JP5243180B2 - 表面由来発電導入発電の運用法 - Google Patents

Description

本発明は環境重視社会における大規模に表面由来のエネルギー発電（太陽発電や風力発電や水力発電。略して表面由来発電）を組み込んでの発電設備容量構成割合法及び電力補完システムである。

図１は、発電設備毎の特徴を要約した図である。日本のようにエネルギー資源の少ない国では、必要な電源を確保するには熟慮が必要である。
国民が継続的生活を送るために生存セキュリティー（生き続けていくために必要な資源が安価に大量に供給される必要がある。絶対的資源不足とか、資源が偏在する場合は政治的に供給が調整されることによる相対的資源不足とかにより価格の高騰が起こる）を確保せねばならない。エネルギーとなる資源の量と種類が多い程安全である。偏在していないエネルギーの方が安全性は高い。原子力用のウランは偏在しているが再処理を施せば長期間使えるし、海水中には無限のウランがある。核融合発電を無限と見るのは海水中の重水を利用するからであり、その点からすると原子力も無限とみなせる。ある特定の地域に偏在している場合は、政治的、不慮の出来事からそのエネルギーが途絶えることのあることを考慮して多様化が必要である。
国民がよりよい生活を送るためには生活良好セキュリエィー（健康で快適な生活を送るために温暖化問題や環境問題を生じない）を確保せねばならない。
国民が継続的に快適な生活を送るためには、大量に安いエネルギーを使いたいから経済性があるかどうかが重要である。第一の目安は燃料費/kWhである。太陽や風力は日本中どこにでも無限にあるからほぼゼロ円/kWhと見ていいだろう。
図２は最高需要期と最低需要期の最高需要に対する発電割合の24時間推移の需要曲線を示した図である（非特許文献１）。
最高需要期（関東では7月下旬から8月下旬迄の1ヶ月間）の土曜日と日曜日を除く1ヶ月間の12時頃の平均電力需要を%表示した値を今後最高需要と呼ぶ。したがって、最高需要は100%である。
最高需要期の5時頃の平均電力需要を最高需要期最低需要と呼ぶ。最高需要を100%とすると約50%である。
最低需要期（関東では4月中旬から5月中旬迄の1ヶ月間または10月中旬から11月中旬迄の1ヶ月間）の5時頃の平均電力需要を最低需要割合と呼ぶ。最高需要を100%とすると約25%である。
最低需要期の土曜日と日曜日を除く1ヶ月間の12時頃の平均電力需要割合を最低需要期最高需要割合と呼ぶ。最高需要を100%とすると約50%である。
当該年度最高需要の絶対値の予想は、前前々年度最高需要絶対値と前々年度最高需要絶対値とから外挿するのが簡単である。当該年度最高需要期最低需要や当該年度最低需要や当該年度最低需要期最高需要や当該年度月別需要曲線の絶対値も前前々年度絶対値と前々年度絶対値とから簡単に外挿できる。
なお、当該年度発電設備容量の絶対値の予想は、前前々年度発電設備容量絶対値と前々年度発電設備容量絶対値とから外挿するのが簡単である。低経済成長率や人口減や環境保護の近年の日本での電力需要は今後大きく変動することはないと考えられ、外挿近似で予想しても大きくはずれない。
人口減少が続くと言われている。電力消費は伸びない。現在の設備容量で十分であり電源容量を増設する必要性は少ない。老朽化した設備を交換していくだけで十分であろう。したがって、交換する設備の中に風力や太陽に基づく発電設備を組み入れていくことになろう。但し、発電効率が悪く発電コストは高い。
：オーム社、2000年、徳光「電力自由化と電気の上手な使い方」。

図1から見えてくる課題は以下の通りである。
太陽発電設備（２１）に基づく発電は8時頃から16時程度だから、稼働率は(16―8)時間/24時間の３３％が最大で、実際には曇天もあるから約２０％であろう。燃料費がゼロであろうとも稼働率が低ければ発電端原価は高いものになる。太陽光から電気への変換効率が20%程度になれば建設費/kWeは安いといえるが、現在は10%台でありやや高い。建設費/kWeに稼働率と耐用年数を勘案したのが建設費/kWhであるから、稼働率の低い太陽発電の建設費/kWhは高くなる。燃料費はゼロだとは言え、ベース電源にはし難い。蓄電池を併設すれば可能であるとの意見があるが、梅雨時や秋の長雨時のある日本では膨大な量の蓄電池が必要となるから、高価な蓄電池を大量に設置・維持するための費用が電力料金を上げてしまう。更に、劣化して廃棄物となった時ゴミ処理費用やゴミ堆積用地難と言った環境問題にぶつかるであろう。燃料費にあたるものはないから、一見安そうに思われるが稼働率の低さは致命的である。ベース電源（通年２４時間発電し続ける電源）とはなりえない。ピーク対応にしか使えないものの、太陽さえ出ていれば太陽エネルギーから電気への変換効率は低いものの発電してくれ、夏季の昼間に限定すればほぼ100%の稼働率であるから適切に対応すれば利用価値が出てくる。
風力発電設備（３１）に基づく発電は原理的には1日中可能ではあるが、風は連続的に吹いていることはまれで大方は間欠的にしか吹かない。無風の日や台風で強すぎて運転不可能日もあるから稼働率は３０％程度であろう。建設費/kWeは比較的安い。燃料費はゼロであることを考えるとベース電源に適しているが上記の稼動の箇所で述べた如く、ベース電源を風力発電のみとすることは難しいがその１部を担え得うる。蓄電池を併設すればよいとの風説があるが、太陽発電設備（２１）に述べたように、電力料金の上昇要因や環境問題にぶつかるであろう。燃料費にあたるものはないから一見安そうに思われるが稼働率の低さは問題であるが、原理的には夜間でも発電可能であるからベース電源とすることはできるかもしれない。ただ、1年中風が吹かなかったら容量が十分あっても発電量はゼロだし、容量が十分あり過ぎると1年中風が吹き続けても発電は需要分しか許されないから需要の少ない時期には停止させざるを得ない。発電設備は電力需要が高い時でも供給できるようにする義務があるから電力需要が落ちる4月と10月には稼働率が落ちる。渇水、洪水、曇天、長雨、無風に耐えられる過剰予備設備に経済的にどの程度耐えうるか。また、風は間欠的にしか吹かないから発生電力も間欠的であり、風力発電設備（３１）での給電は短時間で急激に乱れたものになる。電灯が明るくなったり暗くなったりするのでは困りものである。フライホイール併設で間欠的な問題は対処できよう。長期間３０分程度の出力安定化は困難であろうから、補完的設備としての比較的応答が速い発電設備の常時待機が必要である。ベース電源に風力の割合を高める程、応答が速い発電設備を常備する必要がある。
台風等で１日中発電量ゼロの生活は大変だが休業や休暇や家事の手抜きや我慢で対処できたとしても、自家化石燃料発電で賄えたとしても、風力発電設備（３１）だけで長年ベース電源とすることは困難を伴うだろう。蓄電池が安くなると共に寿命となった大量の蓄電池廃棄処理場、再処理工場設備が整うまではベース電源として風力発電のみとすることは考えものである。
流水式の水力発電は風力発電と類似していて安定性に欠け、水が凍る厳冬期、渇水時期、洪水日、旱魃による農業用への優先で発電が難しいことはあるものの稼働率が高くベース電源となり得る。
原子力はベース電源になれそうである。機器の定期検査は18ヶ月〜24ヶ月に１回であるから稼働率が高い。燃料費/kWhが安いから長期間運転に向いている。原子力発電の設備費は高いが昼夜高稼働率で運転すればコストが下がるから付加追随に不向きで、かつ建設費/kWhも比較的高いが核燃料費/kWhが安いからベース電源に適している。再処理設備が整えば廃棄物は少なくなる。しかし、恣意的に喧伝されているチェリノブイル事故やお話としての地球を貫いて事故が広まるチャイナシンドローム映画の影響で発電割合を増やせない。
機器点検は18~24ヶ月ごとでもよいが、春秋の電力需要が少ない時には燃料交換停止して燃料交換を頻繁にすれば核燃料加工施設の稼働率が高まり核燃料加工費用低減を通して発電コストが下がるメリットが生まれる。更に、頻繁に原子炉を停止できれば核燃料集合体の取出燃焼度を低くするか核燃料集合体の交換体数を少なくできるから核燃料費を安くできる。したがって、ベース電源用に100%にすることは難しいがその１部を担うようにできれば利用できる。
石炭発電は短時間の出力調節は難しいが30%程度の出力調整は可能である。石炭は資源が豊富にあり、ベース電源になれそうであるが、地球温暖化の１原因と言われている炭酸ガス放出が多いので発電割合を増やせないからベース電源にはし難い。他の化石燃料が高騰しそうな時に、石炭利用を多くしたりして、他の化石燃料の値段が高くなるのを牽制できる。ミドル電源にはなる。石炭発電の設備費/kWhは比較的安い。燃料費/kWhも比較的安く昼夜高稼働率で運転すれば非常にコストが下がるからベース電源候補とはなるが環境問題でベース電源にはし難い。出力変動調整はし難いため付加追随に不向きである。
ガス発電は短時間の出力調節は難しいが30%程度の出力調整は可能である。ガスは資源がそれほど多くはなく偏在しているから燃料費/kWhが高いためベース電源にはし難い。
炭酸ガス汚染が少ないから世界中が使いだすと資源の枯渇が早まり価格も高騰する。ミドル電源にはなる。ガス発電の設備費/kWhだけなら比較的安いがガス輸送のインフラ整備に金がかかる。環境問題は小さく、燃料費/kWhが高くとも昼夜高稼働率で運転すればコストが下がるからベース電源候補とはなるが、燃料費/kWhが高過ぎることとインフラ整備に時間がかかるためベース電源にはし難い。出力変動調整はし難いため付加追随に不向きである。
石油発電は短時間の出力調節ができ0%〜100%の出力調整が比較的簡単である。石油は資源がそれほど多くはなく偏在していて、かつ、利用範囲が広いため需要が多く高価でかつ、諸情勢により価格の乱高下が激しい。ベース電源にはし難い。ミドル電源になる。
次に、そのエネルギーを使う設備を設置するのにどの程度の建設費/kWeであるかが重要である。石油発電の設備費/kWhは安い。昼夜高稼働率で運転すれば非常にコストが下がるからベース電源候補とはなるが、環境問題と資源が少なく偏在しているためベース電源にはできない。付加追随が容易な石油発電は、風力発電や太陽発電の発電量変動に対処するのに適している。
表面由来のエネルギー（太陽、風力、水力）は一般に環境にやさしいが効率が悪く高価であり、地下起源のエネルギーである化石燃料（石炭、天然ガス、石油）は一般に環境にやさしくないが効率が良く安価であると言われている。
石炭発電と石油発電といった地下由来の燃料使用により環境が損なわれるようであれば、使用を控えねばならない。生活良好セキュリティーも大事であるから、コストは高くとも表面由来エネルギーをある程度導入する必要がある。
以上発電設備毎の特徴を述べたが一長一短がある。各種発電設備を適切に組み入れて発電せねばならない。
生存セキュリティーとか生活良好セキュリエィーに関する購買者の好みとから、電力供給は電源の分散化をせざるを得なくなってくる。
資源問題、温暖化問題、環境問題、経済問題（廉価な電気を欲する企業の国際競争力問題）と日本の1年間の激しい電力需要変化に対処しながら、できるだけ不満が少ないように電源構成割合を決めねばならない。

上記課題を解決するためには３つの手段が必要である。1つ目は、資源問題、温暖化問題、環境問題、経済問題を同時に解決するために表面由来発電をどの程度組み込むかの発電設備容量構成割合の決定である。２つ目は、扱い難い表面由来発電を大幅に組み込んだ時の発電の運用法の決定である。３つ目は、定格電力の定まらない表面由来発電を補完し常時定格電力を発電するためのシステムの決定である。
課題克服のための1つ目の手段を以下に示す。
地熱、バイオ等その他新エネルギー、流水式発電予備は割合が小さいため対象外とする。揚水式発電は将来性がないため対象外とする（夜間原子力発電で揚水したとしても原子力発電電力料金よりも高くなる。揚水ダムが渇水なら揚水する水がないから不可能）。
電力消費者に電力を供給するには、生活良好セキュリティーと生存セキュリティーと経済性（国際競争力）とを考慮した最高需要における発電構成割合に基づき発電設備容量構成割合を決め、季節や時刻により変動する電力需要を考慮した運用の仕方も決めておかねばならない。
化石燃料使用に余裕がある状況下で電力消費者に電力を供給することにおいて、消費用電力提供（日本原子力発電会社のように現行９電力会社のみに供給する会社は除く。主に家庭用電灯電力を供給する会社）は以下のようにする。
最高需要(夏季12時頃100%)における発電構成割合である最高需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は従来の割合(約8%)と同じとする。
最高需要期最低需要割合(夏季5時頃50%)の半分から水力発電割合を差し引いた割合を風力発電割合(約17%)とする。
最高需要期最低需要割合の半分を原子力発電割合(約25%)とする。
太陽発電割合を従来の予備発電割合(約9%)と同じにする。
最高需要から水力発電割合及び風力発電割合及び原子力発電割合及び太陽発電割合を差し引いた割合を化石燃料発電セット割合(石炭発電＋ガス発電＋石油発電の合計で41%)とする。
発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
水力発電設備容量割合は最高需要における水力発電割合と同じにする。
風力発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合と同じにする。
原子力発電設備容量割合は最高需要における原子力発電割合と同じにする。
太陽発電設備容量割合は最高需要における太陽発電割合と同じにする。
石炭発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。
ス発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。
石油発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。
余分に保持する予備発電設備容量割合は最高需要における従来の予備発電割合相当とする。
余分に保持する瞬時型発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合相当とする。
課題克服のための２つ目の手段を以下に示す。
電力需要は季節や時刻により変動するから運用は以下のようにする。
最高需要期での運用は以下のようにする。
毎日の予想し得る電力需要変動は化石燃料発電セットの発電調節で対応する。
風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応する。
太陽発電割合が予想から減少した場合は待機せる予備発電設備の発電で対応する。
供給電力に比べて需要が大きい場合は待機せる予備発電設備とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。なお、最高需要時刻(夏季12時頃。割合は100%)から最高需要期最低需要時刻(夏季翌朝5時頃。割合は50%)までの間は化石燃料発電セットの発電調節で制御する。
次に、最低需要期 (春季)での運用は無駄が生じないように最低需要発電構成割合と最低需要期最高需要発電構成割合とを基礎にして以下のようにする。
最低需要割合（春季5時頃約25%）での発電構成割合である最低需要発電構成割合は、水力発電割合は最高需要での水力発電割合と同じとし、
風力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中風力発電設備（３１）群での風力発電割合は最高需要での風力発電割合の1/2とし、
原子力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中原子力発電設備群での原子力発電割合は最低需要割合から水力発電割合及び最低需要割合での風力発電割合を差し引いた割合とする。
最低需要期最高需要発電構成割合（春季12時頃約50%）は、最低需要発電構成割合に最高需要での太陽発電割合(約9%)を加味し、その上で化石燃料発電セットの発電で調節する。
毎日の予想し得る電力需要変動は化石燃料発電セットの発電調節で対応する。
風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応する。
太陽発電割合が予想から減少した場合は待機せる予備発電設備の発電で対応する。
供給電力に比べて需要が大きい場合は待機せる予備発電設備とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。
最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げる。
なお、最低需要期最高需要時刻(春季12時頃。割合は約50％)から最低需要時刻(春季翌朝5時頃。割合は約25%)までの間は化石燃料発電セットの発電調節で制御する。
最高需要期(夏季)と最低需要期(春季)の間での運用は化石燃料発電セットの発電調節の他に、燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節とで制御する。
最低需要期での供給電力の大幅なる予想外不足は休止中設備で問題なく対応できる。
今後、経済成長は大幅には変動することはないと予想されるから消費電力も大幅には変動することはないと考えられる。したがって、発電設備容量構成割合も具体的に決め易い。
定量的には発電設備容量構成割合は、太陽発電設備容量割合を9%、風力発電設備容量割合を17%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を25%、石炭発電設備容量割合を14%、ガス発電設備容量割合を14%、石油発電設備容量割合を13%とし、余分に予備発電設備容量割合を9%保持し、余分に瞬時型発電設備容量割合を風力発電設備容量割合相当の17%保持する。
化石燃料使用に余裕がない状況下で電力消費者に電力を供給することにおいて、消費用電力供給は以下のようにする。
最高需要(夏季12時頃。割合は100%)における発電構成割合である最高需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は従来の割合と同じとする。
最高需要期最低需要割合(約50%)から水力発電割合(約8%)を差し引いた割合を原子力発電割合(約42%)とする。
最高需要期における8時（太陽発電開始時刻）の電力需要(約65%)から最高需要期最低需要割合(約50%)を差し引いた分を風力発電割合(約15%)とする。
最高需要から水力発電割合及び原子力発電割合及び風力発電割合を差し引いた割合を太陽発電割合(約35%)とする。
化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
水力発電設備容量割合は最高需要における水力発電割合と同じにする。
風力発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合と同じにする。
原子力発電設備容量割合は最高需要における原子力発電割合と同じにする。
太陽発電設備容量割合は最高需要における太陽発電割合と同じにする。
余分に保持する蓄電池設備容量割合は最高需要における太陽発電割合の半分とする。
余分に保持する瞬時型発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合相当とする。
電力需要は季節や時刻により変動するから化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合で表面由来発電補完システク導入の元での表面由来発電補完システク導入化石燃料原則不使用運用は以下のようにする。
最高需要期での運用は以下のようにする。
風力発電割合または太陽発電割合が予想から減少した場合は蓄電池設備（５１）の放電または瞬時型発電設備（４１）の発電で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は蓄電池設備（５１）の蓄電で吸収または風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応する。
供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。
最高需要期太陽発電が得られるまで（夏季16時〜翌朝8時）の運用は最高需要期最低需割合（夏季5時頃約65%）における発電構成割合に加えて蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電する。
最低需要期(春季)での運用は無駄が生じないように最低需要発電構成割合（水力発電割合は最高需要での水力発電割合と同じとする。風力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中風力発電設備（３１）群による風力発電割合は最高需要での風力発電割合の1/2とする。原子力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中原子力発電設備群による原子力発電割合は最低需要割合から最高需要での水力発電割合及び最高需要での風力発電割合の1/2を差し引いた割合とする。）及び最低需要期最高需要発電構成割合（最低需要発電構成割合に太陽発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中太陽発電設備（２１）群による太陽発電割合は最高需要での太陽発電割合の1/2を加味する。更には、蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電する。）を基礎にして以下のようにする。
風力発電割合または太陽発電割合が予想から減少した場合は蓄電池設備（５１）の放電または瞬時型発電設備（４１）の発電で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は蓄電池設備（５１）の蓄電で吸収または風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応する。
供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。
最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げる。
最低需要期太陽発電が得られるまでは最低需要発電構成割合に蓄電池設備（５１）からの蓄放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応する。
最高需要期(夏季)と最低需要期(春季)の間での運用は燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節とで制御する。なお、いかなる時でも風力発電や太陽発電や水力発電における電力供給過剰は蓄電池設備（５１）が蓄電できる範囲内で吸収する。上記一連の作業をコンピュータ（１０）の指令により自動的に実施する。
今後は安定的な電力需要が予想されるから発電設備容量構成割合も具体的に決め易い。
定量的には化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合は、太陽発電設備容量割合を35%、風力発電設備容量割合を15%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を42%とし、余分に蓄電池設備容量を18%保持し、余分に瞬時型発電設備容量を15%保持する。
最高需要における発電構成割合において昼間のピーク対応用に、原子力発電所のECCS用発電装置を起動しておき必要に応じてすぐに発電し原子力発電所内電力を賄い余剰分を送電に加える運用法が考えられる。
課題克服のための３つ目の手段を以下に示す。
記憶装置（１４）に保存されたる送受信器１（１５）から送られてきた太陽発電設備（２１）と風力発電設備（３１）といった各表面由来発電設備の太陽発電量と風力発電量といった各表面由来発電量をコンピュータ（１０）の演算装置（１１）に読み込み計算し、当該時刻の表面由来発電割合cが定格表面由来発電割合c0に比べて小さいと判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に蓄電池設備（５１）から放電し、放電できそうもなければコンピュータ（１０）からの指令により自動的に燃料タンク（４６）からの燃料によって発電する瞬時型発電設備（４１）の発電量を上昇させ、当該時刻の表面由来発電割合cが定格表面由来発電割合c0に比べて大きいと判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に蓄電池設備（５１）に充電し、充電できないと判別すればコンピュータ（１０）からの指令により自動的に表面由来発電設備の風力発電設備（３１）にブレーキをかけたり表面由来発電設備の太陽発電設備（２１）に遮光によるブレーキをかけたりし、
記憶装置（１４）に保存されたる送受信器２（１６）から送られてきた系統電線（２００）の系統電力電圧VV(t)をコンピュータ（１０）の演算装置（１１）に読み込み計算し、当該時刻の系統電力電圧VV(t)が系統電力定格電圧VV0よりも下がり電力需要が大き過ぎて電力供給が追いつかないと判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に蓄電池設備（５１）から放電し、それでも足りないと判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に瞬時型発電設備（４１）の発電量を上昇させ、当該時刻の系統電力電圧VV(t)が系統電力定格電圧VV0よりも上がり電力需要が少な過ぎて電力供給過多と判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に蓄電池設備（５１）に充電し、それでも電力供給過剰であると判別した場合はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に表面由来発電設備にブレーキをかけるように制御した表面由来発電補完システムの導入により表面由来発電設備を大幅に導入しても系統電力の乱れを抑制し安定化させる。
何らかの事情で電力需要急増に対する電力供給が間に合わなかった場合には、給電指令所からのインターネット接続または電灯線を介して遠隔操作を受ける遠隔制御器付きプラグイン駐車場にプラグインして駐車せる瞬時型発電設備（４１）の予備として登録せる電気自動車及びハイブリッド車への表面由来発電補完システム指令により自動的に放蓄電し配電する広義表面由来発電補完システムを導入する。
突然一部の発電所が停止した場合のように電力供給が急減した場合には、給電指令所からのインターネット接続または電灯線を介して遠隔操作を受ける遠隔制御器付きプラグイン駐車場に駐車せるエンジン式自動車のバッテリーと遠隔制御器とをジャンパー接続し、表面由来発電補完システム指令により自動的にエンジン式自動車エンジンを始動させ緊急用に発電し配電する緊急対応広義表面由来発電補完システムを導入する。
表面由来発電補完システムの中の表面由来発電設備として休耕田に震度４以下の耐震強度を持たせた太陽発電設備（２１）を敷き詰めて所々に震度４以下の耐震強度を持たせた風力発電設備（３１）群を林立させた表面由来発電ファームに対応した表面由来発電ファーム補完システムの導入は、表面由来発電を大幅に拡充する。

本発明の表面由来発電補完システムの採用と明確な発電設備構成割合の決定とにより、発生電力が変動する表面由来発電の割合を大幅に取り入れる目標が明確になり将来設計が立てやすくなった。
8時〜16時での気温変化が高々20℃程度であることを考えると太陽発電の電力変動はそれほど大きいものではなく、電力需要ピークが現れる夏場の昼間に最も効率が上がる太陽発電の割合を大幅に導入できるため、発電コストを大幅に上昇させることなく環境に配慮した電力の提供ができた。
安定的な発電は期待できないが、昼夜を分かたずに発電し続ける可能性がある風力発電を系統電力に組み入れられる目途がたった。夜間には発電できない太陽発電を補完できる。
かくて、温室効果が高い地下由来の化石燃料を原則として使わずに原子力発電と発電コストが高いとされる表面由来発電とにより、発電コストを大幅に上げることなくかつエネルギー源を海外に頼ることもなく環境に易しい系統電力の供給が可能になった。

本発明により表面由来発電を大幅に取り入れた安定な電力供給が提供できた。

電力を供給するには、生存セキュリティーと生活良好セキュリティーと経済性とを考慮した最高需要における発電構成割合に基づき発電設備容量構成割合を決め、季節や時刻により変動する電力需要を考慮した運用の仕方も決めておかねばならない。
化石燃料使用に余裕がある状況下での電力供給において、発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
まず、最高需要(夏季12時頃100%)における発電構成割合を以下のようにする。
図３は、本発明の日本の年間昼夜電力需要事情を勘案した最高需要における発電構成割合 (最高需要発電構成割合。%表示)である。化石燃料使用に余裕がある状況下、最高需要期(夏季)における24時間の需要曲線も折れ線で示した。運用上必要な余分な設備による待機中予備発電割合も合わせて図示した。コスト高となるため敢えて−とした。必要な余分な設備による瞬時型発電割合も合わせて図示した。
安くて資源量が豊富な燃料を使って電力需要の少ない深夜でもフル運転させるベース電源を水力発電、及び風力発電、及び原子力発電とする。
最高需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は従来の割合(8%)と同じとする。水力発電量は従来の流水式水力発電設備容量でほぼ決まってしまう。
最高需要期最低需要割合(夏季5時約50%)の半分から水力発電割合を差し引いた割合を風力発電割合(約17%)とする。気紛れながらも24時間電力を得られるかもしれない風力発電を、電力需要の少ない時刻でもフル運転させるベース発電とした。但し、気紛れ故に全てを託すのは危険過ぎるからこの程度にした。
最高需要期最低需要割合の半分を原子力発電割合(約25%)とする。本来なら、ベース発電として最高需要期最低需要割合の全部を原子力発電割合としたい所であるが、風力発電をベース発電と位置づけたため半分とした。
環境を重んじる人々に受けのよい表面由来エネルギーである太陽ではあるが夜間には発電できないからベース電源にはできない。しかし電力需要の高い時刻には比較的安定的に発電する太陽発電割合を従来の予備発電割合(約9%)と同じにする。曇りや雨の日があっても予備発電設備で対応できるからである。
最高需要から水力発電割合及び風力発電割合及び原子力発電割合及び太陽発電割合を差し引いた割合を化石燃料発電セット割合(石炭発電＋ガス発電＋石油発電の合計で約41%)とする。電力需要が高く需要変動も大きい昼間での発電を燃料費用は高いが出力調節し易い化石燃料発電セットで対応する。化石燃料は政治的要因に左右され易いため多様化の観点から石炭発電、ガス発電、石油発電に等分散の1/3ずつにする。
上記最高需要における発電構成割合を元に、発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
図４は、最高需要を満たすための上記発電構成割合とこのための後述の本発明の発電設備容量構成割合を示した図である。合わせて最低需要期最高需要発電構成割合も示した。
風力発電と太陽発電といった気まぐれな表面由来エネルギー由来の発電設備を大規模導入したため、若干の定義をしておく。表面由来発電設備（風力発電設備（３１）と太陽発電設備（２１））に指定した条件の下で、長期間安定的に得られる電気出力の限度を定格電気出力（P0kWe）と呼ぶ。１年間に実際に得られた総電気出力エネルギー(QkWh)を定格電気出力で１年間運転し続けたとした時に得られるはずの総電気出力エネルギー(Q0kWh)で除した値を電気稼働率と呼ぶ。最高需要での電力を発生させるのに必要な発電設備容量を求めるには1年間の電気稼働率ではなく1時間〜30分程度の電気稼働率（時間電気稼働率と呼ぶ）が問題である。
水力発電設備容量割合は最高需要における水力発電割合と同じにする。水力発電の夏季での時間電気稼働率はおおむね100%に近いから水力発電設備容量割合を最高需要における水力発電割合と同じにした。老朽水力発電設備は多少残っているのでこれを予備として期待できるが無視し得る程度である。
風力発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合と同じにする。風力発電においては、設備それ自体の定格電気出力を定義できても風速が長期間安定的に吹いているはずはないから定格電気出力を定義することは難しいが当該風力発電設備（３１）が設置されている地域の最高需要時刻での平均風速で発電された電気出力を定格電気出力とする。無風の日には風力発電設備容量割合がいくら高くても風力発電割合はゼロであるが、多くの地域に多数設置すれば平均的には定常的に所定の発電が得られるかもしれないことに期待して時間電気稼働率を暫定的に100%とし風力発電設備容量割合を最高需要における風力発電割合と同じにした。その代わり発電が何時ゼロになってもいいように瞬時型発電設備（４１）を余分に設置した。燃料となる石油または水素または炭化水素ガスを常時備えている限り100%運転し続け所定の最高需要における風力発電割合を確保することができる。最高需要における風力発電割合を高く設定するほど瞬時型発電設備容量を大きくしなければならない。
原子力発電設備容量割合は最高需要における原子力発電割合と同じにする。
太陽発電設備容量割合は最高需要における太陽発電割合と同じにする。太陽発電では装置が決まれば後は晴天の程度で決まってしまう。最高需要時刻における晴天の程度はおおむね100%に近いから太陽発電設備容量割合を最高需要における太陽発電割合と同じにした。但し、自然現象であるから突発的に発電がゼロになってもいいように予備発電設備容量で対応し得る程度の太陽発電設備容量割合とした。
石炭発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。石炭発電は安い石炭を常時備えている限り100%運転し続けることができるからベース電力になる資格はあるが、炭酸ガス問題で今のところ発電量は抑制せざるを得ない。また、燃料種類の多様化によるセキュリティー向上を狙った。
ガス発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。
石油発電設備容量割合は最高需要における化石燃料発電セット発電割合の1/3とする。
余分に保持する予備発電設備容量割合は最高需要における従来の予備発電割合相当とする。
余分に保持する瞬時型発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合相当とする。
瞬時型発電設備（４１）は化石燃料によるエンジン式発電機またはタービン式発電機にする。キャパシターを組み合わせれば短時間での風力発電の電力低下に即応し易い。その他、化石燃料または水素燃料による燃料電池でもよい。電気を長期間蓄積し難い蓄電池は余裕を持った容量にする必要があるため非常に高価になり不向きである。燃料電池の燃料として原子力発電で生成された水素を燃料とするなら炭酸ガスは放出しない。燃料電池の良い所は、化石燃料または水素燃料を貯蔵タンクに大量に貯蔵しておけば長期間瞬時に発電できる点である。石油発電に匹敵し、瞬時に発電できる点は優れている。難点は設備価格が高いことである。
電力需要は季節や時刻により変動するから運用は以下のようにする。春または秋の最低需要期の発電設備運用には工夫が必要である。燃料費用がタダである風力発電設備（３１）や太陽発電設備（２１）を積極的に運用しながら需要に対応しなければならない。
まず、最高需要(夏季12時頃100%)での運用は以下のようにする。
毎日の予想し得る電力需要変動に対しては化石燃料発電セットの発電調節で対応する。
風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備の当該部停止で対応する。
太陽発電割合が予想から減少した場合は待機せる予備発電設備の発電で対応する。
太陽発電割合が規定から増加することはほとんど無い。
供給電力に比べて需要が増加する場合は待機せる予備発電設備とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中老朽発電設備で対応する。なお、最高需要(夏季12時頃100%)から最高需要期最低需要割合(夏季翌朝5時頃約50%)までの間（図３の電力需要曲線の下の空白部分）は化石燃料発電セットの発電調節で制御する。
次に、最低需要期(春季)での運用は無駄が生じないように最低需要発電構成割合と最低需要期最高需要発電構成割合とを基礎にして以下のようにする。
図５は、最低需要期(春季)における24時間の需要曲線を折れ線で示し、最高需要 (夏季12時頃100%)に対する発電構成割合(%表示)も示した。
最低需要割合（春季5時頃約25%）での発電構成割合である最低需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は最高需要での水力発電割合と同じにする。
風力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中風力発電設備群での風力発電割合は最高需要での風力発電割合の1/2とする。多数基ある風力発電設備（３１）の内、１部を点検のために春に停止する風力発電設備（３１）群とする。春に運転する風力発電設備（３１）群は点検のために秋に停止する。
原子力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中原子力発電設備群での原子力発電割合は最低需要割合から水力発電割合及び最低需要割合での風力発電割合を差し引いた割合とする。
最低需要期最高需要発電構成割合（春季12時頃約50%）は、最低需要発電構成割合に最高需要での太陽発電割合(約9%)を加味し、その上で化石燃料発電セットの発電で調節する。
毎日の予想し得る電力需要変動は、化石燃料発電セット(図５の電力需要曲線の下の空白部分。最高で約16%)で対応する。
最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げる。多数基ある原子力発電設備の内、１部を燃料交換のために春に停止する原子力発電設備群とする。春に運転する原子力発電設備群は燃料交換のために秋に停止する。12ヶ月の内、1ヶ月原子炉を停止しても稼働率は約11ヶ月/12ヶ月であって90%程度の稼働率を維持できる。その上、燃料交換頻度を多くして運転期間を短くすることは核燃料集合体の取出燃焼度向上に寄与するため発電コストが低減できる。なお、停止中原子力発電設備群を更に2分割し、11ヶ月運転の後燃料交換のため短い停止をする停止中原子力発電設備群と24ヶ月運転の後機器検査のため（この間に燃料交換もする）長い停止をする停止中原子力発電設備群とに分ければ晩春や晩秋の中間電力需要期での運用がやりやすくなる。
燃料費が高く、環境に悪影響を及ぼすとされている化石燃料発電セットは、最低需要期最高需要割合を満たす程度運転する。他の化石燃料発電セットは休止する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。
最後に、最高需要期(夏季)と最低需要期(春季)の間での運用は燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節とで制御する。沸騰水型原子炉であれば再循環流量を下げれば30%程度の出力減にすることは比較的簡単である。更に需要が下がれば、運転中の原子炉に制御棒を部分的に挿入して出力を更に下げればよい。
今後、経済成長は大幅には変動することはないと予想されるから消費電力も大幅には変動することはないと考えられる。したがって、定量的に発電設備容量構成割合も具体的に決め易い。
図４は発電設備容量構成割合を定量的に示した図でもある。太陽発電設備容量割合を9%、風力発電設備容量割合を17%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を25%、石炭発電設備容量割合を14%、ガス発電設備容量割合を14%、石油発電設備容量割合を13%とし、余分に予備発電設備容量割合を9%保持（図４では−9%。設備を余分に持つことはコスト高となるため敢えて−とした。）し、余分に瞬時型発電設備容量割合を風力発電設備容量割合相当の17%（図４では−17%）保持する。

実施例１は化石燃料使用に余裕がある状況下の場合であるから化石燃料を燃焼させる化石燃料発電セットを使用し、風力発電割合と太陽発電割合を少なめにした。一方、化石燃料が不足し高騰することもありえるから、化石燃料発電セット割合はほぼゼロにせざるを得ない事態も考えられる。
化石燃料使用に余裕がない状況下での電力供給において、化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
図６は、化石燃料使用に余裕がない状況下、本発明の日本の年間昼夜電力需要事情を勘案した最高需要における発電構成割合 (最高需要発電構成割合。%表示)である。最高需要期(夏季)における24時間の需要曲線も折れ線で示した。運用上必要な余分な設備による蓄電池放電割合も合わせて図示した。コスト高となるため敢えて−とした。必要な余分な設備による瞬時型発電割合も合わせて図示した。
最高需要(夏季12時頃100%)における発電構成割合である最高需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は従来の割合と同じにする。
最高需要期最低需要割合(約50%)から水力発電割合(約8%)を差し引いた割合を原子力発電割合(約42%)とする。化石燃料不足を補うためには信頼性が高い原子力発電を増加せざるを得ない。
最高需要期における8時（太陽発電開始時刻）の電力需要(約65%)から最高需要期最低需要割合(約50%)を差し引いた分を風力発電割合(約15%)とする。風力発電の導入は発電運用に問題があるため大幅には増加しにくい。発電が何時ゼロになってもいいように瞬時型発電設備（４１）を余分に設置するのは実施例１と同様である。
最高需要から水力発電割合及び原子力発電割合及び風力発電割合を差し引いた割合を太陽発電割合(約35%)とする。関東での電力最高需要は夏の昼であるため太陽発電を大幅に増加できる余地がある。但し、化石燃料燃焼による予備発電設備を原則的に利用しないため、コスト増加を招く蓄電池を余分に手当てする必要がある。
化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合の計画法は以下のようにする。
図７は、化石燃料使用に余裕がない状況下、最高需要を満たすための上記発電構成割合とこのための後述の本発明の化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合を示した図である。合わせて最低需要期最高発電割合も示した。
水力発電設備容量割合は最高需要における水力発電割合と同じにする。
風力発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合と同じにする。
原子力発電設備容量割合は最高需要における原子力発電割合と同じにする。
太陽発電設備容量割合は最高需要における太陽発電割合と同じにする。
余分に保持する蓄電池設備容量割合は最高需要における太陽発電割合の半分程度とする。夏季の太陽発電は18時くらいまで可能で12時頃の太陽発電の２０％程度あるし、夏季には曇天が少なく曇天では電力需要は少なくなるため、高価な蓄電池を節約した。
余分に保持する瞬時型発電設備容量割合は最高需要における風力発電割合相当とする。
化石燃料使用に余裕がない状況下での運用法は以下のようにする。
電力需要は季節や時刻により変動するから、化石燃料原則不使用の元で出力が安定しない表面由来発電を大幅に導入するには後述の表面由来発電補完システムを導入する必要がある。
表面由来発電補完システム導入化石燃料原則不使用運用法は以下のようにする。
まず、最高需要期での運用は以下のようにする。
風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）の発電で対応する。
風力発電割合が規定から増加した場合は蓄電池設備（５１）の蓄電で吸収または風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応する。
太陽発電割合が予想から減少した場合は蓄電池設備（５１）の放電または瞬時型発電設備（４１）の発電で対応する。
太陽発電割合が規定から増加することはほとんど無い。
供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応する。瞬時型発電設備（４１）で蓄電池設備（５１）に充電して必要に応じ放電することもする。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。使用し難くなった化石燃料発電セットを撤去するには金がかかるから休止状態であろう。したがって、老朽休止中化石燃料発電セット設備容量は大幅に残っているはずである。
最高需要期太陽発電が得られるまで（16時〜翌朝8時）の運用は最高需要期最低需要割合（夏季5時頃約65%）における発電構成割合に加えて蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電する。
次に、最低需要期(春季)での運用は無駄が生じないように最低需要発電構成割合と最低需要期最高需要発電構成割合とを基礎にして以下のようにする。
図８は、化石燃料使用に余裕がない状況下、最低需要期(春季)における24時間の需要曲線を折れ線で示し、最高需要 (夏季12時頃100%)に対する発電構成割合(%)も示した。
最低需要割合（春季5時頃約25%）での発電構成割合である最低需要発電構成割合は以下のようにする。
水力発電割合は最高需要での水力発電割合と同じにする。
風力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中風力発電設備群での風力発電割合は最高需要での風力発電割合の1/2とする。設備の半分を定期検査等で停止しておく。
原子力発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中原子力発電設備群での原子力発電割合は最低需要割合から水力発電割合及び最高需要での風力発電割合の1/2を差し引いた割合とする。
最低需要割合での発電構成割合である最低需要期最高需要発電構成割合（春季12時頃約50%）は、最低需要発電構成割合に太陽発電設備容量を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転中太陽発電設備（２１）群での太陽発電割合は最高需要での太陽発電割合の1/2を加味する。更には、蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電する。
最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げる。
最低需要期太陽発電が得られるまでは最低需要割合における発電構成割合に加えて蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電する。
供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応する。
供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応する。
最後に、最高需要期(夏季)と最低需要期(春季)の間での運用は燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節で制御する。なお、いかなる時でも風力発電や太陽発電や水力発電における電力供給過剰は蓄電できる範囲内で蓄電池設備（５１）に吸収する。上記一連の作業はコンピュータ（１０）からの指令により自動的に実施される。
今後は安定的な電力需要が予想されるから発電設備容量構成割合も具体的に決め易い。
図７は化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合を定量的に示した図である。太陽発電設備容量割合を35%、風力発電設備容量割合を15%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を42%とし、余分に蓄電池設備容量を18%（図７では−1８%）保持し、余分に瞬時型発電設備容量を15%（図７は−1５%）保持する。
最高需要における発電構成割合において昼間のピーク対応用に、原子力発電所のECCS用発電装置を起動しておき（ゼロ出力）必要に応じてすぐに発電し原子力発電所内電力を賄い（逆に外部電源をECCS用発電装置のバックアップとする）、余剰分を送電に加えることも考えられる。

図９は、本発明の表面由来発電補完システム概念図である。表面由来発電設備には太陽発電設備（２１）や風力発電設備（３１）の他に水力発電設備や地熱発電設備やバイオマス発電設備もあるが本図では表面由来発電設備の代表的なものとして太陽発電設備（２１）と風力発電設備（３１）を記載した。
表面由来発電設備である太陽発電設備（２１）や風力発電設備（３１）からの電力は不安定である。系統電力（表面由来発電の他に化石燃料発電や原子力発電もあるならそれ等を加えた全電力）の需要変動により生じる発電量の過不足を補完する必要がある。更には、原則として化石燃料発電無しにすると系統電力の安定的主要な電力設備は需要変動への対応が迅速ではない原子力発電のみとなる。系統電力の需要変動により生じる発電量の過不足を補完する必要がある。
太陽発電設備（２１）と風力発電設備（３１）とからの電力は電力計（１００）を通り送電線（１１０）経由で系統電線（２００）に送られる。太陽発電設備（２１）の設置地域に日射量測定装置（２２）を付随させている。風力発電設備（３１）の設置地域に風速測定装置（３２）を付随させている。電力計（１００）からの太陽発電電力計データまたは風力発電電力計データは主通信線（３００）によってコンピュータ（１０）に接続されている送受信器１（１５）に送られ記憶装置（１４）に記憶される。日射量測定装置（２２）からの日射量データまたは風速測定装置（３２）からの風速データは通信枝線（３１０）を通り主通信線（３００）によってコンピュータ（１０）に接続されている送受信器１（１５）に送られ記憶装置（１４）に記憶される。
系統電線（２００）の系統電力電圧VV(t)は主通信線（３００）を介してコンピュータ（１０）に接続されている送受信器２（１６）に送られ記憶装置（１４）に記憶される。
記憶装置（１４）から各種データをコンピュータ（１０）に読み込み、演算装置（１１）で計算した結果を画面（１３）に随時表示したり各設備を制御したりする。必要に応じてキーボード（１２）から手入力により過去データの参照等をしたり各種発電設備を制御したりする。
コンピュータ（１０）は系統電力を制御する給電指令所内に設置すると効率が上がる。気象の異なる広い管轄内に設置せる多数の太陽発電設備（２１）と風力発電設備（３１）とからの発電が平均化され変動の少ない電力になることが期待でき、これを更にコンピュータ（１０）で一括管理すれば表面由来発電により発電される電力のより一層の安定化が期待できる。
演算装置（１１）が、記憶装置（１４）から読み出された単位時間当りの太陽発電量sp(t)と単位時間当りの風力発電量wp(t)に基づいて計算した当該時刻の表面由来発電割合cが定格表面由来発電割合c0（太陽が出てる昼間は風力発電と太陽発電が可能なので1.0、太陽が出てない夜間は風力発電のみであるから0.5）に比べて小さいと判別した場合は蓄電池設備（５１）から放電し放電できそうもなければ送信器により蓄電池設備(51)の蓄電池制御器(5３)に充電することを指令すると共に瞬時型発電設備（４１）の発電量を上昇させ、cがc0に比べて大きいと判別した場合は蓄電池設備（５１）に充電し、充電できそうもなければ表面由来発電設備の風力発電設備（３１）にブレーキをかけたり太陽発電設備（２１）に遮光によるブレーキをかけたりする。
演算装置（１１）が、記憶装置（１４）から読み出された当該時刻の系統電力電圧VV(t)が系統電力定格電圧VV0よりも下がり電力需要が大き過ぎて電力供給が追いつかないと判別した場合は蓄電池設備（５１）から放電し、それでも足りないと判別した場合は瞬時型発電設備（４１）の発電量を上昇させる。系統電力電圧VV(t)が系統電力定格電圧VV0よりも上がり電力需要が少な過ぎて電力供給過多と判別した場合は蓄電池設備（５１）に充電し、それでも供給過剰であると判別した場合は表面由来発電設備にブレーキをかける。
蓄電池設備（５１）は、蓄電池監視装置（５２）及び蓄電池制御器（５３）及び蓄電池（５４）及び電力計（１００）とからなる。蓄電量は蓄電池監視装置（５２）から主通信線（３００）により送受信器２（１２）に接続されたコンピュータ（１０）に入力される。蓄電池制御器（５３）は主通信線（３００）により送受信器２（１６）に接続されたコンピュータ（１０）により制御される。蓄電池（５４）からの放電量または充電量は電力計（１００）から主通信線（３００）により送受信器２（１２）に接続されたコンピュータ（１０）に入力される。
瞬時型発電設備（４１）は、発電機（４２）及び燃料タンク（４６）から燃料管（４５）を通って送られる燃料によって動くエンジン（４４）及びエンジン制御機（４３）及び電力計（１００）とからなる。エンジン制御機（４３）は主通信線（３００）により送受信器２（１６）に接続されたコンピュータ（１０）により制御される。エンジン（４４）出力は電力計（１００）から主通信線（３００）により送受信器１（１５）に送られコンピュータ（１０）に入力される。
瞬時型発電設備（４１）としてエンジン（４４）の代わりに燃料電池を選択すれば発電機（４２）は不要になる。その他、瞬時型発電設備（４１）として原子力船用の加圧水型原子炉を導入し制御棒操作によったり、沸騰水型原子炉を導入し再循環ポンプ操作による炉心流量の調節によったりして出力を素早く変動させることができる。
系統電線（２００）の系統電力電圧VV(t)は、系統電力定格電圧VV0から変動しないことが望ましい。電力需要＞電力供給ならVV(t)が下がり、電力需要＜電力供給ならVV(t)が上がる。VV(t)の検出値は主通信線（３００）によってコンピュータ（１０）に接続されている送受信器２（１６）に送られ記憶装置（１４）に記憶される。
図１０は、表面由来発電を補完し常時定格電力を維持するためにコンピュータ（１０）の演算装置（１１）に内臓せるプログラムのフローチャートである。
ステップ１：固定入力の読み込み（±５％程度の余裕を見込む）。
最大日射量L0 (t)（t=12を1.0に正規化した時刻8<t<16における最大日射量。近似例は、
L0 (12)を時刻12時での最大日射量として L0 (t) = L0 (12) X ( 1 - ( (t - 12) / 4 )² ）、
定格風速v0、時間間隔（時間差）Δｔ、単位時間当りの太陽定格発電量usp0(t)（L0(t)の時に太陽発電設備（２１）が長時間安定して維持できる発電量。時刻によって日射量が弱まれば太陽発電設備が正常であっても太陽発電量は下がる。近似例は、8<t<16
でusp0 (12)を時刻12時での単位時間当りの最大発電量としてusp0(t) = usp0(12) X L0 (t) / L0 (12) ）、単位時間当りの風力定格発電量uwp0（v0の時に風力発電設備が長時間安定して維持できる発電量。）、蓄電池蓄電量下限ccL、蓄電池蓄電量上限ccH、ccL以下の場合に充電するための充電割合α、系統電力定格電圧VV0。
ステップ２：時間依存変動データの読み込み。
時刻tの日射量データL(t)、風速データv(t)、蓄電池残量cc(t)、時刻tまでの太陽発電量kWhであるsp(t)、時刻tまでの風力発電量kWhであるwp(t)、系統電力電圧VV(t)。
ステップ３：太陽発電の時刻tにおける解析。
日差しが十分かどうかを日射量割合sRで監視する。時刻tまでの発電量kWhと時刻t-Δtまでの発電量kWhとから単位時間当りの太陽発電量usp(t)を計算する。太陽発電量割合cs(=usp(t)/usp0(t))を計算する。時刻tが夕方16時〜明け方8時までは太陽発電がゼロだからcsは0.0で、電力は発生していない。時刻tが8時〜16時の太陽日射量は有効で12時頃には太陽発電が十分ならcsは1.0で定格電力が発生している。時刻0時〜24時までの定格表面由来発電割合c0は、tが8時〜16時の太陽日射量が有効である間は1.0とし夕方16時〜明け方8時までは風力発電しか期待できないから0.5とした（太陽活動を考慮した設定値で夏季終日晴天日の太陽日差し変化考慮した修正は必要。季節毎に設定値変更も必要である）。cs=0、c0=0.5 と代入しておく。
ステップ４：風力発電の時刻tにおける解析。
風速が十分かどうかを風速比vRで監視する。時刻tまでの発電量kWhと時刻t-Δtまでの発電量kWhとから単位時間当りの風力発電量uwp(t)を計算する。風力発電量割合cw(=uwp(t)/uwp0)を計算する。風力発電がゼロならcwは0.0で電力は発生しない。太陽発電量割合csと風力発電量割合cwとの和による表面由来発電割合cを計算する。
ステップ５：系統電力需給の判断。
電力需要と電力供給が合っていれば系統電力電圧VV(t)は系統電力定格電圧VV0にほぼ等しく比CHは許容偏差（図では例として0.01とした）内であるから全体としては正常であるとしてステップ７に行く。CHが許容偏差から外れていればステップ６に行く。
ステップ６：系統電力需給にミスマッチがある時の判断。
c0=1、c=CH と代入しておく。電力需要が給電に比べて小さいならば系統電力電圧VV(t)は系統電力定格電圧VV0よりも高くなるから比CHは1以上になる。このことは表面由来発電から見ると表面由来発電過剰だとしてステップ８−２に行く。電力需要が給電に比べて大きいならば系統電力電圧VV(t)は系統電力定格電圧VV0よりも低くなるから比CHは1以下になる。このことは表面由来発電から見ると表面由来発電不足だとしてステップ１０に行く。
ステップ７：表面由来発電割合cの過不足判定。
昼間なら0.5夜間なら1.0である定格表面由来発電割合c0において、c＜c0なら発電不足であるとしてステップ8-1に行き、c＞c0なら発電過剰であるとしてステップ8-２に行く。
ステップ８−１：表面由来発電不足の場合。蓄電池(54)に十分充電されていて放電が可能かどうかの判定をする。
蓄電量cc(t) ＞蓄電量下限ccLなら放電可能としてステップ９−２に行く。
蓄電量cc(t) ＞蓄電量下限ccLではないなら放電不可能としてステップ9−１に行く。
ステップ８−２：表面由来発電過剰の場合。蓄電池(54)に充電の余地があり充電が可能かどうかの判定をする。
蓄電量cc(t) ＜蓄電量上限ccHなら充電可能としてステップ９−３に行く。蓄電量cc(t) ＜蓄電量上限ccHではないなら充電不可能としてステップ９−４に行く。
ステップ９−１：送信器により蓄電池設備(51)の蓄電池制御器(53)に単位時間にαの割合で充電することを指令すると共に送信器により瞬時型発電設備(41)のエンジン制御機(43)に制御量c41として( c0 - c )＋αに比例して出力上昇することを指令する。系統電力需要が供給に比べて過大であればエンジン制御機(43)にc0=1、c=|CH|としてc41=ｃ0-c+αに比例して出力上昇することを指令する。電力需要の大幅増大や急激な電力供給減少にはキーボード（１２）から手入力によりエンジン制御機(43)に制御量c41=1.0を入力し出力上昇させることができる。ステップ２に行き上記過程を繰り返す。
ステップ９−２：送信器により蓄電池設備(51)の蓄電池制御器(5３)に制御量c51として( c0 - c )に比例して放電することを指令し、ステップ１０に行く。
ステップ９−３：送信器により蓄電池設備(51)の蓄電池制御器(51)に制御量c51として( c - c0 )に比例して充電することを指令する。ステップ２に行き上記過程を繰り返す。
ステップ９−４：送信器により風力発電設備(31)に装備せるブレーキに制御量c31として( c - c0 )に比例してブレーキを掛けることを指令する。ステップ２に行き上記過程を繰り返す。
ステップ１０：蓄電池放電だけで電力需要が満たされるかどうかの判定。
c0=1、c=|CH| と代入しておく。|CH -1| < 0.01の系統電力の変動が許容偏差以内ならば蓄電池放電で賄えるとしてステップ２に行き上記過程を繰り返す。|CH -1| < 0.01でないならc0=1、c=|CH|としてステップ９−１に行く。c=|CH|<1。

何らかの事情で電力供給が間に合わなかった場合には、給電指令所からのインターネット接続または電灯線を介して遠隔操作を受ける遠隔制御器付きプラグイン駐車場にプラグインして駐車せる、瞬時型発電設備（４１）の予備として登録しておいた電気自動車及びハイブリッド車への表面由来発電補完システム指令により自動的に放蓄電して配電することが考えられる。
電気自動車とハイブリッド車への充電は深夜電力とする。深夜電力の増加は、原子力発電設備容量を増加すればよい。
自動車ドアキーの施錠開錠は遠隔操作で実用化されているし、家庭のエアコンスイッチは携帯電話で可能であるから給電指令所からの遠隔操作により電気自動車及びハイブリッド車から放蓄電することは実現性が高い。
駐車中電気自動車やハイブリッド自動車を蓄電池設備（５１）または瞬時型発電設備（４１）と見立て、駐車料金の他に発受電した時刻により電気料金を加減計算する料金計も駐車場に設置すれば実現性が増す。
緊急事態が生じて緊急に電力を供給する必要が生じた場合には、給電指令所からのインターネット接続または電灯線を介して遠隔操作を受ける遠隔制御器付きプラグイン駐車場に駐車せるエンジン式自動車のバッテリーと遠隔制御器とをジャンパー接続し、表面由来発電補完システム指令により自動的にエンジン式自動車エンジンを始動させ緊急用に発電し配電することが考えられる。通勤用駐車場は瞬時型発電設備（４１）の予備に適している。
風力発電や太陽発電は当てにならないから、駐車中電気自動車やハイブリッド自動車や各種自動車を電池や瞬時型発電設備（４１）として仮設定しておくことは重要である。
蓄電せる電力の漏洩を少なくして長期間（1ヶ月程度）溜めておける安価な蓄電池が開発されれば太陽発電設備容量や風力発電設備容量を増やして蓄電し、石油タンク集積所のように蓄電池集積所を敷設できよう。石油発電が便利なのは石油タンク集積所を安価に敷設できるからである。
表面由来発電を大幅に導入するために、休耕田に太陽発電設備（２１）を敷き詰めて所々に風力発電設備（３１）群を林立させた表面由来発電ファームを単位とした発電所から一括した電力を系統に繋げることにより、変動しやすい電力を各ファーム発電所毎に局所的に平滑化することができる。
耐震強度は震度４以下とする。設備費用を安くできる。頻繁ではないが何時何所に起こるか判らない震度５以上の地震に対しては金を掛けられない。休耕田の中なら設備が倒壊しても人的被害は軽微である。安い設備なら立替も苦にならない。
設置後、活断層の上であることが判明しても地震で倒壊するまで使用し続けることができる。地震で倒壊したら活断層の真上の部分のみ避けて再建設すればよい。
風に対しては、電柱程度の強度があればよい。台風で壊れたら再建設すればよい。台風直撃が何度も起こるとは考え難い。もし、何度も起こったらそこには風力発電設備（３１）を再設置しなければよい。
表面由来発電補完システムの表面由来発電設備において、持続的に定格電力を出し続け難い風力発電と、需要が高くて供給に余裕がない昼間でも比較的安定的に定格電力を発生する太陽発電を一緒にした表面由来発電ファーム発電所に対応した表面由来発電ファーム補完システムの導入は、出力変動がより一層抑制されたものになる。
休耕田を利用した太陽発電畑の中に風力発電の風車を整然と美しく林立させる。但し、畑に戻しやすいようにしておくべきであろう。
土地の有効利用が図れる当該ファームから得られた金銭は地元に還元されるだろうから地域間格差の解消に役立つ。

近年の石油乱高下は柏崎刈羽原子力発電所と無関係ではなかった。原子力撤退見込んで投機的石油高騰の後、電力会社の実害が少なく対応もうまくいったことが判り、投機見込み違いでの石油価格の下落、原子力への回帰による石油需要減少予想での石油価格の下落となった。
地震により柏崎刈羽原子力発電所が停止しても、老朽休止中化石燃料火力発電設備で対応できたし、金銭の赤字は納税額の激減で対応できたから、電力会社の実害はたいしたことはなかったと思われる。
化石燃料を使わずに日本の全電力を賄うとの計画があること自体が化石燃料価格高等への抑止力となろう。したがって、ゆっくりではあるが本発明が実施に移されそれを海外に喧伝すれば石油価格は更に下がる。
将来の人口減社会では、発電所所員の確保がむずかしくなる。その際、共通の発電運用指針マニュアルが重要になる。中でも本発明の発電構成割合と各季節時刻での運用法を確立しておかねばならない。

発電設備毎の特徴を要約した図。 最高需要期と最低需要期の最高需要に対する発電割合の24時間推移の需要曲線を示した図。 化石燃料使用に余裕がある状況下、最高需要期(夏季)における24時間の需要曲線を折れ線で示し、最高需要期における発電構成割合 (夏季12時を100%とする)も示した図。 化石燃料使用に余裕がある状況下、最高需要を満たすための発電構成割合と設備容量構成割合とを示した図。最低需要期最高需要発電構成割合も示した。 化石燃料使用に余裕がある状況下、最低需要期 (春季)における24時間の需要曲線を示した折れ線と最低需要期における発電構成割合(夏季12時を100%とする)も示した図。 化石燃料使用に余裕がない状況下、最高需要期(夏季)における24時間の需要曲線を折れ線で示し、最高需要期における発電構成割合 (夏季12時を100%とする)も示した図。 化石燃料使用に余裕がない状況下、最高需要を満たすための発電構成割合と化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合とを示した図。最低需要期最高需要発電構成割合も示した。 化石燃料使用に余裕がない状況下、最低需要期 (春季)における24時間の需要曲線を示した折れ線と最低需要期における発電構成割合(夏季12時を100%とする)も示した図。 本発明の表面由来発電補完システム概念図。 表面由来発電を補完し常時定格電力を維持するためのコンピュータ（１０）の演算装置（１１）に内臓せるプログラムのフローチャート。

符号の説明

１０はコンピュータ。
１１は演算装置。
１２はキーボード。
１３は画面。
１４は記憶装置。
１５は送受信器１。
１６は送受信器２。
２１は太陽発電設備。
２２は日射量測定装置。
３１は風力発電設備。
３２は風速測定装置。
４１は瞬時型発電設備。
４２は発電機。
４３はエンジン制御機。
４４はエンジン。
４５は燃料管。
４６は燃料タンク。
５１は蓄電池設備。
５２は蓄電池監視装置。
５３は蓄電池制御器。
５４は蓄電池。
１００は電力計。
１１０は送電線。
２００は系統電線。
３００は主通信線。
３１０は通信枝線。

Claims (2)

1. 化石燃料使用に余裕がない状況下では、
   最高需要期での運用のためには、
   水力発電設備容量割合は、最高需要における従来の水力発電割合とし、
   風力発電設備容量割合は、最高需要期における太陽発電開始時刻の電力需要割合から最高需要期最低需要割合を差し引いた割合とし、
   原子力発電設備容量割合は、最高需要期最低需要割合から水力発電割合を差し引いた割合とし、
   太陽発電設備容量割合は、最高需要から水力発電割合及び原子力発電割合及び風力発電割合を差し引いた割合とし、
   蓄電池設備容量割合は、最高需要における太陽発電割合の半分とし、
   瞬時型発電設備容量割合は、最高需要における風力発電割合としたことを特徴とせる化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合として、
   または定量的に発電設備容量構成割合は太陽発電設備容量割合を35%、風力発電設備容量割合を15%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を42%とし、余分に蓄電池設備容量割合を18%保持し、余分に瞬時型発電設備容量割合を15%保持したことを特徴とせる化石燃料原則不使用発電設備容量構成割合として、
   当最高需要期での運用は、
   風力発電割合または太陽発電割合が予想から減少した場合は蓄電池設備（５１）の放電または瞬時型発電設備（４１）の発電で対応し、
   風力発電割合が規定から増加した場合は蓄電池設備（５１）の蓄電で吸収または風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応し、
   供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応し、
   供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応し、
   最高需要期太陽発電が得られるまでの発電構成割合は最高需要期最低需要割合における発電構成割合に加えて蓄電池設備（５１）に蓄積せる電力を放電し、
   最高需要時刻(夏季12時頃)から最高需要期最低需要時刻(夏季翌朝5時頃)までの間は蓄電池設備（５１）の蓄放電と瞬時型発電設備（４１）の発電で調節し、
   最低需要期での運用のためには、
   水力発電割合は、最高需要における従来の水力発電割合とし、
   風力発電割合は、風力発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する風力発電設備（３１）群により最高需要での風力発電割合の1/2とし、
   原子力発電割合は、原子力発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する原子力発電設備群により最低需要割合から当期の水力発電割合及び当期の風力発電割合を差し引いた割合とし、
   太陽発電割合は、太陽発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する太陽発電設備（２１）群による最高需要での太陽発電割合の1/2とし、
   当最低需要期での運用は、
   風力発電割合または太陽発電が予想から減少した場合は蓄電池設備（５１）の放電または瞬時型発電設備（４１）の発電で対応し、
   風力発電割合が規定から増加した場合は蓄電池設備（５１）の蓄電で吸収または風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応し、
   供給電力に比べて需要が大きい場合は蓄電池設備（５１）の放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応し、
   供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応し、
   最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げ、
   太陽発電が得られるまでの運用は蓄電池設備（５１）からの蓄放電と瞬時型発電設備（４１）の発電とピークカットとで対応し、
   最高需要期と最低需要期の間での運用は、
   燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節とで対応し、
   風力発電や太陽発電や水力発電における電力供給過剰は蓄電池設備（５１）が蓄電できる範囲内で吸収する上記一連の作業をコンピュータ（１０）の指令により自動的にしたことを特徴とする表面由来発電導入化石燃料原則不使用発電の運用法。
2. 化石燃料使用に余裕がある状況下では、
   最高需要期での運用のためには、
   水力発電設備容量割合は、最高需要における従来の水力発電割合とし、
   風力発電設備容量割合は、最高需要期最低需要割合の半分から水力発電割合を差し引いた割合とし、
   原子力発電設備容量割合は、最高需要期最低需要割合の半分とし、
   太陽発電設備容量割合は、最高需要における従来の予備発電割合と同じとし、
   石炭発電設備容量割合は、最高需要から水力発電割合及び風力発電割合及び原子力発電割合及び太陽発電割合を差し引いた割合を化石燃料発電セット割合とした当該化石燃料発電セット発電割合の1/3とし、
   ガス発電設備容量割合は、当該化石燃料発電セット発電割合の1/3とし、
   石油発電設備容量割合は、当該化石燃料発電セット発電割合の1/3とし、
   予備発電設備容量割合は、最高需要における従来の予備発電割合相当を余分に保持し、
   瞬時型発電設備容量割合は、最高需要における風力発電割合相当を余分に保持したことを特徴とせる発電設備容量構成割合として、
   または定量的に発電設備容量構成割合は太陽発電設備容量割合を9%、風力発電設備容量割合を17%、水力発電設備容量割合を8%、原子力発電設備容量割合を25%、石炭発電設備容量割合を14%、ガス発電設備容量割合を14%、石油発電設備容量割合を13%とし、余分に予備発電設備容量割合を9%保持し、余分に瞬時型発電設備容量割合を風力発電設備容量割合相当の17%保持したことを特徴とせる発電設備容量構成割合として、
   当最高需要期での運用は、
   毎日の予想し得る電力需要変動は化石燃料発電セットの発電調節で対応し、
   風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）で対応し、
   風力発電割合が規定から増加した場合は風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応し、
   太陽発電割合が予想から減少した場合は待機せる予備発電設備で対応し、
   供給電力に比べて需要が大きい場合は待機せる予備発電設備とピークカットとで対応し、
   供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応し、
   最高需要時刻から最高需要期最低需要時刻までの間は化石燃料発電セットの発電調節で制御し、
   最低需要期での運用のためには、
   水力発電割合は、最高需要における従来の水力発電割合とし、
   風力発電割合は、風力発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する風力発電設備（３１）群により最高需要での風力発電割合の1/2とし、
   原子力発電割合は、原子力発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する原子力発電設備群により最低需要割合から当期の水力発電割合及び当期の風力発電割合を差し引いた割合とし、
   太陽発電割合は、太陽発電設備を停止する群と運転する群とに等分に2群に分け運転する太陽発電設備（２１）群による最高需要での太陽発電割合の1/2とし、
   当最低需要期での運用は、
   毎日の予想し得る電力需要変動は化石燃料発電セットの発電調節で対応し、
   風力発電割合が予想から減少した場合は瞬時型発電設備（４１）で対応し、
   風力発電割合が規定から増加した場合は風力発電設備（３１）のブレーキによる放熱または風力発電設備（３１）の当該部停止で対応し、
   太陽発電割合が予想から減少した場合は待機せる予備発電設備で対応し、
   供給電力に比べて需要が大きい場合は待機せる予備発電設備とピークカットとで対応し、
   供給電力の大幅なる予想外不足は老朽休止中化石燃料発電セット設備で対応し、
   最低需要が所定の値よりも下がった場合は運転中原子力発電設備群の出力を下げ、
   最高需要期と最低需要期の間での運用を
   燃料交換による原子力発電設備の停止基数の調節と運転中原子力発電設備群の出力調節とで制御したことを特徴とする発電の運用法。

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