JP2003052132A - 電源システムの運転方法 - Google Patents

電源システムの運転方法

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JP2003052132A JP2001237056A JP2001237056A JP2003052132A JP 2003052132 A JP2003052132 A JP 2003052132A JP 2001237056 A JP2001237056 A JP 2001237056A JP 2001237056 A JP2001237056 A JP 2001237056A JP 2003052132 A JP2003052132 A JP 2003052132A
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Katsuji Emura
勝治 江村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電設備を効率的に運転すると共に稼働時間
を削減することができる電源システムの運転方法と電源
システムとを提供する。 【解決手段】 発電設備10と負荷20との間に二次電池
（レドックスフロー電池30）が接続された電源システム
を運転する方法であって、発電設備10を一定出力で運転
する。発電設備にはディーゼル発電機などを用いる。特
に、発電設備を定格出力で運転しつづけることでその運
転効率が高められる。また、発電設備の運転により余剰
電力が出た場合は二次電池を充電し、不足が出た場合は
レドックスフロー電池を放電して需要に見合った電力供
給を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電源システムの運転
方法および二次電池を用いた電源システムに関するもの
である。特に、発電設備を効率的に運転すると共に積算
稼働時間を削減することができる電源システムの運転方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】離島などでの電源供給手段としてスタン
ドアローンの電源システムがある。これは、ディーゼル
発電機などの発電設備を島内の負荷に接続して、必要な
電力をまかなうものである。
【０００３】このようなシステムでは、従来、例えば複
数の発電設備を組み合わせて電力供給を行っている。よ
り具体的には、極力定格出力の50％以上の出力で各発電
設備を稼動し、複数台の発電設備が稼動している場合
は、各発電設備の出力が均等となるように稼動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の運転方
法では、各発電設備の出力がまばらで運転効率が悪い。
一般にディーゼル発電機などの燃焼型の発電機は、定格
出力で運転することが最も効率的である。
【０００５】また、各発電設備の積算稼働時間も長くな
り、メンテナンス頻度も増えるなどの問題もあった。
【０００６】従って、本発明の主目的は、発電設備を効
率的に運転すると共に積算稼働時間を削減することがで
きる電源システムの運転方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、効率的な運転が行える二次電
池を用いた電源システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、蓄電設備とし
て二次電池を用い、発電設備を一定出力で運転すること
で上記の目的を達成する。
【０００８】すなわち、本発明電源システムの運転方法
は、発電設備と負荷との間に二次電池が接続された電源
システムを運転する方法であって、発電設備を予め定め
られた一定出力で運転し、発生した電力と負荷需要電力
との過不足を二次電池への充電または二次電池からの放
電で調整することを特徴とする。
【０００９】このように、発電設備を常に一定の出力で
運転することで、効率の良い運転を行う。特に、定格出
力で運転しつづける場合、最も効率的な運転ができる。
そして、発電設備で余剰電力が出る際には二次電池を充
電し、発電設備のみの運転では供給電力が不足する場合
は二次電池から放電することで負荷に対応した電力供給
を行う。
【００１０】二次電池としてレドックスフロー電池を用
いると特に好ましい。レドックスフロー電池は充放電の
繰り返しによる劣化が極めて少ないからである。また、
レドックスフロー電池は各電池セルの電解液が共通して
おり、充放電を繰り返しても各セル間（又はセルスタッ
ク間）で充電状態のアンバランスが生じることもない。
そのため、充電状態のアンバランスを調整するための充
電などが不要になり、電源システムとして一層効率的な
運転を行うことができる。
【００１１】さらに、レドックスフロー電池は他の二次
電池に比べて充放電の深度を大きくとることが可能であ
る。すなわち、レドックスフロー電池の定格出力の0％
から100％の間で充電放電を繰り返してもよい。これに
より、レドックスフロー電池の定格出力は発電設備の定
格出力の1/2以上とすることができる。このような出力
のレドックスフロー電池を用いて発電設備の稼動とレド
ックスフロー電池の充放電を組み合わせることで、供給
電力と需要電力とが対応したシステムを構成できる。例
えば、定格出力の50％から100％の間での使用に制限さ
れるような他の二次電池であれば、発電設備の定格出力
と同じ定格出力をもつ電池を必要とするので経済性が劣
る。また、電力需要の低い場合はレドックスフロー電池
の放電のみによっても電力供給を行うことにも好都合
で、発電設備の稼働時間削減に寄与する。
【００１２】発電設備には、種々の公知の発電機が利用
できる。例えば、ディーゼル発電機やガスタービン発電
機などが挙げられる。これらの発電機のように燃料を燃
焼することで発電を行う燃焼型発電機は、一般に定格出
力で運転しつづけることが最も効率的である。
【００１３】さらに、発電設備は複数台あることが好ま
しい。複数台の発電設備を用いることで、電力需要の少
ないときは一部の発電設備のみ運転し、電力需要の多い
ときは全ての発電機を運転させるなど、需要電力に応じ
た台数を選択して稼動し、効率的な運転が実現できる。
その結果、各発電設備の積算稼動時間を削減して、メン
テナンスサイクルを長くすることもできる。
【００１４】そして、本発明の二次電池を用いた電源シ
ステムは、上述の方法により運転されることを特徴とす
る。すなわち、このシステムは、発電設備と、負荷と、
発電設備と負荷との間に接続され、かつ一定出力で運転
されると共に発電設備の供給電力と負荷の需要電力との
過不足を調整する二次電池とを具える。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明運転方法が用いられる電源システム
である。このシステムは、３つの発電設備10が島内の負
荷20に対して接続され、両者の途中にレドックスフロー
（RF）電池30が接続されている。レドックスフロー電池
30は、交直変換装置（インバーター）31と電池本体32と
から構成される。
【００１６】ここでは発電設備10にディーゼル発電機
（DG）を用いた。
【００１７】また、レドックスフロー電池も一般的なも
のを利用する。レドックスフロー電池30の動作原理を図
2に基づいて説明する。この電池は、イオンが通過でき
る隔膜103で正極セル100Aと負極セル100Bとに分離され
たセル100を具える。正極セル100Aと負極セル100Bの各
々には正極電極104と負極電極105とを内蔵している。正
極セル100Aには、正極電解液を供給及び排出する正極用
タンク101が導管106、107を介して接続されている。同
様に負極セル100Bには、負極用電解液を供給及び排出す
る負極用タンク102が導管109、110を介して接続されて
いる。各電解液は、バナジウムイオンなどの価数が変化
するイオンの水溶液を用い、ポンプ108、111で循環さ
せ、正極電極104及び負極電極105におけるイオンの価数
変化反応に伴って充放電を行う。バナジウムイオンを含
む電解液を用いた場合、セル内で充放電時に生じる反応
は次のとおりである。
【００１８】 正極：V4+→V5+＋e-（充電） V4+←V5+＋e-（放電） 負極：V3+＋e-→V2+（充電） V3+＋e-←V2+（放電）
【００１９】通常、複数のセルを積層したセルスタック
と呼ばれる構成が利用される。
【００２０】このようなシステムを用いて、各発電設備
は常に一定の出力で運転し、電力需要が少ない場合はレ
ドックスフロー電池を充電し、電力需要が多い場合は、
複数の発電設備を同時に運転したりレドックスフロー電
池から放電したりして対応する。また、各発電設備は、
電力需要に応じて稼動台数を選択する。
【００２１】（試算例）本発明運転方法と従来の運転方
法で電源システムの運転シミュレーションを行い、ディ
ーゼル発電機の積算稼動時間（3台の合計）、燃料消費
量、積算発電量などを求めて比較した。試算の前提条件
は次の通りである。
【００２２】（ディーゼル発電機） 定格出力：120kW 台数：3台 定格出力時(A)の燃料消費率：0.26L/kWh 定格の50％出力時(B)の燃料消費率：0.286L/kWh(定格時
の1割悪化と仮定) (A)-(B)間の燃料消費率：直線近似 燃料単価：50円/L メンテナンス：稼動時間2000時間毎
【００２３】（レドックスフロー電池） 定格出力：60kW 台数：1台
【００２４】 （負荷曲線） 夏季 最大消費電力：344kW/h 最小消費電力：63kW/h 春秋季 最大消費電力：317kW/h 最小消費電力：63kW/h 冬季 最大消費電力：229kW/h 最小消費電力：63kW/h 具体的なパターンについては図５〜７の最上段のグラフ
に示す。
【００２５】これらの前提の下、図3、4に示す動作パタ
ーンの実施例（RF導入後）と、図8、9に示す動作パター
ンの比較例（RF導入前）について夏季、春秋季、冬季の
各々の発電出力をシミュレーションした。
【００２６】実施例の発電機の動作パターンは、各ディ
ーゼル発電機を定格出力で稼動させる。そして、各発電
機の合計出力が極力120kW/h、240kW/h、360kW/hになる
ようにレドックスフロー電池を充放電して需給調整す
る。
【００２７】比較例の発電機の動作パターンは、極力定
格出力の50％以上の出力で稼動する。そして、複数台の
発電機が稼動している場合は、各発電機の出力を均等に
する。
【００２８】各シミュレーション結果を、実施例は図5
〜7に、比較例は図10〜12に示す。また、各結果を夏季
は表1に、春秋季は表2に、冬季は表3に、通年は表4にま
とめる。表4における「DGの平均稼動率」とは「DG積算
稼動時間」を「72h×365日」で除したものである。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
【表３】
【００３２】
【表４】
【００３３】特に表4の結果から明らかなように、RF導
入後は「DG積算稼動時間」、「メンテナンス頻度」、
「燃料消費量」が大幅に減少していることがわかる。一
方でDG積算発電量は増加しており、レドックスフロー電
池の充電にも十分対応でき、非常に効率的なエネルギー
利用が可能になることがわかる。また、燃料消費量削減
に伴う二酸化炭素排出量の削減や、燃焼効率向上による
SOx、NOxの削減も期待される。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明運転方法に
よれば、発電設備を定格出力で運転することにより発電
機のエネルギー効率を高めることができる。
【００３５】また、レドックスフロー電池を用いること
で、発電設備で余剰電力が出る際にはレドックスフロー
電池を充電し、発電設備のみの運転では供給電力が不足
する場合はレドックスフロー電池から放電することで負
荷に対応した電力供給を行うことができる。その結果、
発電設備の積算稼働時間を削減でき、燃料消費量削減、
メンテナンス頻度低減、設備の延命化を図ってコスト低
減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を用いる電源システムの概略図であ
る。
【図２】レドックスフロー電池の概略説明図である。
【図３】本発明方法による発電機の出力とレドックスフ
ロー電池の充放電状況を示すグラフである。
【図４】本発明方法による発電機の出力とレドックスフ
ロー電池の充放電状況を示すグラフである。
【図５】本発明方法による夏季における消費電力パター
ン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー電
池の充放電パターンを示すグラフである。
【図６】本発明方法による春秋季における消費電力パタ
ーン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー
電池の充放電パターンを示すグラフである。
【図７】本発明方法による冬季における消費電力パター
ン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー電
池の充放電パターンを示すグラフである。
【図８】従来方法による発電機の出力とレドックスフロ
ー電池の充放電状況を示すグラフである。
【図９】従来方法による発電機の出力とレドックスフロ
ー電池の充放電状況を示すグラフである。
【図１０】従来方法による夏季における消費電力パター
ン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー電
池の充放電パターンを示すグラフである。
【図１１】従来方法による春秋季における消費電力パタ
ーン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー
電池の充放電パターンを示すグラフである。
【図１２】従来方法による冬季における消費電力パター
ン、各発電機の出力パターンおよびレドックスフロー電
池の充放電パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
10 発電設備 20 負荷 30 レドックスフロー電池 31 交直変換装置 32 電池本体 100 セル 100A 正極セル 100B 負極セル 101 正極用タンク 102 負極用タンク 103 隔膜 104 正極電極 105 負極電極 106、107、109、110 導管 108、111 ポンプ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA07 BA01 CA02 CC02 DA06 DA18 GB06 5G066 JA03 JA07 JB03 5H026 AA10 HH06 RR01 5H590 AA02 CA07 CA21 CC01 CD03 CE02 EA07 EA14 EB02 EB14 FA05 FA08 FB01 GA02 GA06 HA02 HA06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発電設備と負荷との間に二次電池が接続
    された電源システムを運転する方法であって、 前記発電設備を予め定められた一定出力で運転し、発生
    した電力と負荷需要電力との過不足を前記二次電池への
    充電または該二次電池からの放電で調整することを特徴
    とする電源システムの運転方法。
  2. 【請求項２】 負荷需要電力に応じて運転台数が選択さ
    れる複数の発電設備を有し、 選択された発電設備は予め定められた一定出力で運転す
    ることを特徴とする請求項1に記載の電源システムの運
    転方法。
  3. 【請求項３】 発電設備の一定出力とは該発電設備の定
    格出力であることを特徴とする請求項1または2に記載の
    電源システムの運転方法。
  4. 【請求項４】 二次電池はレドックスフロー電池である
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電源シ
    ステムの運転方法。
  5. 【請求項５】 レドックスフロー電池の定格出力が発電
    設備の定格出力の1/2以上であることを特徴とする請求
    項4に記載の電源システムの運転方法。
  6. 【請求項６】 請求項1〜5のいずれかの方法により運転
    されることを特徴とする二次電池を用いた電源システ
    ム。
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