JP3773924B2 - 分散発電システム - Google Patents

Description

この発明は電力の供給技術に関し、とくに分散型の発電システムと、それを利用したエネルギー管理システムに関する。

ＩＴやバイオなどの新技術が世界規模で展開される時代となったが、そうした状況にあっても、エネルギー産業は最大級の基幹産業であることに変わりはない。最近では、地球温暖化防止をはじめとする環境意識の浸透に伴い、いわゆる新エネルギーに対する期待が高まっている。新エネルギーは、環境性に加え、電力需要家に近接して分散型で生産できるため、送電損失面と電力供給のセキュリティ面でもメリットがある。また、新エネルギーの開発が新たな周辺産業を創出する副次的効果も期待できる。

新エネルギーに対する取り組みは、約３０年前の石油危機を契機として本格化し、現在では、太陽光発電などの再生可能エネルギー、廃棄物発電などのリサイクルエネルギー、燃料電池などの高効率エネルギー、およびクリーンエネルギーカーを代表とする新分野エネルギーなどのエネルギーが、それぞれ実用化に向けた開発の段階にある。

そうした中でも、燃料電池は業界でもっとも注目されるエネルギーのひとつである。燃料電池は、天然ガスやメタノールに代表される炭化水素系燃料に水蒸気を混ぜて作った水素と、大気中から採取した酸素を化学反応させて電気と熱を同時に生成するもので、発電による副産物が水だけであり、低出力域でも高効率で、しかも発電が天候に影響されず安定的である。固体高分子型燃料電池は、住居用をはじめとする定置型、および車載型の両用途において次世代のひとつの標準電源と目されている。

現在、固体高分子型燃料電池を利用する発電システムは、試作から実用化の途上にある。燃料電池の普及はコストをいかに低減できるかに依存する。初期コストは開発側の課題ではあるが、運用上のコストまたはメリットは、燃料電池を用いるシステムと商用電力系統の関係にも依存する。

したがって燃料電池の普及には、単に燃料電池自体の技術的改良だけではなく、それを利用する環境をビジネスモデルとして構築する必要があり、このモデルにおいて、システムの利用者、電力会社をはじめとする関係者全体のメリットを浮き彫りにしていく必要がある。

本発明はこうした背景からなされたものであり、その目的は、燃料電池をはじめとする分散型の発電システムの導入および利用の促進を図る技術の提供にある。

本発明のある態様は、分散型の発電システム（以下単に分散発電システムという）に関する。このシステムは、発電のためにガスを利用する発電装置を有するもので、ガス系統から当該発電システムの利用者へ供給されるガスの供給量を検出する供給検出部と、ガスの供給量を記憶する供給量保持部と、を有する。「発電装置」は任意のものでよいが、発電のためにガスを利用する燃料電池はひとつの好適な例である。

分散発電システムは、一般には、それが設置される場所、例えば住居やビルなどにおいてガス会社のガス系統からガスの供給を受ける。ここでいう「ガスの供給量」は、燃料電池による発電に利用されるガスと、それ以外の用途で消費されるガスの双方を含んだ利用者ごとの総供給量をいう。この総供給量に基づいてガス料金が決定され、これを需要家、すなわちこのシステムの利用者（以下単に利用者ともいう）が負担する。

この分散発電システムが有するマスフローメータなどのガス量検出器を発電用以外のガス供給量の測定にも活用し、さらに電力供給量も測定して記録すれば電力とガスの一元的管理が可能となる。供給量保持部からガスの供給量を読み出して、ネットワーク経由で発行された確認指示に対する応答の形で、ガス会社または管理会社などに通知してもよい。「ネットワーク」はインターネットでもよい。

本発明の別の態様における分散発電システムは、発電のために上水を利用する発電装置を有するものであり、上水系統から当該発電システムの利用者へ供給される上水の供給量を検出する供給検出部と、上水の供給量を記憶する供給量保持部と、を有する。この「発電装置」もまた任意のものでよいが、発電のために上水を利用する燃料電池はひとつの好適な例である。

分散発電システムは、一般には、それが設置される場所において水道事業者の上水系統から上水の供給を受ける。ここでいう「上水の供給量」は、燃料電池による発電に利用される水と、それ以外の用途で使用される水の双方を含んだ利用者ごとの総供給量をいう。この総供給量に基づいて水道料金のうち上水にかかる部分が決定され、これを需要家が負担する。

この分散発電システムが有するマスフローメータなどの水量検出器を、発電用以外の上水供給量の測定にも活用し、さらに電力供給量も測定して記録すれば電力と上水の一元的管理が可能となる。供給量保持部から上水の供給量を読み出して、ネットワーク経由で発行された確認指示に対する応答の形で、水道事業者または管理会社などに通知してもよい。

本発明のさらに別の態様はエネルギー管理システムである。このシステムは、管理装置を含む。この管理装置は、発電のためにガスを利用する発電装置を有する分散発電システムにネットワークを介して接続され、分散発電システムが検出するガス系統からのガスの供給量を遠隔から確認できるよう構成してもよい。また、電力系統からの電力の供給量、ガスの供給量、および上水の供給量を一元的に管理してもよいし、電力供給主体、ガス供給主体、および上水供給主体に対して、管理する各供給量を通知してもよい。

本発明のさらに別の態様のエネルギー管理システムもまた管理装置を含む。この管理装置は、発電のために上水を利用する発電装置を有する分散発電システムにネットワークを介して接続され、分散発電システムが検出する上水系統からの上水の供給量を遠隔から確認できるよう構成してもよい。また、電力系統からの電力の供給量、ガスの供給量、および上水の供給量を一元的に管理してもよいし、電力供給主体、ガス供給主体、および上水供給主体に対して、管理する各供給量を通知してもよい。

本発明のさらに別の態様も分散発電システムである。このシステムは、発電装置を有するものであり、この発電システムが供給量を検出する電力、ガス、および上水のうち少なくともいずれかの利用状況を監視する監視部を含む。この利用状況に異常が見られたとき、監視部がその異常を検出して利用者に警告する。「利用状況」は、１日における各時間帯ごとの供給量であってもよく、平均的な利用パターンを予め記憶しておいてこれと著しく異なるときに「異常」と判断してもよい。「警告」は、屋内の警報機などの装置によって行ってもよい。これにより、利用者はガス漏れなどの異常を迅速に察知することができる。

本発明のさらに別の態様もエネルギー管理システムである。このシステムは、発電装置を有する分散発電システムにネットワークを介して接続された監視部を含む。この監視部もまた電力、ガス、および上水のうち少なくともいずれかの利用状況を監視するとともに、利用状況に異常が発生したときに、その異常を検出して通報する。通報先は、電力会社、ガス会社、水道事業者などであってもよいし、分散発電システムが設置される場所のセキュリティを管理する管理主体であってもよい。この管理主体は警備会社であってもよい。

たとえば、利用者の留守中または就寝中に漏電、ショート、ガス漏れなどが発生した場合に、これを電力、ガス、上水の利用状況によって検知する。従来はガス漏れ検知器などによって二次的に検知していた災害を、供給量の異常な変動によって一次的に検知する。また、老人や病人の一人世帯において急病などの不測の事態が発生した場合にも、これを電力、ガス、上水の異常な利用状況によって察知できる可能性がある。

本発明のさらに別の態様も分散発電システムである。このシステムは、発電装置を有するものであり、このシステムを、発電装置による発電に利用する資源の少なくとも一部をこのシステムの設置される場所に供給するための物理的なゲートウェイとして構成するとともに、その供給量を各資源の供給主体へ通知するために検出する管理的なゲートウェイとして構成する。

「発電に利用する資源」は、ガス、上水をはじめ、電力を含んでもよい。「物理的なゲートウェイ」は、たとえば利用者の電気設備、ガス設備、上水設備などを電力系統、ガス系統、上水系統などにそれぞれ接続する接合点を意味する。「管理的なゲートウェイ」は、たとえば利用者の家庭で使用した電力、ガス、上水の各供給量を取得して通知するための集約点を意味する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、有用性の高いエネルギー管理が実現する。

図１は、実施の形態に係るエネルギー管理システム１０の全体構成を示す。同図は一般的な電子ネットワークを示し、配電、配ガス、および配水のためのネットワークを示すものではない。

エネルギー管理システム１０では、複数の分散発電システム１２とそれらを統括的に管理する管理装置２４を含む管理会社２２がインターネット２０を介して接続されている。管理会社２２は専用回線で電力会社２８、ガス会社２６、水道事業者２９、および警備会社２７と接続され、これら各社の委託を受けた事業を行う。電力会社２８は電力系統１６を通じて分散発電システム１２をもつ需要家の住宅やビルに電力を供給する。同様に、ガス会社２６はガス系統１４を通じてガスを供給し、水道事業者２９は上水系統１８を通じて上水を供給する。分散発電システム１２は、発電のためにガスと水を利用する燃料電池システムを備える。

このエネルギー管理システム１０の基本的な特徴は、電力、ガス、および上水の供給量を遠隔地から確認し、これらを集約して一元的に管理する点にある。従来はこれらをそれぞれの事業主体が別々に管理していたが、本実施形態によれば需要家ごとに包括的なエネルギー管理が可能となる。また、従来は各事業主体の担当者が各需要家宅へ訪問し、そこに設置されたメータを検針することによって毎月の供給量を確認していた。本実施形態によれば訪問および検針作業が省かれるので、各事業主体における人件費を削減できる。

図２は、分散発電システム１２の構成を示す。燃料電池システム３０は、天然ガスやメタノールなどの炭化水素系燃料と上水から生成した水蒸気を反応させて水素を得る改質器３４と、その水素と酸素を反応させて水と直流電圧を得る燃料電池３６と、その電圧を交流に変換するインバータ３８と、それらを制御する制御部３２を備える。燃料電池システム３０による電力を利用するか電力系統１６から買電するか、またはそれらを併用するかは、一般に利用者の判断でなされる。

第１の開閉器４０は電力系統１６と屋内電気設備の経路７２に間挿され、電力系統１６から買電するとき導通状態にされる。第２の開閉器４４は燃料電池システム３０と屋内電気設備の経路７４に間挿され、燃料電池システム３０から屋内電気設備へ電力を供給するとき導通状態にされる。ガス系統１４からは改質器３４および屋内ガス設備に対してそれぞれ経路６６と経路６４を通じてガスが供給され、上水系統１８からは改質器３４および屋内上水設備に対してそれぞれ経路７０と経路６８を通じて上水が供給される。

供給検出部６２は、買電された電力供給量を経路７２から検出し、ガス供給量を経路６６、６４から検出し、上水供給量を経路７０、６８から検出する。供給検出部６２によって検出された各供給量は、供給量保持部６０に格納され、送信処理部５８によって通信部４６を介して管理装置２４へ送信される。監視部５０は、供給量保持部６０に格納される各供給量を監視するとともに、その利用者における電力、ガス、上水の利用動向を利用動向保持部４８に記録する。電力、ガス、上水のうちいずれかの利用状況が利用動向保持部４８に記録された利用動向と著しく異なる場合に、これを検出した監視部５０が利用者へ注意を促すとともに、通信部４６を介して管理装置２４へ通報する。

通信部４６、利用動向保持部４８、監視部５０、送信処理部５８、および供給量保持部６０を含む処理装置５２は、ハードウェア的には、マイクロコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはデータ処理プログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携による機能のみをブロックで示している。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアとソフトウェアのいろいろな組合せで実現できることは当業者には理解されるところである。

図３は、供給検出部６２の構成を示す。供給検出部６２は、電力量検出器８０、ガス量検出器８２、および水量検出器８４を含む。電力量検出器８０は電力計であり、図２の経路７２における電力供給量を測定する。ガス量検出器８２はマスフローメータであり、経路６４、６６におけるガス供給量を測定する。水量検出器８４もまたマスフローメータであり、経路６８、７０における上水供給量を測定する。これら電力計およびマスフローメータは、従来の燃料電池システムにも設けられる既知の構成であるが、これを燃料電池システムが出力する電力の測定、または燃料電池システムへ供給されるガスおよび上水の測定に用いるのみならず、その利用者への供給量全体の測定に用いることによって総合的なエネルギー管理を実現する。

図４は、管理装置２４の構成を示す。この構成もマイクロコンピュータをはじめとするハードウェアおよびソフトウェアの組合せで実現される。通信部９０は、インターネット２０を介して分散発電システム１２と通信し、また電力会社２８、ガス会社２６、水道事業者２９、および警備会社２７と直接通信する。分散発電システム１２とのデータ送受信は、たとえばＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/ Internet Protocol）などのコネクション型のトランスポート層プロトコルを利用して行われる。

供給量確認部９２は、複数の分散発電システム１２のそれぞれから利用者ごとの各供給量を確認して供給量保持部９４に記録する。供給量保持部９４は、図２の供給量保持部６０に対応する機能を有し、利用者ごとの各供給量を保持する。利用者のリストは利用者リスト保持部９６に格納される。

電力確認部１０２は、分散発電システム１２から電力供給量を取得して電力供給量格納部１０８に記録する。ガス確認部１０４は、分散発電システム１２からガス供給量を取得してガス供給量格納部１１０に記録する。上水確認部１０６は、分散発電システム１２から上水供給量を取得して上水供給量確認部１１２に記録する。

監視部９８は、図２の監視部５０に対応する機能を有し、利用者ごとに各供給量を監視する。利用動向保持部１００は図２の利用動向保持部４８に対応する機能を有し、利用者ごとの各利用動向が格納される。監視部９８は、利用動向保持部１００に格納された利用動向と著しく異なる利用状況を示した利用者に対し、通信部９０を介して注意を促す通知をする。また、この異常を通信部９０を介して電力会社２８、ガス会社２６、水道事業者２９のいずれかに通報してもよいし、警備会社２７へ通報してもよい。

たとえば、利用者への注意を、解除可能な警報の形で通知しておき、所定の時間内にこの警報に対する解除がなされないときにはじめて警備会社２７へ通報する構成としてもよい。

図５は、電力供給量格納部１０８の内部構成を示す。電力供給量格納部１０８は、電力供給量を利用者ごとに記録しており、たとえば利用者「００３」は「２０００年１１月」の供給量として「３４２ｋＷｈ」が記録されている。

図６は、ガス供給量格納部１１０の内部構成を示す。ガス供給量格納部１１０は、ガス供給量を利用者ごとに記録しており、たとえば利用者「００３」は「２０００年１１月」の供給量として「８１ｍ³」が記録されている。

図７は、上水供給量確認部１１２の内部構成を示す。上水供給量確認部１１２は、上水供給量を利用者ごとに記録しており、たとえば利用者「００３」は「２０００年１１月」の供給量として「３１ｍ³」が記録されている。

図８は、利用動向保持部１００の内部構成を模式的に描いている。利用動向保持部１００に格納された利用者ごとの利用動向は、電力、ガス、上水のそれぞれに関する時間帯ごとの平均的な供給量であり、時間を横軸にとったグラフで記述される。たとえば利用者「００３」の電力利用動向は「１８時〜２１時」がピークとなり、利用者「０５２」の電力利用動向は「０時〜３時」がピークとなる。こうしたピークは利用者によって異なる上、電力、ガス、上水との間でそれぞれピーク時間が異なる場合もある。またピーク時の供給量や、ピーク時とそれ以外の時間の供給量の増減幅にも違いが見られる。これらは利用者ごとの特徴として捉えることができ、これを大きく逸脱する利用が見られた場合は何らかの異常が発生したものと判断できる可能性がある。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を述べる。

実施の形態の分散発電システム１２において、燃料電池システム３０による電力を利用するか電力系統１６から買電するかは利用者の判断に委ねられていた。変形例においては、この判断を燃料電池システム３０が行う。たとえば、時間帯によって異なる電気料金が設定されている場合に、いずれの電力利用が低コストとなるかを判断して発電と買電とを切り替える構成を有してもよい。また、ガス料金や上水料金も時間帯によって異なる場合、総合的に見て最も低コストとなる組合せを割り出して発電と買電とを切り替える構成を有してもよい。複数の電力会社、ガス会社、および水道事業者から選択的に供給を受けられる環境にある場合、最も低コストとなる会社を燃料電池システム３０が選択して供給を受ける構成を有してもよい。

管理会社２２内の管理装置２４は、電気料金、ガス料金、または上水料金を算出して管理してもよいし、これらの料金に対する課金を処理する構成を有してもよい。また、本システムの導入によって削減された検針業務の人件費を利用者へ還元するために、各料金に優遇措置を講じてもよい。

電力会社２８、ガス会社２６、水道事業者２９、警備会社２７のうちいずれかと管理会社２２が実質的に同一主体によって実現され、一連の処理が統合的になされてもよい。その場合、各社の内部にＷｅｂサーバその他のホストを構築してシステムを運用すればよい。

電力会社２８、ガス会社２６、水道事業者２９、警備会社２７と管理会社２２の間は必ずしも専用回線でなくてもよく、インターネット２０を利用しても差し支えはない。その設計は両者間の通信に要求されるセキュリティの度合いにもよる。

実施の形態に係るエネルギー管理システムの全体構成図である。 実施の形態に係る分散発電システムの構成図である。 分散発電システム内の供給検出部の構成図である。 管理会社内の管理装置の構成図である。 管理装置内の電力供給量格納部の構成図である。 管理装置内のガス供給量格納部の構成図である。 管理装置内の上水供給量確認部の構成図である。 管理装置内の利用動向保持部の構成図である。

符号の説明

１０…エネルギー管理システム
１２…分散発電システム
１４…ガス系統
１６…電力系統
１８…上水系統
２０…インターネット
２４…管理装置
３０…燃料電池システム
３６…燃料電池
４６…通信部
５０…監視部
６０…供給量保持部
６２…供給検出部
９０…通信部
９４…供給量保持部
９８…監視部

Claims (3)

1. 発電のために上水を利用する発電装置を有する分散型の発電システムにおいて、
   ネットワークと通信する通信部と、
   上水系統から前記発電システムの利用者へ供給される上水の供給量を検出する供給検出部と、
   前記上水の供給量を記憶する供給量保持部と、
   前記発電システムが供給量を検出する電力または上水の利用状況を監視する監視部と、を含み、
   前記監視部は、前記利用状況に異常が発生したときに、
   その異常を検出して前記発電システムの利用者に警告するとともに、所定の時間が経過した後に前記通信部を介して警備会社へ通報する
   ことを特徴とする分散発電システム。
2. 前記通信部を介して管理会社へ前記上水の供給量を送信する送信処理部をさらに含み、
   前記ネットワーク経由で発行され、前記利用者へ供給された前記上水の供給量を確認する確認指示に応答して、
   前記送信処理部は、前記供給量保持部から読み出される前記供給量を、前記通信部を介して前記管理会社へ送信することを特徴とする請求項１記載の分散発電システム。
3. 前記発電装置は、燃料電池を含むことを特徴とする請求項１または２記載の分散発電システム。

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