JP3801898B2

JP3801898B2 - Power supply method and power supply system

Info

Publication number: JP3801898B2
Application number: JP2001320478A
Authority: JP
Inventors: 康則大野; 真一近藤; 楯身　　優; 康信藤田; 直輝川村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP2003134665A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、需要家の要求に応じて電力の供給を行なう技術に係わり、複数の需要家が電力系統からの買電、水素を燃料とする燃料電池発電、更に、発電した電力の需要家間での融通（託送）を含む需給状態の場合に、各需要家の需給状態を一括して制御する方式及びビジネスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、需要家が消費する電力の大部分は一般電気事業者により供給されている。多くの電力を消費する需要家に対する電力供給約款として、各種の契約が用意されている。業務用需要家においては、昼間と夜間の電力需要が大きく異なっており、電力需要全体としても、夜間に対し昼間の電力需要が大きいため、電力需要の平準化を目的として、昼間に比べて安価な夜間料金も設けられている。
【０００３】
夜間電力の有効利用のため、夜間にお湯や氷を作製しておき、昼間に冷暖房等に使用することが行なわれている。また、夜間電力を利用して水素を製造し、動力発生や輸送機関用に使用するための研究開発が、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）により行なわれており、平成１１年度成果報告書「水素利用国際クリーンエネルギーシステム技術タスク７水素供給ステーションの開発」に詳しく報告されている。
【０００４】
水素を燃料とする燃料電池に関する研究開発も各所で行なわれており、米国では、北極圏にあるアラスカ沿岸の孤立した集落において、出力変動が大きい風力発電による電力を用いて一度水素を製造し、それを燃料として燃料電池による発電を行なうというプロジェクトがエネルギー省（ＤＯＥ）により行なわれている。
【０００５】
また、水素生成装置、水素貯蔵装置及び燃料電池を備え、夜間に水素を蓄えて、昼間に水素を燃料とする発電を行い、ピーク電力負荷の平準化を行なう提案もなされている（特開２００１−１２６７４２号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
夜間電力を使用して水素を生成、貯蔵し、電力需要に合わせ、水素を燃料として発電を行なうことにより、ピーク電力負荷の平準化が可能となる。しかし、水素を燃料とする燃料電池の発電では、水素への変換、電気への変換に伴う効率の低下を補って余りある利点がなければならない。水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置を効率良く運用する必要があるばかりでなく、特に、都市部の需要家においては、水素を貯蔵する際に、限られたスペースでの貯蔵が必要となる。
【０００７】
また、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池等の設備を設置しなければならないため、多額の初期投資を必要とするばかりでなく、運転、メンテナンス等のためにも、かなりの費用がかかるという問題がある。
【０００８】
業務用需要家内での燃料電池による発電においては、一般電気事業者あるいは配電会社（以下、電力会社と呼ぶ）の送配電系統への連系が必要となる。買電の場合、電力会社に支払われる１ヶ月分の電気料金は、
電気料金＝基本料金ラ力率補正＋電力量料金−選択契約料金±燃料費調整額
となる。
【０００９】
ここで、基本料金は受電する最大契約電力で決まる。また、電力量料金は受電した電力量で決まる従量料金である。従って、電力量が少なくても、最大電力が大きいと基本料金が高く、電気料金も高くなる。電力会社からの受電は、最大電力をやや下回るほぼ一定の電力を受電するのが望ましい。
【００１０】
電力会社との間で、接続供給約款を結ぶことにより、発電設備を持つ需要家が他の需要家に対して電力を送る、いわゆる託送が可能である。その際は、電力会社が、送配電系統への受電電力量及び需要場所（複数でも良い）での供給電力量を計量する。上記受電電力量から損失を差し引いた託送電力量と供給電力の総和が、３０分単位で一致するように、発電装置出力あるいは負荷装置（出力、稼動／停止）を調整する必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に鑑み、買電、発電及び託送の混在する各需要家の需給状態を一括して制御する電力供給方法及びシステムを提供することにある。また、水素生成と貯蔵による電力負荷ピークの平準化を行い、需要家の負担を軽減した様態で電力の供給を可能にするビジネスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、送配電系統に接続され、水素生成装置と水素貯蔵装置と水素を燃料とする燃料電池発電装置をもつ複数の需要家に対し、予め定められた範囲内で電力を供給する電力供給方法において、前記需要家の各々とネットワークで接続される監視制御センタが、各需要家における買電量、発電量及び託送量に基づく電力の需給状態及び前記水素貯蔵装置の水素貯蔵量を収集し、各需要家の現在の需要予測に応じて各需要家の買電量、発電量及び託送量を決定し、それぞれの需要家に電力需給状態を制御する情報を生成、送信するとともに、需要家毎の使用電力量に基づいて電力料金の課金処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、前記監視制御センタは、前記複数の需要家の買電量、発電量及び託送量によるトータルコストが最小化するように制御することを特徴とする。
【００１４】
また、前記需要予測の不確定要因に対し、予測外れのリスクを確率微分方程式により評価し、該リスクを吸収可能に前記電力料金に反映する。
【００１５】
さらに、前記電力料金は、前記燃料電池発電装置と水素生成装置と水素貯蔵装置の運転コスト、前記買電のコスト、前記託送のコストを含む変動料金単価に前記使用電力量を乗じて算出する。
【００１６】
本発明の方法を実現する電力供給システムは、送配電系統に接続され、水素生成装置と水素貯蔵装置と水素を燃料とする燃料電池発電装置と複数の負荷をもつ複数の需要家と、これら需要家とネットワークで接続され各需要家の電力供給状態を制御する集中監視制御センタを備え、前記監視制御センタが、各需要家の買電量、発電量及び託送量に基づく電力の需給状態及び前記水素貯蔵装置の水素貯蔵量を収集し、それぞれの需要家の電力需給状態を制御する情報を送信する通信手段と、各需要家の需要予測に応じて各需要家の買電量、発電量及び託送量を一括して決定する演算手段と、需要家毎の使用電力量に基づいて電力料金の課金処理を行う課金手段を設けることを特徴とする。
【００１７】
前記監視制御センタは、前記水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置の少なくとも一つを自己の保有とする。
【００１８】
また、前記需要家の構内には二つ以上の構内配電系統を有し、少なくとも一つの構内配電系統には電力会社から買電するための変電設備と、受電した電力を用いて水素を製造する前記水素生成装置と、生成された水素を貯蔵する前記水素貯蔵装置を接続し、少なくとも他の一つの構内配電系統には他の需要家との間で託送を行うための変電設備、系統連系装置及び前記燃料電池発電装置を接続し、かつ、各負荷を上記いずれかの構内配電系統に切り換えて接続する切換装置を設けている。
【００１９】
本発明によれば、各負荷は、切換装置により、上記いずれかの構内配電系統に接続される。各負荷の消費電力等の情報は、需要家内の監視制御装置を経て、集中監視制御センタに送られ、同センタが統括する各需要家からの負荷消費電力から予測した翌日の電力需要に基づいて、それぞれの需要家において、夜間電力を利用して水素を生成、貯蔵する。昼間には負荷消費電力の変動に応じた短期の需要予測を行い、系統からの買電量、前記燃料電池発電装置による発電量、需要家間での電力融通の量（託送電力）を、全需要家の電力供給コストのトータルが最小化されるように決定する。これにより、各構内配電系統への負荷等の接続の切換えが行われる。
【００２０】
これによれば、各需要家の負荷消費電力は変動するが、買電電力と燃料電池発電装置による発電量、需要家間で託送量が適切に配分されるので、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置等の設備を効率良く使用でき、水素貯蔵スペースもコンパクトにできる。
【００２１】
また、夜間電力で生成した水素を用いた燃料電池発電の普及に伴い、昼間の受電を低く抑えることができるので、需要家から支払われる電力料金が低減できる。
【００２２】
さらに、燃料電池発電装置や水素生成装置と水素貯蔵装置等の全部あるいは一部を、集中監視制御センタ、つまりサービス提供者の保有としているので、需要家の負担が大幅に軽減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。実施形態の詳細な説明に先立ち、本発明による電力供給サービスの基本概念について説明する。
【００２４】
本発明では、サービス提供者が、顧客（需要家）との間で締結した電力供給サービス契約に基づいて、電力供給サービスを実行するものである。そして、本発明は典型的な様態として、このような契約に基づく電力供給サービスに適用することができる。
【００２５】
そのために、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置及び切換装置を用いて、発電装置で発電した電力、および／または、送配電系統からの電力を負荷装置に提供する。この際、水素製造技術、水素貯蔵技術、燃料電池発電装置運転技術、系統連系装置技術、負荷切換装置技術、各装置の状態データ収集技術、負荷装置の状態データ収集技術、通信技術等を利用して、各需要家での電力需給状態を把握すると共に、この電力需給状態を目的の状態とするよう制御を行う。
【００２６】
具体的には、契約者の一方である契約者Ｂ（サービス提供者）は、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側モニタ装置、制御装置の少なくとも一部を、契約者Ａ（顧客）が所有する需要家構内に導入する。契約者Ｂは予め定められた品質の電力を契約最大電力を限度として、契約者Ａに供給する。
【００２７】
上述のモニタ装置および制御装置を用いて、供給電力量を記録し、これに基づき、契約で定められた単価を用いて算出された使用料金が決定される。契約者Ａは、これに基づいて契約者Ｂに支払いを行う。また、万が一、契約の品質の電力が供給できない場合には、予め定められた額により、補償金を確定し、契約者Ｂは契約者Ａに支払うようにする。
【００２８】
具体的には、次のようにして行う。まず、契約者Ａ（通常は複数）の所有する構内に、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側モニタ装置、制御装置を導入する。そして、導入されたモニタ装置、制御装置を通じて収集された、負荷装置消費電力、切換装置状態、発電装置発電量、水素貯蔵量（残量）、送配電系統からの受電量、他需要家への送電量（託送）、電力品質に係わるデータ（電圧、周波数、高調波含有率等）を通信手段を用いて、契約者Ｂが所有する集中監視制御センタに送る。
【００２９】
契約者Ａから送られた情報とオープン型通信手段によって得られた情報に基づき、演算処理装置により、契約者Ｂは、各需要家構内における電力需要予測を行うとともに、夜間電力を利用した、水素生成、貯蔵量を決定する。電力会社から受電（買電）する場合の購入料金、電力託送料金を考慮し、需要家構内の発電装置での発電量、需要家間での電力の融通量を決定する。また、定期的メンテナンスのほか、故障等不定期でメンテナンスが必要となる場合は、負荷を接続する構内の配電系統を切換えることにより、電力会社からの買電の量を増やすことで対処する。なお、故障等の情報は、集中監視制御センタに集められており、速やかに復旧作業に向かうことができる。
【００３０】
課金処理は、集中監視制御センタに配置された、電力情報データベース、コスト情報データベースのデータに基づき、料金算出期間における使用電力量から請求料金を算出し、表示装置に表示する。これに基づき料金の徴収が行われる。
【００３１】
以上により、契約者Ａ（顧客）は、初期投資、および、運転やメンテナンスを行うことなく、低料金で所定の品質の電力供給が受けられる、電力供給方法と装置が提供可能となる。
【００３２】
なお、このサービスを実施する際、サービス事業者は、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側モニタ装置、制御装置等に自身の資産を用いるか、または、第三者の資産を借用することにより運用するかを選択できることは言うまでもない。また、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側モニタ装置、制御装置等の一部が契約者Ａの資産であってもよい。それを借用して運用することも可能である。
【００３３】
次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用されるシステム構成の概要を示す。需要家１〜３、送配電設備所有者が所有する送配電系統１００ａ，１００ｂと、サービス提供事業者の集中監視制御センタ３００が示される。
【００３４】
それぞれ顧客である契約者Ａ（１，２，３、…、ｎ）と、サービス提供事業者である契約者Ｂとの間のサービス提供契約に基づいて、電力供給サービスが行われる。ただし、図１では、簡単のため、需要家１〜３のみを示しているが、実際には、さらに多数の需要家の存在が予定される。需要家は１〜３は、同一の顧客でも、異なる顧客であってもよい。
【００３５】
送配電系統１００ａ，１００ｂは、送配電事業者の管理下にある送配電のための設備、すなわち、送配電線、開閉器１０５、電圧調整器１０６等から構成される。送配電事業者は前述したサービス提供事業者と同一主体であっても、また異なる主体であってもよい。ここでは、異なる主体として説明する。送配電系統１００ａ、１００ｂには、図示はしていないが、発電所または変電所が接続されている。
【００３６】
図２に各需要家の設定値を示す。それぞれの需要家８０１に最大負荷８０２、受電／連系電圧８０３、設置されている発電機の容量８０４ａおよび台数８０４ｂ、水素貯蔵量８０５とが設定される。このデータは、集中監視制御センタ３００に保有される。図示の例では、需要家１〜５のいずれも６．６ｋＶで受電および系統連系されている。
【００３７】
契約者Ａが所有する需要家構内１には、送配電系統１００ａから分岐された電線が、受電装置１１（電力計測、保護）、電圧変換装置１２を経て、構内配電系統（Ａ系）１６に接続されている。送配電系統１００ｂから分岐された電線が、系統連系装置１７（電力計測、瞬時電圧低下、単独運転検出、保護）、電圧変換装置１２を経て、構内配電系統（Ｂ系）１８に接続され、主として、電力の託送に用いられる。図１では省略しているが、機器と配電線の保護のために、遮断器、断路器等が各所に設けられている。
【００３８】
更に、構内には、燃料電池発電装置３、水素生成装置４、水素貯蔵装置５が設けられており、燃料電池発電装置３、あるいは水素生成装置４と水素貯蔵装置５は水素配管３０で結ばれている。燃料電池発電装置３で発電した電力は、切換装置１９により、構内配電系統（Ａ系）１６あるいは構内配電系統（Ｂ系）１８に送られる。
【００３９】
水素生成装置４は水を電気分解することにより、水素を生成する固体高分子型水素生成装置であり、電気分解に必要な電力は構内配電系統（Ａ系）から供給される。
【００４０】
水素生成装置４で生成された水素は、水素貯蔵装置５に貯蔵される。水素貯蔵量が不足する場合、天然ガスの改質により生成された水素を合わせて貯蔵しても良い。水素貯蔵装置５は、複数のボンベ状の貯蔵容器（図示していない）から構成され、圧力１００〜１５０気圧に加圧充填され、貯蔵される。
【００４１】
燃料電池発電装置３で発電された電力は、構内配電系統（Ａ系）１６を経て、構内の負荷装置９に供給される場合と、構内配電系統（Ｂ系）を経て、他需要家に託送される場合がある。発電の際、二次的に生成される熱は、熱給配管４０を経て、熱利用装置８（暖房、給湯）に供給される。
【００４２】
負荷装置９は、切換装置１９により、構内配電系統（Ａ系）１６あるいは構内配電系統（Ｂ系）１８に接続される。
【００４３】
各装置（３、４、５、８、９、１９）は、構内通信線２０により、需要家監視制御装置２に結ばれており、モニタデータや制御信号の伝送が行われる。需要家監視制御装置２は、一般通信線１１０、公衆通信網１３０を経て、集中監視制御センタ３００に接続されている。
【００４４】
図３は、需要家監視制御装置の詳細を示すブロック図である。需要家監視制御装置２は、その機能として、構内の電力の状態を示す各種状態信号の入力を受け付ける状態信号受信部２５１と、構内の機器に対して電力の供給に関する制御を行うための制御信号を出力する制御信号発生部２５２と、入力された各種状態信号を集中監視制御センタ３００に報告する処理を行うとともに、集中監視制御センタ３００からの指示に基づいて制御信号を発生する演算処理部２５３と、各種信号等を記憶するメモリ部２５４と、集中監視制御センタ３００との通信を行う通信機能部２５５とを備えている。
【００４５】
需要家監視制御装置２は、前述した各機能を実現するためのハードウェア資源として、図示していないが、コンピュータと、通信装置、信号入出力のための機器を有する。すなわち、各種機能を実現するための処理をプログラムにしたがって実行する中央演算処理装置と、中央演算処理装置が実行するプログラム、各種データを記憶するメモリおよび記憶装置と、通信を行うための通信装置と、各種信号の入出力に用いられるインターフェース回路とを有する。
【００４６】
状態信号受信部２５１には、負荷装置状態信号Ｓ１（＃１〜＃ｎ）、負荷装置切換装置状態信号Ｓ２（＃１〜＃ｎ）、発電装置状態信号Ｓ３（＃１〜＃ｍ）、発電装置切換装置状態信号Ｓ４（＃１〜＃ｍ）の信号が入力される。負荷装置状態信号Ｓ１には、負荷装置９での消費電力が含まれる。この負荷装置状態信号は、集中監視センタ３００での需要予測のベースとなる。負荷装置切換装置状態信号Ｓ２は、それぞれの負荷９が、構内配電系統、Ａ系、Ｂ系のどちらに接続されているかの信号が含まれる。
【００４７】
各種状態信号Ｓ１〜Ｓ４は、演算処理部２５３でその特徴量が抽出され、所定の時刻に集中監視制御センタ３００に伝送される。集中監視制御センタで決定された各需要家の機器の制御信号データは、所定の時刻に需要家の監視装置２に送られる。集中監視制御センタ３００から送られた制御信号データと需要家内の電力供給状態、機器動作状態に基づき、機器を制御するための信号、負荷装置制御信号Ｓ５（＃１〜＃ｎ）、負荷装置切換装置制御信号Ｓ６（＃１〜＃ｎ）、発電装置制御信号Ｓ７（＃１〜＃ｍ）、発電装置切換装置制御信号Ｓ８（＃１〜＃ｍ）を生成し、各機器の制御を行う。なお、集中監視制御センタ３００から送られた制御信号データのみで、上述の各機器の制御を行うことも可能である。
【００４８】
図４は、集中監視制御センタ３００の主要機器を示すブロック図である。集中監視制御センタ３００には、需要家監視制御装置２から送られてくる情報を受取る通信装置３０１と、運転・メンテナンス計画、電力諸量評価、課金処理等の各種処理を行うための演算処理装置３０２と、指示等の入力を受け付ける入力装置３０３と、表示装置３１０を有する。演算処理装置３０２には、データを記憶してデータベース３０４〜３０８を構成するための記憶装置が接続される。
【００４９】
演算処理装置３０２は、表示装置３１０に、発電装置動作状態、切換装置・開閉装置状態、負荷装置状態、運転指示、メンテナンス指示等を表示させる。演算処理の結果は、データベースに格納され、必要に応じ、データベースから、データを取り出して、別の演算処理に利用される。演算処理装置３０２は、コンピュータで構成され、図示していないが、中央演算装置、メモリ、プログラムを記憶する記憶装置等を有する。
【００５０】
データベースとしては、需要電力データベース３０４、供給・託送電力データベース３０５、水素貯蔵データベース３０６、メンテナンス情報データベース３０７、コスト情報データベース３０８がある。需要電力データベース３０４は、負荷装置の消費電力等の需要予測に必要なデータが格納されている。供給、託送電力データベース３０５には、買電による電力、構内の発電装置、あるいは、託送により供給された電力のデータが格納されている。水素貯蔵データベース３０６には、各需要家における水素貯蔵量、更なる貯蔵可能量を蓄える。メンテナンス情報データベース３０７には、需要家構内に設置した各種機器についての、定期点検の予定などのメンテナンス時期、メンテナンス履歴情報、部品等の交換記録等のメンテナンスに関する情報が格納される。コスト情報データベース３０８には、電力の使用料金を決定するための各種データが格納されている。
【００５１】
図５は、集中監視制御センタに設けられている表示装置３１０の表示画面（一部）を示す説明図で、負荷需要と電力の供給状況を示している。各需要家（＃１〜＃５）３５１について、電力需要の予測値３５２、Ａ系、Ｂ系ごとの供給電力３５３ａ、３５３ｂ、需要家での発電電力の供給元３５４ａ〜３５４ｃ（自家、託送）、水素貯蔵量３５５が表示される。各需要家での発電電力の供給元について、太枠（対角項）は自家発電による電力供給を、その他は託送による受電の電力供給を表している。
【００５２】
図６は、集中監視制御センタにおける処理を示す概略図である。夜間において、昼間の各需要家の消費電力の履歴や気象の予測等から、翌日の需要電力を予測し、水素貯蔵量を決定する。通常は午後１１時までに行われ、これに基づき、水素生成装置４、水素貯蔵装置５を稼動させる。
【００５３】
昼間においては、各需要家の消費電力（実績）と気象（天候、気温）により前日に作成した需要電力予測に補正を加え、より高い精度の短期（例えば、１０分毎）の需要電力予測を作成する。需要電力予測、水素貯蔵量、電力価格情報、定期点検計画、トラブル情報を考慮して、最適な買電、自家発電量と、必要に応じ託送電力を決定し、これに基づき、発電装置を稼動させる。また、託送電力の送受電を適切に行うために、該当需要家において、発電装置、負荷装置の構内配電系統の接続状態を切換える。
【００５４】
なお、これまでの説明では、発電装置は燃料電池のみとしてきたが、自家発電量が不足する場合は、ＣＯ₂ガスの排出が比較的少ない、ガスタービン発電装置を補助的に併用することも可能である。
【００５５】
次に、需要電力の予測方法について説明する。各需要家における需要予測処理は、需要電力データベース３０４に蓄積されている過去の負荷パターンを統計処理したものをベースとして、天候、気温をパラメータとして、予測計算を行う。各パラメータについて、それらの影響度を、予測値と実測値の差を少なくするように、徐々に修正する処理を繰返し行うアルゴリズムにより、比較的正確に需要を予測することができる。具体的には、次のようにして行う。
【００５６】
ａ．季節、曜日、天気など、予測対象日と条件が近い負荷パターンをデータベースから抽出する。
【００５７】
ｂ．ａの負荷パターンの平均をとり、基本的な予測負荷パターン（F₀(t)、０≦ｔ≦24hr.）とする。これをベース需要と呼ぶ。
【００５８】
ｃ．ｂで求めた基本的な予測負荷パターンに、当日の天候、気温などによる補正を加える。最終的な予測負荷パターンF(ｔ)（0≦ｔ≦24hr）は、次式で与えられる。
【００５９】
F(ｔ)＝F₀(ｔ)＋G₁(ｔ)＋G₂(ｔ)＋G₃(ｔ) （１）
ここで、F₀(ｔ)：ベース需要，G₁(ｔ)：天候による照明需要の補正，G₂(ｔ)：気温による冷暖房需要の補正，G₂(ｔ)：係数ラ（予想気温−ベース需要の気温），G₃(ｔ)：イベントによる需要変動を表す。G₁(ｔ)，G₂(ｔ)，G₃(ｔ)の各関数は、予測値と実測値の差が小さくなるように修正されている。
【００６０】
発電装置の出力は、上述の方法で求めた予測値に対して制御される。実測値と予測値の間で生じた偏差は、後述する料金設定（固定料金）にとって、リスクとなる。すなわち、予測より実測が大きく上回った場合、割高な昼間の電力を多く購入する必要があり、電力を供給するためのコストが上昇する。
【００６１】
このような状況に対処するためには、不確定要因による需要変動リスクを評価する必要がある。本実施例では、次の確率微分方程式を用いたリスク評価法を採用している。予想される需要の変化について、次の関係が成り立つことが、知られている。
【００６２】
時間増分での需要(確率)の変化＝トレンドラ時間増分＋標準偏差項＊ウィーナー過程増分（２）
（２）式で、トレンドは最終的な予測負荷パターンF(ｔ)の単位時間あたりの変化分に相当する。標準偏差項はボラティリティとも呼ばれ予測値と実測値の差が小さくなるように決定される。
【００６３】
図７は、同一の予測負荷パターンに対し、不確定要因を考慮した場合で、３パターンの予測を示している。実際には、多くのパターンを計算し、その結果に統計的処理を行うことによりリスクを評価し、不確定要因を考慮せずに算出した固定料金に、そのリスク分を加算し、最終的な料金としている。
【００６４】
次に、本実施形態における最適な電力供給の方法について述べる。図８は、負荷における消費電力、発電電力、買電電力、託送電力の量的な関係を模式的に示している。実際には、需要家は１からNまであるが、需要家iと需要家jのみを示している。401は消費電力、402は発電電力、403は買電電力、405は託送電力、404は水素貯蔵量を表す。図中の記号のサフィクスは該当する需要家をあらわす。例えば、Gｊは需要家ｊの発電電力を、また、Dijは需要家ｉから需要家ｊへの託送電力を表す。簡単のため、託送時の損失は無いものとして説明する。
【００６５】
需要家ｊでは、負荷における消費電力（Ｌｊ）は、自家の発電電力（Gｊ）と買電電力（Ｂｊ）と託送電力（Dij）の和に等しくならなければならない。すなわち１〜Nのｊについて、式（３）が成り立つ。
【００６６】
Ｌｊ＝Gｊ＋Ｂｊ＋ΣDij （３）
ただし、Σはｉが１からNまでの総和（ｊを除く）を表す。
【００６７】
発電装置の最大出力や買電電力には上限、場合によっては下限があり、これらが、最適化を行う際の拘束条件となる。
【００６８】
需要家ｊについて、電力供給に必要な費用Φｊは、発電に必要な費用、買電に必要な費用、託送に必要な費用、その他の経費（ｅｊ）からなる。発電に必要な費用は、発電電力と発電単価ｇｊ（前日水素を製造するのにかかった費用等により決定される）で、買電に必要な費用は、買電電力と従量料金（ａｊ）および基本料金（ｂｊ）で、託送に必要な費用は、託送電力と託送従量料金（ｃｊ）と託送基本料金（ｄｊ）で決まり、式（４）のようになる。
【００６９】
Φｊ＝ｇｊ×Gｊ＋ａｊ×Ｂｊ＋ｂｊ＋Σ（ｃｊ×Dij＋ｄｊ）＋ｅｊ（４）
ただし、（４）式で、Σはｉが１からNまでの総和（ｊを除く）を表す。
【００７０】
全ての需要家の電力を供給するのに必要な費用Φは、式（５）となる。
【００７１】
Φ＝ΣΦｊ（５）
ただし、式（５）で、Σはｊが１からNまでの総和を表す。
【００７２】
与えられた負荷消費電力（Ｌｊ：ｊ＝１〜N）に対し、上述の拘束条件の下、その費用Φが最小になるように、それぞれの発電電力（Gｊ：ｊ＝１〜N）、買電電力（Bｊ：ｊ＝１〜N）、託送電力（D ij：ｉ，ｊ＝１〜N）を決定することができる。具体的には、線形計画法（シンプレックス法）を用いた数値計算により、上記電力の最適値を求めている。このようにして、経済的に最適な運転が実現可能である。
【００７３】
次に本実施形態における電力供給の運用例について説明する。図９は、図１に示す需要家の１日の受電電力を、自家発電、電力託送とも行わない場合（従来）、自家発電及び電力託送を行った場合（本発明）を比較して示してある。実際には、需要が大きくなる時間帯に、３台の発電装置を稼動させると共に、需要家構内の需要に対して発電装置容量に余裕がある需要家３から、託送により電力の供給を受けている。この例では、本発明のシステムを適用することにより、当該需要値の電力供給に関し、電力会社に対し支払う電気料金は約１０％低減できる。
【００７４】
また、電力託送を利用することにより、図２で示した、集中監視制御センタ管理下の水素貯蔵装置、発電装置等の設備を効率的に運用でき、低コストでの電力供給が可能になる。
【００７５】
図１０は、料金請求処理のフローチャートである。図４の演算処理装置３０２により、課金処理が実行され、料金が決定される。
【００７６】
演算処理装置３０２は、契約者Ａと契約者Ｂの間で予め決定された契約内容に基づいて、入力装置３０３を介して、料金種別の選択、最大電力の設定入力を受け付ける（ステップ１２０１）。料金種別については、使用電力量あたりの料金単価を固定する方式（Ａ）と、電力供給コストに合わせて変動させる方式（Ｂ）とのいずれかを選択できるようにしている。
【００７７】
料金算出期間としては、例えば、１日、１ヶ月等の適宜の単位で算出できる。もちろん、固定的に定めることもできる。演算処理装置３０２は、入力されたこれらの設定値を、内臓するメモリに格納する。
【００７８】
メモリに格納されたデータに基づき、この期間の使用電力量を算出する（ステップ１２０３）。料金種別として、Ｂ（変動）を選択した場合（ステップ１２０４）は、料金算出期間中の電力供給コストを算出（ステップ１２０５）し、それに基づき変動料金単価を算出する（ステップ１２０７）。
【００７９】
変動の場合の料金設定は、変動料金単価と使用電力量に基づく場合と、変動料金にプレミアムを設ける場合、すなわち、変動料金が高騰する時でも料金に上限を設ける代わりに割増料金を支払う場合がある。それぞれ次のように行う。

ただし、変動料金単価については、（ａ）と同じ計算を行う。プレミアム料金は、電力供給コストの増加につながるリスクを評価して設定する。
【００８０】
一方、料金種別としてＡ（固定）を選択した場合（ステップ１２０４）は、固定料金単価を求め（ステップ１２０６）、請求料金は次式で算出する（ステップ１２０８）。
【００８１】
請求料金＝基本料金＋料金単価×使用電力量（９）
料金単価は、契約条件に従い、固定の単価を使用する。請求料金は、表示装置にて表示される（ステップ１２０９）。これに基づき、料金の請求がなされる。
【００８２】
なお、固定料金の場合は、全てのコストアップのリスクが、電力サービス提供者の負担となる。一方、変動料金の場合は、コストアップのリスクの大半を需要家（電力供給を受ける）側の負担することになるため、需要家の電力購入費用を、固定料金の場合より低く抑えられる可能性がある。
【００８３】
図１の実施例では、集中監視制御センタ３００は、各需要家とは別に設けてある。しかし、ある需要家に隣接あるいは需要家の構内に設けてもよい。
【００８４】
以上のように、本発明によれば、契約者Ａ（顧客）について次の利点が挙げられる。（ａ）初期投資が不要となり、（ｂ）必要とする電力を低コストで得られ、（ｃ）運転、メンテナンスの要員を確保する必要がない。
【００８５】
一方、契約者Ｂ（サービス提供業者）について次の利点が挙げられる。（ｄ）比較的長期にわたり、安定なビジネスが可能で、（ｅ）通信を活用した、遠隔運転、メンテナンスを行うことにより、少ない人員で効率的に運転、メンテナンスが行え、（ｆ）複数の契約者の構内に配置している発電設備を一括して運用することにより、原価低減および収益の確保ができる。
【００８６】
また、社会全体に対しては、次の利点が挙げられる。（ｇ）主として原子力発電で発電される夜間電力を、水素の形で貯蔵し、需要が大きい昼に燃料電池発電装置により発電することで、発電に伴う、ＣＯ₂ガスの放出を抑制でき、（ｈ）電力需要のピーク時に、契約者Ｂの管理する発電装置を最大限稼動させることにより、既存の発電設備にかかる負担を軽減する。
【００８７】
これらの利点は、定期的にモニタリングをしている電力データから得られる需要予測に基づき、運転、メンテナンスができ、また、上述の電力データに基づいて料金請求ができることによって達成される。
【００８８】
このように、本発明によれば、需要家は、初期投資を行うこと、および、運転、メンテナンスを行うこと等に対する負担が軽減された状態で、当該需要家のニーズにあった電力供給を受けることができる。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、需要家の負担を軽減した様態で、需要家のニーズに適応した電力供給が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力供給装置の一実施例を示す構成の概要図。
【図２】需要家の負荷、燃料電池発電装置容量、水素貯蔵量の設定値を示す説明図。
【図３】需要家監視制御装置の詳細を示すプロック図。
【図４】集中監視制御センタの構成の一例を示すブロック図。
【図５】集中監視制御センタの表示の一例を示す説明図。
【図６】集中監視制御センタが実行する運転計画策定の基本概念を示す説明図。
【図７】本発明が適用される一需要家での電力需要予測例を示すグラフ。
【図８】需要家の消費電力、発電電力、買電電力、託送電力の量的な関係を示す模式図。
【図９】本発明を適用する一需要家での運用結果の一例を示すグラフ。
【図１０】料金決定のための処理手順の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…需要家構内、２…需要家監視制御装置、３…燃料電池発電装置、４…水素生成装置、５…水素貯蔵装置、９…負荷装置、１１…受電装置、１２…電圧変換装置、１７…系統連系装置、１９…切換装置、２０…構内通信線、１００ａ，ｂ…送配電系統、１１０…一般通信線、２５１…状態信号受信部、２５２…制御信号発生部、２５３…演算処理部、２５４…メモリ部、２５５…通信機能部、３００…集中監視制御センタ、３０１…通信装置、３０２…演算処理装置、３０３…入力装置、３０４〜３０８…データベース、３１０…表示装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for supplying electric power according to demands of consumers, and a plurality of consumers purchase power from an electric power system, a fuel cell power generation using hydrogen as fuel, and further, between consumers of generated electric power. The present invention relates to a method and a business for collectively controlling the supply and demand state of each consumer in the case of a supply and demand state including interchange (consignment) in Japan.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, most electric power consumed by consumers is supplied by general electric utilities. Various contracts are prepared as power supply agreements for consumers who consume a lot of electricity. For commercial customers, the daytime and nighttime power demands are very different, and the overall power demand is large compared to the daytime for the purpose of leveling the power demand because the daytime power demand is large compared to the nighttime. There is also a night charge.
[0003]
In order to effectively use nighttime power, hot water and ice are prepared at night and used for air conditioning during the daytime. In addition, research and development for producing hydrogen using night electricity and using it for power generation and transportation is conducted by New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). It is reported in detail in the book "International clean energy system technology using hydrogen Task 7 Development of hydrogen supply station".
[0004]
Research and development related to hydrogen-fueled fuel cells are also being carried out in various places. In the United States, hydrogen is produced once using electricity generated by wind power generation with large output fluctuations in an isolated village on the Alaska coast in the Arctic Circle. A project to generate electricity from a fuel cell using this as a fuel is being carried out by the Department of Energy (DOE).
[0005]
There has also been proposed a technique for leveling a peak power load by providing a hydrogen generation device, a hydrogen storage device, and a fuel cell, storing hydrogen at night, generating power using hydrogen as fuel in the daytime (Japanese Patent Laid-Open No. 2001). -126742).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By generating and storing hydrogen using nighttime power, and generating electricity using hydrogen as fuel in accordance with power demand, it is possible to level the peak power load. However, in the power generation of a fuel cell using hydrogen as a fuel, there must be an extra advantage that compensates for the decrease in efficiency associated with conversion to hydrogen and conversion to electricity. Not only do hydrogen generators, hydrogen storage devices, and fuel cell power generation devices need to be operated efficiently, but especially in urban customers, storage in a limited space is necessary when storing hydrogen. It becomes.
[0007]
In addition, it is necessary to install facilities such as a hydrogen generator, hydrogen storage device, fuel cell, etc., which not only requires a large initial investment, but also requires considerable costs for operation, maintenance, etc. There's a problem.
[0008]
In power generation by a fuel cell in a commercial consumer, connection to a power transmission / distribution system of a general electric company or a distribution company (hereinafter referred to as a power company) is required. In the case of electricity purchase, the monthly electricity bill paid to the power company is
Electricity charge = Basic charge power factor correction + Electricity charge-Select contract charge ± Fuel cost adjustment
It becomes.
[0009]
Here, the basic charge is determined by the maximum contract power received. The electric energy charge is a metered charge determined by the received electric energy. Therefore, even if the amount of power is small, if the maximum power is large, the basic charge is high and the electricity charge is also high. In receiving power from an electric power company, it is desirable to receive almost constant power slightly below the maximum power.
[0010]
By concluding a connection supply agreement with an electric power company, a so-called consignment in which a consumer having a power generation facility sends electric power to another consumer is possible. In that case, the electric power company measures the amount of received power to the transmission / distribution system and the amount of power supplied at the demand place (a plurality of places). It is necessary to adjust the power generation device output or the load device (output, operation / stop) so that the total amount of the consignment power amount obtained by subtracting the loss from the received power amount and the supplied power match in units of 30 minutes.
[0011]
An object of the present invention is to provide a power supply method and system that collectively control the supply and demand state of each consumer in which power purchase, power generation, and consignment are mixed, in view of the above-described problems of the prior art. It is also intended to provide a business that enables power supply in a manner that reduces the burden on consumers by leveling the power load peak due to hydrogen generation and storage.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above-described object is directed to a plurality of consumers connected to a power transmission / distribution system and having a hydrogen generator, a hydrogen storage device, and a fuel cell power generator using hydrogen as fuel within a predetermined range. In the power supply method for supplying power, the monitoring and control center connected to each of the consumers via a network includes a power supply and demand state based on the amount of power purchased, the amount of power generation and the amount of consignment in each consumer, and the hydrogen storage of the hydrogen storage device Collect the amount, determine the amount of electricity purchased, the amount of power generation and the amount of consignment according to each customer's current demand forecast, and generate and transmit information to control the power supply and demand status to each customer The billing process of the power charge is performed based on the amount of power used for each consumer.
[0013]
The supervisory control center controls the total cost of the plurality of consumers so as to minimize the total cost due to the power purchase amount, the power generation amount, and the consignment amount.
[0014]
Further, an unpredictable risk is evaluated by a stochastic differential equation with respect to the uncertain factor of the demand forecast, and the risk is reflected in the power rate so as to be absorbed.
[0015]
Further, the power charge is calculated by multiplying the unit price of electric power used by a variable charge unit price including the operating cost of the fuel cell power generation device, the hydrogen generation device, and the hydrogen storage device, the cost of power purchase, and the cost of consignment.
[0016]
A power supply system that realizes the method of the present invention includes a hydrogen generator, a hydrogen storage device, a fuel cell power generator using hydrogen as fuel, a plurality of consumers having a plurality of loads, A centralized monitoring and control center connected to a home through a network to control the power supply state of each consumer, wherein the monitoring and control center includes the supply and demand state of power based on the amount of electricity purchased, the amount of power generation and the amount of consignment, and the hydrogen Communication means that collects the hydrogen storage amount of the storage device and transmits information for controlling the power supply / demand status of each consumer, and the amount of electricity purchased, the amount of power generated, and the amount of consignment according to the demand forecast of each consumer And a billing unit that performs billing processing of a power charge based on the amount of power used for each consumer.
[0017]
The monitoring control center owns at least one of the hydrogen generator, the hydrogen storage device, and the fuel cell power generator.
[0018]
In addition, the customer premises have two or more premises distribution systems, and at least one premises distribution system produces hydrogen using a substation facility for purchasing power from an electric power company and received power. A substation for connecting the hydrogen generator and the hydrogen storage device for storing the generated hydrogen, and at least one other on-site power distribution system to carry out consignment with other customers, grid connection A switching device is provided for connecting the device and the fuel cell power generator and switching each load to one of the on-site power distribution systems.
[0019]
According to the present invention, each load is connected to one of the on-site power distribution systems by the switching device. Information such as the power consumption of each load is sent to the centralized monitoring and control center via the monitoring and control device in the consumer, and based on the power demand of the next day predicted from the load power consumption from each consumer managed by the center. In each consumer, hydrogen is generated and stored using nighttime power. In the daytime, short-term demand forecasts according to fluctuations in load power consumption are made, and the amount of power purchased from the grid, the amount of power generated by the fuel cell power generator, and the amount of power interchange (consignment power) between consumers The total power supply cost of the house is determined to be minimized. As a result, switching of connections such as loads to each on-site power distribution system is performed.
[0020]
According to this, although the load power consumption of each consumer fluctuates, since the purchased power and the amount of power generated by the fuel cell power generator and the amount of consignment between the consumers are appropriately distributed, the hydrogen generator, the hydrogen storage device In addition, facilities such as fuel cell power generators can be used efficiently, and the hydrogen storage space can be made compact.
[0021]
In addition, with the widespread use of fuel cell power generation using hydrogen generated by nighttime power, daytime power reception can be kept low, so that the electricity charge paid by consumers can be reduced.
[0022]
Furthermore, since all or part of the fuel cell power generation device, the hydrogen generation device, the hydrogen storage device, and the like are owned by the centralized monitoring control center, that is, the service provider, the burden on the consumer can be greatly reduced.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Prior to the detailed description of the embodiment, the basic concept of the power supply service according to the present invention will be described.
[0024]
In the present invention, a service provider executes a power supply service based on a power supply service contract concluded with a customer (customer). And this invention can be applied to the electric power supply service based on such a contract as a typical aspect.
[0025]
For this purpose, the hydrogen generator, the hydrogen storage device, the fuel cell power generator, the grid interconnection device, and the switching device are used to provide the load device with the power generated by the power generator and / or the power from the transmission / distribution system. . At this time, hydrogen production technology, hydrogen storage technology, fuel cell power plant operation technology, grid interconnection device technology, load switching device technology, status data collection technology for each device, load device status data collection technology, communication technology, etc. Then, the power supply / demand state at each consumer is grasped, and control is performed so that this power supply / demand state is set to the target state.
[0026]
Specifically, the contractor B (service provider) as one of the contractors is a hydrogen generator, a hydrogen storage device, a fuel cell power generator, a grid interconnection device, a switching device, a customer side monitor device, and a control device. At least a part of is introduced into the customer premises owned by the contractor A (customer). The contractor B supplies power of a predetermined quality to the contractor A up to the maximum contract power.
[0027]
Using the monitor device and the control device described above, the amount of supplied power is recorded, and based on this, the usage fee calculated using the unit price determined in the contract is determined. Contractor A pays contractor B based on this. In the unlikely event that the contract quality power cannot be supplied, the compensation amount is determined by a predetermined amount, and the contractor B pays the contractor A.
[0028]
Specifically, this is performed as follows. First, a hydrogen generation device, a hydrogen storage device, a fuel cell power generation device, a grid interconnection device, a switching device, a consumer side monitoring device, and a control device are introduced into the premises owned by the contractor A (usually a plurality). And the load device power consumption, the switching device state, the power generation device power generation amount, the hydrogen storage amount (remaining amount) collected through the introduced monitoring device and control device, the amount of power received from the transmission / distribution system, to other customers Data related to power transmission (consignment) and power quality (voltage, frequency, harmonic content, etc.) are sent to a centralized monitoring control center owned by the contractor B using communication means.
[0029]
Based on the information sent from the contractor A and the information obtained by the open communication means, the contractor B makes a power demand prediction in each customer premises by the arithmetic processing unit and uses the nighttime power. Determine production and storage. In consideration of the purchase fee and the power consignment fee when receiving (purchasing) power from an electric power company, the amount of power generated by the power generator in the customer premises and the amount of power interchanged between the consumers are determined. In addition to regular maintenance, if maintenance is necessary due to irregularities such as breakdowns, it can be dealt with by increasing the amount of power purchased from the power company by switching the distribution system on the premises to which the load is connected. Note that information such as failure is collected in the centralized monitoring and control center, and can be promptly restored.
[0030]
In the billing process, the billing fee is calculated from the amount of power used in the fee calculation period based on the data of the power information database and the cost information database arranged in the centralized monitoring control center and displayed on the display device. Charges are collected based on this.
[0031]
As described above, the contractor A (customer) can provide a power supply method and apparatus that can receive a predetermined quality of power supply at a low charge without initial investment, operation, and maintenance.
[0032]
When implementing this service, service providers use their assets for hydrogen generators, hydrogen storage devices, fuel cell power generators, grid interconnection devices, switching devices, consumer side monitoring devices, control devices, etc. It goes without saying that it is possible to select whether to operate by borrowing third party assets. Further, a part of the hydrogen generation device, the hydrogen storage device, the fuel cell power generation device, the grid interconnection device, the switching device, the customer side monitoring device, the control device, and the like may be an asset of the contractor A. It is also possible to borrow and operate it.
[0033]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a system configuration to which the present invention is applied. The power transmission /

distribution systems

100a and 100b owned by the consumers 1 to 3, the transmission / distribution equipment owner, and the centralized monitoring control center 300 of the service provider are shown.
[0034]
A power supply service is performed based on a service provision contract between a contractor A (1, 2, 3,..., N) as a customer and a contractor B as a service provider. However, in FIG. 1, only the customers 1 to 3 are shown for the sake of simplicity, but in reality, there are more consumers scheduled. 1 to 3 may be the same customer or different customers.
[0035]
The power transmission /

distribution systems

100a, 100b are configured by power transmission / distribution equipment under the control of a power transmission / distribution company, that is, a power transmission / distribution line, a switch 105, a voltage regulator 106, and the like. The transmission / distribution company may be the same entity as the service provider described above, or may be a different entity. Here, it demonstrates as a different main body. Although not shown, a power plant or a substation is connected to the power transmission /

distribution systems

100a and 100b.
[0036]
FIG. 2 shows the set values for each consumer. Maximum load 802, power reception / interconnection voltage 803, installed generator capacity 804 a and number 804 b, and hydrogen storage amount 805 are set for each consumer 801. This data is held in the centralized monitoring control center 300. In the example shown in the figure, all of the consumers 1 to 5 are received and connected to the grid at 6.6 kV.
[0037]
In the customer premises 1 owned by the contractor A, the electric wires branched from the power transmission / distribution system 100 a pass through the power receiving device 11 (power measurement and protection) and the voltage conversion device 12 to the on-site power distribution system (A system) 16. It is connected. The electric wires branched from the power transmission / distribution system 100b are connected to the on-site power distribution system (B system) 18 via the grid interconnection device 17 (power measurement, instantaneous voltage drop, isolated operation detection, protection), and the voltage conversion device 12. Mainly used for power consignment. Although omitted in FIG. 1, circuit breakers, disconnectors, and the like are provided in various places for protection of equipment and distribution lines.
[0038]
Further, a fuel cell power generation device 3, a hydrogen generation device 4, and a hydrogen storage device 5 are provided in the campus, and the fuel cell power generation device 3 or the hydrogen generation device 4 and the hydrogen storage device 5 are connected by a hydrogen pipe 30. ing. The electric power generated by the fuel cell power generator 3 is sent to the on-site power distribution system (A system) 16 or the on-site power distribution system (B system) 18 by the switching device 19.
[0039]
The hydrogen generator 4 is a solid polymer hydrogen generator that generates hydrogen by electrolyzing water. Electric power necessary for electrolysis is supplied from a local distribution system (A system).
[0040]
Hydrogen generated by the hydrogen generator 4 is stored in the hydrogen storage device 5. When the hydrogen storage amount is insufficient, hydrogen generated by reforming natural gas may be stored together. The hydrogen storage device 5 is composed of a plurality of cylinder-shaped storage containers (not shown), and is pressurized and filled to a pressure of 100 to 150 atm.
[0041]
The electric power generated by the fuel cell power generation device 3 is supplied to the load device 9 on the premises via the on-site distribution system (A system) 16 and sent to other customers via the on-site distribution system (B system). May be. During power generation, the heat generated secondarily is supplied to the heat utilization device 8 (heating and hot water supply) through the heat supply pipe 40.
[0042]
The load device 9 is connected to a local distribution system (A system) 16 or a local distribution system (B system) 18 by a switching device 19.
[0043]
Each device (3, 4, 5, 8, 9, 19) is connected to the customer monitoring control device 2 by the local communication line 20, and monitor data and control signals are transmitted. The customer monitoring control device 2 is connected to the centralized monitoring control center 300 via the general communication line 110 and the public communication network 130.
[0044]
FIG. 3 is a block diagram showing details of the customer monitoring control device. The customer monitoring and control device 2 has, as its function, a state signal receiving unit 251 that receives input of various state signals indicating the state of power on the premises, and a control signal for performing control related to power supply to the equipment on the premises. Control signal generation unit 252 that outputs the various status signals that are input to the centralized monitoring control center 300 and an arithmetic processing unit 253 that generates a control signal based on an instruction from the centralized monitoring control center 300 A memory unit 254 that stores various signals and a communication function unit 255 that communicates with the centralized monitoring control center 300.
[0045]
Although not shown, the customer monitoring and control device 2 includes a computer, a communication device, and a device for signal input / output as hardware resources for realizing the above-described functions. That is, a central processing unit that executes processes for realizing various functions according to a program, a program executed by the central processing unit, a memory and a storage device that store various data, and a communication device that performs communication And an interface circuit used for input / output of various signals.
[0046]
The status signal receiver 251 includes a load device status signal S1 (# 1 to #n), a load device switching device status signal S2 (# 1 to #n), a power generator status signal S3 (# 1 to #m), A device switching device state signal S4 (# 1 to #m) is input. The load device state signal S1 includes power consumption in the load device 9. This load device status signal is a base for demand prediction in the centralized monitoring center 300. The load device switching device state signal S2 includes a signal indicating whether each load 9 is connected to the local distribution system, the A system, or the B system.
[0047]
The characteristic values of the various status signals S1 to S4 are extracted by the arithmetic processing unit 253 and transmitted to the centralized monitoring control center 300 at a predetermined time. The control signal data of each customer's device determined by the centralized monitoring control center is sent to the customer monitoring device 2 at a predetermined time. Based on the control signal data sent from the centralized monitoring control center 300, the power supply state in the customer, the device operating state, the signal for controlling the device, the load device control signal S5 (# 1 to #n), the load device switching A device control signal S6 (# 1 to #n), a power generation device control signal S7 (# 1 to #m), and a power generation device switching device control signal S8 (# 1 to #m) are generated to control each device. It is also possible to control each of the above-described devices using only control signal data sent from the centralized monitoring control center 300.
[0048]
FIG. 4 is a block diagram showing the main equipment of the centralized monitoring control center 300. The centralized monitoring control center 300 includes a communication device 301 that receives information transmitted from the customer monitoring control device 2, and an arithmetic processing device for performing various processes such as an operation / maintenance plan, evaluation of various electric power amounts, and billing processing. 302, an input device 303 that receives an input of an instruction or the like, and a display device 310. A storage device for storing data and configuring the databases 304 to 308 is connected to the arithmetic processing unit 302.
[0049]
The arithmetic processing unit 302 causes the display device 310 to display a power generator operating state, a switching device / switching device state, a load device state, an operation instruction, a maintenance instruction, and the like. The result of the arithmetic processing is stored in a database, and if necessary, data is extracted from the database and used for another arithmetic processing. The arithmetic processing unit 302 is configured by a computer and includes a central processing unit, a memory, a storage device for storing a program, and the like, although not shown.
[0050]
The database includes a demand power database 304, a supply / consignment power database 305, a hydrogen storage database 306, a maintenance information database 307, and a cost information database 308. The demand power database 304 stores data necessary for demand prediction such as power consumption of the load device. The supply / consignment power database 305 stores electric power purchased by electric power, on-premises power generation devices, or data of electric power supplied by consignment. The hydrogen storage database 306 stores the hydrogen storage amount and further storable amount in each consumer. The maintenance information database 307 stores information related to maintenance such as a schedule of regular inspections, maintenance history information, replacement records of parts, etc. for various devices installed in the customer premises. The cost information database 308 stores various data for determining the power usage fee.
[0051]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a display screen (part) of the display device 310 provided in the centralized monitoring control center, and shows the load demand and the supply status of power. For each customer (# 1 to # 5) 351, predicted power demand value 352,

supply power

353a and 353b for each of the A system and B system, and supply sources 354a to 354c of the generated power at the consumer (self, consignment) The hydrogen storage amount 355 is displayed. Regarding the supply source of the generated power at each consumer, the thick frame (diagonal item) indicates the power supply by private power generation, and the other indicates the power supply of power reception by consignment.
[0052]
FIG. 6 is a schematic diagram showing processing in the centralized monitoring control center. At night, the next day's demand power is predicted from the history of power consumption of each customer in the daytime, weather forecasts, etc., and the hydrogen storage amount is determined. Usually, it is performed by 11:00 pm, and based on this, the hydrogen generator 4 and the hydrogen storage device 5 are operated.
[0053]
During the daytime, the power demand forecast created on the previous day is corrected based on the power consumption (actual) and weather (weather, temperature) of each customer, and a more accurate short-term demand forecast (for example, every 10 minutes) is made. create. Considering power demand forecast, hydrogen storage amount, power price information, periodic inspection plan, and trouble information, determine the optimal power purchase, private power generation amount, and consignment power as required, and operate the power generator based on this Let Moreover, in order to appropriately transmit and receive the consigned power, the connection state of the on-site distribution system of the power generation device and the load device is switched at the corresponding consumer.
[0054]
In the above description, the power generation device is only a fuel cell. However, if the amount of private power generation is insufficient, CO ₂ It is also possible to use a gas turbine power generator with a relatively small amount of gas discharge as an auxiliary.
[0055]
Next, a method for predicting demand power will be described. The demand prediction process in each consumer performs a prediction calculation using the weather and temperature as parameters based on statistical processing of past load patterns accumulated in the demand power database 304. For each parameter, it is possible to predict demand relatively accurately by an algorithm that repeatedly performs a process of gradually correcting the degree of influence of each parameter so as to reduce the difference between the predicted value and the actually measured value. Specifically, this is performed as follows.
[0056]
a. Load patterns, such as seasons, days of the week, and weather, that are similar in conditions to the prediction target days, are extracted from the database.
[0057]
b. a average of the load patterns of a, the basic predicted load pattern (F ₀ (t), 0 ≦ t ≦ 24 hr.). This is called base demand.
[0058]
c. A correction based on the weather, temperature, etc. of the day is added to the basic predicted load pattern obtained in b. The final predicted load pattern F (t) (0 ≦ t ≦ 24 hr) is given by the following equation.
[0059]
F (t) = F ₀ (t) + G ₁ (t) + G ₂ (t) + G _Three (t) (1)
Where F ₀ (t): Base demand, G ₁ (t): Correction of lighting demand due to weather, G ₂ (t): Correction of heating / cooling demand by temperature, G ₂ (t): Coefficient La (expected temperature-base demand temperature), G _Three (t): Represents demand fluctuation due to an event. G ₁ (t), G ₂ (t), G _Three Each function of (t) is corrected so that the difference between the predicted value and the actually measured value becomes small.
[0060]
The output of the power generator is controlled with respect to the predicted value obtained by the above method. Deviations that occur between the actual measurement value and the predicted value pose a risk for the charge setting (fixed charge) described later. In other words, when the actual measurement greatly exceeds the prediction, it is necessary to purchase a large amount of expensive daytime power, and the cost for supplying power increases.
[0061]
In order to cope with such a situation, it is necessary to evaluate the risk of demand fluctuation due to uncertain factors. In this embodiment, a risk evaluation method using the following stochastic differential equation is adopted. It is known that the following relationship holds for expected changes in demand.
[0062]
Change in demand (probability) with time increment = trender time increment + standard deviation term * Wiener process increment (2)
In equation (2), the trend corresponds to the amount of change per unit time of the final predicted load pattern F (t). The standard deviation term is also called volatility and is determined so that the difference between the predicted value and the actual measurement value becomes small.
[0063]
FIG. 7 shows three patterns of prediction when an uncertain factor is considered for the same predicted load pattern. In practice, the risk is evaluated by calculating many patterns and performing statistical processing on the results, and the risk is added to the fixed fee calculated without considering uncertain factors. It is a charge.
[0064]
Next, an optimal power supply method in this embodiment will be described. FIG. 8 schematically shows a quantitative relationship among power consumption, generated power, purchased power, and consigned power in the load. Actually, there are 1 to N customers, but only customer i and customer j are shown. 401 represents power consumption, 402 represents generated power, 403 represents purchased power, 405 represents consigned power, and 404 represents hydrogen storage. The suffix of the symbol in the figure indicates the corresponding customer. For example, Gj represents the generated power of the customer j, and Dij represents the consignment power from the customer i to the customer j. For simplicity, it is assumed that there is no loss during consignment.
[0065]
At the consumer j, the power consumption (Lj) at the load must be equal to the sum of the power generated (Gj), the purchased power (Bj), and the consigned power (Dij). That is, Expression (3) holds for j of 1 to N.
[0066]
Lj = Gj + Bj + ΣDij (3)
However, Σ represents the total sum (excluding j) where i is from 1 to N.
[0067]
The maximum output and the purchased power of the power generation device have an upper limit and a lower limit in some cases, and these are the constraint conditions when performing optimization.
[0068]
For the customer j, the cost Φj necessary for power supply includes a cost necessary for power generation, a cost necessary for power purchase, a cost necessary for consignment, and other costs (ej). The cost required for power generation is the generated power and the unit price of power generation gj (determined by the cost of producing hydrogen the day before), and the cost required for power purchase is the purchased power and the metered rate (aj) and The basic fee (bj), the cost required for the consignment is determined by the consignment power, the consignment fee (cj), and the consignment basic fee (dj), as shown in Equation (4).
[0069]
Φj = gj × Gj + aj × Bj + bj + Σ (cj × Dij + dj) + ej (4)
However, in the equation (4), Σ represents the sum of i from 1 to N (excluding j).
[0070]
The cost Φ required to supply power for all consumers is given by equation (5).
[0071]
Φ = ΣΦj (5)
In Equation (5), Σ represents the sum of j from 1 to N.
[0072]
For each given load power consumption (Lj: j = 1 to N), each generated power (Gj: j = 1 to N), purchase so as to minimize the cost Φ under the above-mentioned constraint conditions. Electric power (Bj: j = 1 to N) and consignment power (D ij: i, j = 1 to N) can be determined. Specifically, the optimum value of the power is obtained by numerical calculation using linear programming (simplex method). In this way, economically optimal operation can be realized.
[0073]
Next, an operation example of power supply in this embodiment will be described. FIG. 9 shows a comparison of the daily received power of the consumer shown in FIG. 1 when neither private power generation nor power consignment is performed (conventional), and when private power generation and power consignment is performed (the present invention). is there. Actually, during the time when demand increases, the three power generators are operated, and power is supplied by consignment from the customer 3 who has sufficient power generator capacity for the demand on the customer premises. Yes. In this example, by applying the system of the present invention, the electricity bill paid to the power company can be reduced by about 10% for the power supply of the demand value.
[0074]
Further, by using power consignment, facilities such as a hydrogen storage device and a power generation device under the management of the centralized monitoring control center shown in FIG. 2 can be efficiently operated, and electric power can be supplied at low cost.
[0075]
FIG. 10 is a flowchart of the charge billing process. The billing process is executed by the arithmetic processing unit 302 in FIG. 4 to determine the fee.
[0076]
The arithmetic processing unit 302 accepts a charge type selection and maximum power setting input via the input unit 303 based on the contract details determined in advance between the contractor A and the contractor B (step 1201). As for the charge type, one of a method (A) for fixing the unit price of power consumption per usage amount and a method (B) for changing according to the power supply cost can be selected.
[0077]
The charge calculation period can be calculated in an appropriate unit such as one day or one month. Of course, it can also be fixedly determined. The arithmetic processing unit 302 stores these input set values in a built-in memory.
[0078]
Based on the data stored in the memory, the amount of power used during this period is calculated (step 1203). When B (variation) is selected as the charge type (step 1204), the power supply cost during the charge calculation period is calculated (step 1205), and the variable charge unit price is calculated based on this (step 1207).
[0079]
In the case of fluctuation, the price setting is based on the unit price of the variable charge and the amount of power used, or when a premium is provided for the variable charge, that is, even when the variable charge soars, an extra charge may be paid instead of setting an upper limit for the charge. is there. Each is performed as follows.

However, the same calculation as (a) is performed for the variable charge unit price. Premium charges are set by evaluating the risks that lead to an increase in power supply costs.
[0080]
On the other hand, when A (fixed) is selected as the charge type (step 1204), a fixed charge unit price is obtained (step 1206), and the billing charge is calculated by the following equation (step 1208).
[0081]
Billing fee = basic fee + unit price × power consumption (9)
The unit price of charge uses a fixed unit price according to the contract conditions. The billing fee is displayed on the display device (step 1209). Based on this, a fee is charged.
[0082]
In the case of a fixed charge, all the cost increase risks are borne by the power service provider. On the other hand, in the case of variable charges, most of the risk of cost increase is borne by the consumer (received power supply), so the power purchase cost of the consumer may be kept lower than in the case of fixed charges. There is.
[0083]
In the embodiment of FIG. 1, the centralized monitoring control center 300 is provided separately from each customer. However, it may be provided adjacent to a certain consumer or on the premises of the consumer.
[0084]
As described above, according to the present invention, the following advantages can be given to the contractor A (customer). (A) No initial investment is required, (b) necessary power can be obtained at a low cost, and (c) it is not necessary to secure operation and maintenance personnel.
[0085]
On the other hand, the following advantages can be cited for the contractor B (service provider). (D) A stable business is possible for a relatively long period of time. (E) Remote operation and maintenance using communication enable efficient operation and maintenance with a small number of personnel. (F) Multiple contracts Cost management and profits can be secured by collectively operating the power generation facilities arranged on the premises of the workers.
[0086]
In addition, the following advantages can be cited for society as a whole. (G) The nighttime power generated mainly by nuclear power generation is stored in the form of hydrogen, and is generated by the fuel cell power generation device in the daytime when demand is high. ₂ The release of gas can be suppressed, and (h) the load on the existing power generation facility is reduced by operating the power generation device managed by the contractor B to the maximum at the peak of power demand.
[0087]
These advantages are achieved by being able to operate and maintain based on demand forecasts obtained from regularly monitored power data, and to charge based on the power data described above.
[0088]
As described above, according to the present invention, the consumer receives power supply that meets the needs of the consumer in a state in which the burden on the initial investment, operation, maintenance, and the like is reduced. be able to.
[0089]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electric power supply adapted to a consumer's needs can be performed in the aspect which reduced the burden of the consumer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration showing an embodiment of a power supply apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing set values of a consumer's load, fuel cell power generation device capacity, and hydrogen storage amount.
FIG. 3 is a block diagram showing details of a customer monitoring control device.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a centralized monitoring control center.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a display of a centralized monitoring control center.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a basic concept of operation plan formulation executed by the centralized monitoring control center.
FIG. 7 is a graph showing an example of power demand prediction at one consumer to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a quantitative relationship among consumer power consumption, generated power, purchased power, and consigned power.
FIG. 9 is a graph showing an example of an operation result in one consumer to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a processing procedure for determining a fee.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Consumer premises, 2 ... Customer monitoring control apparatus, 3 ... Fuel cell power generation device, 4 ... Hydrogen production | generation apparatus, 5 ... Hydrogen storage apparatus, 9 ... Load apparatus, 11 ... Power receiving apparatus, 12 ... Voltage converter, 17 ... grid interconnection device, 19 ... switching device, 20 ... local communication line, 100a, b ... transmission / distribution system, 110 ... general communication line, 251 ... status signal receiving unit, 252 ... control signal generating unit, 253 ... arithmetic processing unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 254 ... Memory part, 255 ... Communication function part, 300 ... Centralized monitoring control center, 301 ... Communication apparatus, 302 ... Arithmetic processing apparatus, 303 ... Input device, 304-308 ... Database, 310 ... Display apparatus.

Claims

In a power supply method for supplying power within a predetermined range to a plurality of consumers connected to a power transmission / distribution system and having a hydrogen generator, a hydrogen storage device, and a fuel cell power generator using hydrogen as fuel,
The monitoring and control center connected to each of the consumers via a network collects the power supply / demand state based on the amount of power purchased, the amount of power generation and the amount of consignment and the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device. Determines the amount of electricity purchased, the amount of power generated, and the amount of consignment in accordance with the current demand forecast, and generates and transmits information for controlling the power supply / demand status to each customer. Based on the power billing process,
The power rate is calculated by multiplying the unit price of power used by a variable unit price including operating costs of the fuel cell power generation device, hydrogen generation device, and hydrogen storage device, cost of power purchase, and cost of consignment. Power supply method.

In claim 1 ,
The power supply method according to claim 1, wherein the supervisory control center performs control so that a total cost due to a power purchase amount, a power generation amount, and a consignment amount of the plurality of consumers is minimized.

In claim 1 or 2 ,
The power rate is calculated by calculating a number of predicted load patterns, statistically processing the results, and adding the risk due to the risk to the fixed rate calculated without taking into account uncertain factors. A power supply method characterized by a final charge.

Connected to the power transmission / distribution system, hydrogen generators, hydrogen storage devices, fuel cell power generators using hydrogen as fuel, multiple customers with multiple loads, and power supply of each customer connected to these customers via a network In a power supply system comprising a centralized monitoring control center for controlling the state,
The monitoring and control center collects the power supply / demand state and the hydrogen storage amount of the hydrogen storage device based on the power purchase amount, power generation amount and consignment amount of each consumer, and transmits information for controlling the power supply / demand state of each customer Communication means, and calculating means for determining the power purchase amount, power generation amount and consignment amount of each customer according to the demand forecast of each customer,
The customer premises have two or more on-site power distribution systems, the at least one on-site power distribution system has substation facilities for purchasing power from an electric power company, and the hydrogen that produces hydrogen using the received power A substation facility for connecting the generator to the hydrogen storage device for storing the generated hydrogen, and performing at least one other on-site power distribution system with other customers, a grid interconnection device, and A power supply system comprising: a switching device that connects the fuel cell power generator and switches and connects each load to any one of the on-site distribution systems.

In claim 4 ,
The power supply system characterized in that the monitoring control center owns at least one of the hydrogen generator, the hydrogen storage device, and the fuel cell power generator.