JP2014131389A - Power supply system and construction method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象地域に電力を供給するための電力供給システム及びその構築方法に係り、特に、社会基盤（インフラストラクチャー）としての電力供給システム及びその構築方法に関する。 The present invention relates to a power supply system for supplying power to a target area and a construction method thereof, and more particularly, to a power supply system as a social infrastructure (infrastructure) and a construction method thereof.
従来、先進国における発電送電インフラ（電力系統）においては、電力供給の対象地域におけるピーク電力需要を予め予測して、そのピーク電力需要に十分に対応できるように、当該ピーク電力を上回る発電容量を有する集中型発電設備を設置するようにしている（図１０参照）。 Conventionally, in the power generation and transmission infrastructure (power system) in developed countries, the peak power demand in the target area for power supply is predicted in advance, and the power generation capacity that exceeds the peak power is sufficient to meet the peak power demand. A centralized power generation facility is installed (see FIG. 10).
例えば、図１０に示した例においては、昼過ぎから夕方にかけて電力需要がピークに達しているが、集中型発電設備の発電容量はこのピーク電力を上回っている。 For example, in the example shown in FIG. 10, the power demand reaches a peak from noon to evening, but the power generation capacity of the centralized power generation facility exceeds this peak power.
そのような集中型発電設備としては、例えば、原子力発電所や火力発電所、或いは大規模な水力発電所等があげられる。 Examples of such a centralized power generation facility include a nuclear power plant, a thermal power plant, a large-scale hydropower plant, and the like.
また、原子力発電所等の集中型発電設備は、立地条件（冷却水の確保等）や用地購入費用等を考慮して、人口密集地（即ち、大規模な電力需要先）から遠く離れた場所に設置されるのが一般的である。 In addition, centralized power generation facilities such as nuclear power plants are located far from densely populated areas (that is, large-scale power demand destinations) in consideration of location conditions (such as securing cooling water) and site purchase costs. It is common to install in.
このように集中型発電設備は、一般に人口密集地から遠く離れた場所に設置されるので、集中型発電設備と人口密集地との間を連絡するために、大きな送電容量を持つ頑強な送電網及び送電ライン（引き込み線等）を、長距離にわたって敷設する必要がある。このような大規模な送電網及び送電ラインにおいては、その建設・維持コストが莫大なものとなっている。 In this way, a centralized power generation facility is generally installed at a location far away from a densely populated area. Therefore, a robust transmission network with a large transmission capacity is required to communicate between the concentrated power generation facility and a densely populated area. In addition, it is necessary to lay a transmission line (such as a lead-in line) over a long distance. In such a large-scale transmission network and transmission line, the construction and maintenance costs are enormous.
また、近年、アジアやアフリカ、南米などの新興国においては、産業化の進行により、中心部の都市エリアのみならず、地方エリアでも電力需要が高まってきている。 In recent years, in emerging countries such as Asia, Africa, and South America, with the progress of industrialization, demand for electric power is increasing not only in the central urban area but also in rural areas.
しかしながら、一般に新興国においては、石炭火力発電等の集中型発電設備と地方エリアとを連絡する送電網及び送電ラインが脆弱である。このため、地方エリアでの増大したピーク電力需要を満たすために必要な電力を、既設の送電網及び送電ラインを介して集中型発電設備から当該地方エリアに対して十分に安定供給することができない状況にある。 However, in emerging countries, in general, a power transmission network and a transmission line that connect a centralized power generation facility such as coal-fired power generation and a local area are fragile. For this reason, the power required to meet the increased peak power demand in the local area cannot be sufficiently stably supplied from the centralized power generation facility to the local area through the existing transmission network and transmission line. Is in the situation.
新興国の地域によっては、中心部の都市エリアでさえも停電が頻発している状況であるが、地方エリアにおいては、中心部で発電所を建設しても電力を安定供給できない事態が発生している。 Depending on the region of emerging countries, power outages frequently occur even in central urban areas.However, in rural areas, even if a power plant is constructed in the central area, power cannot be supplied stably. ing.
新興国におけるこのような状況を解決するための一つの方策には、集中型発電設備の発電容量を増大させ、既設の脆弱な送電網及び送電ラインも強化して、集中型発電設備から対象地域への電力供給量を増大させる方法がある。 One measure to solve this situation in emerging countries is to increase the power generation capacity of the centralized power generation facilities and strengthen existing weak transmission networks and transmission lines. There is a method for increasing the amount of power supplied to the device.
しかし、この場合、新興国において必要な電力を各エリアに十分に安定供給するためには、既存の送電網及び送電ラインの強化や集中型発電設備の追加設置などが必要であり、そのために莫大な建設・維持コストがかかってしまう。 However, in this case, it is necessary to strengthen existing transmission networks and transmission lines and to install centralized power generation facilities in order to supply the necessary power to each area sufficiently stably in emerging countries. Construction and maintenance costs.
特許文献１に記載の技術は、スマートグリッド（地域系統）の監視制御方法において、「商用電力系統の周波数制御能力を算出し」、その情報から地域系統と商用電力系統の連系又は単独運転を判別するとしている。 The technique described in Patent Document 1 is a method for monitoring and controlling a smart grid (regional system), which “calculates the frequency control capability of a commercial power system” and uses the information to connect the local system and the commercial power system or perform independent operation. It is supposed to be determined.
この場合、周波数制御能力の算出には商用系統における総需要のデータが必要であり、この総需要データを商用系統の管理者（電力会社）から入手することが前提となる。そのため、特許文献１に記載の技術では、連系又は単独運転とするか否かは地域系統側で決定することはできない。 In this case, the calculation of the frequency control capability requires total demand data in the commercial system, and it is assumed that this total demand data is obtained from the manager (electric power company) of the commercial system. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, it is not possible to determine on the regional grid side whether or not to perform interconnection or single operation.
また、特許文献２は、地域系統と（不安定な）商用電力系統を連系させ、同時同量の電力供給を行うための周波数制御に関するものである。しかしながら、特許文献２には、実際に新興国において地域系統を整備する際の以下の問題点の指摘と解決策については、何ら提示はなされていない。
（１）新興国においては、送電網や送電ラインの容量が小さく、周波数変動に対する余裕が少ないこと。
（２）送電網や送電ラインの容量が小さいため周波数制御では対応できない場合に、如何にして地域系統の自立運転へ切り替えるか、自立運転の成立性に関する解決策。
(1) In emerging countries, the capacity of transmission networks and transmission lines is small, and there is little margin for frequency fluctuations.
(2) How to switch to autonomous operation of the local system when the capacity of the power transmission network or transmission line is small and cannot be handled by frequency control.
本発明は、上述した従来の問題点を考慮して成されたものであって、発電送電インフラ（電力系統）の建設・維持コストの増加を抑えつつ、対象地域における電力需要の増加に適切に対応できる電力供給システム及びその構築方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described conventional problems, and appropriately suppresses an increase in construction / maintenance costs of a power generation / transmission infrastructure (electric power system) while appropriately increasing an electric power demand in a target area. It is an object of the present invention to provide a power supply system that can be used and a construction method thereof.
本発明は、特に新興国において、既存の脆弱で不安定な発電送電インフラ（電力系統）を活用し、低いコストで、対象地域にエネルギーを安定供給できる電力供給システム及びその構築方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a power supply system capable of stably supplying energy to a target area at a low cost and a method for constructing the power supply system using an existing fragile and unstable power transmission / transmission infrastructure (power system), particularly in emerging countries. With the goal.
上記課題を解決するために、本発明は、対象地域に電力を供給するための電力供給システムにおいて、前記対象地域の外部に設置された第一電源設備と、前記第一電源設備からの電力を送るための送電網と、前記送電網と前記対象地域内に敷設された内部電力系統とを連絡する送電ラインと、前記対象地域の内部に設置された第二電源設備と、前記内部電力系統の給電状態を安定化させるための内部電力制御装置と、を備え、前記第一電源設備と前記送電網と前記送電ラインとを含む外部電力系統から前記内部電力系統に供給可能な電力が、前記対象地域におけるピーク電力需要を満たすために必要な電力よりも小さく、前記内部電力制御装置は、前記内部電力系統の受電電力及び周波数の計測結果に基づいて、前記内部電力系統における給電状態が安定するように前記第二電源設備からの給電量を調整する機能を有している、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a power supply system for supplying power to a target area, wherein a first power supply facility installed outside the target area and power from the first power supply facility are supplied. A power transmission network for sending, a power transmission line connecting the power transmission network and an internal power system laid in the target area, a second power supply facility installed in the target area, and the internal power system An internal power control device for stabilizing the power supply state, and the power that can be supplied to the internal power system from the external power system including the first power supply facility, the power transmission network, and the power transmission line is the target. The internal power control device is smaller than the power required to satisfy the peak power demand in the region, and the internal power control device supplies power in the internal power system based on the received power and frequency measurement results of the internal power system. State has a function of adjusting the amount of power supplied from the second power supply equipment to stabilize, characterized in that.
また、好ましくは、前記内部電力制御装置は、前記周波数の変動が所定の閾値を超えたと判断した場合に、前記内部電力系統を前記外部電力系統から切り離す機能を有している。 Preferably, the internal power control device has a function of disconnecting the internal power system from the external power system when it is determined that the fluctuation of the frequency exceeds a predetermined threshold.
また、好ましくは、前記第一電源設備は、集中型発電設備を含む。 Preferably, the first power supply facility includes a centralized power generation facility.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、分散型発電設備を含む。 Preferably, the second power supply facility includes a distributed power generation facility.
また、好ましくは、前記送電ラインは、前記対象地域におけるピーク電力需要を下回る送電容量を有している。 Preferably, the power transmission line has a power transmission capacity lower than a peak power demand in the target area.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、前記対象地域における電力需要が、前記外部電力系統から前記対象地域に供給できる電力を上回ったときに、前記内部電力制御装置からの指令を受けて、その不足分の電力を供給するように構成されている。 Preferably, when the power demand in the target area exceeds the power that can be supplied from the external power system to the target area, the second power supply facility receives a command from the internal power control device, The shortage of power is supplied.
また、好ましくは、前記第一電源設備は、前記送電網及び前記送電ラインを介して複数の前記対象地域に電力を供給するように構成されている。 Preferably, the first power supply facility is configured to supply power to the plurality of target areas via the power transmission network and the power transmission line.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、複数の前記対象地域のそれぞれに設置されている。 Preferably, the second power supply facility is installed in each of the plurality of target areas.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、発電方式の異なる複数の発電装置を備えている。 Preferably, the second power supply facility includes a plurality of power generation devices having different power generation methods.
また、好ましくは、前記発電方式の異なる複数の発電装置は、前記対象地域内の共通の電力需要先に対して電力を供給できるように構成されている。 Preferably, the plurality of power generation apparatuses having different power generation methods are configured to supply power to a common power demand destination in the target area.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、再生可能エネルギーを利用する発電装置を有する。 Preferably, the second power supply facility includes a power generation device that uses renewable energy.
また、好ましくは、前記第一電源設備は、原子力発電、火力発電、大規模水力発電のうちの少なくとも１つの発電方式による発電装置を含む。 Preferably, the first power supply facility includes a power generation device using at least one power generation method among nuclear power generation, thermal power generation, and large-scale hydropower generation.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、太陽光発電、太陽熱発電、風力発電、バイオマスエネルギー利用発電、ガスタービン発電、ガスエンジン発電、ディーゼルエンジン発電、波力発電、海洋温度差発電、中小規模水力発電、地熱発電、温泉熱発電、雪氷熱利用発電、海流・潮流発電、潮汐力発電、熱電発電、圧電発電、排熱利用発電のうちの少なくとも１つの発電方式による発電装置を含む。 Preferably, the second power supply facility is solar power generation, solar thermal power generation, wind power generation, power generation using biomass energy, gas turbine power generation, gas engine power generation, diesel engine power generation, wave power generation, ocean temperature difference power generation, medium to small scale It includes a power generation device using at least one power generation method among hydroelectric power generation, geothermal power generation, hot spring thermal power generation, snow / ice heat power generation, ocean current / tidal current power generation, tidal power power generation, thermoelectric power generation, piezoelectric power generation, and exhaust heat power generation.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、前記第一電源設備及び前記第二電源設備の少なくとも一方で生成された電力を貯蔵するために設置された蓄電装置をさらに有する。 Preferably, the second power supply facility further includes a power storage device installed to store electric power generated at least one of the first power supply facility and the second power supply facility.
また、好ましくは、前記蓄電装置は、前記対象地域の内部に設置されている。 Preferably, the power storage device is installed inside the target area.
上記課題を解決するために、本発明は、対象地域に電力を供給するための電力供給システムを構築するための方法において、前記対象地域の外部に第一電源設備を設置する工程と、前記第一電源設備からの電力を送るための送電網を設ける工程と、前記送電網と前記対象地域内に設けられた内部電力系統とを連絡する送電ラインを設ける工程と、前記対象地域の内部に第二電源設備を設置する工程と、前記内部電力系統の給電状態を安定化させるための内部電力制御装置を設ける工程と、を備え、前記第一電源設備と前記送電網と前記送電ラインとを含む外部電力系統から前記内部電力系統に供給可能な電力が、前記対象地域におけるピーク電力需要を満たすために必要な電力よりも小さく、前記内部電力制御装置は、前記内部電力系統の受電電力及び周波数の計測結果に基づいて、前記内部電力系統における給電状態が安定するように前記第二電源設備からの給電量を調整する機能を有している、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a method for constructing a power supply system for supplying power to a target area, the step of installing a first power supply facility outside the target area, and the first A step of providing a power transmission network for transmitting power from one power supply facility, a step of providing a power transmission line connecting the power transmission network and an internal power system provided in the target area, and a step inside the target area. A step of installing a dual power supply facility, and a step of providing an internal power control device for stabilizing the power supply state of the internal power system, including the first power supply facility, the power transmission network, and the power transmission line. The power that can be supplied from the external power system to the internal power system is smaller than the power required to satisfy the peak power demand in the target area, and the internal power control device receives the internal power system. Based on the measurement result of the power and frequency, the power supply state in the internal power system has a function of adjusting the amount of power supplied from the second power supply equipment to stabilize, characterized in that.
また、好ましくは、前記内部電力制御装置は、前記周波数の変動が所定の閾値を超えたと判断した場合に、前記内部電力系統を前記外部電力系統から切り離す機能を有している。 Preferably, the internal power control device has a function of disconnecting the internal power system from the external power system when it is determined that the fluctuation of the frequency exceeds a predetermined threshold.
また、好ましくは、前記第一電源設備は、集中型発電設備である。 Preferably, the first power supply facility is a centralized power generation facility.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、分散型発電設備である。 Preferably, the second power supply facility is a distributed power generation facility.
また、好ましくは、前記外部電力系統は、前記対象地域におけるピーク電力需要を下回る給電容量を有している。 Preferably, the external power system has a power supply capacity that is lower than the peak power demand in the target area.
また、好ましくは、前記第二電源設備は、前記対象地域における電力需要が、前記外部電力系統から前記対象地域に供給できる電力を上回ったときに、前記内部電力制御装置からの指令を受けて、その不足分の電力を供給するように構成されている。 Preferably, when the power demand in the target area exceeds the power that can be supplied from the external power system to the target area, the second power supply facility receives a command from the internal power control device, The shortage of power is supplied.
本発明による電力供給システム及びその構築方法によれば、発電送電インフラ（外部電力系統）の建設・維持コストの増加を抑えつつ、対象地域におけるピーク電力需要の増加に適切に対応することができる According to the power supply system and the construction method thereof according to the present invention, it is possible to appropriately cope with an increase in peak power demand in the target area while suppressing an increase in construction / maintenance cost of a power transmission / reception infrastructure (external power system).
以下、本発明の一実施形態による電力供給システム及びその構築方法について、図１及び図２を参照して説明する。 Hereinafter, a power supply system and a construction method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１に示したように、本実施形態による電力供給システムは、複数の対象地域１の外部に設置された集中型発電設備（第一電源設備）２を備えている。この集中型発電設備２は、例えば、原子力発電、火力発電、大規模水力発電のうちの少なくとも１つの発電方式による発電装置によって構成されている。
As shown in FIG. 1, the power supply system according to the present embodiment includes a centralized power generation facility (first power supply facility) 2 installed outside a plurality of target areas 1. For example, the centralized
また、本実施形態による電力供給システムは、複数の対象地域１のそれぞれの内部に設置された分散型発電設備（第二電源設備）３を備えている。 The power supply system according to the present embodiment includes a distributed power generation facility (second power supply facility) 3 installed inside each of the plurality of target areas 1.
この分散型発電設備３は、発電方式の異なる複数の発電装置を備えており、そのうちの少なくとも一部を、再生可能エネルギーを利用する発電装置によって構成しても良い。
The distributed
具体的には、太陽光発電、太陽熱発電、風力発電、バイオマスエネルギー利用発電、ガスタービン発電、ガスエンジン発電、ディーゼルエンジン発電、波力発電、海洋温度差発電、中小規模水力発電、地熱発電、温泉熱発電、雪氷熱利用発電、海流・潮流発電、潮汐力発電、熱電発電、圧電発電、及び排熱利用発電等の発電方式による発電装置を、分散型発電設備３として使用することができる。
Specifically, photovoltaic power generation, solar thermal power generation, wind power generation, power generation using biomass energy, gas turbine power generation, gas engine power generation, diesel engine power generation, wave power generation, ocean temperature difference power generation, medium to small scale hydropower generation, geothermal power generation, hot spring A power generation apparatus using a power generation method such as thermal power generation, snow / ice heat power generation, ocean current / tidal current power generation, tidal power power generation, thermoelectric power generation, piezoelectric power generation, and exhaust heat power generation power generation can be used as the distributed
各対象地域１内に設置された分散型発電設備３を構成する発電方式の異なる複数の発電装置を、当該対象地域１内に存在する共通の電力需要先に対して電力を供給できるように構成しても良い。
A plurality of power generation apparatuses having different power generation methods constituting the distributed
また、本実施形態による電力供給システムにおいては、集中型発電設備２及び分散型発電設備３の少なくとも一方で生成された電力を貯蔵するために、対象地域１の内部に蓄電装置（第二電源設備）５が設置されている。
Further, in the power supply system according to the present embodiment, in order to store the power generated in at least one of the centralized
また、本実施形態による電力供給システムは、集中型発電設備２からの電力を送るための送電網４を備えている。この送電網４は、送電ライン６を介して、対象地域１内に敷設された内部電力系統（地域系統）７に、受電点において接続されている。
In addition, the power supply system according to the present embodiment includes a
さらに、本実施形態による電力供給システムは、対象地域１の内部電力系統７を安定化させるための内部電力制御装置８を備えている。
Furthermore, the power supply system according to the present embodiment includes an internal
そして、本実施形態による電力供給システムにおいては、集中型発電設備２と送電網４と各送電ライン６とを含む外部電力系統（商用系統）９から、内部電力系統７に供給可能な電力が、各対象地域１におけるピーク電力需要を満たすために必要な電力よりも小さい。
In the power supply system according to the present embodiment, the power that can be supplied from the external power system (commercial system) 9 including the centralized
具体的な態様としては、各送電ライン６の送電容量が、各対象地域１におけるピーク電力需要に対応できない場合、送電網４の送電容量が、複数の対象地域１全体におけるピーク電力需要に対応できない場合、及び／又は、集中型発電設備２の発電容量が、複数の対象地域１全体におけるピーク電力需要に対応できない場合があげられる。
As a specific aspect, when the transmission capacity of each
上述の分散型発電設備３及び蓄電装置５は、当該対象地域１における急激な電力需要変動にも対応して、対象地域１の内部電力系統７を安定化させることができる給電能力を有している。
The distributed
そして、内部電力制御装置８は、内部電力系統７の受電電力及び周波数とその変動を送電ライン６からの受電点において計測し、その計測結果に基づいて、外部電力系統９と連系しつつ内部電力系統７を安定化させるための受電電力一定制御機能を有している。
Then, the internal
また、内部電力制御装置８は、前記周波数の変動が所定の閾値を超えたと判断した場合に、内部電力系統７を外部電力系統９から切り離す機能を有している。
In addition, the internal
つまり、内部電力制御装置８は、外部電力系統９と内部電力系統７との受電点における周波数の変動および／又は変化率から外部電力系統９の状態を監視しつつ、外部電力系統９からの受電電力を一定に保ち、送電ライン６の容量に応じた許容値を超えないように、対象地域１内の分散型発電設備３や蓄電装置５に対して、給電増加指令又は給電減少指令を行う（受電電力一定制御）。これにより、対象地域１内の電力需給の同時同量が図られ、電力安定化を実現することができる。
That is, the internal
一例としては、外部電力系統９からの受電電力として10MWを想定し、内部電力系統７の需要のピークを100MW程度と想定した場合、対象地域１内の大部分の電力を分散型発電設備３が担うことになる。
As an example, assuming that 10 MW is received power from the
以下、内部電力制御装置８による受電電力の変化への対応について説明する。
Hereinafter, a response to a change in received power by the internal
外部電力系統９と内部電力系統７との受電点における外部電力系統９の受電電力が変化する例としては、例えば以下の２つのパターンがあげられる。
Examples of changes in the received power of the
i) 対象地域１内の需要増又は分散型発電設備３の発電機が故障等により停止（トリップ）することにより、分散型発電設備３の発電電力の減少などを受け、通常10MWである外部電力系統９からの受電電力が例えば10.02MW等となる。
i) External power that is usually 10 MW due to a decrease in the power generated by the distributed
ii) 対象地域１内の需要減を受け、受電電力が減少する場合、通常10MWである外部電力系統９からの受電電力が例えば9.98MWとなる。
ii) When the received power decreases due to a decrease in demand in the target area 1, the received power from the
そして、上記２つのパターンにおける給電指令の考え方は以下の通りである。 The concept of the power supply command in the above two patterns is as follows.
例えば上記i)において、外部電力系統９からの受電電力を10MWに保つよう、内部電力制御装置８から対象地域１内の分散型発電設備３や蓄電装置５に対して給電減少指令を行う。
For example, in i), the internal
また上記ii)において、外部電力系統９からの受電電力を10MWに保つよう、内部電力制御装置８から対象地域１内の分散型発電設備３や蓄電装置５に対して給電増加指令を行う。
Further, in the above ii), a power supply increase command is issued from the internal
ここで、外部電力系統９の周波数変動が大きい場合には、その影響により、内部電力系統７の分散型発電設備３の発電電力が変動してしまう（ドループ特性）。そして、この分散型発電設備３の発電電力の変動により、外部電力系統９からの受電電力が変動するので、内部電力制御装置８はこれに対する制御も行う。
Here, when the frequency fluctuation of the
次に、内部電力制御装置８による周波数の変化への対応について説明する。
Next, a response to a change in frequency by the internal
外部電力系統９と内部電力系統７との受電点における外部電力系統９の周波数が変化する例としては、例えば以下のパターンがあげられる。
As an example in which the frequency of the
i) 外部電力系統９の周波数が低下することにより、分散型発電設備３の発電電力がドループ特性により増加し、結果、受電電力が減少する場合。
i) When the frequency of the
ii) 外部電力系統９の周波数が上昇することにより、分散型発電設備３の発電電力がドループ特性により減少し、結果、受電電力が増加する場合。
ii) When the frequency of the
そして、上記パターンにおける給電指令の考え方は以下の通りである。 The concept of the power supply command in the above pattern is as follows.
上記i)、ii)において、外部電力系統９の周波数が変化すると発電機の発電電力は変化する特性がある。周波数がΔf変動すると、分散型発電設備３の発電電力の変動ΔPgenはΔPgen=−Δf×Dr（Dr:ドループ3〜5%）の関係があり、これに対応した外部電力系統９からの受電電力の増加ΔPinfはΔf×Drで計算できる。つまり、Δf×Drの電力を対象地域１内の分散型発電設備３や蓄電装置５から給電させることでこの受電電力の増加を抑えることができる。受電電力の減少を抑える場合も同じ要領で考える。
In the above i) and ii), when the frequency of the
上記のような受電電力一定制御により内部電力系統７と外部電力系統９とで連系しつつ、外部電力系統９からの受電電力を超える内部電力系統７の需要増には以下のように対応する。
While the
例えば、対象地域１における電力需要が、工業団地における生産増による電力消費量の増加や、集落における空調需要増による電力消費量の増加等によって、集中型発電設備２から送電網４・送電ライン６を介して対象地域１に供給できる電力を上回ったときには、内部電力制御装置８は、その電力需要に対する不足分の電力を供給するように分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５に対して指令を送る。
For example, the power demand in the target area 1 is increased from the centralized
これにより、分散型発電設備３の起動操作及び／又は蓄電装置５の充放電操作を含め、分散型発電設備３の発電量及び／又は蓄電装置５の充放電量が調整される。
Thus, the power generation amount of the distributed
一方、対象地域１における電力需要が、工業団地における生産減による電力消費量の減少や、集落における一時的な居住人口の減少（外出増）等によって、集中型発電設備２から送電網４・送電ライン６を介して対象地域１に供給できる電力を下回ったときには、内部電力制御装置８は、分散型発電設備３の停止操作及び／又は蓄電装置５の充放電操作を含め、分散型発電設備３の発電量及び／又は蓄電装置５からの放電量を調節する。
On the other hand, power demand in the target area 1 is reduced from the centralized
また、内部電力制御装置８は、更に外部電力系統９の異常時（急なトリップ等）に対象地域１の内部電力系統７を外部電力系統９から切り離し（系統解列）、自立系統とする機能も有す。加えて、自立系統となった内部電力系統７において、分散型発電設備３の発電電力を調整し、電圧、周波数を安定化させる機能も有している。これらの機能については後述する。
Further, the internal
上記の通り、本実施形態による電力供給システムにおいては、対象地域１における実際の電力需要が、集中型発電設備２から送電網４・送電ライン６を介して対象地域１に供給できる電力を上回ったときには、内部電力制御装置８からの指令によって、対象地域１の内部に設置された分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５からの電力によって、その不足分の電力が補填される。
As described above, in the power supply system according to the present embodiment, the actual power demand in the target area 1 exceeds the power that can be supplied from the centralized
従って、外部電力系統９からの受電電力のみでは対象地域１内のピーク電力需要を満たせない場合であっても、電力の需給バランスが崩れて内部電力系統７が不安定化し、停電が発生するようなことがなく、電力需給の同時同量を維持することができる。
Therefore, even if the received power from the
なお、現在でも、ガスエンジンなどの分散型発電装置が事業所や工場などにおいて自家発電として用いられている例もあるが、この場合は、当該事業所や工場内の周波数の安定化は、外部電力系統９に依存しているのが一般的である。
Even now, there are cases where distributed power generators such as gas engines are used for in-house power generation in offices and factories. In this case, stabilization of the frequency in the office or factory is not possible. In general, it depends on the
即ち、この従来の例においては、外部電力系統自体が既に十分な電力供給能力を有しているので、それ自身が不安定になることはなく、分散型発電装置が対象地域の内部電力系統を安定化させることはない。 In other words, in this conventional example, the external power system itself already has sufficient power supply capability, so that it does not become unstable itself, and the distributed power generation device does not connect the internal power system in the target area. There is no stabilization.
これに対して、本実施形態による電力供給システムにおいては、外部電力系統９（集中型発電設備２、送電網４、送電ライン６）からの給電能力を、この外部電力系統９のみでは各対象地域１のピーク電力需要に対応できないレベルに設定すると共に、内部電力制御装置８からの指令により、不足分の電力を、分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５から供給することで、内部電力系統７の安定化を図っている。
On the other hand, in the power supply system according to the present embodiment, the power supply capacity from the external power system 9 (centralized
なお、集中型発電設備２から供給される電力と、分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５から供給される電力とを効率的に組み合わせ、或いは、分散型発電設備３を構成する複数の発電装置及び蓄電装置５からの電力を効率的に組み合わせるために、スマートメータなどスマートグリッド等における各種のスマート技術を適用することができる。
It should be noted that the power supplied from the centralized
ここで、「スマートメータ」とは、通信機能や他の機器の管理機能を持つ高機能電力メーターのことであり、例えば電力会社と需要者の間をつないで電力使用量などのデータをやり取りしたり、需要先の家電製品などと接続してそれを制御したりすることができる。 Here, a “smart meter” is a high-function power meter that has a communication function and a management function for other devices. For example, data such as power consumption is exchanged between power companies and consumers. Or connected to a consumer electronics device or the like to control it.
また、「スマートグリッド（次世代送電網）」とは、ＩＴを活用して電力需給の最適化を図り、電力の安定供給を実現するための送配電線網のことである。 The “smart grid (next-generation power transmission network)” refers to a power transmission and distribution network that uses IT to optimize power supply and demand and realize stable power supply.
以上述べたように、本実施形態による電力供給システムによれば、外部電力系統９の給電能力を、対象地域１におけるピーク電力需要を下回る低いレベルに設定すると共に、対象地域１の内部に分散型発電設備３及び蓄電装置５を設置したので、発電送電インフラ（外部電力系統９）の建設・維持コストの増加を抑えつつ、対象地域１におけるピーク電力需要の増加に適切に対応することができる。
As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, the power supply capacity of the
とりわけ、本実施形態による電力供給システム及びその構築方法は、脆弱な送電網が敷設されている新興国においても極めて有効であり、発電送電インフラの投資額を低く抑えつつ、特に地方エリアにおける電力需要の増大に適切に対処することができる。 In particular, the power supply system and its construction method according to the present embodiment are extremely effective even in emerging countries where fragile power transmission networks are laid. Can be dealt with appropriately.
ここで、新興国における地方エリアは、山岳地帯や離島に存在する場合も多く、送電網の敷設には多大のコストがかかるため、既存の脆弱な送電網をそのまま活用できることのメリットは極めて大きい。 Here, there are many local areas in emerging countries in mountainous areas and remote islands, and the installation of a power transmission network is very expensive. Therefore, the advantage of being able to use an existing weak power transmission network as it is is very large.
また、集中型発電設備２は電力を安定的に生成することができるので、集中型発電設備２で安定したベースロードを確保しつつ、ピーク時には分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５で対応することで、自然条件によって出力が変動する再生可能エネルギーが分散型発電設備３の一部に入ったとしても、内部電力系統７を安定的に運用することができる。
In addition, since the centralized
例えば、集中型発電設備２からの電力によって、社会基盤（交通網、通信網等）を維持するためのベースロードを連続的かつ安定的に供給しつつ、主としてピーク対応のために分散型発電設備３及び／又は蓄電装置５を使用するという運用方法も可能である。
For example, while supplying a base load for maintaining the social infrastructure (transportation network, communication network, etc.) with the power from the centralized
この場合も、集中型発電設備２の発電容量、送電網４の送電容量、及び／又は送電ライン６の送電容量を、社会基盤の維持に必要なベースロードをまかなえるレベルに抑えることができるので、発電送電インフラの建設・維持コストを抑制することができる。
Also in this case, the power generation capacity of the centralized
以下、本発明による電力供給システムの実施例（ケース１Ａ、３Ａ）、及び比較例（ケース２Ａ、１Ｂ−４Ｂ）のシミュレーション結果について、図３Ａ乃至図９Ｈを参照して説明する。
Hereinafter, simulation results of examples (cases 1A and 3A) of the power supply system according to the present invention and comparative examples (
ケース１Ａ−３Ａのシミュレーション条件を表１に示し、ケース１Ｂ−４Ｂのシミュレーション条件を表２に示す。
The simulation conditions for case 1A-3A are shown in Table 1, and the simulation conditions for
図３Ａ−３Ｇに示したケース１Ａ（実施例）及び図５Ａ−５Ｇに示したケース３Ａ（実施例）は、内部電力系統（地域系統）７が外部電力系統（商用系統）９と５０Ｈｚで系統連系運転している状態から、５秒の時点で周波数変動が所定の閾値を超えた場合（例えば大規模発電所の一部トリップなど）である。ここで、周波数変動の閾値としては、周波数の絶対的な変化量又は変化率を用いることができる。 In case 1A (example) shown in FIGS. 3A-3G and case 3A (example) shown in FIGS. 5A-5G, the internal power system (regional system) 7 is connected to the external power system (commercial system) 9 at 50 Hz. This is a case where the frequency fluctuation exceeds a predetermined threshold at a time point of 5 seconds from the state of interconnected operation (for example, a partial trip of a large-scale power plant). Here, an absolute change amount or a change rate of the frequency can be used as the threshold value of the frequency fluctuation.
このように周波数変動が所定の閾値を超えた場合、内部電力系統（地域系統）７側の内部電力制御装置８でこれを判断して、外部電力系統（商用系統）９を切り離し（５秒の時点で系統解列）、同時に連系モードも断ち切る。そして、内部電力制御装置８により、分散型発電設備３を制御しながら、内部電力系統７にて自立運転を行うものである。
Thus, when the frequency fluctuation exceeds a predetermined threshold value, the internal
自立運転に切り替わると、それまで外部電力系統（商用系統）９から受電していた電力を負担しなければならないので、内部電力系統７においてはその分のマージンを素早く確保する必要がある。
When the operation is switched to the self-sustained operation, the power that has been received from the external power system (commercial system) 9 until then must be borne. Therefore, in the
そこで、ケース１Ａ、３Ａ（実施例）においては、自立運転直後は、応答性能の良いガスタービンの発電量を上げることによって電力の不足分を当初カバーし（図３Ｄ−３Ｅ、図５Ｄ−５Ｅ）、その後は蒸気タービンやガスエンジンで順次カバーする（図３Ｆ−３Ｇ、図５Ｆ−５Ｇ）。 Therefore, in cases 1A and 3A (examples), immediately after the self-sustaining operation, the shortage of power is initially covered by increasing the power generation amount of the gas turbine with good response performance (FIGS. 3D-3E and 5D-5E). Then, it covers sequentially with a steam turbine and a gas engine (FIGS. 3F-3G and FIGS. 5F-5G).
なお、対象地域１での熱負荷は、蒸気タービンでなく別途ボイラを起動させ、当該ボイラに負担させることで蒸気タービンの発電量に影響を及ぼさないようにするのが好ましい。これらに次いで対象地域１の電力需要を下げるべく負荷自体を下げる措置をとることもできる。 In addition, it is preferable that the heat load in the target area 1 does not affect the power generation amount of the steam turbine by starting a separate boiler instead of the steam turbine and causing the boiler to bear the load. Following these, measures can be taken to reduce the load itself in order to reduce the power demand in the target area 1.
一方、図６Ａ−９Ｈに示した比較例（ケース１Ｂ−４Ｂ）においては、商用系統周波数が２．５Ｈｚ下降又は上昇した場合、内部電力系統（地域系統）を外部電力系統（商用系統）から切り離すこと無く、ガスタービン等の分散型発電設備で対応している。
On the other hand, in the comparative example (
なお、商用系統周波数の下降又は上昇を２．５Ｈｚとしたが、下降については集中型発電設備２における発電機トリップにより１０％出力低下した場合を、上昇については集中型発電設備２から電力供給を受ける別の対象地域１の停電により集中型発電設備２の負荷が１０％低下した場合を想定したものである。新興国では平時でも２％近い瞬時の周波数変動がみられ、上記のような集中型発電設備２のトリップ、別の対象地域１の停電があった場合、さらに大きな変動になることを考慮している。
Although the drop or rise of the commercial system frequency is 2.5 Hz, the drop is caused by a 10% output drop due to a generator trip in the centralized
これらのケース（比較例）においては、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂから分かるように、受電電力の変動幅が大きいため、新興国などにおける脆弱な送電網及び送電ラインでは、この受電電力の変動に対応できない。 In these cases (comparative examples), as shown in FIG. 6B, FIG. 7B, FIG. 8B, and FIG. 9B, the fluctuation range of the received power is large. Cannot cope with power fluctuations.
例えば、受電電力１０ＭＷで制御する場合、外部電力系統（商用系統）において２．５Ｈｚの周波数上昇があった場合は、ケース２Ｂにおいては受電電力が６０ＭＷ（制御ありの場合は２５ＭＷ，ケース４）まで上昇するが、送電ラインの容量不足により、この受電電力の変動に対応できない。
For example, when controlling with received power of 10 MW, if there is a frequency increase of 2.5 Hz in the external power system (commercial system), the received power is up to 60 MW in the
また、図４Ａ−４Ｇに示したケース２Ａ（比較例）は、周波数変動が生じた後、連系モードから自立モードに切り替えずに、連系モードのまま自立運転を行った場合を示している。この場合、図４Ａから分かるように、電源系統は安定しない。 In addition, Case 2A (comparative example) shown in FIGS. 4A to 4G shows a case where the autonomous operation is performed in the interconnection mode without switching from the interconnection mode to the autonomous mode after the frequency fluctuation occurs. . In this case, as can be seen from FIG. 4A, the power supply system is not stable.
なお、図３Ａ−３Ｇに示したケース１Ａ（実施例）は、解列後、瞬時にモードが切り替わることを前提にしており、一方、図５Ａ−５Ｇに示したケース３Ａ（実施例）は、解列後１秒でモードが切り替わる場合を示している。ケース３Ａのシミュレーション結果から分かるように、モードの切り替えに多少時間がかかっても、内部電力系統（地域系統）７を安定化させることができる。 In addition, the case 1A (example) shown in FIGS. 3A to 3G is based on the premise that the mode is switched instantaneously after the separation, while the case 3A (example) shown in FIGS. 5A-5G is The case where the mode is switched in 1 second after the release is shown. As can be seen from the simulation result of case 3A, the internal power system (regional system) 7 can be stabilized even if mode switching takes some time.
１ 対象地域
２ 集中型発電設備（第一電源設備）
３ 分散型発電設備（第二電源設備）
４ 送電網
５ 蓄電装置（第二電源設備）
６ 送電ライン（引き込み線等）
７ 内部電力系統（地域系統）
８ 内部電力制御装置
９ 外部電力系統（商用系統）
1
3 Distributed power generation facilities (second power supply facilities)
4
6 Transmission lines (such as service lines)
7 Internal power system (regional system)
8 Internal
Claims (21)
前記対象地域の外部に設置された第一電源設備と、
前記第一電源設備からの電力を送るための送電網と、
前記送電網と前記対象地域内に敷設された内部電力系統とを連絡する送電ラインと、
前記対象地域の内部に設置された第二電源設備と、
前記内部電力系統の給電状態を安定化させるための内部電力制御装置と、を備え、
前記第一電源設備と前記送電網と前記送電ラインとを含む外部電力系統から前記内部電力系統に供給可能な電力が、前記対象地域におけるピーク電力需要を満たすために必要な電力よりも小さく、
前記内部電力制御装置は、前記内部電力系統の受電電力及び周波数の計測結果に基づいて、前記内部電力系統における給電状態が安定するように前記第二電源設備からの給電量を調整する機能を有している、電力供給システム。 In the power supply system for supplying power to the target area,
A first power supply facility installed outside the target area;
A power transmission network for sending power from the first power supply facility;
A power transmission line connecting the power transmission network and an internal power system laid in the target area;
A second power supply facility installed inside the target area;
An internal power control device for stabilizing the power supply state of the internal power system,
The power that can be supplied to the internal power system from the external power system including the first power supply facility, the power transmission network, and the power transmission line is smaller than the power required to satisfy the peak power demand in the target area,
The internal power control device has a function of adjusting a power supply amount from the second power supply facility so that a power supply state in the internal power system is stabilized based on a measurement result of received power and frequency of the internal power system. Power supply system.
前記対象地域の外部に第一電源設備を設置する工程と、
前記第一電源設備からの電力を送るための送電網を設ける工程と、
前記送電網と前記対象地域内に設けられた内部電力系統とを連絡する送電ラインを設ける工程と、
前記対象地域の内部に第二電源設備を設置する工程と、
前記内部電力系統の給電状態を安定化させるための内部電力制御装置を設ける工程と、を備え、
前記第一電源設備と前記送電網と前記送電ラインとを含む外部電力系統から前記内部電力系統に供給可能な電力が、前記対象地域におけるピーク電力需要を満たすために必要な電力よりも小さく、
前記内部電力制御装置は、前記内部電力系統の受電電力及び周波数の計測結果に基づいて、前記内部電力系統における給電状態が安定するように前記第二電源設備からの給電量を調整する機能を有している、電力供給システムの構築方法。 In a method for constructing a power supply system for supplying power to a target area,
Installing a first power supply facility outside the target area;
Providing a power transmission network for sending power from the first power supply facility;
Providing a power transmission line connecting the power transmission network and an internal power system provided in the target area;
Installing a second power supply facility inside the target area;
Providing an internal power control device for stabilizing the power supply state of the internal power system,
The power that can be supplied to the internal power system from the external power system including the first power supply facility, the power transmission network, and the power transmission line is smaller than the power required to satisfy the peak power demand in the target area,
The internal power control device has a function of adjusting a power supply amount from the second power supply facility so that a power supply state in the internal power system is stabilized based on a measurement result of received power and frequency of the internal power system. The construction method of the power supply system.
When the power demand in the target area exceeds the power that can be supplied from the external power system to the target area, the second power supply facility receives a command from the internal power control device and receives the shortage of power. The construction method of the power supply system according to any one of claims 16 to 20, wherein the power supply system is configured to supply the power.
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