主発電機１４は変圧器１７を介して電源系統４に電気的に接続されており、主発電機１４によって発電した電力は変圧器１７を介して昇圧され、例えば６６００Ｖの電源系統４に送られる。また、主発電機１４は、隣接する工場などの需要家設備３ｂにも電気的に接続されており、主発電機１４によって発電した電力は、例えば４４０Ｖの所内交流電圧として需要家設備３ｂにも供給される。

【0025】

蒸気タービン１３Ｃの排気口は配管６ａを通じてボイラー配管１３Ｆに接続されており、蒸気タービン１３Ｃから排出された水蒸気はボイラー１３Ｂに供給される。配管６ａには、予冷却器１３Ｇと復水器１３Ｈとが介設されている。蒸気タービン１３Ｃから排出された水蒸気は、予冷却器１３Ｇで冷却された後、復水器１３Ｈでさらに冷却されることで凝縮して液体の水になる。このようにして、ボイラー１３Ｂには、液体の水が供給され、前述のようにボイラー１３Ｂで加熱されて再び水蒸気となる。即ち、ボイラー１３Ｂと蒸気タービン１３Ｃとの間では、液体状態または気体状態の水ないし水蒸気が循環している。また、ボイラー１３Ｂにおける水が不足することを防止するために、純水タンク１３Ｉが設けられている。純水タンク１３Ｉは、ボイラー配管１３Ｆと接続され、ボイラー配管１３Ｆに適宜純水を補給できる。なお、予冷却器１３Ｇと復水器１３Ｈは、後述する配管７ｃ内の圧縮空気と熱交換する熱交換器である。従って、予冷却器１３Ｇと復水器１３Ｈは、後述するように配管７ｃを通じて空気膨張機２６に供給される圧縮空気を加熱する空気加熱器ともなっている。

【0026】

ＣＡＥＳ発電装置２０は、火力発電装置１０に隣接して設けられており、空気圧縮機２１と、空気タンク２５と、空気加熱器としての予冷却器１３Ｇおよび復水器１３Ｈと、空気膨張機２６と、補助発電機２７とを備える。

【0027】

本実施形態の空気圧縮機２１は、２段型スクリュ圧縮機であり、１段目圧縮機本体２２と、２段目圧縮機本体２３とを有している。１段目圧縮機本体２２および２段目圧縮機本体２３は、ともにモータ２４と機械的に接続されており、モータ２４からの動力によって駆動される。駆動されると、１段目圧縮機本体２２は、吸気口２２ａから空気を吸気し、内部で圧縮し、吐出口２２ｂから吐出し、２段目圧縮機本体２３に圧縮空気を圧送する。２段目圧縮機本体２３は、１段目圧縮機本体２２から吐出された圧縮空気を吸気口２３ａから吸気し、内部でさらに圧縮し、吐出口２３ｂから吐出する。本実施形態の１段目圧縮機本体２２および２段目圧縮機本体２３は、ともにスクリュ式であるが、これに代えて、例えばレシプロ式またはターボ式等であってもよい。特に２段目圧縮機本体２３は、レシプロ式であってもよい。これにより、例えば５ＭＰａ程度の高圧まで圧縮できる。また、２段目までスクリュ式として３段目としてレシプロ式の圧縮機を設けてもよい。

【0028】

１段目圧縮機本体２２の吸気口２２ａには配管７ａの一端が接続されており、配管７ａの他端は開放されている。また、配管７ａにはＬＮＧ気化器１２が設けられている。従って、空気圧縮機２１が吸気する空気は、ＬＮＧ気化器１２にて冷却された空気である。このとき、吸気する空気の温度は、空気圧縮機２１の耐寒性能にもよるが、例えば前述のように－５０℃程度である。また、２段目圧縮機本体２３の吐出口２３ｂは、配管７ｂを通じて空気タンク２５に接続されている。従って、空気圧縮機２１が吐出した圧縮空気は、配管７ｂを通じて空気タンク２５に供給される。このとき、吐出口２３ｂから吐出される圧縮空気の温度は、圧縮熱により昇温するため、例えば、１００℃程度まで上昇し、圧力は２ＭＰａ程度となる。

【0029】

配管７ｂには第１熱交換器２８ａが介設されており、第１熱交換器２８ａにて配管７ｂ内の圧縮空気は熱媒系統２８の熱媒と熱交換することで冷却される。換言すれば、第１熱交換器２８ａでは、熱媒系統２８の熱媒は、配管７ｂ内の圧縮空気熱交換することで加熱される。好ましくは、第１熱交換器２８ａでは、圧縮空気は常温（大気温度）程度まで冷却される。この熱媒系統２８については詳細を後述する。

【0030】

空気タンク２５には、空気圧縮機２１から圧送された圧縮空気が貯蔵される。空気タンク２５は配管７ｃを通じて空気膨張機２６の給気口２６ａに接続されており、空気タンク２５で貯蔵された圧縮空気は配管７ｃを通じて空気膨張機２６に供給される。配管７ｃには、バルブ２９と、第２熱交換器２８ｂと、上記の復水器１３Ｈと、上記の予冷却器１３Ｇとが介設されている。バルブ２９は、流量を調整する機能を有しており、バルブ２９によって空気タンク２５から空気膨張機２６に供給する空気量を調整できる。また、配管７ｃ内の圧縮空気は、第２熱交換器２８ｂと、復水器１３Ｈと、予冷却器１３Ｇとによって加熱された後に空気膨張機２６に供給される。特に、復水器１３Ｈおよび予冷却器１３Ｇでは、天然ガスの燃焼によって発生した熱によって圧縮空気を加熱している。このとき、空気膨張機２６に給気される圧縮空気の温度は、例えば１５０℃程度である。このように、空気膨張機２６に給気する圧縮空気を加熱することで膨張効率を向上させることができる。

【0031】

空気膨張機２６は、例えばスクリュ式であり、空気タンク２５から給気された圧縮空気によって駆動される。空気膨張機２６は補助発電機２７と機械的に接続されており、補助発電機２７は空気膨張機２６からの動力によって駆動される。補助発電機２７は出力合流部５０と変圧器１７とを介して電源系統４に電気的に接続されており、補助発電機２７によって発電した電力は主発電機１４によって発電した電力と合わせられる。本実施形態では、出力合流部５０は、単に電気配線の合流部分であるが、例えば電力の供給源ないし供給先を切り替えるスイッチなどの機構を有する部分であってもよい。また、空気膨張機２６にて膨張された空気は、排気口２６ｂから大気中に排気される。なお、本実施形態の空気膨張機２６は、後述する需要電力に対する応答性の高いスクリュ式であるが、これに代えて、例えばレシプロ式またはターボ式等であってもよい。また、本実施形態の空気膨張機２６は単段式であるが、２段以上の多段式にしてもかまわない。

【0032】

熱媒系統２８は、ＣＡＥＳ発電装置２０において圧縮空気の温度を調整するために設けられている。熱媒系統２８は、低温熱媒タンク２８ｃと、第１熱交換器２８ａと、高温熱媒タンク２８ｄと、第２熱交換器２８ｂとを備える。これらは、配管８ａ，８ｂによって接続されている。配管８ａ，８ｂ内では、図示しないポンプによって、熱媒がこれらの間を循環するように流されている。本実施形態では、熱媒として水を採用し、以降熱媒のことを水としても説明するが、熱媒の種類は水に限定されず、油などの任意の流体であり得る。また、セラミックスなどの固体蓄熱装置を用いてもよい。

【0033】

低温熱媒タンク２８ｃには、低温の水が貯蔵されている。低温熱媒タンク２８ｃには適宜水が補給され、必要量の水が内部に常時貯蔵されている。低温熱媒タンク２８ｃから高温熱媒タンク２８ｄまでは配管８ａが延びており、低温熱媒タンク２８ｃから高温熱媒タンク２８ｄに熱媒としての水を流すことができるようになっている。

【0034】

低温熱媒タンク２８ｃから高温熱媒タンク２８ｄまで延びる配管８ａには、第１熱交換器２８ａが介設されている。第１熱交換器２８ａでは、配管８ａ内の水が加熱され、配管７ｂ内の圧縮空気が冷却される。

【0035】

高温熱媒タンク２８ｄは、第１熱交換器２８ａで加熱された高温の水を貯蔵するタンクである。高温熱媒タンク２８ｄは、内部の水の温度を保つため、外部から断熱されていることが好ましい。高温熱媒タンク２８ｄから低温熱媒タンク２８ｃまでは配管８ｂが延びており、高温熱媒タンク２８ｄから低温熱媒タンク２８ｃに水を流すことができるようになっている。また、高温熱媒タンク２８ｄには、予冷却器１３Ｇと復水器１３Ｈとを接続する配管６ａの一部から分岐した配管８ｃが接続されている。配管８ｃにはバルブ２８ｅが介設されており、バルブ２８ｅを開くことで、高温熱媒タンク２８ｄに熱媒としての水を補給できる。また、バルブ２８ｅを閉じることで、この水の流れを遮断できる。

【0036】

高温熱媒タンク２８ｄから低温熱媒タンク２８ｃまで延びる配管８ｂには、第２熱交換器２８ｂが介設されている。第２熱交換器２８ｂでは、配管８ｂ内の水が冷却され、配管７ｃ内の圧縮空気が加熱される。

【0037】

本実施形態では、風力発電装置４０が電源系統４に電気的に接続されている。風力発電装置４０の発電する電力は、図示しないセンサによって常時測定されている。一般に、風力発電装置４０の発電量は、天候に依存するため、所定の値に保つことが難しい。そのため、発電量を所定の値に保つためには、変動する発電量を平準化する必要がある。これに対し、本実施形態の冷熱発電装置１は、風力発電装置４０の変動する発電量の平準化に適している。なお、本実施形態では、風力発電装置４０と接続する例を示したが、他の出力が安定しない再生可能エネルギーによる発電装置、例えば太陽光発電装置や太陽熱発電装置と接続してもよい。

【0038】

図２は、上記平準化の概念を示すグラフである。横軸が時間を示し、縦軸が電力を示している。一点鎖線Ｌ１は、工場などの需要家設備から求められる電力（需要電力）を示しており、図２では説明を簡単にするために一定値として水平線で示している。ただし、実際の需要電力は、一定ではなく、時間に応じて変動する値であり得る。また、二点鎖線Ｌ２は火力発電装置１０の主発電機１４の発電量を示している。本実施形態の主発電機１４の発電量は、最大出力を発揮しているため、一定値として水平線で示されている。二点鎖線の上で波打つ曲線は、火力発電装置１０の主発電機１４の発電量に追加された風力発電装置４０の発電量を示している。風力発電装置４０の発電量は、前述のように天候に応じて変動するため、図示のような波打つ曲線となっている。図２の例では、風力発電装置４０の発電量が一定量を下回ると、需要電力量に対応する発電量を確保できず、電力不足が発生する（図中の斜線領域Ａ参照）。これに対し、風力発電装置４０の発電量が一定以上となると、需要電力量を上回り、余剰電力が発生する（図中の斜線領域Ｂ参照）。

【0039】

本実施形態では、補助発電機２７によって、上記電力不足を補うように発電することで、需要電力を満たすとともに、上記余剰電力をモータ２４に供給して圧縮空気を製造することでエネルギーを無駄なく利用できる。また、エネルギーを無駄なく利用するために、主発電機１４および補助発電機２７で発電した電力を必要に応じてモータ２４に供給してもよい。また、図２中の時間ｔ１は、ＣＡＥＳ発電装置２０の立ち上げ時間を示している。ＣＡＥＳ発電装置２０の立ち上げ時間ｔ１は、例えば十数秒であり、火力発電装置１０の立ち上げ時間（例えば３０分程度）と比べて短い。従って、立ち上げの際にも高速に需要電力に応答できる。

【0040】

また、風力発電装置４０の発電量が需要量に十分達している場合には、火力発電装置１０の主発電機１４を停止し、風力発電装置４０の出力をＣＡＥＳ発電装置２０で平滑化して需要者に電力を供給してもよい。この場合、火力発電装置１０のＬＮＧの消費量を低減することができる。この場合、高温熱媒タンク２８ｄに蓄えられた高温熱媒で、空気膨張機２６に供給する前の圧縮空気を予熱することになる。また、火力発電装置１０で発生した熱を図示しない蓄熱装置に蓄えておき、その熱で予熱するようにしてもよい。

【0041】

本実施形態の冷熱発電装置１によれば、次のような利点がある。

【0042】

ＬＮＧ気化器１２にてＬＮＧが気化する際に発生する冷熱を利用して空気を冷却し、冷却した空気を空気圧縮機２１に供給するので、圧縮空気の密度を高めることができ、空気圧縮機２１の圧縮効率を向上できる。また、空気加熱器（予冷却器１３Ｇおよび復水器１３Ｈ）にて、ボイラー１３Ｂで天然ガスの燃焼によって発生した熱によって圧縮空気を加熱し、加熱された圧縮空気を空気膨張機２６によって膨張させるので、空気膨張機２６の膨張効率を向上でき、即ち補助発電機２７の発電効率を向上できる。

【0043】

さらにいえば、補助発電機２７の発電出力を変動することで、需要電力量に対して応答性よく発電量を追従させることができるため、主発電機１４の発電出力を変動させる必要がない。そのため、主発電機１４は最大出力での発電を継続できるため、発電効率を向上できる。

【0044】

また、火力発電装置１０の主発電機１４による安定した大容量の発電出力に、ＣＡＥＳ発電装置２０の補助発電機２７による応答性の高い発電出力を出力合流部５０にて加算できるので、安定した大容量の発電出力を得るとともに応答性の高い発電出力を得ることができる。

【0045】

第１熱交換器２８ａによって空気タンク２５に貯蔵される圧縮空気の温度を低下させることができ、好ましくは常温近傍にすることができる。そのため、空気タンク２５に貯蔵されている間の圧縮空気の大気中への放熱量を減少させることができるため、冷熱発電装置１のエネルギー効率を向上できる。また、第１熱交換器２８ａで加熱された高温熱媒を高温熱媒タンク２８ｄに貯蔵し、必要に応じて高温熱媒タンク２８ｄの高温熱媒を第２熱交換器２８ｂに供給し、第２熱交換器２８ｂにて圧縮空気を加熱し、空気膨張機２６に加熱された圧縮空気を供給できるため、空気膨張機２６の膨張効率を向上できる。

【0046】

第１実施形態の変形例として図３に示すように、ＣＡＥＳ発電装置２０は、熱媒系統２８（図１参照）を有していなくてもよい。熱媒系統２８（図１参照）は、ＣＡＥＳ発電装置２０の圧縮空気の温度を調整してエネルギー効率を向上させるために設けられるものである。従って、熱媒系統２８（図１参照）は、機能上、必須構成ではない。これは以降の実施形態でも同様である。さらにいえば、空気圧縮機２１が吸気する空気を、例えば－１５０℃程度まで冷却する場合、吐出口２３ｂから吐出される圧縮空気は、常温ないし５０℃程度となり得る。その場合、空気タンク２５において圧縮空気の大気への放熱量が少ない。従って、第１熱交換器２８ａで圧縮空気を冷却する必要性が少なくなるため、第１熱交換器２８ａを省略してもよい。

【0047】

（第２実施形態）
図４に示す第２実施形態の冷熱発電装置１では、火力発電装置１０の動力部１３がガスタービン式となっている。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態の冷熱発電装置１の構成と同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

【0048】

本実施形態の動力部１３は、燃焼器１３Ｊと、空気圧縮機１３Ｋと、ガスタービン１３Ｌと、排熱回収ボイラー１３Ｍとを備える。

【0049】

燃焼器１３Ｊは配管５ａによってＬＮＧ気化器１２と接続されており、ＬＮＧ気化器１２にて気化した天然ガスは配管５ａを通じて燃焼器１３Ｊに送られる。また、燃焼器１３Ｊは、空気圧縮機１３Ｋと、ガスタービン１３Ｌとに流体連通している。燃焼器１３Ｊでは、ＬＮＧ気化器１２から配管５ａを通じて送出された天然ガスと、吸気口１３Ｎから吸気して空気圧縮機１３Ｋにて圧縮された圧縮空気とが混合されて燃焼され、高温の燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスによってガスタービン１３Ｌが駆動される。ガスタービン１３Ｌは主発電機１４と機械的に接続されており、主発電機１４はガスタービン１３Ｌによって駆動される。

【0050】

ガスタービン１３Ｌには排熱回収ボイラー１３Ｍが取り付けられており、ガスタービン１３Ｌの駆動に供された燃焼ガスは排熱回収ボイラー１３Ｍにて熱回収される。排熱回収ボイラー１３Ｍの内部には脱硝装置１３Ｐが設けられており、排気される燃焼ガスは脱硝装置１３Ｐを通る際に脱硝される。また、排熱回収ボイラー１３Ｍには、空気加熱器１３Ｏと煙突１３Ｑが取り付けられており、排熱回収ボイラー１３Ｍを経て排気される高温の排ガスは、空気加熱器１３Ｏを介して熱回収された後、煙突１３Ｑから排気される。空気加熱器１３Ｏでは、排ガスから熱回収した熱によって配管７ｃ内の圧縮空気を加熱し、空気膨張機２６に供給される圧縮空気を昇温させている。本実施形態では、空気膨張機２６に供給される圧縮空気は、空気加熱器１３Ｏにて加熱されることで、例えば１５０℃程度となる。

【0051】

本実施形態の冷熱発電装置１によって得られる利点は第１実施形態と実質的に同じである。

【0052】

（第３実施形態）
図５に示す第３実施形態の冷熱発電装置１では、液体空気を生成および貯蔵する構成を備える。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態の冷熱発電装置１の構成と同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

【0053】

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２０は、第１実施形態の構成に加えて、空気冷却器３０と、空気液化器３１と、液体空気タンク３２と、空気気化器３３とを備える。空気冷却器３０と、空気液化器３１と、液体空気タンク３２と、空気気化器３３とは、配管７ｄ～７ｇを通じて接続されており、配管７ｄ～７ｇ内には液体状態または気体状態の空気が流れている。

【0054】

空気冷却器３０では、ＬＮＧ貯蔵容器１１からガス混合器１３Ａに向かって延び、バルブ３５が介設された配管５ｃ内のＬＮＧと、第１熱交換器２８ａから空気タンク２５に延びる配管７ｂから三方弁３４を介して分岐して空気液化器３１まで延びる配管７ｄ内の圧縮空気とが熱交換する。具体的には、空気冷却器３０では、ＬＮＧが加熱され、圧縮空気が冷却される。ここで、加熱されたＬＮＧは気化してガス混合器１３Ａに送られ、冷却された圧縮空気は配管７ｄを通じて空気液化器３１に送られる。

【0055】

空気液化器３１は、空気冷却器３０にて冷却された圧縮空気を断熱膨張させることによってさらに温度を低下させ、液化するものである。空気液化器３１は配管７ｅによって液体空気タンク３２と接続されており、空気液化器３１で液化された液体空気は配管７ｅを通じて液体空気タンク３２に送られる。

【0056】

液体空気タンク３２は、液体空気を貯蔵するタンクである。液体空気タンク３２は、液体状態の空気を貯蔵するため、気体状態の空気を貯蔵する空気タンク２５よりも容量を小さくしつつ大量の空気を貯蔵できる。液体空気タンク３２は配管７ｆによって空気気化器３３と接続されており、液体空気タンク３２に貯蔵された液体空気は配管７ｆを通じて空気気化器３３に送られる。なお、空気液化器３１で液化された液化空気の流通経路上に空気分離装置（不図示）を必要に応じて設け、液化空気から空気中の成分のうち商業的に有用な成分（例えばアルゴンガス等）を分離して、需要家設備３ｃに送出するようにしてもよい。

【0057】

空気気化器３３は、液体空気を気化させる機能を有している。空気気化器３３の態様は、特に限定されず、例えば大気で液体空気を加熱する空温式であってもよい。空気気化器３３は、配管７ｇを通じて配管７ｃと接続されている。即ち、空気気化器３３で気化された空気は、空気タンク２５からの圧縮空気とともに空気膨張機２６に給気される。

【0058】

本実施形態によれば、空気を液化することで大量の空気を液体空気タンク３２に貯蔵できる。そのため、空気膨張機２６に空気を長時間にわたって供給でき、補助発電機２７によって長時間にわたって発電できる。従って、主発電機１４の出力を長時間にわたって補うことができる。また、空気冷却器３０において、空気を液化する前に、ＬＮＧが気化する際の冷熱を利用して空気を冷却することにより、空気を液化するためのエネルギーを低減できる。

【0059】

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。上記実施形態では、風力発電装置４０の発電量の平準化に冷熱発電装置１を利用しているが、本用途以外にも応答性良く需要電力に追従することが必要となる任意の用途に対して冷熱発電装置１を利用できる。例えば、その他の再生可能エネルギーの平準化、または、適時適量の電力を要求する工場などの電力確保などにも利用できる。

【符号の説明】

【0060】

１ 冷熱発電装置
２ タンクローリー
３ａ，３ｂ，３ｃ 需要家設備
４ 電源系統
５ａ～５ｃ 配管（ＬＮＧ・ＮＧ用）
６ａ 配管（水・水蒸気用）
７ａ～７ｇ 配管（空気・液体空気用）
８ａ～８ｃ 配管（熱媒用）
１０ 火力発電装置
１１ ＬＮＧ貯蔵容器
１２ ＬＮＧ気化器
１３ 動力部
１３Ａ ガス混合器
１３Ｂ ボイラー
１３Ｃ 蒸気タービン
１３Ｄ 脱硝装置
１３Ｅ 煙突
１３Ｆ ボイラー配管
１３Ｇ 予冷却器（空気加熱器）
１３Ｈ 復水器（空気加熱器）
１３Ｉ 純水タンク
１３Ｊ 燃焼器
１３Ｋ 空気圧縮機
１３Ｌ ガスタービン
１３Ｍ 排熱回収ボイラー
１３Ｎ 吸気口
１３Ｏ 空気加熱器
１３Ｐ 脱硝装置
１３Ｑ 煙突
１４ 主発電機
１５ バルブ
１６ 三方弁
１７ 変圧器
２０ 圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２１ 空気圧縮機
２２ １段目圧縮機本体
２２ａ 吸気口
２２ｂ 吐出口
２３ ２段目圧縮機本体
２３ａ 吸気口
２３ｂ 吐出口
２４ モータ
２５ 空気タンク
２６ 空気膨張機
２６ａ 給気口
２６ｂ 排気口
２７ 補助発電機
２８ 熱媒系統
２８ａ 第１熱交換器
２８ｂ 第２熱交換器
２８ｃ 低温熱媒タンク
２８ｄ 高温熱媒タンク
２８ｅ バルブ
２９ バルブ
３０ 空気冷却器
３１ 空気液化器
３２ 液体空気タンク
３３ 空気気化器
３４ 三方弁
３５ バルブ
４０ 風力発電装置
５０ 出力合流部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】