压缩空气贮存发电装置以及压缩空气贮存发电方法与流程

本发明涉及压缩空气贮存发电装置以及压缩空气贮存发电方法。

背景技术：

风力发电、太阳光发电等利用了可再生能源的发电依赖于气象条件，因此有时输出不稳定。因此，需要使用caes(compressedairenergystorage：压缩空气储能)系统等能量贮存系统对输出进行均衡化。

在以往的压缩空气贮存(caes：compressedairenergystorage)发电装置中，一般来说，在电力工厂的非峰值期间将电能作为压缩空气储存在蓄压箱中，在高电力需求期间利用压缩空气对膨胀机进行驱动而使发电机工作来生成电能。

此外，还有如下装置，即，为了提高发电效率，对压缩空气的压缩热进行热回收并贮存在蓄热箱等中，通过使热返回到膨胀前的压缩空气，从而防止因在蓄压箱中进行散热而造成的热能损失。

作为这样的caes发电装置，例如在专利文献1中公开了一种利用热能贮存系统的caes发电装置。

但是，当以与高电力需求的峰值时的容量相对应的尺寸来制造对压缩空气进行储存的蓄压箱时，需要大型的蓄压箱。因此，会花费很多设备成本。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2013-509530号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明的课题在于，提供一种能够提高发电效率并降低设备成本的压缩空气贮存发电装置。

用于解决课题的技术方案

本发明的第一方式提供一种压缩空气贮存发电装置，其具备：电动机，由使用可再生能源进行发电的输入电力进行驱动；压缩机，与所述电动机以机械方式连接，对空气进行压缩；蓄压箱，与所述压缩机以流体方式连接，储存由所述压缩机进行了压缩的压缩空气；压力传感器，检测所述蓄压箱的内压；膨胀机，与所述蓄压箱以流体方式连接，由所述压缩空气进行驱动；发电机，与所述膨胀机以机械方式连接，进行电力的发电；第一热交换器，与所述压缩机以流体方式连接，利用从所述压缩机供给的所述压缩空气和热媒进行热交换；蓄热箱，与所述第一热交换器以流体方式连接，储存在所述第一热交换器中进行了热交换的所述热媒；第二热交换器，与所述蓄压箱以及所述蓄热箱以流体方式连接，利用从所述蓄压箱供给的所述压缩空气和从所述蓄热箱供给的所述热媒进行热交换；加热部，使用由所述发电机发电的电力对所述蓄热箱内的所述热媒进行加热；第一电力分配部，将所述发电机的发电电力至少分配给电力系统和所述加热部；以及控制装置，在所述蓄压箱的内压达到给定的值且所述发电机的发电电力比所述电力系统中的电力需求多的情况下，控制所述第一电力分配部将所述发电机的发电电力的一部分或全部供给到所述加热部。

根据该结构，能够通过将剩余电力利用于蓄热，从而抑制电力的浪费而提高发电效率，并能够通过使蓄压箱的尺寸小容量化，从而降低设备成本。所谓剩余电力，是指发电机的发电电力与电力需求的差分的电力。通常，蓄压箱不能更多地进行蓄压的情况下的剩余电力将被舍弃。但是，通过利用加热部对蓄热箱内的热媒进行加热，从而被加热的热媒会在第二热交换器中对膨胀前的压缩空气进行加热，因此能够用加热后的压缩空气对膨胀机进行驱动，能够提高膨胀效率。此外，装置整体的蓄压箱的容量(在存在多个蓄压箱的情况下是它们的容量的合计)需要与电力需求的峰值相对应地进行设定。但是，通过本结构能够将剩余电力利用于蓄热，因此能够抑制电力的浪费，即使在蓄压箱超过给定的容量而不能更多地进行蓄压的情况下，也能够以热这样的其它方式来贮存能量。因此，无需与电力需求的峰值相对应地设定蓄压箱的容量，能够使蓄压箱小容量化。

优选地，所述压缩空气贮存发电装置还具备：第二电力分配部，将所述输入电力分配给所述电动机和所述加热部，在所述压缩机的运转效率成为给定值以下的情况下，所述控制装置控制所述第二电力分配部将所述输入电力供给到所述加热部。

由于即使在压缩机的运转效率成为给定值以下的情况下，也能够将输入电力利用于蓄热，因此能够高效地利用输入电力。所谓运转效率成为给定值以下的情况，会在输入电力小于给定的值的情况下或大于给定的值的情况下发生。运转效率成为给定值以下那样的对于驱动压缩机而言过小的输入电力、对于驱动压缩机而言过大的输入电力通常无法利用而会被舍弃。但是，在本结构中，这种小的输入电力、大的输入电力也能够通过供给到加热部而利用于蓄热。

优选地，所述压缩空气贮存发电装置还具备：蓄电装置，与所述发电机电连接，储存所述发电机的发电电力；以及温度传感器，检测所述蓄热箱内的热媒的温度，所述第一电力分配部将所述发电机的电力分配给所述电力系统、所述加热部、以及所述蓄电装置，在所述蓄压箱的内压达到给定的压力且由所述发电机发电的电力比所述电力系统中的电力需求多而且由所述温度传感器测定的所述蓄热箱内的热媒的温度为给定的温度以上的情况下，所述控制装置控制所述第一电力分配部将由所述发电机发电的电力的一部分或全部供给到所述蓄电装置。

除了加热部以外还设置蓄电装置，从而能够对剩余电力进行蓄电。特别是，即使在蓄热箱内的热媒温度为给定值以上且无法通过加热部来使热媒温度上升的情况下，也能够作为电能来有效地储存能量。特别是，在利用可再生能源的发电量的变动(峰值时与平常时之差)大的情况下，若不想方设法对剩余电力进行有效利用，就会需要尺寸庞大的蓄压箱或很多蓄压箱。因为在整体成本中蓄压箱所占的成本大，所以即使在新设置了蓄电装置的情况下，也能够通过蓄压箱的小容量化而在整体上大幅降低成本。

此外，本发明提供一种压缩空气贮存发电装置，其具备：电动机，由使用可再生能源进行发电的输入电力进行驱动；压缩机，与所述电动机以机械方式连接，对空气进行压缩；蓄压箱，与所述压缩机以流体方式连接，储存由所述压缩机进行了压缩的压缩空气；压力传感器，检测所述蓄压箱的内压；膨胀机，与所述蓄压箱以流体方式连接，由所述压缩空气进行驱动；发电机，与所述膨胀机以机械方式连接，进行电力的发电；第一热交换器，与所述压缩机以流体方式连接，利用从所述压缩机供给的所述压缩空气和热媒进行热交换；蓄热箱，与所述第一热交换器以流体方式连接，储存在所述第一热交换器中进行了热交换的所述热媒；第二热交换器，与所述蓄压箱以及所述蓄热箱以流体方式连接，利用从所述蓄压箱供给的所述压缩空气和从所述蓄热箱供给的所述热媒进行热交换；蓄电装置，与所述发电机电连接，储存所述发电机的发电电力；第一电力分配部，将所述发电机的发电电力至少分配给电力系统和所述蓄电装置；以及控制装置，在所述蓄压箱的内压达到给定的压力且所述发电机的发电电力比所述电力系统中的电力需求多的情况下，控制所述第一电力分配部将所述发电机的发电电力的一部分或全部供给到所述蓄电装置。

根据该结构，能够通过将剩余电力利用于蓄电，从而抑制电力的浪费而提高发电效率，并能够通过使蓄压箱的尺寸小容量化，从而降低设备成本。

优选地，所述压缩空气贮存发电装置还具备：第二电力分配部，将所述输入电力分配给所述电动机和所述蓄电装置，在所述压缩机的运转效率成为给定值以下的情况下，所述控制装置控制所述第二电力分配部将所述输入电力供给到所述蓄电装置。

通过对压缩机的运转效率成为给定值以下那样的过小的输入电力、过大的输入电力也进行蓄电，从而能够有效地进行利用。

优选地，在供给到所述电动机的输入电力为给定值以下的情况下，所述控制装置从所述蓄电装置对所述电动机供给电力。

即使在供给到电动机的输入电力为给定值以下的情况下，通过从蓄电装置对电动机辅助供给电力，也会对电动机供给给定值以上的电力，能够防止运转效率的下降。

优选地，所述压缩空气贮存发电装置还具备：加热部，使用由所述发电机发电的电力对所述蓄热箱内的所述热媒进行加热，所述第一电力分配部将所述发电机的电力分配给所述电力系统、所述蓄电装置、以及所述加热部，在所述蓄压箱的内压达到给定的压力且由所述发电机发电的电力比所述电力系统中的电力需求多而且所述蓄电装置已经为满充电的情况下，所述控制装置控制所述第一电力分配部将由所述发电机发电的电力的一部分或全部供给到所述加热部。

除了蓄电装置以外还设置加热部，从而能够将剩余电力利用于蓄热。特别是，即使在蓄电装置为满充电而不能更多地进行蓄电的情况下，也能够作为热能而有效地储存能量。

优选地，所述热媒包括分离的第一热媒以及第二热媒，所述蓄热箱具备储存所述第一热媒的第一蓄热箱以及储存所述第二热媒的第二蓄热箱，所述第一蓄热箱与所述第一热交换器以及所述第二热交换器以流体方式连接，所述第二蓄热箱通过所述加热部对所储存的所述第二热媒进行加热，所述压缩空气贮存发电装置还具备：第三热交换器，与所述蓄压箱以及所述第二蓄热箱以流体方式连接，利用从所述蓄压箱供给的所述压缩空气和从所述第二蓄热箱供给的所述第二热媒进行热交换。

根据该结构，能够将回收压缩热的第一热媒和通过加热部进行加热的第二热媒分离，因此能够进一步提高发电效率。在利用压缩热或加热部进行的加热中，加热温度不同。因此，能够通过将两个热媒分离而进行不同的温度下的蓄热。因此，能够进一步提高发电效率。

优选地，所述压缩空气贮存发电装置还具备：第一温度传感器，检测所述第一蓄热箱的温度；第二温度传感器，检测所述第二蓄热箱的温度；以及热交换顺序切换部，对所述第二热交换器或所述第三热交换器中的哪一个先对从所述蓄压箱供给的所述压缩空气进行作用进行切换，所述控制装置对所述热交换顺序切换部进行控制，以使得在所述第二温度传感器的检测温度比所述第一温度传感器的检测温度高的情况下使所述第二热交换器先进行作用，在所述第一温度传感器的检测温度比所述第二温度传感器的检测温度高的情况下使所述第一热交换器先进行作用。

根据该结构，能够将膨胀前的压缩空气的温度加热至更高温，因此能够提高发电效率。对于膨胀前的压缩空气，作为热交换的顺序，使第一热媒和第二热媒中的温度高的一方的热媒在后面进行热交换。因此，不会使由温度高的一方的热媒进行了加热后的压缩空气的温度下降。因此，能够进一步提高发电效率。

优选地，所述蓄压箱的容量比所述电力需求的峰值所需的容量小。

根据该结构，能够通过使蓄压箱小容量化来降低设备成本。即，无需使蓄压箱的尺寸、数目与电力需求的峰值相匹配地来准备大容量、很多的蓄压箱。此外，通过使用小容量的箱体，从而能够缩短升压至成为适合于发电的压力所花费的时间。因此，容易始终维持为升高的压力。因此，能够提高对电力需求的变动的响应性。

本发明的第二方式提供一种压缩空气贮存发电方法，其中，通过使用可再生能源进行发电的输入电力对空气进行压缩，贮存进行了压缩的空气，通过使贮存的压缩空气膨胀来进行发电，对在所述压缩的工序中产生的压缩热进行回收，对回收的压缩热进行蓄热，在所述膨胀的工序之前，通过进行了蓄热的压缩热对要膨胀的压缩空气进行加热，在贮存的所述压缩空气的压力达到给定的值且发电电力比电力需求多的情况下，通过所述发电电力的一部分或全部使所述蓄热的温度进一步上升。

此外，本发明提供一种压缩空气贮存发电方法，其中，通过使用可再生能源进行发电的输入电力对空气进行压缩，贮存进行了压缩的空气，通过使贮存的压缩空气膨胀来进行发电，对在所述压缩的工序中产生的压缩热进行回收，对回收的压缩热进行蓄热，在所述膨胀的工序之前，通过进行了蓄热的压缩热对要膨胀的压缩空气进行加热，在贮存的所述压缩空气的压力达到给定的值且发电电力比电力需求多的情况下，对所述发电电力的一部分或全部进行蓄电。

发明效果

根据本发明，能够通过在压缩空气贮存发电装置中将剩余电力利用于蓄热来提高发电效率并降低设备成本。

附图说明

图1是第一实施方式的压缩空气贮存(caes)发电装置的概略结构图。

图2是示出图1的压缩空气贮存发电装置的控制方法的流程图。

图3是示出图2的处理a的子流程图。

图4是示出压缩机的旋转数(旋转速度)与吸入效率的关系的曲线图。

图5是第二实施方式的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。

图6是示出图5的压缩空气贮存发电装置的控制方法的流程图。

图7是示出图6的处理b的子流程图。

图8是第三实施方式的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。

图9是第四实施方式的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。

图10是示出图9的压缩空气贮存发电装置的控制方法的流程图。

图11是第五实施方式的压缩空气贮存发电装置的概略结构图。

图12是示出图11的压缩空气贮存发电装置的第一控制方法的流程图。

图13是示出图11的压缩空气贮存发电装置的第二控制方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1示出本发明的第一实施方式涉及的压缩空气贮存(caes：compressedairenergystorage)发电装置2的概略结构图。该caes发电装置2对利用可再生能源进行发电的情况下的向电力系统25的输出变动进行均衡化，并且输出与电力系统25中的电力需求的变动相匹配的电力。

参照图1对caes发电装置2的结构进行说明。

caes发电装置2对利用可再生能源的发电装置1的输出变动进行均衡化。caes发电装置2具备第二电力分配部3、电机(电动机)4、压缩机6、蓄压箱8、膨胀机10、发电机12、压力传感器14、第一热交换器16、第二热交换器18、蓄热箱20、加热器(加热部)22、第一电力分配部24、以及控制装置26。

由利用可再生能源的发电装置1发电的输入电力经由第二电力分配部3供给到电机4。通过该电力对电机4进行驱动。电机4与压缩机6以机械方式连接。

来自发电装置1的输入电力还能够经由第二电力分配部3供给到加热器22。输入电力在通常时供给到电机4，但是如后所述，根据输入电力的大小，第二电力分配部3进行切换而将输入电力供给到加热器22。因此，本实施方式的第二电力分配部3与发电装置1、电机4、以及加热器22电连接(参照图1的虚线)。

压缩机6通过使电机4驱动而进行工作。压缩机6的喷吐口6b经由第一热交换器16与蓄压箱8以流体方式连接。当通过电机4进行驱动时，压缩机6自吸气口6a吸入空气，进行压缩后从喷吐口6b喷吐，并向蓄压箱8进行压送。压缩机6的电机4由未图示的逆变器进行旋转数控制，通过经由逆变器来确认旋转数，从而能够确认运转状态的稳定性。

在蓄压箱8设置有对贮存在内部的压缩空气的压力进行检测的压力传感器14。蓄压箱8经由第二热交换器18与膨胀机10以流体方式连接。蓄压箱8对压送的压缩空气进行储存。关于蓄压箱8，相对于所需的电力需求峰值，使用小容量的蓄压箱。通过使蓄压箱8小容量化，从而能够降低设备成本。此外，通过使用小容量的蓄压箱8，从而能够缩短升压至成为适合于发电的压力所花费的时间。因此，容易始终维持为升高的压力。因此，能够提高对电力需求的变动的响应性。这样，能够在蓄压箱8中作为压缩空气来蓄积能量。蓄压箱8中储存的压缩空气供给到膨胀机10。

压缩机6、第一热交换器16、蓄压箱8、第二热交换器18、以及膨胀机10的流体方式的连接通过空气供给通路28来实现。在从蓄压箱8到膨胀机10的空气供给通路28设置有阀29，能够允许或切断压缩空气向膨胀机10的供给。

膨胀机10与发电机12以机械方式连接。被从供气口10a供给了压缩空气的膨胀机10通过被供给的压缩空气进行工作，对发电机12进行驱动。膨胀后的空气从排气口10b进行排气。

发电机12与第一电力分配部24电连接。由膨胀机10驱动的发电机12发电的电力供给到第一电力分配部24。

第一电力分配部24与发电机12、外部的电力系统25、以及加热器22电连接(参照图1的虚线)。第一电力分配部24对外部的电力系统25以及加热器22分配从发电机12供给的电力。例如，关于分配，可以是，将从发电机12供给的电力的一半供给到外部的电力系统25，并将剩余的一半供给到加热器22。此外，能够将从发电机12供给的电力的全部供给到加热器22或电力系统25。

由发电装置1发电的输入电力以及来自外部的电力系统25的电力需求能够如智能电网那样作为电力网内的供需平衡来分别进行测定，它们的测定值输出到后述的控制装置26。或者，输入电力可以基于过去的天气数据进行推定，电力需求可以基于过去的需求数据进行推定。此外，特别是，输入电力也可以基于当前的天气数据进行推定。例如，也可以是，在风力发电的情况下，测定发电装置1的稍微远离迎风面的地方的风力等，在太阳光发电的情况下，观测发电装置1附近的云的运动等，从而推定发电装置1发电的输入电力。由第一电力分配部24进行的分配的比率基于这些测定值以及推定值等由后述的控制装置26决定。

另外，本实施方式的压缩机6以及膨胀机10是螺旋桨式，但是其种类没有限定，也可以是涡旋式、涡轮式、以及往复式等。在本实施方式中，压缩机6以及膨胀机10的数目均为一台，但是台数没有特别限定，也可以是两台以上的多台。

此外，蓄热箱20被绝热。蓄热箱20通过热媒供给通路30a、30b分别与第一热交换器16以及第二热交换器18以流体方式连接(参照图1的单点划线)。在热媒供给通路30a、30b内流动着热媒。热媒的种类没有限定，例如可以是水、油等。在热媒供给通路30a、30b分别设置有泵32a、32b。泵32a使热媒经由热媒供给通路30a在蓄热箱20与第一热交换器16之间进行循环。泵32b使热媒经由热媒供给通路30b在蓄热箱20与第一热交换器16之间进行循环。进而，在蓄热箱20设置有用于对内部的热媒进行加热的加热器22。加热器22是电加热器，从发电机12经由第一电力分配部24供给电力而对热媒进行加热。

在第一热交换器16中，在压缩机6与蓄压箱8之间的空气供给通路28的压缩空气、和热媒供给通路30a的热媒之间进行热交换，将通过压缩机6的压缩产生的压缩热回收到热媒。即，在第一热交换器16中，压缩空气的温度下降，热媒的温度上升。在此，温度上升了的热媒被供给到蓄热箱20进行储存。

在第二热交换器18中，在蓄压箱8与膨胀机10之间的空气供给通路28的压缩空气、和热媒供给通路30b的热媒之间进行热交换，在膨胀机10作用下的膨胀之前使压缩空气的温度上升。即，在第二热交换器18中，压缩空气的温度上升，热媒的温度下降。在此，温度下降了的热媒被供给到蓄热箱20进行储存。

当使用第一热交换器16以及第二热交换器18时，能够防止发电效率的下降。在不使用它们的情况下，因压缩热而温度上升了的压缩空气被供给到蓄压箱8。温度上升了的压缩空气在储存到蓄压箱8的期间向外部散热，从而损失热能。相对于此，当使用第一热交换器16时，能够使供给到蓄压箱8的压缩空气的温度下降，从而降低与外部大气的温度差。因此，能够防止由于蓄压箱8中的散热造成的热能的损失。进而，在蓄热箱20对回收的热进行蓄热，并使用第二热交换器18对向膨胀机10供给的压缩空气返回该回收以及蓄热的热，从而能够在不使发电效率下降的情况下进行发电。

根据该结构，通过将剩余电力利用于蓄热，从而能够抑制电力的浪费来提高发电效率，通过使蓄压箱8的尺寸小容量化，从而能够降低设备成本。所谓剩余电力，是指发电机12的发电电力与电力需求的差分的电力。通常，蓄压箱8不能更多地进行蓄压的情况下的剩余电力会被舍弃。但是，通过利用加热器22对蓄热箱20内的热媒进行加热，从而被加热的热媒在第二热交换器18中对膨胀前的压缩空气进行加热，因此能够用加热了的压缩空气对膨胀机10进行驱动，能够提高膨胀效率。此外，装置2整体的蓄压箱8的容量需要与电力需求的峰值相对应地进行设定。但是，因为能够通过本结构将剩余电力利用于蓄热，所以能够抑制电力的浪费，即使在蓄压箱8超过给定的容量而不能更多地进行蓄压的情况下，也能够以热这样的其它方式贮存能量。因此，无需与电力需求的峰值相对应地设定蓄压箱8的容量，能够使蓄压箱8小容量化。

此外，caes发电装置2具备控制装置26。控制装置26由包含序列发生器等的硬件和安装于该硬件的软件构筑。本实施方式的控制装置26接受来自发电装置1的输入电力、压力传感器14的检测压力值、外部的电力系统25的电力需求、以及发电机12的发电电力的各值。然后，控制装置26基于这些值对第一电力分配部24以及第二电力分配部3进行控制，如以下的控制方法所示那样对发电电力的供给目的地以及输入电力的供给目的地进行切换(参照图1的双点划线)。

接着，对本实施方式的caes发电装置2的控制方法进行说明。

图2是示出第一实施方式的caes发电装置2的控制方法的流程图。当控制开始(步骤s2-1)，输入电力e供给到电机4时(步骤s2-2)，判定输入电力e是否为给定的值emax以下(步骤s2-3)。给定的值emax是压缩机6能够以给定的压缩效率以上进行驱动的最大值。因此，当供给超过emax的电力时，成为从使压缩效率最大化的设定点偏离的点处的压缩，压缩效率下降。或者，更大的电力对驱动电机4而言成为剩余的电力供给。

在输入电力e超过给定的值emax的情况下(步骤s2-3)，输入电力e中的超过emax的部分的电力供给到第二加热器22，利用于对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s2-4)。然后，执行图3所示的处理a(步骤s2-5)。

参照图3，当处理a开始时(步骤s3-1)，通过输入电力对电机4进行驱动而在压缩机6中制造压缩空气(步骤s3-2)，在第一热交换器16中将该压缩时的压缩热回收到热媒(步骤s3-3)，将进行了回收的热媒贮存在蓄热箱20。将被热回收而温度下降了的压缩空气贮存在蓄压箱8(步骤s3-4)。从蓄压箱8供给到膨胀机10的压缩空气在第二热交换器18中由热媒加热(步骤s3-5)。通过在膨胀机10中使压缩空气膨胀，从而由发电机12进行发电(步骤s3-6)。然后，结束处理a(步骤s3-7)。

在输入电力e为给定的值emax以下的情况下(步骤s2-3)，进一步判定输入电力e是否为给定的值emin以上(步骤s2-6)。给定的值emin是压缩机6能够以给定的压缩效率以上进行驱动的最小值。因此，即使供给不足emin的电力，也会成为从使压缩效率最大化的设定点偏离的点处的压缩，压缩效率会下降。或者，更小的电力甚至不能对电机4进行驱动，即使进行电力供给也没有用。

图4是示出压缩机6能够以一定以上的吸入效率进行运转的范围的曲线图。横轴为压缩机6的旋转数(旋转速度)r，纵轴为压缩机的吸入效率。为了使压缩机6以一定以上的吸入效率进行运转，需要给定范围(rmin≤r≤rmax)的旋转数r。这与压缩机6为了以一定以上的运转效率进行运转而需要输入电力e为给定范围(emin≤e≤emax)的情况相对应。

参照图2，在步骤s2-3以及步骤s2-6中确认是否为给定范围(emin≤e≤emax)，判断是否能够以一定以上的效率进行运转。在输入电力e不足给定的值emin的情况下(步骤s2-6)，将输入电力e供给到加热器22对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s2-7)。在输入电力e为给定的值emin以上的情况下(步骤s2-6)，执行图3所示的处理a(步骤s2-5)。除了输入电力e的大小以外，运转效率还可以通过如上述那样经由与压缩机6连接的未图示的逆变器确认旋转数来进行判断。

处理a结束后(步骤s2-5)，判定电力需求wd是否为发电电力wg以上(步骤s2-8)。在电力需求wd为发电电力wg以上的情况下，不存在剩余电力，因此将发电电力wg(最大wd)全部供给到作为需求目的地的外部的电力系统25(步骤s2-9)。在电力需求wd不是发电电力wg以上的情况下，判断蓄压箱8的容量是否为给定值以上(步骤s2-10)。具体地，判定由压力传感器14检测出的蓄压箱8的内压是否成为给定的压力以上。在本实施方式中，该给定的压力例如被设定为不能从压缩机6更多地对蓄压箱8压送压缩空气的压力值。

在蓄压箱8的容量不是给定的压力以上的情况下，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，剩余电力(wg-wd)供给到压缩机6的电机4，制造压缩空气并进行贮存(步骤s2-11)。在蓄压箱8的容量为给定值以上的情况下，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，因为不能更多地进行蓄压，所以剩余电力(wg-wd)供给到加热器22，对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s2-12)。然后，在第二热交换器18中通过被加热了的热媒对膨胀前的压缩空气进行加热(步骤s2-13)，在膨胀机10中使压缩空气膨胀，并由发电机12进行发电(步骤s2-14)，将发电电力wg供给到作为需求目的地的外部的电力系统25(步骤s2-9)。在完成这些处理之后，结束控制(步骤s2-15)。

另外，虽然在此结束了控制，但是控制在运转过程中始终进行，当输入电力e再次供给到电机4时，再次从步骤s2-1起开始进行处理。这在以后的实施方式中的控制流程中也是同样的。

这样，在蓄压箱8不能更多地进行蓄压的情况下，将剩余电力供给到加热器22并利用于蓄热，从而能够防止发电电力wg浪费，因此能够提高发电机12的发电效率。

此外，压缩机6的效率成为一定以下那样的过小的或过大的输入电力e通常不能利用而会被舍弃，但是在本结构中，这种过小的或过大的输入电力e也能够利用于蓄热。

(第二实施方式)

图5示出第二实施方式的caes发电装置2。在本实施方式的caes发电装置2中，与第二电力分配部3(参照图1)、第一蓄热箱34、第二蓄热箱36、以及第三热交换器38相关的部分以外的结构与图1的第一实施方式实质上相同。因此，对于与图1所示的结构相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

参照图5，在本实施方式中，省略了第二电力分配部3(参照图1)，设置有第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36。第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36均被绝热。在第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36分别设置有对内部的第一热媒以及第二热媒的温度进行检测的第一温度传感器40a以及第二温度传感器40b。第一热媒以及第二热媒的种类可以相同，也可以不同。例如，可以使用水、油等。在第二蓄热箱36配置有加热器22。加热器22与发电机12电连接。

第一热交换器16通过空气供给通路28与压缩机6以及蓄压箱8以流体方式连接。此外，通过热媒供给通路30c与第一蓄热箱34以流体方式连接。在热媒供给通路30c配置有使内部的第一热媒流动以及循环的泵32c。通过第一热交换器16中的热交换，压缩空气的温度下降，第一热媒的温度上升。

第二热交换器18通过空气供给通路28与蓄压箱8以及第三热交换器38以流体方式连接。此外，通过热媒供给通路30d与第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36以流体方式连接。在热媒供给通路30d配置有使内部的第一热媒或第二热媒流动以及循环的泵32d。通过第二热交换器18中的热交换，压缩空气的温度上升，第一热媒或第二热媒的温度下降。

第三热交换器38通过空气供给通路28与第二热交换器18以及膨胀机10以流体方式连接。此外，通过热媒供给通路30e与第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36以流体方式连接。在热媒供给通路30e配置有使内部的第一热媒或第二热媒流动以及循环的泵32e。通过第三热交换器38中的热交换，压缩空气的温度上升，第一热媒或第二热媒的温度下降。

第一蓄热箱34以及第二蓄热箱36与第一热交换器16以及第二热交换器18的连接经由切换阀(热交换顺序切换部)42a～42d、44a～44d、46来实现。因此，第一蓄热箱34的热媒能够供给到第一热交换器16以及第二热交换器18中的任一个，并与第二蓄热箱36的热媒分离。同样地，第二蓄热箱36的热媒能够供给到第二热交换器18以及第三热交换器38中的任一个，并与第一蓄热箱34的热媒分离。第一热媒和第二热媒共有热媒供给通路30d、30e，但是并不会同时在相同的热媒供给通路30d或30e中流动。

根据该结构，能够将对压缩热进行回收的第一热媒和通过加热器22进行加热的第二热媒分离，因此能够进一步提高发电效率。在利用压缩热或加热器22进行的热媒的加热中，通常热媒的温度不同。因此，能够通过将两个热媒分离而进行不同的温度下的蓄热。因此，能够进一步提高发电效率。

本实施方式的控制装置26接受来自发电装置1的输入电力、压力传感器14的检测压力值、温度传感器40a、40b的检测温度值、外部的电力系统25的电力需求、以及发电机12的发电电力的输出，并基于这些值如以下的控制方法所示那样对第一电力分配部24进行控制，切换发电电力的供给目的地(参照图5的双点划线)，并且对切换阀42a～42d、44a～44d、46进行控制来切换热媒流路。

图6是示出第二实施方式的caes发电装置2的控制方法的流程图。本实施方式的步骤s6-1至步骤s6-8与图2所示的第一实施方式的步骤s2-1至步骤s2-12实质上相同。因此，省略同一步骤的说明。但是，在第二实施方式中，与第一实施方式不同，省略了判断输入电力e的大小的处理(步骤s2-3、s2-4、s2-6、s2-7)，在步骤s6-3中取代处理a而执行处理b。

参照图3的处理a以及图6的处理b，两者的不同在于，步骤s3-3以及步骤s3-5中的热媒在s7-3以及s7-5中被置换为第一热媒。这是因为，相对于在第一实施方式中为一个的热媒，在本实施方式中使用了第一热媒以及第二热媒这两个热媒。但是，第一热媒以及第二热媒不限定于不同的种类，也可以使用相同的热媒。

参照图5以及图6，在步骤s6-8中对第二热媒进行加热之后，判断由温度传感器40a检测出的第一热媒温度是否高于由温度传感器40b检测出的第二热媒温度(步骤s6-9)。在第一热媒温度高于第二热媒温度的情况下，打开切换阀42a～42d、46，并关闭切换阀44a～44d。由此，第二热媒在第二热交换器18中与压缩空气进行热交换(步骤s6-10)，之后，第一热媒在第三热交换器38中与压缩空气进行热交换(步骤s6-11)。此外，在第一热媒温度低于第二热媒温度的情况下，关闭切换阀42a～42d，打开切换阀44a～44d、46。由此，第一热媒在第二热交换器18中与压缩空气进行热交换(步骤s6-12)，之后，第二热媒在第三热交换器38中与压缩空气进行热交换(步骤s6-13)。即，第一热媒和第二热媒中的、温度低的热媒先对压缩空气进行热交换。然后，通过加热了的压缩空气对膨胀机10进行驱动，由发电机12进行发电(步骤s6-14)。发电电力wg供给到外部的电力系统25(步骤s6-5)。在完成这些处理之后，结束控制(步骤s6-15)。

通过这样，从而不会使由第一热媒和第二热媒中的温度高的一方的热媒进行了加热后的压缩空气的温度下降。因此，能够提高热交换效率，能够将膨胀前的压缩空气的温度加热为更高温，因此能够提高发电效率。

(第三实施方式)

图8示出第三实施方式的caes发电装置2。在本实施方式的caes发电装置2中，与第二电力分配部3(参照图1)、第一热媒供给箱48、第二热媒供给箱50、第一热媒返回箱52、第二热媒返回箱54、第四热交换器56、和第五热交换器58相关的部分、以及压缩机6和膨胀机10为多级型以外的结构与图1的第一实施方式相同。因此，对于与图1所示的结构相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

参照图8，在本实施方式中，省略了第二电力分配部3，按温度设置了被绝热的蓄热箱48、50、52、54。具体地，设置有第一热媒供给箱48、第二热媒供给箱50、第一热媒返回箱52、以及第二热媒返回箱54。此外，分别设置有与它们对应的第一热交换器16、第二热交换器18、第四热交换器56、以及第五热交换器58。

第一热媒供给箱48以及第一热媒返回箱52通过热媒供给通路30f与第一热交换器16以及第二热交换器18以流体方式连接。在热媒供给通路30f配置有使内部的热媒流动以及循环的泵32f。第一热媒供给箱48对在第一热交换器16中与压缩空气进行热交换而温度上升了的热媒进行贮存。第一热媒返回箱52对在第二热交换器18中与压缩空气进行热交换而温度下降了的热媒进行贮存。

第二热媒供给箱50以及第二热媒返回箱54通过热媒供给通路30g与第四热交换器56以及第五热交换器58以流体方式连接。在热媒供给通路30g配置有使内部的热媒流动以及循环的泵32g。第二热媒供给箱50对在第四热交换器56中与压缩空气进行热交换而温度上升了的热媒进行贮存。第二热媒返回箱54对在第五热交换器58中与压缩空气进行热交换而温度下降了的热媒进行贮存。

本实施方式的压缩机6以及膨胀机10为二级型。用第四热交换器56对第一级的压缩热进行回收，并用第一热交换器16对第二级的压缩热进行回收。此外，用第二热交换器18对膨胀前的压缩空气进行加热，并在第一级的膨胀后用第五热交换器58对压缩空气进行加热。

这样，通过将蓄热箱20分为热媒供给箱48、50以及热媒返回箱52、54，从而能够按温度进行热媒的管理。因此，能够使热交换效率提高，能够提高发电效率。

另外，虽然在本实施方式中配置了二级型的压缩机6以及膨胀机10，但是不限定于此，也可以是单级型、三级以上的多级型。

本实施方式的控制装置26接受来自发电装置1的输入电力、压力传感器14的检测压力值、外部的电力系统25的电力需求、以及发电机12的发电电力的输出，并基于这些值对第一电力分配部24进行控制，切换发电电力的供给目的地(参照图11的双点划线)。

关于本实施方式的控制方法，除了与第二电力分配部3(参照图1)相关的部分以外，与图2所示的第一实施方式的控制方法实质上相同，因此省略说明。

(第四实施方式)

图9示出第四实施方式的caes发电装置2。在本实施方式的caes发电装置2中，与加热器22(参照图1)以及蓄电装置21相关的部分以外的结构与图1的第一实施方式相同。因此，对于与图1所示的结构相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

如图9所示，本实施方式的caes发电装置2省略了加热器22(图1)，并设置有蓄电装置21。蓄电装置21只要是蓄电池、电容器等能够对电能进行蓄电的装置即可，其种类没有特别限定。蓄电装置21经由第一电力分配部24与发电机12电连接，对由发电机12发电的剩余电力进行蓄电。在蓄电装置21中进行蓄电的残存电力能够通过未图示的电力计等来掌握。进而，蓄电装置21经由第二电力分配部3与发电装置1电连接，对由发电装置1发电的输入电力进行蓄电。此外，蓄电装置21与电机4电连接，能够供给进行了蓄电的电力。此外，还经由第二电力分配部3与发电装置1电连接，能够对输入电力进行蓄电。进而，蓄电装置21与电力系统25电连接，能够供给进行了蓄电的电力。

因此，本实施方式的第一电力分配部24将来自发电机12的电力分配给电力系统25和蓄电装置21。此外，第二电力分配部3将来自发电装置1的电力分配给电机4和蓄电装置21。

本实施方式的控制装置26接受来自发电装置1的输入电力、压力传感器14的检测压力值、外部的电力系统25的电力需求、发电机12的发电电力、以及蓄电装置21的残存电力的各值。然后，控制装置26基于这些值对第一电力分配部24以及第二电力分配部3进行控制，如以下的控制方法所示那样对发电电力的供给目的地以及输入电力的供给目的地进行切换(参照图9的双点划线)。

图10是示出第四实施方式的caes发电装置2的控制方法的流程图。本实施方式的控制方法与图2所示的第一实施方式的控制方法大致相同，因此仅示出不同点。

在本实施方式中，对于压缩机6的运转效率成为给定值以下那样的过大的输入电力e，驱动压缩机6所需的电力以上的电力被供给到蓄电装置21(步骤s10-4)。此外，对于压缩机6的运转效率成为给定值以下那样的过小的输入电力e，在蓄电装置21中有电力的情况下(步骤s10-7)，从蓄电装置21对电机4辅助供给电力，以使得输入电力e成为给定的值emin以上(步骤s10-8)，在此基础上执行处理a(步骤s10-9)。在蓄电装置21中没有电力的情况下(步骤s10-7)，将输入电力e供给到蓄电装置21进行蓄电(步骤s10-10)。

这样，压缩机6的运转效率成为给定值以下那样的过小的输入电力e、过大的输入电力e也能够通过进行蓄电而有效利用。此外，即使在供给到电机4的输入电力e为给定的值emin以下的情况下，通过从蓄电装置21对电机4辅助供给电力，也会将给定的值emin以上的电力供给到电机4，能够防止运转效率的下降。

参照图10，在蓄压箱8的内压为给定的压力以上的情况下(步骤s10-13)，判定蓄电装置21是否为满充电(步骤s10-15)。在蓄电装置21不是满充电的情况下，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，剩余电力(wg-wd)供给到蓄电装置21进行蓄电(步骤s10-16)。在蓄电装置21为满充电的情况下，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，因为不能更多地进行充电，所以剩余电力(wg-wd)被放电(废弃)(步骤s10-17)。

这样，通过将剩余电力利用于蓄电，从而能够抑制电力的浪费而提高发电效率，通过使蓄压箱8的尺寸小容量化，从而能够降低设备成本。

(第五实施方式)

图11示出第五实施方式的caes发电装置2。本实施方式的caes发电装置2具备蓄电装置21以及加热器22这两者。与蓄电装置21以及加热器22相关的部分以外的结构与图1的第一实施方式以及图9的第四实施方式相同。因此，对于与图1以及图9所示的结构相同的部分标注相同的附图标记，并省略说明。

本实施方式的caes发电装置2具备蓄电装置21以及加热器22这两者。因此，本实施方式的第一电力分配部24将来自发电机12的电力分配给电力系统25、蓄电装置21、以及加热器22。此外，第二电力分配部3将来自发电装置1的输入电力分配给电机4、蓄电装置21、以及加热器22。

在蓄热箱20设置有用于对内部的热媒的温度进行测定的蓄热温度传感器60。温度传感器60将测定值输出到控制装置26。

本实施方式的控制装置26接受来自发电装置1的输入电力、压力传感器14的检测压力值、温度传感器60的检测温度值、外部的电力系统25的电力需求、发电机12的发电电力、蓄电装置21的残存电力的各值。然后，基于这些值对第一电力分配部24以及第二电力分配部3进行控制，切换发电电力的供给目的地(参照图11的双点划线)。发电电力的供给目的地切换的控制方法有以下所示的第一控制方法和第二控制方法。

(第一控制方法)

图12是示出第五实施方式的caes发电装置2的第一控制方法的流程图。本实施方式的第一控制方法与图2所示的第一实施方式的控制方法大致相同，因此仅示出不同点。

在输入电力e小于给定的值emin(步骤s12-6)且蓄电装置21中有电力的情况下(步骤s12-7)，从蓄电装置21对电机4辅助供给电力，以使得输入电力e成为给定的值emin以上(步骤s12-8)，在此基础上执行处理a(步骤s12-9)。在蓄电装置21中没有电力的情况下(步骤s12-7)，切换第一电力分配部24，将输入电力e供给到加热器22而对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s12-10)。

在蓄热箱20的热媒为给定的温度以上的情况下(步骤s12-15)，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，剩余电力(wg-wd)供给到蓄电装置21进行蓄电(步骤s12-16)。在蓄热箱20的热媒不足给定的温度的情况下(步骤s12-15)，发电电力wg的一部分(最大wd)供给到外部的电力系统25，剩余电力(wg-wd)供给到加热器22对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s12-16)。

这样，除了加热器22以外还设置蓄电装置21，从而能够对剩余电力进行蓄电。特别是，即使在蓄热箱20内的热媒温度为给定值以上而不能通过加热器22使热媒温度上升的情况下，也能够作为电能有效地储存能量。在利用可再生能源的发电量的变动(峰值时与平常时之差)大的情况下，若不想法设法对剩余电力进行有效利用，就需要尺寸庞大的蓄压箱8或很多蓄压箱8。因为在整体成本中蓄压箱8所占的成本大，所以即使在新设置了蓄电装置21的情况下，也能够通过蓄压箱8的小容量化而在整体上大幅降低成本。

(第二控制方法)

图13是示出第五实施方式的caes发电装置2的第二控制方法的流程图。本实施方式的第二控制方法与图12所示的第一控制方法大致相同，因此仅示出不同点。

与第一控制方法不同，所需的电力以上的电力被供给到蓄电装置21(步骤s13-4)。此外，在步骤s13-10中，输入电力e供给到蓄电装置21。蓄电装置21将能量储存为电能，因此与如第一控制方法那样使用加热器22将能量储存为热能的情况相比，用途更广。此外，判断蓄电装置21是否为满充电(步骤s13-15)，如果不是满充电，则与加热器22相比，优先将剩余电力供给到蓄电装置21进行蓄电(步骤s13-15)。由于在满充电的情况下，不能更多地进行蓄电，因此将剩余电力供给到加热器22，对蓄热箱20内的热媒进行加热(步骤s13-17)。

除了蓄电装置21以外还设置加热器22，从而能够将剩余电力利用于蓄热。特别是，即使在蓄电装置21为满充电而不能更多地进行蓄电的情况下，也能够作为热能而有效地储存能量。

如第一控制方法以及第二控制方法那样，输入电力、剩余电力根据需要供给到蓄电装置21、加热器22，储存为电能、热能。但是，除了在上述第一至第五实施方式中记载的以外，也可以用其它方式对输入电力、剩余电力进行储存。

在这里记载的各实施方式中，关于利用可再生能源进行发电的对象，可以将利用了可由例如风力、太阳光、太阳热、波力或潮力、流水或潮汐、以及地热等自然的力稳定(或反复)地补充的能量的所有形式作为对象。

附图标记说明

1：利用可再生能源的发电装置

2：压缩空气贮存(caes)发电装置

3：第二电力分配部

4：电机(电动机)

6：压缩机

6a：吸气口

6b：喷吐口

8：蓄压箱

10：膨胀机

10a：供气口

10b：排气口

12：发电机

14：压力传感器

16：第一热交换器

18：第二热交换器

20：蓄热箱

21：蓄电装置

22：加热器(加热部)

24：第一电力分配部

25：外部的电力系统

26：控制装置

28：空气供给通路

29：阀

30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g：热媒供给通路

32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g：泵

34：第一蓄热箱

36：第二蓄热箱

38：第三热交换器

40a：第一温度传感器

40b：第二温度传感器

42a、42b、42c、42d、44a、44b、44c、44d、46：切换阀(热交换顺序切换部)

48：第一热媒供给箱

50：第二热媒供给箱

52：第一热媒返回箱

54：第二热媒返回箱

56：第四热交换器

58：第五热交换器

60：温度传感器