JP2017225273A - 電力供給システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】自然エネルギーによる発電を利用して安定した電力供給を行なう。
【解決手段】実施形態における電力供給システムは、自然エネルギーを用いて発電した電力を電力系統に出力可能な発電装置と、前記発電装置により発電した電力の一部を含む電力を用いて水素を製造可能な水素製造手段と、前記発電装置により発電した電力の、前記電力系統への出力と前記水素製造手段への出力との配分を調整する電力調整手段と、前記水素製造手段により製造した水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素を用いて発電し、この発電した電力を前記電力系統および前記水素製造手段に出力する燃料電池と、前記発電装置および前記燃料電池により前記電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、前記発電装置により発電する電力の変動に応じて、前記電力調整手段により調整する前記配分、および、前記燃料電池により前記電力系統に出力する電力のいずれかを管理する管理手段とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態における電力供給システムは、自然エネルギーを用いて発電した電力を電力系統に出力可能な発電装置と、前記発電装置により発電した電力の一部を含む電力を用いて水素を製造可能な水素製造手段と、前記発電装置により発電した電力の、前記電力系統への出力と前記水素製造手段への出力との配分を調整する電力調整手段と、前記水素製造手段により製造した水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素を用いて発電し、この発電した電力を前記電力系統および前記水素製造手段に出力する燃料電池と、前記発電装置および前記燃料電池により前記電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、前記発電装置により発電する電力の変動に応じて、前記電力調整手段により調整する前記配分、および、前記燃料電池により前記電力系統に出力する電力のいずれかを管理する管理手段とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、電力供給システムおよびその制御方法に関する。
風力発電設備と、その発電電力を使用する水素製造装置を有する事業者が、電源系統と連系して運転する場合に、発電出力を系統(電力系統)への必要量に合わせて制御する風力発電・水素製造システムがある。このようなシステムの運用・制御方法については、風力発電の出力変動吸収のために水素製造の消費電力を調節する水素製造システムがある。
変動電源である風力発電の出力変動を抑制および補填する手段として、発電電力の消費または発電電力を充放電することで発電出力の細かい増減を吸収する方法がある。この場合、発電電力の消費にはヒータなどの設備を使用し、充放電には二次電池を使用することが挙げられるが、前者のヒータは発電出力の不足を補うことは不可能である。また、後者の二次電池は電池容量に限りがあるため、発電出力の不足を十分に補うことはできない。
そこで、風力発電の電力で水素を製造して、この水素を用いて燃料電池により発電出力を補填する方法がある。
そこで、風力発電の電力で水素を製造して、この水素を用いて燃料電池により発電出力を補填する方法がある。
しかし、この場合も電気を一旦水素に変換して、この水素を用いて燃料電池により発電することで発電コストが高くなってしまい、結局現状は、上記のようにあくまで風力発電の変動抑制のために捨てざるを得ない風力発電電力を水素製造に活用し、この製造した水素は発電に用いずに水素自動車などに活用することにとどまっており、安定した電力の供給の実現には至っていない。
または、水素を他の燃料と混ぜてタービン発電機を回すことで安定した電力を供給することも挙げられるが、これも風力発電の変動抑制により余った電力を、より大きな発電設備で消費しているに過ぎない。
または、水素を他の燃料と混ぜてタービン発電機を回すことで安定した電力を供給することも挙げられるが、これも風力発電の変動抑制により余った電力を、より大きな発電設備で消費しているに過ぎない。
本発明が解決しようとする課題は、変動する自然エネルギーによる発電を利用して安定した電力供給を行なうことが可能な電力供給システムおよびその制御方法を提供することである。
実施形態における電力供給システムは、自然エネルギーを用いて発電した電力を電力系統に出力可能な発電装置と、前記発電装置により発電した電力の一部を含む電力を用いて水素を製造可能な水素製造手段と、前記発電装置により発電した電力の、前記電力系統への出力と前記水素製造手段への出力との配分を調整する電力調整手段と、前記水素製造手段により製造した水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素を用いて発電し、この発電した電力を前記電力系統および前記水素製造手段に出力する燃料電池と、前記発電装置および前記燃料電池により前記電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、前記発電装置により発電する電力の変動に応じて、前記電力調整手段により調整する前記配分、および、前記燃料電池により前記電力系統に出力する電力のいずれかを管理する管理手段とを有する。
本発明によれば、変動する自然エネルギーによる発電を利用して安定した電力供給を行なうことができる。
以下、実施形態について図面を用いて説明する。図1は、実施形態における電力供給システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、実施形態における電力供給システムは、風力発電設備1、電力調整器2、蓄電池3、水素製造器4、水素貯蔵器5、燃料電池6、制御装置7、売電運用装置8、水素運用装置9を有する。
風力発電設備1は、風力発電機により発電した電力を電力系統に出力可能である。風力発電設備1における発電機の台数は1台または複数台である。また、この風力発電設備1は翼の迎え角を変化させることで出力を抑制することが可能である。風力発電設備1は、変動する自然エネルギーを用いた発電装置であれば、他の発電装置、例えば太陽光発電(PV)装置などであってもよい。この風力発電設備1の出力は系統側と水素製造器4側とに送られる。電力調整器2は、風力発電設備1により発電した電力のうち、系統側への出力と水素製造器4側への出力の配分とを調整する。
水素製造器4は、風力発電設備1により発電した電力の一部を含む供給電源を用いて水素を製造可能である。水素製造器4へ供給される電源は、蓄電池3の充放電により水素製造器4に適した複数の電力値を目標に断続的に出力を切り替える。制御装置7は、水素製造器4による水素製造と蓄電池3の充放電とを制御する。水素製造器4により製造された水素は水素貯蔵器5に貯蔵され、この貯蔵された水素は、燃料電池6や、その他の水素自動車用燃料などの用途へと分配される。この燃料電池6で発電された電力は、風力発電設備1の出力電力と併せて系統に送られる。また、本実施形態では、燃料電池6により発電された電力の一部は水素製造器4側へ送ることもできる。
売電運用装置8は、風力発電設備1での送電量、電力調整器2による変動抑制調節、および水素貯蔵器5における水素の貯蔵量の管理を行う。これにより系統に安定した電力を送ることと、水素の貯蔵量を管理することとを、風況や電力市場の状況に併せて運用することが出来る。
水素運用装置9は、売電運用装置8による管理を受けて、水素貯蔵器5における水素貯蔵量を管理する。
水素製造器4は、風力発電設備1により発電した電力の一部を含む供給電源を用いて水素を製造可能である。水素製造器4へ供給される電源は、蓄電池3の充放電により水素製造器4に適した複数の電力値を目標に断続的に出力を切り替える。制御装置7は、水素製造器4による水素製造と蓄電池3の充放電とを制御する。水素製造器4により製造された水素は水素貯蔵器5に貯蔵され、この貯蔵された水素は、燃料電池6や、その他の水素自動車用燃料などの用途へと分配される。この燃料電池6で発電された電力は、風力発電設備1の出力電力と併せて系統に送られる。また、本実施形態では、燃料電池6により発電された電力の一部は水素製造器4側へ送ることもできる。
売電運用装置8は、風力発電設備1での送電量、電力調整器2による変動抑制調節、および水素貯蔵器5における水素の貯蔵量の管理を行う。これにより系統に安定した電力を送ることと、水素の貯蔵量を管理することとを、風況や電力市場の状況に併せて運用することが出来る。
水素運用装置9は、売電運用装置8による管理を受けて、水素貯蔵器5における水素貯蔵量を管理する。
次に動作について説明する。図2は、実施形態における電力供給システムによる基本的な送電電力出力の一例をグラフで示す図である。
本実施形態では、風力発電出力11と、水素製造のための消費電力10と、燃料電池の発電電力12との合成出力13が所定の系統出力目標またはこの目標に近い出力で系統に供給されるようにする。風力発電出力11が合成出力13に対して過剰となる場合、この過剰となる電力を水素製造のための消費電力10により抑制し、風力発電出力11が合成出力13に対して不足する場合、この不足する電力を燃料電池の発電電力12により補填する。図2に示したバイアス22については後述する。
本実施形態では、風力発電出力11と、水素製造のための消費電力10と、燃料電池の発電電力12との合成出力13が所定の系統出力目標またはこの目標に近い出力で系統に供給されるようにする。風力発電出力11が合成出力13に対して過剰となる場合、この過剰となる電力を水素製造のための消費電力10により抑制し、風力発電出力11が合成出力13に対して不足する場合、この不足する電力を燃料電池の発電電力12により補填する。図2に示したバイアス22については後述する。
図3は、実施形態における電力供給システムによる、水素製造を増加させるときの送電電力出力の一例をグラフで示す図である。ここで、水素貯蔵器5の貯蔵量を増やす必要がある場合は、図3に示すように、系統に送電する合成出力13が風力発電出力11以下となるように、電力調整器2は、系統側および水素製造器4側への出力の配分を調整し、水素製造のための消費電力10として水素製造器4に供給する電力を増加させる。
図4は、実施形態における電力供給システムによる、系統への電力出力を増加させるときの送電電力出力の一例をグラフで示す図である。図3に示した例とは逆に、系統へ送電する合成出力13を風力発電出力11以上とする必要がある場合には、図4に示すように燃料電池の発電電力12が増加するように、電力調整器2は、系統側および水素製造器4側への出力の配分を調整する。
図5は、実施形態における電力供給システムによる、ランプ変化を緩和するときの送電電力出力の一例をグラフで示す図である。さらに、図5のように風力発電出力11がランプ変化により急減し、この急減にあわせて合成出力を減少させる場合にも、燃料電池の発電電力12により、時間経過に対する、系統へ送電する合成出力13の減少を緩和させる。つまり合成出力13を急減前の風力発電出力11から急減後の風力発電出力11へ徐々に変化させるように、電力調整器2は、系統側および水素製造器4側への出力の配分を調整し、燃料電池の発電電力12を徐々に減少させる。これによりランプ変化を緩和させることができる。
図5は、実施形態における電力供給システムによる、ランプ変化を緩和するときの送電電力出力の一例をグラフで示す図である。さらに、図5のように風力発電出力11がランプ変化により急減し、この急減にあわせて合成出力を減少させる場合にも、燃料電池の発電電力12により、時間経過に対する、系統へ送電する合成出力13の減少を緩和させる。つまり合成出力13を急減前の風力発電出力11から急減後の風力発電出力11へ徐々に変化させるように、電力調整器2は、系統側および水素製造器4側への出力の配分を調整し、燃料電池の発電電力12を徐々に減少させる。これによりランプ変化を緩和させることができる。
次に電力系統への出力を管理するための手順について図6、7、8、9を参照して説明する。図6、7、8、9に示した構成を用いることで、風力発電設備1および燃料電池6により電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、風力発電設備1により発電する電力の変動に応じて、電力調整器2により調整する配分、および、燃料電池6により電力系統に出力する電力のいずれかを管理する。
図6は、実施形態における電力供給システムによる、系統側への送電と水素製造器4への電力の分配の一例について説明するブロック図である。この分配のための、図6に示した出力目標演算部17、演算部18、19、21、23は、図1に示した売電運用装置8により実現できる。
この例では、出力目標演算部17は、売電計画値14と風況予測値15とに基づいて、安定した電力を系統に送ることが出来る出力目標値を決定する。この出力目標値とは、風力発電設備1により発電した電力のうち、電力調整器2により調整される、電力系統への出力の配分に応じた、風力発電設備1から電力系統への発電出力の目標値(第1の目標値)である。
図6は、実施形態における電力供給システムによる、系統側への送電と水素製造器4への電力の分配の一例について説明するブロック図である。この分配のための、図6に示した出力目標演算部17、演算部18、19、21、23は、図1に示した売電運用装置8により実現できる。
この例では、出力目標演算部17は、売電計画値14と風況予測値15とに基づいて、安定した電力を系統に送ることが出来る出力目標値を決定する。この出力目標値とは、風力発電設備1により発電した電力のうち、電力調整器2により調整される、電力系統への出力の配分に応じた、風力発電設備1から電力系統への発電出力の目標値(第1の目標値)である。
売電計画値14は、需要と市場売電価格の情報をもとに、売電価格がより高いときに多くを送電するための計画値であり、売電価格が低いときに水素製造を行うための計画値である。
風況予測値15は、一般的な気象情報など参考に経験的または数理モデルを用いるなどして予測した風速値であり、売電の実施の可能な時間範囲の計画を決定するために用いられる。
風況予測値15は、一般的な気象情報など参考に経験的または数理モデルを用いるなどして予測した風速値であり、売電の実施の可能な時間範囲の計画を決定するために用いられる。
電力供給システムの運用においては、売電計画値14と風況予測値15は絶えず変化するものであるから、この変化に合わせて、出力目標演算部17により演算する出力目標値の高低を調整する。初期状態では、この調整は、燃料電池6から電力系統への出力を行なわない条件のもとでなされる。
風力発電設備1により発電した電力を、より多く系統側に送電した場合、電気を安く系統に送ることが出来る反面、発電電力の変動が水素製造器4と燃料電池6とで緩和できる許容量を超える可能性が高くなる。
そこで、上記の決定した出力目標値と風力発電設備1による実際の発電電力の計測値である風力発電値16との偏差を演算部18により演算し、この偏差のうち、出力目標値に対する風力発電値16の過剰分を演算部19により演算する。風力発電値16は図示しない電力計により計測される。演算部19は、この演算した過剰分の値が水素製造器4の消費電力となるよう、調整器目標値20を設定する。この調整器目標値20は、風力発電設備1により発電した電力のうち、電力調整器2により調整される、水素製造器4への出力の配分に応じた、風力発電設備1から水素製造器4への供給電力の目標(第2の目標値)である。電力調整器2は、この調整器目標値20に応じて、風力発電設備1による発電出力のうち水素製造器4への供給電力を調整する。
そこで、上記の決定した出力目標値と風力発電設備1による実際の発電電力の計測値である風力発電値16との偏差を演算部18により演算し、この偏差のうち、出力目標値に対する風力発電値16の過剰分を演算部19により演算する。風力発電値16は図示しない電力計により計測される。演算部19は、この演算した過剰分の値が水素製造器4の消費電力となるよう、調整器目標値20を設定する。この調整器目標値20は、風力発電設備1により発電した電力のうち、電力調整器2により調整される、水素製造器4への出力の配分に応じた、風力発電設備1から水素製造器4への供給電力の目標(第2の目標値)である。電力調整器2は、この調整器目標値20に応じて、風力発電設備1による発電出力のうち水素製造器4への供給電力を調整する。
また、演算部18により演算した偏差のうち、出力目標値に対する風力発電値16の不足分を演算部21により演算する。演算部23は、この演算した不足分の値が燃料電池6の出力となるように、燃料電池6からの出力電力の目標値としての燃料電池目標値24を設定する。燃料電池6は、この燃料電池目標値24に応じて出力電力を調整する。
また、演算部23は、この燃料電池目標値24に、燃料電池6から電力調整器2(水素製造器4側)への一定の出力であるバイアス22を必要に応じて加える。バイアス22を加える前の燃料電池目標値24を含む、系統への合成出力13が一定の条件で、この合成出力13への加算分をバイアス22とすることで、このバイアス22は、水素製造器4側への一定の出力となる。このバイアス22の値の決定については後述する。
図6に示すように、調整器目標値20は、出力目標値に対する風力発電値16が過剰である場合の値であるが、出力目標値に対する風力発電値16の不足時においても、バイアス22の出力により、水素製造器4側でのアイドリング状態を作り、風力発電電力の急峻な変動を調整器目標値20の調整および後述する蓄電池3からの充放電で緩和することも可能となる。この場合、燃料電池6により発電された電力が水素製造器4による水素製造に使用されることを許容する。
図6に示すように、調整器目標値20は、出力目標値に対する風力発電値16が過剰である場合の値であるが、出力目標値に対する風力発電値16の不足時においても、バイアス22の出力により、水素製造器4側でのアイドリング状態を作り、風力発電電力の急峻な変動を調整器目標値20の調整および後述する蓄電池3からの充放電で緩和することも可能となる。この場合、燃料電池6により発電された電力が水素製造器4による水素製造に使用されることを許容する。
図7は、実施形態における電力供給システムによる、水素製造器に必要な電力の調整の一例について説明するブロック図である。この調整のための、図7に示した演算部26、演算部30は、図1に示した制御装置7により実現でき、図7に示した調整器出力修正値演算部31は、図1に示した売電運用装置8により実現できる。
水素製造器4の特性上、この水素製造器4による水素製造のために消費される電力は、連続的に変化する任意の電力ではなく、いくつかの一定値が段階的に切り替わる任意の電力であることが望ましい。本実施形態では、水素製造のために水素製造器4により消費される電力の設定値を水素製造電源設定値25とし、この設定値と調整器目標値20の電力との偏差を演算部26により演算し、この偏差を蓄電池目標値27として蓄電池3の充放電を制御することで上記の偏差を吸収する。
水素製造器4の特性上、この水素製造器4による水素製造のために消費される電力は、連続的に変化する任意の電力ではなく、いくつかの一定値が段階的に切り替わる任意の電力であることが望ましい。本実施形態では、水素製造のために水素製造器4により消費される電力の設定値を水素製造電源設定値25とし、この設定値と調整器目標値20の電力との偏差を演算部26により演算し、この偏差を蓄電池目標値27として蓄電池3の充放電を制御することで上記の偏差を吸収する。
ただし、実際の蓄電池出力29は蓄電池3の電池容量により制限がある。このため、蓄電池出力29は蓄電池目標値27と等しくなるとは限らず、蓄電池3が満充電やゼロ充電になった場合には、電力調整器2から水素製造器4への水素製造使用電力28(水素製造電源設定値25と同じとする)と、蓄電池3から水素製造器4への蓄電池出力29との間に偏差が発生する。本実施形態では、この偏差を演算部30により演算し、調整器出力修正値演算部31は、この偏差に基づいて電力調整器2による出力の修正値を演算して、電力調整器2の出力を水素製造器4の出力に合わせて調整する。電力調整器2の出力を水素製造器4に合わせて調整した場合、系統への送電出力の安定性が低下してしまう。
図8は、実施形態における電力供給システムによる、調整器出力修正値による送電安定性判断、および出力目標値と燃料電池目標値のバイアスとの調整の一例について説明するブロック図である。この調整のための図8に示した送電安定性判断部32は、図1に示した売電運用装置8により実現できる。
ここで送電安定性判断部32は、調整器出力修正値演算部31により演算した値の大小に基づいて、系統への安定した送電を行なうために、系統への送電量を抑えて燃料電池の発電電力12を増やす、つまり出力目標値を減少させてバイアス22を増加させるか否か、または、水素貯蔵器5の所定の貯蔵量の維持を優先する必要がある場合などに出力変動を含んで送電するか否かを判断する。この判断は水素貯蔵量などを見て自動で行うことも出来るが、複数の条件に基づく総合的な判断ともなり得るため運転員による操作によって判断することも含める。
ここで送電安定性判断部32は、調整器出力修正値演算部31により演算した値の大小に基づいて、系統への安定した送電を行なうために、系統への送電量を抑えて燃料電池の発電電力12を増やす、つまり出力目標値を減少させてバイアス22を増加させるか否か、または、水素貯蔵器5の所定の貯蔵量の維持を優先する必要がある場合などに出力変動を含んで送電するか否かを判断する。この判断は水素貯蔵量などを見て自動で行うことも出来るが、複数の条件に基づく総合的な判断ともなり得るため運転員による操作によって判断することも含める。
図9は、実施形態における電力供給システムによる、水素貯蔵器5の状態の制御の一例について説明するブロック図である。この制御のための図9に示した水素貯蔵量計測値33は、図1に示した水素運用装置9により水素貯蔵器5から検出されて売電運用装置8に出力されることができる。また、図9に示した水素使用計画量34は、水素貯蔵器5に貯蔵した水素を燃料電池6以外に使用する計画量であり、水素の貯蔵量の管理のために、図1に示した売電運用装置8により水素運用装置9に出力されることができる。
ここでは、出力目標演算部17は、水素貯蔵器5における水素貯蔵量計測値33、および、水素使用計画量34の情報を売電運用装置8から得て、これらに基づいて、出力目標値を修正する。
ここでは、出力目標演算部17は、水素貯蔵器5における水素貯蔵量計測値33、および、水素使用計画量34の情報を売電運用装置8から得て、これらに基づいて、出力目標値を修正する。
水素貯蔵量計測値33が低い場合、出力目標演算部17は、出力目標値を減少させる。この場合、系統に出力する電力は変わらないため、電力調整器2により、水素製造器4が製造する水素を増加させる。これにより、水素貯蔵器5に貯蔵される水素が不足することを避けることができる。
図10は、実施形態における電力供給システムによる、出力目標値と燃料電池目標値のバイアスとの調整の一例について説明するブロック図である。
上記の出力目標演算部17は、出力目標値を以下の式(1)により求めることができる。
出力目標値=風況予測値15を考慮した値+(売電計画値14を考慮した増加分−風況予測値15を考慮した減少分−送電安定性判断部32による判断を考慮した減少分)−(水素使用計画量34を考慮した値−水素貯蔵量計測値33を考慮した減少分) …式(1)
式(1)において、理想的には、売電計画値14と風況予測値15は同じとなる。これは、風力発電設備1により発電可能な電力を売電することで発電コストを抑制できるため、売電計画値14と風況予測値15と同じにして運用すべきことを意味する。
上記の出力目標演算部17は、出力目標値を以下の式(1)により求めることができる。
出力目標値=風況予測値15を考慮した値+(売電計画値14を考慮した増加分−風況予測値15を考慮した減少分−送電安定性判断部32による判断を考慮した減少分)−(水素使用計画量34を考慮した値−水素貯蔵量計測値33を考慮した減少分) …式(1)
式(1)において、理想的には、売電計画値14と風況予測値15は同じとなる。これは、風力発電設備1により発電可能な電力を売電することで発電コストを抑制できるため、売電計画値14と風況予測値15と同じにして運用すべきことを意味する。
これにより、上記の式(1)は、以下の式(2)に置き換えることができる。
出力目標値=風況予測値15を考慮した値−送電安定性判断部32による判断を考慮した減少分−(水素使用計画量34を考慮した値−水素貯蔵量計測値33を考慮した減少分) …式(2)
送電安定性判断部32は、送電の安定性を向上させるために系統への送電量を抑えて燃料電池の発電電力12を増やす必要があると判断した場合は、図6に示した演算部23に出力するバイアス22を増加させて、また、出力目標演算部17により演算する出力目標値を減少させる。また、この出力目標値の減少に伴い、図6に示した演算部18へ入力される出力目標値が変動するので、調整器目標値20も変動する。
出力目標値=風況予測値15を考慮した値−送電安定性判断部32による判断を考慮した減少分−(水素使用計画量34を考慮した値−水素貯蔵量計測値33を考慮した減少分) …式(2)
送電安定性判断部32は、送電の安定性を向上させるために系統への送電量を抑えて燃料電池の発電電力12を増やす必要があると判断した場合は、図6に示した演算部23に出力するバイアス22を増加させて、また、出力目標演算部17により演算する出力目標値を減少させる。また、この出力目標値の減少に伴い、図6に示した演算部18へ入力される出力目標値が変動するので、調整器目標値20も変動する。
上記のように調整した出力目標値は、図6に示した、演算部18による偏差の演算に使用され、上記のように調整したバイアス22は、図6に示した、演算部21により演算した不足分に足されて使用される。
水素貯蔵器5の所定の貯蔵量を維持する場合、この出力目標値は売電運用装置8に返される。このように、貯蔵量の維持を考慮すると、送電安定性判断部32による判断結果(例えば、安定性を向上させるためにバイアス22を増加させる)と、出力目標値の修正による増減(水素貯蔵器5の所定の貯蔵量を維持するためにバイアス22を減少させる)とが相反する場合がある。この場合の、バイアス22の増減は、安定性の向上と貯蔵量の許容範囲などに基づいて、運用者が任意に決定することができる。決定は自動制御でも手動操作でも用いてよい。
次に、図6に示した、系統側への送電と水素製造器4への電力の分配調整の方法について、図11〜15を参照して説明する。図11は、実施形態における電力供給システムによる、出力目標値の調整について説明する図である。図12は、実施形態における電力供給システムによる、低めの出力目標値の調整について説明する図である。図13は、実施形態における電力供給システムによる、低めの出力目標値の調整にかかる送電電力出力の一例をグラフで示す図である。図14は、実施形態における電力供給システムによる、高めの出力目標値の調整について説明する図である。図15は、実施形態における電力供給システムによる、高めの出力目標値の調整にかかる送電電力出力の一例をグラフで示す図である。
図11、12、14に示したグラフは、縦軸を風力発電設備1による風力発電出力の変動幅とし、横軸を、風力発電出力の変動周期としたものである。
風力発電設備1による発電電力の調整の精度や水素製造器4による消費電力の調整の精度の特性上、変動周期の短い範囲(例えば所定の周期未満)では、電力調整器2により吸収される変動電力量35や、電力調整器2により補填される変動電力量36により、変動(出力目標値に対する風力発電出力の過剰分または不足分)に対する吸収や補填を行なう一方で、風力発電設備1による発電出力や燃料電池6からの出力の調整は行わない。
風力発電設備1による発電電力の調整の精度や水素製造器4による消費電力の調整の精度の特性上、変動周期の短い範囲(例えば所定の周期未満)では、電力調整器2により吸収される変動電力量35や、電力調整器2により補填される変動電力量36により、変動(出力目標値に対する風力発電出力の過剰分または不足分)に対する吸収や補填を行なう一方で、風力発電設備1による発電出力や燃料電池6からの出力の調整は行わない。
また、変動周期が長い範囲(例えば上記の所定の周期以上)では、上記の変動電力量35,36とは別に、風力抑制(風力発電設備1による発電出力の抑制運転)が吸収する変動電力量38や、燃料電池6からの出力により補填される変動電力量37により、変動に対する吸収や補填を行なう。
上記の、電力調整器2により吸収される変動電力量35と、風力抑制により吸収される変動電力量38は、風力発電出力の変動が過剰な側に発生している場合の吸収手段であり、電力調整器2により補填される変動電力量36と、燃料電池6からの出力により補填される変動電力量37は、風力発電出力の変動が不足な側に発生している場合の補填手段である。
ここで、図11などに示すように、水素製造器4に出力される、水素製造のための消費電力が十分に大きいことを前提として、この消費電力の範囲内で電力調整器2により補填される変動電力量36を調整できる。
図11に示した例では、風力発電出力の変動が過剰な側と不足な側との両方に均等になるように調整され、売電計画値14と風況予測値15に基づいて、出力目標演算部17は、演算する出力目標値を調整する。
図11に示した例では、風力発電出力の変動が過剰な側と不足な側との両方に均等になるように調整され、売電計画値14と風況予測値15に基づいて、出力目標演算部17は、演算する出力目標値を調整する。
図12、図13に示すように、出力目標値を低めに調整する場合は、電力調整器2により吸収される変動電力量35や風力抑制により吸収される変動電力量38による吸収の割合を、電力調整器2により補填される変動電力量36や燃料電池6からの出力により補填される変動電力量37による補填の割合より大きくすることで風力発電出力の変動を緩和する。この場合、水素製造器4に供給される電力が増加するため、水素貯蔵量計測値33は増加する傾向となる。図13では、変動周期が長く、風力発電の変動(過剰分)の吸収のために、電力調整器2による調整分に加え、風力抑制を用いることを示す。
逆に、図14、図15に示すように、出力目標値を高めに調整する場合は、電力調整器2により補填される変動電力量36や燃料電池が補填する変動電力量37による補填の割合を、電力調整器2により吸収される変動電力量35や風力抑制により吸収される変動電力量38による吸収の割合より大きくすることで風力発電の変動を緩和する。この場合、水素製造器4に供給される電力が減少し、燃料電池6が消費する水素が増加するため、水素貯蔵量計測値33は減少する傾向となる。図15では、変動周期が長く、風力発電の変動(不足分)の補填のために、燃料電池6からの発電出力の増減をベースとし、風力発電出力の増減に応じて、電力調整器2による出力を増減させることを示す。
以上説明したように、実施形態における電力供給システムでは、風力発電設備1などの、変動する自然エネルギーを用いた発電装置により発電する電力の変動に応じて、電力系統に出力される電力が系統出力目標に近くなるように、電力調整器2により調整する配分を管理したり、燃料電池6により出力する電力を管理したりすることで、変動する自然エネルギーを用いた発電装置による発電出力の変動の吸収や補填を行なう。これにより、変動する自然エネルギーによる発電を利用して安定した電力供給を行なうことができる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…風力発電設備、2…電力調整器、3…蓄電池、4…水素製造器、5…水素貯蔵器、6…燃料電池、7…制御装置、8…売電運用装置、9…水素運用装置、10…水素製造のための消費電力、11…風力発電出力、12…燃料電池の発電電力、13…合成出力、14…売電計画値、15…風況予測値、16…風力発電値、17…出力目標演算部、18,19,21,23,26,30…演算部、20…調整器目標値、22…燃料電池目標値のバイアス、24…燃料電池目標値、25…水素製造電源設定値、27…蓄電池目標値、28…水素製造使用電力、29…蓄電池出力、31…調整器出力修正値演算部、32…送電安定性判断部、33…水素貯蔵量計測値、34…水素使用計画量、35…電力調整器により吸収される変動電力量、36…電力調整器により補填される変動電力量、37…燃料電池により補填される変動電力量、38…風力抑制により吸収される変動電力量。
Claims (8)
- 自然エネルギーを用いて発電した電力を電力系統に出力可能な発電装置と、
前記発電装置により発電した電力の一部を含む電力を用いて水素を製造可能な水素製造手段と、
前記発電装置により発電した電力の、前記電力系統への出力と前記水素製造手段への出力との配分を調整する電力調整手段と、
前記水素製造手段により製造した水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、
前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素を用いて発電し、この発電した電力を前記電力系統および前記水素製造手段に出力する燃料電池と、
前記発電装置および前記燃料電池により前記電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、前記発電装置により発電する電力の変動に応じて、前記電力調整手段により調整する前記配分、および、前記燃料電池により前記電力系統に出力する電力のいずれかを管理する管理手段と
を備えた電力供給システム。 - 前記管理手段は、前記発電装置により発電する電力の計測値が、前記配分に応じた前記電力系統への出力目標である第1の目標値に対して過剰である場合、前記過剰な電力が前記水素製造手段の消費電力となるように、前記配分に応じた前記水素製造手段への出力目標である第2の目標値を増加させ、
前記計測値が前記第1の目標値に対して不足する場合、前記不足する電力が前記燃料電池から前記電力系統に出力されるように、前記燃料電池から前記電力系統に出力する電力の目標値である燃料電池目標値を増加させる
請求項1に記載の電力供給システム。 - 前記第1の目標値は、前記発電装置による発電に使用する前記自然エネルギーの変動の状況と、前記発電装置により発電した電力の売電価格とに基づいて決定される
請求項2に記載の電力供給システム。 - 前記第1の目標値は、前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素の前記燃料電池以外への利用計画量と、前記水素貯蔵手段による水素の貯蔵量との差分に基づいて決定される
請求項3に記載の電力供給システム。 - 前記発電装置により発電されて前記水素製造手段へ出力される電力の一部を蓄電する蓄電手段と、
前記第2の目標値と、前記水素製造手段により消費される電力の複数段階のいずれかの設定値との差分に基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御する制御手段とをさらに備え、
前記管理手段は、前記蓄電手段の充放電を制御することにより前記蓄電手段から出力される電力の計測値と、前記水素製造手段により消費される電力の計測値との差分に基づいて前記第2の目標値を修正する
請求項2に記載の電力供給システム。 - 前記管理手段は、前記修正した前記第2の目標値に応じて、前記電力系統への電力の供給の安定性の向上の要否を判断し、前記安定性の向上を要すると判断した場合、前記燃料電池目標値に、前記燃料電池から前記水素製造手段へ出力する電力の目標値を加算し、前記第1の目標値を減少させる
請求項5に記載の電力供給システム。 - 前記管理手段は、前記発電装置により発電した電力の変動周期が所定の条件を満たして短い場合に、前記電力系統に出力される電力が前記系統出力目標に近くなるように、前記第2の目標値を管理し、
前記変動周期が所定の条件を満たして長い場合で、前記発電装置により発電する電力が前記第1の目標値に対して過剰である場合に、前記第2の目標値を管理し、かつ、前記発電装置による発電が抑制されるように、前記発電装置を制御し、
前記変動周期が所定の条件を満たして長い場合で、前記発電装置により発電する電力が前記第1の目標値に対して不足する場合に、前記第2の目標値を管理し、かつ、前記燃料電池目標値を増加させる
請求項2に記載の電力供給システム。 - 自然エネルギーを用いて発電した電力を電力系統に出力可能な発電装置、前記発電装置により発電した電力の一部を含む電力を用いて水素を製造可能な水素製造手段、前記発電装置により発電した電力の、前記電力系統への出力と前記水素製造手段への出力との配分を調整する電力調整手段、前記水素製造手段により製造した水素を貯蔵する水素貯蔵手段、および、前記水素貯蔵手段により貯蔵した水素を用いて発電し、この発電した電力を前記電力系統および前記水素製造手段に出力する燃料電池を有する電力供給システムの制御方法であって、
前記発電装置および前記燃料電池により前記電力系統に出力される電力を系統出力目標に近くするために、前記発電装置により発電する電力の変動に応じて、前記電力調整手段により調整する前記配分、および、前記燃料電池により前記電力系統に出力する電力のいずれかを管理する
ことを含む電力供給システムの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016120058A JP2017225273A (ja) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 電力供給システムおよびその制御方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2019161836A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 株式会社日立製作所 | 再生可能エネルギ発電システムの電力変動緩和方法 |
JP2021116442A (ja) * | 2020-01-23 | 2021-08-10 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 水素システムの制御装置、水素生成システム、及び水素システムの制御方法 |
JP7457926B2 (ja) | 2018-06-13 | 2024-03-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 電力供給システム及びその制御方法 |
-
2016
- 2016-06-16 JP JP2016120058A patent/JP2017225273A/ja active Pending
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