JP2007060826A - 電力貯蔵装置の運用システム - Google Patents

Abstract

【課題】 需要家および事業者の双方が経済的メリットを得られるばかりでなく、電力品質を向上させうる合理的な電力貯蔵事業を確立する。
【解決手段】 電力貯蔵事業者が需要家の電力系統内に分散型電源としての電力貯蔵装置２を設置し、制御センター６より情報通信ネットワーク７を介して需要家の電力負荷を監視しつつ電力貯蔵装置２を遠隔操作してその運用を行う。複数の需要家に電力貯蔵装置を設置し、制御センターにおいて各需要家の電力負荷を監視しつつ各需要家に設置した複数の電力貯蔵装置の一括運用を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は分散型電源としての電力貯蔵装置の運用システムに関する。

周知のように、電力自由化の進展に伴い電力需要家はこれまでの電力会社への全面的な依存から電力供給事業者を自由に選択し、また自家発電設備や各種の分散型電源の積極的な活用を指向する気運にある。特に、天然ガスコージェネレーションに代表されるような分散型電源の採用は、熱電併給による総合エネルギー効率の向上、温室効果ガス排出量の削減、負荷平準化（ピークカット）によるコスト削減効果、震災時や火災時の自立安定性の確保、といった観点からも有効であり、さらなる普及が望まれているところでもある。

また、電力事業の自由化を背景として新たな事業形態の提案がなされており、たとえば特許文献１や特許文献２には、分散型電源としての自家発電設備や燃料電池を電力サービス事業者が需要家の系統内に設置して運用管理を行うというシステムが提案されている。
特開２００２−２１８６４９号公報 特開２００４−０４８９９５号公報

特許文献１や特許文献２に示されているような新規な電力サービス事業は、買電に比べれば相対的に低コストとされる重油や天然ガスあるいは都市ガスを燃料として自家発電設備や燃料電池を効率的に運用することを基本とするものであるが、いずれにしても燃料調達コストの変動は不可避であるので常に価格変動リスクを負い、原油価格急騰といった事態を想定すればそのような電力サービス事業の安定性や信頼性に問題があるともされている。

また、近年におけるＩＴ関連技術の高度の普及に伴い、電力の量的な安定供給は言うに及ばず質的な安定供給、すなわち電力品質の確保とさらなる向上とが求められている。したがって、需要家において分散型電源を高度に活用する際、あるいは上記のような新規な電力サービス事業を運用する際には、万一の停電はもとより瞬時の電圧降下をも許さない高度の電力品質の調整や補償を行う必要があるとされているが、従来一般の分散型電源である自家発電設備や燃料電池ではその点での十分な対応が困難である。

さらに、一般に分散型電源は負荷の変動に対する応答性が遅く、需要家がこれらを主体とする自家発電設備を導入してピークカットを行った場合には、需要家内の負荷変動に対しては有効に追従できないものである。このために、連系する電力事業者から変動応答性に優れる電力の供給を受ける必要があり、高度のアンシラリーサービスのできる電力事業者に依存せざるを得ないし、その対価を必要とする。また、連系する系統の停電時にも自家発電設備を運転して対処しようとすると、一部の安定な負荷のみにしか供給ができず、負荷の切り離しなどの手順で対応に時間を要して停電回復時間を十分に短縮できない。

本発明は、電力貯蔵事業者が需要家の電力系統内に分散型電源を設置してその最適運用を行うことを基本とするものであるが、分散型電源としては従来一般の自家発電設備や燃料電池に代えて各種の電力貯蔵装置を採用し、電力貯蔵事業者が情報通信ネットワークを介して需要家の電力負荷を監視しつつ制御センターより電力貯蔵装置を遠隔操作することによって、電力品質の確保も含めて最も効率的かつ最適な運用を行うことを要旨とするものである。

本発明の運用システムにおける電力貯蔵装置としては、鉛蓄電池をはじめとする各種の二次電池はもとより、キャパシタ、超電導磁気エネルギー貯蔵システム、フライホイール式電力貯蔵システム等が好適に採用可能であり、さらに需要家の立地条件や用途、規模によっては揚水発電システム、岩盤内圧縮空気貯蔵システムの採用も可能である。また、それら各種の電力貯蔵装置と他の分散型電源、たとえばガスエンジンあるいはガスタービンによる発電システム、双方向性の燃料電池システム、風力発電システムや太陽光発電システム等を並設して、電力貯蔵装置の最適運用のためにそれらの分散型電源を連系制御するようにしても良い。

本発明においては需要家に設置した電力貯蔵装置を需要家ごとに個別に運用することに限らず、複数の需要家に設置した複数の電力貯蔵装置をインターネット等の情報通信ネットワークを有効に活用して制御センターにおいて統合して一括運用を行うことも可能である。

本発明によれば次のような効果が得られる。
（１）電力貯蔵事業者が電力貯蔵装置を設置して運用することにより、需要家は設備投資を必要とせずに電力負荷の平準化（ピークカット）と契約電力の低減が可能であり、それによる十分なエネルギーコスト削減効果が得られ、電力貯蔵事業者はその削減コストの一部を対価として受け取ることで、双方が経済的なメリットを得られる。
（２）電力貯蔵事業者は、電力貯蔵装置の運用に際してその充電のための電力として電力会社からの安価な夜間電力や、新規電力供給事業者等による低価格の電力を安定に活用でき、従来一般の分散型電源の場合のような燃料調達における価格変動リスクを回避し得る。
（３）電力貯蔵装置は充放電効率が高く総合エネルギー効率に優れるばかりでなく、装置全体がシンプルで補機類や稼働部品も少なく保守性にも優れ、運用コストが特に低廉で済む。
（４）電力貯蔵装置は負荷応答性に優れ、特に急速な負荷変動を有効に補償することが可能であるし、非常用電源や無停電電源等の電力品質向上に寄与する機能（ＵＰＳ機能）の付加を容易に行い得るので、自ずと高品質の電力を安定に供給することができる。また再生可能エネルギー源（風力や太陽光等の自然エネルギー源）の発電能力の変動性を有効に補償できるのでその有効活用を図ることができる。
（５）需要家の系統内に電力貯蔵装置を配置して負荷変動に対応して即応的に負荷変動補償をすることが可能であり、停電時を含めて電力事業者からの系統の擾乱時にも安定な運転ができる。ピークカットを行った場合にも、予備電力で負荷変動を補償し、アンシラリーサービスを受ける必要がなくなる。
（６）複数の需要家に設置した複数の電力貯蔵装置を統合して一括運用を行うことにより、各需要家に設置した電力貯蔵装置を各需要家間で融通し合うことができ、それを前提として個々の電力貯蔵装置の容量やその運用パターンを合理的に設定でき、全体として最も効率的かつ経済的な運用が可能である。

図１は本発明の電力貯蔵装置の運用システムの実施形態を示す系統図である。これは、需要家が設置する通常の受変電設備１に対して電力貯蔵事業者が分散型電源としての電力貯蔵装置２（図示例では蓄電池）を付加し、その受変電設備１および電力貯蔵装置２に設けたトランスデューサ群３，４，５からの情報を電力貯蔵事業者が運営する制御センター６へ情報通信ネットワーク７（インターネット）を介して伝送し、それに基づいて電力貯蔵事業者が制御センター６からの遠隔操作指令によって電力貯蔵装置２を負荷変動に応じて最適運用することを基本とするものである。

図示例の受変電設備１は、電力会社配電線（３相６．６ｋＶ）から高圧受電し、気中開閉器（ＰＡＳ）、断路器（ＤＳ）、真空遮断機（ＶＣＢ）、負荷開閉器（ＬＢＳ）、トランスを介して５系統の低圧負荷系統へ電源供給を行うものである。なお、図中のＺＣＴは零相変流器、ＯＣＧＲは地絡過電流継電器、ＰＣＴは電力需給用計器用変成器、Ｗｈは使用電力計（積算電力計、最大需要電力計、無効電力量計）、ＥＶＴは接地形計器用変圧器、ＯＶＧＲは地絡過電圧継電器、ＶＴは計器用変圧器、ＣＴは計器用変流器、ＯＶＲ、ＵＦＲ、ＵＶＲ、ＯＣＲ、ＤＳＲ、ＲＰＲ、ＵＰＲは各種の保護装置用継電器、Ｖは電圧計、電流計Ａであり、これらは通常の受変電設備と同様に備えられているものである。

上記の受変電設備１には、電力貯蔵装置２の運用のために、受電電力計測用のトランスデューサ群３と、負荷電力計測用のトランスデューサ群４とが備えられ、それらにより受電量および各低圧負荷系統の負荷量が情報通信ネットワーク７を介して刻々と制御センター６へ入力されるようになっている。上記の各トランスデューサ群３，４は、いずれも周波数信号用のトランスデューサ（Ｆ／ＴＤ）、電圧信号用のトランスデューサ（Ｖ／ＴＤ）、電流信号用のトランスデューサ（Ａ／ＴＤ）、電力信号用のトランスデューサ（Ｗ／ＴＤ）を有し、それに加えて受電電力計測用のトランスデューサ群３にはさらに積算電力信号用のトランスデューサ（Ｗ／ＴＤＧ）を有している。

電力貯蔵装置２には、制御装置８、解列用遮断器９、電力貯蔵入出力計測用のトランスデューサ群５を備え、そのトランスデューサ群５からのデータも同じく情報通信ネットワーク７を介して制御センター６へ刻々と入力されるようになっている。

制御センター６では、各トランスデューサ群３〜５から入力されるデータに基づき、電力貯蔵装置制御サーバ１０が電力貯蔵装置２の貯蔵エネルギーを常時監視するとともに、商用系統からの買電電力と各低圧負荷系統の負荷電力を計測して受電量と各系統の負荷量を刻々と把握し、それに基づき電力貯蔵装置２を最適に運用するための制御指令を出力して最適なタイミングで最適な放電あるいは充電を行うようになっている。

なお、電力貯蔵装置２の充電は電力会社からの夜間電力を利用する他、図示しているように新規電力供給事業者１１から安価な電力を電力会社の送電線を利用する託送によって調達することも可能であるが、その場合には新規電力供給事業者１１の発電量を制御センター６において監視する必要もあるので、新規電力供給事業者１１での発電量情報を情報通信ネットワーク７を介して制御センター６に伝送して監視すれば良い。

本システムによれば、安価な電力を利用して電力貯蔵装置２を充電し、電力料金が相対的に高価な時間帯において放電することにより、電力会社からの受電量を平準化してピークカットが可能であり、それにより電力会社との契約電力を低減できるから、従量料金のみならず基本料金も削減することができ、需要家としては優れたエネルギーコスト削減効果が得られる。特に、通常であれば特別高圧受電が必要とされるような大規模需要家の場合であっても、本システムの採用によって契約電力を低減することにより特別高圧受電を回避して普通高圧受電とすることが可能となる場合があり、その場合には受変電設備を大幅に軽減できてそのための設備費を十分に削減することが可能である。

一方、電力貯蔵事業者は低廉なコストで電力貯蔵装置２を設置して運用することにより、その対価として需要家から削減コストの一部を受け取り、それにより需要家および電力貯蔵事業者の双方がともに大きな経済的利益が得られる。

また、電力貯蔵事業者は電力貯蔵装置２の運用に際して電力品質の調整・補償を行うことにより、需要家に対して高品質の電力を安定に供給することができる。電力品質調整のメニューとしては、力率調整、高調波・電圧フリッカ補償、瞬低・瞬停補償、負荷変動補償、正・逆アンシラリーサービス、周波数安定化、再生可能エネルギー源の有効活用、系統異常時の非常用発電機能、ＵＰＳ機能、等が考えられる。特に、電力貯蔵装置２は本質的に応答特性に優れて急速な負荷変動を補償可能なものであるから自ずと電力品質の調整機能に優れるものであるし、充電しつつ放電を行う充放電運転によって長時間の負荷変動に対する補償も可能であるから、たとえば商用系統から独立して自立運転を行うような場合に不可欠である急速な負荷変動に対する補償機能を十分に発揮することができる。

図２は複数の需要家に設置した電力貯蔵装置２を制御センター６において一括運用するようにした場合のイメージを示すもので、この場合には各需要家に設置した電力貯蔵装置２を各需要家間で融通し合うこともでき、それを前提として個々の電力貯蔵装置２の容量やその運用パターンを合理的に設定できることから、全体として最も効率的かつ経済的な運用が可能である。たとえば、ピーク負荷が日々変化する需要家とピーク負荷の出現時刻が異なる需要家とを連系して、総合的な負荷予測システムによる評価を実施しながら複数需要家間で電力貯蔵装置２を相互に協調充放電させるようなことが可能である。なお、各需要家と制御センター６との間の通信手段は、需要家に対して提供するサービスと電力貯蔵事業者との契約内容に応じて、インターネット等の情報通信ネットワーク７と専用通信線１２とを使い分けることが良い。

以上で説明したシステムは電力貯蔵事業者が中核となって運用するものであり、図３はその事業形態のイメージを示すものである。すなわち、電力貯蔵事業者は電力貯蔵装置をサプライア（機器メーカー）から購入して保有し、サプライアとの間で保守契約を締結する。そして、保有している最新鋭の各種の電力貯蔵装置を契約により需要家に設置してそれを運用する。需要家は削減コストの一部を契約料として電力貯蔵事業者に支払う。さらに、電力貯蔵事業者は高度の専門知識を有する専門家として、たとえば需要家と電力会社との契約、負荷診断による需要家内供給システムの立案、電力品質維持のための方策といった事案についてのコンサルタント業務を行うことが考えられる。

以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、需要家の用途や規模その他の諸条件に応じて適宜の変更や応用が可能である。たとえば上記実施形態は電力貯蔵装置として蓄電池を採用した場合の例であるが、電力貯蔵装置としては、鉛蓄電池をはじめとする各種の二次電池はもとより、キャパシタ、超電導磁気エネルギー貯蔵システム、フライホイール式電力貯蔵システム等が好適に採用可能であるし、さらには揚水発電システム、岩盤内圧縮空気貯蔵システムの採用も可能である。また、上記実施形態では通常の受変電設備に単一の電力貯蔵装置のみを設置した場合の例であるが、複数あるいは異種の電力貯蔵装置を並設して連系制御することはもとより、電力貯蔵装置と他の分散型電源、たとえばガスエンジンあるいはガスタービンによる発電システム、双方向性の燃料電池システム、風力発電システムや太陽光発電システム等を並設することも勿論可能であり、その場合はそれら分散型電源を電力貯蔵装置と連系制御して電力貯蔵装置の最適運用を行えば良い。

本発明の運用システムの一実施形態を示す系統図である。 同、複数の需要家に設置した電力貯蔵装置を一括運用する場合のイメージを示す図である。 同、電力貯蔵事業者が中核となる事業形態のイメージを示す図である。

符号の説明

１ 受変電設備
２ 電力貯蔵装置
３〜５ トランスデューサ群
６ 制御センター
７ 情報通信ネットワーク（インターネット）
８ 制御装置
９ 解列用遮断器
１０ 電力貯蔵装置制御サーバ
１１ 新規電力供給事業者
１２ 専用通信線

Claims (2)

1. 電力貯蔵事業者が需要家の電力系統内に分散型電源としての電力貯蔵装置を設置し、制御センターより情報通信ネットワークを介して需要家の電力負荷を監視しつつ電力貯蔵装置を遠隔操作してその運用を行うことを特徴とする電力貯蔵装置の運用システム。
2. 複数の需要家に電力貯蔵装置を設置し、制御センターにおいて各需要家の電力負荷を監視しつつ各需要家に設置した複数の電力貯蔵装置の一括運用を行うことを特徴とする請求項１記載の電力貯蔵装置の運用システム。

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