JP2021057944A - 電力供給方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酪農施設の少なくとも搾乳装置及び冷蔵装置において、電力会社から供給される系統電気を使用しなくとも、レドックスフロー二次電池のみから電力を賄うことが可能で、かつ、二重の安全性が図られた電力供給方法及び電源システムを提供する。【解決手段】太陽光発電装置２により複数のレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２Ｖ３を充電し、これらレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２Ｖ３により、酪農施設１の少なくとも搾乳装置及び冷蔵装置に常時給電する。系統電気６が停止した場合にも、搾乳装置及び前記冷蔵装置への給電が継続でき、搾乳及び冷蔵ができる。【選択図】図２
Description
本発明は、電力供給方法に関し、詳しくは、電力被供給装置に、電力会社から供給される系統電気が停止した場合であっても、電力が途絶えることがなく、電力を供給できる電力供給方法に関する。
従来からの集中型電源及び送電系統に加えて、太陽光発電等の分散型電源及び需要家の情報を統合した電源システムが提案されている。特許文献１には、このような電源システムとして、互いに接続された給電情報管理装置と蓄電池とを有する電源システムが記載されている。
酪農施設においては、系統電気が災害などによって、搾乳装置及び冷蔵装置が停止した場合には、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったり、又は搾乳しても冷蔵ができないので、搾乳した牛乳を廃棄しなければならなくなる。２０１８年の北海道の震災では、北海道釧路管内の牛舎で、停電により搾乳ができず、８０〜９０頭が乳房炎になった。また、２０１９年の千葉の台風災害でも、停電からの復旧に時間を要して、家畜を失ってしまう事態が生じた。
本発明の課題は、太陽光発電とレドックスフロー二次電池を用いて、電力被供給装置に継続して給電できる電力供給システムを提供することを課題とする。
また本発明の他の課題は、台風、地震他、大きな災害時に、搾乳・冷蔵系統に電気を供給して、搾乳・冷蔵を継続して、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったりすることを防止し、且つ搾乳した牛乳を廃棄する必要がない電力供給システムを提供することを課題とする。
また本発明の他の課題は、台風、地震他、大きな災害時に、搾乳・冷蔵系統に電気を供給して、搾乳・冷蔵を継続して、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったりすることを防止し、且つ搾乳した牛乳を廃棄する必要がない電力供給システムを提供することを課題とする。
さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
酪農施設には、図５に示すように、電気消費の面からみれば、主な負荷には、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがある。負荷Ａは、例えば、扇風機であり、人の生活空間や牛舎などに使用される。負荷Ｂは例えばバーンクリーナ、個体分離器、ベルトコンベアを含む。負荷Ｃは搾乳装置Ｃ１や冷却装置Ｃ２であり、真空ポンプ、冷却器、バルク攪拌機を含む。負荷Ｄは例えば糞尿処理機であり、攪拌機及び走行用モータを含む。
全ての負荷の中で、負荷Ａ，Ｂ，Ｄには、系統電気が供給される。系統電気のオーナーは電力会社である。
負荷Ｃの搾乳装置Ｃ１や冷却装置Ｃ２に対しては、ＰＶとＲＦＢから電気が供給される。ＰＶは再生可能エネルギーの代表例を示したもので、風力発電装置、バイオガス発電装置などの再生可能エネルギー発電装置であってもよい。
本発明では、負荷Ｃには、ＰＶとＲＦＢから電気が供給されるのであるから、系統電気は使わないで済むので、系統電気からの独立していることを意味している。系統電気からの独立というのは、電源のオーナーになることを意味する。参考までに、系統電気のオーナーは電力会社である。
ＰＶとＲＦＢを採用する意義は、地震の時に電力会社に依存しないためである。つまり、これまでは、牛の命を電力会社に預けていたが、これとは全く異なり、ＰＶとＲＦＢのオーナーが自分で牛の命を守ることである。ＰＶとＲＦＢのオーナーが自分で牛の命を守るためには、リスクマネジメントが必要になる。牛の命を電力会社に預けていた状況では、地震の際に、牛の命は守れない。系統電気がストップするからである。
そこで、本発明者は、他人に左右されない電源を確保する、すなわちＰＶとＲＦＢにより電源を確保する。つまり、負荷Ｃに供給する電源（ＰＶとＲＦＢ）のオーナーになり、電力を供給するのである。そして電源（ＰＶとＲＦＢ）のオーナーになったから、そのオーナー自らでリスク保有するのである。
牛の命は自分で守るというマネジメントで重要になってくるのは、リスクヘッジである。現実には、負荷Ｃに対して、必要な電力が１０ｋＷであるならば、例えば１０ｋＷの電力を確実に供給できるようにするということである。
例えば、市販の電池（例えばＶ社）は、４０セル（１スタック）で、Ｍａｘ ４ｋＷの能力がある。負荷Ｃは、１０ｋＷ必要であるから、４０セル×３＝１２０セルが必要となる。具体的には３スタック直列で繋げば、１２ｋＷ出力できる能力となるため、目的を達成できる。つまり、１０ｋｗの出力が可能なＲＦＢを用意できたことになる。
更に、リスクヘッジの観点から、１０ｋｗの出力が可能なＲＦＢのリスクヘッジを考慮する必要がある。
ＲＦＢは、セルスタック装置、電解液タンク装置、ポンプ装置、リバランス装置を主として含む。従って、かかる装置のリスクヘッジを考慮する必要がある。
全ての負荷の中で、負荷Ａ，Ｂ，Ｄには、系統電気が供給される。系統電気のオーナーは電力会社である。
負荷Ｃの搾乳装置Ｃ１や冷却装置Ｃ２に対しては、ＰＶとＲＦＢから電気が供給される。ＰＶは再生可能エネルギーの代表例を示したもので、風力発電装置、バイオガス発電装置などの再生可能エネルギー発電装置であってもよい。
本発明では、負荷Ｃには、ＰＶとＲＦＢから電気が供給されるのであるから、系統電気は使わないで済むので、系統電気からの独立していることを意味している。系統電気からの独立というのは、電源のオーナーになることを意味する。参考までに、系統電気のオーナーは電力会社である。
ＰＶとＲＦＢを採用する意義は、地震の時に電力会社に依存しないためである。つまり、これまでは、牛の命を電力会社に預けていたが、これとは全く異なり、ＰＶとＲＦＢのオーナーが自分で牛の命を守ることである。ＰＶとＲＦＢのオーナーが自分で牛の命を守るためには、リスクマネジメントが必要になる。牛の命を電力会社に預けていた状況では、地震の際に、牛の命は守れない。系統電気がストップするからである。
そこで、本発明者は、他人に左右されない電源を確保する、すなわちＰＶとＲＦＢにより電源を確保する。つまり、負荷Ｃに供給する電源（ＰＶとＲＦＢ）のオーナーになり、電力を供給するのである。そして電源（ＰＶとＲＦＢ）のオーナーになったから、そのオーナー自らでリスク保有するのである。
牛の命は自分で守るというマネジメントで重要になってくるのは、リスクヘッジである。現実には、負荷Ｃに対して、必要な電力が１０ｋＷであるならば、例えば１０ｋＷの電力を確実に供給できるようにするということである。
例えば、市販の電池（例えばＶ社）は、４０セル（１スタック）で、Ｍａｘ ４ｋＷの能力がある。負荷Ｃは、１０ｋＷ必要であるから、４０セル×３＝１２０セルが必要となる。具体的には３スタック直列で繋げば、１２ｋＷ出力できる能力となるため、目的を達成できる。つまり、１０ｋｗの出力が可能なＲＦＢを用意できたことになる。
更に、リスクヘッジの観点から、１０ｋｗの出力が可能なＲＦＢのリスクヘッジを考慮する必要がある。
ＲＦＢは、セルスタック装置、電解液タンク装置、ポンプ装置、リバランス装置を主として含む。従って、かかる装置のリスクヘッジを考慮する必要がある。
本発明の上記課題は、以下の各発明によって解決される。
（請求項１）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設の電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項２）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項３）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置による前記電力被供給装置への給電が、不足すると判断した場合には、前記レドックスフロー二次電池により、太陽光発電設備による給電の不足分を賄い、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。
（請求項４）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置からの電力を、前記レドックスフロー二次電池に給電し、前記レドックスフロー二次電池からの給電により、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。
（請求項５）
前記電力被供給装置が、１日当たりの時間軸による電力消費量が変動する場合に、その変動に応じて、前記再生可能エネルギー発電装置あるいはレドックスフロー二次電池により給電する給電量を変動させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項６）
前記レドックスフロー二次電池は、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄えるセルスタック数を有するセルスタック装置を有し、
且つ、少なくとも１基のセルスタックを予備として設け、
故障リスクのないセルスタックを選択できる選択切替回路を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項７）
前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクを１又は２以上備え、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電気が充電されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項８）
前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電解液タンクの容積を減らして、該電解液タンクの数を増加させることを特徴とする請求項７記載の電力供給方法。
（請求項９）
前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクから電極室に活物質液を移送するポンプを複数備え、
該ポンプには、予備のポンプを備えており、ポンプによる活物質液の移送を停止させないことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１０）
前記レドックスフロー二次電池は、リバランス装置を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１１）
前記レドックスフロー二次電池を複数備え、該レドックスフロー二次電池を定期的に切替えて前記電力被供給装置に給電させることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１２）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項１３）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項１）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設の電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項２）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項３）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置による前記電力被供給装置への給電が、不足すると判断した場合には、前記レドックスフロー二次電池により、太陽光発電設備による給電の不足分を賄い、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。
（請求項４）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置からの電力を、前記レドックスフロー二次電池に給電し、前記レドックスフロー二次電池からの給電により、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。
（請求項５）
前記電力被供給装置が、１日当たりの時間軸による電力消費量が変動する場合に、その変動に応じて、前記再生可能エネルギー発電装置あるいはレドックスフロー二次電池により給電する給電量を変動させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項６）
前記レドックスフロー二次電池は、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄えるセルスタック数を有するセルスタック装置を有し、
且つ、少なくとも１基のセルスタックを予備として設け、
故障リスクのないセルスタックを選択できる選択切替回路を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項７）
前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクを１又は２以上備え、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電気が充電されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項８）
前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電解液タンクの容積を減らして、該電解液タンクの数を増加させることを特徴とする請求項７記載の電力供給方法。
（請求項９）
前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクから電極室に活物質液を移送するポンプを複数備え、
該ポンプには、予備のポンプを備えており、ポンプによる活物質液の移送を停止させないことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１０）
前記レドックスフロー二次電池は、リバランス装置を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１１）
前記レドックスフロー二次電池を複数備え、該レドックスフロー二次電池を定期的に切替えて前記電力被供給装置に給電させることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電力供給方法。
（請求項１２）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
（請求項１３）
再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
本発明によれば、太陽光発電とレドックスフロー二次電池を用いて、電力被供給装置に継続して給電できる電力供給システムを提供することができる。
また本発明によれば、台風、地震他、大きな災害時に、搾乳・冷蔵系統に電気を供給して、搾乳・冷蔵を継続して、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったりすることを防止し、且つ搾乳した牛乳を廃棄する必要がない電力供給システムを提供することができる。
また本発明によれば、台風、地震他、大きな災害時に、搾乳・冷蔵系統に電気を供給して、搾乳・冷蔵を継続して、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったりすることを防止し、且つ搾乳した牛乳を廃棄する必要がない電力供給システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明において、電力被供給装置は、系統電気から独立して電気を供給する必要がある施設であれば、格別限定されないが、とくに系統電気が停止することによって、動物の命に危険が及ぶような装置が対象であり、例えば酪農施設が代表的に挙げられる。
以下の説明では、電力被供給装置が、酪農施設１の搾乳装置及び冷蔵装置である場合について説明する。
酪農施設１において、搾乳装置及び冷蔵装置の系統電気が停止した場合には、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったり、又は搾乳しても冷蔵ができないので、搾乳した牛乳を廃棄しなければならなくなる。
酪農施設１において、搾乳装置及び冷蔵装置の系統電気が停止した場合には、搾乳ができずに乳牛が乳腺炎になったり、又は搾乳しても冷蔵ができないので、搾乳した牛乳を廃棄しなければならなくなる。
酪農施設１において、再生可能エネルギー発電装置２を含む本発明の電源システム１００を用いれば、系統電気が災害などによって停電しても、何ら影響なく、上記の各電動機器をそのまま継続して使用することができ、乳牛Ｍの乳腺炎や牛乳の廃棄などの懸念は全く生じない。
酪農施設１においては、搾乳装置は、本発明の電源システム１００から常に給電されるようにする。搾乳装置が稼働していれば、乳牛Ｍの乳腺炎や、搾乳した牛乳の廃棄を防止できるからである。
酪農施設１の消費電力に関しては、限定的ではないが、その一例を示せば、以下のようである。
例えば、扇風機が終日稼働し、その消費電力は、例えば、６ｋＷｈ（１５台）である。搾乳及び冷蔵は、例えば、５時〜８時及び１７時〜２０時半の１日に２回行われ、搾乳装置（真空ポンプ、冷却器、バルク攪拌機を含む）の消費電力は、例えば、１０ｋＷｈ（１台）である。冷却器及びバルク攪拌機は、搾乳装置から乳が搬出された後の６時間程度を除いては、終日稼働する。
なお、搾乳した乳を処理、搬送するバーンクリーナ、個体分離器、ベルトコンベアは、例えば、５時、１２時、１７時の１日に３回、３０分程度稼働し、消費電力は、合計５ｋＷｈ（１台）程度である。
ふん尿処理機（攪拌機及び走行用モータを含む）は、例えば、７時〜１６時の時間帯で１時間ごとに３０分程度稼働し、消費電力は、４．５ｋＷｈ程度である。
例えば、扇風機が終日稼働し、その消費電力は、例えば、６ｋＷｈ（１５台）である。搾乳及び冷蔵は、例えば、５時〜８時及び１７時〜２０時半の１日に２回行われ、搾乳装置（真空ポンプ、冷却器、バルク攪拌機を含む）の消費電力は、例えば、１０ｋＷｈ（１台）である。冷却器及びバルク攪拌機は、搾乳装置から乳が搬出された後の６時間程度を除いては、終日稼働する。
なお、搾乳した乳を処理、搬送するバーンクリーナ、個体分離器、ベルトコンベアは、例えば、５時、１２時、１７時の１日に３回、３０分程度稼働し、消費電力は、合計５ｋＷｈ（１台）程度である。
ふん尿処理機（攪拌機及び走行用モータを含む）は、例えば、７時〜１６時の時間帯で１時間ごとに３０分程度稼働し、消費電力は、４．５ｋＷｈ程度である。
酪農施設１においては、５時〜８時及び１７時〜２０時半の搾乳装置の稼働時間に消費電力のピークがあるので、少なくともこの時間帯の消費電力を本発明の電源システム１００によって賄うことが好ましい。
本発明は、搾乳被害の現状に対して、直接的な・効果的な解決策になる。搾乳系統と冷蔵系統との二つの系統に対して、レドックスフロー二次電池と再生可能エネルギー発電装置による電力供給を行う。
レドックスフロー二次電池と再生可能エネルギー発電装置の電気供給能力は、搾乳・冷蔵系統の電気使用量を賄える。
レドックスフロー二次電池と再生可能エネルギー発電装置の電気供給能力は、搾乳・冷蔵系統の電気使用量を賄える。
本発明により、緊急時には乳牛の生命を守るため、搾乳・冷蔵系統の電気は、系統電気から独立させているので、停電させることなく、搾乳・冷蔵を可能にする。
具体的には、再生可能エネルギー発電装置からの酪農施設の搾乳装置及び冷蔵装置への給電が、不足すると判断した場合には、レドックスフロー二次電池により、再生可能エネルギー発電装置による給電の不足分を賄い、搾乳及び冷蔵を継続できるようにすることが好ましい。これにより、乳牛の生命を守ることができる。
本実施形態においては、酪農施設を運営する酪農家から牛乳を集める業者においても適用できる。業者は、酪農から牛乳を集めて、貯蔵施設に貯蔵する。この場合、この貯蔵施設に電力が供給できない場合は、牛乳を処分せざるを得なくなる。そこで、酪農から牛乳を集める業者が有する牛乳の貯蔵施設に、レドックスフロー二次電池と再生可能エネルギー発電装置による電気供給することで、牛乳を処分せずに済む。
また、レドックスフロー二次電池と再生可能エネルギー発電装置による電気供給が、何等かの原因で継続できない事態では、電力供給元を、レドックスフロー二次電池のみで提供することもできる。
本発明において、リスクヘッジの観点から、電力被供給装置（負荷）の消費電力と発生電力との最適化をすることが好ましい。具体的には、電力被供給装置が、１日当たりの時間軸による電力消費量が変動する場合に、その変動に応じて、前記再生可能エネルギー発電装置あるいはレドックスフロー二次電池により給電する給電量を変動させることが好ましい。
また、リスクヘッジの観点から、レドックスフロー二次電池からの給電が、常に可能となる体制を整えることが好ましい。具体的には、レドックスフロー二次電池は、電力被供給装置で必要とする電力量を賄えるセルスタック数を有するセルスタック装置を有し、且つ、少なくとも１基のセルスタックを予備として設け、故障リスクのないセルスタックを選択できる選択切替回路を有することが好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、電解液タンクを１又は２以上備え、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電気が充電されていることが好ましい。
また、電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電解液タンクの容積を減らして、該電解液タンクの数を増加させることも好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、電解液タンクから電極室に活物質液を移送するポンプを複数備え、該ポンプには、予備のポンプを備えており、ポンプによる活物質液の移送を停止させないことが好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、リバランス装置を備えることが好ましい。
また、リスクヘッジの観点から、レドックスフロー二次電池からの給電が、常に可能となる体制を整えることが好ましい。具体的には、レドックスフロー二次電池は、電力被供給装置で必要とする電力量を賄えるセルスタック数を有するセルスタック装置を有し、且つ、少なくとも１基のセルスタックを予備として設け、故障リスクのないセルスタックを選択できる選択切替回路を有することが好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、電解液タンクを１又は２以上備え、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電気が充電されていることが好ましい。
また、電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電解液タンクの容積を減らして、該電解液タンクの数を増加させることも好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、電解液タンクから電極室に活物質液を移送するポンプを複数備え、該ポンプには、予備のポンプを備えており、ポンプによる活物質液の移送を停止させないことが好ましい。
また、レドックスフロー二次電池は、リバランス装置を備えることが好ましい。
更に、レドックスフロー二次電池を複数備え、該レドックスフロー二次電池を定期的に切替えて前記電力被供給装置に給電させることが好ましい。二重の安全性を確保しておくことが好ましい。本発明はリスクヘッジされたシステムだからである。
更に、上述のように酪農施設１で電力消費ピーク、及び必要な電力が分かれば、それに伴い、電力消費のピークに併せて、定格となる最大出力が十分引き出せる電池を用意でき、必要な消費電力が分かれば、その消費電力を十分賄える電力を蓄電できる電解液容量を用意できる。ここで、例えば、１日の消費電力の１５倍以上の電力を、電解液が賄える容量を備えることが好ましい。これにより、長時間の停電に対して、十分電力を蓄電できる電解液容量を備える電解液タンクを有する電池となり、この結果、長時間の停電に対しても問題なく給電を可能とし、牛の命を十分守ることができる。
〔電源システムの構成〕
図２は、実施形態の電源システムを示すブロック図である。
図２は、実施形態の電源システムを示すブロック図である。
この電源システム１００は、図２に示すように、レドックスフロー二次電池と太陽光発電装置によって、酪農施設１の搾乳装置及び冷蔵装置に電力を給電することができるように構成される。なお、太陽光発電装置は再生可能エネルギー発電装置の代表的な例として説明するものである。
搾乳装置及び冷蔵装置に電気供給する際には、通常は、太陽発電装置によって、電気供給するように構成されてもよいが、太陽発電装置による発電力が、搾乳装置及び冷蔵装置の使用電力を賄いきれない場合には、レドックスフロー二次電池によって電気を供給してもよい。
充放電が可能なレドックスフロー二次電池は複数設置されていることも好ましく、図示のようにレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を設置してもよい。
太陽光発電装置２は、ダイオード及び配電装置を介して、複数のレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に電力を供給して充電することができる。
太陽光発電装置２は、ダイオード及び配電装置を介して、複数のレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に電力を供給して充電することができる。
太陽光発電装置２としては、低照度特性のよいモジュールを用いたものが好ましく、例えば、最大出力３５Ｖ、３００Ｗ程度のモジュールを３２個架設して、９．６ＫＷの電源として使用できる。この場合、直列接続した２個のモジュールを１ストリングとし、１６ストリングを並列接続して構成することができる。
本実施形態の改良として、太陽光発電装置２に代えて、または、併設して、風力発電装置、バイオマス発電装置、さらに、潮汐力発電装置、地熱発電装置など、種々の方式の発電装置（再生可能エネルギー）を用いることも考えられる。
なお、本実施形態では、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に電力会社が供給する系統電気６がグリッド及び整流器を介して接続されているが、本発明において、酪農施設の搾乳装置及び冷蔵装置に対する給電においては、系統電気６の接続は必須ではない。以下の説明で、酪農施設１への給電という場合には、搾乳装置及び冷蔵装置への給電を意味している。
酪農施設１の搾乳装置は、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に充電された電力を、インバータ５を介して利用できる。
レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３としては、例えば、出力５０Ｖ、５ＫＷ、正負電解液量各３００リットル程度のものを用いることができる。レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、受電受け入れ性がよく、静電容量が大きいという特徴を有している。
インバータ５は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、直流の入力が、例えば、５０Ｖ、３相交流２００Ｖ、１０ＫＷの出力を行う。
インバータ５は、ＤＣ／ＡＣインバータであり、直流の入力が、例えば、５０Ｖ、３相交流２００Ｖ、１０ＫＷの出力を行う。
レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、正極電解液タンク、及び負極電解液タンクと、電池本体とを各々の電池に少なくとも１つ備えており、各電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、制御装置（コントロールユニット）７に接続されている。制御装置７は、レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の動作を制御するとともに、いずれのレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３からの電力を、酪農施設１に給電するかの選択を行う。
制御装置７は、レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を切替えて、切替えた電解液タンクが接続されたレドックスフロー二次電池から酪農施設に給電させる。
制御装置７によって、レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を、メリーゴーランド方式で行うことが好ましい（各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を回転させるようにして順次何れかを選択する）。
また、制御装置７によるレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が各々備える電解液タンク(図示せず)の切替えは、メリーゴーランド方式で行うことも好ましい。例えば、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が備える各々の電解液タンクを回転させるようにして順次何れかを選択する。
具体的には、レドックスフロー二次電池Ｖ１が備える電池本体に接続されたレドックスフロー二次電池Ｖ１が備える電解液タンクから、レドックスフロー二次電池Ｖ２が備える電解液タンクを選択して切り替えて接続するようにしてもよい。
つまり、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が有する各電池本体、及び各電解液タンクを相互に接続、切替可能に構成されていることも好ましい。
このような制御装置７によるレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が有する各々の電解液タンクの選択により、いずれかのレドックスフロー二次電池が正常に動作していれば、酪農施設１への給電が途切れることがない。
また、制御装置７は、酪農施設１に給電させるレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が備える電池本体の選択を、定期的に切替えるようにすることもできる。これにより、使用しない電池本体を定期的に点検ができるので、常に異常の少ない電池本体を使用できるため、非常時への備えを万全にできる。
さらに、制御装置７には、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が備える電池本体、電解液タンクの異常の検知及びその他の状態を示すデータが入力されるようにしてもよい。この場合には、制御装置７は、複数のレドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の何れかに異常が検知した場合、異常が検知されていない１つのレドックスフロー二次電池（電池本体、電解液タンク）を選択し、選択したレドックスフロー二次電池により、酪農施設１に給電させる。
各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、電解液を貯蔵する電解液タンクと、電解液中に浸漬された積層状の電極を備えるセルスタック１０を有して構成されている。タンクに貯蔵された電解液は、図示しない循環装置（ポンプ）によって、循環され、撹拌されてもよい。循環装置の動作は、制御装置７によって制御される。
各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３では、セルスタック１０に各セル毎に電極となりうる中間端子を備えており、適切な電圧になるように選択されたいずれか２つの電極と、負荷を接続することにより、放電を行うことができる。また、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３では、セルスタック１０のいずれか２つの電極に対して、印加される電圧により、適切な電極を接続して、充電を行うことができる。各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の電解液を貯蔵するタンクは、地下に埋設することもできる。
ここで、本実施形態では、レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を例示し、レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が一つの電池本体、１組の正極、負極の電解液タンクを備える例を説明したが、レドックスフロー二次電池Ｖ１を一つ備え、レドックスフロー二次電池Ｖ１が、一つの電池本体に、正極、負極の電解液タンクを各々複数備える構成であってもよい。例えば、レドックスフロー二次電池Ｖ１には、一つの電池本体に対して、正極電解液タンクが３つ、負極電解液タンクが３つ備えていてもよい。また、電池本体と、電解液タンクを相互に接続可能に構成されてもよい。これらの構成は、レドックスフロー二次電池Ｖ１に接続された制御装置７によって、正極、及び負極の電解液タンクを選択、切替を実現できるので好ましい。
〔電力供給方法〕
本発明の電力供給方法は、前述した電源システムを用いて、複数の酪農施設１に電力を給電する方法であり、制御装置７によって実行される。
本発明の電力供給方法は、前述した電源システムを用いて、複数の酪農施設１に電力を給電する方法であり、制御装置７によって実行される。
図３は、図２に示した電源システムにおける電力供給方法の一例を示すフローチャートである。
まず、この電力供給方法においては、図３に示すように、制御装置７は、ステップｓｔ１において、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の電解液を、循環装置（ポンプ）により、撹拌・循環させる。この撹拌・循環は、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の稼働中は、継続される。
制御装置７は、次のステップｓｔ２において、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の充電量及び放電量を示すデータを取得する。
制御装置７は、次のステップｓｔ３において、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の不具合の有無及びその他の状態を示すデータを取得し、不具合のあるものが存在するときには、不具合のない１つのレドックスフロー二次電池を選択する。制御装置７は、配電装置を制御し、選択したレドックスフロー二次電池から酪農施設１に給電されるようにする。
制御装置７は、次のステップｓｔ４において、酪農施設１に給電させるレドックスフロー二次電池の選択をしたときから予め定めた一定期間を経過したならば、酪農施設１に給電させるレドックスフロー二次電池を切替える。
制御装置７は、次のステップｓｔ５において、ステップｓｔ３〜ｓｔ４で行った選択及び切替とに基づいて、配電装置を制御し、各レドックスフロー二次電池Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の充電状態が適正な範囲に維持されるようにして、リターンする。
〔レドックスフロー二次電池について〕
図４は、図２に示した電源システムのレドックスフロー二次電池の要部を示す断面図である。
図４は、図２に示した電源システムのレドックスフロー二次電池の要部を示す断面図である。
本実施形態に係るレドックスフロー二次電池は、図４に示すように、電池セル２０を最小単位として、これを単独、又は複数枚積層したセルスタック１０と称される形態で使用され、電池セル２０にバナジウムを活物質として含む電解液を循環させて充放電を行う。
例えば、このレドックスフロー二次電池は、整流器及びインバータ５を介して発電設備２からの電力を充電し、充電した電力を、整流器及びインバータ５を介して酪農施設１に放電（給電）する。
酪農施設１には、発電設備２から直接給電されることもある。
例えば、このレドックスフロー二次電池は、整流器及びインバータ５を介して発電設備２からの電力を充電し、充電した電力を、整流器及びインバータ５を介して酪農施設１に放電（給電）する。
酪農施設１には、発電設備２から直接給電されることもある。
レドックスフロー二次電池は、正極電極１１ａを内蔵する正極セル１１と、負極電極２１ａを内蔵する負極セル２１と、両電極１１ａ、２１ａの間に介在されて両セルを分離し所定のイオンを透過させる隔膜３０とを有する電池セル２０を備える。
そして、レドックスフロー二次電池は、正極セル１１に循環供給する正極電解液を貯蔵する正極電解液タンク１２と、正極電解液を正極電解液タンク１２から正極セル１１に送る正極往路配管１３と、正極電解液を正極セル１１から正極電解液タンク１２に戻す正極復路配管１４とを備える。正極往路配管１３には、正極電解液を循環させるためのポンプ１５が配置される。
また、レドックスフロー二次電池は、負極セル２１に循環供給する負極電解液を貯蔵する負極電解液タンク２２と、負極電解液を負極電解液タンク２２から負極セル２１に送る負極往路配管２３と、負極電解液を負極セル２１から負極電解液タンク２２に戻す負極復路配管２４とを備える。負極往路配管２３には、負極電解液を循環させるためのポンプ２５が配置される。
このレドックスフロー二次電池において、正極電解液タンク１２内の電解液は、ポンプ１５を起動することにより、正極往路配管１３を通して電池セル２０に送られる。電池セル２０に送られた正極電解液は、電池セル２０の下方から内部を通って上方に排出され、正極復路配管１４を通して正極電解液タンク１２に戻されて、図中矢印Ａ方向に循環する。
また、負極電解液タンク２２内の電解液は、ポンプ２５を起動することにより、負極往路配管２３を通して電池セル２０に送られる。電池セル２０に送られた電解液は、電池セル２０の下方から内部を通って上方に排出され、負極復路配管２４を通して負極電解液タンク２２に戻されて、図中矢印Ｂ方向に循環する。
これにより、電池セル２０内で充放電反応が行われ、電力の取出し又は貯蔵が可能となる。電池セル２０における充放電反応は、次の通りである。
正極セル
充電：Ｖ４＋→Ｖ５＋＋ｅ−
放電：Ｖ５＋＋ｅ−→Ｖ４＋
負極セル
充電：Ｖ３＋＋ｅ−→Ｖ２＋
放電：Ｖ２＋→Ｖ３＋＋ｅ−
（正極電極・負極電極）
正極セル
充電：Ｖ４＋→Ｖ５＋＋ｅ−
放電：Ｖ５＋＋ｅ−→Ｖ４＋
負極セル
充電：Ｖ３＋＋ｅ−→Ｖ２＋
放電：Ｖ２＋→Ｖ３＋＋ｅ−
（正極電極・負極電極）
正極電極１１ａ及び負極電極２１ａとしては、公知の電極を用いることができ、特に限定されない。例えば、カーボンフェルトのようなカーボン電極などが挙げられる。
（隔膜）
隔膜３０としては、公知の隔膜を用いることができ、特に限定されないが、例えば有機高分子からなるイオン交換膜が好ましく、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のいずれも用いることができる。
隔膜３０としては、公知の隔膜を用いることができ、特に限定されないが、例えば有機高分子からなるイオン交換膜が好ましく、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のいずれも用いることができる。
（電解液）
正極電解液は、溶解した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物と、粒子状に分散した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物とを含む。
正極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。
正極電解液は、溶解した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物と、粒子状に分散した４価及び５価の一方又はその両方のバナジウム化合物とを含む。
正極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。
負極電解液は、溶解した２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物と、粒子状に分散した２価及び３価の一方又はその両方のバナジウム化合物とを含む。
負極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。
負極電解液には、析出物の析出を防止するために、従来公知の硝酸等のオキソ酸や保護コロイド剤、錯化剤等の添加物を含んでもよい。
〔実施形態について〕
本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってよい。今回開示された各実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってよい。今回開示された各実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ 酪農施設
２ 太陽光発電装置
５ インバータ
７ 制御装置
１０ セルスタック
１００ 電源システム
Ｖ１ レドックスフロー二次電池
Ｖ２ レドックスフロー二次電池
Ｖ３ レドックスフロー二次電池
２ 太陽光発電装置
５ インバータ
７ 制御装置
１０ セルスタック
１００ 電源システム
Ｖ１ レドックスフロー二次電池
Ｖ２ レドックスフロー二次電池
Ｖ３ レドックスフロー二次電池
Claims (13)
- 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設の電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。 - 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
電力被供給装置である搾乳装置及び冷蔵装置に供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。 - 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置による前記電力被供給装置への給電が、不足すると判断した場合には、前記レドックスフロー二次電池により、太陽光発電設備による給電の不足分を賄い、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。 - 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置からの電力を、前記レドックスフロー二次電池に給電し、前記レドックスフロー二次電池からの給電により、搾乳及び冷蔵を継続することを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給方法。 - 前記電力被供給装置が、１日当たりの時間軸による電力消費量が変動する場合に、その変動に応じて、前記再生可能エネルギー発電装置あるいはレドックスフロー二次電池により給電する給電量を変動させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力供給方法。
- 前記レドックスフロー二次電池は、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄えるセルスタック数を有するセルスタック装置を有し、
且つ、少なくとも１基のセルスタックを予備として設け、
故障リスクのないセルスタックを選択できる選択切替回路を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電力供給方法。 - 前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクを１又は２以上備え、前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電気が充電されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電力供給方法。
- 前記電力被供給装置で必要とする電力量を賄える電解液タンクの容積を減らして、該電解液タンクの数を増加させることを特徴とする請求項７記載の電力供給方法。
- 前記レドックスフロー二次電池は、電解液タンクから電極室に活物質液を移送するポンプを複数備え、
該ポンプには、予備のポンプを備えており、ポンプによる活物質液の移送を停止させないことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電力供給方法。 - 前記レドックスフロー二次電池は、リバランス装置を備えることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電力供給方法。
- 前記レドックスフロー二次電池を複数備え、該レドックスフロー二次電池を定期的に切替えて前記電力被供給装置に給電させることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電力供給方法。
- 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
前記発電装置で発電された電気と、レドックスフロー二次電池に充電された電気を、酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。 - 再生可能エネルギー発電装置と、
電池反応を行う電極室を有する単電池が電気的に直列に複数積層され、前記複数の単電池間に電池活物質である活物質液を共有することが可能なように構成されたレドックスフロー型二次電池とを備え、
酪農施設において、災害により系統電気が遮断された場合に、
酪農施設から集められた対象物が貯蔵される電力被供給装置である貯蔵施設に、供給される電気を、前記発電装置で発電された電気と、前記レドックスフロー二次電池に充電された電気を、系統電気から独立して、供給することを特徴とする電力供給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019176993A JP2021057944A (ja) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 電力供給方法 |
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