JP5905381B2 - 蓄電システムおよび蓄電方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置で生成された電力を蓄電池に放電可能に蓄積する蓄電システムおよび蓄電方法に関する。

近年、電力の安定的な供給のため自家発電装置に対する関心が高まっている。また、そのような自家発電装置と、自家発電装置の発電によって生じる排熱を回収する熱回収装置とを組み合わせ、エネルギー効率を高めたコジェネレーションシステムも脚光を浴びている。

また、このようなコジェネレーションシステムの排熱を利用して、ナトリウム硫黄蓄電池モジュールの運転温度を維持する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３１７７９９号公報

近年、発電装置を含むコジェネレーションシステムが一般の家庭で用いられることが多くなった。しかし、個人における電力利用では、利用する電力の変動が大きくなり、発電装置を定格に維持した状態で駆動できずに、発電効率が低下する場合があった。

また、発電装置としてのガスエンジンや燃料電池では、発電装置自体がすぐに起動せず、電力が利用可能となるまでに時間を要するといった問題があった。

さらに、コジェネレーションシステムにおいて、生成されるエネルギーは、一般的に、電気エネルギーより熱エネルギーの方が高くなるので、熱回収装置が一通り熱を回収してしまうと、発電装置の発電が停止され電力の供給が途絶えるか、または、発電を維持することで生じる排熱を無駄に捨てることとなっていた。

本発明は、このような課題に鑑み、発電装置で安定的に電力を生成させ、高い即応性で電力を供給し、排熱を有効利用して発電のエネルギー効率を高めることが可能な蓄電システムおよび蓄電方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電システムは、電力を生成する発電装置と、電力を放電可能に蓄積するナトリウムイオン蓄電池と、発電装置が電力を生成する際に生じる排熱を、液体の伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給する伝熱経路と、発電装置が電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクと、貯湯タンクに収容された蓄熱媒体の利用に応じて発電装置を起動または停止するとともに、ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう伝熱媒体の温度を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

制御装置は、電解液の温度が目標温度未満であれば、伝熱媒体を通じて排熱をナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給し、電解液の温度が目標温度以上であれば、排熱をナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給しないとしてもよい。

ナトリウムイオン蓄電池の電解液の温度が４０℃に達していない場合、伝熱媒体を補助的に加熱する補助加熱器をさらに備えてもよい。

伝熱経路は、発電装置が電力を生成する際に生じる排熱に加え、貯湯タンクの蓄熱媒体から熱を得てもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の蓄電システムは、電力を生成する発電装置と、電力を放電可能に蓄積するナトリウムイオン蓄電池と、発電装置が電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクと、蓄熱媒体の熱を、液体の伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給する伝熱経路と、貯湯タンクに収容された蓄熱媒体の利用に応じて発電装置を起動または停止するとともに、ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう伝熱媒体の温度を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電方法は、電力を生成し、電力をナトリウムイオン蓄電池に蓄積し、電力を生成する際に生じる排熱を、液体の伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給し、ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう伝熱媒体の温度を制御し、電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクに収容された湯の利用に応じて電力を生成または停止することを特徴とする。

本発明によれば、発電装置で安定的に電力を生成させ、高い即応性で電力を供給し、排熱を有効利用して発電のエネルギー効率を高めることが可能となる。

第１の実施形態における蓄電システムを説明するための機能ブロック図である。 蓄電システムにおける蓄電方法の処理の流れを示したフローチャートである。 蓄電システムにおける蓄電方法の処理の流れを示したフローチャートである。 蓄電方法を説明するための簡易ブロック図である。 第２の実施形態における蓄電システムを説明するための機能ブロック図である。 第３の実施形態における蓄電システムを説明するための機能ブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

上述したように、コジェネレーションシステムにおいては、利用する電力が変動すると発電効率が低下するといった問題や、電力の利用に対して発電装置の起動が遅れ、電力が利用可能となるまでに時間を要するといった問題がある。そこで、本実施形態では、電力を蓄積する蓄電池を設け、電力の生成と利用との差を吸収できるようにして、発電効率を高く維持し、また、発電装置の起動に時間を要する場合、蓄電池から電力を供給できるようにして対応する。

また、コジェネレーションシステムで生成された排熱を当該蓄電池の活性化に利用することで、排熱を有効利用して、蓄電池を稼働することが可能となる。以下、蓄電池を用いた蓄電システム１００を具体的に説明する。

（第１の実施形態：蓄電システム１００）
図１は、第１の実施形態における蓄電システム１００を説明するための機能ブロック図である。図１においては、電気に関する接続を破線で、熱に関する接続を実線で示している。蓄電システム１００は、発電装置１１０と、ナトリウムイオン蓄電池１１２と、第１循環路１１４と、第２循環路１１６と、発電電池熱交換器１１８と、第１ポンプ１２０と、第２ポンプ１２２と、補助加熱器１２４と、貯湯タンク１２６と、第３循環路１２８と、第３ポンプ１３０と、発電貯湯熱交換器１３２と、パワーコンディショナ１３４と、制御装置１３６とを含んで構成される。

発電装置１１０は、電力を生成する。また、電力を生成する際に生じる排熱を利用することで、コジェネレーションシステムとして適用することができる。発電装置１１０としては、例えば、ガスタービン発電機、ガスエンジン発電機、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等がある。

ガスタービン発電機は、高温のガスでタービンを回し、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。ガスエンジン発電機は、ガスを燃料として駆動するエンジンの動力を電気エネルギーに変換する装置である。固体高分子形燃料電池は、イオン伝導性を有する高分子膜（イオン交換膜）を電解質として用いる燃料電池であり、水素と空気中の酸素とから電気を生成する。固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオンまたはプロトン導電性の無機系固体酸化物を電解質に用いる燃料電池であり、固体高分子形燃料電池より発電効率が高いといった利点を有する。ここでは、発電装置１１０として、ガスタービン発電機、ガスエンジン発電機、固体高分子形燃料電池、固体酸化物形燃料電池を例示するが、かかる場合に限られず、電力を生成する様々な電源を対象とすることができる。

例えば、固体高分子形燃料電池は、負荷が変動して部分負荷で発電する際も発電効率はあまり低下しないが、ガスタービン発電機や固体酸化物形燃料電池は、負荷が定格から低下するほど、発電効率も低下する。本実施形態では、ナトリウムイオン蓄電池１１２を備えるので、部分負荷運転を要さず、定格発電または停止のみの運転が可能となり、発電効率を向上することができる。

また、ガスタービン発電機は数秒で起動できるが、固体高分子形燃料電池は、起動に数分間を要し、固体酸化物形燃料電池は、固体高分子形燃料電池より起動時間が必要となる。本実施形態では、予め発電装置１１０で生成された電力の余りを、ナトリウムイオン蓄電池１１２に蓄積し、発電装置１１０の起動時に不足する電力分を当該ナトリウムイオン蓄電池１１２から供給する。したがって、電力の利用に迅速に対応することができる。

さらに、発電装置１１０、特にガスタービン発電機で生成されるエネルギーは、電気エネルギーより熱エネルギーの方が高く、比較的、熱エネルギーが余ることが多いが、本実施形態では、余った排熱を、ナトリウムイオン蓄電池１１２の電解質の活性化に利用することで、ナトリウムイオン蓄電池１１２を稼働することが可能となる。

ナトリウムイオン蓄電池１１２は、電解質として液体（具体的には、無機の溶融塩）を利用し、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）単体が電荷を運ぶ蓄電池である。蓄電池としては、他に、リチウムイオン蓄電池やナトリウム硫黄（ＮＡＳ）蓄電池等が考えられるが、本実施形態では、以下の理由でナトリウムイオン蓄電池１１２を用いている。

リチウムイオン蓄電池は、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。リチウムイオン蓄電池には、電解液に有機物が含まれ、発火等の危険を伴う。一方、ナトリウムイオン蓄電池は、電解液に無機塩が含まれているものの、有機物は含まれないので安全である。また、ナトリウム（Ｎａ）はリチウム（Ｌｉ）に比べ入手が容易なので、製造コストを低減することができる。このような利点に加え、リチウムイオン蓄電池同様に、高容量、小型軽量で耐久性が高いので、本実施形態では、ナトリウムイオン蓄電池１１２が用いられる。

また、ナトリウム硫黄蓄電池は、負極にナトリウムを、正極に硫黄を、電解質にβ−アルミナを利用した蓄電池である。ナトリウム硫黄蓄電池では、β−アルミナ電解質のイオン伝導性を高めるため３００〜３５０℃といった高温の運転を要し、また、充放電に時間を要する。これに対して、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、４０℃〜１９０℃でイオン伝導性を高めることができ、リチウムイオン蓄電池程度の速さで充放電が可能である。ここで、４０℃は、電解液（無機塩）の融点５７℃に基づいて決まる値であり、コジェネレーションシステムとして有意な下限値である。また、１９０℃は無機塩が分解する値である。

このように、充電が短時間で実行可能なので、電力の利用が不確定であっても、蓄電池に予め十分な電力を蓄積しておく必要がなくなり、電力の利用時に短時間に充電すればよいこととなる。したがって、ナトリウムイオン蓄電池１１２をデイリースタート&ストップ（毎日の繰り返し処理）等、計画的に利用することが可能となる。

第１循環路１１４は、発電装置１１０と発電電池熱交換器１１８との間で伝熱媒体を循環させる流路であり、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる排熱（特にスタックにおける排熱）を回収し、伝熱媒体（液体）を通じて発電電池熱交換器１１８に伝熱する。

第２循環路１１６は、発電電池熱交換器１１８とナトリウムイオン蓄電池１１２との間で伝熱媒体を循環させる流路であり、発電電池熱交換器１１８で回収した熱を、伝熱媒体（液体）を通じてナトリウムイオン蓄電池１１２の電解液に伝熱する。

発電電池熱交換器１１８は、発電装置１１０から延長された第１循環路１１４と、ナトリウムイオン蓄電池１１２から延長された第２循環路１１６とに接続され、第１循環路１１４を循環する伝熱媒体と、第２循環路１１６を循環する伝熱媒体との熱交換を行う。こうして、第１循環路１１４、発電電池熱交換器１１８、および、第２循環路１１６により、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる排熱を、伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池１１２に供給する伝熱経路が形成される。

上述したように、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、４０℃〜１９０℃といった低温でイオン伝導性を高めることができる。したがって、伝熱媒体も４０℃〜１９０℃の熱を伝達できれば足り、気体のみならず、液体でもその役目を果たすことができる。

したがって、本実施形態では、伝熱媒体として液体を採用し、伝熱媒体によってナトリウムイオン蓄電池１１２が４０℃〜１９０℃に維持される。ここで、液体として油もしくは高圧の水等を利用できる。また、伝熱媒体の温度を８０℃〜１００℃に維持することで、大気圧下で水を利用することも可能となる。

伝熱媒体としての液体は、分子の密度が高いので、熱を保持しやすく、第１循環路１１４や第２循環路１１６を長距離とすることができ、換言すれば、発電装置１１０とナトリウムイオン蓄電池１１２とが離隔している場合であっても、効率的に伝熱することが可能となる。

また、例えば、ナトリウム硫黄蓄電池のように、電解液を３００〜３５０℃といった高温で運転しないとイオン伝導性が高まらない場合、外気との温度差も大きくなり、放熱も大きくなる。したがって、ナトリウム硫黄蓄電池を用いた場合、装置の大きさに対する外気との接触面積の比を小さくすべく、蓄電システムを大規模にせざるを得ない。これに対して、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、運転温度（４０℃〜１９０℃）と外気との温度差が小さいので、装置の大きさに対する外気との接触面積の比をそれほど小さくしなくて済み、小規模な蓄電システム１００を形成することが可能となる。したがって、設置工事や設置場所の確保等に柔軟性があり、ユーザは、当該蓄電システム１００を低コストで導入することができる。

第１ポンプ１２０は、圧力を加えて第１循環路１１４の伝熱媒体を循環させる。本実施形態では、伝熱媒体として液体を利用しているので、騒音の問題が生じにくい。

第２ポンプ１２２は、圧力を加えて第２循環路１１６の伝熱媒体を循環させる。本実施形態では、伝熱媒体として液体を利用しているので、騒音の問題が生じにくく、また、伝熱媒体として気体を用いる場合と比べ、伝熱媒体の流動を当該第２ポンプ１２２によって高精度に制御（流動開始／停止）することが可能である。

補助加熱器１２４は、発電電池熱交換器１１８によって熱交換された伝熱媒体の熱が、ナトリウムイオン蓄電池１１２のイオン伝導性が高まる温度に達していない場合、伝熱媒体を補助的に加熱する。

貯湯タンク１２６は、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる排熱に基づいて加熱された蓄熱媒体（湯）を収容する。かかる貯湯タンク１２６によって発電装置１１０が電力を生成している間の排熱を貯め、機会を異にして利用することができるので、電力の生成（熱の発生）タイミングと、熱の利用タイミングとの差を吸収することができる。

第３循環路１２８は、発電貯湯熱交換器１３２と貯湯タンク１２６との間で蓄熱媒体を循環させる流路であり、発電貯湯熱交換器１３２で回収した熱を、蓄熱媒体を通じて貯湯タンク１２６に伝熱する。

第３ポンプ１３０は、圧力を加えて第３循環路１２８の蓄熱媒体を循環させる。本実施形態では、蓄熱媒体として液体を利用しているので、騒音の問題が生じにくい。

発電貯湯熱交換器１３２は、発電装置１１０から延長された第１循環路１１４と、貯湯タンク１２６から延長された第３循環路１２８とに接続され、第１循環路１１４を循環する伝熱媒体と、第３循環路１２８を循環する蓄熱媒体との熱交換を行う。こうして、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる排熱を、貯湯タンク１２６に伝熱できる。

パワーコンディショナ１３４は、発電装置１１０で生成された直流電力またはナトリウムイオン蓄電池１１２に蓄積された直流電力を、商用の電力系統に接続すべく、ＤＣ／ＡＣ変換する。本実施形態では、発電装置１１０およびナトリウムイオン蓄電池１１２をいずれも直流で管理し、出口のパワーコンディショナ１３４において交流に変換することで、不要なＤＣ／ＡＣ変換やＡＣ／ＤＣ変換による電力消費を抑える。

制御装置１３６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、他の電子回路と協働して蓄電システム１００全体を管理および制御する。具体的に、制御装置１３６は、ユーザの電力の利用や、貯湯タンク１２６に収容された湯の利用に応じて、発電装置１１０を起動または停止させる。また、本実施形態においては、ナトリウムイオン蓄電池１１２が活性化するように温度を制御している。

以下、上記蓄電システム１００の具体的な処理を説明する。

（蓄電システム１００の具体的動作）
図２および図３は、蓄電システム１００における蓄電方法の処理の流れを示したフローチャートであり、図４は、蓄電方法を説明するための簡易ブロック図である。特に、図２は、熱に関する処理を、図３は、電力に関する処理を示し、いずれも定期的な割り込み処理に対応して処理が進行する。したがって、当該蓄電方法は、割り込み処理の度に繰り返し実行される。また、図２のフローチャートでは、図４に示した、ナトリウムイオン蓄電池１１２の電解液温度（または電解液周囲の雰囲気温度）Ｔ_１、および、発電電池熱交換器１１８の第２循環路１１６側における伝熱媒体の上流側温度Ｔ_２、下流側温度Ｔ_３の測定値に基づき、第２ポンプ１２２の起動／停止および流量の調整、ならびに、補助加熱器１２４の起動／停止が実行される。

図２を参照すると、制御装置１３６は、まず、第２ポンプ１２２が作動しているか否か判定する（Ｓ２００）。その結果、図４（ａ）に示すように、第２ポンプ１２２が作動していれば（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、ステップＳ２０２に処理を移行し、図４（ｂ）に示すように、作動していなければ、すなわち、停止していれば（Ｓ２００におけるＮＯ）、ステップＳ２２０に処理を移行する。

第２ポンプ１２２が作動していると判定されると、制御装置１３６は、上流側温度Ｔ_２と下流側温度Ｔ_３との温度差に基づいて、第２ポンプ１２２の流量を調整する（Ｓ２０２）。例えば、上流側温度Ｔ_２と下流側温度Ｔ_３との温度差が予め定められた値ΔＴ未満のときの流量を、値ΔＴ以上のときの流量の１／２としたり、上流側温度Ｔ_２と下流側温度Ｔ_３との温度差に比例させて流量を調整したりする。こうして、ナトリウムイオン蓄電池１１２の加熱効率を高めることができる。

続いて、制御装置１３６は、補助加熱器１２４が作動しているか否か判定し（Ｓ２０４）、補助加熱器１２４が作動していれば（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、ステップＳ２０６に処理を移行し、補助加熱器１２４が作動していなければ、すなわち、補助加熱器１２４が停止していれば（Ｓ２０４におけるＮＯ）、ステップＳ２１０に処理を移行する。

補助加熱器１２４が作動していると判定されると、制御装置１３６は、図４（ａ）に示す電解液温度Ｔ_１と下流側温度Ｔ_３とを比較し（Ｓ２０６）、電解液温度Ｔ_１が下流側温度Ｔ_３未満であれば（Ｓ２０６におけるＹＥＳ）、補助加熱器１２４を停止し（Ｓ２０８）、電解液温度Ｔ_１が下流側温度Ｔ_３以上であれば（Ｓ２０６におけるＮＯ）、ステップＳ２１４に処理を移行する。また、補助加熱器１２４が停止していると判定されると、制御装置１３６は、電解液温度Ｔ_１と下流側温度Ｔ_３とを比較し（Ｓ２１０）、電解液温度Ｔ_１が下流側温度Ｔ_３以上であれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、補助加熱器１２４を起動し（Ｓ２１２）、電解液温度Ｔ_１が下流側温度Ｔ_３未満であれば（Ｓ２１０におけるＮＯ）、ステップＳ２１４に処理を移行する。こうして、ナトリウムイオン蓄電池１１２が活性化するのに温度が足りない場合であって、かつ、発電電池熱交換器１１８からの吸熱が十分ではない場合に、補助加熱器１２４によって伝熱媒体を加熱することが可能となる。

そして、制御装置１３６は、電解液温度Ｔ_１と、ナトリウムイオン蓄電池１１２を活性化するための予め定められた目標温度（例えば、１００℃）Ｔｏとを比較し（Ｓ２１４）、電解液温度Ｔ_１が目標温度Ｔｏ以上であれば（Ｓ２１４におけるＹＥＳ）、第２ポンプ１２２を停止し（Ｓ２１６）、電解液温度Ｔ_１が目標温度Ｔｏ未満であれば（Ｓ２１４におけるＮＯ）、そのまま当該熱に関する蓄電方法を終了する。ここでは、電解液温度Ｔ_１が目標温度Ｔｏに達しているので、ナトリウムイオン蓄電池１１２の過熱を防止すべく第２ポンプ１２２を停止している。

ステップＳ２００において、第２ポンプ１２２が作動していないと判定されると、制御装置１３６は、補助加熱器１２４が作動しているか否か判定し（Ｓ２２０）、補助加熱器１２４が作動していれば（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、図４（ｂ）に示すように、補助加熱器１２４を停止し（Ｓ２２２）、補助加熱器１２４が作動していなければ、すなわち、停止していれば（Ｓ２２０におけるＮＯ）、ステップＳ２２４に処理を移行する。ここでは、第２ポンプ１２２が停止しているので、補助加熱器１２４による加熱は不要である。そこで、第２ポンプ１２２が停止しているにも拘わらず、補助加熱器１２４が作動している場合は、このように、速やかに補助加熱器１２４を停止する。

続いて、制御装置１３６は、目標温度Ｔｏと、電解液温度Ｔ_１とを比較し（Ｓ２２４）、電解液温度Ｔ_１が目標温度Ｔｏ未満であれば（Ｓ２２４におけるＹＥＳ）、第２ポンプ１２２を起動し（Ｓ２２６）、電解液温度Ｔ_１が目標温度Ｔｏ以上であれば（Ｓ２２４におけるＮＯ）、当該熱に関する蓄電(蓄積)方法を終了する。第２ポンプ１２２が起動することで、ナトリウムイオン蓄電池１１２の電解液が加熱され、ナトリウムイオン蓄電池１１２が活性化されることとなる。

図３を参照すると、制御装置１３６は、電力系統から電力の利用要求があるか否か判定し（Ｓ２５０）、利用要求があれば（Ｓ２５０におけるＹＥＳ）、ステップＳ２５２に処理を移行し、利用要求がなければ（Ｓ２５０におけるＮＯ）、当該電力に関する蓄電方法を終了する。

電力の利用要求があると、制御装置１３６は、発電装置１１０が電力供給可能状態にあるか否か判定し（Ｓ２５２）、電力供給可能状態にあれば（Ｓ２５２におけるＹＥＳ）、発電装置１１０から電力系統に電力を供給するとともに、その余剰電力をナトリウムイオン蓄電池１１２に蓄積し（Ｓ２５４）、当該電力に関する蓄電方法を終了する。また、発電装置１１０が起動し終えていない等、電力供給可能状態になければ（Ｓ２５２におけるＮＯ）、発電装置１１０を電力供給可能状態に移行するとともに、ナトリウムイオン蓄電池１１２から電力系統に電力を供給し（Ｓ２５６）、当該電力に関する蓄電方法を終了する。こうして、電力系統に安定的に電力を供給するとともに、ナトリウムイオン蓄電池１１２で余剰電力を蓄積する構成により、発電装置１１０を発電効率の高い状態で作動することができる。

以上、説明した蓄電システム１００および蓄電方法では、ナトリウムイオン蓄電池１１２による電力の生成と利用との差を吸収でき、発電効率を高く維持し、また、発電装置１１０の起動に時間を要する間、ナトリウムイオン蓄電池１１２から電力を供給することが可能となる。また、発電装置１１０で生成された排熱をナトリウムイオン蓄電池１１２の活性化に利用することで、排熱を有効利用してナトリウムイオン蓄電池１１２を稼働することが可能となる。

（第２の実施形態：蓄電システム３００）
上述した第１の実施形態では、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる熱を、発電電池熱交換器１１８を通じて、直接、ナトリウムイオン蓄電池１１２に伝達した。しかし、図１にも示したように、蓄電システム１００には、貯湯タンク１２６が設けられ、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる熱を蓄積している。そこで、第２の実施形態では、既存の貯湯タンク１２６に収容されている湯の熱を利用して、ナトリウムイオン蓄電池１１２の活性化を図る。

図５は、第２の実施形態における蓄電システム３００を説明するための機能ブロック図である。図５においては、電気に関する接続を破線で、熱に関する接続を実線で示している。蓄電システム３００は、発電装置１１０と、ナトリウムイオン蓄電池１１２と、第１循環路１１４と、第２循環路１１６と、第１ポンプ１２０と、第２ポンプ１２２と、補助加熱器１２４と、貯湯タンク１２６と、第３循環路１２８と、第３ポンプ１３０と、発電貯湯熱交換器１３２と、パワーコンディショナ１３４と、制御装置１３６と、貯湯電池熱交換器３１８とを含んで構成される。

なお、第１の実施形態における構成要素として既に述べた発電装置１１０と、ナトリウムイオン蓄電池１１２と、第１循環路１１４と、第２循環路１１６と、第１ポンプ１２０と、第２ポンプ１２２と、補助加熱器１２４と、貯湯タンク１２６と、第３循環路１２８と、第３ポンプ１３０と、発電貯湯熱交換器１３２と、パワーコンディショナ１３４と、制御装置１３６とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する貯湯電池熱交換器３１８とを主に説明する。

貯湯電池熱交換器３１８は、貯湯タンク１２６から延長された第３循環路１２８と、ナトリウムイオン蓄電池１１２から延長された第２循環路１１６とに接続され、第３循環路１２８を循環する蓄熱媒体と、第２循環路１１６を循環する伝熱媒体との熱交換を行う。こうして、第１循環路１１４、発電貯湯熱交換器１３２、第３循環路１２８、貯湯電池熱交換器３１８、および、第２循環路１１６により、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる排熱を、伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池１１２に供給する伝熱経路が形成される。

ここでは、発電装置１１０が電力を生成している間、その排熱で貯湯タンク１２６に高温の湯（蓄熱媒体）が蓄積され、湯が保温された状態で維持される。したがって、第２の実施形態では、発電装置１１０が電力を生成しているか否か、すなわち、第１循環路１１４に温度が上昇した伝熱媒体が流通しているか否かに拘わらず、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、第２循環路１１６（貯湯タンク１２６）から熱の供給を受けることができ、安定的に活性化温度に維持することが可能となる。

（第３の実施形態：蓄電システム４００）
また、第１の実施形態と第２の実施形態の構成を合わせ、当該第３の実施形態の如く、発電装置１１０が電力を生成する際に生じる熱を、発電電池熱交換器１１８を通じて、直接、ナトリウムイオン蓄電池１１２に伝達したり、貯湯タンク１２６に収容されている湯の熱を、ナトリウムイオン蓄電池１１２に伝達することもできる。

図６は、第３の実施形態における蓄電システム４００を説明するための機能ブロック図である。図６においては、電気に関する接続を破線で、熱に関する接続を実線で示している。蓄電システム４００は、発電装置１１０と、ナトリウムイオン蓄電池１１２と、第１循環路１１４と、第２循環路１１６と、発電電池熱交換器１１８と、第１ポンプ１２０と、第２ポンプ１２２と、補助加熱器１２４と、貯湯タンク１２６と、第３循環路１２８と、第３ポンプ１３０と、発電貯湯熱交換器１３２と、パワーコンディショナ１３４と、制御装置１３６と、貯湯電池熱交換器３１８と、バイパス路４１０、４１２とを含んで構成される。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態における構成要素として既に述べた発電装置１１０と、ナトリウムイオン蓄電池１１２と、第１循環路１１４と、第２循環路１１６と、発電電池熱交換器１１８と、第１ポンプ１２０と、第２ポンプ１２２と、補助加熱器１２４と、貯湯タンク１２６と、第３循環路１２８と、第３ポンプ１３０と、発電貯湯熱交換器１３２と、パワーコンディショナ１３４と、制御装置１３６と、貯湯電池熱交換器３１８とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違するバイパス路４１０、４１２を主に説明する。

バイパス路４１０は、図６中一点鎖線で表されるように、第２循環路１１６において、発電電池熱交換器１１８の上流側と下流側とをバイパスする流路であり、三方弁（図示せず）等により、発電電池熱交換器１１８を通流する伝熱媒体をバイパスさせるためのものである。

バイパス路４１２は、図６中二点鎖線で表されるように、第２循環路１１６において、貯湯電池熱交換器３１８の上流側と下流側とをバイパスする流路であり、三方弁（図示せず）等により、貯湯電池熱交換器３１８を通流する伝熱媒体をバイパスさせるためのものである。

発電装置１１０が電力を生成すると、その排熱で貯湯タンク１２６に高温の湯が蓄積され、湯が保温された状態で維持される。したがって、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、条件に応じ、発電装置１１０から直接、また、貯湯タンク１２６を経由して、熱の供給を受ける。例えば、発電装置１１０が電力を生成している間は、貯湯電池熱交換器３１８をバイパス路４１２によってバイパスし、発電電池熱交換器１１８を通流する伝熱媒体によってナトリウムイオン蓄電池１１２の温度を調整する。一方、発電装置１１０が電力を生成していない間は、発電電池熱交換器１１８をバイパス路４１０によってバイパスし、貯湯電池熱交換器３１８を通流する伝熱媒体によってナトリウムイオン蓄電池１１２の温度を調整する。こうして、ナトリウムイオン蓄電池１１２は、安定的かつ効率的に活性化温度に維持することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる蓄電システム１００、３００、４００および蓄電方法によると、安価かつ入手容易なナトリウムイオン蓄電池１１２を採用することで、発電装置１１０で安定的に電力を生成させ、高い即応性で電力を供給し、排熱を有効利用して、発電のエネルギー効率を高めることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態においては、第２循環路１１６に補助加熱器１２４を設けているが、貯湯タンク１２６に予め取り付けられた既存の熱源（例えば、給湯器）等、既存の様々な熱源を利用して、第２循環路１１６の伝熱媒体を加熱してもよい。

また、上述した実施形態においては、ナトリウムイオン蓄電池１１２と貯湯タンク１２６とを別体とし、貯湯タンク１２６の蓄熱媒体の熱を、伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池１１２に伝達する例を挙げたが、ナトリウムイオン蓄電池１１２を貯湯タンク１２６の湯内に収容することで、ナトリウムイオン蓄電池１１２を直接保温することも可能である。この場合、ナトリウムイオン蓄電池１１２の電解液温度Ｔ_１が活性化温度を保てるように、貯湯タンク１２６に設けられた熱源（例えば、給湯器）等で貯湯タンク１２６内の温度を調整するとよい。

なお、本明細書の蓄電方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。

本発明は、発電装置で生成された電力を蓄電池に放電可能に蓄積する蓄電システムおよび蓄電方法に利用することができる。

１００、３００、４００ …蓄電システム
１１０ …発電装置
１１２ …ナトリウムイオン蓄電池
１１４ …第１循環路
１１６ …第２循環路
１１８ …発電電池熱交換器
１２０ …第１ポンプ
１２２ …第２ポンプ
１２４ …補助加熱器
１２６ …貯湯タンク
１２８ …第３循環路
１３０ …第３ポンプ
１３２ …発電貯湯熱交換器
１３４ …パワーコンディショナ
１３６ …制御装置
３１８ …貯湯電池熱交換器
４１０ …バイパス路
４１２ …バイパス路

Claims (6)

1. 電力を生成する発電装置と、
   前記電力を放電可能に蓄積するナトリウムイオン蓄電池と、
   前記発電装置が電力を生成する際に生じる排熱を、液体の伝熱媒体を通じて前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給する伝熱経路と、
   前記発電装置が電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに収容された前記蓄熱媒体の利用に応じて前記発電装置を起動または停止するとともに、前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう前記伝熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
2. 前記制御装置は、前記電解液の温度が目標温度未満であれば、前記伝熱媒体を通じて前記排熱を前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給し、前記電解液の温度が目標温度以上であれば、前記排熱を前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給しないことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液の温度が４０℃に達していない場合、前記伝熱媒体を補助的に加熱する補助加熱器をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
4. 前記伝熱経路は、前記発電装置が電力を生成する際に生じる排熱に加え、前記貯湯タンクの蓄熱媒体から熱を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
5. 電力を生成する発電装置と、
   前記電力を放電可能に蓄積するナトリウムイオン蓄電池と、
   前記発電装置が電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクと、
   前記蓄熱媒体の熱を、液体の伝熱媒体を通じて前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給する伝熱経路と、
   前記貯湯タンクに収容された前記蓄熱媒体の利用に応じて前記発電装置を起動または停止するとともに、前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう前記伝熱媒体の温度を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
6. 電力を生成し、
   前記電力をナトリウムイオン蓄電池に蓄積し、
   前記電力を生成する際に生じる排熱を、液体の伝熱媒体を通じてナトリウムイオン蓄電池の電解液に供給し、
   前記ナトリウムイオン蓄電池の電解液が４０℃〜１００℃に維持されるよう前記伝熱媒体の温度を制御し、
   前記電力を生成する際に生じる排熱と熱交換された蓄熱媒体を収容する貯湯タンクに収容された湯の利用に応じて前記電力を生成または停止することを特徴とする蓄電方法。

Images