JP6752751B2 - Compressed air storage power generator - Google Patents

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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。そのため、適時に必要な電力を得るためには、エネルギー貯蔵システムを使用する必要がある。そのようなシステムの一例として、例えば、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置が知られている。 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. Therefore, it is necessary to use an energy storage system in order to obtain the required power in a timely manner. As an example of such a system, for example, a compressed air energy storage (CAES) power generation device is known.

ＣＡＥＳ発電装置は、再生可能エネルギーを用いて圧縮機を駆動して圧縮空気を製造し、圧縮空気をタンクなどに貯蔵し、必要なときに圧縮空気を使用してタービン発電機を駆動して電力を得る装置である。このようなＣＡＥＳ発電装置が、例えば特許文献１に開示されている。 The CAES power generator uses renewable energy to drive a compressor to produce compressed air, stores the compressed air in a tank, etc., and uses the compressed air to drive a turbo generator to generate electricity when needed. It is a device to obtain. Such a CAES power generation device is disclosed in, for example, Patent Document 1.

特表２０１３−５０９５３０号公報Special Table 2013-509530

特許文献１に開示されているようなＣＡＥＳ発電装置は、タービン発電機を駆動して電力を得る際に空気が膨張するが、このときの膨張により排気空気の温度が低下する。排気空気の温度が所定温度以下（例えば０℃以下）になると、凍結が発生し、膨張機の排気口が閉塞されるおそれがある。 In the CAES power generation device as disclosed in Patent Document 1, the air expands when the turbine generator is driven to obtain electric power, and the expansion at this time lowers the temperature of the exhaust air. If the temperature of the exhaust air falls below a predetermined temperature (for example, 0 ° C. or lower), freezing may occur and the exhaust port of the expander may be blocked.

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、膨張機の排気口の凍結を防止することを課題とする。 An object of the present invention is to prevent freezing of the exhaust port of an expander in a compressed air storage power generation device.

本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は、再生可能エネルギーによって発電された電力により駆動される電動機と、前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出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、前記膨張機によって駆動される発電機と、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、熱媒とで熱交換して、前記圧縮空気を加熱し、前記熱媒を冷却する膨張側熱交換器と、前記膨張側熱交換器に流入する空気温度を検出する空気温度検出部と、前記膨張側熱交換器に流入する空気圧力を検出する空気圧力検出部と、前記膨張側熱交換器に流入する空気流量を検出する空気流量検出部と、前記膨張側熱交換器に流入する熱媒温度を検出する熱媒温度検出部と、前記膨張側熱交換器に流入する熱媒流量を検出する熱媒流量検出部と、前記空気温度、前記空気圧力、前記空気流量、前記熱媒温度、および前記熱媒流量の５つの状態量の少なくとも一つを変更する状態変更部と、少なくとも前記５つの状態量の検出値に基づいて前記膨張機の排気温度を算出する演算部と、前記演算部で算出された前記排気温度が所定温度以下の場合に前記排気温度を上昇させるように前記状態変更部を制御する状態制御部とを有する制御装置とを備える。 The compressed air storage power generation device of the present invention stores an electric motor driven by electric power generated by renewable energy, a compressor driven by the electric motor to compress air, and compressed air discharged from the compressor. A heat accumulator, an expander driven by compressed air supplied from the accumulator, a generator driven by the expander, compressed air supplied from the accumulator to the expander, and a heat medium. An expansion side heat exchanger that heats the compressed air and cools the heat medium, an air temperature detection unit that detects the temperature of the air flowing into the expansion side heat exchanger, and the expansion side. An air pressure detection unit that detects the air pressure flowing into the heat exchanger, an air flow rate detection unit that detects the air flow rate flowing into the expansion side heat exchanger, and a heat medium temperature flowing into the expansion side heat exchanger. The heat medium temperature detection unit to detect, the heat medium flow rate detection unit to detect the heat medium flow rate flowing into the expansion side heat exchanger, the air temperature, the air pressure, the air flow rate, the heat medium temperature, and the above. A state change unit that changes at least one of the five state quantities of the heat medium flow rate, a calculation unit that calculates the exhaust temperature of the expander based on the detected values of at least the five state quantities, and the calculation unit. A control device including a state control unit that controls the state changing unit so as to raise the exhaust temperature when the exhaust temperature is equal to or lower than a predetermined temperature is provided.

この構成によれば、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギーを蓄圧部にて圧縮空気として貯蔵でき、必要なときに圧縮空気を膨張機に供給し、発電機を駆動して発電できる。特に、演算部によって各状態量の検出値に基づいて膨張機の排気温度を算出できるため、膨張機の排気口が凍結する前に予め凍結の発生を予測できる。さらに、凍結が予測された場合、状態制御部によって状態変更部を制御し、排気温度を上昇させるように各状態量を変更できるため、膨張機の排気口の凍結を事前に防止できる。ここで、上記の所定温度とは、凍結が発生する温度であり得、例えば０℃である。ただし、膨張機によって耐温性能は異なるため、所定温度は、必ずしも０℃ではなく、膨張機の排気口が凍結し、悪影響を受ける温度であり得る。例えば−５℃で排気口が完全に凍結され、即ち閉塞され、排気不可能となる膨張機の場合、所定温度は−５℃であってもよい。 According to this configuration, energy such as renewable energy whose output fluctuates irregularly can be stored as compressed air in the accumulator, and compressed air is supplied to the expander when necessary to drive the generator. Can generate electricity. In particular, since the calculation unit can calculate the exhaust temperature of the expander based on the detected value of each state quantity, it is possible to predict the occurrence of freezing before the exhaust port of the expander freezes. Further, when freezing is predicted, the state changing unit can control the state changing unit and change each state amount so as to raise the exhaust temperature, so that the freezing of the exhaust port of the expander can be prevented in advance. Here, the above-mentioned predetermined temperature can be a temperature at which freezing occurs, for example, 0 ° C. However, since the temperature resistance performance differs depending on the expander, the predetermined temperature is not necessarily 0 ° C., and may be a temperature at which the exhaust port of the expander freezes and is adversely affected. For example, in the case of an expander in which the exhaust port is completely frozen at −5 ° C., that is, it is blocked and exhaust cannot be performed, the predetermined temperature may be −5 ° C.

前記状態変更部は、前記膨張側熱交換器に流入する前記熱媒温度を上昇させる熱媒加熱部を有し、前記状態制御部は、前記状態変更部によって前記５つの状態量のうち前記熱媒温度を最優先に変更し、より詳しくは前記熱媒温度を上昇させるように前記熱媒加熱部を制御してもよい。 The state changing unit has a heat medium heating unit that raises the temperature of the heat medium flowing into the expansion side heat exchanger, and the state control unit has the heat out of the five state quantities by the state changing unit. The medium temperature may be changed to the highest priority, and more specifically, the heat medium heating unit may be controlled so as to raise the heat medium temperature.

この構成によれば、熱媒加熱部によって熱媒温度を上昇させることで、膨張側熱交換器にて圧縮空気をより大きく加熱できるため、膨張機に給気される圧縮空気の温度を上昇させることができる。そのため、膨張機からの排気温度が所定温度以下となることを一層防止できる。特に、熱媒温度は、上記の各状態量の中でも排気温度に対する寄与度が大きなパラメータである。そのため、排気温度を上昇させるために熱媒温度を最優先に変更し、より詳しくは熱媒温度を上昇させることは効率的である。 According to this configuration, by raising the heat medium temperature by the heat medium heating unit, the compressed air can be heated more greatly by the expansion side heat exchanger, so that the temperature of the compressed air supplied to the expander is raised. be able to. Therefore, it is possible to further prevent the exhaust temperature from the expander from falling below a predetermined temperature. In particular, the heat medium temperature is a parameter having a large contribution to the exhaust temperature among the above-mentioned state quantities. Therefore, it is efficient to change the heat medium temperature with the highest priority in order to raise the exhaust temperature, and more specifically to raise the heat medium temperature.

前記熱媒加熱部は、前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と、熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を冷却し、前記熱媒を加熱する圧縮側熱交換器と、前記膨張側熱交換器と前記圧縮側熱交換器とに流体的に接続され、前記圧縮側熱交換器から供給された前記熱媒を蓄え、前記膨張側熱交換器に前記熱媒を供給する蓄熱部とを備えてもよい。 The heat medium heating unit includes a compression side heat exchanger that exchanges heat between the compressed air supplied from the compressor to the pressure accumulator unit and the heat medium, cools the compressed air, and heats the heat medium. It is fluidly connected to the expansion side heat exchanger and the compression side heat exchanger, stores the heat medium supplied from the compression side heat exchanger, and supplies the heat medium to the expansion side heat exchanger. It may be provided with a heat storage unit.

この構成によれば、圧縮側熱交換器にて高温の圧縮空気から熱媒に熱回収し、高温熱媒を蓄熱部に蓄え、必要に応じて膨張側熱交換器に高温熱媒を供給できる。圧縮側熱交換器にて熱交換する圧縮空気は、圧縮側熱交換器の上流の圧縮機での圧縮熱によって昇温した空気である。そのため、蓄熱部に蓄えられる高温熱媒は、装置内で発生した熱（圧縮熱）によって加熱されており、即ち装置内の熱エネルギーを有効利用している。換言すると、圧縮側熱交換器および蓄熱部が設けられていないＣＡＥＳ発電装置では、圧縮機で発生した圧縮熱は回収されず、高温の圧縮空気が蓄圧部に蓄えられる。この高温の圧縮空気は蓄圧部に蓄えられている間に大気へ熱を放出するため、エネルギー損失が生じる。従って、上記構成ではこのエネルギー損失を防止することでエネルギー効率を向上させている。 According to this configuration, the compression side heat exchanger can recover heat from the high temperature compressed air to the heat medium, the high temperature heat medium is stored in the heat storage section, and the high temperature heat medium can be supplied to the expansion side heat exchanger as needed. .. The compressed air that exchanges heat with the compression side heat exchanger is air that has been heated by the heat of compression in the compressor upstream of the compression side heat exchanger. Therefore, the high-temperature heat medium stored in the heat storage unit is heated by the heat (heat of compression) generated in the device, that is, the heat energy in the device is effectively used. In other words, in the CAES power generation device that is not provided with the compression side heat exchanger and the heat storage unit, the compressed heat generated by the compressor is not recovered, and the high-temperature compressed air is stored in the pressure storage unit. This high-temperature compressed air releases heat to the atmosphere while being stored in the accumulator, resulting in energy loss. Therefore, in the above configuration, energy efficiency is improved by preventing this energy loss.

前記熱媒加熱部は、前記膨張側熱交換器に供給される熱媒を加熱する電気ヒータを備え、前記電気ヒータは、前記発電機と電気的に接続されていてもよい。 The heat medium heating unit includes an electric heater for heating the heat medium supplied to the expansion side heat exchanger, and the electric heater may be electrically connected to the generator.

この構成によれば、電気ヒータによって膨張側熱交換器に供給される熱媒温度を上昇させることができる。さらに、電気ヒータが発電機と電気的に接続されているため、発電機によって発電した電力を電気ヒータの駆動に利用できる。特に、発電機にて余剰に電力を発電可能である場合、電気ヒータ等に該電力を供給できることで、該電力を有効利用できる。従って、電気ヒータの駆動に外部電源を使用する場合と比べてエネルギー効率を向上できる。 According to this configuration, the temperature of the heat medium supplied to the expansion side heat exchanger by the electric heater can be raised. Further, since the electric heater is electrically connected to the generator, the electric power generated by the generator can be used to drive the electric heater. In particular, when the generator can generate surplus electric power, the electric power can be effectively used by supplying the electric power to an electric heater or the like. Therefore, energy efficiency can be improved as compared with the case where an external power source is used to drive the electric heater.

前記膨張機は、複数段の膨張機本体を有し、前記状態変更部は、駆動する前記膨張機本体の選択を可能にする膨張比選択部を有し、前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記膨張比選択部を制御し、現在の膨張比以下の膨張比となるように前記膨張機本体を選択して駆動してもよい。 The inflator has a plurality of stages of an inflator main body, the state changing unit has an expansion ratio selection unit that enables selection of the inflator main body to be driven, and the state control unit is the heat medium. The expansion ratio selection unit may be controlled following the control of the heating unit, and the expansion machine main body may be selected and driven so that the expansion ratio is equal to or lower than the current expansion ratio.

この構成によれば、現在の膨張比以下の膨張比となるように、膨張比選択部によって膨張機本体を選択して駆動することで、空気の膨張量を小さくし、即ち膨張による吸熱量を減少させることができる。従って、排気温度の低下量を低減できるので、排気温度を所定温度以上に維持できる。特に、膨張比選択部の制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などに、膨張比選択部の制御は有効である。 According to this configuration, the expansion amount of air is reduced, that is, the amount of heat absorbed by expansion is reduced by selecting and driving the expansion machine main body by the expansion ratio selection unit so that the expansion ratio is equal to or less than the current expansion ratio. Can be reduced. Therefore, since the amount of decrease in the exhaust temperature can be reduced, the exhaust temperature can be maintained at a predetermined temperature or higher. In particular, the control of the expansion ratio selection unit is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, if the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or if the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason, the expansion ratio selection unit can be controlled. It is valid.

前記膨張機の排気空気を前記蓄圧部に供給する戻し配管と、前記膨張機の排気空気を外気に放気するか、または前記戻し配管に流入させるかを選択する排気選択部とをさらに備え、前記制御装置は、前記膨張比選択部を制御することで前記膨張比を低下させた場合、前記排気選択部を制御し、前記戻し配管を通じて前記蓄圧部に前記排気空気を供給する排気制御部をさらに有してもよい。 A return pipe for supplying the exhaust air of the expander to the accumulator, and an exhaust selection unit for selecting whether to release the exhaust air of the expander to the outside air or to let the exhaust air of the expander flow into the return pipe are further provided. When the expansion ratio is lowered by controlling the expansion ratio selection unit, the control device controls the exhaust selection unit and supplies the exhaust air to the pressure accumulator through the return pipe. You may also have more.

この構成によれば、膨張比選択部の制御によって膨張比を小さくした場合、排気空気は大気圧よりも高圧となり得る。そのため、排気選択部を制御し、戻し配管を通じて蓄圧部にこの大気圧よりも高圧の空気を供給できることで、再度圧縮空気としてエネルギーを蓄えることができる。 According to this configuration, when the expansion ratio is reduced by controlling the expansion ratio selection unit, the exhaust air can be higher than the atmospheric pressure. Therefore, by controlling the exhaust selection section and supplying air having a pressure higher than the atmospheric pressure to the accumulator section through the return pipe, energy can be stored again as compressed air.

前記状態変更部は、前記蓄圧部内の圧縮空気を外気に直接放気することで内圧を低下させる減圧部を有し、前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記減圧部を制御し、前記蓄圧部の内圧を低下させてもよい。 The state changing unit has a pressure reducing unit that lowers the internal pressure by directly releasing the compressed air in the pressure accumulating unit to the outside air, and the state control unit has the pressure reducing unit following the control of the heat medium heating unit. May be controlled to reduce the internal pressure of the accumulator.

この構成によれば、減圧部によって蓄圧部の内圧を低下させることができる。蓄圧部の内圧が低い場合、膨張機に給気される圧縮空気の圧力が低下する。高圧の圧縮空気を膨張させる場合と、低圧の圧縮空気を膨張させる場合とを比較すると、膨張量が大きくなるのは高圧の圧縮空気を膨張させる場合である。そのため、高圧の圧縮空気を膨張させる場合の方が、膨張吸熱量が増加し、即ち排気温度が低下する。従って、蓄圧部の内圧の低下は、膨張機の排気温度の上昇に寄与するため、減圧部によって蓄圧部の内圧を低下させることで、排気温度を上昇させることができる。特に、本制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などに有効である。 According to this configuration, the internal pressure of the accumulator portion can be reduced by the decompression portion. When the internal pressure of the accumulator is low, the pressure of the compressed air supplied to the expander decreases. Comparing the case of expanding the high-pressure compressed air with the case of expanding the low-pressure compressed air, the amount of expansion increases when the high-pressure compressed air is expanded. Therefore, when the high-pressure compressed air is expanded, the expansion heat absorption amount increases, that is, the exhaust temperature decreases. Therefore, since the decrease in the internal pressure of the accumulator contributes to the increase in the exhaust temperature of the expander, the exhaust temperature can be increased by decreasing the internal pressure of the accumulator by the decompression unit. In particular, this control is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, it is effective when the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or when the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason.

また、前記状態変更部は、前記蓄圧部内の圧縮空気を外気に直接放気することで内圧を低下させる減圧部を有し、前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記減圧部を制御し、前記蓄圧部の内圧を低下させてもよい。 Further, the state changing unit has a decompression unit that lowers the internal pressure by directly releasing the compressed air in the accumulating unit to the outside air, and the state control unit controls the heat medium heating unit and the expansion ratio. Following the control of the selection unit, the decompression unit may be controlled to reduce the internal pressure of the accumulator unit.

この構成によれば、減圧部によって蓄圧部の内圧を低下できるため、前述のように排気温度を上昇させることができる。特に、本制御は、熱媒加熱部の制御および膨張比選択部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合、さらに膨張比選択部によって膨張比をそれ以上下げることができない場合などに有効である。 According to this configuration, the internal pressure of the accumulator unit can be reduced by the decompression unit, so that the exhaust temperature can be increased as described above. In particular, this control is performed following the control of the heat medium heating unit and the control of the expansion ratio selection unit. Therefore, if the exhaust temperature does not rise sufficiently under the control of the heat medium heating unit, or if the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason, the expansion ratio is further increased by the expansion ratio selection unit. This is effective when the temperature cannot be lowered any further.

前記蓄圧部は、複数設けられており、前記状態変更部は、前記膨張機に圧縮空気を給気する前記蓄圧部の選択を可能にする蓄圧部選択部と、前記蓄圧部間での前記圧縮空気の授受を可能にする内圧分配部とを有し、前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記蓄圧部選択部を制御し、内圧の低い前記蓄圧部を選択するか、または、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記内圧分配部を制御し、前記蓄圧部の圧縮空気を他の前記蓄圧部に分配して内圧を低下させてもよい。 A plurality of the pressure accumulators are provided, and the state change unit is a pressure accumulator selection unit that enables selection of the accumulator that supplies compressed air to the expander, and the compression between the accumulators. It has an internal pressure distribution unit that enables air transfer, and the state control unit controls the pressure accumulator selection unit following the control of the heat medium heating unit, and selects the pressure accumulator with a low internal pressure. Alternatively, the internal pressure distribution unit may be controlled following the control of the heat medium heating unit, and the compressed air of the pressure accumulation unit may be distributed to other pressure storage units to reduce the internal pressure.

この構成によれば、蓄圧部選択部によって内圧の低い蓄圧部を使用して膨張機を駆動でき、また、内圧分配部によって蓄圧部の内圧を低下させることができる。従って、前述のように排気空気の温度を上昇させることができる。特に、本制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などに有効である。 According to this configuration, the accumulator selection unit can drive the expander using the accumulator having a low internal pressure, and the internal pressure distribution unit can reduce the internal pressure of the accumulator. Therefore, the temperature of the exhaust air can be raised as described above. In particular, this control is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, it is effective when the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or when the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason.

前記蓄圧部は、複数設けられており、前記状態変更部は、前記膨張機に圧縮空気を給気する前記蓄圧部の選択を可能にする蓄圧部選択部と、前記蓄圧部間での圧縮空気の授受を可能にする内圧分配部とを有し、前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記蓄圧部選択部を制御し、内圧の低い前記蓄圧部を選択するか、または、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記内圧分配部を制御し、前記蓄圧部の圧縮空気を他の前記蓄圧部に分配して内圧を低下させてもよい。 A plurality of the pressure accumulators are provided, and the state change unit is a pressure accumulator selection unit that enables selection of the accumulator that supplies compressed air to the expander, and compressed air between the accumulators. The state control unit controls the pressure accumulator selection unit following the control of the heat medium heating unit and the expansion ratio selection unit, and has a low internal pressure. The accumulator is selected, or the internal pressure distribution unit is controlled following the control of the heat medium heating unit and the expansion ratio selection unit, and the compressed air of the accumulator is distributed to the other accumulators. The internal pressure may be lowered.

この構成によれば、蓄圧部選択部によって内圧の低い蓄圧部を使用して膨張機をでき、また、内圧分配部によって蓄圧部の内圧を低下させることができる。従って、前述のように排気空気の温度を上昇させることができる。特に、本制御は、熱媒加熱部の制御および膨張比選択部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合、さらに膨張比をそれ以上下げることができない場合などに有効である。 According to this configuration, the accumulator can be used to make an expander by using the accumulator having a low internal pressure, and the internal pressure distribution unit can reduce the internal pressure of the accumulator. Therefore, the temperature of the exhaust air can be raised as described above. In particular, this control is performed following the control of the heat medium heating unit and the control of the expansion ratio selection unit. Therefore, if the exhaust temperature does not rise sufficiently under the control of the heat medium heating section, or if the heat medium heating section cannot raise the temperature of the heat medium for some reason, the expansion ratio may be further lowered. This is effective when you cannot.

本発明によれば、圧縮空気貯蔵発電装置において、演算部によって排気温度を算出し、膨張機の排気口の凍結が予測された場合に状態変更部によって各状態量を制御して排気温度を上昇させることができるため、膨張機の排気口の凍結を防止できる。 According to the present invention, in the compressed air storage power generation device, the exhaust temperature is calculated by the calculation unit, and when the exhaust port of the expander is predicted to freeze, each state amount is controlled by the state change unit to raise the exhaust temperature. Therefore, it is possible to prevent the exhaust port of the expander from freezing.

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。The schematic block diagram of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御装置のブロック図。The block diagram of the control device of the compressed air storage power generation device which concerns on 1st Embodiment. 排気圧力と排気温度の関係を示す膨張機の性能曲線。The performance curve of the expander showing the relationship between the exhaust pressure and the exhaust temperature. 排気圧力と排気温度の関係を示す膨張機の性能曲線。The performance curve of the expander showing the relationship between the exhaust pressure and the exhaust temperature. 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the control of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の変形例の概略構成図。The schematic block diagram of the modification of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 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。The schematic block diagram of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御装置のブロック図。The block diagram of the control device of the compressed air storage power generation device which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the control of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の変形例の制御装置のブロック図。The block diagram of the control apparatus of the modification of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の変形例の制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the control of the modification of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係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 which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御装置のブロック図。The block diagram of the control device of the compressed air storage power generation device which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the control of the compressed air storage power generation apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１実施形態）
図１に示す圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置１は、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電設備２にて発電された電力を圧縮空気の態様で蓄え、必要なときに圧縮空気を用いて発電する装置である。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、主に空気の流れに関する空気ラインと、主に熱媒の流れに関する熱媒ラインとを備える。以降、これらの２つのラインについて順に説明する。 (First Embodiment)
The compressed air storage (CAES) power generation device 1 shown in FIG. 1 stores the power generated by the power generation facility 2 using renewable energy such as wind power generation and solar power generation in the form of compressed air, and when necessary. It is a device that uses compressed air to generate electricity. The CAES power generation device 1 of the present embodiment includes an air line mainly related to an air flow and a heat medium line mainly related to a heat medium flow. Hereinafter, these two lines will be described in order.

まず、空気ラインには、モータ（電動機）１０と、圧縮機１１と、蓄圧タンク（蓄圧部）１２と、膨張機１３と、発電機１４とが設けられている。 First, the air line is provided with a motor (electric motor) 10, a compressor 11, a pressure accumulator tank (accumulation unit) 12, an expander 13, and a generator 14.

再生可能エネルギーを利用する発電設備２により発電された電力は、モータ１０に供給される。以降、発電設備２からモータ１０に供給される電力を入力電力という。モータ１０は、圧縮機１１に機械的に接続されており、入力電力により駆動され、圧縮機１１を駆動する。 The electric power generated by the power generation facility 2 that uses renewable energy is supplied to the motor 10. Hereinafter, the electric power supplied from the power generation facility 2 to the motor 10 is referred to as an input electric power. The motor 10 is mechanically connected to the compressor 11 and is driven by the input power to drive the compressor 11.

本実施形態の圧縮機１１は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の圧縮機１１は内部に図示しないスクリュロータを備え、このスクリュロータはモータ１０と機械的に接続されている。ただし、圧縮機１１は、スクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、およびレシプロ式等であり得るが、このようにスクリュ式の圧縮機１１は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。 The compressor 11 of this embodiment is a screw type. Therefore, the compressor 11 of the present embodiment includes a screw rotor (not shown) inside, and the screw rotor is mechanically connected to the motor 10. However, the compressor 11 is not limited to the screw type, and may be, for example, a turbo type, a scroll type, a reciprocating type, etc. However, since the screw type compressor 11 can control the rotation speed in this way, it is not possible. It can follow the regularly fluctuating input power with good responsiveness, and is preferable as a component of the CAES power generation device 1.

圧縮機１１の吸気口１１ａは、空気配管４ａを通じて外気に連通している。圧縮機１１の吐出口１１ｂは、空気配管４ｂを通じて蓄圧タンク１２に流体的に接続されている。空気配管４ｂには、バルブ１７ａが取り付けられており、空気の流動を許容または遮断できる。また、空気配管４ｂには圧縮側熱交換器１５が設けられているが、この詳細については後述する。 The intake port 11a of the compressor 11 communicates with the outside air through the air pipe 4a. The discharge port 11b of the compressor 11 is fluidly connected to the accumulator tank 12 through the air pipe 4b. A valve 17a is attached to the air pipe 4b to allow or block the flow of air. Further, the air pipe 4b is provided with the compression side heat exchanger 15, which will be described in detail later.

モータ１０に入力電力が供給されると、モータ１０が作動し、上記のスクリュロータが回転し、圧縮機１１を駆動する。圧縮機１１は、空気配管４ａを通じて吸気口１１ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１１ｂから吐出し、空気配管４ｂを通じて蓄圧タンク１２に圧縮空気を圧送する。 When the input power is supplied to the motor 10, the motor 10 operates, the screw rotor rotates, and the compressor 11 is driven. The compressor 11 takes in air from the intake port 11a through the air pipe 4a, compresses the air, discharges the air from the discharge port 11b, and pumps the compressed air to the accumulator tank 12 through the air pipe 4b.

蓄圧タンク１２は、例えば鋼製のタンクであり、圧縮機１１から圧送された圧縮空気を蓄えている。蓄圧タンク１２には、放気弁（減圧部）１２ａが設けられており、放気弁１２ａを開くことで内部の圧縮空気を直接放気し、蓄圧タンク１２の内圧を低下させることができる。蓄圧タンク１２は、空気配管４ｃを通じて膨張機１３と流体的に接続されており、蓄圧タンク１２に蓄えられた圧縮空気は空気配管４ｃを通じて膨張機１３に給気される。また、空気配管４ｃには、膨張側熱交換器１６が設けられているが、この詳細については後述する。ここで、蓄圧タンク１２には、圧力センサ（空気圧力検出部）５ａが取り付けられており、内部の圧縮空気の圧力を検出できる。即ち、膨張側熱交換器１６に供給する空気圧力を検出できる。また、空気配管４ｃにはバルブ１７ｂが取り付けられている。バルブ１７ｂは、流量調整バルブであり、流動する空気の流量を調整できる。より詳細には、バルブ１７ｂは膨張側熱交換器１６の上流に設けられており、蓄圧タンク１２から膨張側熱交換器１６に流入する空気の流量を調整できる。また、膨張側熱交換器１６の上流には、空気配管４ｃ内を流れる圧縮空気の温度を検出する空気温度センサ（空気温度検出部）５ｂと、圧縮空気の流量を検出する空気流量センサ（空気流量検出部）５ｃとが取り付けられている。従って、空気温度センサ５ｂと空気流量センサ５ｃとによって、膨張側熱交換器１６に流入する空気温度および空気流量を検出できる。 The accumulator tank 12 is, for example, a steel tank, and stores compressed air pumped from the compressor 11. The pressure accumulator tank 12 is provided with an air release valve (decompression unit) 12a, and by opening the air discharge valve 12a, the compressed air inside can be directly released to reduce the internal pressure of the pressure accumulation tank 12. The accumulator tank 12 is fluidly connected to the expander 13 through the air pipe 4c, and the compressed air stored in the accumulator tank 12 is supplied to the expander 13 through the air pipe 4c. Further, the air pipe 4c is provided with the expansion side heat exchanger 16, which will be described in detail later. Here, a pressure sensor (air pressure detecting unit) 5a is attached to the accumulator tank 12, and the pressure of the compressed air inside can be detected. That is, the air pressure supplied to the expansion side heat exchanger 16 can be detected. A valve 17b is attached to the air pipe 4c. The valve 17b is a flow rate adjusting valve, and can adjust the flow rate of the flowing air. More specifically, the valve 17b is provided upstream of the expansion side heat exchanger 16, and the flow rate of air flowing from the accumulator tank 12 into the expansion side heat exchanger 16 can be adjusted. Further, upstream of the expansion side heat exchanger 16, an air temperature sensor (air temperature detection unit) 5b that detects the temperature of the compressed air flowing in the air pipe 4c and an air flow sensor (air) that detects the flow rate of the compressed air. Flow rate detection unit) 5c is attached. Therefore, the air temperature sensor 5b and the air flow sensor 5c can detect the air temperature and the air flow rate flowing into the expansion side heat exchanger 16.

本実施形態の膨張機１３は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の膨張機１３は内部に図示しないスクリュロータを備え、このスクリュロータは発電機１４と機械的に接続されている。ただし、膨張機１３はスクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、及びレシプロ式等であってもよいが、このようにスクリュ式の膨張機１３は、回転数制御可能であるため、変動する電力需要に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。 The expander 13 of the present embodiment is a screw type. Therefore, the expander 13 of the present embodiment includes a screw rotor (not shown) inside, and the screw rotor is mechanically connected to the generator 14. However, the expander 13 is not limited to the screw type, and may be, for example, a turbo type, a scroll type, a reciprocating type, or the like. However, since the screw type expander 13 can control the rotation speed in this way, It can follow the fluctuating power demand with good responsiveness, and is preferable as a component of the CAES power generation device 1.

膨張機１３の給気口１３ａは、前述のように空気配管４ｃを通じて蓄圧タンク１２と流体的に接続されている。膨張機１３の排気口１３ｂは、空気配管４ｄを通じて外気に開放されている。 The air supply port 13a of the expander 13 is fluidly connected to the accumulator tank 12 through the air pipe 4c as described above. The exhaust port 13b of the expander 13 is open to the outside air through the air pipe 4d.

膨張機１３に圧縮空気が給気されると、上記のスクリュロータが回転し、膨張機１３を駆動し、即ち発電機１４を駆動する。膨張機１３で膨張された空気（排気空気）は、排気口１３ｂから空気配管４ｄを通じて外気に放気される。 When compressed air is supplied to the inflator 13, the screw rotor rotates to drive the inflator 13, that is, the generator 14. The air (exhaust air) expanded by the expander 13 is released to the outside air from the exhaust port 13b through the air pipe 4d.

発電機１４は、膨張機１３によって駆動されることで発電する。発電機１４は、工場などの電力の需要家設備３に電気的に接続されており、発電機１４で発電した電力は需要家設備３に供給される。なお、図示していないが、発電機１４と需要家設備３との間には直交流変換のためのインバータおよび整流のためのコンバータ等が介設されている。 The generator 14 generates electricity by being driven by the expander 13. The generator 14 is electrically connected to the consumer equipment 3 of electric power such as a factory, and the electric power generated by the generator 14 is supplied to the consumer equipment 3. Although not shown, an inverter for orthogonal flow conversion, a converter for rectification, and the like are provided between the generator 14 and the consumer equipment 3.

次に、熱媒ラインには、圧縮側熱交換器１５と、膨張側熱交換器１６と、高温熱媒タンク１８と、低温熱媒タンク１９とが設けられている。これらは熱媒配管６ａ，６ｂによって流体的に接続されており、熱媒が熱媒配管６ａ，６ｂを通ってこれらの間を循環している。熱媒配管６ｂには、熱媒を循環流動させるためのポンプ２０が配設されている。なお、熱媒の種類は特に限定されず、例えば熱媒油または水であり得る。 Next, the heat medium line is provided with a compression side heat exchanger 15, an expansion side heat exchanger 16, a high temperature heat medium tank 18, and a low temperature heat medium tank 19. These are fluidly connected by heat medium pipes 6a and 6b, and the heat medium circulates between them through the heat medium pipes 6a and 6b. A pump 20 for circulating and flowing the heat medium is provided in the heat medium pipe 6b. The type of heat medium is not particularly limited, and may be, for example, heat medium oil or water.

圧縮側熱交換器１５は、上記の空気配管４ｂと、低温熱媒タンク１９および高温熱媒タンク１８を流体的に接続する熱媒配管６ａとにそれぞれ介設されている。圧縮機１１の吐出口１１ｂから吐出される圧縮空気は、圧縮熱により昇温しているため、常温以上の高温空気となっている。本実施形態では、この高温空気は、例えば１５５℃程度である。圧縮側熱交換器１５では、空気配管４ｂ内のこの高温空気と、低温熱媒タンク１９から供給された、例えば常温の熱媒配管６ａ内の熱媒とで熱交換がそれぞれ行われている。詳細には、圧縮側熱交換器１５では、空気配管４ｂ内の空気は冷却され、熱媒配管６ａ内の熱媒は加熱される。本実施形態では、圧縮側熱交換器１５で冷却された空気配管４ｂ内の空気は例えば５０℃程度となり、圧縮側熱交換器１５で加熱された熱媒は例えば９０℃程度となる。圧縮側熱交換器１５で加熱された熱媒は、熱媒配管６ａを通じて高温熱媒タンク１８に供給され、高温熱媒タンク１８にて貯蔵される。 The compression side heat exchanger 15 is interposed in the air pipe 4b and the heat medium pipe 6a that fluidly connects the low temperature heat medium tank 19 and the high temperature heat medium tank 18. Since the compressed air discharged from the discharge port 11b of the compressor 11 is heated by the heat of compression, it is a high temperature air of room temperature or higher. In the present embodiment, the high temperature air is, for example, about 155 ° C. In the compression side heat exchanger 15, heat exchange is performed between the high temperature air in the air pipe 4b and the heat medium supplied from the low temperature heat medium tank 19, for example, in the heat medium pipe 6a at room temperature. Specifically, in the compression side heat exchanger 15, the air in the air pipe 4b is cooled, and the heat medium in the heat medium pipe 6a is heated. In the present embodiment, the air in the air pipe 4b cooled by the compression side heat exchanger 15 is, for example, about 50 ° C., and the heat medium heated by the compression side heat exchanger 15 is, for example, about 90 ° C. The heat medium heated by the compression side heat exchanger 15 is supplied to the high temperature heat medium tank 18 through the heat medium pipe 6a and stored in the high temperature heat medium tank 18.

高温熱媒タンク１８は、例えば鋼製のタンクであり、好ましくは、熱を外部に放出しないように外部から断熱されている。高温熱媒タンク１８には、熱媒の温度を検出する熱媒温度センサ（熱媒温度検出部）５ｄが取り付けられており、膨張側熱交換器１６に供給する熱媒温度を検出できる。高温熱媒タンク１８は、バルブ１７ｃが取り付けられた熱媒配管６ｂを通じて低温熱媒タンク１９と流体的に接続されている。バルブ１７ｃは、流量調整バルブであり、膨張側熱交換器１６に供給される熱媒の流量を調整できる。 The high-temperature heat medium tank 18 is, for example, a steel tank, and is preferably insulated from the outside so as not to release heat to the outside. A heat medium temperature sensor (heat medium temperature detection unit) 5d for detecting the temperature of the heat medium is attached to the high temperature heat medium tank 18, and the heat medium temperature supplied to the expansion side heat exchanger 16 can be detected. The high temperature heat medium tank 18 is fluidly connected to the low temperature heat medium tank 19 through a heat medium pipe 6b to which a valve 17c is attached. The valve 17c is a flow rate adjusting valve, and can adjust the flow rate of the heat medium supplied to the expansion side heat exchanger 16.

膨張側熱交換器１６は、上記の空気配管４ｃと、高温熱媒タンク１８および低温熱媒タンク１９を流体的に接続する熱媒配管６ｂとに介設されている。熱媒配管６ｂには、膨張側熱交換器１６の上流に熱媒の流量を検出するための熱媒流量センサ（熱媒流量検出部）５ｅが取り付けられている。膨張側熱交換器１６では、空気配管４ｃ内の空気と、高温の熱媒配管６ｂ内の熱媒とで熱交換が行われている。詳細には、膨張側熱交換器１６では、空気配管４ｃ内の空気は加熱され、熱媒配管６ｂ内の熱媒は冷却される。本実施形態では、膨張側熱交換器１６で加熱された空気配管４ｃ内の空気は、例えば７０℃程度となり、膨張側熱交換器１６で冷却された熱媒は例えば５０℃程度となる。膨張側熱交換器１６で冷却された熱媒は熱媒配管６ｂを通じて低温熱媒タンク１９に供給され、低温熱媒タンク１９にて貯蔵される。低温熱媒タンク１９に貯蔵された熱媒は、バルブ１７ｄが取り付けられた熱媒配管６ａを通じて圧縮側熱交換器１５に供給される。バルブ１７ｄは、流量調整バルブであり、圧縮側熱交換器１５に供給される熱媒の流量を調整できる。本実施形態では、圧縮側熱交換器１５、高温熱媒タンク１８、およびバルブ１７ｄが熱媒加熱部を構成している。 The expansion side heat exchanger 16 is interposed between the air pipe 4c and the heat medium pipe 6b that fluidly connects the high temperature heat medium tank 18 and the low temperature heat medium tank 19. A heat medium flow rate sensor (heat medium flow rate detection unit) 5e for detecting the flow rate of the heat medium is attached to the heat medium pipe 6b upstream of the expansion side heat exchanger 16. In the expansion side heat exchanger 16, heat exchange is performed between the air in the air pipe 4c and the heat medium in the high temperature heat medium pipe 6b. Specifically, in the expansion side heat exchanger 16, the air in the air pipe 4c is heated, and the heat medium in the heat medium pipe 6b is cooled. In the present embodiment, the air in the air pipe 4c heated by the expansion side heat exchanger 16 is, for example, about 70 ° C., and the heat medium cooled by the expansion side heat exchanger 16 is, for example, about 50 ° C. The heat medium cooled by the expansion side heat exchanger 16 is supplied to the low temperature heat medium tank 19 through the heat medium pipe 6b and stored in the low temperature heat medium tank 19. The heat medium stored in the low-temperature heat medium tank 19 is supplied to the compression side heat exchanger 15 through the heat medium pipe 6a to which the valve 17d is attached. The valve 17d is a flow rate adjusting valve, and can adjust the flow rate of the heat medium supplied to the compression side heat exchanger 15. In the present embodiment, the compression side heat exchanger 15, the high temperature heat medium tank 18, and the valve 17d form the heat medium heating unit.

以上までに、空気ラインおよび熱媒ラインの２つのラインについて説明したが、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、制御装置４０もさらに備える。そのため、以下、制御装置４０およびその制御について説明する。制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置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。 Although the two lines, the air line and the heat medium line, have been described above, the CAES power generation device 1 of the present embodiment further includes the control device 40. Therefore, the control device 40 and its control will be described below. The control device 40 is constructed by hardware including a storage device such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), and software mounted therein.

図２に示すように、本実施形態の制御装置４０は、上記５つのセンサ５ａ〜５ｅで検出した５つの状態量の検出値を受け、これらの検出値に基づいて膨張機１３の排気温度Ｔｘを算出する演算部４１と、演算部４１で算出された排気温度Ｔｘが所定温度以下の場合に排気温度Ｔｘを上昇させるように状態変更部を制御する状態制御部４２とを有する。本実施形態では、状態制御部４２によって制御される状態変更部は、上記の熱媒加熱部（圧縮側熱交換器１５、高温熱媒タンク１８、およびバルブ１７ｄ）と、減圧部（放気弁１２ａ）とを含んでいる。 As shown in FIG. 2, the control device 40 of the present embodiment receives the detected values of the five state quantities detected by the five sensors 5a to 5e, and the exhaust temperature Tx of the expander 13 is based on these detected values. It has a calculation unit 41 for calculating the above, and a state control unit 42 for controlling the state change unit so as to raise the exhaust temperature Tx when the exhaust temperature Tx calculated by the calculation unit 41 is equal to or lower than a predetermined temperature. In the present embodiment, the state changing unit controlled by the state control unit 42 includes the heat medium heating unit (compression side heat exchanger 15, high temperature heat medium tank 18, valve 17d) and a decompression unit (air release valve). 12a) and are included.

演算部４１は、膨張機１３の排気温度Ｔｘを以下のようにして算出する。まず、膨張側熱交換器１６にて熱交換される前の圧縮空気の状態量（温度、圧力、流量）および熱媒の状態量（温度、流量）に基づいて膨張側熱交換器１６にて熱交換された後の圧縮空気の状態量（温度、圧力）を求める。次に、これらの状態量（温度、圧力）を有する圧縮空気が膨張機１３に給気されるため、これらの状態量（温度、圧力）に基づいて膨張機１３の排気温度Ｔｘを算出する。 The calculation unit 41 calculates the exhaust temperature Tx of the expander 13 as follows. First, in the expansion side heat exchanger 16 based on the state amount (temperature, pressure, flow rate) of the compressed air and the state amount (temperature, flow rate) of the heat medium before heat exchange in the expansion side heat exchanger 16. Obtain the state quantity (temperature, pressure) of the compressed air after heat exchange. Next, since compressed air having these state quantities (temperature, pressure) is supplied to the expander 13, the exhaust temperature Tx of the expander 13 is calculated based on these state quantities (temperature, pressure).

より詳細には、膨張側熱交換器１６にて熱交換された後の圧縮空気の状態量（温度、圧力）を求める場合、並流型、向流型、または直交流型などの膨張側熱交換器１６の種類を考慮し、性能に応じた熱伝達率を求める。そして、この熱伝達率に基づいて熱媒から圧縮空気への伝熱量を計算し、熱交換後の圧縮空気の温度を算出する。なお、このような熱媒と空気との間での伝熱計算は流体力学的に一般に行われるものであり、ここでの詳細な説明は省略する。また、この温度変化および熱交換器形状等に応じて、熱交換後の圧縮空気の圧力をも同時に算出する。このような圧力計算も流体力学的に一般に行われるものであり、ここでの詳細な説明は省略する。 More specifically, when determining the state quantity (temperature, pressure) of the compressed air after heat exchange by the expansion side heat exchanger 16, expansion side heat such as parallel flow type, countercurrent type, or orthogonal flow type is used. Considering the type of the exchanger 16, the heat transfer coefficient according to the performance is obtained. Then, the amount of heat transfer from the heat medium to the compressed air is calculated based on this heat transfer coefficient, and the temperature of the compressed air after heat exchange is calculated. It should be noted that such a heat transfer calculation between the heat medium and air is generally performed hydrodynamically, and detailed description thereof will be omitted here. In addition, the pressure of the compressed air after heat exchange is calculated at the same time according to the temperature change and the shape of the heat exchanger. Such pressure calculation is also generally performed hydrodynamically, and detailed description thereof will be omitted here.

また、膨張機１３に給気される圧縮空気の状態量（温度、圧力）に基づいて排気空気の温度Ｔｘを算出する際、膨張機１３ごとに異なって設定されている性能曲線を使用して排気空気の温度Ｔｘを算出する。例えば、本実施形態の膨張機１３の性能曲線を図３，４に示す。 Further, when calculating the temperature Tx of the exhaust air based on the state amount (temperature, pressure) of the compressed air supplied to the expander 13, a performance curve set differently for each expander 13 is used. Calculate the temperature Tx of the exhaust air. For example, the performance curves of the expander 13 of the present embodiment are shown in FIGS. 3 and 4.

図３は、給気圧力が１．０ＭＰａＡのときの膨張機１３の排気圧力Ｐｘと排気温度Ｔｘの関係を示している。図３では、横軸が排気圧力Ｐｘ（ＭＰａＡ）を示し、縦軸が排気温度Ｔｘ（℃）を示している。図の曲線の左端は、大気圧０．１ＭＰａＡを示している。図に示すように、排気圧力Ｐｘを低くするほど、膨張量が増えるため、吸熱量も増加し、排気温度Ｔｘが低下する関係にある。また、図３中の３つの曲線は、給気温度の違いを有しており、給気温度が高温、中温、および低温の場合をそれぞれ示している。図に示すように、給気温度が高いほど、排気温度Ｔｘは高温となる。図３中に斜線領域で示すように、排気圧力Ｐｘを大気圧０．１ＭＰａＡ付近まで低下させると、排気温度が０℃以下となり、凍結を生じるおそれがあることがわかる。さらに、図４は、給気圧力が０．４ＭＰａＡであり、その他の条件が図３と同一である場合のグラフである。図３と図４を比較すると、給気圧力が低い図４の場合の方が、同じ排気圧力Ｐｘの場合でも排気温度Ｔｘが高いことがわかる。 FIG. 3 shows the relationship between the exhaust pressure Px of the expander 13 and the exhaust temperature Tx when the supply air pressure is 1.0 MPaA. In FIG. 3, the horizontal axis represents the exhaust pressure Px (MPaA), and the vertical axis represents the exhaust temperature Tx (° C.). The left end of the curve in the figure shows the atmospheric pressure of 0.1 MPaA. As shown in the figure, as the exhaust pressure Px is lowered, the expansion amount increases, so that the heat absorption amount also increases and the exhaust temperature Tx decreases. Further, the three curves in FIG. 3 have a difference in the supply air temperature, and show the cases where the supply air temperature is high temperature, medium temperature, and low temperature, respectively. As shown in the figure, the higher the supply air temperature, the higher the exhaust temperature Tx. As shown in the shaded area in FIG. 3, it can be seen that when the exhaust pressure Px is lowered to around 0.1 MPaA at atmospheric pressure, the exhaust temperature becomes 0 ° C. or lower, and freezing may occur. Further, FIG. 4 is a graph when the supply air pressure is 0.4 MPaA and other conditions are the same as those in FIG. Comparing FIGS. 3 and 4, it can be seen that the exhaust temperature Tx is higher in the case of FIG. 4 in which the supply air pressure is lower, even when the exhaust pressure Px is the same.

このように、演算部４１は、膨張機１３に給気される圧縮空気の状態量（温度、圧力）に基づいて排気温度Ｔｘを算出でき、ここで算出された排気温度Ｔｘは調整可能である。以下、状態制御部４２による排気温度Ｔｘの調整について説明する。 In this way, the calculation unit 41 can calculate the exhaust temperature Tx based on the state amount (temperature, pressure) of the compressed air supplied to the expander 13, and the exhaust temperature Tx calculated here can be adjusted. .. Hereinafter, the adjustment of the exhaust temperature Tx by the state control unit 42 will be described.

図５に示すフローチャートに従って、本実施形態の状態制御部４２は、上記の状態変更部（図２参照）を制御する。 According to the flowchart shown in FIG. 5, the state control unit 42 of the present embodiment controls the state change unit (see FIG. 2).

制御を開始すると（ステップＳ５−１）、演算部４１で算出された排気温度Ｔｘが０℃より大きいか否かを判定する（ステップＳ５−２）。排気温度Ｔｘが０℃より大きい場合、排気口１３ｂは凍結しないと予測されるため、通常運転を継続する（ステップＳ５−３）。また、排気温度Ｔｘが０℃より大きくない場合、排気口１３ｂが凍結すると予測されるため、熱媒温度センサ５ｄで検出した熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ５−４）。所定の閾値Ｔｈ０は、圧縮機１１の性能、圧縮側熱交換器１５の性能等に応じて、熱媒を昇温し得る温度に適宜設定される。熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きくない場合、熱媒の加熱余地があると判断できるため、熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる（ステップＳ５−５）。具体的には、圧縮機１１を駆動している状態でバルブ１７ｄを開き、圧縮側熱交換器１５で熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる。このとき、必要に応じて、バルブ１７ｄの開度を調整してもよく、バルブ１７ｄの開度を小さくするほど、熱媒の温度を上昇させることができる。また、ステップＳ５−４において、熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０よりも大きい場合、熱媒の加熱余地がないと判断できるため、熱媒の温度制御を行わず、蓄圧タンク１２の内圧制御を実行する。具体的には、放気弁１２ａを開き、蓄圧タンク１２の内圧を所定量低下させる（ステップＳ５−６）。これらの処理を完了後、再びステップＳ５−２に戻り、これらを繰り返す。なお、ステップＳ５−４の判定は、熱媒の温度判定以外にも、単に熱媒を加熱できるか否かによって判定されてもよい。例えば、何らかの方法で圧縮側熱交換器１５の損傷を検知し、熱媒の加熱が不可能であるか否かを検知してもよい。 When the control is started (step S5-1), it is determined whether or not the exhaust temperature Tx calculated by the calculation unit 41 is larger than 0 ° C. (step S5-2). When the exhaust temperature Tx is larger than 0 ° C., it is predicted that the exhaust port 13b will not freeze, so that the normal operation is continued (step S5-3). Further, when the exhaust temperature Tx is not larger than 0 ° C., the exhaust port 13b is predicted to freeze. Therefore, it is determined whether or not the heat medium temperature Th detected by the heat medium temperature sensor 5d is larger than the predetermined threshold value Th0 ( Step S5-4). The predetermined threshold value Th0 is appropriately set to a temperature at which the heat medium can be heated according to the performance of the compressor 11, the performance of the compression side heat exchanger 15, and the like. When the heat medium temperature Th is not larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is room for heating the heat medium. Therefore, the heat medium is heated to raise the temperature of the heat medium (step S5-5). Specifically, the valve 17d is opened while the compressor 11 is being driven, and the heat medium is heated by the compression side heat exchanger 15 to raise the temperature of the heat medium. At this time, the opening degree of the valve 17d may be adjusted as necessary, and the temperature of the heat medium can be raised as the opening degree of the valve 17d is reduced. Further, in step S5-4, when the heat medium temperature Th is larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is no room for heating the heat medium. Therefore, the temperature of the heat medium is not controlled and the internal pressure of the accumulator tank 12 is controlled. Execute. Specifically, the air release valve 12a is opened to reduce the internal pressure of the accumulator tank 12 by a predetermined amount (step S5-6). After completing these processes, the process returns to step S5-2 and repeats these steps. In addition to the temperature determination of the heat medium, the determination in step S5-4 may be determined simply by whether or not the heat medium can be heated. For example, damage to the compression side heat exchanger 15 may be detected by some method to detect whether or not heating of the heat medium is impossible.

本実施形態によれば、図１および図２に示すように、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギーを蓄圧タンク１２にて圧縮空気として貯蔵でき、必要なときに圧縮空気を膨張機１３に供給し、発電機１４を駆動して発電できる。特に、演算部４１によってセンサ５ａ〜５ｅで検出した各状態量の検出値に基づいて膨張機１３の排気温度を算出できるため、膨張機１３の排気口１３ｂが凍結する前に予め凍結の発生を予測できる。さらに、凍結が予測された場合、状態制御部によって状態変更部を制御し、排気温度を上昇させるように、膨張側熱交換器１６に供給される熱媒温度および空気圧力を変更できるため、膨張機１３の排気口１３ｂの凍結を事前に防止できる。ここで、本実施形態では、例えば閾値Ｔｈ０（図５参照）が０℃より大きいか否かを基準に凍結を判断したが、膨張機１３によって耐温性能は異なるため、必ずしも０℃を基準にする必要はなく、膨張機１３の排気口１３ｂが凍結し、悪影響を受ける温度であればよい。例えば−５℃で排気口１３ｂが完全に凍結され、即ち閉塞され、排気不可能となる膨張機１３の場合、排気温度Ｔｘの閾値（図５のステップＳ５−２参照）は−５℃であってもよい。 According to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, energy such as renewable energy whose output fluctuates irregularly can be stored as compressed air in the accumulator tank 12, and compressed air can be stored when necessary. It can be supplied to the expander 13 and drive the generator 14 to generate electricity. In particular, since the exhaust temperature of the expander 13 can be calculated based on the detected values of the respective state quantities detected by the sensors 5a to 5e by the calculation unit 41, the freezing occurs in advance before the exhaust port 13b of the expander 13 freezes. Can be predicted. Further, when freezing is predicted, the state control unit controls the state change unit, and the heat medium temperature and air pressure supplied to the expansion side heat exchanger 16 can be changed so as to raise the exhaust temperature, thus expanding. It is possible to prevent the exhaust port 13b of the machine 13 from freezing in advance. Here, in the present embodiment, for example, freezing is determined based on whether or not the threshold value Th0 (see FIG. 5) is larger than 0 ° C., but since the temperature resistance performance differs depending on the expander 13, the temperature resistance performance is not necessarily based on 0 ° C. It is not necessary to do so, and the temperature may be such that the exhaust port 13b of the expander 13 freezes and is adversely affected. For example, in the case of the expander 13 in which the exhaust port 13b is completely frozen at −5 ° C., that is, it is blocked and exhaust cannot be performed, the threshold value of the exhaust temperature Tx (see step S5-2 in FIG. 5) is −5 ° C. You may.

また、本実施形態によれば、熱媒加熱部によって熱媒温度を上昇させることで、膨張側熱交換器１６にて圧縮空気をより大きく加熱できるため、膨張機１３に給気される圧縮空気の温度を上昇させることができる。そのため、膨張機１３からの排気温度が所定温度以下となることを一層防止できる。特に、熱媒温度は、上記の各状態量の中でも排気温度に対する寄与度が大きなパラメータである。そのため、図５に示すように、排気温度を上昇させるために最優先に熱媒温度を上昇させることは効率的である。 Further, according to the present embodiment, the compressed air supplied to the expander 13 can be heated more by the expansion side heat exchanger 16 by raising the heat medium temperature by the heat medium heating unit. The temperature of the air can be raised. Therefore, it is possible to further prevent the exhaust temperature from the expander 13 from becoming lower than the predetermined temperature. In particular, the heat medium temperature is a parameter having a large contribution to the exhaust temperature among the above-mentioned state quantities. Therefore, as shown in FIG. 5, it is efficient to raise the heat medium temperature with the highest priority in order to raise the exhaust temperature.

また、本実施形態によれば、圧縮側熱交換器１５にて高温の圧縮空気から熱媒に熱回収し、高温熱媒を高温熱媒タンク１８に蓄え、必要に応じて膨張側熱交換器１６に高温熱媒を供給できる。圧縮側熱交換器１５にて熱交換する圧縮空気は、圧縮側熱交換器１５の上流の圧縮機での圧縮熱によって昇温した空気である。そのため、高温熱媒タンク１８に蓄えられる高温熱媒は、装置１内で発生した熱（圧縮熱）によって加熱されており、即ち装置１内の熱エネルギーを有効利用している。換言すると、圧縮側熱交換器１５および高温熱媒タンク１８が設けられていないＣＡＥＳ発電装置１では、圧縮機１１で発生した圧縮熱は回収されず、高温の圧縮空気が高温熱媒タンク１８に蓄えられる。この高温の圧縮空気は蓄圧タンク１２に蓄えられている間に大気へ熱を放出するため、エネルギー損失が生じる。従って、上記構成ではこのエネルギー損失を防止することでエネルギー効率を向上させている。 Further, according to the present embodiment, the compression side heat exchanger 15 recovers heat from the high temperature compressed air to the heat medium, the high temperature heat medium is stored in the high temperature heat medium tank 18, and the expansion side heat exchanger is required. A high temperature heat medium can be supplied to 16. The compressed air that exchanges heat with the compression side heat exchanger 15 is air that has been heated by the heat of compression in the compressor upstream of the compression side heat exchanger 15. Therefore, the high-temperature heat medium stored in the high-temperature heat medium tank 18 is heated by the heat (heat of compression) generated in the device 1, that is, the heat energy in the device 1 is effectively used. In other words, in the CAES power generation device 1 in which the compression side heat exchanger 15 and the high temperature heat medium tank 18 are not provided, the compressed heat generated by the compressor 11 is not recovered, and the high temperature compressed air is transferred to the high temperature heat medium tank 18. Can be stored. Since this high-temperature compressed air releases heat to the atmosphere while being stored in the accumulator tank 12, energy loss occurs. Therefore, in the above configuration, energy efficiency is improved by preventing this energy loss.

また、本実施形態によれば、放気弁１２ａによって蓄圧タンク１２の内圧を低下させることができる。蓄圧タンク１２の内圧が低い場合、膨張機１３に給気される圧縮空気の圧力が低下する。高圧の圧縮空気を膨張させる場合と、低圧の圧縮空気を膨張させる場合とを比較すると、膨張量が大きくなるのは高圧の圧縮空気を膨張させる場合である。そのため、高圧の圧縮空気を膨張させる場合の方が、膨張吸熱量が増加し、即ち排気温度が低下する。従って、蓄圧タンク１２の内圧の低下は、膨張機１３の排気温度の上昇に寄与するため、放気弁１２ａによって蓄圧タンク１２の内圧を低下させることで、排気温度を上昇させることができる。特に、放気弁１２ａの制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などにこれは有効である。 Further, according to the present embodiment, the internal pressure of the accumulator tank 12 can be reduced by the air release valve 12a. When the internal pressure of the accumulator tank 12 is low, the pressure of the compressed air supplied to the expander 13 decreases. Comparing the case of expanding the high-pressure compressed air with the case of expanding the low-pressure compressed air, the amount of expansion increases when the high-pressure compressed air is expanded. Therefore, when the high-pressure compressed air is expanded, the expansion heat absorption amount increases, that is, the exhaust temperature decreases. Therefore, since the decrease in the internal pressure of the accumulator tank 12 contributes to the increase in the exhaust temperature of the expander 13, the exhaust temperature can be increased by decreasing the internal pressure of the accumulator tank 12 by the air release valve 12a. In particular, the control of the air release valve 12a is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, this is effective when the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or when the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason.

図６に示すように、本実施形態の変形例として、高温熱媒タンク１８内に電気ヒータ１８ａを配置してもよい。電気ヒータ１８ａは、発電機１４と電気的に接続されており、発電機１４で発電した電力によって駆動されることができる。本変形例では、熱媒加熱部は、電気ヒータ１８ａも含んでいる。 As shown in FIG. 6, as a modification of this embodiment, the electric heater 18a may be arranged in the high temperature heat medium tank 18. The electric heater 18a is electrically connected to the generator 14 and can be driven by the electric power generated by the generator 14. In this modification, the heat medium heating unit also includes an electric heater 18a.

本変形例によれば、電気ヒータ１８ａによって膨張側熱交換器１６に供給される熱媒温度を上昇させることができる。さらに、電気ヒータ１８ａが発電機１４と電気的に接続されているため、発電機１４によって発電した電力を電気ヒータ１８ａの駆動に利用できる。特に、発電機１４にて余剰に電力を発電可能である場合、電気ヒータ１８ａ等に該電力を供給できることで、該電力を有効利用できる。従って、電気ヒータ１８ａの駆動に外部電源を使用する場合と比べてエネルギー効率を向上できる。 According to this modification, the temperature of the heat medium supplied to the expansion side heat exchanger 16 can be raised by the electric heater 18a. Further, since the electric heater 18a is electrically connected to the generator 14, the electric power generated by the generator 14 can be used to drive the electric heater 18a. In particular, when the generator 14 can generate excess electric power, the electric power can be effectively used by supplying the electric power to the electric heater 18a and the like. Therefore, energy efficiency can be improved as compared with the case where an external power source is used to drive the electric heater 18a.

（第２実施形態）
図７に示す本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、複数の蓄圧タンク１２１〜１２３が設けられている。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態のＣＡＥＳ発電装置１の構成と実質的に同じである。従って、図１に示した構成と同じ部分については同じ符号を付して説明を省略する場合がある。 (Second Embodiment)
The CAES power generation device 1 of the present embodiment shown in FIG. 7 is provided with a plurality of accumulator tanks 121 to 123. Except for the configuration related to this, the configuration is substantially the same as the configuration of the CAES power generation device 1 according to the first embodiment of FIG. Therefore, the same parts as those shown in FIG. 1 may be designated by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.

本実施形態では、３基の蓄圧タンク１２１〜１２３が設けられている。各蓄圧タンク１２１，１２２，１２３には、圧力センサ５１ａ，５２ａ，５３ａがそれぞれ取り付けられている。圧縮機１１から蓄圧タンク１２１〜１２３に向かって延びる空気配管４ｂは、３つの空気配管４ｅ〜４ｇに分岐し、各蓄圧タンク１２１〜１２３に接続されている。各空気配管４ｅ〜４ｇにはバルブ１７ｅ〜１７ｇが取り付けられており、バルブ１７ｅ〜１７ｇを開閉することで、圧縮機１１からいずれの蓄圧タンク１２１〜１２３に圧縮空気を供給するかを選択できる。また、各蓄圧タンク１２１〜１２３から膨張機１３に向かって延びる空気配管４ｈ〜４ｊは、合流して空気配管４ｃに接続されている。各空気配管４ｈ〜４ｊにはバルブ１７ｈ〜１７ｊが取り付けられており、バルブ１７ｈ〜１７ｊを開閉することで、いずれの蓄圧タンク１２１〜１２３から膨張機１３に給気するかを選択できる。そのため、バルブ１７ｈ〜１７ｊは、蓄圧部選択部を構成する。また、蓄圧タンク１２１〜１２３は、バルブ１７ｋ〜１７ｍが取り付けられた空気配管４ｋ〜４ｍによって互いに流体的に接続されており、バルブ１７ｋ〜１７ｍを開閉することで互いに圧縮空気の授受が可能である。 In this embodiment, three accumulator tanks 121 to 123 are provided. Pressure sensors 51a, 52a, 53a are attached to the accumulator tanks 121, 122, and 123, respectively. The air pipes 4b extending from the compressor 11 toward the accumulator tanks 121 to 123 are branched into three air pipes 4e to 4 g and connected to the accumulator tanks 121 to 123. Valves 17e to 17g are attached to the air pipes 4e to 4g, and by opening and closing the valves 17e to 17g, it is possible to select which accumulator tank 121 to 123 to supply compressed air from the compressor 11. Further, the air pipes 4h to 4j extending from the accumulator tanks 121 to 123 toward the expander 13 merge and are connected to the air pipe 4c. Valves 17h to 17j are attached to the air pipes 4h to 4j, and by opening and closing the valves 17h to 17j, it is possible to select which accumulator tank 121 to 123 supplies air to the expander 13. Therefore, the valves 17h to 17j form a pressure accumulator selection unit. Further, the accumulator tanks 121 to 123 are fluidly connected to each other by air pipes 4k to 4m to which valves 17k to 17m are attached, and compressed air can be exchanged with each other by opening and closing the valves 17k to 17m. ..

図８に示すように、本実施形態の制御装置４０は、第１実施形態と同様に、演算部４１と、状態制御部４２とを有し、各センサ５１ａ〜５３ａ，５ｂ〜５ｅからの検出値を受け、状態変更部を制御する。本実施形態では、状態制御部４２によって制御される状態変更部は、熱媒加熱部（圧縮側熱交換器１５、高温熱媒タンク１８、およびバルブ１７ｄ）と、蓄圧部選択部（バルブ１７ｈ〜１７ｊ）とを含んでいる。 As shown in FIG. 8, the control device 40 of the present embodiment has a calculation unit 41 and a state control unit 42, as in the first embodiment, and detects from the sensors 51a to 53a and 5b to 5e. Receives the value and controls the state change part. In the present embodiment, the state changing units controlled by the state control unit 42 are a heat medium heating unit (compression side heat exchanger 15, high temperature heat medium tank 18, and valve 17d) and a pressure accumulator selection unit (valves 17h to 17d). 17j) and is included.

図９に示すフローチャートに従って、本実施形態の状態制御部４２は、状態変更部（図８参照）を制御する。 According to the flowchart shown in FIG. 9, the state control unit 42 of the present embodiment controls the state change unit (see FIG. 8).

制御を開始すると（ステップＳ９−１）、演算部４１で算出された排気温度Ｔｘが０℃より大きいか否かを判定する（ステップＳ９−２）。排気温度Ｔｘが０℃より大きい場合、排気口１３ｂは凍結しないと予測されるため、通常運転を継続する（ステップＳ９−３）。また、排気温度Ｔｘが０℃より大きくない場合、排気口１３ｂが凍結すると予測されるため、熱媒温度センサ５ｄで検出した熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ９−４）。所定の閾値Ｔｈ０は、圧縮機１１の性能、圧縮側熱交換器１５の性能等に応じて、熱媒を昇温し得る温度に適宜設定される。熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きくない場合、熱媒の加熱余地があると判断できるため、熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる（ステップＳ９−５）。具体的には、圧縮機１１を駆動している状態でバルブ１７ｄを開き、圧縮側熱交換器１５で熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる。このとき、必要に応じて、バルブ１７ｄの開度を調整してもよく、バルブ１７ｄの開度を小さくするほど、熱媒の温度を上昇させることができる。また、ステップＳ９−４において、熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０よりも大きい場合、熱媒の加熱余地がないと判断できるため、熱媒の温度制御を行わず、蓄圧タンク１２１〜１２３の内圧制御を実行する。具体的には、現在、使用している蓄圧タンク１２１（内圧Ｐ１）よりも低圧の蓄圧タンク１２２，１２３（内圧Ｐ２，Ｐ３）があるか否かを判定し（ステップＳ９−６）、無い場合、即ち最も内圧Ｐ１が低い場合は所定時間待機する（ステップＳ９−７）。そして、ある場合、即ち最も内圧Ｐ１が低くない場合、内圧Ｐ２または内圧Ｐ３の別の蓄圧タンク１２２，１２３を使用する（ステップＳ９−８）。これらの処理完了後、再びステップＳ９−２に戻り、これらを繰り返す。 When the control is started (step S9-1), it is determined whether or not the exhaust temperature Tx calculated by the calculation unit 41 is larger than 0 ° C. (step S9-2). When the exhaust temperature Tx is larger than 0 ° C., it is predicted that the exhaust port 13b will not freeze, so that the normal operation is continued (step S9-3). Further, when the exhaust temperature Tx is not larger than 0 ° C., the exhaust port 13b is predicted to freeze. Therefore, it is determined whether or not the heat medium temperature Th detected by the heat medium temperature sensor 5d is larger than the predetermined threshold value Th0 ( Step S9-4). The predetermined threshold value Th0 is appropriately set to a temperature at which the heat medium can be heated according to the performance of the compressor 11, the performance of the compression side heat exchanger 15, and the like. When the heat medium temperature Th is not larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is room for heating the heat medium. Therefore, the heat medium is heated to raise the temperature of the heat medium (step S9-5). Specifically, the valve 17d is opened while the compressor 11 is being driven, and the heat medium is heated by the compression side heat exchanger 15 to raise the temperature of the heat medium. At this time, the opening degree of the valve 17d may be adjusted as necessary, and the temperature of the heat medium can be raised as the opening degree of the valve 17d is reduced. Further, in step S9-4, when the heat medium temperature Th is larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is no room for heating the heat medium. Therefore, the temperature of the heat medium is not controlled and the internal pressures of the accumulator tanks 121 to 123 are not controlled. Take control. Specifically, it is determined whether or not there are accumulator tanks 122, 123 (internal pressure P2, P3) having a lower voltage than the accumulator tank 121 (internal pressure P1) currently in use (step S9-6), and if not. That is, when the internal pressure P1 is the lowest, the device waits for a predetermined time (step S9-7). Then, in some cases, that is, when the internal pressure P1 is not the lowest, another pressure accumulating tank 122, 123 of the internal pressure P2 or the internal pressure P3 is used (step S9-8). After completing these processes, the process returns to step S9-2 and repeats these steps.

図１０に示すように、本実施形態の変形例として、制御装置４０の状態制御部４２は、バルブ１７ｋ〜１７ｍを制御し、蓄圧タンク１２１〜１２３間で圧縮空気を授受することで蓄圧タンク１２１〜１２３の内圧を調整してもよい。即ち、本変形例では、状態制御部４２によって制御される状態変更部は、熱媒加熱部（圧縮側熱交換器１５、高温熱媒タンク１８、およびバルブ１７ｄ）と、内圧分配部（バルブ１７ｋ〜１７ｍ）とを含んでいる。 As shown in FIG. 10, as a modification of the present embodiment, the state control unit 42 of the control device 40 controls the valves 17k to 17m and transfers compressed air between the accumulator tanks 121 to 123 to exchange the compressed air to and from the accumulator tank 121. The internal pressure of ~ 123 may be adjusted. That is, in this modification, the state changing units controlled by the state control unit 42 are a heat medium heating unit (compression side heat exchanger 15, high temperature heat medium tank 18, and valve 17d) and an internal pressure distribution unit (valve 17k). ~ 17m) and is included.

図１１に示すフローチャートに従って、本変形例の状態制御部４２は、状態変更部（図１０参照）を制御する。 According to the flowchart shown in FIG. 11, the state control unit 42 of this modification controls the state change unit (see FIG. 10).

制御を開始すると（ステップＳ１１−１）、演算部４１で算出された排気温度Ｔｘが０℃より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１−２）。排気温度Ｔｘが０℃より大きい場合、排気口１３ｂは凍結しないと予測されるため、通常運転を継続する（ステップＳ１１−３）。また、排気温度Ｔｘが０℃より大きくない場合、排気口１３ｂが凍結すると予測されるため、熱媒温度センサ５ｄで検出した熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１−４）。所定の閾値Ｔｈ０は、圧縮機１１の性能、圧縮側熱交換器１５の性能等に応じて、熱媒を昇温し得る温度に適宜設定される。熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きくない場合、熱媒の加熱余地があると判断できるため、熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる（ステップＳ１１−５）。具体的には、圧縮機１１を駆動している状態でバルブ１７ｄを開き、圧縮側熱交換器１５で熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる。このとき、必要に応じて、バルブ１７ｄの開度を調整してもよく、バルブ１７ｄの開度を小さくするほど、熱媒の温度を上昇させることができる。また、ステップＳ１１−４において、熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０よりも大きい場合、熱媒の加熱余地がないと判断できるため、熱媒の温度制御を行わず、蓄圧タンク１２１〜１２３の内圧制御を実行する。具体的には、現在、使用している蓄圧タンク１２１（内圧Ｐ１）よりも低圧の蓄圧タンク１２２，１２３（内圧Ｐ２，Ｐ３）があるか否かを判定し（ステップＳ１１−６）、無い場合、即ち最も内圧Ｐ１が低い場合は所定時間待機する（ステップＳ１１−７）。そして、ある場合、即ち最も内圧Ｐ１が低くない場合、内圧Ｐ２または内圧Ｐ３の別の蓄圧タンク１２２，１２３に圧縮空気を所定量移す（ステップＳ１１−８）。これらの処理完了後、再びステップＳ１１−２に戻り、これらを繰り返す。 When the control is started (step S11-1), it is determined whether or not the exhaust temperature Tx calculated by the calculation unit 41 is larger than 0 ° C. (step S11-2). When the exhaust temperature Tx is larger than 0 ° C., it is predicted that the exhaust port 13b will not freeze, so that the normal operation is continued (step S11-3). Further, when the exhaust temperature Tx is not larger than 0 ° C., the exhaust port 13b is predicted to freeze. Therefore, it is determined whether or not the heat medium temperature Th detected by the heat medium temperature sensor 5d is larger than the predetermined threshold value Th0 ( Step S11-4). The predetermined threshold value Th0 is appropriately set to a temperature at which the heat medium can be heated according to the performance of the compressor 11, the performance of the compression side heat exchanger 15, and the like. When the heat medium temperature Th is not larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is room for heating the heat medium. Therefore, the heat medium is heated to raise the temperature of the heat medium (step S11-5). Specifically, the valve 17d is opened while the compressor 11 is being driven, and the heat medium is heated by the compression side heat exchanger 15 to raise the temperature of the heat medium. At this time, the opening degree of the valve 17d may be adjusted as necessary, and the temperature of the heat medium can be raised as the opening degree of the valve 17d is reduced. Further, in step S11-4, when the heat medium temperature Th is larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is no room for heating the heat medium. Therefore, the temperature of the heat medium is not controlled and the internal pressures of the accumulator tanks 121 to 123 are not controlled. Take control. Specifically, it is determined whether or not there are accumulator tanks 122, 123 (internal pressure P2, P3) having a lower voltage than the accumulator tank 121 (internal pressure P1) currently in use (step S11-6), and if not. That is, when the internal pressure P1 is the lowest, the device waits for a predetermined time (step S11-7). Then, in a certain case, that is, when the internal pressure P1 is not the lowest, a predetermined amount of compressed air is transferred to another accumulator tank 122, 123 having an internal pressure P2 or an internal pressure P3 (step S11-8). After completing these processes, the process returns to step S11-2 and repeats these steps.

本実施形態およびその変形例によれば、蓄圧部選択部（バルブ１７ｈ〜１７ｊ）によって内圧の低い蓄圧タンク１２１〜１２３を使用して膨張機を駆動でき、また、内圧分配部（バルブ１７ｋ〜１７ｍ）によって蓄圧タンク１２１〜１２３の内圧を低下させることができる。従って、前述のように排気空気の温度を上昇させることができる。特に、本制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などに有効である。 According to the present embodiment and its modification, the accumulator selection unit (valve 17h to 17j) can drive the expander using the accumulator tanks 121 to 123 having a low internal pressure, and the internal pressure distribution unit (valve 17k to 17m). ) Can reduce the internal pressure of the accumulator tanks 121 to 123. Therefore, the temperature of the exhaust air can be raised as described above. In particular, this control is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, it is effective when the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or when the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason.

(第３実施形態)
図１２に示す本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、膨張機１３が２段型である。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態または図５の第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置１の構成と実質的に同じである。従って、図１または図５に示した構成と同じ部分については同じ符号を付して説明を省略する場合がある。 (Third Embodiment)
In the CAES power generation device 1 of the present embodiment shown in FIG. 12, the expander 13 is a two-stage type. Except for the configuration relating to this, the configuration is substantially the same as the configuration of the CAES power generation device 1 according to the first embodiment of FIG. 1 or the second embodiment of FIG. Therefore, the same parts as those shown in FIG. 1 or 5 may be designated by the same reference numerals and the description thereof may be omitted.

本実施形態の膨張機１３は、２段型のスクリュ式である。そのため、本実施形態の膨張機１３は、１段目膨張機本体１３１と、２段目膨張機本体１３２とを備える。１段目膨張機本体１３１および２段目膨張機本体１３２は内部に図示しないスクリュロータをそれぞれ備え、これらのスクリュロータは発電機１４１，１４２とそれぞれ機械的に接続されている。ただし、膨張機１３はスクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、及びレシプロ式等であってもよい。 The expander 13 of the present embodiment is a two-stage screw type. Therefore, the inflator 13 of the present embodiment includes a first-stage inflator main body 131 and a second-stage inflator main body 132. The first-stage inflator main body 131 and the second-stage inflator main body 132 each include a screw rotor (not shown) inside, and these screw rotors are mechanically connected to the generators 141 and 142, respectively. However, the expander 13 is not limited to the screw type, and may be, for example, a turbo type, a scroll type, a reciprocating type, or the like.

１段目膨張機本体１３１の給気口１３１ａは、空気配管４ｃ，４ｈ〜４ｊを通じて蓄圧タンク１２１〜１２３と流体的に接続されている。１段目膨張機本体１３１の排気口１３１ｂは、空気配管４ｎを通じて２段目膨張機本体１３２の給気口１３２ａに流体的に接続されている。２段目膨張機本体１３２の排気口１３２ｂは、空気配管４ｄを通じて外気に開放されている。また、空気配管４ｃと空気配管４ｎとを流体的に接続し、即ち１段目膨張機本体１３１をバイパスする空気配管４ｏが設けられている。さらに、空気配管４ｎ，４ｄと、蓄圧タンク１２１〜１２３とをそれぞれ流体的に接続する戻し配管７ａ，７ｂが設けられている。空気配管４ｃ，４ｄ，４ｎ，４ｏと、戻し配管７ａ，７ｂとには、バルブ１７ｂ，１７ｎ〜１７ｒが設けられており、バルブ１７ｂ，１７ｎ〜１７ｒの開閉によっていずれの配管内を空気が流動するかを選択できる。従って、バルブ１７ｂ，１７ｎ〜１７ｒは膨張比選択部を構成する。 The air supply port 131a of the first-stage expander main body 131 is fluidly connected to the accumulator tanks 121 to 123 through the air pipes 4c, 4h to 4j. The exhaust port 131b of the first-stage inflator main body 131 is fluidly connected to the air supply port 132a of the second-stage inflator main body 132 through the air pipe 4n. The exhaust port 132b of the second-stage expander main body 132 is open to the outside air through the air pipe 4d. Further, an air pipe 4o is provided which fluidly connects the air pipe 4c and the air pipe 4n, that is, bypasses the first-stage expander main body 131. Further, return pipes 7a and 7b for fluidly connecting the air pipes 4n and 4d and the accumulator tanks 121 to 123 are provided. Valves 17b, 17n to 17r are provided in the air pipes 4c, 4d, 4n, 4o and the return pipes 7a, 7b, and air flows in any of the pipes by opening and closing the valves 17b, 17n to 17r. Can be selected. Therefore, the valves 17b, 17n to 17r form an expansion ratio selection unit.

１段目膨張機本体１３１に圧縮空気が給気されると、上記のスクリュロータが回転し、１段目膨張機本体１３１を駆動し、即ち発電機１４１を駆動する。１段目膨張機本体１３１で膨張された空気（排気空気）は、排気口１３１ｂから空気配管４ｎを通じて２段目膨張機本体１３２の給気口１３２ａに給気される。そして、上記のスクリュロータが回転し、２段目膨張機本体１３２を駆動し、即ち発電機１４２を駆動する。２段目膨張機本体１３２で膨張された空気（排気空気）は、排気口１３２ｂから空気配管４ｄを通じて外気に放気される。 When compressed air is supplied to the first-stage expander main body 131, the screw rotor rotates to drive the first-stage expander main body 131, that is, to drive the generator 141. The air (exhaust air) expanded by the first-stage expander main body 131 is supplied from the exhaust port 131b to the air supply port 132a of the second-stage expander main body 132 through the air pipe 4n. Then, the screw rotor rotates to drive the second-stage expander main body 132, that is, to drive the generator 142. The air (exhaust air) expanded by the second-stage expander main body 132 is released to the outside air from the exhaust port 132b through the air pipe 4d.

発電機１４１，１４２は、１段目膨張機本体１３１および２段目膨張機本体１３２によって駆動されることでそれぞれ発電する。発電機１４１，１４２は、工場などの電力の需要家設備３にそれぞれ電気的に接続されており、発電機１４１，１４２で発電した電力は需要家設備３に供給される。なお、図示していないが、発電機１４１，１４２と需要家設備３との間には直交流変換のためのインバータおよび整流のためのコンバータ等が介設されている。 The generators 141 and 142 generate electricity by being driven by the first-stage inflator main body 131 and the second-stage inflator main body 132, respectively. The generators 141 and 142 are electrically connected to the electric power consumer equipment 3 of the factory and the like, and the electric power generated by the generators 141 and 142 is supplied to the electric power consumer equipment 3. Although not shown, an inverter for orthogonal flow conversion, a converter for rectification, and the like are provided between the generators 141 and 142 and the consumer equipment 3.

図１３に示すように、本実施形態の制御装置４０は、第１，第２実施形態と同様に、演算部４１と、状態制御部４２と、さらに、膨張比選択部（バルブ１７ｂ，１７ｎ〜１７ｒ）を制御することで膨張比を低下させた場合、排気選択部（１７ｎ，１７ｏ，１７ｑ，１７ｒ）を制御し、戻し配管７ａ，７ｂを通じて蓄圧タンク１２１〜１２３に排気空気を供給する排気制御部４３とを有する。本実施形態では、状態制御部４２によって制御される状態変更部は、後述するように、熱媒加熱部（圧縮側熱交換器１５、高温熱媒タンク１８、およびバルブ１７ｄ）と、減圧部（放気弁１２１ａ〜１２３ａ）と、蓄圧部選択部（バルブ１７ｈ〜１７ｊ）と、内圧変更部（バルブ１７ｋ〜１７ｍ）と、膨張比選択部（バルブ１７ｂ，１７ｎ〜１７ｒ）とを含んでいる。 As shown in FIG. 13, the control device 40 of the present embodiment has the calculation unit 41, the state control unit 42, and the expansion ratio selection units (valves 17b, 17n to 17n), similarly to the first and second embodiments. When the expansion ratio is lowered by controlling 17r), the exhaust selection unit (17n, 17o, 17q, 17r) is controlled, and the exhaust control for supplying exhaust air to the accumulator tanks 121 to 123 through the return pipes 7a and 7b. It has a part 43. In the present embodiment, the state changing unit controlled by the state control unit 42 includes a heat medium heating unit (compression side heat exchanger 15, high temperature heat medium tank 18, valve 17d) and a decompression unit (valve 17d), as will be described later. The air release valves 121a to 123a), the accumulator selection section (valves 17h to 17j), the internal pressure change section (valves 17k to 17m), and the expansion ratio selection section (valves 17b, 17n to 17r) are included.

図１４に示すフローチャートに従って、本実施形態の状態制御部は、状態変更部（図１３参照）を制御する。 According to the flowchart shown in FIG. 14, the state control unit of the present embodiment controls the state change unit (see FIG. 13).

制御を開始すると（ステップＳ１４−１）、演算部４１で算出された排気温度Ｔｘが０℃より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４−２）。排気温度Ｔｘが０℃より大きい場合、排気口１３１ｂ，１３２ｂは凍結しないと予測されるため、通常運転を継続する（ステップＳ１４−３）。また、排気温度Ｔｘが０℃より大きくない場合、排気口１３１ｂ，１３２ｂが凍結すると予測されるため、熱媒温度センサ５ｄで検出した熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４−４）。所定の閾値Ｔｈ０は、圧縮機１１の性能、圧縮側熱交換器１５の性能等に応じて、熱媒を昇温し得る温度に適宜設定される。熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０より大きくない場合、熱媒の加熱余地があると判断できるため、熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる（ステップＳ１４−５）。具体的には、圧縮機１１を駆動している状態でバルブ１７ｄを開き、圧縮側熱交換器１５で熱媒を加熱し、熱媒の温度を上昇させる。このとき、必要に応じて、バルブ１７ｄの開度を調整してもよく、バルブ１７ｄの開度を小さくするほど、熱媒の温度を上昇させることができる。また、ステップＳ１４−４において、熱媒温度Ｔｈが所定の閾値Ｔｈ０よりも大きい場合、熱媒の加熱余地がないと判断できるため、膨張比の制御を実行する。具体的には、現在使用している膨張比よりも小さい膨張比を選択可能か否かを判定し、即ち現在の膨張比が最小か否かを判定する（ステップＳ１４−６）。現在の膨張比が設定可能な範囲で最小でない場合、膨張比を低下させる（ステップＳ１４−７）。詳細には、ステップＳ１４−７において、バルブ１７ｐ，１７ｑを開き、バルブ１７ｂ，１７ｎを閉じ、１段目膨張機本体１３１のみを駆動し、または、バルブ１７ｎ，１７ｐを開き、バルブ１７ｂ，１７ｑを閉じ、２段目膨張機本体１３２のみを駆動する。このとき、駆動する膨張機本体１３１，１３２は、必要な膨張比に応じて適宜選択される。選択に幅を持たせるために、１段目膨張機本体１３１の膨張比と２段目膨張機本体１３２の膨張比は、異なっていることが好ましい。次いで、バルブ（排気選択部）１７ｑ，１７ｒを開き、バルブ（排気選択部）１７ｎ，１７ｏを閉じ、１段目膨張機本体１３１または２段目膨張機本体１３２からの排気空気を戻し配管７ａ，７ｂに流入させ、蓄圧タンク１２１〜１２３に戻す（ステップＳ１４−８）。また、ステップＳ１４−６において、現在の膨張比が既に最小である場合、膨張比をそれ以上低下させることができないため、蓄圧タンク１２１〜１２３の内圧制御を実行する（ステップＳ１４−９）。具体的には、ステップＳ１４−８において、図５のステップＳ５−６、図９のステップＳ９−６からステップＳ９−８、または図１１のステップＳ１１−６からステップＳ１１−８の処理を実行する。 When the control is started (step S14-1), it is determined whether or not the exhaust temperature Tx calculated by the calculation unit 41 is larger than 0 ° C. (step S14-2). When the exhaust temperature Tx is larger than 0 ° C., it is predicted that the exhaust ports 131b and 132b will not freeze, so that the normal operation is continued (step S14-3). Further, when the exhaust temperature Tx is not larger than 0 ° C., the exhaust ports 131b and 132b are predicted to freeze. Therefore, it is determined whether or not the heat medium temperature Th detected by the heat medium temperature sensor 5d is larger than the predetermined threshold value Th0. (Step S14-4). The predetermined threshold value Th0 is appropriately set to a temperature at which the heat medium can be heated according to the performance of the compressor 11, the performance of the compression side heat exchanger 15, and the like. When the heat medium temperature Th is not larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is room for heating the heat medium. Therefore, the heat medium is heated to raise the temperature of the heat medium (step S14-5). Specifically, the valve 17d is opened while the compressor 11 is being driven, and the heat medium is heated by the compression side heat exchanger 15 to raise the temperature of the heat medium. At this time, the opening degree of the valve 17d may be adjusted as necessary, and the temperature of the heat medium can be raised as the opening degree of the valve 17d is reduced. Further, in step S14-4, when the heat medium temperature Th is larger than the predetermined threshold value Th0, it can be determined that there is no room for heating the heat medium, so the expansion ratio is controlled. Specifically, it is determined whether or not an expansion ratio smaller than the currently used expansion ratio can be selected, that is, whether or not the current expansion ratio is the minimum (step S14-6). If the current expansion ratio is not the minimum within the configurable range, the expansion ratio is reduced (step S14-7). Specifically, in step S14-7, the valves 17p and 17q are opened, the valves 17b and 17n are closed, and only the first stage expander main body 131 is driven, or the valves 17n and 17p are opened and the valves 17b and 17q are opened. Close and drive only the second stage expander body 132. At this time, the expander main bodies 131 and 132 to be driven are appropriately selected according to the required expansion ratio. It is preferable that the expansion ratio of the first-stage inflator main body 131 and the expansion ratio of the second-stage inflator main body 132 are different in order to allow a wide range of selection. Next, the valves (exhaust selection units) 17q and 17r are opened, the valves (exhaust selection units) 17n and 17o are closed, and the exhaust air from the first-stage expander main body 131 or the second-stage expander main body 132 is returned to the piping 7a, It flows into 7b and returns to the accumulator tanks 121 to 123 (step S14-8). Further, in step S14-6, when the current expansion ratio is already the minimum, the expansion ratio cannot be further lowered, so that the internal pressure control of the accumulator tanks 121 to 123 is executed (step S14-9). Specifically, in step S14-8, the processes of steps S5-6 of FIG. 5, steps S9-6 to S9-8 of FIG. 9, or steps S11-6 to S11-8 of FIG. 11 are executed. ..

本実施形態によれば、第１，第２実施形態の制御に加えて、現在の膨張比以下の膨張比となるように、膨張比選択部によって膨張機本体１３１，１３２を選択して駆動することで、空気の膨張量を小さくし、即ち膨張による吸熱量を減少させることができる。従って、排気温度の低下量を低減できるので、排気温度を所定温度以上に維持できる。特に、膨張比選択部の制御は、熱媒加熱部の制御に続いて行われる。そのため、熱媒加熱部の制御では排気温度が十分に上昇しない場合、または、何らかの要因によって熱媒加熱部にて熱媒の温度を上昇させることができない場合などに、膨張比選択部の制御は有効である。 According to the present embodiment, in addition to the control of the first and second embodiments, the expansion ratio selection unit selects and drives the expander bodies 131 and 132 so that the expansion ratio is equal to or less than the current expansion ratio. As a result, the amount of expansion of air can be reduced, that is, the amount of heat absorbed by expansion can be reduced. Therefore, since the amount of decrease in the exhaust temperature can be reduced, the exhaust temperature can be maintained at a predetermined temperature or higher. In particular, the control of the expansion ratio selection unit is performed following the control of the heat medium heating unit. Therefore, if the exhaust temperature does not rise sufficiently by controlling the heat medium heating unit, or if the heat medium heating unit cannot raise the temperature of the heat medium for some reason, the expansion ratio selection unit can be controlled. It is valid.

また、本実施形態によれば、膨張比選択部の制御によって膨張比を小さくした場合、排気空気は大気圧よりも高圧となり得る。そのため、上記の排気選択部を制御し、戻し配管７ａ，７ｂを通じて蓄圧部にこの大気圧よりも高圧の空気を供給できることで、再度圧縮空気としてエネルギーを蓄えることができる。 Further, according to the present embodiment, when the expansion ratio is reduced by controlling the expansion ratio selection unit, the exhaust air can have a higher pressure than the atmospheric pressure. Therefore, by controlling the exhaust selection section and supplying air having a pressure higher than the atmospheric pressure to the accumulator section through the return pipes 7a and 7b, energy can be stored again as compressed air.

ここで記載した実施形態およびその変形例において、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、流水又は潮汐等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充され、かつ不規則に変動す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。また、工場内の他の大電力を消費する機器によって電力が変動するものであってもよい。 In the embodiments and variants thereof described herein, the target of power generation by renewable energy is constant (or repetitive) with natural forces such as wind power, solar power, solar heat, wave power or tidal power, running water or tidal power. It is possible to target everything that is replenished and uses irregularly fluctuating energy. Further, the electric power may fluctuate depending on other equipment in the factory that consumes a large amount of electric power.

以上より、本発明の具体的な実施形態や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。 Although specific embodiments of the present invention and variations thereof have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, an embodiment of the present invention may be obtained by appropriately combining the contents of the individual embodiments.

１ 圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２ 発電設備
３ 需要家設備
４ａ〜４ｏ 空気配管
５ａ，５１ａ〜５３ａ 圧力センサ（空気圧力検出部）
５ｂ 空気温度センサ（空気温度検出部）
５ｃ 空気流量センサ（空気流量検出部）
５ｄ 熱媒温度センサ（熱媒温度検出部）
５ｅ 熱媒流量センサ（熱媒流量検出部）
６ａ，６ｂ 熱媒配管
７ａ，７ｂ 戻し配管
１０ モータ（電動機）
１１ 圧縮機
１１ａ 吸気口
１１ｂ 吐出口
１２ 蓄圧タンク（蓄圧部）
１２ａ 放気弁（減圧部）
１２１〜１２３ 蓄圧タンク
１２１ａ〜１２３ａ 放気弁（減圧部）
１３ 膨張機
１３ａ 給気口
１３ｂ 排気口
１３１ １段目膨張機本体
１３１ａ 給気口
１３１ｂ 排気口
１３２ ２段目膨張機本体
１３２ａ 給気口
１３２ｂ 排気口
１４ 発電機
１４１，１４２ 発電機
１５ 圧縮側熱交換器（熱媒加熱部）
１６ 膨張側熱交換器
１７ａ〜１７ｒ バルブ
１８ 高温熱媒タンク（蓄熱部）
１８ａ 電気ヒータ
１９ 低温熱媒タンク
２０ ポンプ
４０ 制御装置
４１ 演算部
４２ 状態制御部
４３ 排気制御部 1 Compressed air storage (CAES) power generation equipment 2 Power generation equipment 3 Consumer equipment 4a to 4o Air piping 5a, 51a to 53a Pressure sensor (air pressure detector)
5b Air temperature sensor (air temperature detector)
5c Air flow rate sensor (air flow rate detector)
5d heat medium temperature sensor (heat medium temperature detector)
5e Heat medium flow rate sensor (heat medium flow rate detector)
6a, 6b Heat medium piping 7a, 7b Return piping 10 Motor (motor)
11 Compressor 11a Intake port 11b Discharge port 12 Accumulation tank (accumulation part)
12a Air release valve (decompression part)
121-123 Accumulation tank 121a-123a Air release valve (decompression part)
13 Expander 13a Air supply port 13b Exhaust port 131 1st stage expander body 131a Air supply port 131b Exhaust port 132 2nd stage expander body 132a Air supply port 132b Exhaust port 14 Generator 141,142 Generator 15 Compression side heat Exchanger (heat medium heating unit)
16 Expansion side heat exchanger 17a to 17r valve 18 High temperature heat medium tank (heat storage section)
18a Electric heater 19 Low temperature heat medium tank 20 Pump 40 Control device 41 Calculation unit 42 State control unit 43 Exhaust control unit

Claims (10)

再生可能エネルギーによって発電された電力により駆動される電動機と、
前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出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、
前記膨張機によって駆動される発電機と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、熱媒とで熱交換して、前記圧縮空気を加熱し、前記熱媒を冷却する膨張側熱交換器と、
前記膨張側熱交換器に流入する空気温度を検出する空気温度検出部と、
前記膨張側熱交換器に流入する空気圧力を検出する空気圧力検出部と、
前記膨張側熱交換器に流入する空気流量を検出する空気流量検出部と、
前記膨張側熱交換器に流入する熱媒温度を検出する熱媒温度検出部と、
前記膨張側熱交換器に流入する熱媒流量を検出する熱媒流量検出部と、
前記空気温度、前記空気圧力、前記空気流量、前記熱媒温度、および前記熱媒流量の５つの状態量の少なくとも一つを変更する状態変更部と、
少なくとも前記５つの状態量の検出値に基づいて前記膨張機の排気温度を算出する演算部と、前記演算部で算出された前記排気温度が所定温度以下の場合に前記排気温度を上昇させるように前記状態変更部を制御する状態制御部とを有する制御装置と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。 An electric motor driven by electricity generated by renewable energy,
A compressor driven by the electric motor to compress air,
A pressure accumulator that stores compressed air discharged from the compressor,
An expander driven by compressed air supplied from the accumulator and
The generator driven by the expander and
An expansion side heat exchanger that heats the compressed air and cools the heat medium by exchanging heat between the compressed air supplied from the accumulator to the expander and the heat medium.
An air temperature detector that detects the temperature of the air flowing into the expansion side heat exchanger,
An air pressure detection unit that detects the air pressure flowing into the expansion side heat exchanger,
An air flow rate detector that detects the flow rate of air flowing into the expansion side heat exchanger, and
A heat medium temperature detector that detects the temperature of the heat medium flowing into the expansion side heat exchanger, and
A heat medium flow rate detector that detects the flow rate of the heat medium flowing into the expansion side heat exchanger, and
A state changing unit that changes at least one of the five state quantities of the air temperature, the air pressure, the air flow rate, the heat medium temperature, and the heat medium flow rate.
An arithmetic unit that calculates the exhaust temperature of the expander based on the detected values of at least the five state quantities, and an exhaust temperature that is increased when the exhaust temperature calculated by the arithmetic unit is equal to or lower than a predetermined temperature. A compressed air storage power generation device including a control device having a state control unit that controls the state change unit. 前記状態変更部は、前記膨張側熱交換器に流入する前記熱媒温度を上昇させる熱媒加熱部を有し、
前記状態制御部は、前記状態変更部によって前記５つの状態量のうち前記熱媒温度を最優先に変更し、より詳しくは前記熱媒温度を上昇させるように前記熱媒加熱部を制御する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The state changing unit has a heat medium heating unit that raises the temperature of the heat medium flowing into the expansion side heat exchanger.
The state control unit changes the heat medium temperature among the five state quantities with the highest priority by the state change unit, and more specifically controls the heat medium heating unit so as to raise the heat medium temperature. The compressed air storage power generation device according to claim 1. 前記熱媒加熱部は、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と、熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を冷却し、前記熱媒を加熱する圧縮側熱交換器と、
前記膨張側熱交換器と前記圧縮側熱交換器とに流体的に接続され、前記圧縮側熱交換器から供給された前記熱媒を蓄え、前記膨張側熱交換器に前記熱媒を供給する蓄熱部と
を備える、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The heat medium heating unit is
A compression side heat exchanger that exchanges heat between the compressed air supplied from the compressor to the accumulator and the heat medium, cools the compressed air, and heats the heat medium.
It is fluidly connected to the expansion side heat exchanger and the compression side heat exchanger, stores the heat medium supplied from the compression side heat exchanger, and supplies the heat medium to the expansion side heat exchanger. The compressed air storage power generation device according to claim 2, further comprising a heat storage unit. 前記熱媒加熱部は、前記膨張側熱交換器に供給される熱媒を加熱する電気ヒータを備え、
前記電気ヒータは、前記発電機と電気的に接続されている、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。 The heat medium heating unit includes an electric heater that heats the heat medium supplied to the expansion side heat exchanger.
The compressed air storage power generation device according to claim 2 or 3, wherein the electric heater is electrically connected to the generator. 前記膨張機は、複数段の膨張機本体を有し、
前記状態変更部は、駆動する前記膨張機本体の選択を可能にする膨張比選択部を有し、
前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記膨張比選択部を制御し、現在の膨張比以下の膨張比となるように前記膨張機本体を選択して駆動する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The inflator has a multi-stage inflator body and has
The state change unit has an expansion ratio selection unit that enables selection of the expansion machine main body to be driven.
The state control unit controls the expansion ratio selection unit following the control of the heat medium heating unit, and selects and drives the expansion machine main body so that the expansion ratio is equal to or lower than the current expansion ratio. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 2 to 4. 前記膨張機の排気空気を前記蓄圧部に供給する戻し配管と、
前記膨張機の排気空気を外気に放気するか、または前記戻し配管に流入させるかを選択する排気選択部と
をさらに備え、
前記制御装置は、前記膨張比選択部を制御することで前記膨張比を低下させた場合、前記排気選択部を制御し、前記戻し配管を通じて前記蓄圧部に前記排気空気を供給する排気制御部をさらに有する、請求項５に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A return pipe that supplies the exhaust air of the expander to the accumulator,
Further provided with an exhaust selection unit for selecting whether to release the exhaust air of the expander to the outside air or to let the exhaust air flow into the return pipe.
When the expansion ratio is lowered by controlling the expansion ratio selection unit, the control device controls the exhaust selection unit and supplies the exhaust air to the pressure accumulator through the return pipe. The compressed air storage power generation device according to claim 5, further comprising. 前記状態変更部は、前記蓄圧部内の圧縮空気を外気に直接放気することで内圧を低下させる減圧部を有し、
前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記減圧部を制御し、前記蓄圧部の内圧を低下させる、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The state changing unit has a decompression unit that lowers the internal pressure by directly releasing the compressed air in the accumulating unit to the outside air.
The compressed air storage according to any one of claims 2 to 4, wherein the state control unit controls the decompression unit following the control of the heat medium heating unit to reduce the internal pressure of the accumulator unit. Power generator. 前記状態変更部は、前記蓄圧部内の圧縮空気を外気に直接放気することで内圧を低下させる減圧部を有し、
前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記減圧部を制御し、前記蓄圧部の内圧を低下させる、請求項５または請求項６に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 The state changing unit has a decompression unit that lowers the internal pressure by directly releasing the compressed air in the accumulating unit to the outside air.
The fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the state control unit controls the decompression unit following the control of the heat medium heating unit and the expansion ratio selection unit to reduce the internal pressure of the pressure storage unit. Compressed air storage power generator. 前記蓄圧部は、複数設けられており、
前記状態変更部は、前記膨張機に圧縮空気を給気する前記蓄圧部の選択を可能にする蓄圧部選択部と、前記蓄圧部間での前記圧縮空気の授受を可能にする内圧分配部とを有し、
前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記蓄圧部選択部を制御し、内圧の低い前記蓄圧部を選択するか、または、前記熱媒加熱部の制御に続いて前記内圧分配部を制御し、前記蓄圧部の圧縮空気を他の前記蓄圧部に分配して内圧を低下させる、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A plurality of the pressure accumulators are provided.
The state changing unit includes a pressure accumulator selection unit that enables selection of the pressure accumulator that supplies compressed air to the expander, and an internal pressure distribution unit that enables the exchange of compressed air between the accumulators. Have,
The state control unit controls the pressure accumulator selection unit following the control of the heat medium heating unit to select the pressure accumulator having a low internal pressure, or the internal pressure following the control of the heat medium heating unit. The compressed air storage power generation device according to any one of claims 2 to 4, wherein the distribution unit is controlled and the compressed air of the accumulator unit is distributed to the other accumulator units to reduce the internal pressure. 前記蓄圧部は、複数設けられており、
前記状態変更部は、前記膨張機に圧縮空気を給気する前記蓄圧部の選択を可能にする蓄圧部選択部と、前記蓄圧部間での圧縮空気の授受を可能にする内圧分配部とを有し、
前記状態制御部は、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記蓄圧部選択部を制御し、内圧の低い前記蓄圧部を選択するか、または、前記熱媒加熱部の制御および前記膨張比選択部の制御に続いて前記内圧分配部を制御し、前記蓄圧部の圧縮空気を他の前記蓄圧部に分配して内圧を低下させる、請求項５または請求項６に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 A plurality of the pressure accumulators are provided.
The state changing unit includes a pressure accumulator selection unit that enables selection of the pressure accumulator that supplies compressed air to the expander, and an internal pressure distribution unit that enables exchange of compressed air between the accumulators. Have and
The state control unit controls the pressure accumulator selection unit following the control of the heat medium heating unit and the expansion ratio selection unit to select the pressure accumulator unit having a low internal pressure, or the heat medium heating unit. 5. or 6. The internal pressure distribution unit is controlled following the control of the unit and the control of the expansion ratio selection unit, and the compressed air of the pressure storage unit is distributed to the other pressure storage units to reduce the internal pressure. The compressed air storage power generation device described in.
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