JP2008043170A - 電力供給システム、需用家群設備、およびその監視制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な太陽光発電所を必要とせずに太陽光発電を利用し、安定した電力供給が可能な電力供給システムを提供する。
【解決手段】発電所２０１，３０１は、任意の方法で発電する発電量が可変の発電装置を備えており、その発電装置で発電した電力を電力網４００に供給する。需用家群設備５０は、太陽光発電装置を備えており、その太陽光発電装置で発電した電力を電力網４００に供給すると共に、電力網４００からの電力を需用家宅に供給する。監視制御装置６０は、需用家群設備５０の太陽光発電装置から電力網４００に供給した第１の電力量と、電力網４００から需用家群設備５０を介して需用家宅に供給された第２の電力量とを監視する。そして、監視制御装置６０は、第１の電力量および第２の電力量に基づいて発電所２０１，３０１の発電量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般の需用家に対して電力を供給する電力供給システムに関する。

二酸化炭素などの温暖化ガスの削減やＲＰＳ（Ｒｅｎｅｗａｂｌｅｓ Ｐｏｒｔｆｏｌｉｏ Ｓｔａｎｄａｒｄ：電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法）の施行に代表されるように、電気事業者の発電のクリーン化の必要性が高まっている。そして、電気事業者の発電装置として太陽光発電システムの導入に大きな期待が寄せられている。

図４は、太陽光発電を利用した一般的な電力供給システムの構成を示すブロック図である。図４を参照すると、太陽光発電を利用した電力供給システムは、大規模太陽光発電所１００、非太陽光発電所２００，３００、電力網４００、需用家群設備５００、および監視制御装置６００で構成されている。

大規模太陽光発電所１００は、大規模な太陽電池または太陽熱発電装置など太陽光を電力に変換する装置を中心に構成された発電設備であり、発電した電力を電力網４００に供給する。

非太陽光発電所２００，３００は、火力、水力、原子力などの太陽光発電以外の方法で発電する装置を中心に構成された発電設備であり、大規模太陽光発電所１００と同様、発電した電力を電力網４００に供給する。

電力網４００は、大規模太陽光発電所１００および非太陽光発電所２００，３００から供給された電力を需用家群設備５００に供給する。

需用家群設備５００は、電力網４００を介して供給された電力を受電し、電圧変換して各需用家宅（不図示）に分配する。各需用家宅に分配された電力は電気機器などで消費される。

監視制御装置６００は、大規模太陽光発電所１００および非太陽光発電所２００，３００の発電量の監視あるいは制御を行う。例えば、監視制御装置６００は、大規模太陽光発電所１００で発電される電力を監視し、その電力に応じて非太陽光発電所２００，３００の発電する電力量を制御する（非特許文献１参照）。これにより、大規模太陽光発電所１００と非太陽光発電所２００，３００によって供給される電力量を安定させることができる。
ＢＡＬＬ Ｇ Ｊ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｐｒｐ．，ＣＡ），ＨＵＤＳＯＮ Ｒ Ｍ，ＢＥＨＮＫＥ Ｍ Ｒ（Ｘａｎｔｒｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ＣＡ）、Ｃｉｎｆ Ｒｅｃ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃ Ｃｏｎｆ、「Ｒｅｃｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ，ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ＰＶ ｓｙｓｔｅｍｓ．（大規模系統連係商業太陽光発電システムの最近の応用と成果）」、アメリカ合衆国、２００２年、６２１．３１１．２９：６２１．３８３（ＵＤＣ） ＶＯＬ．２９ＴＨ ＰＡＧＥ．１７１０−１７１３

図４に示したような電力供給システムによれば、太陽光によるクリーンな新エネルギーを利用し、需用家に安定した電力を供給することが可能である。しかしながら、図４に示したような電力供給システムには以下のような問題点がある。

水力、火力、原子力などの非太陽光発電所に匹敵する電力を太陽光発電によって得るためには大規模な太陽光発電所が必要とされる。そして、大規模な太陽光発電所の建設には広大な敷地が必要とされる。そのような広大な敷地を確保するのは容易なことではない。また、広大な敷地の確保には大きな額の資金が必要とされ、その資金が電力価格に反映されれば電気料金が上昇することとなる。

また、広大な敷地を必要とするため、需用家が集中している都市部から遠隔に位置するローカルなエリアに大規模太陽光発電所を建設せざるを得なくなる状況が容易に想定される。ローカルエリアから都市部へ電力を伝送すれば、伝送による電力の損失が大きくなる。

さらに、一般にローカルエリアには大容量の電力を搬送する既存の送電施設がないので、そこに大規模太陽光発電所を建設しようすれば送電施設も新設する必要が生じる。この送電設備の新設にも大きなコストがかかる。

また、大規模太陽光発電所から需用家に電力を供給する電力供給システムでは、需用家側に発電装置が存在しないので、何らかの原因で電力網４００に停電が発生すれば、需要家宅では一切の電力供給が停止してしまう。例えば、停電対策として非常用電源網とバッテリーによるバックアップなどを備えたとしても、大規模災害などにより長時間停電が継続すれば電力の供給を維持できない。

本発明の目的は、大規模な太陽光発電所を必要とせずに太陽光発電を利用し、安定した電力供給が可能な電力供給システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、太陽光発電を利用して電力網から需用家宅に電力を供給する電力供給システムであって、
任意の方法で発電する発電量が可変の発電装置を備えており、該発電装置で発電した電力を前記電力網に供給する発電所と、
太陽光発電装置を備えており、該太陽光発電装置で発電した電力を前記電力網に供給すると共に、前記電力網からの電力を前記需用家宅に供給する需用家群設備と、
前記需用家群設備の前記太陽光発電装置から前記電力網に供給した第１の電力量と、前記電力網から前記需用家群設備を介して前記需用家宅に供給された第２の電力量とを監視し、前記第１の電力量および前記第２の電力量に基づいて前記発電所の発電量を制御する監視制御装置と、を有している。

本発明によれば、太陽光発電装置を需用家群設備に分散して配置し、そこから電力網に電力を供給するとともに、需用家群設備から監視制御装置へ発電量および消費量を通知し、監視制御装置が発電所の発電量を制御するので、太陽光発電を利用するとともに安定した電力供給を可能にし、さらに大規模太陽光発電所の設置が不要である。

また、前記需用家群設備は、蓄電池を備え、前記電力網からの電力で前記蓄電池に蓄電しており、前記電力網が停電したとき前記蓄電池からの電力を需用家宅に供給することにしてもよい。

これによれば、需用家群設備に、蓄電池を備えた非常用電源供給装置が設置されるので、電力網が停電しても蓄電池によるバックアップで非常用電源が供給される。

また、前記需用家群設備は、前記蓄電池の電圧が所定値を下回ると、前記太陽光発電装置から前記需要者宅に電力を供給することにしてもよい。

これによれば、非常用電源供給装置の蓄電池の電圧が低下してくると、太陽光発電装置から非常用電源を供給するので、大規模災害などにより停電が長時間継続しても非常用電源の供給を継続することができる。

また、前記需用家群設備は、前記第１の電力量と前記第２の電力量を測定して前記監視制御装置に通知し、
前記監視制御装置は、前記需用家群設備から通知された前記第１の電力量を集計し、その集計結果から前記需用家群設備で将来発電される第３の電力量を予測し、前記需用家群設備から通知された前記第２の電力量を集計し、その集計結果を用いて前記需用家群設備から需要者宅に将来供給すべき第４の電力量を予測し、前記第３の電力量と前記第４の電力量を用いて前記発電所の発電量を決定することにしてもよい。

本発明によれば、太陽光発電を利用するとともに安定した電力供給を可能にし、さらに大規模太陽光発電所の設置が不要となる。

本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態の電力供給システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の電力供給システムは、発電所２０１，３０１、電力網４００、需用家群設備５０、および監視制御装置６０で構成されている。監視制御装置６０と発電所２０１，３０１は通信によってデータを送受信することができる。また、監視制御装置６０と需用家群設備５０も通信によってデータを送受信することができる。なお、この通信には、有線あるいは無線通信、公衆網あるいは企業網など任意の通信手段を用いることができる。

発電所２０１，３０１は、主に火力、水力、原子力などを用いて発電する装置を中心に構成された発電設備であり、発電した電力を電力網４００に供給する。発電所２０１，３０１は発電量が可変であり、監視制御装置６０から発電量を制御することができる。なお、発電所２０１，３０１は、太陽光発電以外の発電装置に限定されるものではなく、太陽光発電を行う発電装置で構成された発電設備であってもよい。

電力網４００は、発電所２０１，３０１から供給された電力を需用家群設備５０に供給する。また、電力網４００は、需用家群設備５０から供給された電力を他の需用家群設備５０に供給する。

需用家群設備５０は、電力網４００を介して供給された電力を受電し、電圧変換して各需用家宅（不図示）に分配する。また、需用家群設備５０は、太陽光発電の機能を有しており、太陽光発電で得られた電力を電力網４００に供給する。さらに、需用家群設備５０は蓄電池を備えており、電力網４００が停電したとき、蓄電池および太陽光発電の太陽電池から非常用電源として電力を各需用家宅に供給する。例えば、１棟の集合住宅に１つの需用家群設備５０を設置し、そこから各戸に電力を分配することにしてもよい。その場合、太陽光発電の設備を集合住宅の建物の屋上に設置すればよい。また、１棟のビルに１つの需用家群設備５０を設置し、そこから各フロアに電力を分配することにしてもよい。また、１件の個人宅に１つの需用家群設備５０を設置してもよい。

監視制御装置６０は、各需用家群設備５０が太陽光発電によって発電した電力量のデータを用いて太陽光発電による将来の発電量を予測し、各需用家群設備５０から需用家宅に供給した電力量のデータを用いて将来の電力消費を予測し、それらの予測結果に基づいて発電所２０１，３０１の発電量を制御する。

本実施形態によれば、大規模な太陽光発電所を設置することなく太陽光発電による電力供給を可能にし、かつ需用家群設備５０と発電所２０１，３０１によって供給されるトータルの電力量を安定させることができる。

図２は、需用家群設備５０の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、需用家群設備５０は、電力供給装置５１、太陽光発電装置５２、および非常用電源供給装置５３を有している。電力供給装置５１は、電力計１１、受電盤１２、およびトランス１３を有している。太陽光発電装置５２は、太陽電池２１、インバータ２２、トランス２３、および電力計２４を有している。非常用電源供給装置５３は、整流器３１、蓄電池３２、および逆流阻止ダイオード３３を有している。

電力供給装置５１は、電力網４００から供給された電力を各需用家宅に分配する。その際、電力供給装置５１は、電力網４００から供給された電力量を測定し、測定結果を消費量データとして監視制御装置６０に通知する。

電力網４００から供給される電力は電力計１１および受電盤１２を介してトランス１３に与えられる。電力計１１は、電力網４００から需用家群設備５０に供給された電力を測定し、測定結果を消費量データとして監視制御装置６０に通知する。受電盤１２は、電力計１１からの電力を受電してトランス１３に与える。トランス１３は、受電盤１２から供給された交流電力を、需用家宅で用いられる電圧の交流電力に変換し、需用家宅へ供給する。さらに、トランス５３の出力は非常用電源供給装置５３にも接続されている。

太陽光発電装置５２は、太陽光エネルギーを交流の電力に変換し、その電力を電力網４００に供給する。その際、太陽光発電装置５２は、電力網４００に供給した電力量を測定し、測定結果を発電量データとして監視制御装置６０に通知する。伝送による電力の損失を小さく抑えるために、太陽光発電装置５２は電力供給装置５１や非常用電源供給装置５３の近傍に設置するのが好ましい。

太陽光発電装置５２において太陽電池２１は、太陽光エネルギーを直流電力に変換してインバータ２２に供給する。また、太陽電池２１の出力は非常用電源供給装置５３にも接続されている。インバータ２２は、太陽電池２１からの電力を直流から交流に変換し、交流電力をトランス２３へ供給する。トランス２３は、インバータ２２からの交流電力を、電力網４００で用いられる電圧の交流電力に変換し、電力計１４を介して電力網４００に供給する。電力計１４は、電力網４００に供給した電力を測定し、測定結果を発電量データとして監視制御装置６０に通知する。

非常用電源供給装置５３は、電力供給装置５１のトランス１３の出力から電力を蓄積しており、電力網４００が停電したとき、非常灯の点灯などのための非常用電源として需用家宅に供給する。また、蓄積していた電力の需用家宅への供給で電圧が低下してくると、非常用電源供給装置５３は、太陽光発電装置５２からの電力を非常用電源として需用家宅に供給する。

電力供給装置５１のトランス１３の出力には整流器３１が接続されており、整流器３１は、トランス１３からの交流電力を直流電力に変換する。整流器５４の出力は、需用家宅の非常用電源、蓄電池３２、および逆流阻止ダイオード３３の出力端に接続されている。通常時、整流器３１からの直流電力の一部がバックアップ用の蓄電池３２に蓄えられ、蓄電池３２は充電された状態に保たれる。この蓄電池３２に蓄えられた電力が停電時に使用される。

太陽光発電装置５２の太陽電池２１の出力は逆流阻止ダイオード３３の入力端に接続されている。また、整流器３１の出力電圧は太陽電池２１の出力電圧より高く設定されている。この設定と逆流阻止ダイオード３３によって太陽電池２１の出力と整流器３１および蓄電池３２の出力との間で電力の授受は生じない。

停電時には整流器３１からの電力供給が停止するため、瞬時に蓄電池３２の放電が開始され、放電された電力が非常用電源として需用家宅に供給される。大規模災害などにより停電が長引いた場合には蓄電池３２の電圧が低下してくる。そうすると蓄電池３２の電圧が太陽電池２１の電圧を下回り、太陽電池２１から逆流阻止ダイオード３３を介して非常用電源供給装置５３に電力が供給されるようになる。その電力の一部は非常用電源として需用家宅に供給され、また一部により蓄電池５５が充電される。

図３は、監視制御装置６０の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、監視制御装置６０は、発電予測部６１、需用予測部６２、計画部６３、および発電所制御部６４を有している。なお、監視制御装置６０は、プロセッサがソフトウェアプログラムを実行することにより、発電予測部６１、需用予測部６２、計画部６３、および発電所制御部６４の機能を実現するものであってもよい。監視制御装置６０には各需用家群設備５０から発電量データおよび消費量データが送られてくる。

発電予測部６１は、各需用家群設備５０からの発電量データを集計し、その結果を用いて各需用家群設備５０の太陽光発電装置５２による翌日以降の発電量を予測し、発電量予測データとして計画部６３に通知する。その際、発電予測部６１は、発電量データの他に天気予報データを発電量の予測に用いてもよい。

需用予測部６２は、各需用家群設備５０からの消費量データを集計し、その結果を用いて各需用家群設備５０から翌日以降に需要者宅に供給すべき電力量を予測し、需用予測データとして計画部６３に通知する。

また、需用予測部６２は、太陽光発電装置を備えていない需用家の消費量データを用いて、太陽光発電装置を備えていない需用家に対して供給すべき電力量をも予測し、需用予測データとして計画部６３に通知してもよい。

計画部６３は、発電予測部６１からの発電量予測データと需用予測部６２からの需用予測データを用いて、翌日以降に各発電所で発電すべき電力量を算出し、発電所制御部６４に通知する。例えば、発電所２０１，３０１の電力供給量と需用家群設備５０の電力供給量の合計が電力供給システムのトータルの電力供給量である。このトータルの電力供給量が需用家に供給すべき電力量の合計を上回るように発電所２０１，３０１で発電すべき電力量を決定すればよい。また、計画部６３は、各発電所の発電すべき電力量を算出すると共に電力調達計画を求めてもよい。電力調達計画とは、将来の電力調達に関する計画であり、例えば他の電気事業者から調達すべき電力量などを含む。

発電所制御部６４は、計画部６３から通知された、各発電所で発電すべき電力量のデータに基づいて、各発電所２０１，３０１の発電量を制御する。

なお、需用家群設備５０から監視制御装置６０へ通知される発電量データおよび消費量データは、電気事業者全体の発電実績の管理、需用家の電力消費量の管理および課金など、電気事業者に必要な一般的な業務に利用してもよい。

本実施形態によれば、太陽光発電装置５２を需用家群設備５０に分散して配置し、そこから電力網４００に電力を供給するとともに、各需用家群設備５０から監視制御装置６０へ発電量データおよび消費量データを通知し、監視制御装置６０が発電所２０１，３０１の発電量を制御する構成なので、太陽光発電を利用するとともに安定した電力供給を可能にし、さらに大規模太陽光発電所の設置が不要となっている。例えば、太陽光発電装置５２はマンションの屋上など需用家宅の近傍に分散して設置されるため、トータルでは大きな電力を発電できるにも関わらず、広大な敷地を必要としない。その結果、用地確保の問題、用地確保によるコスト上昇で電力価格が上昇するといった問題が生じない。また、太陽光発電装置５２が需用家宅に近いので、伝送による電力の損失が低減され、送電施設を新設する必要もない。

また、本実施形態によれば、需用家群設備５０に、蓄電池３２を備えた非常用電源供給装置５３が設置されるので、電力網４００が停電しても蓄電池３２によるバックアップで非常用電源が供給される。

また、本実施形態によれば、非常用電源供給装置５３の蓄電池３２の電圧が低下してくると、太陽光発電装置５２から非常用電源供給装置５３に電力を供給するので、大規模災害などにより停電が長時間継続しても非常用電源の供給を継続することができる。

本実施形態の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 需用家群設備５０の構成を示すブロック図である。 監視制御装置６０の構成を示すブロック図である。 太陽光発電を利用した一般的な電力供給システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 電力計
１２ 受電盤
１３ トランス
２１ 太陽電池
２２ インバータ
２３ トランス
２４ 電力計
３１ 整流器
３２ 蓄電池
３３ 逆流阻止ダイオード
５０ 需用家群設備
５１ 電力供給装置
５２ 太陽光発電装置
５３ 非常用電源供給装置
６０ 監視制御装置
６１ 発電予測部
６２ 需用予測部
６３ 計画部
６４ 発電所制御部
２０１，３０１ 発電所
４００ 電力網

Claims (8)

1. 太陽光発電を利用して電力網から需用家宅に電力を供給する電力供給システムであって、
   任意の方法で発電する発電量が可変の発電装置を備えており、該発電装置で発電した電力を前記電力網に供給する発電所と、
   太陽光発電装置を備えており、該太陽光発電装置で発電した電力を前記電力網に供給すると共に、前記電力網からの電力を前記需用家宅に供給する需用家群設備と、
   前記需用家群設備の前記太陽光発電装置から前記電力網に供給した第１の電力量と、前記電力網から前記需用家群設備を介して前記需用家宅に供給された第２の電力量とを監視し、前記第１の電力量および前記第２の電力量に基づいて前記発電所の発電量を制御する監視制御装置と、を有する電力供給システム。
2. 前記需用家群設備は、蓄電池を備え、前記電力網からの電力で前記蓄電池に蓄電しており、前記電力網が停電したとき前記蓄電池からの電力を需用家宅に供給する、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記需用家群設備は、前記蓄電池の電圧が所定値を下回ると、前記太陽光発電装置から前記需要者宅に電力を供給する、請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記需用家群設備は、前記第１の電力量と前記第２の電力量を測定して前記監視制御装置に通知し、
   前記監視制御装置は、前記需用家群設備から通知された前記第１の電力量を集計し、その集計結果から前記需用家群設備で将来発電される第３の電力量を予測し、前記需用家群設備から通知された前記第２の電力量を集計し、その集計結果を用いて前記需用家群設備から需要者宅に将来供給すべき第４の電力量を予測し、前記第３の電力量と前記第４の電力量を用いて前記発電所の発電量を決定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力供給システム。
5. 太陽光発電を利用して電力網から需用家宅に電力を供給する電量供給システムにおいて、前記需用家宅の近傍に設置される需用家群設備であって、
   太陽光発電装置を備えており、該太陽光発電装置で発電した電力を前記電力網に供給すると共に、該太陽光発電装置から前記電力網に供給した電力量を測定して監視制御装置に通知する太陽光発電装置と、
   前記電力網からの電力を前記需用家宅に供給すると共に、前記需用家宅に供給した電力量を測定して前記監視制御装置に通知する電力供給装置と、を有する需用家群設備。
6. 蓄電池を備え、前記電力網からの電力で前記蓄電池に蓄電しており、前記電力網が停電したとき前記蓄電池からの電力を需用家宅に供給する非常用電源供給装置を更に有する、請求項５に記載の需用家群設備。
7. 前記非常用電源供給装置の前記蓄電池の電圧が所定値を下回ると、前記太陽光発電装置が前記需用家宅に電力を供給する、請求項６に記載の需用家群設備。
8. 太陽光発電を利用して電力網から需用家宅に電力を供給する電力供給システムの監視制御方法であって、
   任意の方法で発電する発電量が可変の発電装置を備えた発電所にて、該発電装置で発電した電力を前記電力網に供給し、太陽光発電装置を備えた需用家群設備にて、該太陽光発電装置で発電した電力を前記電力網に供給すると共に、前記電力網からの電力を前記需用家宅に供給し、
   前記需用家群設備の前記太陽光発電装置から前記電力網に供給した第１の電力量を測定し、
   前記電力網から前記需用家群設備を介して前記需用家宅に供給された第２の電力量を測定し、
   前記第１の電力量および前記第２の電力量に基づいて前記発電所の発電量を制御する、電力供給システムの監視制御方法。

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