JP2014053985A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低価格かつ簡単な構成の蓄電装置を用いて、複数の独立電源から供給された電力を有効利用することができる電力供給システムを提供する。
【解決手段】電力供給システム１０は、複数の独立電源１〜５と負荷設備とを接続する接続部２０と、この接続部２０を介して複数の独立電源１〜５からの電力の少なくとも一部を受ける蓄電装置６０とを備える。蓄電装置６０は、複数の独立電源１〜５からの電力の少なくとも一部によって駆動されるモータ４１と、モータ４１に入力軸が連結されたフライホイール４２と、フライホイール４２の出力軸に連結されたジェネレータ４３と、ジェネレータ４３で発電された電力を蓄える二次電池６１とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の独立電源からの電力を負荷設備に供給するための電力供給システムに関し、特に、蓄電装置を備えた電力供給システムに関する。

近年、自然エネルギーによる発電が注目されている。自然エネルギーを効率よく獲得できる場所に発電設備を設置し、その発電設備からの電力を発電設備の周辺地域で利用すると、送電ロスが少なく、効率的に電気を利用することができる。

しかし、自然エネルギーによる発電は化石燃料や原子力による発電と比較して、発電電力の変動が大きいため、電力の需要と供給を一致させることが困難である。たとえば、太陽光発電装置のみを備えた設備は、夜間に発電することができないので、夜間には照明などの用途のため需要のみが一方的に大きくなる。風力発電は、一般に気象条件の影響を受けやすく、時間あたりの発電電力の変動は、太陽光発電の場合よりも大きくなる。季節によっては、数日間、風がほとんど吹かない場合もあり得る。

電力の需要を満たすために、複数の自然エネルギー発電装置を組み合わせて使用する場合には、さらに、発電電力の変動が大きくなることがある。たとえば、太陽光発電装置と風力発電装置とを組み合わせて使用する場合、良く晴れて風の強い昼間にはどちらの発電装置も十分な発電を行なう。一方、負荷設備が一般家庭に限られる場合には、朝と晩に電力使用のピークがあり、昼間の電力使用は比較的少ない。したがって、このような場合には電力需要に比べて発電電力が大きくなりすぎてしまう。発電設備が電力系統と連系されていなければ、余剰電力は抵抗器などによって熱に変換して捨てることになる。

上記の理由で、自然エネルギーによって発電した電力をその周辺地域のみで効率的に利用しようとする場合、一時的に電力を保持する蓄電設備が必要となる。
蓄電技術には、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄積する二次電池、電気エネルギーを回転エネルギーに変換して蓄積するフライホイール、および電気エネルギーを電気エネルギーのまま蓄積するコンデンサなどがある。

特開２０００−１４０１２号公報（特許文献１）は、フライホイールを利用して、時系列の負荷変動による自家供給電力の一時的な不足、過剰を抑制する方法を開示する。特許第４７９４５２３号公報（特許文献２）は、自然エネルギー発電システムの出力変動に起因する電力系統の電圧変動を一定範囲内に抑える技術を開示する。具体的には、自然エネルギー発電システムの発電電力の充放電を行う電力貯蔵装置と、ステップ式自動電圧調整器であるＳＶＲ（Step Voltage Regulator）とが併設され、ＳＶＲの動作感度に合うように、自然エネルギー発電システムの出力変動が電力貯蔵装置で緩和される。

特開２０００−１４０１２号公報 特許第４７９４５２３号公報

発電装置を複数組み合わせた場合のように発電電力が大きくなると、蓄電設備に種々の制約が生じるようになる。たとえば、二次電池は、電気エネルギーを電解液の化学変化によって保持しているため、大きな電流のやり取りにより、電解液の分解や電極の損傷を生じ、電池寿命を低下させたり、電解液の分解によるガスの発生などで筐体の爆発を生じたりする可能性がある。すなわち、二次電池における充放電時の電流量には制限がある。このため、大電流を二次電池で受けるためには、電池容量を増やすなどの対策が必要となる。たとえば、風力発電設備に二次電池を接続する場合には、風力発電は気象条件によって瞬間的に大きな電力量を発生する可能性があるため、一般的には風車の定格出力よりも大きな電池容量を用意しなければならない。

前述の特開２０００−１４０１２号公報（特許文献１）に開示されているようなフライホイールの場合には、フライホイールを構成するモータやジェネレータの出力を変化させることにより、入出力密度が変えられる。しかしながら、フライホイール単体のエネルギー密度が増加すると、回転損失が増加するという欠点がある。回転損失を抑制するために、磁気軸受を用いるなど各部の損失を低減するための工夫が必要になり、この結果、システムが高価になる。

前述の特許第４７９４５２３号公報（特許文献２）に記載の技術は、自然エネルギー発電システムが連系された電力系統の電圧変動を一定範囲に抑えることを目的としたものであるので、複数の独立電源が電力系統に連系されていない場合に有効に適用できない。

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものである。この発明の目的は、比較的低価格かつ簡単な構成の蓄電装置を用いて、複数の独立電源から供給された電力を有効利用することができる電力供給システムを提供することである。

この発明は、一局面において電力供給システムであって、複数の独立電源と負荷設備とを接続する接続部と、この接続部を介して複数の独立電源からの電力の少なくとも一部を受ける蓄電装置とを備える。蓄電装置は、複数の独立電源からの電力の少なくとも一部によって駆動されるモータと、モータに入力軸が連結されたフライホイールと、フライホイールの出力軸に連結されたジェネレータと、ジェネレータで発電された電力を蓄える二次電池とを含む。

この構成によれば、モータによってフライホイールにエネルギーを入力しながら、フライホイールが蓄えているエネルギーをジェネレータによって逐次二次電池に供給することができる。このため、フライホイールに長時間エネルギーを保持する必要がないので、フライホイールによるエネルギー損失を低減することができ、フライホイールを簡単な構成とすることができる。さらに、電源からのエネルギーをフライホイールを介して二次電池に蓄電することにより、フライホイールがない場合に比べてより少ない電池容量で効率的に充電することができる。ジェネレータによって二次電池への入力電力を制限することで、二次電池の発熱を抑え、二次電池の劣化を防いで電池寿命を長くすることができる。二次電池への入力電流を抵抗器によって制限する場合に比べて、より少ない損失で二次電池に充電することができる。

好ましい一実施の形態において、上記の接続部は、複数の独立電源にそれぞれ対応して設けられ、各々が対応の独立電源からの電力を受けて第１の出力端子または第２の出力端子から出力する複数の第１の切替器を含む。この場合、各第１の切替器の第１の出力端子から出力された電力は、負荷設備に供給される。各第１の切替器の第２の出力端子から出力された電力は、モータに供給される。

さらに好ましくは、電力供給システムは、各独立電源からの電力の大きさと、負荷設備で消費される電力の大きさとに応じて、各第１の切替器を切替える制御部をさらに備える。

この構成によれば、各独立電源の発電電力および負荷設備の消費電力に応じて、各独立電源から直接負荷設備にエネルギー供給する経路と、各独立電源からフライホイールにエネルギーを供給する経路に切替えることができる。したがって、各独立電源で発電された電力を効率的に利用することができる。

好ましい他の実施の形態において、電力供給システムは、各独立電源からの電力の大きさと、負荷設備で消費される電力の大きさとに応じて、モータの出力を変化させる制御部をさらに備える。

この構成によれば、各独立電源の発電電力および負荷設備の消費電力に応じて、フライホイールに入力するエネルギーを制御することができる。したがって、各独立電源で発電された電力を効率的に利用することができる。

上記の一実施の形態および他の実施の形態において、好ましくは、蓄電装置は、ジェネレータと二次電池との間に設けられ、ジェネレータで発電された電力の供給先を、二次電池または負荷設備に切替える第２の切替器をさらに含む。

この構成によれば、負荷設備に電力を供給する経路がより多く設けられることになるので、各独立電源で発電された電力を効率的に利用することができる。

好ましくは、蓄電装置は、モータおよびジェネレータの少なくとも一方とフライホイールとの間に設けられた変速機をさらに含む。

この構成によれば、モータの出力軸回転速度をフライホイールの駆動に適した回転速度に変速したり、フライホイールの出力軸回転速度を、ジェネレータの駆動に適した回転速度に変速したりできる。

好ましくは、蓄電装置は、モータおよびジェネレータの少なくとも一方とフライホイールとの間に設けられたクラッチをさらに含む。

この構成によれば、たとえばフライホイールの回転速度が過剰である場合、フライホイールからモータおよび／またはジェネレータを切り離して、モータおよび／またはジェネレータを保護することができる。

好ましくは、蓄電装置は、ジェネレータで発電された電力の電圧および電流の少なくとも一方を変換する電力変換装置をさらに含む。この場合、二次電池は、電力変換装置による変換後の電力を蓄える。

この構成によれば、二次電池の出力電圧および／または出力電流を二次電池に最適の値にすることができるので、ジェネレータの選定の自由度が向上する。

好ましくは、蓄電装置は、フライホイールを収容する筐体をさらに含み、筐体の内部は低真空である。

この構成によれば、大気圧下でフライホイールを回転させる場合に比べて、フライホイールの風損を低減できる。中真空下または高真空下でフライホイールを回転させる場合に比べて熱伝導性が良いので、冷却性を確保できる。本発明の構成の場合、フライホイールのエネルギーは逐次二次電池に送られるため、フライホイール単体で使用する場合に比べてフライホイールの回転の減衰を防止する必要がない。このため、低真空で十分である。

好ましくは、蓄電装置は、フライホイールを収容する筐体をさらに含み、筐体の内部にはヘリウムが充填されている。

この構成によれば、空気よりも軽く粘度が小さいヘリウム用いることによって、フライホイールの風損を低減させることができる。また、ヘリウムは空気よりも熱伝導率が高いため、モータや軸受からの発熱を外部に逃がす効果がある。

好ましくは、蓄電装置は、フライホイールの回転軸を支持する軸受をさらに含む。この軸受は、転がり軸受、すべり軸受、流体動圧軸受、および流体静圧軸受のいずれかである。

本発明の構成では、フライホイールのエネルギーは逐次二次電池に送られるため、フライホイール単体で使用する場合に比べてフライホイールの回転の減衰を防止する必要がない。このため、安価な転がり軸受またはすべり軸受を用いることができる。また、大気圧下または低真空下でフライホイールを回転させてもよいので、支持軸受をたとえば気体動圧軸受または気体静圧軸受とすることができる。

好ましくは、複数の独立電源の少なくとも１つは、自然エネルギーによって発電する。自然エネルギーのように発電電力の変動が大きい場合であっても、上記の構成の電力供給システムは、発電された電力を有効に利用することができる。

好ましくは、モータ、フライホイールおよびジェネレータを含む部分と二次電池のうち少なくとも一方は地下に埋設される。

この構成によれば、モータ、フライホイールおよびジェネレータを含む部分と二次電池のうち少なくとも一方を地下に埋設することによって、省スペースの電力供給システムを提供できる。モータ、フライホイールおよびジェネレータを含む回転体の部分を地下に埋設すれば、地上での騒音を低減することができる。

したがって、この発明によれば、比較的低価格かつ簡単な構成の蓄電装置を用いて、複数の独立電源から供給された電力を有効利用することができる。

実施の形態１による電力供給システム１０の構成を示すブロック図である。 図１の制御部６２の制御動作の一例を示すフローチャートである。 図１の蓄電装置６０を構成するモータ４１、フライホイール４２およびジェネレータ４３の部分を拡大して示す側面図である。 実施の形態２による電力供給システム１０Ａの構成を示すブロック図である。 図４の制御部６２の制御動作の一例を示すフローチャートである。

以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［電力供給システムの構成］
図１は、実施の形態１による電力供給システム１０の構成を示すブロック図である。図１を参照して、電力供給システム１０は、複数の発電装置からの電力を負荷設備に供給する。発電装置は、たとえば、風力発電装置１、太陽光発電装置２、水力発電装置３、燃料電池４、ならびにディーゼル発電、ガスタービンエンジン発電などの発電機５を含む。この明細書では、これらの発電装置１〜５を系統電源６と区別するために独立電源１〜５とも称する。図１に示す発電設備は、自然エネルギーを利用した発電装置１〜３と、水素、酸素を用いる燃料電池４と、化石燃料を利用した発電装置５とを組み合わせたものとなっている。

電力供給システム１０は、パワーコンディショナ（電力変換装置）１１〜１７と、接続部２０と、電力計１８と、蓄電装置６０と、制御部６２とを含む。

（１）パワーコンディショナ
パワーコンディショナ１１〜１５は、発電装置１〜５にそれぞれ対応して設けられる。パワーコンディショナ１１〜１５の各々は、対応の発電装置からの電力を後述する蓄電装置６０の入力部に設けられるモータ４１を駆動するのに最適な電力に変換する。なお、図１の場合、パワーコンディショナ１１〜１５は、対応の発電装置の発電電力をモニタする電力監視装置も兼ねる。モニタされた発電電力の情報は制御部６２に送信される。

（２）接続部
接続部２０は、発電装置１〜５と負荷設備（需要家設備）とを電気的に接続するとともに、発電装置１〜５と蓄電装置６０とを電気的に接続する部分である。図１の場合、接続部２０は、遮断器２１〜２７と、切替器３１〜３５と、母線５１，５２とを含む。

遮断器２１〜２５は発電装置１〜５にそれぞれ対応して設けられ、切替器３１〜３５は発電装置１〜５にそれぞれ対応して設けられる。各発電装置１〜５からの電力は、対応の遮断器を介して対応の切替器に入力される。各切替器３１〜３５は、対応の発電装置から入力された電力を第１の出力端子または第２の出力端子から出力する。

各切替器３１〜３５の第１の出力端子は母線５１に接続される。母線５１は、遮断器２６およびパワーコンディショナ１６を介して負荷設備に接続される。各切替器３１〜３５の第２の出力端子は母線５２に接続される。母線５２は、遮断器２７を介して蓄電装置６０に接続される。したがって、各切替器３１〜３５の第１の出力端子から出力された電力は負荷設備に供給される。各切替器３１〜３５の第２の出力端子から出力された電力はモータに供給される。

パワーコンディショナ１６は系統電源６、母線５１、および負荷設備の間に設けられ、これらが相互に接続可能なように電力変換を行なう。発電装置１〜５からの電力は、パワーコンディショナ１６を介して負荷設備に供給することもできるし、系統電源６に逆潮流することもできる。系統電源６からの電力は、パワーコンディショナ１６を介して負荷設備に供給することができる。

負荷設備への電力の供給経路には、負荷設備の消費電力をモニタするための電力計１８が設けられている。電力計１８の検出結果は制御部６２に送信される。

（３）蓄電装置
蓄電装置６０は、モータ４１、フライホイール４２、ジェネレータ４３、二次電池６１、および切替器３６を含む。モータ４１は、切替器３１〜３５を介して供給された発電装置１〜５からの電力の少なくとも一部によって駆動される。フライホイール４２の入力軸はモータ４１に接続され、フライホイール４２の出力軸はジェネレータ４３に接続される。切替器３６は、ジェネレータ４３で発電された電力の供給経路を切替える。これにより、ジェネレータ４３からの電力は、二次電池６１に蓄えられるか、もしくはパワーコンディショナ（電力変換器）１７を介して負荷設備に供給される。二次電池６１からの放電電力は、パワーコンディショナ１７を介して負荷設備に供給される。

一般に、二次電池に急速充電を行なう場合に、内部抵抗による充電効率低下の問題がある。このため、たとえば、風力発電装置から発生した電力を二次電池に充電する場合、風力発電装置の最大出力電圧および最大出力電流よりも大きな定格電圧および定格電流の二次電池を用意しなければならない。一方、フライホイールは、回転軸に連結されるモータおよびジェネレータにより、容易に入出力エネルギー密度が変えられる。

したがって、図１に示すようにフライホイール４２と二次電池６１を組み合わせたシステムとすれば、モータ４１の制御によって大電力をフライホイール４２に一時的に蓄積し、そこから二次電池６１へは、ジェネレータ４３の制御によって一定の電力を送電することができる。このように、フライホイール４２の入出力エネルギー密度を変化させることで、効率的に二次電池６１に充電することができる。フライホイール４２に長時間エネルギーを保持する必要がないので、フライホイール４２によるエネルギー損失を低減することができ、フライホイール４２を簡単な構成とすることができる。さらに、フライホイール４２がない二次電池単体の場合に比べて、より少ない電池容量で効率的に充電することができる。ジェネレータ４３によって二次電池６１への入力電力を制限することで、二次電池６１の発熱を抑え、二次電池６１の劣化を防いで電池寿命を長くすることができる。二次電池６１への入力電流を抵抗器によって制限する場合に比べて、より少ない損失で二次電池に充電することができる。

すなわち、フライホイール４２を蓄電装置としてではなく、二次電池６１のバッファとして利用すれば、二次電池６１の入出力エネルギー密度の低さを補い、フライホイール４２のエネルギー蓄積効率の低さを二次電池６１がカバーでき、蓄電装置６０全体のコスト低下と、充電効率向上を図ることができる。

（４）制御部
制御部６２は、たとえば、マイクロコンピュータによって構成される。制御部６２は、パワーコンディショナ１１〜１５から送信された各発電装置１〜５の発電電力の情報、電力計１８によって得られた負荷設備の消費電力、および二次電池６１の蓄電量などに基づいて、遮断器２１〜２７の開閉、切替器３１〜３６の切替え、モータ４１の動作状態、ジェネレータ４３の動作状態、および二次電池６１の動作状態（充電、放電の切替えなど）を制御する。

図２は、図１の制御部６２の制御動作の一例を示すフローチャートである。図１、図２を参照して、制御部６２は、各発電装置１〜５の発電電力および負荷設備の消費電力を検出し（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）、これらの電力を比較する（ステップＳ１０３）。各発電装置１〜５の発電電力の合計が負荷設備の消費電力よりも大きい場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御部６２は、負荷設備の消費電力に応じて切替器３１〜３５を切替えることによって、負荷設備の消費電力に見合う一部の発電装置から出力された電力を、母線５１を介して負荷設備に直接供給し、その他の発電装置から出力された電力を、母線５２を介してモータ４１に供給する。この結果、発電装置１〜５の発電電力と負荷設備の消費電力の差に応じたエネルギーがフライホイール４２に蓄積される（ステップＳ１０４）。

制御部６２は、二次電池６１の蓄電量を監視し、二次電池６１に蓄電可能であれば、随時ジェネレータ４３から二次電池６１へと送電する。二次電池６１が満充電で需要家の電力消費もない場合、フライホイール４２に一時的に蓄電する。風力発電装置１や水力発電装置３などからの時間変化の大きい発電電力は、応答速度の速いフライホイール４２に一時的に蓄電されることにより電力が平滑化されるので、二次電池６１の容量は最低限でよい。

負荷設備の消費電力が発電電力の合計よりも大きい場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、制御部６２は、切替器３１〜３５を切替えることによって発電装置１〜５から発電された全ての電力を負荷設備に供給する（ステップＳ１０５）。不足分の電力は、二次電池６１および／または系統電源６から負荷設備に供給される。

［蓄電装置の詳細な構成］
図３は、図１の蓄電装置６０を構成するモータ４１、フライホイール４２およびジェネレータ４３の部分を拡大して示す側面図である。

図３を参照して、モータ４１とフライホイール４２との間にクラッチ４８を設けてもよく、フライホイール４２とジェネレータ４３との間にクラッチ４９を設けてもよい。クラッチ４８，４９はいずれか一方のみを設けてもよい。クラッチ４８，４９を設けることによって、フライホイール４２をモータ４１およびジェネレータ４３から切り離すことができ、モータ４１およびジェネレータ４３を最適な回転速度とすることができる。たとえばフライホイール４２の回転速度が過剰である場合、フライホイール４２からモータ４１およびジェネレータ４３を切り離して、モータ４１およびジェネレータ４３を保護することができる。

モータ４１とフライホイール４２との間に変速機４６を設けてもよく、フライホイール４２とジェネレータ４３との間に変速機４７を設けてもよい。変速機４６，４７はいずれか一方のみを設けてもよい。変速機４６，４７により、フライホイール４２の入出力回転数を機械的に制御することができる。たとえば、モータ４１の出力軸回転速度をフライホイール４２の駆動に適した回転速度に変速したり、フライホイール４２の出力軸回転速度を、ジェネレータ４３の駆動に適した回転速度に変速したりできる。

ジェネレータ４３と図１の二次電池６１との間（たとえば、ジェネレータ４３と切替器３６との間）に、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置を設けてもよい。こうすることで、ジェネレータ４３の出力電圧および出力電流の少なくとも一方を二次電池６１に最適な値とすることができるので、ジェネレータ４３の選定の自由度が向上する。

フライホイール４２のロータ部を真空槽（筐体）４５で囲い、真空槽４５の内部を低真空に減圧してもよい。ここで、低真空とは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）Ｚ ８１２６−１によって定義されているように、１００ｋＰａ〜１００Ｐａの真空を意味する。真空槽４５内を低真空にすることによってフライホイールの風損が減少し、蓄電量が増加する。同様に真空槽４５内にヘリウムを充填してもよい。ヘリウムのような希ガスは単原子分子であり、空気より分子量が小さく粘度も小さいので、風損を低下させるのに有効である。また、ヘリウムは空気よりも熱伝導率が高いため、モータや軸受からの発熱を外部に逃がす効果がある。

ただし、実施の形態１の蓄電装置６０では、フライホイール４２のエネルギーは、逐次二次電池６１へと送られるため、フライホイール単体で使用するよりもフライホイール４２の減衰を防止する必要がない。そのため、風損を低下させるために、真空槽４５内を高真空状態にする必要がなく、低真空でも構成できる。高真空下では、空気の熱伝導が低下するため、モータ４１やジェネレータ４３に冷却装置などが必要となる場合があるが、大気圧や低真空状態ではその必要はない。

さらに、フライホイール４２の回転軸（入力軸および出力軸）は、安価で入手が容易な転がり軸受またはすべり軸受けで支持することができる。（図３には玉軸受４４が例示されている）。フライホイール単体で蓄電する場合には、フライホイールの軸受損失（摩擦損失）を低下させるために、高価な磁気軸受などで支持する必要がある。フライホイール４２と二次電池６１を組み合わせた本実施の形態の構成では、安価な転がり軸受またはすべり軸受を用いて構成することが可能となる。

特にグリース封入非接触シールもしくはシールド付深溝玉軸受は、メンテナンス性がよく、アキシアル荷重とスラスト荷重の両方を同時に受けることができるので、軸受個数を最低限とすることができ、最適である。このとき、軸受に封入するグリースは、真空槽４５内が低真空のため、高トルクで高価なフッ素グリースなどの高真空用である必要はない。

フライホイール４２の軸受を、油動圧軸受などの流体動圧軸受としてもよい。常圧や低真空下で用いることができるフライホイールは、流体動圧軸受が成立するだけの流体が存在するので、高真空下では不可能である流体動圧軸受を支持軸受として用いることができる。流体動圧軸受は、回転しているときに、動圧効果により浮上するため、軸受損失を低下させることができる。

フライホイール４２の支持軸受を、気体動圧軸受や気体静圧軸受としてもよい。高真空下では、空気を使用することができないので、空気軸受は使用できないが、低真空であれば空気軸受は成立する。空気軸受は、転がり軸受やすべり軸受と比較して軸受損失が小さい。

図３に示すように、蓄電装置６０のうち、モータ４１、フライホイール４２およびジェネレータ４３など回転体を含む部分を地下に埋設してもよい。これによって、地上での騒音を低減することができるとともに、電力供給システム１０を省スペースで提供できる。省スペース化のために二次電池６１を地下に埋設してもよい。

［実施の形態１の効果］
上記のように実施の形態１の電力供給システム１０によれば、フライホイール４２および二次電池６１を組み合わせた蓄電装置６０を備えたことで、複数の発電装置１〜５の電力を効率的に利用することができる。さらに、負荷設備（需要家設備）の消費電力に応じて電力供給経路を、発電装置１〜５から直接負荷設備へ、フライホイール４２から負荷設備へ、二次電池６１から負荷設備へ、系統電源６から負荷設備へと切替えることによって、自然エネルギー発電装置を効率的に運用することができる。

さらに、フライホイール４２および二次電池６１を単体で使用するよりも、蓄電装置６０を安価かつ省スペースかつ簡単な構成にすることができる。

具体的には、フライホイール４２から二次電池６１への電流量をジェネレータ４３によって制御することで、二次電池６１の劣化を抑え、電池寿命を長くすることができる。より少ない電池容量で蓄電装置６０を構成することができるため、安価とすることができる。

モータ４１とは別個にジェネレータ４３を備えることによって、フライホイール４２に蓄えられたエネルギーを逐次二次電池６１に出力することができる。したがって、フライホイールの回転損失の影響を小さくすることができる。フライホイール単体のエネルギー蓄積効率を増加させるには、磁気軸受や高真空装置などの高価なシステムが必要となるが、上記構成にすれば、安価で簡単な構成のフライホイールを用いることができる。

＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２による電力供給システム１０Ａの構成を示すブロック図である。図４の電力供給システム１０Ａは、図１の電力供給システム１０の変形例を示すものである。

具体的に、図４の電力供給システム１０Ａは、接続部２０Ａが切替器３１〜３５および母線５２を含まない点で図１の電力供給システム１０と異なる。電力供給システム１０Ａでは、発電装置１〜５は、対応のパワーコンディショナ１１〜１５および対応の遮断器２１〜２５を介して母線５１と接続される。母線５１は、遮断器２６およびパワーコンディショナ１６を介して負荷設備と接続されるとともに、遮断器２７を介して蓄電装置６０と接続される。図４のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

図５は、図４の制御部６２の制御動作の一例を示すフローチャートである。図４、図５を参照して、制御部６２は、各発電装置１〜５の発電電力および負荷設備の消費電力を検出し（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、これらの電力を比較する（ステップＳ２０３）。各発電装置１〜５の発電電力の合計が負荷設備の消費電力よりも大きい場合には（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、制御部６２は、遮断器２７をオン状態にするとともに（ステップＳ２０４）、発電装置１〜５の発電電力と負荷設備の消費電力の差に応じたエネルギーがフライホイール４２に蓄積されるように、モータ４１の出力を制御する（ステップＳ２０４）。制御部６２は、二次電池６１の蓄電量を監視し、二次電池６１に蓄電可能であれば、随時ジェネレータ４３から二次電池６１へと送電する。

負荷設備の消費電力が発電電力の合計よりも大きい場合には（ステップＳ２０３でＮＯ）、制御部６２は、遮断器２７を遮断し、発電装置１〜５から発電された全ての電力を負荷設備に供給する（ステップＳ２０６）。不足分の電力は、二次電池６１および／または系統電源６から負荷設備に供給される。

上記の構成の電力供給システム１０Ａによっても、実施の形態１で説明した電力供給システム１０と同様の効果を奏する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１〜５ 発電装置（独立電源）、６ 系統電源、１０，１０Ａ 電力供給システム、１１〜１５，１６，１７ パワーコンディショナ、１８ 電力計、２０，２０Ａ 接続部、２１〜２７ 遮断器、３１〜３６ 切替器、４１ モータ、４２ フライホイール、４３ ジェネレータ、４４ 軸受、４５ 真空槽（筐体）、４６，４７ 変速機、４８，４９ クラッチ、６０ 蓄電装置、６１ 二次電池、６２ 制御部。

Claims (10)

1. 複数の独立電源と負荷設備とを接続する接続部と、
   前記接続部を介して前記複数の独立電源からの電力の少なくとも一部を受ける蓄電装置とを備え、
   前記蓄電装置は、
   前記複数の独立電源からの電力の少なくとも一部によって駆動されるモータと、
   前記モータに入力軸が連結されたフライホイールと、
   前記フライホイールの出力軸に連結されたジェネレータと、
   前記ジェネレータで発電された電力を蓄える二次電池とを含む、電力供給システム。
2. 前記接続部は、前記複数の独立電源にそれぞれ対応して設けられ、各々が対応の独立電源からの電力を受けて第１の出力端子または第２の出力端子から出力する複数の第１の切替器を含み、
   各前記第１の切替器の前記第１の出力端子から出力された電力は、前記負荷設備に供給され、
   各前記第１の切替器の前記第２の出力端子から出力された電力は、前記モータに供給される、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 各前記独立電源からの電力の大きさと、前記負荷設備で消費される電力の大きさとに応じて、各前記第１の切替器を切替える制御部をさらに備える、請求項２に記載の電力供給システム。
4. 各前記独立電源からの電力の大きさと、前記負荷設備で消費される電力の大きさとに応じて、前記モータの出力を変化させる制御部をさらに備える、請求項１に記載の電力供給システム。
5. 前記蓄電装置は、前記ジェネレータと前記二次電池との間に設けられ、前記ジェネレータで発電された電力の供給先を、前記二次電池または前記負荷設備に切替える第２の切替器をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力供給システム。
6. 前記蓄電装置は、前記モータおよび前記ジェネレータの少なくとも一方と前記フライホイールとの間に設けられた変速機もしくはクラッチ、またはその両方をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力供給システム。
7. 前記蓄電装置は、前記ジェネレータで発電された電力の電圧および電流の少なくとも一方を変換する電力変換装置をさらに含み、
   前記二次電池は、前記電力変換装置による変換後の電力を蓄える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力供給システム。
8. 前記蓄電装置は、前記フライホイールを収容する筐体をさらに含み、
   前記筐体の内部は低真空もしくはヘリウムが充填されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システム。
9. 前記蓄電装置は、前記フライホイールの回転軸を支持する軸受をさらに含み、
   前記軸受は、転がり軸受、すべり軸受、流体動圧軸受、および流体静圧軸受のいずれかである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力供給システム。
10. 前記複数の独立電源の少なくとも１つは、自然エネルギーによって発電する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力供給システム。

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