具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一实施方式。

参照图1，压缩空气储能（CAES）发电装置1及风力发电站2与未图示的系统电源电气地连接。由于风力发电站2的发电量根据天气等而变动，所以作为用来将该变动的发电量平滑化而向系统电源送电或从系统电源受电的能量储藏装置，设有CAES发电装置1。

CAES发电装置1具备具有充放电功能的第1容器C1、具有控制功能的第2容器C2、蓄压部10和载热体罐12。第1容器C1和蓄压部10经由空气配管11连接。载热体罐12和第1容器C1及第2容器C2经由载热体配管13连接。第1容器C1沿着空气配管11排列配置为两列。第2容器C2在两列的第1容器C1之间在与第1容器C1相同方向上排列配置为1列。但是，关于该配置没有被特别限定，可以根据地形等条件而适当变更。

在图1中概念性地表示了蓄压部10。在蓄压部10储藏有压缩空气。蓄压部10的形态只要是能够将压缩空气储藏的形态就可以，没有被特别限定，例如可以是钢制的罐或地下空洞等。蓄压部10如后述那样经由空气配管11而与第1容器C1内的压缩膨胀兼用机14（参照图2、图3）流体地连接。

在第1容器C1与第2容器C2之间，配置有载热体罐12。载热体罐12例如可以是钢制的罐。在载热体罐12储藏有载热体。载热体的种类没有被特别限定，例如可以是水或油等。在本实施方式中，载热体在两个载热体罐12、1个第1容器C1和1个第2容器C2之间流动，由它们构成1个封闭的载热体系统。优选的是，两个载热体罐12中的1个储藏高温的载热体，另一个储藏低温的载热体。

参照图2对第1容器C1的内部进行说明。

在第1容器C1内，收容有3台压缩膨胀兼用机14和3台热交换器15。详细地讲，相对于1台压缩膨胀兼用机14设有1台热交换器15。

压缩膨胀兼用机14是切换空气的入口和出口而切换使空气流通的朝向从而将由电动机驱动的压缩机兼用作使发电机驱动的膨胀机的设备。该压缩膨胀兼用机14具备电动发电兼用机14a。在本实施方式中，压缩膨胀兼用机14是螺旋式，具有未图示的阴阳一对螺旋转子。在该螺旋转子机械地连接着电动发电兼用机14a。电动发电兼用机14a具有作为电动机的功能及作为发电机的功能，能够将它们切换而使用。通过使用电动发电兼用机14a作为电动机、使该螺旋转子旋转（即，使压缩机驱动），能够将空气压缩。此外，使用压缩空气使该螺旋转子旋转（即，使压缩空气膨胀而将膨胀机驱动），能够使用电动发电兼用机14a作为发电机。因而，压缩膨胀兼用机14具有将来自风力发电站2的电力消耗而将空气压缩的功能和利用来自蓄压部5的压缩空气进行发电的功能。另外，在本实施方式中，压缩膨胀兼用机14只要是容积型，也可以是螺旋式以外的种类的结构。

热交换器15具有作为将压缩空气冷却的冷却器的功能及作为将压缩空气加热的加热器的功能，能够将它们切换而使用。热交换器15也可以是例如通用的板式的结构。当热交换器15作为将压缩空气冷却的冷却器发挥功能时，压缩膨胀兼用机14作为压缩机发挥功能，被压缩膨胀兼用机14压缩了的高温的压缩空气和低温的载热体向热交换器15流入，在热交换后被冷却了的压缩空气和被加热了的载热体从热交换器15流出。当热交换器15作为将压缩空气加热的加热器发挥功能时，压缩膨胀兼用机14作为发电机发挥功能，要向压缩膨胀兼用机14供给的低温的压缩空气和高温的载热体向热交换器15流入，在热交换后被加热了的压缩空气和被冷却了的载热体从热交换器15流出。

在第2容器C2内，收容有用来使载热体流动的泵、用来将压缩膨胀兼用机14的转速变更的逆变器（inverter）/转换器（converter）/制动电阻、以及控制装置16等。控制装置16由CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）及ROM（Read Only Memory，只读存储器）等硬件和安装在它们中的软件构建。控制装置16接收关于被从未图示的工厂等要求的电力（需要电力）及来自风力发电站2的电力（输入电力）的数据。详细地讲，控制装置16接收从输入电力减去需要电力后的值作为充放电指令值W。控制装置16根据充放电指令值W，判断电力是剩余或是不足，对CAES发电装置1的动作进行控制。即，基于控制装置16的该判断，进行压缩膨胀兼用机14的充放电的切换、转速控制。

所谓的充电，是指将压缩膨胀兼用机14作为压缩机使用，制造压缩空气并向蓄压部10储藏。所谓的放电，是指将压缩膨胀兼用机14作为膨胀机（发电机）使用，从蓄压部10将压缩空气引出而进行发电。充放电指令值W是对CAES发电装置1指定充电量或放电量的指令值。基于充放电指令值W，当输入电力比需要电力多时进行充电，当需要电力比输入电力多时进行放电（以后也称作发电）。

参照图4～图6，对本实施方式的CAES发电装置1的动作控制进行说明。

参照图4，如果CAES发电装置1开始运转，则从0开始时间T的计数（步骤S4－1）。然后，判定充放电指令值W是否比0大（步骤S4－2）。当充放电指令值W比0大时（是：步骤S4－2），执行发电处理（步骤S4－3）。当充放电指令值W为0以下时（否：步骤S4－2），执行充电处理（步骤S4－4）。

所谓的充放电指令值W比0大，表示来自工厂等的需要电力比来自风力发电站2的输入电力大。此时，即使从风力发电站2直接向工厂等供给电力也不足，所以发电该不足的量。此外，所谓的充放电指令值W为0以下的值，表示来自风力发电站2的输入电力比来自工厂等的需要电力大。此时，即使从风力发电站2直接向工厂等进行电力供给，也成为过剩，所以将该过剩的量充电。

参照图5，在发电处理中，首先，计算作为发电机额定驱动的压缩膨胀兼用机14的台数（步骤S5－1）。在本实施方式中，由于按照第1容器C1进行驱动控制，所以将额定驱动的台数作为额定驱动的第1容器C1的个数而计算。即，将1个第1容器C1内的3台的压缩膨胀兼用机14作为1个单元，计算额定驱动的单元数n。这里，如果设1个单元的额定驱动输出为P，则将单元数n作为最大的整数n而计算，所述最大的整数n不超过充放电指令值W的绝对值除以输出P得到的数（n=［|W|/P］）。

接着，计算各压缩膨胀兼用机14的疲劳量FPi（步骤S5－2）。在本实施方式中，由于如前述那样按照第1容器C1进行驱动控制，所以如前述那样按照1个单元来计算疲劳量FPi。因而，如果将第1容器C1的数量设为N个，则由于全部存在N个单元，所以将疲劳量FPi作为FP1、FP2、……、FPN而计算。

疲劳量FPi作为运转时间函数fa、起动次数函数fb及反转次数函数fc的加算结果而由以下的式（1）表示。

［数式1］

TCi：第i个单元的充电侧运转输出的积分值

TGi：第i个单元的发电侧运转输出的积分值

NCi：第i个单元的累计充电运转次数（作为压缩机的起动次数）

NGi：第i个单元的累计发电运转次数（作为发电机的起动次数）

GCi：第i个单元的充放电的切换次数。

运转时间函数fa是将运转时间累计的函数，作为参数而包括上述积分值TCi、TGi。运转时间函数fa在运转继续中总是持续累计。即，在运转继续中总是被更新为最新的值。运转时间函数fa例如也可以将a1、a2分别设为正的常数而由以下的式（2）表示。

［数式2］

。

起动次数函数fb是将起动次数累计的函数，作为参数而包括上述次数NCi、NGi。起动次数函数fb每当将压缩膨胀兼用机14起动时被更新。起动次数函数fb例如也可以将a3、a4分别设为正的常数而由以下的式（3）表示。

［数式3］

。

反转次数函数fc是将反转次数累计的函数，作为参数而包括上述切换次数GCi。反转次数函数fc每当压缩膨胀兼用机14反转起动时被更新。当将压缩膨胀兼用机14反转起动时，通过确保规定的停止时间τ，能够防止伴随着充放电的切换的损耗。因而，反转次数函数fc也可以将a5设为正的常数、将t设为从压缩膨胀兼用机14停止起的时间、并将τ设为规定的停止时间，用以下的式（4）表示。在以下的式（4）中，通过经过规定的停止时间τ，认为不再有以前的旋转方向的影响，在经过规定的停止时间τ后，反转次数函数fc设为0。

［数式4］

。

接着，从疲劳量FPi较小者起依次将n个单元的压缩膨胀兼用机14作为发电机进行额定驱动，将1个单元作为发电机进行剩余电力量（|W|－n×P）驱动（步骤S5－3）。然后，再次判定充放电指令值W是否比0大（步骤S5－4）。当充放电指令值W为0以下时（否：步骤S5－4），由于需要从发电反转而充电，所以停止发电（步骤S5－5）。然后，参照图4，执行充电处理（步骤S4－4）。另外，图4的附图标记A和图5的附图标记A表示在控制处理上被连接。

此外，参照图5，当充放电指令值W比0大时（是：步骤S5－4），继续执行发电处理，但将额定驱动的单元数设为m而进行计算（步骤S5－6）。单元数m的计算方法与前述的单元数n的计算方法相同。如果单元数n与单元数m相等（n=m：步骤S5－7），则不需要使压缩膨胀兼用机14的驱动台数增减，所以不执行特别的处理。如果单元数n比单元数m小（n＜m：步骤S5－7），则将额定驱动的压缩膨胀兼用机14追加驱动m－n个单元（步骤S5－8）。此时，从疲劳量FPi较小的单元起依次追加驱动。如果单元数n比单元数m大（n＞m：步骤S5－7），则将n－m个单元的压缩膨胀兼用机14停止（步骤S5－9）。此时，从疲劳量FPi较大者起依次停止。在完成这些处理（步骤S5－7、步骤S5－8、步骤S5－9）后，将单元数m的值作为单元数n的值而更新（步骤S5－10）。

接着，判定时间T是否为规定值Tset以上（步骤S5－11）。在时间T为规定时间Tset以上的情况下（是：步骤S5－11），将时间T复位为0而再次计数（步骤S5－12），回到计算疲劳量FPi的处理（步骤S5－2）。通过该复位，即使在充放电指令值W不变化的情况下也能够每当经过规定时间Tset就强制地将驱动的压缩膨胀兼用机10变更，能够防止相同的压缩膨胀兼用机10持续被使用。这里，规定时间Tset根据使用条件等而适当设定，例如也可以设定为24小时左右。此外，在时间T不到规定时间Tset的情况下（否：步骤S5－11），将控制处理待机一定时间Ti（步骤S5－13），然后再次回到判定充放电指令值W是否比0大的处理（步骤S5－4）。压缩膨胀兼用机10在从起动开始到起动完成或从停止开始到停止完成需要某种程度的时间。对于这些需要例如几十秒，在此期间中，不能将驱动的压缩膨胀兼用机10切换，有即使发送控制信号也不被处理的情况。因此，通过作为一定时间Ti而将控制处理待机几十秒左右，能够防止对于压缩膨胀兼用机10发送不能处理的控制信号。因而，能够在该待机处理中完成压缩膨胀兼用机10的起动或停止。

参照图6，在充电处理中，首先，计算作为压缩机进行额定驱动的压缩膨胀兼用机14的台数（步骤S6－1）。在本实施方式中，与发电处理同样，计算进行额定驱动的压缩膨胀兼用机14的单元数n。这里，如果设1个单元的额定驱动输出为P，则将单元数n作为最大的整数n而计算，所述最大的整数n不超过充放电指令值W除以输出P得到的数（n=［|W|/P］）。

接着，计算各压缩膨胀兼用机14的每个单元的疲劳量FPi（步骤S6－2）。疲劳量FPi的计算方法与前述发电处理的情况是同样的。

接着，从疲劳量FPi较小者起依次将n个单元的压缩膨胀兼用机14作为压缩机进行额定驱动，将1台压缩膨胀兼用机14作为压缩机进行剩余电力（|W|－n×P）量驱动（步骤S6－3）。然后，再次判定充放电指令值W是否比0大（步骤S6－4）。当充放电指令值W为0以下时（否：步骤S6－4），由于需要从充电反转而发电，所以将充电停止（步骤S6－5）。然后，参照图4执行发电处理（步骤S4－3）。另外，图4的附图标记B和图6的附图标记B表示在控制处理上被连接。

此外，参照图6，当充放电指令值W比0大时（是：步骤S6－4），继续执行充电处理，但将再次额定驱动的单元数设为m而进行计算（步骤S6－6）。单元数m的计算方法与前述的单元数n的计算方法相同。如果单元数n与单元数m相等（n=m：步骤S6－7），则不需要使压缩膨胀兼用机14的驱动台数增减，所以不执行特别的处理。如果单元数n比单元数m小（n＜m：步骤S6－7），则将额定驱动的压缩膨胀兼用机14追加驱动m－n个单元（步骤S6－8）。此时，从FPi较小者起依次追加驱动。如果单元数n比单元数m大（n＞m：步骤S6－7），则将n－m个单元的压缩膨胀兼用机14停止（步骤S6－9）。此时，从疲劳量FPi较大者起依次停止。在完成这些处理（步骤S6－7、步骤S6－8、步骤S6－9）后，将单元数m的值作为单元数n的值而更新（步骤S6－10）。

接着，判定时间T是否为规定值Tset以上（步骤S6－11）。在时间T为规定时间Tset以上的情况下（是：步骤S6－11），将时间T复位为0而再次计数（步骤S6－12），回到计算疲劳量FPi的处理（步骤S6－2）。此外，在时间T不到规定时间Tset的情况下（否：步骤S6－11），将控制处理待机一定时间Ti（步骤S6－13），然后再次回到判定充放电指令值W是否比0大的处理（步骤S6－4）。另外，从步骤S6－10到步骤S6－13的处理的意义，与之前参照图5说明的从步骤S5－10到步骤5－13的处理的意义相同。

这样，在本实施方式中，当产生了将充放电切换的充放电指令值W时，将驱动中的压缩膨胀兼用机14停止，并且从疲劳量FPi较小的压缩膨胀兼用机14起依次起动。这里的停止和起动被同时执行。在疲劳量FPi的计算中使用的反转次数函数fc当将压缩膨胀兼用机14反转起动时通过确保规定的停止时间τ来防止伴随着充放电的切换的损耗。因而，通过在疲劳量FPi的计算中使用反转次数函数fc，不是实质地将驱动中的压缩膨胀兼用机14的充放电切换使用，而是将驱动中的压缩膨胀兼用机14停止并且将停止中的压缩膨胀兼用机14驱动。另外，也可以为了可靠地防止伴随着该切换的损耗而将疲劳量FPi的计算中的反转次数函数fc的贡献度设为比其他函数fa、fb大。

根据本实施方式的CAES发电装置1，能得到以下的有利的作用效果。

通过将多台压缩膨胀兼用机14如前述那样适当地控制，能够将伴随着充放电的切换的待机时间缩短或省略。CAES发电装置1利用由风力发电站2发电的电力（输入电力）而制造压缩空气，将压缩空气储藏到蓄压部10，利用所储藏的压缩空气适时地发电被要求的电力（需要电力）。由于输入电力与需要电力的平衡随着时间经过而变化，所以有需要充放电的切换的情况。在本实施方式的结构中，当产生了将充放电切换的充放电指令值W时，不是将驱动中的压缩膨胀兼用机14的充放电切换而使用，而是将驱动中的压缩膨胀兼用机14停止并且将停止中的压缩膨胀兼用机14驱动。由于压缩膨胀兼用机14的停止和别的压缩膨胀兼用机14的起动能够同时进行，所以能够将伴随着充放电的切换的待机时间省略。

此外，由于根据疲劳量FPi将压缩膨胀兼用机14驱动控制，所以能够使压缩膨胀兼用机14的损耗度均匀化。假如不将损耗度均匀化而将特定的压缩膨胀兼用机14集中驱动，则对于特定的压缩膨胀兼用机14需要较早维护，CAES发电装置1整体的维护频度有可能变高。因而，为了降低维护频度，损耗度的均匀化是有效的。

此外，通过在疲劳量FPi的计算中使用反转次数函数fc，基于充放电的切换次数来设定疲劳量FPi。因此，能够使压缩膨胀兼用机14的损耗度更加均匀化。特别是，充放电的切换次数是在通常的压缩机或膨胀机中不能考虑的压缩膨胀兼用机14所特有的参数。因而，能够使压缩膨胀兼用机14的损耗度准确地均匀化。

作为本实施方式的变形例，充放电指令值W也可以是充放电的预测值或计划值。该充放电的预测值或计划值例如也可以基于同时间带的过去的数据来计算。此外，在输入电力如本实施方式那样是由风力发电站2发电的电力的情况下也可以基于风朝向、风的强度等气象条件来预测输入电力量（充电量）。此外，在需要电力如本实施方式那样是由工厂设备要求的电力的情况下也可以根据白天或夜间等工厂设备的工作时间带来预测。

根据本变形例，由于基于充放电的预测值进行控制，所以能够进行时间延迟较少的有效率的控制。

根据以上，对本发明的具体的实施方式及其变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述方式，能够在本发明的范围内各种各样地变更而实施。例如，压缩膨胀兼用机14也可以不是按照单元、而是按照1台设定疲劳量FPi，按照1台进行驱动控制。此外，风力发电站2是向CAES发电装置1供给输入电力的设备的一例。即，输入电力可以被从任意的设备供给。优选的是，从CAES发电装置1具有将变动的电力平滑化的能力的观点，将输入电力发电的设备可以是由可再生能源发电的设备。此外，并不限于可再生能源，也可以是火力发电站等对供给力进行补充的设备。此外，具备电动发电兼用机的压缩膨胀兼用机也可以是用1台电动发电兼用机进行多级的压缩或膨胀的多级压缩膨胀兼用机。

附图标记说明

1 压缩空气储能发电装置（CAES发电装置）

2 风力发电站

10 蓄压部

11 空气配管

12 载热体罐

13 载热体配管

14 压缩膨胀兼用机

14a 电动发电兼用机

15 热交换器

16 控制装置

C1 第1容器

C2 第2容器。