JP6654327B2 - 発送電システム - Google Patents

Description

この発明は、発送電システムに関する。

現在、太陽光、風力、水力、地熱、バイオマス、等の再生可能エネルギーの利用は日本国政府の推奨政策により飛躍的に増加している。

図４（ａ）図示の太陽光発電方式では、太陽電池モジュール６で出力される直流電力はパワーコンディショナー（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）７によって交流電力に変換され、変圧器９によって所定の電圧に変電され、送電線５によって供給先へ供給される。

図４（ｂ）図示の風力発電方式では、発電機８で出力される交流電力は、変圧器９によって所定の電圧に変電され、送電線５によって供給先へ供給される。

その他、特許文献１、２には、再生可能エネルギーによる発電方式を組み合わせたハイブリッド発電装置が提案されている。

特開２００２−３７１９４７号公報 特開２０１４−９５３１８号公報

再生可能エネルギーによる発電方式を初めとしたいずれの発電方式であっても、発電設備で発電した電力を送電する送電線網は近年のエネルギースタイルの変革に対応していない。

例えば、もともと電力会社が地域独占で電気事業を行っていたため、現在は大型発電所から消費者へ向けての一定の方向に流れる電力を想定して送電線網が構築されている。

また、種々の発電設備で発電した電力を送電する送電線は、それぞれの送電線で送電できる容量が設定されており、設定されている以上の容量の電力を送電することができない。送電容量を上げる場合、理論上は、電圧を上げて送る、あるいは、電流を増やして送る、等の対応が可能であるが、実際には高電圧、大電流の送電技術は絶縁の問題や安全性、電圧降下などいろいろな問題があり、容易ではない。送電容量を上げるためにこれらの問題を解決しようとすれば、新たな設備投資などが必要になる。

再生可能エネルギーの中でも特に、太陽光、風力などによるものは気象条件によって発電能力が変動する。そこで、それぞれの発電設備の最大発電量を考慮して、それに対応できる送電容量を有する送電線を準備していても、一日２４時間、常に、送電容量に見合った発電が行われているわけではない。

一方で、既存の送電線が、それに接続されている発電設備（例えば、太陽光発電設備）の最大発電量に見合う送電容量である場合、他の発電設備（例えば、風力発電設備）で発電した電力を当該既存の送電線を利用して送電しようとすると、２つの発電設備（太陽光発電設備、風力発電設備）による発電量の合計が送電線の送電容量を超えてしまうことが起こり得る。

この場合、前記他の発電設備（例えば、風力発電設備）で発電した電力を送電する新たな送電線を建設するのでは、新規設備投資が巨額になってしまい、太陽光発電、風力発電、等の再生可能エネルギーの普及が容易でなくなる。

そこで、この発明は、再生可能エネルギーを利用した発電設備や、その他の発電設備など、複数の発電設備が、それぞれの発電設備ごとに新たな送電線を新規建設する必要がなく、複数の異なる発電設備で発電した電力を既存の送電線のみを利用して送電できる発送電システムを提案することを目的にしている。

請求項１の発明は、
第一の発電設備と、
前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
前記第一の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力と、前記他の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力との電力量の総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第一の比較手段と、
前記第一の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分を送電する電力からカットするピーク送電電力制御手段と
を備え、
前記第一の比較手段は前記受電設備に配備されており、前記ピーク送電電力制御手段が、前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている発送電システムである。

請求項２の発明は、
第一の発電設備と、
前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
前記第一の発電設備での発電量と、前記他の発電設備での発電量との総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第二の比較手段と、
前記第二の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分を送電する電力からカットするピーク送電電力制御手段と
を備え、
前記第二の比較手段は前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備からなる発電設備に配備されており、前記ピーク送電電力制御手段が、前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている発送電システムである。

請求項３の発明は、
第一の発電設備と、
前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
発電量抑制指示を受けて前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中のどちらか一方、又は、双方の発電量を抑制制御する発電量制御手段と、
前記第一の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力と、前記他の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力との電力量の総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第一の比較手段と、
前記第一の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように前記発電量制御手段に対して発電量抑制指示を出す発電量抑制指示手段と
を備え、
前記第一の比較手段は前記受電設備に配備されており、前記発電量抑制指示手段が、前記受電設備あるいは、前記発電量制御手段を備えている前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている発送電システムである。

請求項４の発明は、
第一の発電設備と、
前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
発電量抑制指示を受けて前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中のどちらか一方、又は、双方の発電量を抑制制御する発電量制御手段と、
前記第一の発電設備での発電量と、前記他の発電設備での発電量との総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第二の比較手段と、
前記第二の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように前記発電量制御手段に対して発電量抑制指示を出す発電量抑制指示手段と
を備え、
前記第二の比較手段は前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備からなる発電設備に配備されており、前記発電量抑制指示手段が、前記受電設備あるいは、前記発電量制御手段を備えている前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている発送電システムである。

この発明によれば、再生可能エネルギーを利用した発電設備や、その他の発電設備など、複数の発電設備が、それぞれの発電設備ごとに新たな送電線を新規建設する必要がなく、複数の異なる発電設備で発電した電力を既存の送電線のみを利用して送電できる発送電システムを提案することができる。

本発明の発送電システムの概念図を表す。 本発明の発送電システムの構成の一例を表す図である。 本発明の発送電システムによるある一日の発電量をグラフで表したものである。 （ａ）太陽光発電の構成の概要を表す図である。（ｂ）風力発電の構成の概要を表す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の一例を説明する。

図１、図２に図示されているこの実施形態の発送電システム１は、発電設備２、受電設備３、制御手段４、送電線５を備えている。

発電設備２は、複数の発電設備によって構成される。図示の実施形態では第一の発電設備２ａと、他の発電設備２ｂとで発電設備２を構成している。

図示の実施形態では、第一の発電設備２ａが太陽光発電設備、他の発電設備２ｂが風力発電設備になっている。

第一の発電設備２ａは既設の発電設備であり、送電線５は既設の発電設備である第一の発電設備２ａ用に準備されていた既設の送電線である。

図１の実施形態では太陽光発電設備からなる第一の発電設備２ａの最大発電量は１４，０００ｋＷで、送電線５の送電容量は第一の発電設備２ａの最大発電量１４，０００ｋＷを考慮して１８，０００ｋＷに設定されている。

既設の送電線である送電線５を介して電力供給することになっていた既設の発電設備である第一の発電設備２ａに対して風力発電設備からなる他の発電設備２ｂが追加されて発電設備２が構成された実施形態になっている。

この風力発電設備からなる他の発電設備２ｂの最大発電量は１０，０００ｋＷに設定されている。

第一の発電設備２ａと、他の発電設備２ｂとは、図示の実施形態のように、太陽光発電と、風力発電のように、異なる種類の発電設備にすることもできるし、あるいは、図示していないが、同種の発電設備、例えば、どちらも太陽光発電設備などにすることもできる。

図示の実施形態では第一の発電設備２ａを太陽光発電設備、他の発電設備２ｂを風力発電設備にして、異なる種類の発電設備によって発電設備２を構成しているが、例えば、通常に発電を行っていても、一日２４時間の中で発電量のピークになる時間帯が異なる複数種の発電設備を組み合わせて発電設備２を構成すれば、後述するように、一日２４時間を通して、平均的に、送電線５の送電容量に見合った電力を発電して送電することができるようになるので望ましい。

そこで、例えば、第一の発電設備２ａを、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、火力発電の中の何れかの発電設備とし、他の発電設備２ｂを、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、火力発電の中の、第一の発電設備２ａとは異なる種類の発電設備にすることができる。

受電設備３は、発電設備２に接続され、図示の実施形態では、第一の発電設備２ａ、他の発電設備２ｂがそれぞれ受電設備３に接続されている。

第一の発電設備２ａである太陽光発電では、太陽電池モジュール６で出力される直流電力がパワーコンディショナー７によって交流電力に変換されて受電設備３に供給される。

他の発電設備２ｂである風力発電では、発電機８で出力される交流電力が受電設備３に供給される。

受電設備３は、従来公知の受電設備と同じく変圧器９を備えていて、受電設備３が発電設備２から受けた電力を所定の電圧に変電し、送電線５によって供給先へ送電するようになっている。

この実施形態の発送電システム１が備えている制御手段４は、第一の比較手段１０ａ、第二の比較手段１０ｂ、ピーク送電電力制御手段１１、発電量制御手段１２、発電量抑制指示手段１３を備えている。

第一の比較手段１０ａは、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力との総和と、送電線５の送電容量とを比較する処理を行う。

第二の比較手段１０ｂは、第一の発電設備２ａでの発電量と、他の発電設備２ｂでの発電量との総和と、送電線５の送電容量とを比較する処理を行う。

ピーク送電電力制御手段１１は、第一の比較手段１０ａあるいは、第二の比較手段１０ｂでの比較により送電線５の送電容量より多い電力部分を送電する電力からカットする処理を行う。

発電量抑制指示手段１３は、第一の比較手段１０ａあるいは、第二の比較手段１０ｂでの比較により送電線５の送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように第一の発電設備２ａ及び／又は他の発電設備２ｂに対して発電量抑制指示を出す処理を行う。

発電量制御手段１２は、発電量抑制指示を受けて第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂの中のどちらか一方、又は、双方の発電量を抑制制御する処理を行う。

以下、晴天であった４月２９日における図１、図２図示の実施形態の発送電システムを説明する。

太陽光発電からなる第一の発電設備２ａの発電量は、図３において符号１４で示すように午前１１時ころから午後１時頃にかけて最大となった。

一方、風力発電からなる他の発電設備２ｂの発電量は、図３において符号１５で示すように、午前１１時ころから午後１時頃にかけては、どちらかというと風がないだ状態で発電量が小さくなり、どちらかと言うと朝方と、夕方の発電量が大きかった。

第一の発電設備２ａで発電された電力と、他の発電設備２ｂで発電された電力との双方が受電設備３に供給され、この結果、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力とを単純に加算した電力量の総和は、図３において符号１６で示す曲線になる。

このため、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力との単純な電力量の総和は、正午過ぎから午後３時少し前まで、送電線５の送電容量である１８，０００ｋＷを超えるようになってしまう。

この実施形態の発送電システムでは、第一の比較手段１０ａが、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力との総和と、送電線５の送電容量とを比較する処理を行う。

そして、発電量抑制指示手段１３が、第一の比較手段１０ａでの比較により送電線５の送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように第一の発電設備２ａに対して発電量抑制指示を出す処理を行う。

更に、発電量制御手段１２が、発電量抑制指示を受けて第一の発電設備２ａの発電量を抑制制御する処理を行う。

この結果、正午過ぎから、太陽光発電からなる第一の発電設備２ａの発電量が抑制され、図３において、符号１４ａで示されている時間帯の発電量が抑制されて、符号１４ｂで示す発電量となる。

そこで、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力との単純な電力量の総和は、正午過ぎから符号１６ａで示される状態になるところが、ピークがカットされて、符号１６ｂで示される状態となり、最大となっても、送電線５の送電容量以下での送電が続けられることになる。

この結果、既設の送電線である送電線５を介して電力供給することになっていた既設の発電設備である第一の発電設備２ａに対して風力発電設備からなる他の発電設備２ｂが追加されて発電設備２が構成された実施形態になっていても送電線を新設する必要はない。

そして、発電量のピークが一日２４時間の時間帯の中で相違している太陽光発電設備からなる第一の発電設備２ａと、風力発電設備からなる他の発電設備２ｂとの組み合わせによって、太陽光発電設備からなる第一の発電設備２ａだけで発送電している場合よりも、より長い時間帯で、より多くの電力を送電、供給することができる。

上述したように、正午過ぎから午後３時過ぎまで太陽光発電設備からなる第一の発電設備２ａでの発電量を抑制するピークカットを行った場合でも、カットされた発電量は第一の発電設備２ａの４月２９日一日の発電量の１．７％でしかなかった。

また、図３に示したように、太陽光発電設備からなる第一の発電設備２ａでの発電量を示す符号１６のカーブ全体を、第一の発電設備２ａから受電して送電線５を介して送電する電力と、他の発電設備２ｂから受電して送電線５を介して送電する電力とを加算した電力量の総和を示す符号１６のカーブが覆っている。

そこで、ピークカットすることによって生じるロス発電量を考慮しても、既設の送電線である送電線５を介して電力供給することになっていた既設の発電設備である第一の発電設備２ａに対して風力発電設備からなる他の発電設備２ｂを組み合わせて発電設備２が構成された実施形態が、発電効率がよくなり、より多くの電力を供給、送電できる時間が長くなっていることを、図３に示した４月２９日の運転から確認できた。

上記では、第一の比較手段１０ａと、発電量抑制指示手段１３と、発電量制御手段１２との上述した機能の組み合わせによって上述したようにピークカット制御した。

これに限られず、上述した機能を有する第一の比較手段１０ａ、第二の比較手段１０ｂ、ピーク送電電力制御手段１１、発電量制御手段１２、発電量抑制指示手段１３を種々に組み合わせることによって、既設の送電線である送電線５を介して電力供給することになっていた既設の発電設備である第一の発電設備２ａに対して他の発電設備２ｂを組み合わせ、第一の発電設備２ａで発電される電力に、他の発電設備２ｂで発電される電力を追加しながら、なおかつ、常に、既設の送電線５の送電容量におさまる電力供給、送電を行うようにすることができる。

これらの場合における各設備の配備構成としては、例えば、次のような形態を例示できる。

第一の比較手段１０ａは受電設備３に配備されており、ピーク送電電力制御手段１１が、受電設備３あるいは、第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂの中の少なくとも一つの発電設備に配備されている構成。

第二の比較手段１０ｂは受電設備３あるいは、第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂからなる発電設備２に配備されており、ピーク送電電力制御手段１１が、受電設備３あるいは、第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂの中の少なくとも一つの発電設備に配備されている構成。

第一の比較手段１０ａは受電設備３に配備されており、発電量抑制指示手段１３が、受電設備３あるいは、発電量制御手段１２を備えている第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂの中の少なくとも一つの発電設備に配備されている構成。

第二の比較手段１０ｂは受電設備３あるいは、第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂからなる発電設備２に配備されており、発電量抑制指示手段１３が、受電設備３あるいは、発電量制御手段１２を備えている第一の発電設備２ａ及び他の発電設備２ｂの中の少なくとも一つの発電設備に配備されている構成。

いずれの構成にしても、既設の送電線である送電線５を介して電力供給することになっていた既設の発電設備である第一の発電設備２ａに対して他の発電設備２ｂを組み合わせ、第一の発電設備２ａで発電される電力に、他の発電設備２ｂで発電される電力を追加しながら、なおかつ、常に、既設の送電線５の送電容量におさまる電力供給、送電を行うようにすることができる。

また、上記では、他の発電設備２ｂとして風力発電設備を説明したが、他の種類の発電設備にすることが可能であるし、他の発電設備２ｂを複数設備する形態にすることもできる。

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

１ 発電システム
２ 発電設備
２ａ 第一の発電設備
２ｂ 他の発電設備
３ 受電設備
４ 制御部
５ 送電線
６ 太陽電池モジュール
７ パワーコンディショナー（ＰＣＳ）
８ 発電機
９ 変圧器
１０ａ 第一の比較手段
１０ｂ 第二の比較手段
１１ ピーク送電電力制御手段
１２ 発電量制御手段
１３ 発電量抑制指示手段

Claims (5)

1. 第一の発電設備と、
   前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
   前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
   前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
   前記第一の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力と、前記他の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力との電力量の総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第一の比較手段と、
   前記第一の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分を送電する電力からカットするピーク送電電力制御手段と
   を備え、
   前記第一の比較手段は前記受電設備に配備されており、前記ピーク送電電力制御手段が、前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている
   発送電システム。
2. 第一の発電設備と、
   前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
   前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
   前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
   前記第一の発電設備での発電量と、前記他の発電設備での発電量との総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第二の比較手段と、
   前記第二の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分を送電する電力からカットするピーク送電電力制御手段と
   を備え、
   前記第二の比較手段は前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備からなる発電設備に配備されており、前記ピーク送電電力制御手段が、前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている
   発送電システム。
3. 第一の発電設備と、
   前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
   前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
   前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
   発電量抑制指示を受けて前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中のどちらか一方、又は、双方の発電量を抑制制御する発電量制御手段と、
   前記第一の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力と、前記他の発電設備から受電して前記送電線を介して送電する電力との電力量の総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第一の比較手段と、
   前記第一の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように前記発電量制御手段に対して発電量抑制指示を出す発電量抑制指示手段と
   を備え、
   前記第一の比較手段は前記受電設備に配備されており、前記発電量抑制指示手段が、前記受電設備あるいは、前記発電量制御手段を備えている前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている
   発送電システム。
4. 第一の発電設備と、
   前記第一の発電設備とは異なる他の発電設備と、
   前記第一の発電設備及び、前記他の発電設備とが接続される受電設備と、
   前記受電設備に接続されている送電線とを備えてなり、
   発電量抑制指示を受けて前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中のどちらか一方、又は、双方の発電量を抑制制御する発電量制御手段と、
   前記第一の発電設備での発電量と、前記他の発電設備での発電量との総和と、前記送電線の送電容量とを比較する第二の比較手段と、
   前記第二の比較手段での比較により前記送電容量より多い電力部分の発電を抑制するように前記発電量制御手段に対して発電量抑制指示を出す発電量抑制指示手段と
   を備え、
   前記第二の比較手段は前記受電設備あるいは、前記第一の発電設備及び前記他の発電設備からなる発電設備に配備されており、前記発電量抑制指示手段が、前記受電設備あるいは、前記発電量制御手段を備えている前記第一の発電設備及び前記他の発電設備の中の少なくとも一つの発電設備に配備されている
   発送電システム。
5. 前記第一の発電設備は、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、火力発電の中のいずれか一種であり、前記他の発電設備は、前記第一の発電設備とは異なる、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電、火力発電の中のいずれか一種である請求項１〜4のいずれか一項記載の発送電システム。

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