JP2003007326A

JP2003007326A - 蓄電システム

Info

Publication number: JP2003007326A
Application number: JP2001186127A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sugiura; 修史杉浦; Shinji Miura; 晋司三浦; Kosuke Nishihata; 康介西端; Naoto Sumi; 直人隅; Nobuyuki Tokuda; 信幸徳田; Masayuki Furuya; 昌之古家
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】電力消費のピーク時に対応できながら、蓄電
池の小型化を図れるようにする。【解決手段】電気供給系１と電気需要系２との間に、
電気供給系１からの電気を充電自在で、充電した電気を
電気需要系２に放電自在な蓄電池３を備えた蓄電システ
ムにおいて、蓄電池３をレドックスフロー電池で構成
し、レドックスフロー電池の電解液４を収容自在な電解
液収容部５に、電気供給系１からの電気を電解液４に充
電する充電セル部６と、電解液４に充電した電気を電気
需要系２に放電する放電セル部７とを各別に連通接続
し、充電セル部６と電解液収容部５との間、及び、放電
セル部７と電解液収容部５との間で、電解液４を流通操
作自在な送液手段８を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気供給系（例え
ば、電力会社からの電源）と電気需要系（例えば、電気
機器）との間に、前記電気供給系からの電気を充電自在
で、充電した電気を前記電気需要系に放電自在な蓄電池
を備えた蓄電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、日本における電力需要は、季節や
時間帯によって大きく上下しており、特に、夏期昼間
は、冷房などの空調需要の急増を主要因として電力需要
がピークに達し、夜間や、他の季節の電力需要と大きな
差が生じている。従って、このピーク時の電力供給を賄
える能力を備えた電力供給設備を確保する必要があるも
のの、その為に発電所を増設したり、老朽化した発電所
を維持すれば、ピーク時以外での設備稼働率が低くな
り、発電コストが割高となる。そこで、蓄電池を備えた
蓄電システムを用い、電力需要の少ない夜間などの時間
帯に電力を貯蔵し、その電気を需要のピークである昼間
に使うことで「電力負荷平準化」を目指す技術が発展し
てきた。これらの技術の発展によって、発電・送配電設
備の高効率な運用を叶えることが可能となってきた。ま
た、蓄電池を用いることによって、停電時の電源確保を
も図ることが可能となる。

【０００３】従来、この種の蓄電システムとしては、図
４に示すように、蓄電池として、電源（電気供給系に相
当）１と電気機器設備（電気需要系に相当）２との間
に、電源１からの電気を充電自在で、充電した電気を前
記電気機器設備２に放電自在な蓄電池３を備えたものが
あり、この蓄電池としては、夜間に充電し、昼間に放電
する関係上、可逆性を有するものが必要で、例えば、亜
鉛臭素電池や、ナトリウムイオウ電池や、レドックスフ
ロー電池がその候補として挙げられる。そして、電源１
から蓄電池３への充電回路２０と、蓄電池３から電気機
器設備２への放電回路２１とは、切替によって何れか一
方の回路２０・２１が連通状態となるように構成されて
いた。即ち、夜間には、蓄電池３に電源１からの充電回
路２０のみが接続される一方、昼間には、蓄電池３に電
気機器設備２への放電回路２１のみが接続されるように
切替操作される構成であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の蓄電シ
ステムによれば、使用する蓄電池によっては、活物質が
電極そのものであり、充電時に電極そのものが電解液に
溶出して減ってしまうものがあり、電池としての性能を
維持するためには、溶出によって減った電極を析出によ
って戻す必要があることから充電と放電とを交互に繰り
返す必要があった。また、このような心配のないレドッ
クスフロー電池においても、上述の通り、電源から蓄電
池への充電回路と、蓄電池から電気機器設備への放電回
路とは、切替によって何れか一方の回路が連通状態とな
るように構成されていた。従って、従来の蓄電システム
においては、夜間の充電時には、蓄電池の放電は実施不
可能であり、逆に、昼間の放電時には、蓄電池への充電
は実施不可能であった。そこで、昼夜での電力の平準化
を目指す目的で蓄電システムを使用するには、昼間のピ
ーク時の電力を賄えるだけの電気容量を蓄電池に備えさ
せる必要があり、蓄電池の容量が大型化し、設備コスト
が高くつくという問題点があった。

【０００５】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
消し、電力消費のピーク時に対応できながら、蓄電池の
小型化を図ることが可能な蓄電システムを提供するとこ
ろにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の特徴構
成は、図１・２に例示するごとく、電気供給系１と電気
需要系２との間に、前記電気供給系１からの電気を充電
自在で、充電した電気を前記電気需要系２に放電自在な
蓄電池３を備えた蓄電システムにおいて、前記蓄電池３
をレドックスフロー電池で構成し、前記レドックスフロ
ー電池の電解液４を収容自在な電解液収容部５に、前記
電気供給系１からの電気を電解液４に充電する充電セル
部６と、前記電解液４に充電した電気を前記電気需要系
２に放電する放電セル部７とを各別に連通接続し、前記
充電セル部６と前記電解液収容部５との間、及び、前記
放電セル部７と前記電解液収容部５との間で、前記電解
液４を流通操作自在な送液手段８を設けてあるところに
ある。

【０００７】請求項１の発明の特徴構成によれば、蓄電
池に使用したレドックスフロー電池の特徴（活物質が電
解液であり、長時間継続して充電（又は、放電）しても
電極の消耗の心配がない）を有効に利用することがで
き、その結果、前記充電セル部において充電を実施しな
がら、同時に放電セル部で放電することが可能となる。
即ち、電気供給系からの電気を充電セル部によって充電
した状態の電解液を、前記送液手段によって前記電解液
収容部に収容したり、そのまま放電セル部に送液して、
電解液に充電された電気をそこから電気需要系に放電し
たりすることができる。そして、放電セル部で電気を放
電した後の電解液は、再び、充電セル部に戻されて充電
させることで、充電・放電を並行して継続的に実施する
ことが可能となる。従って、例えば、電力需要の少ない
夜間に、昼間に必要な電力量のすべてを蓄電池に充電し
ておかなくても、昼間の放電時にも、蓄電池に充電する
ことが可能となり、電力負荷の平準化を図りながらも、
蓄電池の蓄電容量を少なくすることができ、蓄電システ
ムの小型化を図ることが可能となる。また、上述の充電
・放電の切替は自由に行うことが可能であるから、昼夜
による切替以外にも、電力単価の安い時間帯に充電した
り、或いは、電力自由化に伴う売買市場での電力単価に
リアルタイムに対応して充電・放電を切り替える等、様
々な使用形態をとることが可能となる。

【０００８】請求項２の発明の特徴構成は、図２に例示
するごとく、前記電気供給系１は、交流電源で、前記充
電セル部６の前記電気供給系１側に、前記電気供給系１
からの交流電気を直流電気に変換自在なコンバータ９を
設けてあるところにある。

【０００９】請求項２の発明の特徴構成によれば、請求
項１の発明による作用効果を叶えることができるのに加
えて、交流電源からの電気が、電圧や周波数の不安定な
状態の交流電気であっても、前記コンバータによって直
流電気に変換して、当該蓄電池に充電することによっ
て、電圧（又は、電圧や周波数）の安定した電気として
放電することが可能となり、特別に定電圧装置（又は、
定電圧定周波数装置）を設置しなくても高品質な電気の
供給ができるようになる。従って、電気需要系での使用
電気機器設備が、安定した電圧（又は、電圧や周波数）
が求められるようなもの（例えば、ＩＴ関連機器）であ
っても、好ましい状態に動作させることが可能となる。

【００１０】請求項３の発明の特徴構成は、図２に例示
するごとく、前記放電セル部７の前記電気需要系２側
に、前記放電セル部７からの直流電気を前記電気需要系
２に供給自在な直流供給部１０と、前記放電セル部７か
らの直流電気をインバータ１１を介して交流電気に変換
して前記電気需要系２に供給自在な交流供給部１２との
内、少なくとも一方の供給部を設けてあるところにあ
る。

【００１１】請求項３の発明の特徴構成によれば、請求
項１又は２の発明による作用効果を叶えることができる
のに加えて、前記直流供給部を設けてあれば、特別に定
電圧装置を設置しなくても、電圧の安定した高品質の直
流電気を電気需要系に供給することができる他、前記交
流供給部を設けてあれば、特別に定電圧定周波数装置を
設置しなくても、電圧や周波数の安定した高品質の交流
電気を電気需要系に供給することができる。そして、直
流供給部と交流供給部との両方を設けてあれば、高品質
な直流電気と交流電気の両方を電気需要系に各別に供給
することが可能となる。従って、電気需要系での使用電
気機器設備が、安定した電圧（又は、電圧や周波数）が
求められるようなもの（例えば、ＩＴ関連機器）であっ
ても、好ましい状態に動作させることが可能となる。

【００１２】尚、上述のように、図面との対照を便利に
するために符号を記したが、該記入により本発明は添付
図面の構成に限定されるものではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、図面において従来例と同一の
符号で表示した部分は、同一又は相当の部分を示してい
る。

【００１４】図１は、本発明の蓄電システムの一実施形
態を組み込んだ建物Ｂを示すものである。

【００１５】ここで説明する蓄電システムＳは、電力会
社からの交流電源（電気供給系に相当）１をもととし
て、建物Ｂに設置された各機器設備（電気需要系に相
当）２を作動できるように構成してあり、前記交流電源
１と前記機器設備２との間に、蓄電池３を介在させて構
成してある。尚、建物Ｂ内での交流電源１から前記各機
器設備２への配電経路は、当該蓄電システムＳを経由す
る状態と、蓄電システムＳを経由しないで接続される状
態とに切替自在に構成してある。従って、例えば、前記
蓄電システムＳのメンテナンス時には、上述のように、
配電経路が蓄電池３を経由しない状態に切り替えて、メ
ンテナンス作業を実施することができる。

【００１６】前記機器設備２には、交流電気を使用する
交流機器設備２ａと、直流電気を使用する直流機器設備
２ｂとがある。前記交流機器設備２ａとしては、熱源、
産業用生産機器、ポンプ、ファン、その他、類する交流
モータ及びヒータ、照明、コンセント、通信・情報機器
等があり、前記直流機器設備２ｂとしては、熱源、産業
用生産機器、ポンプ、ファン、その他、類する直流モー
タ及びヒータ、照明、コンセント、通信・情報機器等が
ある。上述の各機器設備の内、特に、通信・情報機器、
微細または高速製造する産業用生産機器に関しては、供
給される電気の電圧、又は、電圧と周波数の変動が不安
定になると、動作上好ましくなく、安定した電気の供給
が必要条件となっている。

【００１７】前記蓄電池３は、図２に示すように、バナ
ジウム電解液４を使用したレドックスフロー電池３Ａで
構成してあり、前記交流電源１からの電気を前記電解液
４に充電する充電セル部６、及び、前記電解液４に充電
した電気を前記機器設備２に放電する放電セル部７とを
設けると共に、前記充電セル部６と放電セル部７との間
に流通する前記電解液４を収容自在な電解液収容部５を
設け、前記充電セル部６と前記電解液収容部５との間、
及び、前記放電セル部７と前記電解液収容部５との間
で、前記電解液４を流通操作自在なポンプ（送液手段に
相当）８を設けて構成してある。因みに、前記バナジウ
ム電解液４は、例えば、硫酸、バナジウムの水溶液で構
成される。

【００１８】そして、前記充電セル部６の前記交流電源
１側には、前記交流電源１からの交流電気を直流電気に
変換自在なコンバータ９を設けてあると共に、前記放電
セル部７の前記機器設備２側には、前記放電セル部７か
らの直流電気を前記直流機器設備２ｂに供給自在な直流
供給部１０と、前記放電セル部７からの直流電気をイン
バータ１１を介して交流電気に変換して前記交流機器設
備２ａに供給自在な交流供給部１２とを設けてある。

【００１９】次に、前記レドックスフロー電池３Ａの充
電・放電メカニズムについて説明する。レドックスフロ
ー電池３Ａは、バナジウム電解液４のバナジウムイオン
相互間の電子の移動によって充電・放電できるものであ
る。前記充電セル部６、及び、前記放電セル部７は、同
様の構造に形成してあり、図３に示すような電池単セル
１３の複数を直列連結して構成してある。因みに、前記
電池単セル１３は、板状を呈しており、双極板を一体化
した一対のフレーム１３ａと、一対の電極１３ｂと、両
電極１３ｂ間に配置された隔膜１３ｃとから構成してあ
る。また、レドックスフロー電池３Ａの起電力は電池単
セル１３の数に比例して増大し、電流は電池単セル１３
の面積に比例して増大する。また、蓄電量は、前記電解
液収容部５の容量に比例して増大する。

【００２０】前記充電セル部６の両電極６Ａ・６Ｂに、
前記コンバータ９によって直流変換された直流電気を印
可することで充電される。図２に示すように、充電時に
は、負電極６Ｂから正電極６Ａに電流が流れる。即ち、
正電極６Ａから負電極６Ｂに電子が移動する。そのた
め、充電セル部６の正電極６Ａでは、４価のバナジウム
イオンが電子を一つ放出して５価のバナジウムイオンに
変化し、負電極６Ｂ側では、正電極６Ａから放出された
電子を受け取って３価のバナジウムイオンが２価のバナ
ジウムイオンに変化する。このような電子の外部移動と
同時に、電池内部では、水素イオンが隔膜を通して正電
極６Ａから負電極６Ｂに移動する。即ち、充電が進む
と、正電極６Ａ側には、５価のバナジウムイオンが増
え、負電極６Ｂ側には、２価のバナジウムイオンが増え
ていくことになる。

【００２１】一方、放電時には、充電と逆の反応が生
じ、正電極７Ａで５価のバナジウムイオンが４価に変化
し、負電極７Ｂでは２価のイオンが３価に変化する。即
ち、セル内で電流を起こして放電してゆく。放電が進む
と、正電極７Ａ側には４価のバナジウムイオンが増え、
負電極７Ｂ側には３価のバナジウムイオンが増えてい
く。

【００２２】また、前記電解液収容部５について説明す
ると、前記充電セル部６の正電極６Ａからの電解液４を
収容する正極電解液収容部５Ａと、前記充電セル部６の
負電極６Ｂからの電解液を収容する負極電解液収容部５
Ｂとを設けて構成してある。そして、これら正極電解液
収容部５Ａ・負極電解液収容部５Ｂは、放電セル部７の
正電極７Ａ、負電極７Ｂへも各別に電解液を供給できる
ように連通接続してある。従って、前記ポンプ８を駆動
させることで、充電セル部６にできた５価のバナジウム
イオンを含んだ電解液４と、２価のバナジウムイオンを
含んだ電解液４とは、前記正極電解液収容部５Ａ、負極
電解液収容部５Ｂに各別に送られ、その状態で収容する
ことで電気を充電することが可能となる。また、前記ポ
ンプ８を駆動させて正極電解液収容部５Ａ・負極電解液
収容部５Ｂ内の電解液４を放電セル部７の正電極７Ａ・
負電極７Ｂに各別に送ることで、電子の移動によって放
電することが可能となる。因みに、放電セル部７での放
電によってイオンの価数が変化（５価から４価へ、２価
から３価へ変化）した電解液４は、前記正極電解液収容
部５Ａ・負極電解液収容部５Ｂに戻され、再度、充電セ
ル部６によって充電されることで５価・２価のバナジウ
ムイオンを含んだ電解液４として再生することができ
る。従って、前記正極電解液収容部５Ａ、負極電解液収
容部５Ｂの電解液４を、充電セル部６と放電セル部７と
にそれぞれ循環させることによって、充電と放電とを並
行して実施することが可能となる。

【００２３】また、放電セル部７からの直流電気は、直
流供給部１０を通して前記直流機器設備２ｂに供給され
ると共に、前記交流供給部１２を通して前記交流機器設
備２ａに供給される。但し、何れか一方のみに放電する
ように切換操作することも可能である。当該蓄電システ
ムＳによれば、直流機器設備２ｂに対しては、電圧の安
定した直流電気を供給することができると共に、交流機
器設備２ａに対しては、電圧・周波数共に安定したも交
流電気を供給することが可能となる。更には、前記蓄電
池３に電気が蓄えられているから、停電時には電源の切
替等を行うことなく、そのまま継ぎ目の無い状態で電気
の供給を継続することが可能となる。そして、充分な充
電量を確保できるように設備を構成するだけで、例え
ば、夏期の昼間のように電力需要がピークとなる時で
も、夜間に充電した電気を有効に利用することができ、
電力需要の平準化を促進することが可能となる。

【００２４】〔別実施形態〕以下に他の実施の形態を説
明する。

【００２５】〈１〉前記電気供給系１は、先の実施形
態で説明した交流電源に限るものではなく、例えば、直
流電源であってもよく、それらを含めて電気供給系と総
称する。尚、電気供給系が直流電源の場合には、先の実
施形態で説明したコンバータ９は省略することができ
る。また、これら電気供給系は電力会社から送電される
ものに限らず、自家発電によって供給されるものであっ
てもよい。〈２〉前記蓄電池は、先の実施形態で説明したバナジ
ウム電解液を使用するレドックスフロー電池に限るもの
ではなく、例えば、鉄・クロム電解液を使用するもので
あってもよい。〈３〉前記電解液収容部５は、先の実施形態で説明し
たように正電極側と負電極側とを一つずつ設ける構成に
限るものではなく、例えば、充電セル部６によって充電
した正電極側・負電極側の各電解液（バナジウム電解液
の場合には、５価、又は、２価のバナジウムイオンを多
く含んだ電解液）を各別に集めて収容する収容部と、放
電セル部７によって放電した正電極側・負電極側の各電
解液（バナジウム電解液の場合には、４価、又は、３価
のバナジウムイオンを多く含んだ電解液）を各別に集め
て収容する収容部との両方を設けたものであってもよ
い。この場合、充電・放電の各状態での電解液の収容量
を、各別に設定することが可能となり、充電・放電のバ
ランスを変更することが可能となる。〈４〉前記放電部の下流側に設けられる電気供給部
は、先の実施形態で説明した直流供給部１０と交流供給
部１２との両方を設けるものに限るものではなく、例え
ば、何れか一方のみを設けるものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄電システムを組み込んだ建物を示す概念図

【図２】蓄電システムを示す概念斜視図

【図３】セル部を示す分解斜視図

【図４】従来の蓄電システムを示す概念図

【符号の説明】

１電気供給系２電気需要系３蓄電池４電解液５電解液収容部６充電セル部７放電セル部８送液手段９コンバータ１０直流供給部１１インバータ１２交流供給部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦晋司大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者西端康介大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者隅直人大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者徳田信幸大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者古家昌之大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA02 CB03 DA04 DA16 GB03 GB06 5H026 AA10 RR01 5H027 AA10 DD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気供給系と電気需要系との間に、前記
電気供給系からの電気を充電自在で、充電した電気を前
記電気需要系に放電自在な蓄電池を備えた蓄電システム
であって、前記蓄電池をレドックスフロー電池で構成し、前記レド
ックスフロー電池の電解液を収容自在な電解液収容部
に、前記電気供給系からの電気を電解液に充電する充電
セル部と、前記電解液に充電した電気を前記電気需要系
に放電する放電セル部とを各別に連通接続し、前記充電
セル部と前記電解液収容部との間、及び、前記放電セル
部と前記電解液収容部との間で、前記電解液を流通操作
自在な送液手段を設けてある蓄電システム。
【請求項２】前記電気供給系は、交流電源で、前記充
電セル部の前記電気供給系側に、前記電気供給系からの
交流電気を直流電気に変換自在なコンバータを設けてあ
る請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】前記放電セル部の前記電気需要系側に、
前記放電セル部からの直流電気を前記電気需要系に供給
自在な直流供給部と、前記放電セル部からの直流電気を
インバータを介して交流電気に変換して前記電気需要系
に供給自在な交流供給部との内、少なくとも一方の供給
部を設けてある請求項１又は２の何れかに記載の蓄電シ
ステム。