JP2020072638A - 電力供給方法及びこれを実現する電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】より信頼性が高く、簡便に構築可能な電力供給方法及びこれを実現するための電力供給システムを提供する。【解決手段】本発明に係る電力供給方法は、第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備に対し、再生可能エネルギー発電所から第二の送電線も施設し、前記再生可能エネルギー発電所からの電力を前記第二の送電線を介して前記需要家設備に対し供給することを特徴とする。本発明に係る電力供給システムは、第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備と、再生可能エネルギー発電所と、前記再生可能エネルギー発電所からの電力供給を受けるための第二の送電線とを有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給方法及びこれを実現する電力供給システムに関する。

一般に、工場、鉄道、商業施設、家庭等の需要家における設備（以下「需要家設備」という。）は、電力の供給を受けて稼働するが、この電力供給は、発電所から需要家設備まで変電所や変圧器等を経由しつつ送電線によって接続されることにより実現される。一般に、上記電力供給のネットワークについては、例えば下記非特許文献１に記載されている。

また、下記非特許文献２には、一般家庭等の需要家設備において、ソーラーパネルを備えることで、停電時においても電力を使用することができる技術について開示されている。

http://www.enecho.meti.go.jp/category/electricity_and_gas/electric/electricity_liberalization/supply/

https://taiyoseikatsu.com/faq/faq073.html

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術では、発電所からの電力を配電用変電所や柱上変圧器を介して需要家設備に電力を供給しなければならず、配電用変電所等への経路が震災等によって遮断された場合、電力の供給が困難になるといった課題がある。

また、上記非特許文献２に記載の技術では、一般家庭等の小規模な需要家設備に適用される低電圧のものであって、大きな電力を必要とする設備に適用することは容易ではない。加えて、この技術で発生する電力は直流電力であるため、この直流電力を一度交流に変換するためにはインバータ（パワーコンディショナ）を用いなければならず、インバータを用いるためには交流電力を用いなければならないといった課題があり、結果として、需要家設備内に独立した２系統以上の電力供給システムを構築し、停電時には自立運転用コンセントにテレビ等の日常生活に必要な需要家設備（負荷）を接続しなおさなければならないといった課題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、より信頼性が高く、簡便に構築可能な電力供給方法及びこれを実現するための電力供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一観点に係る電力供給方法は、第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備に対し、再生可能エネルギー発電所から第二の送電線も施設し、再生可能エネルギー発電所からの電力を第二の送電線を介して需要家設備に対し供給するものである。

また、本発明の他の一観点に係る電力供給システムは、第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備と、再生可能エネルギー発電所と、再生可能エネルギー発電所からの電力供給を受けるための第二の送電線と、を有するものである。

以上、本発明によって、信頼性が高く、簡便に構築可能な電力供給方法及びこれを実現するための電力供給システムを提供することができる。

実施形態に係る電力供給システムを含む、電力供給ネットワークの概略を示す図である。 実施形態に係る電力供給システムにおける、需要家設備の一例における回路の概略を示す図である。 上記図２における回路の動作について説明するための図である。 本実施形態に係る電力供給システムにおける、需要家設備の一例における回路の他の例の概略を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態に記載の例示にのみ限定されるわけではない。

図１は、本実施形態に係る電力供給システム（以下「本システム」という。）１を含む電力の供給ネットワークＳの概略を示す図である。なお、本システム１は、第一の送電線Ｃ１を介して配電用変電所３からの電力供給を受ける需要家設備２と、再生可能エネルギー発電所４と、再生可能エネルギー発電所４と需要家設備２を接続する第二の送電線Ｃ２と、を有するものである。上記の通り本システム１は、全体の電力の供給ネットワークに含まれるものとなっている。

ここで電力供給の流れ全体について説明をする。まず、第一の発電所ＰＡによって電力が発生する。この第一の発電所ＰＡの種類としては、限定されず、火力、水力、原子力等の大規模出力を可能とする発電所が好適であるが、後で詳述する再生可能エネルギー発電所であってもよい。一般に、この第一の発電所ＰＡからは高出力の電力、電圧５０万Ｖ又は２７．５万Ｖの高電圧の電力が出力され、送電線ＣＡによって超高圧変電所ＩＡに供給される。

ここで「送電線」とは、上記した通り、電力を送ることができる導電性の線をいい、一般に、導電性を備えた金属製の芯線に絶縁性の被膜が形成されたものである。送電線は、本図で示すように、第一の発電所ＰＡと変電所、変電所と変電所もしくは変圧器、変電所若しくは変圧器と需要家設備、又は、発電所と需要家設備等の各設備間を接続する。なお、本明細書中において「第一」及び「第二」は、異なる設備間の接続を行っていることを区別するために用いられる語句であって、これ自体に技術的な意味を持たない。

次に、第一の発電所ＰＡによって生じて超高圧変電所に供給された電力は、超高圧変電所ＩＡによってその電圧を変えられる。具体的には電圧は１５．４万Ｖにまで下げられ、この電圧が下げられた電力が送電線ＣＢを介して一次変電所ＩＢまで送られる。

次に、上記超高圧変電所ＩＡから電力の供給を受けた一次変電所ＩＢは、供給された電力の電圧をさらに下げ、消費電力の大きな需要家設備ＤＢ、例えば鉄道や大工場に、送電線ＣＣを介して供給する。具体的に電圧は１５．４万Ｖ〜６．６万Ｖの範囲まで下げられ、需要家設備ＤＢに供給される。なお、一次変電所ＩＢは更に、送電線ＣＤを介して１５．４万Ｖの電圧にして中間変電所ＩＣに電力を供給する。

次に、中間変電所ＩＣは、一次変電所ＩＢから供給された電力の電圧をさらに下げ、上記大工場ほどではないが比較的電力消費の大きな工場等の需要家設備ＤＣに送電線ＣＥを介して電力を供給する。この際の電圧としては２．２万Ｖ程度である。なお中間変電所ＩＣも、上記各変電所と同様に、２．２万Ｖ程度まで下げ、送電線ＣＦを介して配電用変電所３に電力を供給する。

次に、配電用変電所３は、中間変電所ＩＣから供給された電力をさらに下げ、中規模の工場やビル、ホテル、病院等、中規模で電力を消費する需要家設備２に電力を供給する。この供給される電力の配電用変電所３における出力電圧は６６００Ｖであり、これに接続される需要家設備２の電力消費量としては１時間当たり５０ｋＷｈ以上２０００ｋＷｈ以下の範囲である。なお、配電用変電所３は、更に、柱上変圧器ＩＤに送電線ＣＧを介して電力を供給する。

そして、柱上変圧器ＩＤでは、供給された電力の電圧を家庭用の電圧である１００Ｖ又は２００Ｖに変換し、小規模工場や一般家庭等の需要家設備ＤＤに送電線ＣＨを介して供給する。これにより、第一の発電所ＰＡから家庭等の小規模な需要家設備ＤＤにまで安定的に電力を供給することができる。

ところで、近年の電力自由化に伴い、配電用変電所３には、上記第一の発電所ＰＡとは異なり比較的小規模な発電所、具体的には再生可能エネルギー発電所４が発生させた電力の供給を受けることが可能である。より具体的には、再生可能エネルギー発電所４と配電用変電所３を送電線ＣＩによって接続し、６６００Ｖの電力を配電用変電所３に送ることが可能である。再生可能エネルギー発電所４は、第一の発電所ＰＡほど大きな電力を発生させることができないものの、比較的小さな面積で建設できる等の利点がある。

ここで再生可能エネルギー発電所４には、水力発電所、地熱発電所、太陽光発電所、バイオマス発電所、風力発電所等を含み、化石燃料に頼らず自然界に常に存在する再生可能なエネルギーに基づき電気的なエネルギーを生み出すことができるものである。再生可能エネルギー発電所４の種類としては、特に水力発電所の場合、比較的小規模の川や水路であっても電力供給のためのエネルギー源として効率よく利用することが可能であり、上記他の発電方式に比べて設置がしやすいといった利点がある。特に、水力発電所の場合、水の流れにより水車等を回すことによって直接交流電力を発生させることができるといった利点もある。

また本システム１において、再生可能エネルギー発電所４は、上記の記載から明らかであるが、配電用変電所３で供給する電力の電圧と等しい電圧を発生させることができるものである。またこの電力は一般に交流であるため、この周波数においても同様である。すなわち、再生可能エネルギー発電所４は、需要家設備２に配電用変電所３と同様の電力供給を行わせるための制御設備を備えていることが好ましい。

なお、上記の記載から明らかであるが、「需要家設備」とは、電力の供給を受け、その電力を消費することができる需要家（電力の消費者）の設備をいう。需要家設備としては、電力を消費する機械設備、又は電力を消費する機械設備に電力を制御・分配・供給するために用いられる配電盤や分電盤等の制御機器、これらを接続する電線などを例示することができる。具体的な需要家設備としては、限定されるわけではないが、上記のように、鉄道、ビルディング、工場、ホテル、病院、遊園地、鉄道、一般家庭等における電力設備を例示することができる。

また、上記の通り、本システム１は、第一の送電線Ｃ１を介して配電用変電所３からの電力供給を受ける需要家設備２と、電力を発生させる再生可能エネルギー発電所４と、再生可能エネルギー発電所４からの電力を受けるための第二の送電線Ｃ２と、を有する。本システム１では、再生可能エネルギー発電所４を設け、中規模の工場やビル、ホテル、病院等、中規模で電力を消費する需要家設備２に直接第二の送電線Ｃ２を介して電力を供給する。従来は、配電用変電所３や柱上変電器ＩＤを介して中規模な需要家設備に対し電力を供給するしかなかったが、本システムでは直接中規模の需要家設備２に電力を送ることができる。すなわち、仮に、災害等によって第一の発電所ＰＡ及びこれに接続される変電所等に電力を供給することが難しくなった場合であっても、需要家設備に対して電力を供給することが可能となる。

また、本システム１において、再生可能エネルギー発電所４は、上記需要家設備２から２０００ｍ以内の距離に設置されていることが好ましく、より好ましくは１００ｍ以上２０００ｍ以下の範囲、更に好ましくは１５００ｍ以下、特に好ましくは１０００ｍ以下である。なおここで「距離」とは、再生可能エネルギー発電所４と需要家設備２の直線距離ではなく、送電線の長さを意味する。本システム１では、２０００ｍ以内の距離とすることによって、再生可能エネルギー発電所からの電力を、配電用変電所３からの電圧よりも優先的に使用することができるようになる。この原理については推定の部分も含まれるが、需要家設備２からより近い位置に配置することで、再生可能エネルギー発電所からの出力が配電用変電所３からの出力と同じ６６００Ｖであっても、需要家設備２に電力が到達する際、１万分の１程度再生可能エネルギー発電所からの電力の電圧が高くなる等の差異が生じ、再生可能エネルギー発電所の出力が優先されることになると考えられる。

ところで図２は、本システム１における需要家設備２の一設備である配電盤２１の回路の概略を示す図である。本図で示すように、本配電盤２１では、配電用変電所３からの出力を供給するための第一の送電線Ｃ１が引き込まれて配線２１１に接続されている。なおこの配線２１１は、工場において稼働する複数の機械装置Ａそれぞれに、ブレーカー等のスイッチＳを介して配線２１２によって接続される。また、本システム１の本配電盤２１の配線２１１には、更に、再生可能エネルギー発電所４からの電力の供給を受けるための第二の送電線Ｃ２が接続されている。これにより、配電盤２１では、配電用変電所３からの電力及び再生可能エネルギー発電所４からの電力の双方を得ることができる。

そして、本配電盤２１の配線２１１に接続される前の位置において、第一の送電線Ｃ１には第一のメーターＭ１が、第二の送電線Ｃ２には第二のメーターＭ２が備えられている。これにより、それぞれの出力を確認することができる。

ここで、本配電盤２１による配電動作について図３を用いて説明する。まず、通常状態すなわち配電用変電所３及び再生可能エネルギー発電所４の双方から電力が安定的に供給されている場合（ａ）、上記の原理の通り再生可能エネルギー発電所４からの電力が自動的かつ優先的に使用され、その不足分が生じている場合、その不足分が配電用変電所３からの電力として供給されることになる。なお、仮に、再生可能エネルギー発電所４からの電力供給が停止している場合は、従前の技術の通り、配電用変電所３からの電力のみで工場内の機械装置は駆動する。本図では、一例として、ある時点において需要家設備２が５００ｋＷ（１時間この電力を消費すれば５０ｋＷｈの消費電力量となる。「ｋＷ」と「ｋＷｈ」の関係において同じ）の電力を必要とする一方、再生可能エネルギー発電所４では２００ｋＷ、配電用変電所３からは３００ｋＷ（最大供給量は５００ｋＷ）の電力が供給される状態を示している。

一方、第一のメーターＭ１、第二のメーターＭ２による観測において、配電用変電所３からの電力供給が停止又は電力供給量が低下した状態であって、再生可能エネルギー発電所４と配電用変電所３からの電力供給量を合わせても工場の機械装置Ａを十分に駆動するために必要な電力量に満たないと判断された場合、再生可能エネルギー発電所４は一定電力を一定時間継続して供給し、その後、需要家設備２による消費電力が供給可能な電力量以下となるようスイッチＳを制御、具体的には切断していく（ｂ）。より具体的には、複数のスイッチＳそれぞれに接続される工場内の機械装置等の需要家設備の消費電力を予め記録しておき、これらの合計数が上記再生エネルギー発電所４によって供給可能な電力量の範囲となるようにスイッチＳを切断していく。さらにこの場合において、接続される複数の需要家設備それぞれに優先順位を設定しておき、この優先順位に基づき優先順位の低いものから供給可能な電力量以下となるまで切断していくことが好ましい。このようにすることで、突然の電力供給停止による設備の破損等を防止することができる。この場合において、「一定時間」とは、工場における電力供給量を制御するのに十分な時間である一方、工場の設備機械に損傷を与えない範囲であることが好ましく、例えば６０秒以上６００分以下であることが好ましく、より好ましくは３００秒以下であり、更に好ましくは２００秒以下である。また、「一定電力」は、再生可能エネルギー発電所４が通常供給する電力量であることとしてもよいが、緊急的に通常時の５％以上５０％以下の範囲電力量を増加させることとしてもよく、より好ましくは２０％以下である。このようにすることで、供給する電力量の低下による影響を抑えることができる。特に、この電力量を増加させることで工場を駆動するための電力を賄うことができる場合があり、その場合は、配電用変電所３からの電力量低下の影響を殆ど無視することができるようになる。なおこの場合において、一定時間の制限は、再生可能エネルギー発電所４における負担の問題が過小である限りなくてもよく、例えば５％以下の電力量増加程度であれば、この増加分を継続することが可能である。なおこの構成としては、上記メーターＭ１、Ｍ２とスイッチＳに接続される電子回路を有する制御装置を用いて、上記機能を達成してもよく、また、上記メーターＭ１、Ｍ２とスイッチＳをそれぞれインターネット等の電気通信回線等を通じて監視サーバーに接続し、この監視サーバーによる処理によって上記機能を達成してもよい。

また上記の場合すなわち配電用変電所３からの電力供給が停止又は供給電力量が低下した場合は、電力供給ネットワークにおいて何らかの障害が発生している状態が考えられる。この状態において、再生可能エネルギー発電所４からの電力が配電用変電所３に逆流してしまう場合、ネットワークに何らかの問題を生じさせてしまうおそれがある。それを防止するために、上記第一のメーターＭ１の近傍に、逆流防止装置Ｒを設けておくことが好ましい。このようにすることで、上記問題を解決することが可能となる。ただし、電力供給ネットワーク自体に問題がない場合であって、需要家設備２の消費電力以上に電力が供給される場合に、電力供給ネットワーク（配電用変電所）側に電力を供給できるよう、この逆流防止装置Ｒの機能停止を行うことができるようにしておいてもよい。また、この逆流防止装置Ｒについては、上記と同様、再生可能エネルギー発電所４側に電力が逆流しないよう、第二のメーターＭ２近傍に、同様の逆流防止装置Ｒを設けておくことも好ましい。このイメージを図４に示しておく。

なお、本システム１の構築は、一般送配電事業者が行うことができるが、特定送配電事業者が行うこともできる。一般送配電事業者とは電気事業法第３条の規定により経済産業大臣の許可を受けた電気事業者をいい、特定送配電事業者とは電気事業法第２７条の１３の規定により経済産業大臣に届け出を行った事業者をいう。

以上、本実施形態によって、より信頼性が高く、簡便に構築可能な電力供給方法及びこれを実現するための電力供給システムを提供することができる。

本発明は、電力供給方法及び電力供給システムとして産業上の利用可能性がある。

Claims (8)

1. 第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備に対し、再生可能エネルギー発電所から第二の送電線も施設し、前記再生可能エネルギー発電所からの電力を前記第二の送電線を介して前記需要家設備に対し供給する電力供給方法。
2. 前記第二の送電線の長さは、２０００ｍ以下である請求項１記載の電力供給方法。
3. 前記再生可能エネルギー発電所と前記需要家設備の距離は、２０００ｍ以下である請求項１記載の電力供給方法。
4. 前記再生可能エネルギー発電所が送る電力の電圧は、６６００Ｖである請求項１記載の電力供給方法。
5. 第一の送電線を介して配電用変電所からの電力供給を受ける需要家設備と、
   再生可能エネルギー発電所と、
   前記再生可能エネルギー発電所からの電力供給を受けるための第二の送電線と、を有する電力供給システム。
6. 前記第二の送電線の長さは、２０００ｍ以下である請求項５記載の電力供給システム。
7. 前記再生可能エネルギー発電所と前記需要家設備の距離は、２０００ｍ以下である請求項５記載の電力供給システム。
8. 前記再生可能エネルギー発電所が送る電力の電圧は、６６００Ｖである請求項５記載の電力供給システム。