WO2018181005A1 - 圧縮空気貯蔵発電装置 - Google Patents

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Definitions

  • CAES power generators use renewable energy to drive compressors to produce compressed air, store the compressed air in tanks, etc., and use compressed air to drive turbine generators when necessary to generate power It is a device to obtain.
  • Such a CAES power generator is disclosed in, for example, Patent Document 1.
  • the power adjustment unit further includes a rotation speed changing device for changing the rotation speed of the generator, and the power generation amount control unit of the control device performs the rotation speed changing device according to the power demand value. You may adjust the electric power generation amount of the said generator by adjusting the rotation speed of a generator.
  • the electric power generated by the power generation device 2 that uses renewable energy is supplied to the motor 11.
  • the power supplied from the power generator 2 to the motor 11 is referred to as input power.
  • the motor 11 is mechanically connected to the compressor 12 and is driven by input power to operate the compressor 12.
  • the pressure accumulation tank 13 is a steel tank, for example, and stores the compressed air fed from the compressor 12.
  • the pressure accumulating tank 13 is fluidly connected to the air inlets 14a of the two expanders 14 through air piping 18b that is bifurcated through the switching valve 19a, and the compressed air stored in the pressure accumulating tank 13 is air.
  • the two expanders 14 are selectively supplied through the pipe 18b.
  • the switching valve 19a is controlled by the control device 17 as will be described later.
  • An air supply capacity adjustment valve 19b which is a flow rate adjustment valve, is interposed in each of the air pipes 18b branched into two.
  • the opening degrees of the two air supply capacity adjustment valves 19b are respectively controlled by a control device 17 described later.
  • the switching valve 19a is an example of the operating number changing device.
  • the generator 15 is electrically connected to the customer facility 3 via the inverter 19c, and the electric power generated by the generator 15 is supplied to the customer facility 3.
  • the power supplied from the generator 15 to the customer facility 3 is referred to as output power.
  • the rotation speed of the generator 15 can be adjusted with the inverter 19c, and output electric energy can be adjusted.
  • the inverter 19c of this embodiment also has a function as a converter, and output power is supplied to the customer facility 3 after being converted into a desired voltage and frequency by the inverter 19c including DC / AC conversion.
  • the inverter 19c is controlled by the control device 17 as will be described later.
  • the inverter 19c is an example of a rotation speed changing device.
  • the CAES power generation device 10 includes a control device 17 and a power demand receiving unit 60.
  • the control device 17 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 installed therein.
  • the control device 17 is electrically connected to the power demand receiving unit 60.
  • the power demand receiver 60 is a receiver that receives an electrical signal related to a power demand value transmitted from the power demand detector 50 via the communication network N.
  • the control device 17 controls the power supply adjusting device 19. Specifically, the power supply adjusting device 19 is controlled by the power generation amount control unit 17 a of the control device 17.
  • the power generation amount control unit 17a drives the generator 15 by adjusting the opening of the air supply capacity adjustment valve 19b. Specifically, when the power demand value is larger than the current output power, the opening of the air supply capacity adjustment valve 19b is increased, and a large amount of compressed air is supplied to the expander 14 to reduce the power generation amount of the generator 15. increase. When the power demand value detected by the power demand detection unit 50 is smaller than the current output power, the opening of the air supply capacity adjustment valve 19b is reduced and less compressed air is supplied to the expander 14 to generate power from the generator 15. Reduce the amount.
  • the power supply adjusting device 19 is adjusted according to the power demand value, the amount of power required by the customer facility 3 can be generated in a timely manner.
  • the air in the air pipe 18c is heated, and the first heat medium in the heat medium pipe 23a is cooled.
  • the air heated with the 1st heat exchanger 20 will be about 20 degreeC, for example, and the 1st heat medium cooled with the 1st heat exchanger 20 will be about 5 degreeC, for example.
  • the air heated by the first heat exchanger 20 is exhausted to the atmosphere, and the first heat medium cooled by the first heat exchanger 20 passes through the heat medium pipe 23a.
  • 1 Heat medium storage unit 21 is supplied and stored.
  • the coefficient of performance COP (Coefficient ⁇ of ⁇ Performance), which is one of the indexes of energy efficiency, is defined by the ratio of the output power energy and thermal energy to the input power energy, so it is cooler than when only power is supplied. COP can be improved.
  • the second heat medium storage unit 26 is, for example, a hot water pool, and is preferably insulated from the outside so as not to release the heat to the outside.
  • the second heat medium storage unit 26 is fluidly connected to each customer facility 3 through a heat medium pipe 28b, and a heat supply adjustment valve 27 that is a flow rate adjustment valve is interposed in the heat medium pipe 28b. . Therefore, the second heat medium stored in the second heat medium storage unit 26 is supplied as heat to each customer facility 3 via the heat supply adjustment valve 27. Further, the heat supply adjustment valve 27 of the present embodiment also functions as a distributor.
  • the target of power generation using renewable energy is, for example, wind power, sunlight, solar heat, wave power or tidal power, flowing water or tide, etc. It is possible to target anything that uses replenished and irregularly varying energy.

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Abstract

本発明の実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置１０は、需要家設備３の電力需要値をリアルタイムで受信する電力需要受信部６０と、発電機１５によって発電する電力量を調整する電力供給調整装置１９と、電力需要受信部６０によって受信した電力需要値に応じた電力を需要家設備３に適時に供給するように電力供給調整装置１９を制御する発電量制御部１７ａを有する制御装置とを備える。

Description

圧縮空気貯蔵発電装置
　本開示は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。
　風力発電または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。
　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。
特開２０１６－２１１４６６号公報
　特許文献１では、一般的なＣＡＥＳシステムの構成は開示されているが、電力の供給先（需要家設備）からの電力需要を検出して適時に必要な電力を供給するシステムについては詳細に検討されていない。
　本発明の実施形態はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、圧縮空気貯蔵発電システムを利用し、需要家設備が必要としている電力を適時に供給することである。
　本発明の実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電システムは、再生可能エネルギーを圧縮空気の態様で蓄え、必要に応じて前記圧縮空気を使用して発電し、需要家設備に電力を供給可能である圧縮空気貯蔵発電装置であって、前記需要家設備の電力需要値をリアルタイムで受信する電力需要受信部と、前記再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される前記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、前記発電機によって発電する電力量を調整する電力調整部と、前記電力需要受信部によって受信した前記電力需要値に応じた前記電力を前記需要家設備に適時に供給するように前記電力調整部を制御する発電量制御部を有する制御装置とを備える。
　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。また、電力需要受信部によって需要家設備の電力需要値をリアルタイムで受信しているため、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置が発電すべき電力をリアルタイムで把握できる。さらに、発電量制御部によって電力調整部を制御し、電力需要値に応じた発電を行うため、需要家設備に適時に必要な電力を供給できる。また、仮に、各需要家が火力発電所または原子力発電所などの主要な発電設備から遠方に位置する場合、大規模な送電系統の設置が必要となる。これに対し、ＣＡＥＳ発電装置は、任意の場所に設置可能であるため各需要家の付近に設置でき、大規模な送電系統が不要である。従って、本装置は需要家設備が火力発電所または原子力発電所などの主要な発電設備から遠方に位置する場合に特に有効である。また、ＣＡＥＳ発電装置は、環境を害する物質を排出しないため環境性に優れており、その他の発電設備または蓄電設備と比べて耐用年数も長く耐久性にも優れている。
　前記電力調整部は、前記蓄圧部から前記膨張機への前記圧縮空気の供給量を調整するための給気容量調整弁を備え、前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記給気容量調整弁の開度を調整して前記発電機の発電量を調整してもよい。
　この構成によれば、電力需要値に応じて給気容量調整弁の開度を調整しているため、需要家設備が必要としている電力量を適時に発電できる。
　前記電力調整部は、前記発電機の回転数を変更するための回転数変更装置をさらに備え、前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記回転数変更装置によって前記発電機の回転数を調整して前記発電機の発電量を調整してもよい。
　この構成によれば、電力需要値に応じて回転数変更装置によって発電機の回転数を調整しているため、需要家設備が必要としている電力量を適時に発電できる。
　前記膨張機は、複数台設けられており、前記電力調整部は、前記膨張機の運転台数を変更するための運転台数変更装置をさらに備え、前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記運転台数変更装置によって駆動する前記膨張機の台数を調整して前記発電機の発電量を調整してもよい。
　この構成によれば、電力需要値に応じて運転台数変更装置によって膨張機の駆動台数を調整しているため、需要家設備が必要としている電力量を適時に発電できる。
　前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記需要家設備の冷熱需要値を受信する冷熱需要受信部と、前記膨張機から排気された冷気と第１熱媒とで熱交換して前記第１熱媒を冷却する第１熱交換器と、前記第１熱交換器にて冷却された前記第１熱媒を冷熱として貯蔵する第１熱媒貯蔵部と、前記第１熱媒貯蔵部から前記需要家設備への前記冷熱の供給量を調整する冷熱調整部とをさらに備え、前記制御装置は、前記冷熱需要受信部によって受信した前記冷熱需要値に応じた前記冷熱を前記需要家設備に適時に供給するように前記冷熱調整部を制御する冷熱供給制御部をさらに有してもよい。
　この構成によれば、第１熱交換器において膨張機から排気された冷気を利用して第１熱媒を冷却でき、この冷却された第１熱媒を第１熱媒貯蔵部に貯蔵できる。また、冷熱需要受信部によって需要家設備の冷熱需要値を受信しているため、需要家設備が必要としている冷熱を把握できる。そして、冷熱供給制御部によって冷熱調整部を制御し、冷熱需要値に応じて需要家設備に適時に必要な冷熱を供給できる。また、電力と併せて冷熱も供給することで、システムのエネルギー効率を向上させている。エネルギー効率の指標の一つである成績係数ＣＯＰ（Coefficient of Performance）は、入力した電力エネルギーに対する出力した電力エネルギーおよび熱エネルギーの割合で規定されるため、電力だけを供給する場合と比べて、冷熱のエネルギー分ＣＯＰを向上できる。
　前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記需要家設備の温熱需要値を受信する温熱需要受信部と、前記圧縮機から吐出された空気と第２熱媒とで熱交換し、前記第２熱媒を加熱する第２熱交換器と、前記第２熱交換器にて加熱された前記第２熱媒を温熱として貯蔵する第２熱媒貯蔵部と、前記第２熱媒貯蔵部から前記需要家設備への前記温熱の供給量を調整する温熱調整部とをさらに備え、前記制御装置は、前記温熱需要受信部によって受信した前記温熱需要値に応じた前記温熱を前記需要家設備に適時に供給するように前記温熱調整部を制御する温熱供給制御部をさらに有する。
　この構成によれば、第２熱交換器において圧縮機から吐出された高温の空気を利用して第２熱媒を加熱でき、この加熱された第２熱媒を第２熱媒貯蔵部に貯蔵できる。また、また、温熱需要受信部によって需要家設備の温熱需要値を受信しているため、需要家設備が必要としている温熱を把握できる。そして、温熱供給制御部によって温熱調整部を制御し、温熱需要値に応じて需要家設備に適時に必要な温熱を供給できる。また、電力と併せて温熱も供給することで、システムのエネルギー効率を向上できる。即ち、電力だけを供給する場合と比べて、温熱のエネルギー分ＣＯＰを向上できる。
　本発明の実施形態によれば、圧縮空気貯蔵発電システムにおいて、電力需要値をリアルタイムで検出しているため、需要家設備が必要としている電力を適時に供給できる。
本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置のシステム図。 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。 第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置のシステム図。 第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
　（第１実施形態）
　図１に示す圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電システム１は、風力発電または太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電装置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し、需要家設備３に電力を適時に供給するシステムである。ここで、需要家設備３の態様は、例えば各家庭または工場など様々であり得る。需要家設備３は、図１では３つ描かれているが、その数は任意であってよい。
　ＣＡＥＳ発電システム１は、ＣＡＥＳ発電装置１０と、ＣＡＥＳ発電装置１０と通信ネットワークＮを介してデータを送信可能である電力需要検出部５０とを備える。
　ＣＡＥＳ発電装置１０は、モータ（電動機）１１と、圧縮機１２と、蓄圧タンク（蓄圧部）１３と、膨張機１４と、発電機１５と、制御装置１７とを備える。
　再生可能エネルギーを利用する発電装置２により発電された電力は、モータ１１に供給される。以降、発電装置２からモータ１１に供給される電力を入力電力という。モータ１１は、圧縮機１２に機械的に接続されており、入力電力により駆動されて圧縮機１２を動作させる。
　本実施形態の圧縮機１２は、スクリュ式である。スクリュ式の圧縮機１２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１０の構成要素として好ましい。ただし、圧縮機１２の種類は特に限定されず、スクリュ式以外にも、スクロール式、ターボ式、またはレシプロ式などであってもよい。
　圧縮機１２は、モータ１１により駆動されると、吸気口１２ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１２ｂから吐出する。圧縮機１２の吐出口１２ｂは空気配管１８ａを通じて蓄圧タンク１３と流体的に接続されており、吐出口１２ｂから吐出された圧縮空気は蓄圧タンク１３に圧送される。なお、本実施形態では、１台の圧縮機１２が設置されているが、設置台数は特に限定されず、複数台であってもよい。
　蓄圧タンク１３は、例えば鋼製のタンクであり、圧縮機１２から圧送された圧縮空気を蓄えている。蓄圧タンク１３は、切替弁１９ａを介して二手に分岐した空気配管１８ｂを通じて二つの膨張機１４の給気口１４ａとそれぞれ流体的に接続されており、蓄圧タンク１３に蓄えられた圧縮空気は空気配管１８ｂを通じて選択的に二つの膨張機１４に供給される。切替弁１９ａは、後述するように制御装置１７によって制御されている。二手に分岐した空気配管１８ｂには、流量調整弁である給気容量調整弁１９ｂがそれぞれ介設されている。二つの給気容量調整弁１９ｂの開度は、後述する制御装置１７によってそれぞれ制御されている。なお、切替弁１９ａは運転台数変更装置の一例である。
　本実施形態の二つの膨張機１４は、同一のものであり、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機１４は、回転数制御可能であるため、前述のスクリュ式の圧縮機１２と同様にＣＡＥＳ発電装置１０の構成要素として好ましい。ただし、膨張機１４の種類は特に限定されず、スクリュ式以外にも、スクロール式、ターボ式、またはレシプロ式などであってもよい。膨張機１４は、発電機１５と機械的に接続されている。そのため、給気口１４ａから圧縮空気を給気されると、給気された圧縮空気により作動し、発電機１５を駆動する。即ち、蓄圧タンク１３に貯蔵していた圧縮空気を膨張させて発電に利用している。膨張された空気は、排気口１４ｂから排気される。
　発電機１５は、インバータ１９ｃを介して需要家設備３に電気的に接続されており、発電機１５で発電した電力は需要家設備３に供給される。以降、発電機１５から需要家設備３に供給される電力を出力電力という。また、本実施形態では、インバータ１９ｃによって発電機１５の回転数を調整でき、出力電力量を調整できる。本実施形態のインバータ１９ｃはコンバータとしての機能も有しており、出力電力はインバータ１９ｃによって直流交流変換を含めて所望の電圧および周波数に変換された後に需要家設備３に供給される。インバータ１９ｃは、後述するように制御装置１７によって制御されている。なお、インバータ１９ｃは回転数変更装置の一例である。
　需要家設備３には電力需要検出部５０が取り付けられており、需要家設備３が必要としている電力をリアルタイムで検出している。電力需要検出部５０の態様は、特に限定されず、例えば各家庭で電力の使用量または工場での電力の使用量などから電力需要値を算出するものであってもよい。電力需要値は、通信ネットワークＮを介して電力需要検出部５０から電力需要受信部６０に送信され、制御装置１７において後述する制御に使用される。
　図２を併せて参照すると、ＣＡＥＳ発電装置１０は、制御装置１７と電力需要受信部６０とを備える。制御装置１７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。制御装置１７は、電力需要受信部６０に電気的に接続されている。電力需要受信部６０は、電力需要検出部５０から通信ネットワークＮを介して送信される電力需要値に関する電気信号を受信するレシーバである。この電力需要値を受け、制御装置１７は電力供給調整装置１９を制御する。詳細には、電力供給調整装置１９は、制御装置１７の発電量制御部１７ａによって制御されている。
　本実施形態の発電量制御部１７ａは、切替弁１９ａと給気容量調整弁１９ｂとインバータ１９ｃとの３要素からなる電力供給調整装置１９を制御して発電電力量を調整する。
　第１に、発電量制御部１７ａは、給気容量調整弁１９ｂの開度を調整して発電機１５を駆動する。具体的には、電力需要値が現在の出力電力よりも大きい場合、給気容量調整弁１９ｂの開度を大きくし、膨張機１４により多くの圧縮空気を供給して発電機１５の発電量を増加させる。電力需要検出部５０で検出した電力需要値が現在の出力電力よりも小さい場合、給気容量調整弁１９ｂの開度を小さくし、膨張機１４により少ない圧縮空気を供給して発電機１５の発電量を減少させる。
　第２に、発電量制御部１７ａは、インバータ１９ｃの回転数指令値を調整して発電機１５を駆動する。具体的には、電力需要値が現在の出力電力よりも大きい場合、回転数指令値を大きくし、発電機１５の回転数を増加させ、発電機１５の発電量を増加させる。電力需要検出部５０で検出した電力需要値が現在の出力電力よりも小さい場合、回転数指令値を小さくし、発電機１５の回転数を減少させ、発電機１５の発電量を減少させる。
　第３に、発電量制御部１７ａは、切替弁１９ａを切り替えることで膨張機１４の運転台数を調整し、発電機１５を駆動する。具体的には、電力需要値が現在の出力電力よりも大きい場合、切替弁１９ａの出口を二手に開いて、二つの膨張機１４を駆動することで、発電機１５の発電量を増加させる。電力需要検出部５０で検出した電力需要値が現在の出力電力よりも小さい場合、切替弁１９ａの出口の一方または全部を閉じ、一つの膨張機１４を駆動するかまたは駆動しないことで、発電機１５の発電量を減少させる。
　発電電力量の調整は、切替弁１９ａ、給気容量調整弁１９ｂ、およびインバータ１９ｃの制御において、各単独によって行われても、それぞれの優先順序を付けた組み合わせで行われても良い。なお、発電機１５の回転数制御はインバータ１９ｃによるものに限定されず、任意の態様で実行され得る。同様に、膨張機１４の運転台数制御は切替弁１９ａによるものに限定されず、任意の態様で実行され得る。特に、膨張機１４の台数は、本実施形態では最大２台であるが、３台以上であってもよい。
　本実施形態によれば、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タンク１３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１４に供給し、発電機１５を駆動して発電できる。また、電力需要受信部６０によって需要家設備３の電力需要値をリアルタイムで受信しているため、ＣＡＥＳ発電装置１０が発電すべき電力をリアルタイムで把握できる。さらに、発電量制御部１７ａによって電力供給調整装置１９を制御し、電力需要値に応じた発電を行うため、各需要家設備３に適時に必要な電力を供給できる。また、仮に、各需要家設備３が火力発電所または原子力発電所などの主要な発電設備から遠方に位置する場合、大規模な送電系統の設置が必要となる。これに対し、上記ＣＡＥＳ発電装置１０は、任意の場所に設置可能であるため各需要家設備３の付近に設置でき、大規模な送電系統が不要である。従って、本装置１０は各需要家設備３が火力発電所または原子力発電所などの主要な発電設備から遠方に位置する場合に特に有効である。また、ＣＡＥＳ発電装置１０は、環境を害する物質を排出しないため環境性に優れており、その他の発電設備と比べて耐用年数も長く耐久性にも優れている。
　また、電力需要値に応じて電力供給調整装置１９を調整しているため、需要家設備３が必要としている電力量を適時に発電できる。
　このように、主要な発電設備から遠方であって、適時の電力供給が要求される箇所にＣＡＥＳ発電装置１０を設置することで、ＣＡＥＳ発電システム１は設置した地域の再生可能エネルギーをその地域で消費できるいわゆる「地産地消システム」となる。特に、近年は、ＦＩＴ制度（固定価格買取制度）が制定され、各家庭などが再生可能エネルギー等を利用して発電して各家庭で消費し、余った電力を送電し、即ち電力会社が買い取ることも行われている。しかし、各家庭における発電の規模を超えた大規模な発電および送電を行う場合、既存の脆弱な送電系統の逆流を招き、送電系統が故障するおそれがある。これに対し、本実施形態のＣＡＥＳ発電システム１は、発電量を規定できるため、既存の脆弱な送電系統を使用して送電を行う場合でも送電系統の故障を防止できる。
（第２実施形態）
　図３に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電システム１は、図１の第１実施形態のＣＡＥＳ発電システム１の電力供給機能に加えて冷熱供給機能を有している。本実施形態のＣＡＥＳ発電システム１は、冷熱供給機能に関する構成以外は図１の第１実施形態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。
　本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１０は、第１熱交換器２０と、第１熱媒貯蔵部２１と、冷熱供給調整弁（冷熱調整部）２２とを備える。これらは需要家設備３と熱媒配管２３ａ，２３ｂによって流体的に接続されており、第１熱媒が熱媒配管２３ａ，２３ｂを通ってこれらの間を循環している。また、熱媒配管２３ａには、第１熱媒を循環流動させるためのポンプ２４が配設されている。なお、第１熱媒の種類は特に限定されず、例えば水であり得る。
　第１熱交換器２０は二つの膨張機１４の排気口１４ｂから延びて合流した空気配管１８ｃを通じて流体的に接続されており、膨張機１４の排気口１４ｂから排気された空気は第１熱交換器２０に供給される。ここで、膨張機１４の排気口１４ｂから排気された空気は、膨張機１４で膨張される際に吸熱されているため、常温以下の冷気となっている。本実施形態では、膨張機１４の排気口１４ｂから排気された空気は、例えば－５０℃程度の冷気となっている。
　第１熱交換器２０では、空気配管１８ｃ内の冷気と、熱媒配管２３ａ内の常温の第１熱媒とで熱交換が行われている。詳細には、第１熱交換器２０では、空気配管１８ｃ内の空気は加熱され、熱媒配管２３ａ内の第１熱媒は冷却される。本実施形態では、第１熱交換器２０で加熱された空気は例えば２０℃程度となり、第１熱交換器２０で冷却された第１熱媒は例えば５℃程度となる。第１熱交換器２０での熱交換後、第１熱交換器２０で加熱された空気は大気に排気され、第１熱交換器２０で冷却された第１熱媒は熱媒配管２３ａを通じて第１熱媒貯蔵部２１に供給され、貯蔵される。
　第１熱媒貯蔵部２１は、例えば冷水プールであり、冷熱を外部に放出しないように外部から断熱されていることが好ましい。第１熱媒貯蔵部２１は、各需要家設備３と熱媒配管２３ｂを通じて流体的に接続されており、熱媒配管２３ｂには流量調整弁である冷熱供給調整弁２２が介設されている。そのため、第１熱媒貯蔵部２１に貯蔵された第１熱媒は、冷熱供給調整弁２２を介して各需要家設備３に冷熱として供給される。また、本実施形態の冷熱供給調整弁２２は、分配器としての機能も果たしている。
　需要家設備３には、冷熱需要検出部５１が取り付けられており、需要家設備３の冷熱需要値を検出できる。冷熱需要検出部５１の態様は、特に限定されず、例えば各家庭での空調設備の使用量または工場での冷水の使用量などから冷熱需要値を算出するものであってもよい。さらに言えば、冷熱需要値は、リアルタイムで検出されてもよいし、または、過去の一定期間の冷熱使用量からバッチ的に算出されてもよい。冷熱需要値は、通信ネットワークＮを介して冷熱需要検出部５１から冷熱需要受信部６１に送信され、制御装置１７において後述する制御に使用される。
　図４に併せて示すように、制御装置１７は、冷熱需要受信部６１によって受信された冷熱需要値に応じて各需要家設備３に適時に必要な冷熱を供給するように冷熱供給調整弁２２を制御する冷熱供給制御部１７ｃを有している。
　冷熱供給制御部１７ｃは、冷熱需要検出部５１によって検出し、冷熱需要受信部６１によって受信された冷熱需要値に応じて冷熱供給調整弁２２の開度を調整して需要家設備３に必要量の冷熱を供給する。具体的には、冷熱需要値が現在供給している冷熱量よりも大きい場合、冷熱供給調整弁２２の開度を大きくし、冷熱供給量を増加させる。また、冷熱需要値が現在供給している冷熱量よりも小さい場合、冷熱供給調整弁２２の開度を小さくし、冷熱供給量を減少させる。
　本実施形態によれば、第１熱交換器２０において膨張機１４から排気された冷気を利用して第１熱媒を冷却でき、この冷却された第１熱媒を第１熱媒貯蔵部２１に貯蔵できる。また、冷熱需要受信部６１によって冷熱需要値を検出しているため、各需要家設備３が必要としている冷熱を把握できる。そして、冷熱供給制御部１７ｃによって冷熱供給調整弁２２を制御し、冷熱需要値に応じて各需要家に適時に必要な冷熱を供給できる。また、電力と併せて冷熱も供給することで、システムのエネルギー効率を向上させている。エネルギー効率の指標の一つである成績係数ＣＯＰ（Coefficient of Performance）は、入力した電力エネルギーに対する出力した電力エネルギーおよび熱エネルギーの割合で規定されるため、電力だけを供給する場合と比べて、冷熱のエネルギー分ＣＯＰを向上できる。
（第３実施形態）
　図５に示す第３実施形態のＣＡＥＳ発電システム１は、図１の第１実施形態のＣＡＥＳ発電装置１０の電力供給機能に加えて温熱供給機能を有している。本実施形態のＣＡＥＳ発電システム１は、温熱供給機能に関する構成以外は図１の第１実施形態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。
　本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１０は、第２熱交換器２５と、第２熱媒貯蔵部２６と、温熱供給調整弁（温熱調整部）２７とを備える。これらは需要家設備３と熱媒配管２８ａ，２８ｂによって流体的に接続されており、第２熱媒が熱媒配管２８ａ，２８ｂを通ってこれらの間を循環している。また、熱媒配管２８ａには、第２熱媒を循環流動させるためのポンプ２９が配設されている。なお、第２熱媒の種類は特に限定されず、例えば水であり得る。
　第２熱交換器２５は、圧縮機１２の吐出口１２ｂから蓄圧タンク１３に延びる空気配管１８ａに介設されている。圧縮機１２の吐出口１２ｂから吐出される圧縮空気は、圧縮機１２で圧縮される際の圧縮熱により昇温しているため、常温以上の空気となっている。本実施形態では、圧縮機１２の吐出口１２ｂから吐出される圧縮空気は、例えば１５５℃程度の高温空気となっている。
　第２熱交換器２５では、空気配管１８ａ内の高温空気と、常温の熱媒配管２８ａ内の第２熱媒とで熱交換が行われている。詳細には、第２熱交換器２５では、空気配管１８ａ内の空気は冷却され、熱媒配管２８ａ内の第２熱媒は加熱される。本実施形態では、第２熱交換器２５で冷却された空気配管１８ａ内の空気は、例えば５０℃程度となり、第２熱交換器２５で加熱された第２熱媒は例えば９０℃程度となる。第２熱交換器２５での熱交換後、第２熱交換器２５で冷却された空気は蓄圧タンク１３に供給されて貯蔵され、第１熱交換器２０で加熱された第２熱媒は熱媒配管２８ａを通じて第２熱媒貯蔵部２６に供給されて貯蔵される。
　第２熱媒貯蔵部２６は、例えば温水プールであり、温熱を外部に放出しないように外部から断熱されていることが好ましい。第２熱媒貯蔵部２６は、各需要家設備３と熱媒配管２８ｂを通じて流体的に接続されており、熱媒配管２８ｂには流量調整弁である温熱供給調整弁２７が介設されている。そのため、第２熱媒貯蔵部２６に貯蔵された第２熱媒は、温熱供給調整弁２７を介して各需要家設備３に温熱として供給される。また、本実施形態の温熱供給調整弁２７は、分配器としての機能も果たしている。
　需要家設備３には、温熱需要検出部５２が取り付けられており、需要家設備３の温熱需要値を検出できる。温熱需要検出部５２の態様は、特に限定されず、例えば各家庭での空調設備の使用量または工場での温水の使用量などから温熱需要値を算出してもよい。さらに言えば、温熱需要値は、リアルタイムで検出されてもよいし、または、過去の一定期間の温熱使用量からバッチ的に算出されてもよい。温熱需要値は、通信ネットワークＮを介して温熱需要検出部５２から温熱需要受信部６２に送信され、制御装置１７において制御に使用される。
　図６に併せて示すように、制御装置１７は、温熱需要受信部６２によって受信された温熱需要値に応じて各需要家設備３に適時に必要な温熱を供給するように温熱供給調整弁２７を制御する温熱供給制御部１７ｄを有している。
　温熱供給制御部１７ｄは、温熱需要検出部５２によって検出し、温熱需要受信部６２によって受信された温熱需要値に応じて温熱供給調整弁２７の開度を調整して需要家設備３に必要量の冷熱を供給する。具体的には、温熱需要値が現在供給している温熱量よりも大きい場合、温熱供給調整弁２７の開度を大きくし、温熱供給量を増加させる。また、温熱需要値が現在供給している冷熱量よりも小さい場合、温熱供給調整弁２７の開度を小さくし、温熱供給量を減少させる。
　本実施形態によれば、第２熱交換器２５において圧縮機１２から吐出された高温の空気を利用して第２熱媒を加熱でき、この加熱された第２熱媒を第２熱媒貯蔵部２６に貯蔵できる。また、温熱需要受信部６２によって温熱需要値を受信しているため、各需要家設備３が必要としている温熱を把握できる。そして、温熱供給制御部１７ｄによって温熱供給調整弁２７を制御し、温熱需要値に応じて各需要家設備３に適時に必要な温熱を供給できる。また、電力と併せて温熱も供給することで、システムのエネルギー効率を向上できる。即ち、電力だけを供給する場合と比べて、温熱のエネルギー分ＣＯＰを向上できる。
　ここで記載した各実施形態において、再生可能エネルギーによる発電の対象は、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐等、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。
　以上より、本発明の具体的な実施形態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。
　　１　圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電システム
　　２　発電装置
　　３　需要家設備
　　１０　圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
　　１１　モータ（電動機）
　　１２　圧縮機
　　１２ａ　吸気口
　　１２ｂ　吐出口
　　１３　蓄圧タンク（蓄圧部）
　　１４　膨張機
　　１４ａ　給気口
　　１４ｂ　排気口
　　１５　発電機
　　１７　制御装置
　　１７ａ　発電量制御部
　　１７ｃ　冷熱供給制御部
　　１７ｄ　温熱供給制御部
　　１８ａ，１８ｂ，１８ｃ　空気配管
　　１９　電力供給調整装置（電力調整部）
　　１９ａ　切替弁（運転台数変更装置）
　　１９ｂ　給気容量調整弁
　　１９ｃ　インバータ（回転数変更装置）
　　２０　第１熱交換器
　　２１　第１熱媒貯蔵部
　　２２　冷熱供給調整弁（冷熱調整部）
　　２３ａ，２３ｂ　熱媒配管
　　２４　ポンプ
　　２５　第２熱交換器
　　２６　第２熱媒貯蔵部
　　２７　温熱供給調整弁（温熱調整部）
　　２８ａ，２８ｂ　熱媒配管
　　２９　ポンプ
　　５０　電力需要検出部
　　５１　冷熱需要検出部
　　５２　温熱需要検出部
　　６０　電力需要受信部
　　６１　冷熱需要受信部
　　６２　温熱需要受信部

Claims (6)

  1. 　再生可能エネルギーを圧縮空気の態様で蓄え、必要に応じて前記圧縮空気を使用して発電し、需要家設備に電力を供給可能である圧縮空気貯蔵発電装置であって、
    　前記需要家設備の電力需要値をリアルタイムで受信する電力需要受信部と、
    　前記再生可能エネルギーを用いて発電した電力により駆動される電動機と、
    　前記電動機によって駆動される圧縮機と、
    　前記圧縮機により圧縮された前記圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
    　前記蓄圧部から供給される前記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、
    　前記発電機によって発電する電力量を調整する電力調整部と、
    　前記電力需要受信部によって受信した前記電力需要値に応じた前記電力を前記需要家設備に適時に供給するように前記電力調整部を制御する発電量制御部を有する制御装置と
    　を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
  2. 　前記電力調整部は、前記蓄圧部から前記膨張機への前記圧縮空気の供給量を調整するための給気容量調整弁を備え、
    　前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記給気容量調整弁の開度を調整して前記発電機の発電量を調整する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  3. 　前記電力調整部は、前記発電機の回転数を変更するための回転数変更装置をさらに備え、
    　前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記回転数変更装置によって前記発電機の回転数を調整して前記発電機の発電量を調整する、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  4. 　前記膨張機は、複数台設けられており、
    　前記電力調整部は、前記膨張機の運転台数を変更する運転台数変更装置をさらに備え、
    　前記制御装置の前記発電量制御部は、前記電力需要値に応じて前記運転台数変更装置によって駆動する前記膨張機の台数を調整して前記発電機の発電量を調整する、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  5. 　前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
    　前記需要家設備の冷熱需要値を受信する冷熱需要受信部と、
    　前記膨張機から排気された冷気と第１熱媒とで熱交換して前記第１熱媒を冷却する第１熱交換器と、
    　前記第１熱交換器にて冷却された前記第１熱媒を冷熱として貯蔵する第１熱媒貯蔵部と、
    　前記第１熱媒貯蔵部から前記需要家設備への前記冷熱の供給量を調整する冷熱調整部と
    　をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記冷熱需要受信部によって受信した前記冷熱需要値に応じた前記冷熱を前記需要家設備に適時に供給するように前記冷熱調整部を制御する冷熱供給制御部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  6. 　前記圧縮空気貯蔵発電装置は、
    　前記需要家設備の温熱需要値を受信する温熱需要受信部と、
    　前記圧縮機から吐出された空気と第２熱媒とで熱交換し、前記第２熱媒を加熱する第２熱交換器と、
    　前記第２熱交換器にて加熱された前記第２熱媒を温熱として貯蔵する第２熱媒貯蔵部と、
    　前記第２熱媒貯蔵部から前記需要家設備への前記温熱の供給量を調整する温熱調整部と
    　をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記温熱需要受信部によって受信した前記温熱需要値に応じた前記温熱を前記需要家設備に適時に供給するように前記温熱調整部を制御する温熱供給制御部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
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