JP2023086522A - Compressed air storage power generation device - Google Patents

Abstract

To provide a compressed air storage power generation device optionally selecting power generation amount as the entire device.SOLUTION: A compressed air storage power generation device 1 includes: a pressure accumulation tank 6; a multistage type expander 8 that has a plurality of expander bodies driven by compressed air supplied from the pressure accumulation tank 6 and connected in series, the plurality of expander bodies comprising a first expander body 8b and a second expander body 8a disposed on the low pressure stage side of the first expander body 8b; a bypass flow passage 24 bypassing the first expander body 8b and causing air to flow in the second expander body 8a; a first pressure reduction valve 27a provided in the bypass flow passage 24 and reducing pressure of air passing through the bypass flow passage 24; a bypass switching section 26 for switching whether or not to cause air supplied from the pressure accumulation tank 6 to bypass the first expander body 8b by using the bypass flow passage 24; and a control device 30 for controlling the bypass switching section 26.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。 The present invention relates to a compressed air storage power generation device.

風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーを利用した発電は、気象条件に依存するため、出力が安定しないことがある。このため、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置等のエネルギー貯蔵装置を使用して出力を平準化する必要がある。 Power generation using renewable energy such as wind power generation and solar power generation depends on weather conditions, so the output may not be stable. This requires the use of energy storage devices, such as compressed air energy storage (CAES) generators, to level the output.

ＣＡＥＳ発電装置では、圧縮機を使用することで電気エネルギーを圧縮空気として蓄圧タンクに蓄え、膨張機を使用することで蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を電気エネルギーに変換する。 In the CAES power generator, the compressor is used to store electrical energy in the form of compressed air in the accumulator tank, and the expander is used to convert the compressed air stored in the accumulator tank into electrical energy.

特許文献１には、蓄圧タンクの内圧が減少した際、多段型の膨張機において運転効率が悪くなる段の膨張機には圧縮空気を通さずバイパスさせることで装置全体としての運転効率の低下を抑制しているＣＡＥＳ発電装置が開示されている。 In Patent Document 1, when the internal pressure of the pressure accumulator tank decreases, the operation efficiency of the entire device is reduced by bypassing the expansion machine at the stage where the operation efficiency of the multi-stage expander deteriorates. A restraining CAES power plant is disclosed.

特開２０１７－００８８６７号公報JP 2017-008867 A

特許文献１に記載のＣＡＥＳ発電装置では、バイパス流路は設けられているが、そのバイパス流路を通過する圧縮空気の圧力の調整については特段の示唆がない。換言すると、バイパス流路に接続された段の膨張機本体には蓄圧タンクの内圧の圧縮空気が供給される。つまり、バイパス流路に接続された段の膨張機本体に対して変換効率が向上するような圧力で圧縮空気を供給することについて、改善の余地がある。 Although the CAES power generator described in Patent Literature 1 is provided with a bypass flow path, there is no particular suggestion regarding the adjustment of the pressure of the compressed air passing through the bypass flow path. In other words, the compressed air at the internal pressure of the accumulator tank is supplied to the expander main body of the stage connected to the bypass passage. In other words, there is room for improvement in supplying compressed air to the expander main body of the stage connected to the bypass channel at a pressure that improves the conversion efficiency.

本発明は、バイパス流路によって膨張機本体を迂回するかを選択し、かつ、バイパス流路に接続された段の膨張機本体に供給される圧力を調整することで、装置全体の変換効率を向上する圧縮空気貯蔵発電装置を提供することを課題とする。 According to the present invention, the conversion efficiency of the entire apparatus is improved by selecting whether to bypass the expander main body by the bypass flow path and by adjusting the pressure supplied to the expander main body of the stage connected to the bypass flow path. It is an object to provide an improved compressed air storage power plant.

本発明は、変動する入力電力により駆動される電動機と、前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と流体的に接続され、前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンクと流体的に接続され、前記蓄圧タンクから供給される圧縮空気によって駆動される直列接続された複数の膨張機本体を有し、前記複数の膨張機本体は第１膨張機本体と、前記第１膨張機本体より低圧段側に配置された第２膨張機本体とを含む多段型の膨張機と、前記第１膨張機本体と機械的に接続された第１発電機と、前記第２膨張機本体と機械的に接続された第２発電機と、前記第１膨張機本体を迂回して、前記第２膨張機本体に空気を流動させるバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を通過する空気の圧力を減圧する第１減圧弁と、前記蓄圧タンクから供給された空気を前記バイパス流路を使用して前記第１膨張機本体を迂回するか切り替えるためのバイパス切替部と、前記バイパス切替部を制御する制御装置とを備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。 The present invention comprises an electric motor driven by fluctuating input power, a compressor mechanically connected with the electric motor for compressing air, and a compressor fluidly connected with the compressor and compressed by the compressor. an accumulator tank for storing air; and a plurality of expander bodies fluidly connected to the accumulator tank and connected in series to be driven by compressed air supplied from the accumulator tank, wherein the plurality of expander bodies are connected in series. is a multi-stage expander including a first expander main body and a second expander main body disposed on the low-pressure stage side of the first expander main body, and is mechanically connected to the first expander main body a first generator, a second generator mechanically connected to the second expander body, and a bypass flow path that bypasses the first expander body and causes air to flow to the second expander body. a first pressure reducing valve provided in the bypass flow path for reducing the pressure of air passing through the bypass flow path; and the first expansion of the air supplied from the pressure accumulator tank using the bypass flow path. Provided is a compressed air storage power generator comprising a bypass switching unit for bypassing or switching a machine body, and a control device for controlling the bypass switching unit.

多段型の膨張機では、配置される段が異なると、供給される圧縮空気の圧力と、その圧力が有するエネルギーを電力に変換する際の変換効率との関係も異なることがある。換言すると、第１膨張機本体および第２膨張機本体のそれぞれに対して同じ圧力の圧縮空気を供給した場合であっても、発電量が異なることがある。本発明によれば、バイパス流路を介することで第１膨張機本体を迂回するかを選択することができ、かつ、減圧弁によって第２膨張機本体に供給される圧縮空気を減圧することができる。すなわち、第１膨張機本体および第２膨張機本体の両方で発電した場合の装置全体の変換効率と、バイパス流路を介して調整された圧力の圧縮空気を第２膨張機本体に供給し発電した場合の装置全体の変換効率とを比較して選択することができる。そのため、装置全体の変換効率が向上され得る。 In a multi-stage expander, if the arranged stages are different, the relationship between the pressure of the supplied compressed air and the conversion efficiency when converting the energy of the pressure into electric power may also be different. In other words, even when compressed air having the same pressure is supplied to each of the first expander main body and the second expander main body, the power generation amounts may differ. According to the present invention, it is possible to select whether to bypass the first expander body through the bypass passage, and to reduce the pressure of the compressed air supplied to the second expander body by the pressure reducing valve. can. That is, the conversion efficiency of the entire device when power is generated by both the first expander body and the second expander body, and the power generation by supplying the compressed air with the pressure adjusted through the bypass flow path to the second expander body It can be selected by comparing the conversion efficiency of the entire device in the case of . Therefore, the conversion efficiency of the entire device can be improved.

前記制御装置は、前記バイパス流路を介して前記第２膨張機本体に圧縮空気を供給した場合の前記第２発電機の発電量が、前記第１膨張機本体を介して前記第２膨張機本体に圧縮空気を供給した場合の前記第１発電機および前記第２発電機の発電量の合計より高い場合、圧縮空気が前記第１膨張機本体を迂回して流れるように前記バイパス切替部を制御してもよい。 The control device controls the amount of power generated by the second generator when compressed air is supplied to the second expander main body via the bypass flow path so that the second expander via the first expander main body When the power generation amount of the first generator and the second generator when the compressed air is supplied to the main body is higher than the total amount of power generation, the bypass switching unit is operated so that the compressed air flows bypassing the first expander main body. may be controlled.

前記の構成によれば、バイパス流路を介する場合と介さない場合とのそれぞれの発電量を比較して、発電量が多い方を選択するように制御しているため、装置全体として発電量を増加させることができる。 According to the above configuration, the amount of power generation is compared between when the bypass flow path is used and when the bypass flow path is not used, and control is performed to select the one with the larger amount of power generation. can be increased.

前記第１減圧弁は、前記第２膨張機本体および前記第２発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率の８０％以上となるように減圧してもよい。 The first pressure reducing valve may reduce the pressure so that the efficiency of conversion from pressure to electric power by the second expander main body and the second generator is 80% or more of the maximum efficiency.

前記の構成によれば、第２膨張機本体および第２発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率を含む高い効率であるため、第２発電機による発電量を多くすることができる。 According to the above configuration, since the efficiency of conversion from pressure to electric power by the second expander body and the second generator is high including the highest efficiency, the amount of power generated by the second generator can be increased.

圧縮空気貯蔵発電装置は、前記複数の膨張機本体のうち最も高圧段である第３膨張機本体に機械的に接続された第３発電機と、前記第３膨張機本体と前記蓄圧タンクを流体的に接続する圧縮空気流路に設けられ、前記圧縮空気流路を通過する空気の圧力を減圧する第２減圧弁とをさらに備え、前記第２減圧弁は、前記第３膨張機本体および前記第３発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率の８０％以上となるように減圧してもよい。 The compressed air storage power generation device includes: a third generator mechanically connected to a third expander main body which is the highest pressure stage among the plurality of expander main bodies; and a second pressure reducing valve provided in a compressed air flow path that is directly connected to reduce the pressure of air passing through the compressed air flow path, wherein the second pressure reducing valve is connected to the third expander main body and the The pressure may be reduced so that the conversion efficiency from pressure to electric power by the third generator is 80% or more of the maximum efficiency.

前記の構成によれば、第３膨張機本体および第３発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率を含む高い効率であるため、第３発電機による発電量を多くすることができる。 According to the above configuration, since the conversion efficiency from pressure to electric power by the third expander main body and the third generator is high efficiency including the highest efficiency, the amount of power generated by the third generator can be increased.

圧縮空気貯蔵発電装置は、前記複数の膨張機本体のそれぞれに供給される圧縮空気の供給圧力と、前記供給圧力における前記複数の膨張機本体のそれぞれの変換効率とが記録される記録媒体をさらに備えてもよい。 The compressed air storage power generation device further includes a recording medium for recording a supply pressure of the compressed air supplied to each of the plurality of expander bodies and a conversion efficiency of each of the plurality of expander bodies at the supply pressure. You may prepare.

前記の構成によれば、圧力および変換効率の関係を実データから採取できる。そのため、圧力および変換効率の関係を計算から求める場合に比べ、圧力および変換効率の関係の信頼性が向上し得る。 According to the above configuration, the relationship between pressure and conversion efficiency can be obtained from actual data. Therefore, the reliability of the relationship between pressure and conversion efficiency can be improved compared to the case where the relationship between pressure and conversion efficiency is calculated.

本発明の圧縮空気貯蔵発電装置によれば、バイパス流路によって膨張機本体を迂回するかを選択でき、かつ、バイパス流路に接続された段の膨張機本体に供給される圧力を調整できるため、装置全体の変換効率を向上できる。 According to the compressed air storage power generation device of the present invention, it is possible to select whether to bypass the expander main body by the bypass flow path, and to adjust the pressure supplied to the expander main body of the stage connected to the bypass flow path. , the conversion efficiency of the entire device can be improved.

本発明の第１実施形態における圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram of the compressed air storage power generation apparatus in 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態における第１発電態様における圧力および変換効率の関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between pressure and conversion efficiency in the first power generation mode in the first embodiment; 第１実施形態における第２発電態様における圧力および変換効率の関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between pressure and conversion efficiency in a second power generation mode in the first embodiment; 第１実施形態における圧縮空気貯蔵発電装置の発電動作の制御を説明するフローチャート。4 is a flowchart for explaining control of the power generation operation of the compressed air storage power generation device according to the first embodiment; 本発明の第２実施形態における圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。The schematic block diagram of the compressed air storage power generation apparatus in 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態における第１発電態様における圧力および変換効率の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship of the pressure and conversion efficiency in the 1st electric power generation mode in 2nd Embodiment. 第２実施形態における圧縮空気貯蔵発電装置の発電動作の制御を説明するフローチャート。8 is a flowchart for explaining control of power generation operation of the compressed air storage power generation device according to the second embodiment;

（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置１の全体的な構成と機能を説明する。ＣＡＥＳ発電装置１は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電設備の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給するとともに、発電需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。 (First embodiment)
With reference to FIG. 1, the overall configuration and function of a compressed air energy storage (CAES) power generator 1 according to this embodiment will be described. The CAES power generation device 1 supplies power to the power system by leveling output fluctuations of power generation equipment that generates power using renewable energy, and supplies power to the power system according to fluctuations in demand for power generation.

ＣＡＥＳ発電装置１は、圧縮機４、蓄圧タンク６、および膨張機８を備える。 The CAES power generator 1 includes a compressor 4 , an accumulator tank 6 and an expander 8 .

本実施形態では、圧縮機４は、低圧段圧縮機本体４ａおよび高圧段圧縮機本体４ｂを有する２段型のスクリュ圧縮機である。低圧段圧縮機本体４ａおよび高圧段圧縮機本体４ｂはそれぞれ、モータ（電動機）１４ａ，１４ｂを備える。モータ１４ａ，１４ｂは、低圧段圧縮機本体４ａおよび高圧段圧縮機本体４ｂの内部のスクリュに機械的に接続されている。図示しない発電設備で発電された変動する入力電力がモータ１４ａ，１４ｂに供給されると、この電力によりモータ１４ａ，１４ｂが駆動され、スクリュが回転して低圧段圧縮機本体４ａおよび高圧段圧縮機本体４ｂが作動し、空気を圧縮する。圧縮機４は２段型に限定されず３段型以上であってもよく、複数台設置されてもよい。圧縮機４の種類は特に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、およびレシプロ式等であってもよい。 In this embodiment, the compressor 4 is a two-stage screw compressor having a low-pressure stage compressor main body 4a and a high-pressure stage compressor main body 4b. The low-pressure stage compressor body 4a and the high-pressure stage compressor body 4b are provided with motors (electric motors) 14a and 14b, respectively. The motors 14a, 14b are mechanically connected to screws inside the low-pressure stage compressor body 4a and the high-pressure stage compressor body 4b. When fluctuating input electric power generated by a power generation facility (not shown) is supplied to the motors 14a and 14b, the electric power drives the motors 14a and 14b, rotates the screws, and rotates the low-pressure stage compressor main body 4a and the high-pressure stage compressor. The body 4b is activated and compresses the air. The compressor 4 is not limited to a two-stage type, and may be a three-stage type or more, and a plurality of units may be installed. The type of the compressor 4 is not particularly limited, and may be, for example, a turbo type, a scroll type, a reciprocating type, or the like.

蓄圧タンク６は、圧縮機４と流体的に接続され、圧縮機４から圧送された圧縮空気を貯蔵する。従って、蓄圧タンク６には、圧縮空気としてエネルギーが蓄積されている。蓄圧タンク６で貯蔵された圧縮空気は、膨張機８に供給される。 The accumulator tank 6 is fluidly connected to the compressor 4 and stores compressed air pressure-fed from the compressor 4 . Therefore, energy is stored in the pressure accumulator tank 6 as compressed air. Compressed air stored in the accumulator tank 6 is supplied to the expander 8 .

膨張機８は、蓄圧タンク６と流体的に接続され、直列接続された低圧段膨張機本体（第２膨張機本体）８ａおよび高圧段膨張機本体（第１膨張機本体）８ｂを有する２段型のスクリュ膨張機である。低圧段膨張機本体８ａおよび高圧段膨張機本体８ｂは、蓄圧タンク６から供給される圧縮空気によって駆動される。低圧段膨張機本体８ａは、発電機（第２発電機）１２ａを備える。高圧段膨張機本体８ｂは、発電機（第１発電機）１２ｂを備える。発電機１２ａ，１２ｂは、低圧段膨張機本体８ａおよび高圧段膨張機本体８ｂの内部のスクリュに機械的に接続されている。発電機１２ａ，１２ｂで発電した電力は、図示しない外部の電力系統に供給される。本実施形態では、高圧段膨張機本体８ｂは、膨張機８において最も高圧段に配置された最高圧段膨張機本体（第３膨張機本体）であり、発電機１２ｂは、最高圧段膨張機本体に接続された最高圧段発電機（第３発電機）である。膨張機８は２段型に限定されず３段型以上であってもよく、複数台設置されてもよい。膨張機８の種類は特に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、およびレシプロ式等であってもよい。 The expander 8 is fluidly connected to the accumulator tank 6, and has two stages having a low-pressure stage expander body (second expander body) 8a and a high-pressure stage expander body (first expander body) 8b connected in series. type screw expander. The low-pressure stage expander main body 8 a and the high-pressure stage expander main body 8 b are driven by compressed air supplied from the pressure accumulator tank 6 . The low-pressure stage expander body 8a includes a generator (second generator) 12a. The high-pressure stage expander body 8b includes a generator (first generator) 12b. The generators 12a and 12b are mechanically connected to screws inside the low-pressure stage expander main body 8a and the high-pressure stage expander main body 8b. Electric power generated by the generators 12a and 12b is supplied to an external electric power system (not shown). In this embodiment, the high pressure stage expander body 8b is the highest pressure stage expander body (third expander body) arranged at the highest pressure stage in the expander 8, and the generator 12b is the highest pressure stage expander body. It is the highest pressure stage generator (third generator) connected to the main body. The expander 8 is not limited to a two-stage type, and may be a three-stage type or more, and a plurality of units may be installed. The type of the expander 8 is not particularly limited, and may be, for example, a turbo type, a scroll type, a reciprocating type, or the like.

低圧段圧縮機本体４ａの吸気口４ｃは、空気配管１０ａを介して大気に開放されている。低圧段圧縮機本体４ａの吐出口４ｄと高圧段圧縮機本体４ｂの吸気口４ｅとは空気配管１０ｂを介して流体的に接続されている。高圧段圧縮機本体４ｂの吐出口４ｆは、空気配管１０ｃを介して蓄圧タンク６に流体的に接続されている。 An intake port 4c of the low-pressure stage compressor main body 4a is open to the atmosphere via an air pipe 10a. The discharge port 4d of the low-pressure stage compressor body 4a and the intake port 4e of the high-pressure stage compressor body 4b are fluidly connected via an air pipe 10b. A discharge port 4f of the high-pressure stage compressor main body 4b is fluidly connected to the accumulator tank 6 via an air pipe 10c.

蓄圧タンク６は、空気配管（圧縮空気流路）１０ｄを介して高圧段膨張機本体８ｂの給気口８ｃに流体的に接続されている。高圧段膨張機本体８ｂの排気口８ｄと低圧段膨張機本体８ａの給気口８ｅとは空気配管１０ｅを介して流体的に接続されている。低圧段膨張機本体８ａの排気口８ｆは、空気配管１０ｆを介して大気に開放されている。 The accumulator tank 6 is fluidly connected to the air supply port 8c of the high-pressure stage expander main body 8b via an air pipe (compressed air flow path) 10d. The exhaust port 8d of the high-pressure stage expander main body 8b and the air supply port 8e of the low-pressure stage expander main body 8a are fluidly connected via an air pipe 10e. An exhaust port 8f of the low-pressure stage expander body 8a is open to the atmosphere via an air pipe 10f.

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、バイパス流路２４、バイパス切替部２６、および制御装置３０を備える。バイパス流路２４は、高圧段膨張機本体８ｂを迂回して、低圧段膨張機本体８ａに圧縮空気を流動させる（図１の破線参照）。バイパス切替部２６によって、バイパス流路２４を使用して高圧段膨張機本体８ｂを迂回するか、または、迂回しないかが切り替えられる。また、制御装置３０によってバイパス切替部２６が制御される。 The CAES power generator 1 of this embodiment includes a bypass flow path 24 , a bypass switching section 26 and a control device 30 . The bypass flow path 24 bypasses the high-pressure stage expander main body 8b and causes the compressed air to flow to the low-pressure stage expander main body 8a (see the broken line in FIG. 1). The bypass switching unit 26 switches between using the bypass flow path 24 to bypass the high-pressure stage expander main body 8b or not to bypass it. Also, the bypass switching unit 26 is controlled by the controller 30 .

バイパス流路２４は、一端が空気配管１０ｄに接続され、他端が空気配管１０ｅに接続されている。詳細は後述するが、圧縮空気は、バイパス切替部２６が制御されることによって、高圧段膨張機本体８ｂまたはバイパス流路２４のどちらか一方を流れる。 The bypass channel 24 has one end connected to the air pipe 10d and the other end connected to the air pipe 10e. Although the details will be described later, the compressed air flows through either the high-pressure stage expander main body 8b or the bypass passage 24 by controlling the bypass switching unit 26 .

空気配管１０ｃには、バルブ１８ａが設けられており、必要に応じてバルブ１８ａを開閉し、蓄圧タンク６への圧縮空気の供給を許容または遮断する。 A valve 18a is provided in the air pipe 10c, and the valve 18a is opened and closed as necessary to allow or block the supply of compressed air to the accumulator tank 6.

また、空気配管１０ｄにおける、空気配管１０ｄおよびバイパス流路２４の接続点より上流側には、バルブ１８ｂが設けられており、必要に応じてバルブ１８ｂを開閉し、膨張機８への圧縮空気の供給を許容または遮断する。 In addition, a valve 18b is provided on the upstream side of the connection point of the air pipe 10d and the bypass flow path 24 in the air pipe 10d. Allow or cut off the supply.

バイパス切替部２６は、バルブ２７ａ，２７ｂを有する。バルブ２７ａは、バイパス流路２４に設けられ、バルブ２７ｂは、空気配管１０ｄにおける、空気配管１０ｄおよびバイパス流路２４の接続点より下流側に設けられている。バイパス切替部２６によって、バルブ２７ａ，２７ｂの開閉を切り替えられ、圧縮空気が、高圧段膨張機本体８ｂまたはバイパス流路２４のどちらを流れるかが切り替えられる。 The bypass switching unit 26 has valves 27a and 27b. The valve 27a is provided in the bypass channel 24, and the valve 27b is provided downstream from the connection point of the air pipe 10d and the bypass channel 24 in the air pipe 10d. The bypass switching unit 26 switches between opening and closing of the valves 27a and 27b, and switches whether the compressed air flows through the high-pressure stage expander body 8b or the bypass passage 24. FIG.

本実施形態では、バルブ２７ａは第１減圧弁である。バルブ２７ａは、圧力調整機能および遮断機能を有している。すなわち、図示しない調整ねじを調整することで、圧力を調整でき、例えば、バルブ２７ａは、圧縮空気の圧力が減圧される減圧状態、または圧縮空気の圧力が減圧されない開状態に切り替えられる。また、図示しない調整ねじを完全に閉じ、バルブ２７ａを閉状態とすることで、遮断状態、つまり、圧縮空気が流れない状態にできる。圧縮空気の減圧時には、バイパス流路２４を通過する圧縮空気は、バルブ２７ａにおいて圧力Ｐ（ｒ）まで減圧される。 In this embodiment, the valve 27a is the first pressure reducing valve. The valve 27a has a pressure regulation function and a shutoff function. That is, the pressure can be adjusted by adjusting an adjustment screw (not shown). For example, the valve 27a is switched between a reduced pressure state in which the pressure of the compressed air is reduced and an open state in which the pressure of the compressed air is not reduced. Further, by completely closing an adjusting screw (not shown) to close the valve 27a, it is possible to cut off the flow of compressed air. When the compressed air is decompressed, the compressed air passing through the bypass passage 24 is decompressed to the pressure P(r) at the valve 27a.

空気配管１０ｄのバルブ１８ｂより上流側には圧力計１６ａが設けられている。圧力計１６ａでは、空気配管１０ｄを流れる圧縮空気の圧力が計測される。換言すると、高圧段膨張機本体８ｂに供給される圧縮空気の圧力が計測される。 A pressure gauge 16a is provided upstream of the valve 18b of the air pipe 10d. The pressure gauge 16a measures the pressure of the compressed air flowing through the air pipe 10d. In other words, the pressure of the compressed air supplied to the high pressure stage expander body 8b is measured.

また、空気配管１０ｅには圧力計１６ｂが設けられている。圧力計１６ｂでは、空気配管１０ｅを流れる圧縮空気の圧力が計測される。換言すると、高圧段膨張機本体８ｂから排気され低圧段膨張機本体８ａに供給される圧縮空気の圧力が計測される。 A pressure gauge 16b is provided in the air pipe 10e. The pressure gauge 16b measures the pressure of the compressed air flowing through the air pipe 10e. In other words, the pressure of the compressed air exhausted from the high-pressure stage expander main body 8b and supplied to the low-pressure stage expander main body 8a is measured.

発電機１２ａ，１２ｂにはそれぞれ、変換効率を算出するために発電量を測定するための発電量測定器１３ａ，１３ｂが設けられている。ここで、変換効率とは、ある圧力の圧縮空気が有するエネルギーが電力に変換される割合である。圧縮空気の圧力から圧縮空気が有するエネルギーが算出され、そのエネルギーにおける発電量を測定することで変換効率が算出される。変換効率が高い程、圧縮空気が有するエネルギーの損失が相対的に少なく電力に変換される。 The power generators 12a and 12b are provided with power generation amount measuring devices 13a and 13b, respectively, for measuring the power generation amount in order to calculate the conversion efficiency. Here, the conversion efficiency is the rate at which the energy of compressed air of a certain pressure is converted into electric power. The energy possessed by the compressed air is calculated from the pressure of the compressed air, and the conversion efficiency is calculated by measuring the amount of power generated by that energy. The higher the conversion efficiency, the less energy the compressed air has to be lost and converted into electric power.

低圧段圧縮機本体４ａがモータ１４ａにより駆動されると、低圧段圧縮機本体４ａは、空気配管１０ａおよび吸気口４ｃを介して空気を吸気し、圧縮する。圧縮された空気は、吐出口４ｄ、空気配管１０ｂ、および吸気口４ｅを介して高圧段圧縮機本体４ｂに圧送される。高圧段圧縮機本体４ｂに圧送された圧縮空気は、モータ１４ｂで駆動される高圧段圧縮機本体４ｂでさらに圧縮され、吐出口４ｆおよび空気配管１０ｃを介して蓄圧タンク６に圧送される。この際、バルブ１８ａは開状態で、バルブ１８ｂは閉状態である。 When the low-pressure stage compressor main body 4a is driven by the motor 14a, the low-pressure stage compressor main body 4a sucks air through the air pipe 10a and the air inlet 4c and compresses the air. The compressed air is pressure-fed to the high-pressure stage compressor main body 4b via the discharge port 4d, the air pipe 10b, and the intake port 4e. The compressed air pressure-fed to the high-pressure stage compressor main body 4b is further compressed by the high-pressure stage compressor main body 4b driven by the motor 14b, and pressure-fed to the accumulator tank 6 via the discharge port 4f and the air pipe 10c. At this time, the valve 18a is open and the valve 18b is closed.

蓄圧タンク６に貯蔵された圧縮空気は、膨張機８に送られ、発電に用いられる。この際、バルブ１８ａは閉状態で、バルブ１８ｂは開状態である。本実施形態では、ＣＡＥＳ発電装置１は、第１発電態様および第２発電態様の２つの発電態様を有する。第１発電態様では、高圧段膨張機本体８ｂおよび低圧段膨張機本体８ａの両方において発電される。第２発電態様では、低圧段膨張機本体８ａのみにおいて発電される。これら２つの発電態様は、バイパス切替部２６によってバルブ２７ａ，２７ｂの開閉が制御されることによって切り替えられる。 Compressed air stored in the accumulator tank 6 is sent to the expander 8 and used for power generation. At this time, the valve 18a is closed and the valve 18b is open. In this embodiment, the CAES power generator 1 has two power generation modes, a first power generation mode and a second power generation mode. In the first power generation mode, power is generated in both the high-pressure stage expander main body 8b and the low-pressure stage expander main body 8a. In the second power generation mode, power is generated only in the low-pressure stage expander main body 8a. These two power generation modes are switched by controlling opening and closing of the valves 27a and 27b by the bypass switching unit 26. FIG.

第１発電態様では、バルブ２７ａが閉状態で、バルブ２７ｂが開状態である。すなわち、蓄圧タンク６から流出した圧縮空気は、バイパス流路２４には流れず、空気配管１０ｄおよび給気口８ｃを介して高圧段膨張機本体８ｂに供給される。高圧段膨張機本体８ｂに供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂ内で膨張し、スクリュを回転させる。スクリュが回転することによって、発電機１２ｂで発電される。高圧段膨張機本体８ｂで膨張することによって減圧され排気口８ｄから排気された圧縮空気は、空気配管１０ｅおよび給気口８ｅを介して低圧段膨張機本体８ａに供給される。低圧段膨張機本体８ａに供給された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、スクリュを回転させる。スクリュが回転することによって、発電機１２ａで発電される。低圧段膨張機本体８ａで膨張した圧縮空気は、排気口８ｆから空気配管１０ｅを通じて外部に排気される。 In the first power generation mode, the valve 27a is closed and the valve 27b is open. That is, the compressed air that has flowed out of the accumulator tank 6 does not flow into the bypass flow path 24, but is supplied to the high-pressure stage expander main body 8b via the air pipe 10d and the air supply port 8c. The compressed air supplied to the high-pressure stage expander main body 8b is expanded within the high-pressure stage expander main body 8b to rotate the screw. As the screw rotates, power is generated by the generator 12b. Compressed air that has been decompressed by being expanded in the high-pressure stage expander body 8b and exhausted from the exhaust port 8d is supplied to the low-pressure stage expander body 8a via the air pipe 10e and the air supply port 8e. The compressed air supplied to the low-pressure stage expander main body 8a expands in the low-pressure stage expander main body 8a to rotate the screw. As the screw rotates, power is generated by the generator 12a. The compressed air expanded by the low-pressure stage expander main body 8a is exhausted to the outside from the exhaust port 8f through the air pipe 10e.

第２発電態様では、バルブ２７ａが開状態で、バルブ２７ｂが閉状態である。すなわち、蓄圧タンク６から流出した圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂには供給されず、バイパス流路２４に流れる。バイパス流路２４に流れた圧縮空気は、バルブ２７ａで圧力Ｐ（ｒ）まで減圧され、低圧段膨張機本体８ａに供給される。低圧段膨張機本体８ａに供給された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、スクリュを回転させる。スクリュが回転することによって、発電機１２ａで発電される。低圧段膨張機本体８ａで膨張した圧縮空気は、排気口８ｆから空気配管１０ｅを通じて外部に排気される。 In the second power generation mode, the valve 27a is open and the valve 27b is closed. That is, the compressed air that has flowed out of the accumulator tank 6 is not supplied to the high-pressure stage expander main body 8b, but flows to the bypass passage 24. As shown in FIG. The compressed air that has flowed through the bypass flow path 24 is decompressed to the pressure P(r) by the valve 27a and supplied to the low-pressure stage expander main body 8a. The compressed air supplied to the low-pressure stage expander main body 8a expands in the low-pressure stage expander main body 8a to rotate the screw. As the screw rotates, power is generated by the generator 12a. The compressed air expanded by the low-pressure stage expander main body 8a is exhausted to the outside from the exhaust port 8f through the air pipe 10e.

図２および図３を参照して、第１発電態様および第２発電態様のそれぞれにおける圧縮空気の圧力および変換効率について説明する。 The pressure and conversion efficiency of compressed air in each of the first power generation mode and the second power generation mode will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.

図２は、第１発電態様における高圧段膨張機本体８ｂおよび低圧段膨張機本体８ａのそれぞれに供給される圧縮空気の圧力、つまり、圧力計１６ａで測定される圧力、およびその圧力における変換効率の関係を示すグラフである。高圧段膨張機本体８ｂに供給される圧縮空気の圧力およびその圧力における変換効率は、細い実線で示す。低圧段膨張機本体８ａに供給される圧縮空気の圧力およびその圧力における変換効率は、太い実線で示す。また、一点鎖線は、高圧段膨張機本体８ｂから排気された圧縮空気の圧力、つまり、圧力計１６ｂで測定される圧力を仮想的に示したものである。 FIG. 2 shows the pressure of compressed air supplied to each of the high-pressure stage expander body 8b and the low-pressure stage expander body 8a in the first power generation mode, that is, the pressure measured by the pressure gauge 16a, and the conversion efficiency at that pressure. is a graph showing the relationship of The pressure of the compressed air supplied to the high-pressure stage expander body 8b and the conversion efficiency at that pressure are indicated by thin solid lines. The pressure of the compressed air supplied to the low-pressure stage expander body 8a and the conversion efficiency at that pressure are indicated by thick solid lines. A dashed-dotted line virtually indicates the pressure of the compressed air discharged from the high-pressure stage expander main body 8b, that is, the pressure measured by the pressure gauge 16b.

本実施形態では、高圧段膨張機本体８ｂおよび低圧段膨張機本体８ａのそれぞれに供給される圧縮空気の供給圧力が、圧力計１６ａ，１６ｂで計測され、記録媒体３２に記録される。また、高圧段膨張機本体８ｂおよび低圧段膨張機本体８ａのそれぞれに供給される圧縮空気の供給圧力における発電量が発電量測定器１３ａ，１３ｂによって計測され、変換効率として記録媒体３２に記録される。 In the present embodiment, the supply pressure of the compressed air supplied to each of the high-pressure stage expander body 8b and the low-pressure stage expander body 8a is measured by the pressure gauges 16a and 16b and recorded in the recording medium 32. In addition, the amount of power generated at the supply pressure of the compressed air supplied to each of the high-pressure stage expander body 8b and the low-pressure stage expander body 8a is measured by the power generation amount measuring devices 13a and 13b, and recorded in the recording medium 32 as the conversion efficiency. be.

高圧段膨張機本体８ｂに供給される圧力の一例として、圧力Ｐ（Ａ）～Ｐ（Ｃ）を用いて説明する。 Pressures P(A) to P(C) will be used as an example of the pressure supplied to the high-pressure stage expander main body 8b.

高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ａ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂ内で膨張し、圧力Ｐ（ａ）で排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ｂにおいて変換効率Ｅｈ（Ａ）で電力に変換される。圧力Ｐ（ａ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａに圧力Ｐ（ａ）で供給され、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ａにおいて変換効率Ｅｌ（ａ）で電力に変換される。 The compressed air supplied to the high-pressure stage expander main body 8b at pressure P(A) is expanded within the high-pressure stage expander main body 8b and is exhausted at pressure P(a). At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency Eh (A) in the generator 12b. The compressed air exhausted at the pressure P(a) is supplied to the low-pressure stage expander body 8a at the pressure P(a), is expanded in the low-pressure stage expander body 8a, and is exhausted. At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency El(a) in the generator 12a.

同様に、高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ｂ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂ内で膨張し、圧力Ｐ（ｂ）で排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ｂにおいて変換効率Ｅｈ（Ｂ）で電力に変換される。圧力Ｐ（ｂ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａに圧力Ｐ（ｂ）で供給され、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｂ）で電力に変換される。 Similarly, the compressed air supplied to the high-pressure stage expander main body 8b at pressure P(B) is expanded within the high-pressure stage expander main body 8b and is exhausted at pressure P(b). At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency Eh (B) in the generator 12b. The compressed air exhausted at the pressure P(b) is supplied to the low-pressure stage expander body 8a at the pressure P(b), is expanded in the low-pressure stage expander body 8a, and is exhausted. At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency El(b) in the generator 12a.

また、同様に、高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ｃ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂ内で膨張し、圧力Ｐ（ｃ）で排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ｂにおいて変換効率Ｅｈ（Ｃ）で電力に変換される。圧力Ｐ（ｃ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａに圧力Ｐ（ｃ）で供給され、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、排気される。この際、圧縮空気が有するエネルギーは、発電機１２ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｃ）で電力に変換される。 Similarly, the compressed air supplied to the high-pressure stage expander main body 8b at pressure P(C) is expanded within the high-pressure stage expander main body 8b and is discharged at pressure P(c). At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency Eh(C) in the generator 12b. The compressed air exhausted at the pressure P(c) is supplied to the low-pressure stage expander body 8a at the pressure P(c), is expanded in the low-pressure stage expander body 8a, and is exhausted. At this time, the energy of the compressed air is converted into electric power at the conversion efficiency El(c) in the generator 12a.

このように、高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ａ），Ｐ（Ｂ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂにおいて相対的に高い変換効率Ｅｈ（Ａ），Ｅｈ（Ｂ）で電力に変換される。その上さらに、高圧段膨張機本体８ｂから圧力Ｐ（ａ），Ｐ（ｂ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａにおいても相対的に高い変換効率Ｅｌ（ａ），Ｅｌ（ｂ）で電力に変換される。 Thus, the compressed air supplied to the high-pressure stage expander main body 8b at pressures P(A) and P(B) has relatively high conversion efficiencies Eh(A) and Eh(B) in the high-pressure stage expander main body 8b. ) to power. Furthermore, the compressed air discharged at pressures P(a) and P(b) from the high-pressure stage expander body 8b has relatively high conversion efficiencies El(a) and El() in the low-pressure stage expander body 8a. b) is converted to electric power.

一方で、高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ｃ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂにおいて相対的に低い変換効率Ｅｈ（Ｃ）で電力に変換される。その上さらに、高圧段膨張機本体８ｂから圧力Ｐ（ｃ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａにおいても相対的に低い変換効率Ｅｌ（ｃ）で電力に変換される。 On the other hand, the compressed air supplied at pressure P(C) to the high-pressure stage expander main body 8b is converted into electric power at a relatively low conversion efficiency Eh(C) in the high-pressure stage expander main body 8b. Furthermore, the compressed air discharged from the high-pressure stage expander main body 8b at pressure P(c) is also converted into electric power with a relatively low conversion efficiency El(c) in the low-pressure stage expander main body 8a.

以上の内容を一般化するために、変数である圧力Ｐ（Ｘ）を用いて説明する。高圧段膨張機本体８ｂに圧力Ｐ（Ｘ）で供給された圧縮空気は、高圧段膨張機本体８ｂにおいて変換効率Ｅｈ（Ｘ）で電力に変換される。そして、高圧段膨張機本体８ｂから圧力Ｐ（ｘ）で排気された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｘ）で電力に変換される。 In order to generalize the above contents, the pressure P(X), which is a variable, will be used for explanation. The compressed air supplied to the high pressure stage expander main body 8b at the pressure P(X) is converted into electric power at the high pressure stage expander main body 8b with the conversion efficiency Eh(X). The compressed air discharged from the high-pressure stage expander main body 8b at the pressure P(x) is converted into electric power at the low-pressure stage expander main body 8a with the conversion efficiency El(x).

図３は、第２発電態様における低圧段膨張機本体８ａに供給される圧縮空気の圧力およびその圧力における変換効率の関係を示すグラフである。圧力計１６ａで測定される圧縮空気の圧力の一例として、圧力Ｐ（Ａ）～Ｐ（Ｃ）を用いて説明する。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pressure of the compressed air supplied to the low-pressure stage expander main body 8a and the conversion efficiency at that pressure in the second power generation mode. Pressures P(A) to P(C) will be used as an example of the pressure of compressed air measured by the pressure gauge 16a.

図３を参照すると、蓄圧タンク６から圧力Ｐ（Ａ）で流出した圧縮空気は、バイパス流路２４を介して低圧段膨張機本体８ａに供給される。バイパス流路２４を通過する際、圧縮空気は、バルブ２７ａで圧力Ｐ（ｒ）まで減圧される。圧力Ｐ（ｒ）で供給された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、排気される。この際、圧縮空気は、発電機１２ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｒ）で電力に変換される。本実施形態では、変換効率Ｅｌ（ｒ）は、低圧段膨張機本体８ａにおいて、最も高い変換効率（最高効率）である。 Referring to FIG. 3, the compressed air that has flowed out from the pressure accumulator tank 6 at pressure P(A) is supplied through the bypass passage 24 to the low-pressure stage expander main body 8a. When passing through the bypass flow path 24, the compressed air is decompressed to the pressure P(r) by the valve 27a. Compressed air supplied at pressure P(r) is expanded in the low-pressure stage expander main body 8a and exhausted. At this time, the compressed air is converted into electric power at a conversion efficiency El(r) in the generator 12a. In this embodiment, the conversion efficiency El(r) is the highest conversion efficiency (maximum efficiency) in the low-pressure stage expander body 8a.

同様に、蓄圧タンク６から圧力Ｐ（Ｂ），Ｐ（Ｃ）で流出した圧縮空気は、バイパス流路２４を介して低圧段膨張機本体８ａに供給される。バイパス流路２４を通過する際、圧縮空気は、バルブ２７ａで圧力Ｐ（ｒ）まで減圧される。圧力Ｐ（ｒ）で供給された圧縮空気は、低圧段膨張機本体８ａ内で膨張し、排気される。この際、圧縮空気は、発電機１２ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｒ）で電力に変換される。 Similarly, the compressed air flowing out from the accumulator tank 6 at pressures P(B) and P(C) is supplied through the bypass passage 24 to the low-pressure stage expander main body 8a. When passing through the bypass flow path 24, the compressed air is decompressed to the pressure P(r) by the valve 27a. Compressed air supplied at pressure P(r) is expanded in the low-pressure stage expander main body 8a and exhausted. At this time, the compressed air is converted into electric power at a conversion efficiency El(r) in the generator 12a.

このように、第２発電態様では、蓄圧タンク６から圧力Ｐ（Ａ）～Ｐ（Ｃ）で流出した圧縮空気はいずれも、圧力Ｐ（ｒ）まで減圧され、低圧段膨張機本体８ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｒ）で電力に変換される。 Thus, in the second power generation mode, all of the compressed air that has flowed out from the accumulator tank 6 at pressures P(A) to P(C) is decompressed to pressure P(r), and converted in the low-pressure stage expander main body 8a. It is converted into electric power with efficiency El(r).

以上の内容を一般化するために、変数である圧力Ｐ（Ｘ）を用いて説明する。蓄圧タンク６から圧力Ｐ（Ｘ）で流出した圧縮空気は、圧力Ｐ（ｒ）まで減圧され、低圧段膨張機本体８ａにおいて変換効率Ｅｌ（ｒ）で電力に変換される。 In order to generalize the above contents, the pressure P(X), which is a variable, will be used for explanation. Compressed air that has flowed out from the accumulator tank 6 at pressure P(X) is decompressed to pressure P(r) and converted into electric power at conversion efficiency El(r) in the low-pressure stage expander main body 8a.

本実施形態では、バルブ２７ａにおいて、変換効率Ｅｌ（ｒ）となるように圧力Ｐ（ｒ）まで減圧している。しかし、変換効率Ｅｌ（ｒ）の例えば８０％である変換効率Ｅｌ（ｑ）以上となる、圧力Ｐ（ｑ１）から圧力Ｐ（ｑ２）までの範囲に収まるように減圧してもよい。 In this embodiment, the valve 27a reduces the pressure to the pressure P(r) so as to achieve the conversion efficiency El(r). However, the pressure may be reduced to fall within the range from pressure P(q1) to pressure P(q2), which is equal to or higher than conversion efficiency El(q), which is, for example, 80% of conversion efficiency El(r).

図４を参照して、本実施形態におけるＣＡＥＳ発電装置１の発電動作の制御について説明する。 Control of the power generation operation of the CAES power generator 1 in this embodiment will be described with reference to FIG.

ＣＡＥＳ発電装置１が発電を開始すると、圧力計１６ａによって空気配管１０ｄを流れる圧縮空気の圧力Ｐ（Ｘ）が測定される（ステップＳ１）。次いで、発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））、発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））、および発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））が算出される（ステップＳ２）。発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））は、圧力Ｐ（Ｘ）における第１発電態様の高圧段膨張機本体８ｂの発電量である。発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））は、圧力Ｐ（ｘ）における第１発電態様の低圧段膨張機本体８ａの発電量である。発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））は、圧力Ｐ（ｒ）における第２発電態様の低圧段膨張機本体８ａの発電量である。 When the CAES power generator 1 starts generating power, the pressure gauge 16a measures the pressure P(X) of the compressed air flowing through the air pipe 10d (step S1). Next, the amount of power generation OUTh(P(X)), the amount of power generation α*OUTl(P(x)), and the amount of power generation α*OUTl(P(r)) are calculated (step S2). The power generation amount OUTh(P(X)) is the power generation amount of the high-pressure stage expander main body 8b in the first power generation mode at the pressure P(X). The power generation amount α*OUTl(P(x)) is the power generation amount of the low-pressure stage expander main body 8a in the first power generation mode at the pressure P(x). The power generation amount α*OUTl(P(r)) is the power generation amount of the low-pressure stage expander body 8a in the second power generation mode at the pressure P(r).

圧力Ｐ（Ｘ）における第１発電態様の高圧段膨張機本体８ｂの発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））は、以下の式（１）で表される。 A power generation amount OUTh(P(X)) of the high-pressure stage expander main body 8b in the first power generation mode at the pressure P(X) is represented by the following equation (1).

Ｃｈ：定数
Ｒｈ：高圧段膨張機本体８ｂのスクリュの回転速度

Ch: Constant Rh: Rotation speed of the screw of the high-pressure stage expander main body 8b

また、圧力Ｐ（ｘ）における第１発電態様の低圧段膨張機本体８ａの発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））は、以下の式（２）で表される。 Further, the power generation amount α*OUTl(P(x)) of the low-pressure stage expander main body 8a in the first power generation mode at the pressure P(x) is represented by the following equation (2).

Ｃｌ：定数
Ｒｌ：低圧段膨張機本体８ａのスクリュの回転速度

Cl: Constant Rl: Rotational speed of the screw of the low-pressure stage expander main body 8a

ここで、膨張比αは、以下の式（３）で表される。 Here, the expansion ratio α is represented by the following equation (3).

また、圧力Ｐ（ｒ）における第２発電態様の低圧段膨張機本体８ａの発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））は、以下の式（４）で表される。 Further, the power generation amount α*OUTl(P(r)) of the low-pressure stage expander main body 8a in the second power generation mode at the pressure P(r) is represented by the following equation (4).

次いで、ＣＡＥＳ発電装置１の装置全体としての発電量が大きくなるように、制御装置３０によって第１発電態様または第２発電態様が選択される（ステップＳ３）。具体的には、発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））および発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））の合計が、発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））より大きい場合（ＹＥＳ：ステップＳ３）、第１発電態様によって発電される（ステップＳ４）。つまり、バルブ２７ａを閉じ、バルブ２７ｂを開ける。また、発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））および発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））の合計が、発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））より小さい場合（ＮＯ：ステップＳ３）、第２発電態様によって発電される（ステップＳ５）。つまり、バルブ２７ａを開け、バルブ２７ｂを閉じる。 Next, the control device 30 selects the first power generation mode or the second power generation mode so that the power generation amount of the CAES power generation device 1 as a whole increases (step S3). Specifically, when the sum of the amount of power generation OUTh(P(X)) and the amount of power generation α*OUTl(P(x)) is greater than the amount of power generation α*OUTl(P(r)) (YES: step S3) , is generated in the first power generation mode (step S4). That is, the valve 27a is closed and the valve 27b is opened. Further, when the sum of the power generation amount OUTh(P(X)) and the power generation amount α*OUTl(P(x)) is smaller than the power generation amount α*OUTl(P(r)) (NO: step S3), the second Power is generated according to the power generation mode (step S5). That is, the valve 27a is opened and the valve 27b is closed.

ステップＳ１～Ｓ５の制御は、ＣＡＥＳ発電装置１の発電中は常時行われる。 The control of steps S1 to S5 is always performed while the CAES power generator 1 is generating power.

本発明におけるＣＡＥＳ発電装置１によれば、バイパス流路２４を介することで高圧段膨張機本体８ｂを迂回するかを選択することができ、かつ、バルブ２７ａによって低圧段膨張機本体８ａに供給される圧縮空気を減圧することができる。すなわち、高圧段膨張機本体８ｂおよび低圧段膨張機本体８ａの両方で発電した場合の装置全体の変換効率と、バイパス流路２４を介して調整された圧力の圧縮空気を低圧段膨張機本体８ａに供給し発電した場合の装置全体の変換効率とを比較して選択することができる。そのため、装置全体の変換効率が向上できる。 According to the CAES power generator 1 of the present invention, it is possible to select whether to bypass the high-pressure stage expander main body 8b through the bypass passage 24, and supply to the low-pressure stage expander main body 8a by the valve 27a. Compressed air can be decompressed. That is, the conversion efficiency of the entire device when power is generated by both the high-pressure stage expander main body 8b and the low-pressure stage expander main body 8a, and the pressure of the compressed air adjusted through the bypass passage 24 are combined into the low-pressure stage expander main body 8a. can be selected by comparing the conversion efficiency of the entire device when power is supplied to the Therefore, the conversion efficiency of the entire device can be improved.

また、バイパス流路２４を介する場合と介さない場合とのそれぞれの発電量を比較して、発電量が多い方を選択するように制御しているため、装置全体として発電量を増加させることができる。 In addition, since the amount of power generation is compared between the case of passing through the bypass passage 24 and the case of not passing through it, and control is performed to select the one with the larger amount of power generation, the power generation amount of the device as a whole can be increased. can.

また、変換効率Ｅｌ（ｑ）以上となる、圧力Ｐ（ｑ１）から圧力Ｐ（ｑ２）の範囲に減圧する場合、低圧段膨張機本体８ａおよび発電機１２ａによる圧力から電力への変換効率が最高効率を含む高い効率であるため、発電機１２ａによる発電量を多くすることができる。 Further, when the pressure is reduced in the range from pressure P(q1) to pressure P(q2), which is equal to or higher than the conversion efficiency El(q), the conversion efficiency from pressure to electric power by the low-pressure stage expander main body 8a and the generator 12a is the highest. Since it is high efficiency including efficiency, the amount of electric power generation by the generator 12a can be increased.

また、記録媒体３２を備えるため、圧力および変換効率の関係を実データから採取できる。そのため、圧力および変換効率の関係を計算から求める場合に比べ、圧力および変換効率の関係の信頼性が向上し得る。 Moreover, since the recording medium 32 is provided, the relationship between pressure and conversion efficiency can be obtained from actual data. Therefore, the reliability of the relationship between pressure and conversion efficiency can be improved compared to the case where the relationship between pressure and conversion efficiency is calculated.

本実施形態では、２段の膨張機について説明したが、前述の通り、３段以上の膨張機でもよい。その場合、バイパス流路２４は任意の膨張機本体を迂回するように設けることができ、また、２段以上の膨張機本体を迂回するように設けてもよい。 Although the two-stage expander has been described in the present embodiment, an expander having three or more stages may be used as described above. In that case, the bypass flow path 24 can be provided so as to bypass any expander main body, or may be provided so as to bypass two or more stages of expander main bodies.

（第２実施形態）
図５から図７を参照すると、第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の構成は、以下の点で第１実施形態と異なる。第２実施形態のその他の構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同一ないし同様の要素には同一の符号を付している。 (Second embodiment)
5 to 7, the configuration of the CAES power generator 1 according to the second embodiment differs from that of the first embodiment in the following points. The rest of the configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same or similar elements as those of the first embodiment.

図５を参照すると、第２実施形態では、バルブ１８ｂに代わり、バルブ２８（第２減圧弁）が、空気配管１０ｄにおける圧力計１６ａの下流側、かつ、バイパス流路２４と空気配管１０ｄとの接続点の上流側に設けられている。バルブ２８は、圧縮空気を圧力Ｐ（Ｓ）まで減圧する減圧弁である。そのため、空気配管１０ｄを通過する圧縮空気の圧力が、圧力Ｐ（Ｓ）より大きい場合、圧縮空気は、バルブ１８ｂにおいて圧力Ｐ（Ｓ）まで減圧される。 Referring to FIG. 5, in the second embodiment, instead of the valve 18b, a valve 28 (second pressure reducing valve) is provided downstream of the pressure gauge 16a in the air pipe 10d and between the bypass flow path 24 and the air pipe 10d. It is provided upstream of the connection point. Valve 28 is a pressure reducing valve that reduces the pressure of compressed air to pressure P(S). Therefore, when the pressure of the compressed air passing through the air pipe 10d is higher than the pressure P(S), the compressed air is reduced to the pressure P(S) at the valve 18b.

図６を参照すると、高圧段膨張機本体８ｂでは、圧力Ｐ（Ｓ）で供給された圧縮空気は、変換効率Ｅｈ（Ｓ）で電力に変換される。第２実施形態では、変換効率Ｅｈ（Ｓ）は、高圧段膨張機本体８ｂにおいて、最も高い変換効率（最高効率）である。 Referring to FIG. 6, in the high-pressure stage expander body 8b, compressed air supplied at pressure P(S) is converted into electric power at conversion efficiency Eh(S). In the second embodiment, the conversion efficiency Eh(S) is the highest conversion efficiency (maximum efficiency) in the high pressure stage expander body 8b.

第２実施形態では、バルブ１８ｂにおいて、変換効率Ｅｈ（Ｓ）となるように圧力Ｐ（Ｓ）まで減圧している。しかし、変換効率Ｅｈ（Ｓ）の例えば８０％である変換効率Ｅｈ（Ｔ）以上となる、圧力Ｐ（Ｔ１）から圧力Ｐ（Ｔ２）までの範囲に収まるように減圧してもよい。 In the second embodiment, the valve 18b reduces the pressure to the pressure P(S) so as to achieve the conversion efficiency Eh(S). However, the pressure may be reduced to fall within the range from pressure P(T1) to pressure P(T2), which is equal to or higher than conversion efficiency Eh(T), which is, for example, 80% of conversion efficiency Eh(S).

図７を参照して第２実施形態におけるＣＡＥＳ発電装置１の発電動作の制御について説明する。 Control of the power generation operation of the CAES power generator 1 in the second embodiment will be described with reference to FIG.

ＣＡＥＳ発電装置１が発電を開始すると、圧力計１６ａによって空気配管１０ｄを流れる圧縮空気の圧力Ｐ（Ｘ）が測定される（ステップＳ１）。そして、圧力Ｐ（Ｘ）が圧力Ｐ（Ｓ）より大きいかが判定される（ステップＳ２）。圧力Ｐ（Ｘ）が圧力Ｐ（Ｓ）より大きい場合（ＹＥＳ：ステップＳ２）、第１発電態様によって発電される（ステップＳ３）。つまり、バルブ２７ａを開け、バルブ２７ｂを閉じる。バルブ１８ｂにおいて圧力Ｐ（Ｓ）まで減圧された圧縮空気が高圧段膨張機本体８ｂに供給され、高圧段膨張機本体８ｂにおいて、圧縮空気のエネルギーは変換効率Ｅｈ（Ｓ）で電力に変換される。圧力Ｐ（Ｘ）が圧力Ｐ（Ｓ）より小さい場合（ＮＯ：ステップＳ２）、発電量ＯＵＴｈ（Ｐ（Ｘ））、発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｘ））、および発電量α＊ＯＵＴｌ（Ｐ（ｒ））が算出される（ステップＳ４）。以降の動作に関しては第１実施形態と同様のため、説明を省略する。 When the CAES power generator 1 starts generating power, the pressure gauge 16a measures the pressure P(X) of the compressed air flowing through the air pipe 10d (step S1). Then, it is determined whether the pressure P(X) is greater than the pressure P(S) (step S2). If the pressure P(X) is greater than the pressure P(S) (YES: step S2), power is generated according to the first power generation mode (step S3). That is, the valve 27a is opened and the valve 27b is closed. Compressed air decompressed to pressure P(S) by valve 18b is supplied to high-pressure stage expander body 8b, and in high-pressure stage expander body 8b, the energy of the compressed air is converted into electric power with conversion efficiency Eh(S). . If the pressure P(X) is less than the pressure P(S) (NO: step S2), the power generation amount OUTh(P(X)), the power generation amount α*OUTl(P(x)), and the power generation amount α*OUTl( P(r)) is calculated (step S4). Since subsequent operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

第２実施形態におけるＣＡＥＳ発電装置１によれば、高圧段膨張機本体８ｂおよび発電機１２ｂによる圧力から電力への変換効率が最高効率を含む高い効率であるため、発電機１２ｂによる発電量を多くすることができる。 According to the CAES power generator 1 in the second embodiment, since the conversion efficiency from pressure to electric power by the high pressure stage expander main body 8b and the generator 12b is high efficiency including the highest efficiency, the amount of power generated by the generator 12b is increased. can do.

１ ＣＡＥＳ発電装置
４ 圧縮機
４ａ 低圧段圧縮機本体
４ｂ 高圧段圧縮機本体
４ｃ，４ｅ 吸気口
４ｄ，４ｆ 吐出口
６ 蓄圧タンク
８ 膨張機
８ａ 低圧段膨張機本体（第２膨張機本体）
８ｂ 高圧段膨張機本体（第１膨張機本体、第３膨張機本体）
８ｃ，８ｅ 給気口
８ｄ，８ｆ 排気口
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｅ，１０ｆ 空気配管
１０ｄ 空気配管（圧縮空気流路）
１２ａ 発電機（第２発電機）
１２ｂ 発電機（第１発電機、第３発電機）
１３ａ，１３ｂ 発電量測定器
１４ａ，１４ｂ モータ（電動機）
１６ａ，１６ｂ 圧力計
１８ａ，１８ｂ バルブ
２４ バイパス流路
２６ バイパス切替部
２７ａ バルブ（第１減圧弁）
２７ｂ バルブ
２８ バルブ（第２減圧弁）
３０ 制御装置
３２ 記録媒体 1 CAES generator 4 Compressor 4a Low-pressure stage compressor body 4b High-pressure stage compressor body 4c, 4e Suction port 4d, 4f Discharge port 6 Accumulator tank 8 Expander 8a Low-pressure stage expander body (second expander body)
8b High-pressure stage expander main body (first expander main body, third expander main body)
8c, 8e air supply port 8d, 8f exhaust port 10a, 10b, 10c, 10e, 10f air pipe 10d air pipe (compressed air flow path)
12a generator (second generator)
12b generator (first generator, third generator)
13a, 13b Power generation amount measuring device 14a, 14b Motor (electric motor)
16a, 16b pressure gauge 18a, 18b valve 24 bypass flow path 26 bypass switching unit 27a valve (first pressure reducing valve)
27b valve 28 valve (second pressure reducing valve)
30 control device 32 recording medium

Claims (5)

変動する入力電力により駆動される電動機と、
前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と流体的に接続され、前記圧縮機により圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクと流体的に接続され、前記蓄圧タンクから供給される圧縮空気によって駆動される直列接続された複数の膨張機本体を有し、前記複数の膨張機本体は第１膨張機本体と、前記第１膨張機本体より低圧段側に配置された第２膨張機本体とを含む多段型の膨張機と、
前記第１膨張機本体と機械的に接続された第１発電機と、
前記第２膨張機本体と機械的に接続された第２発電機と、
前記第１膨張機本体を迂回して、前記第２膨張機本体に空気を流動させるバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を通過する空気の圧力を減圧する第１減圧弁と、
前記蓄圧タンクから供給された空気を前記バイパス流路を使用して前記第１膨張機本体を迂回するか切り替えるためのバイパス切替部と、
前記バイパス切替部を制御する制御装置と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。 an electric motor driven by fluctuating input power;
a compressor that is mechanically connected to the electric motor and compresses air;
an accumulator tank fluidly connected to the compressor and storing compressed air compressed by the compressor;
a plurality of expander bodies fluidly connected to the accumulator tank and driven by compressed air supplied from the accumulator tank, the plurality of expander bodies being connected in series; the plurality of expander bodies being a first expander body; a multi-stage expander including a second expander body arranged on a lower pressure stage side than the first expander body;
a first generator mechanically connected to the first expander body;
a second generator mechanically connected to the second expander main body;
a bypass flow path that bypasses the first expander body and causes air to flow to the second expander body;
a first pressure reducing valve provided in the bypass flow path for reducing pressure of air passing through the bypass flow path;
a bypass switching unit for switching whether the air supplied from the pressure accumulator tank bypasses the first expander body using the bypass passage;
A compressed air storage power generation device comprising: a control device that controls the bypass switching unit. 前記制御装置は、前記バイパス流路を介して前記第２膨張機本体に圧縮空気を供給した場合の前記第２発電機の発電量が、前記第１膨張機本体を介して前記第２膨張機本体に圧縮空気を供給した場合の前記第１発電機および前記第２発電機の発電量の合計より高い場合、圧縮空気が前記第１膨張機本体を迂回して流れるように前記バイパス切替部を制御する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The control device controls the amount of power generated by the second generator when compressed air is supplied to the second expander main body via the bypass flow path so that the second expander via the first expander main body When the power generation amount of the first generator and the second generator when the compressed air is supplied to the main body is higher than the total amount of power generation, the bypass switching unit is operated so that the compressed air flows bypassing the first expander main body. The compressed air storage power plant of claim 1, which controls. 前記第１減圧弁は、前記第２膨張機本体および前記第２発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率の８０％以上となるように減圧する、請求項１または２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The compression according to claim 1 or 2, wherein the first pressure reducing valve reduces the pressure so that the conversion efficiency from pressure to electric power by the second expander body and the second generator is 80% or more of the maximum efficiency. Air storage generator. 前記複数の膨張機本体のうち最も高圧段である第３膨張機本体に機械的に接続された第３発電機と、
前記第３膨張機本体と前記蓄圧タンクを流体的に接続する圧縮空気流路に設けられ、前記圧縮空気流路を通過する空気の圧力を減圧する第２減圧弁と
をさらに備え、
前記第２減圧弁は、前記第３膨張機本体および前記第３発電機による圧力から電力への変換効率が最高効率の８０％以上となるように減圧する、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 a third generator mechanically connected to a third expander body, which is the highest pressure stage among the plurality of expander bodies;
a second pressure reducing valve provided in a compressed air flow path that fluidly connects the third expander main body and the accumulator tank to reduce pressure of air passing through the compressed air flow path,
4. Any one of claims 1 to 3, wherein the second pressure reducing valve reduces the pressure so that the efficiency of conversion from pressure to electric power by the third expander main body and the third generator is 80% or more of maximum efficiency. The compressed air storage power generation device according to the item. 前記複数の膨張機本体のそれぞれに供給される圧縮空気の供給圧力と、前記供給圧力における前記複数の膨張機本体のそれぞれの変換効率とが記録される記録媒体をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 5. A recording medium for recording the supply pressure of the compressed air supplied to each of the plurality of expander bodies and the conversion efficiency of each of the plurality of expander bodies at the supply pressure. Compressed air storage power generation device according to any one of.

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