JP6577384B2 - 圧縮空気貯蔵発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。

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、出力が変動し安定しないことがある。このような出力変動に対し、出力を平準化するシステムとして圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）システムが知られている。

このＣＡＥＳシステムを利用した圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置は、電力プラントのオフピーク時間中に電気エネルギーを圧縮空気として蓄圧タンクに蓄え、高電力需要時間中に圧縮空気により膨張機を駆動して発電機を動作させて電気エネルギーを生成して出力を平準化する。また、発電効率を向上させるために、圧縮熱を蓄熱媒体に回収し、蓄熱タンク等に貯蔵し、回収した圧縮熱を用いて膨張前の圧縮空気を加熱するシステムが知られている。これにより、圧縮時の動力増加を防止し、膨張時の回収動力を増加させると同時に、蓄圧タンク貯蔵時の熱放出を防止するものがある。

このようなＣＡＥＳ発電装置として、例えば特許文献１には、熱エネルギー貯蔵システムを利用したものが開示されている。

特表２０１３−５０９５３０号公報

空気圧縮機には潤滑油が混入したままで空気を圧縮する油冷式と呼ばれるものと、潤滑油を用いないタイプのオイルフリー式と呼ばれるものがある。特許文献１には圧縮機の種類についての記載がないものの、ＣＡＥＳシステムに用いられる圧縮機としては、圧縮空気の取り扱い易さの面からオイルフリー式が用いられることが多い。ＣＡＥＳ発電装置において油冷式圧縮機ないし油冷式膨張機を用いた場合、装置のコストは安価であるが、運転に潤滑油を要するため、空気と油が混合される。油分離器を使用することで空気と油の分離は可能であるが完全ではない。特に圧縮機を油冷式とした場合、油冷式圧縮機から吐出される圧縮空気は油分を含んだ状態となる。そのため、長期間蓄圧タンクに油分を含んだ圧縮空気を貯蔵した場合など、想定外に油が蓄積し、意図しない箇所に油が供給され、装置が故障する危険がある。また、蓄圧タンク内の油分が圧縮空気に混入したまま膨張機に流れて系外に排出されるのは周囲環境への影響という観点からも好ましくない。

油冷式圧縮機を使用しつつ環境性に配慮した圧縮空気貯蔵発電装置を提供することを課題とする。

本発明は、再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、前記蓄圧部から前記膨張機までを流体的に接続して圧縮空気を流通させ、並列に設けられた第１空気流路および第２空気流路を有する発電用の空気流路と、前記蓄圧部または前記発電用の空気流路内の圧縮空気中に含まれる油分を検出する第１油検出部と、前記第２空気流路中の圧縮空気から油分を分離する油分離器と、前記蓄圧部から前記膨張機に圧縮空気を供給する際、圧縮空気が前記第１空気流路を流れる状態または前記第２空気流路を流れる状態のいずれかに切り替える第１切替機構と、前記第１油検出部で基準以上の油濃度が検出されたとき、前記第１切替機構を動作させ、圧縮空気が前記第２空気流路を流れる状態に切り替え、前記油分離器により圧縮空気から油分を分離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。

この構成によれば、第１油検出部により基準以上の油分を検出した場合、第１切替機構により圧縮空気が第２空気流路を流れる状態に切り替えて油分離器を通じて圧縮空気から油分を分離できるため、系外への油の漏出を防止できる。そのため、油冷式圧縮機を使用して装置のコストを低下しつつ、環境性に配慮したＣＡＥＳ発電装置を提供できる。また、第１油検出部により基準以上の油分を検出しない場合、第１切替機構により圧縮空気が第１空気流路を流れる状態に切り替えて油分離器を介することなく膨張機に圧縮空気を供給するため、油分離器での圧力損失を防止できる。

前記油冷式圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒とで熱交換する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で熱交換された熱媒を蓄える蓄熱部と、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と前記蓄熱部から供給される熱媒とで熱交換する第２熱交換器とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、油冷式圧縮機で発生する圧縮熱を回収し、膨張前の空気に戻すことで発電効率を向上できる。具体的には、蓄圧部に貯蔵する圧縮空気の温度が大気温度よりも高い場合、熱が大気へ放出されてエネルギー損失が生じる。本構成では、これを防止するために、蓄圧部に圧縮空気が供給される前に予め第１熱交換器で熱回収している。これにより、蓄圧部の圧縮空気の温度を大気温度程度まで低下させ、蓄圧部における熱放出を防止している。第１熱交換器で回収された熱は、蓄熱部に蓄えられ、膨張前に再び圧縮空気に戻される。従って膨張効率を向上させ、発電効率を向上させている。

前記油分離器は、前記第２空気流路において前記蓄圧部から前記第２熱交換器の間に設けられていることが好ましい。

油分離器を第２空気流路において第２熱交換器の上流に設けることで、第２熱交換器に供給される空気から油を分離できるため、油による第２熱交換器の汚染を防止できる。

前記第２熱交換器から前記膨張機までの前記発電用の空気流路に設けられた第２検出部と、前記第２熱交換器から前記膨張機までの前記発電用の空気流路から分岐した回収用空気流路と、前記第３空気流路が流体的に接続されたレシーバタンクと、圧縮空気が前記発電用の空気流路を流れる状態または前記第３空気流路を流れる状態のいずれかに切り替える第２切替機構とをさらに備え、前記制御装置は、前記第２油検出部で基準以上の熱媒が検出されたとき、前記第２切替機構を動作させ、前記第３空気流路を流れる状態に切り替え、前記レシーバタンクに圧縮空気および熱媒を供給することが好ましい。

油分離器により圧縮空気から油を十分に分離できなかった場合でも、第２油検出部で油分を検出できる。その場合、第２切替機構により回収用空気流路に切り替えることで、油分を含む圧縮空気をレシーバタンクに回収でき、熱媒の漏出を防止できる。

前記蓄圧部内の液面高さを検出する液面検出部をさらに備え、前記蓄圧部と前記レシーバタンクとは、第３切替機構を介して流体的に接続され、前記制御装置は、前記液面検出部で基準以上の値を検出したとき、前記第３切替機構を動作させ、前記蓄圧部と前記レシーバタンクを流通させることが好ましい。

蓄圧部内に油が溜まった場合、または、発電せずに蓄圧部内の油を回収する場合、第３切替機構を切り替えて蓄圧部とレシーバタンクとを流通させ、蓄圧部内に溜まった油をレシーバタンクに回収できる。

本発明によれば、第１油検出部により基準以上の油分を検出した場合、第１切替機構により圧縮空気が第２空気流路を流れる状態に切り替えて油分離器を通じて圧縮空気から油分を分離できるため、系外への油の漏出を防止できる。そのため、油冷式圧縮機を使用して装置のコストを低下しつつ、環境性に配慮したＣＡＥＳ発電装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。 図１のＣＡＥＳ発電装置の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置２は、再生可能エネルギーを利用する発電装置４の出力変動を平準化して電力系統６に電力供給するとともに、電力系統６における電力需要の変動に合わせた電力を供給する。

図１を参照して、ＣＡＥＳ発電装置２の構成を説明する。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、空気流路（破線参照）８ａ，８ｂ，９ａ〜９ｆおよび熱媒流路（実線参照）１０ａ〜１０ｃを有する。

まず、空気流路（破線参照）８ａ，８ｂ，９ａ〜９ｆについて説明する。

空気流路８ａ，８ｂ，９ａ〜９ｆにおいて、ＣＡＥＳ発電装置２は、モータ（電動機）１２、油冷式圧縮機（以降、単に圧縮機という場合がある）１４、セパレータ（油分離器）１６ａ〜１６ｃ、蓄圧タンク（蓄圧部）１８、膨張機２０、発電機２２、第１熱交換器２４、および第２熱交換器２６を備える。

再生可能エネルギーを利用する発電装置４はモータ１２と電気的に接続されており（一点鎖線参照）、発電装置４により発電された電力はモータ１２に供給される。以降、発電装置４からモータ１２に供給される電力を入力電力という。この入力電力によりモータ１２が駆動される。モータ１２は、圧縮機１４に機械的に接続されており、圧縮機１４を駆動する。

圧縮機１４は、油冷式であり、潤滑油の供給により冷却および潤滑される。圧縮機１４は、モータ１２によって駆動されると、吸気口１４ａより空気を吸気し、内部で圧縮して吐出口１４ｂより圧縮空気を吐出する。圧縮機１４の吐出口１４ｂは、蓄電用の空気流路８ａを通じて蓄圧タンク１８と流体的に接続されており、吐出された圧縮空気は、蓄圧タンク１８に圧送される。蓄電用の空気流路８ａにはバルブ３２ａが設けられており、バルブ３２ａの開閉により圧縮機１４から蓄圧タンク１８への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。なお、圧縮機１４の種類は油冷式であれば特に限定されず、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。

油冷式圧縮機１４を使用すると、吐出口１４ｂから油分を含む圧縮空気が吐出される。吐出された圧縮空気から油分を分離するため、蓄電用の空気流路８ａにはセパレータ１６ａが介設されている。

ここで、本実施形態では、圧縮空気の冷却および加熱に使用される熱媒と、圧縮機１４および膨張機２０を潤滑する潤滑油とに対して、同種の流体を使用している。同種の流体としては、例えば油を使用できる。本実施形態では、以降熱媒および潤滑油の両方の記載を使用する場合があるが、両者は区別されない。

セパレータ１６ａは、空気流路８ａおよび熱媒流路１０ａの両方に接続されている。セパレータ１６ａでは、蓄電用の空気流路８ａ内を流れる圧縮空気から油が分離され、分離された油は熱媒として後述の熱媒流路１０ａに供給される。

また、圧縮の際に生じる圧縮熱により圧縮空気は高温となる。高温となった圧縮空気を冷却するため、蓄電用の空気流路８ａには冷却器として第１熱交換器２４が介設されている。第１熱交換器２４では、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により圧縮空気を冷却している。

蓄圧タンク１８は、圧縮空気を蓄えてエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク１８には、内部の圧縮空気に含まれる油分（油濃度）を検出する油分センサ（第１油検出部）２８が設けられている。また、蓄圧タンク１８には、内部の液面高さを検出する液面センサ（液面検出部）３０が設けられている。上述のように蓄圧タンク１８には、セパレータ１６ａにより油分が分離された状態で圧縮空気が供給されるが、セパレータ１６ａによる油分の分離は完全ではない場合がある。そのため、一部の油分は分離されず、蓄圧タンク１８に流入する場合がある。従って、これらのセンサ２８，３０により蓄圧タンク１８内の油分を検出している。蓄圧タンク１８は、発電用の空気流路８ｂを通じて膨張機２０と流体的に接続されており、蓄圧タンク１８から送出された圧縮空気は膨張機２０に供給される。なお、油分センサ２８は、発電用の空気流路８ｂに設けられていてもよい。

発電用の空気流路８ｂは、並列に設けられた第１空気流路９ａおよび第２空気流路９ｂと、これらが合流した空気流路９ｃを有する。第１空気流路９ａは、蓄圧タンク１８から合流点Ｊまで延びている。第１空気流路９ａには、バルブ３２ｂが設けられている。第２空気流路９ｂは、蓄圧タンク１８から合流点Ｊまで延びている。第２空気流路９ｂには、バルブ３２ｃと、セパレータ１６ｂとが設けられている。本実施形態のバルブ３２ｂ，３２ｃは、本発明の第１切替機構を構成し、圧縮空気が第１空気流路９ａまたは第２空気流路９ｂのいずれを流れるかを切り替える。第１切替機構の切替制御については後述するが、通常時、圧縮空気は第１空気流路９ａ内を流れる。そのため、通常時、バルブ３２ｂは開かれ、バルブ３２ｃは閉じられている。空気流路９ｃは、合流点Ｊから膨張機２０まで延びている。空気流路９ｃには、第２熱交換器２６、油分センサ（第２油検出部）３４、分岐点Ｄ、およびバルブ３２ｄが設けられている。

発電用の空気流路８ｂに設けられている要素を順に説明する。バルブ３２ｂは、開閉することで第１空気流路９ａの流れを許容または遮断する。合流点Ｊでは、第１空気流路９ａと第２空気流路９ｂが合流している。第２熱交換器２６では、膨張機２０に供給される圧縮空気が加熱されている。油分センサ３４は、後述のようにセパレータ１６ｂで十分に分離できず、発電用の空気流路８ｂ内の圧縮空気中に含まれている油分を検出する。分岐点Ｄでは、発電用の空気流路８ｂ（空気流路９ｃ）から第３空気流路９ｄが分岐している。分岐点Ｄの下流において、発電用の空気流路８ｂ（空気流路９ｃ）および第３空気流路９ｄには、それぞれバルブ３２ｄ，３２ｅが設けられている。本実施形態のバルブ３２ｄ，３２ｅは、本発明の第２切替機構を構成し、圧縮空気が発電用の空気流路８ｂ（空気流路９ｃ）または第３空気流路９ｄのいずれを流れるかを切り替える。第２切替機構の切替制御については後述するが、通常時、圧縮空気は第３空気流路９ｄ内を流れない。そのため、通常時、バルブ３２ｄは開かれ、バルブ３２ｅは閉じられている。

第３空気流路９ｄは、レシーバタンク３６に流体的に接続されている。また、レシーバタンク３６は、空気流路９ｅを通じて蓄圧タンク１８と流体的に直接接続されており、蓄圧タンク１８から油を直接供給することもできる。そのため、レシーバタンク３６は、熱媒および油を含む圧縮空気を貯蔵する。本実施形態では、上述のように熱媒と油は同種のものを使用しているため、これらは区別されない。また、空気流路９ｅには、バルブ３２ｆが設けられており、バルブ３２ｆの開閉により、蓄圧タンク１８からレシーバタンク３６への油の供給を許容または遮断できる。本実施形態のバルブ３２ｆは、本発明の第３切替機構を構成する。また、レシーバタンク３６からは空気流路９ｆが延びており、空気流路９ｆにはセパレータ１６ｃおよびバルブ３２ｇが設けられている。従って、セパレータ１６ｃによって油分を分離し、バルブ３２ｇを開くことで必要時に放気できる。

また、バルブ３２ｃは、開閉することで第２空気流路９ｂの流れを許容または遮断する。セパレータ１６ｂは、第２空気流路９ｂを流れる圧縮空気から油分を分離する。第２空気流路９ｂは、合流点Ｊで第１空気流路９ａに合流している。

このように、圧縮空気は、第１空気流路９ａと第２空気流路９ｂと空気流路９ｃとを含む発電用の空気流路８ｂを流れ、膨張機２０に供給される。

膨張機２０は、油冷式であり、潤滑油を供給されて冷却および潤滑される。膨張機２０は、発電機２２と機械的に接続されており、給気口２０ａから圧縮空気を給気された膨張機２０は、給気された圧縮空気により作動し、発電機２２を駆動する。膨張された空気は、排気口２０ｂより排気される。膨張機２０の種類は、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。さらに言えば、膨張機２０は油冷式に限定されず、オイルフリー式であってもよい。

発電機２２は電力系統６に電気的に接続されており（一点鎖線参照）、発電機２２で発電した電力は電力系統６に供給される。

次に、熱媒流路１０ａ〜１０ｃ（実線参照）について説明する。

熱媒流路１０ａ〜１０ｃには、第１熱交換器２４、高温蓄熱タンク（蓄熱部）３８、第２熱交換器２６、および低温蓄熱タンク４０が順に設けられている。熱媒はこれらの間で循環して流動している。

第１熱交換器２４では、蓄電用の空気流路８ａ内の圧縮空気と、低温蓄熱タンク４０から高温蓄熱タンク３８に延びる熱媒流路１０ａ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、蓄電用の空気流路８ａ内を流れる圧縮空気は、圧縮機１４での圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっており、熱交換により、圧縮空気を冷却している。即ち、第１熱交換器２４では圧縮空気の温度は低下し、熱媒の温度は上昇する。第１熱交換器２４は熱媒流路１０ａを通じて高温蓄熱タンク３８と流体的に接続されており、温度上昇した熱媒は高温蓄熱タンク３８に供給され蓄えられる。

高温蓄熱タンク３８は、第１熱交換器２４から供給された高温の熱媒を保温して蓄える。そのため、高温蓄熱タンク３８は断熱されていることが好ましい。高温蓄熱タンク３８は、熱媒流路１０ｂを通じて第２熱交換器２６に流体的に接続されており、高温蓄熱タンク３８で蓄えられた熱媒は第２熱交換器２６に供給される。

第２熱交換器２６では、発電用の空気流路８ｂ（空気流路９ｃ）内の圧縮空気と、高温蓄熱タンク３８から低温蓄熱タンク４０に延びる熱媒流路１０ｂ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、高温蓄熱タンク３８内の高温の熱媒を利用して膨張機２０による膨張の前に圧縮空気の温度を上昇させて膨張効率を向上させている。即ち、第２熱交換器２６では、圧縮空気の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。第２熱交換器２６は熱媒流路１０ｂを通じて低温蓄熱タンク４０に流体的に接続されており、温度低下した熱媒は低温蓄熱タンク４０に供給され蓄えられる。

低温蓄熱タンク４０は、第２熱交換器２６から供給された低温の熱媒を蓄える。低温蓄熱タンク４０は熱媒流路１０ｂ，１０ｃを通じて第１熱交換器２４または圧縮機１４にそれぞれ流体的に接続されており、低温蓄熱タンク４０で蓄えられた熱媒は熱媒流路１０ｂ，１０ｃを通じて第１熱交換器２４または圧縮機１４にそれぞれ供給される。

本実施形態では、上述のように熱媒および潤滑油として同種のものを使用しているため、圧縮機１４に供給された熱媒は潤滑油として潤滑および冷却のためにも使用される。圧縮機１４は、熱媒流路１０ｃを通じて高温蓄熱タンク３８と流体的に接続されており、圧縮機１４で潤滑油として使用され、温度上昇した熱媒は熱媒流路１０ｃを通じて高温蓄熱タンク３８に供給される。

このように熱媒流路１０ａ〜１０ｃでは、熱媒が循環している。熱媒の循環は、熱媒流路１０ｂに介設されたポンプ４２によりなされている。本実施形態では、ポンプ４２は低温蓄熱タンク４０の下流に設けられているが、その位置は特に限定されない。

熱媒流路１０ａ〜１０ｃにおける構成によれば、圧縮機１４で発生する圧縮熱を回収し、膨張前の空気に戻すことで発電効率を向上できる。具体的には、蓄圧タンク１８に貯蔵する圧縮空気の温度が大気温度よりも高い場合、熱が大気へ放出されてエネルギー損失が生じる。本構成では、これを防止するために、蓄圧タンク１８に圧縮空気が供給される前に予め第１熱交換器２４で熱回収している。これにより、蓄圧タンク１８の圧縮空気の温度を大気温度程度まで低下させ、蓄圧タンク１８における熱放出を防止している。第１熱交換器２４で回収された熱は、高温蓄熱タンク３８に蓄えられ、膨張前に再び圧縮空気に戻される。従って、膨張効率が向上し、発電効率を向上させている。

また、ＣＡＥＳ発電装置２は、制御装置４４を備える。制御装置４４は、シーケンサ等を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。制御装置４４は、入力電力及び電力系統６からの電力需要の値を監視している。制御装置４４は、これらの監視値に基づいてＣＡＥＳ発電装置２を運転し、入力電力を平準化して電力系統６に電力を供給する。また、本実施形態の制御装置４４は、特に油分センサ２８、液面センサ３０、および油分センサ３４の検出値を受け、後述のように第１切替機構３２ｂ，３２ｃ、第２切替機構３２ｄ，３２ｅ、および第３切替機構３２ｆを制御する。

図２を参照して、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の制御方法について説明する。

制御装置４４は、制御を開始すると（ステップＳ２−１）、油分センサ２８（図１参照）により測定された蓄圧タンク１８内の油濃度Ｏ１が基準値Ｏｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２−２）。油濃度Ｏ１が基準値Ｏｔｈ未満でない場合、液面センサ３０により測定された蓄圧タンク１８内の液面レベルＬ１が基準値Ｌｔｈ未満であるかを判断する（ステップＳ２−３）。

液面レベルＬ１が基準値Ｌｔｈ未満でない場合、第３切替機構３２ｆを切り替え、即ちバルブ３２ｆを開いて蓄圧タンク１８からレシーバタンク３６に油を回収する（ステップＳ２−４）。油を回収後、ステップＳ２−３の処理に戻る（ステップＳ２−５）。

ステップＳ２−３において、液面レベルＬ１が基準値Ｌｔｈ未満である場合、第１切替機構３２ｂ，３２ｃを切り替え、即ちバルブ３２ｂを閉じ、バルブ３２ｃを開く。これにより、蓄圧タンク１８内の圧縮空気は、第２空気流路９ｂ内を流れ、セパレータ１６ｂにより油分を分離される（ステップＳ２−６）。

ステップＳ２−２の処理において、油分Ｏ１が基準値Ｏｔｈ１未満である場合およびステップＳ２−６の処理後、油分センサ３４により測定された発電用の空気流路８ｂ内を流れる圧縮空気中の油濃度Ｏ２が基準Ｏｔｈ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ２−７）。なお、油分Ｏ１が基準値Ｏｔｈ１未満である場合は、ミスト状の油分が存在しないことから油液も存在せず、蓄圧タンク１８内に油液は溜まっていない。従って、ステップＳ２−３の処理のように液面センサ３０で検知する必要はない。

圧縮空気中の油濃度Ｏ２が基準Ｏｔｈ２未満でない場合、第２切替機構３２ｄ，３２ｅを切り替え、即ちバルブ３２ｄを閉じ、バルブ３２ｅを開く。これにより、第２熱交換器２６から流出した熱媒を含む圧縮空気は、第３空気流路９ｄ内を流れ、レシーバタンク３６に熱媒を回収する（ステップＳ２−８）。

圧縮空気中の油濃度Ｏ２が基準Ｏｔｈ２未満である場合、圧縮空気は膨張機２０に供給され、膨張機２０は駆動され、発電機２２は駆動される（ステップＳ２−９）。これらの処理を完了後、制御を終了する（ステップＳ２−１０）。

この構成によれば、油分センサ２８により基準以上の油分を検出した場合、第１切替機構３２ｂ，３２ｃにより圧縮空気が第２空気流路９ｂを流れる状態に切り替えてセパレータ１６ｂを通じて圧縮空気から油分を分離できるため、系外への油の漏出を防止できる。そのため、圧縮機１４を油冷式として装置のコストを低下しつつ、環境性に配慮したＣＡＥＳ発電装置２を提供できる。また、油分センサ２８により基準以上の油分を検出しない場合、第１切替機構３２ｂ，３２ｃにより圧縮空気が第１空気流路９ａを流れる状態に切り替えてセパレータ１６ｂを介することなく膨張機２０に圧縮空気を供給するため、セパレータ１６ｂでの圧力損失を防止できる。

第２空気流路９ｂにおいてセパレータ１６ｂを第２熱交換器２６の上流に設けることで、第２熱交換器２６に供給される空気から油を分離できるため、油による第２熱交換器２６の汚染を防止できる。

セパレータ１６ｂにより膨張前の圧縮空気から油を十分に分離できなかった場合でも、油分センサ３４で油分を検出できる。検出した場合、第２切替機構３２ｄ，３２ｅにより第３空気流路９ｄに切り替えることで、油分を含む圧縮空気をレシーバタンク３６に回収でき、油分の漏出を防止できる。

蓄圧タンク１８内に油が溜まった場合、または、発電せずに蓄圧タンク１８内の油を回収する場合、第３切替機構３２ｆを切り替えて蓄圧タンク１８とレシーバタンク３６とを流通させ、蓄圧タンク１８内に溜まった油をレシーバタンク３６に回収できる。

（第２実施形態）
図３に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２では、潤滑油と熱媒の種類が異なっていることに関する点を除いて図１の第１実施形態と実質的に同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については説明を省略する。

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、空気流路８ａ，８ｂ，９ａ〜９ｆ（破線参照）、熱媒流路１１ａ，１１ｂ（実線参照）、および潤滑油流路４６ａ，４６ｂ（二点鎖線参照）を有する。

まず、空気流路（破線参照）８ａ，８ｂ，９ａ〜９ｆについて説明する。

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、第１空気流路９ａに２つの第２熱交換器２７ａ，２７ｂが設けられている。従って、２つの第２熱交換器２７ａ，２７ｂにおいて、第１空気流路９ａ内の圧縮空気は、２段階で加熱される。

次に、熱媒流路１１ａ，１１ｂ（実線参照）および潤滑油流路４６ａ，４６ｂ(二点鎖線参照)について合わせて説明する。

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の構成において、第１実施形態と異なり潤滑油と熱媒の種類が異なっているため、熱媒流路１１ａ，１１ｂおよび潤滑油流路４６ａ，４６ｂは別々に設けられている。換言すると、熱媒流路１１ａ，１１ｂおよび潤滑油流路４６ａ，４６ｂは交わることはなく、潤滑油と熱媒は混合されない。

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、２つの高温蓄熱タンク（蓄熱部）３９ａ，３９ｂおよび２つの低温蓄熱タンク４１ａ，４１ｂを備える。具体的には、２つの高温蓄熱タンク３９ａ，３９ｂのうち、１つは高温の潤滑油を貯蔵する潤滑油高温タンク３９ａであり、もう１つは高温の熱媒を貯蔵する熱媒高温タンク３９ｂである。２つの低温蓄熱タンク４１ａ，４１ｂのうち、１つは低温の潤滑油を貯蔵する潤滑油低温タンク４１ａであり、もう１つは低温の熱媒を貯蔵する熱媒低温タンク４１ｂである。

熱媒流路１１ａ，１１ｂでは、第１熱交換器２４、熱媒高温タンク３９ａ、第２熱交換器２７ｂ、および熱媒低温タンク４１ａが流体的に接続され、これらの間を熱媒が流れている。熱媒の種類は特に限定されておらず、例えばグリコール系の熱媒を使用してもよい。

潤滑油流路４６ａ，４６ｂでは、圧縮機１４、潤滑油高温タンク３９ｂ、第２熱交換器２７ａ、および潤滑油低温タンク４１ｂが流体的に接続され、これらの間を潤滑油が流れている。潤滑油の種類は、特に限定されず、例えば鉱物油を使用してもよい。

発電用の空気流路８ｂにおいて、２つの第２熱交換器２７ａ，２７ｂの配置については、潤滑油用の第２熱交換器２７ａが上流に設置され、熱媒用の第２熱交換器２７ｂが下流に設置されている。第２熱交換器２７ａ，２７ｂにおいて潤滑油と熱媒を冷却しているが、潤滑油は圧縮機１４の機能に影響を及ぼすため、潤滑油を優先的に冷却することが好ましい。従って、潤滑油用の第２熱交換器２７ａを上流に配置し、熱媒用の第２熱交換器２７ｂを下流に配置している。

本実施形態では、熱媒流路１１ａ，１１ｂと、潤滑油流路４６ａ，４６ｂとに対して、それぞれポンプ４３ａ，４３ｂが設けられている。従って、熱媒および潤滑油は、ポンプ４３ａ，４３ｂによってそれぞれの流路内を循環されている。

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の制御方法は、図２に示す第１実施形態の制御方法と同様である。

ここで記載した各実施形態において、再生可能エネルギーによる発電の対象は、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐、及び地熱等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充されるエネルギーを利用したもの全てを対象とすることが可能である。

２ 圧縮空気貯蔵発電装置（ＣＡＥＳ発電装置）
４ 再生可能エネルギーを利用する発電装置
６ 電力系統
８ａ，８ｂ，９ｃ，９ｅ，９ｆ 空気流路
８ｃ 第３空気流路（空気流路）
９ａ 第１空気流路
９ｂ 第２空気流路
９ｄ 第３空気流路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１１ａ，１１ｂ 熱媒流路
１２ モータ（電動機）
１４ 油冷式圧縮機（圧縮機）
１４ａ 吸気口
１４ｂ 吐出口
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ セパレータ（油分離器）
１８ 蓄圧タンク（蓄圧部）
２０ 膨張機
２０ａ 給気口
２０ｂ 排気口
２２ 発電機
２４ 第１熱交換器
２６，２７ａ，２７ｂ 第２熱交換器
２８ 油分センサ（第１油検出部）
３０ 液面センサ
３２ａ，３２ｇ バルブ
３２ｂ，３２ｃ バルブ（第１切替機構）
３２ｄ，３２ｅ バルブ（第２切替機構）
３２ｆ バルブ（第３切替機構）
３４ 油分センサ（第２油検出部）
３６ レシーバタンク
３８ 高温蓄熱タンク（蓄熱部）
３９ａ 高温熱媒タンク（高温蓄熱タンク）（蓄熱部）
３９ｂ 高温潤滑油タンク（高温蓄熱タンク）（蓄熱部）
４０ 低温蓄熱タンク
４１ａ 低温熱媒タンク（低温熱媒タンク）
４１ｂ 低温潤滑油タンク（低温熱媒タンク）
４２，４３ａ，４３ｂ ポンプ
４４ 制御装置
４６ａ，４６ｂ 潤滑油流路

Claims (5)

1. 再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、
   前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、
   前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
   前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
   前記膨張機により駆動される発電機と、
   前記蓄圧部から前記膨張機までを流体的に接続して圧縮空気を流通させ、並列に設けられた第１空気流路および第２空気流路を有する発電用の空気流路と、
   前記蓄圧部または前記発電用の空気流路内の圧縮空気中に含まれる油分を検出する第１油検出部と、
   前記第２空気流路中の圧縮空気から油分を分離する油分離器と、
   前記蓄圧部から前記膨張機に圧縮空気を供給する際、圧縮空気が前記第１空気流路を流れる状態または前記第２空気流路を流れる状態のいずれかに切り替える第１切替機構と、
   前記第１油検出部で基準以上の油濃度が検出されたとき、前記第１切替機構を動作させ、圧縮空気が前記第２空気流路を流れる状態に切り替え、前記油分離器により圧縮空気から油分を分離する制御装置と
   を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
2. 前記油冷式圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒とで熱交換する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器で熱交換された熱媒を蓄える蓄熱部と、
   前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と前記蓄熱部から供給される熱媒とで熱交換する第２熱交換器と
   をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
3. 前記油分離器は、前記第２空気流路において前記蓄圧部から前記第２熱交換器の間に設けられている、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
4. 前記第２熱交換器から前記膨張機までの前記発電用の空気流路に設けられた第２油検出部と、
   前記第２熱交換器から前記膨張機までの前記発電用の空気流路から分岐した第３空気流路と、
   前記第３空気流路が流体的に接続されたレシーバタンクと、
   圧縮空気が前記発電用の空気流路を流れる状態または前記第３空気流路を流れる状態のいずれかに切り替える第２切替機構と
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第２油検出部で基準以上の熱媒が検出されたとき、前記第２切替機構を動作させ、前記第３空気流路を流れる状態に切り替え、前記レシーバタンクに圧縮空気および熱媒を供給する、請求項２または請求項３に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
5. 前記蓄圧部内の液面高さを検出する液面検出部をさらに備え、
   前記蓄圧部と前記レシーバタンクとは、第３切替機構を介して流体的に接続され、
   前記制御装置は、前記液面検出部で基準以上の値を検出したとき、前記第３切替機構を動作させ、前記蓄圧部と前記レシーバタンクを流通させる、請求項４に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

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