JP6822927B2 - 監視制御システム、その制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力及び水素の双方を監視制御する監視制御システム、その制御方法及び制御プログラムに関する。

太陽光や風力など再生可能エネルギーの活用が進められる中、再生可能エネルギー電源が普及している。再生可能エネルギー電源では、発電した電力エネルギーを最大限に利用することが重要である。そのため、再生可能エネルギー電源からの供給力が電力需要を上回って余剰電力が発生した場合に、余剰電力を蓄える蓄電池を備えておき、蓄電池に蓄えた余剰電力を、供給力不足時に電力需要に供給する電力供給システムが提案されている。

さらに近年では、電力エネルギーを水素エネルギーとして貯蔵する燃料電池が注目を集めている。燃料電池では、水素と酸素との化学反応によって電力を生成することができる。したがって、再生可能エネルギー電源の供給力が電力需要に対して不足した場合に、燃料電池から電力需要へ電力を供給することにより、電力の需給バランスを取ることができる。

しかし、燃料電池は蓄電池に比べて応答性が低いので、再生可能エネルギー電源に、燃料電池を組み合わせただけでは、燃料電池の起動遅れによって供給不足が発生してしまう懸念がある。この場合、燃料電池からの供給不足を補うべく、系統から電力を購入することも可能であるが、それでは追加コストがかかることになる。

そこで、燃料電池の起動遅れによる供給不足を蓄電池によって補償することが考えられる。例えば、再生可能エネルギー電源を主体とした自給自足型の系統（以下、マイクログリッドと呼ぶ）では、蓄電池と燃料電池の両方を組み込むことが提案されている。このようなマイクログリッドには、電力を用いることにより水を電気分解して水素を製造する水素製造部が設置されているものも提案されており、水素製造部が製造した水素を貯めておく水素貯蔵用のタンクなども配置されている。

特開２００８−１１６１４号公報

最近、燃料電池自動車の普及などによって水素需要が定着していくことが予想されており、水素需要の増大が見込まれている。そのため、水素は電力を得るためのエネルギー源として利用するだけでなく、水素自体を消費する水素需要にも対応可能なマイクログリッドを確立することが待たれている。

再生可能エネルギー電源を主体としたシステムにおいて、電力需要及び水素需要に対し電力及び水素を供給する場合、電力需要だけではなく水素需要についてもその必要量を監視することが求められる。また、システム内における蓄電状態と水素貯蔵状態を管理して、電力及び水素のエネルギーの利用効率を高めるように、電力供給及び水素供給を制御するシステムの構築が望まれている。

本発明の実施形態は、以上の要望を受けて提案されたものであり、発電部、蓄電池部、水素製造部、水素貯蔵部及び燃料電池部を連系して制御することにより、電力需要と水素需要への安定的なエネルギー供給を実現し、エネルギー効率の良い社会の実現に寄与する電力及び水素の監視制御システム、制御方法及び制御プログラムを提案することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係る監視制御システムは、下記の構成要素（１）〜（11）を備えるものである。
（１）再生可能エネルギーを用いて発電する発電部と、
（２）前記発電部が発電した電力を充電し放電を行う蓄電池部と、
（３）前記発電部が発電した電力を用いて水を電気分解し水素を製造する水素製造部と、
（４）前記水素製造部が製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
（５）前記水素貯蔵部に貯蔵された水素と空気中の酸素との化学反応により電力を生成する燃料電池部と、を備え、
（６）前記発電部、前記蓄電池部及び前記燃料電池部から電力需要に電力を供給し、前記水素貯蔵部から水素需要に水素を供給する電力及び水素の監視制御システムにおいて、
（７）前記電力需要で必要とされる電力必要量を計測する電力計測部と、
（８）前記電力計測部の計測結果に応じて電力基準を算出する電力基準算出部と、
（９）前記水素需要で必要とされる水素必要量を計測する水素計測部と、
（10）前記水素計測部の計測結果に応じて水素基準を算出する水素基準算出部と、
（11）前記電力基準及び前記水素基準に基づいて当該監視制御システム内に貯蔵される電力エネルギー及び水素エネルギーを管理するエネルギー管理部と、を備える。

また、上記の監視制御システムにおける各形態は、各部の処理をコンピュータが実行する監視制御システムの制御方法の発明としても捉えることができ、さらには、各部の処理をコンピュータに実行させる監視制御システムの制御プログラムの発明としても捉えることができる。

第１の実施形態の構成を示すブロック図 第１の実施形態のデータベースの構成図 第１の実施形態において余剰電力が生じた場合の電力基準及び水素基準の場合分けの表 第１の実施形態において不足電力が生じた場合の電力基準及び水素基準の場合分けの表 第１の実施形態のフローチャート 第２の実施形態の構成を示すブロック図 第２の実施形態において余剰電力が生じた場合の電力基準及び水素基準の場合分けの表 第２の実施形態において不足電力が生じた場合の電力基準及び水素基準の場合分けの表 他の実施形態の構成を示すブロック図

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態を、図１〜図５を参照しながら説明する。
（構成）
図１に示すように、第１の実施形態に係る監視制御システム１００は、システム内の電力及び水素の双方を監視制御するものである。監視制御システム１００は、ＣＰＵやメモリなどを包含し所定のプログラムで動作するコンピュータで構成され、電力需要１０２及び水素需要１０３が組み込まれたマイクログリッド１０１に適用されている。水素需要１０３は水素を消費する燃料電池自動車などからなる。

図１において、太い実線の矢印は電力の流れ、点線の矢印は水素の流れ、細い実線の矢印は計測した実績値などのデータの流れ、一点鎖線の矢印は制御指令の流れである。太い実線の矢印で示すように、監視制御システム１００における電力需要１０２から見た場合の電力供給元は、発電部１と、蓄電池部２と、燃料電池部５である。また、発電部１からの電力の供給先は、電力需要１０２と、蓄電池部２と、水素製造部３である。点線の矢印で示すように、監視制御システム１００における水素製造部３からの水素の供給先は、水素貯蔵部４と、燃料電池部５である。

監視制御システム１００には、発電部１、蓄電池部２、水素製造部３、水素貯蔵部４及び燃料電池部５が設けられている。このうち、発電部１は、再生可能エネルギーを用いることにより発電し電力需要１０２に電力を供給する。蓄電池部２は、蓄電池などからなり、発電部１が発電した電力を充電し、充電した電力を放電して電力需要１０２に供給する。

水素製造部３は、発電部１及び蓄電池部２からの電力を取り込み、発電部１が発電した電力を用いて水を電気分解し水素を製造する装置である。水素製造部３には、水素貯蔵部４と燃料電池部５とが順次接続される。水素貯蔵部４は、例えば水素を貯蔵可能なタンクなどからなり、水素製造部３が製造した水素を貯蔵し、水素需要１０３に水素を供給する。燃料電池部５は、水素貯蔵部４から水素を、周囲から空気をそれぞれ取り込み、水素と空気中の酸素との化学反応によって電力を生成する装置である。燃料電池部５は、水素と酸素を用いて発電を行う水素貯蔵システムの一部であり、生成した電力を電力需要１０２に供給する。

蓄電池部２には蓄電量計測部８が接続されている。蓄電量計測部８は、蓄電池部２の蓄電量を計測する。水素貯蔵部４には水素貯蔵量計測部９が設置されている。水素貯蔵量計測部９は、水素貯蔵部４における水素貯蔵量を計測する。蓄電量計測部８及び水素貯蔵量計測部９にはデータベース１５(図２参照)が接続されている。データベース１５には蓄電量計測部８及び水素貯蔵量計測部９の計測結果が収集、格納される。

電力需要１０２には電力計測部１０が設けられ、水素需要１０３には水素計測部１１が設けられている。電力計測部１０は、電力需要１０２で任意の時間帯に必要とされる電力必要量を計測する。水素計測部１１は、水素需要１０３で任意の時間帯に必要とされる水素必要量を計測する。これら計測部１０、１１の計測結果はデータベース１５に収集、格納される。

データベース１５には、データベース１５との間でデータの授受を行うように、電力基準を算出する電力基準算出部６、水素基準を算出する水素基準算出部７及び電力判定部１２、エネルギー管理部１６が接続されている。エネルギー管理部１６には、供給先振分部１３及び供給元振分部１４が設けられている。

電力基準算出部６は、蓄電量計測部８の計測結果を反映させつつ電力計測部１０の計測結果に応じて電力基準を算出する。電力基準算出部６にて算出される電力基準とは、蓄電池部２における蓄電量を管理するための基準である。水素基準算出部７は、水素貯蔵量計測部９の計測結果を反映させつつ水素計測部１１の計測結果に応じて水素基準を算出する。水素基準算出部７にて算出される水素基準とは、水素貯蔵部４における水素貯蔵量を管理するための基準である。電力基準算出部６及び水素基準算出部７にて算出された電力基準及び水素基準は、データベース１５に収集、格納される。

電力判定部１２は、電力需要１０２での電力必要量に対して発電部１の発電量が足りて電力余剰が発生しているか、あるいは、電力需要１０２での電力必要量に対して発電部１の発電量が足りずに電力不足が発生しているのかを判定する。電力判定部１２は、任意の時間帯における発電部１の発電量を取り込むと共に、データベース１５から電力計測部１０の計測結果を取り出して、発電部１の発電量と電力需要１０２での電力必要量とを比較することで、電力余剰あるいは電力不足の発生を判定する。

電力判定部１２では、任意の時間帯において、発電部１の発電量＞電力需要１０２の電力必要量(電力必要量が負)であれば、電力余剰が発生したと判定する。反対に、任意の時間帯において、発電部１の発電量＜電力需要１０２の電力必要量(電力必要量が正)であれば、電力判定部１２は電力不足が発生したと判定する。電力判定部１２は、判定結果をデータベース１５に出力する。

エネルギー管理部１６は、電力基準及び水素基準に基づいて監視制御システム１００内に貯蔵される電力エネルギー及び水素エネルギーを管理する部分である。エネルギー管理部１６は、発電部１、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の配分を制御することで電力エネルギー及び水素エネルギーを管理している。エネルギー管理部１６は、データベース１５に格納した電力基準及び水素基準を時系列的に管理する。

エネルギー管理部１６は、電力計測部１０の計測結果に応じて電力基準を複数の区間に分けて、例えば大中小の３つの区間に分けて、管理する。また、エネルギー管理部１６は、水素計測部１１の計測結果に応じて水素基準を複数の区間に分けて、例えば大中小の３つの区間に分けて、管理する。したがって、エネルギー管理部１６に管理される電力基準と水素基準の組み合わせは、この場合は３×３＝９通りとなる。

エネルギー管理部１６に設けられる構成要素のうち、供給先振分部１３は、電力基準及び水素基準さらには電力判定部１２の判定結果に基づいて、発電部１の発電電力を、その供給先として蓄電池部２及び水素製造部３に振り分ける。供給先振分部１３は、電力判定部１２が電力余剰であると判定したとき、発電部１の発電電力の供給先を、蓄電池部２とするか、水素製造部３とするか、もしくは両方とするのかを決める。

また、供給先振分部１３は、余剰電力分を蓄えるための蓄電池部２への充電量及び水素製造部３への電力使用量を算出する。供給先振分部１３により水素製造部３での電力使用量が決まると、水素製造部３での水素製造量が決まる。水素製造部３での水素製造量が決まれば、ひいては水素貯蔵部４に蓄えられる水素の貯蔵量が決まることになる。

供給先振分部１３によって算出される蓄電池部２の充電量及び水素貯蔵部４の貯蔵量(電力エネルギーの観点からは水素製造部３の電力使用量)は、発電部１が出力する余剰電力の大きさに応じて複数の段階、例えば３段階に分けて決められる。蓄電池部２の充電量及び水素貯蔵部４の貯蔵量は、蓄電池部２の充電余力及び水素貯蔵部４の空き容量を最大値とする。

さらに、供給先振分部１３は、余剰電力を蓄える部分として決めた部分に対し、余剰電力を振り分けて供給するように発電部１へ制御指令を出力する。電力基準と水素基準の区間は３×３でこの場合は９通りあるので、エネルギー管理部１６は、供給先振分部１３による発電部１の発電電力の供給先を、次のように決める(図３の表を参照)。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が大区間の場合、蓄電池部２と水素製造部３の両方とし(両方で充電)、
電力基準が大区間で水素基準が中区間の場合、水素製造部３とし(水素としてエネルギー貯蔵)、
電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合、水素製造部３とし(水素としてエネルギー貯蔵)、
電力基準が中区間で水素基準が大区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で充電)、
電力基準が中区間で水素基準が中区間の場合、蓄電池部２と水素製造部３の両方とし(両方で充電)、
電力基準が中区間で水素基準が小区間の場合、水素製造部３とし(水素としてエネルギー貯蔵)、
電力基準が小区間で水素基準が大区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で充電)、
電力基準が小区間で水素基準が中区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で充電)、
電力基準が小区間で水素基準が小区間の場合、蓄電池部２と水素製造部３の両方とする(両方で充電)。

エネルギー管理部１６では、供給先振分部１３がこのような制御を行うことで、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、蓄電池部２と水素製造部３の両方で余剰電力を取り込む。電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きければ、水素製造部３で余剰電力を取り込み、水素としてエネルギーを貯蔵する。反対に、水素基準の区間の方が電力基準の区間よりも大きければ、蓄電池部２で余剰電力を取り込み、蓄電池部２で充電する。

上記の供給先振分部１３が発電部１の電力供給を制御するのに対して、供給元振分部１４は、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給を制御する部分である。供給元振分部１４は、電力基準及び水素基準電力さらには判定部１２の判定結果に基づいて、電力需要１０２へ供給する電力を、その供給元として蓄電池部２の放電電力と燃料電池部５の放電電力に振り分ける。供給元振分部１４は、電力判定部１２が電力不足であると判定したとき、電力需要１０２への電力供給元を、蓄電池部２とするか、燃料電池部５とするか、もしくは両方とするのかを決める。

また、供給元振分部１４は、不足電力を補うための蓄電池部２及び燃料電池部５の放電量を算出する。燃料電池部５の放電量が決まると、水素貯蔵部４に蓄えられた水素の使用量が決まることになる。ここで決められる蓄電池部２及び燃料電池部５の放電量は、蓄電池部２及び燃料電池部５の充電残量を最大値として、不足電力分の大きさに応じて複数の段階、例えば３段階に分けて決められる。

さらに、供給元振分部１４は、電力需要１０２への電力供給元として決めた部分へ、不足電力を補う放電を実施させる制御指令を出力する。電力基準と水素基準の区間が３×３でこの場合は９通りあるので、エネルギー管理部１６は、供給元振分部１４による電力需要１０２への電力供給元を、次のように決める(図４の表を参照)。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が大区間の場合、蓄電池部２と燃料電池部５の両方とし(両方で放電)、
電力基準が大区間で水素基準が中区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で放電)、
電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で放電)、
電力基準が中区間で水素基準が大区間の場合、燃料電池部５とし(燃料電池部で放電)、
電力基準が中区間で水素基準が中区間の場合、蓄電池部２と燃料電池部５の両方とし(両方で放電)、
電力基準が中区間で水素基準が小区間の場合、蓄電池部２とし(蓄電池部で放電)、
電力基準が小区間で水素基準が大区間の場合、燃料電池部５とし(燃料電池部方で放電)、
電力基準が小区間で水素基準が中区間の場合、燃料電池部５とし(燃料電池部で放電)、
電力基準が小区間で水素基準が小区間の場合、蓄電池部２と燃料電池部５の両方とする(両方で放電)。

エネルギー管理部１６では、供給元振分部１４がこのような制御を行うことで、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、蓄電池部２と燃料電池部５の両方で不足電力を補う。電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きければ、蓄電池部２で不足電力を補う。反対に、水素基準の区間の方が電力基準の区間よりも大きければ、発電に水素を利用する燃料電池部５で不足電力を補う。

（作用）
以上のような構成を有する第１の実施形態の処理の流れについて、図５のフローチャートを用いて説明する。蓄電量計測部８は蓄電池部２の蓄電量を計測し、水素貯蔵量計測部９は水素貯蔵部４における水素貯蔵量を計測して、計測結果をデータベース１５に出力し、データベース１５はこれらの実績値を格納、蓄積する。

電力計測部１０及び水素計測部１１は、電力需要１０２及び水素需要１０３での任意の時間帯における電力必要量及び水素必要量を計測して、計測結果をデータベース１５に出力し、データベース１５は計測結果を格納、蓄積する。このようにして電力計測部１０及び水素計測部１１は、電力需要１０２及び水素需要１０３の数値監視を行い、電力必要量及び水素必要量を検出する(ステップ０１)。

ステップ０２では、電力基準算出部６が、蓄電量計測部８及び電力計測部１０の計測結果に応じて電力基準を算出し、水素基準算出部７が、水素貯蔵量計測部９及び水素計測部１１の計測結果に基づいて水素基準を算出する。電力基準算出部６及び水素基準算出部７は算出した電力基準及び水素基準をデータベース１５に格納、蓄積する。

ステップ０３では、エネルギー管理部１６は、９通りある水素基準及び電力基準の区間の組み合わせのうち、どの組み合わせとするのかを決める。続いて、ステップ０４では、電力判定部１２が電力余剰あるいは電力不足の発生を判定する。すなわち、ステップ０１にて検出した電力必要量が正であれば、電力需要１０２にて必要とされる電力量が発電部１が発電した発電量に対して不足電力が生じていると電力判定部１２が判定する(ステップ０４のＹｅｓ)。

このような電力判定部１２の判定結果を受けて、ステップ０５では、水素基準及び電力基準の区間の組み合わせに基づいて、供給元振分部１４が不足電力を補うための蓄電池部２及び燃料電池部５の放電量を算出する。ステップ０６では、供給元振分部１４が蓄電池部２及び燃料電池部５へ制御指令を出力し、蓄電池部２及び燃料電池部５を配分制御して不足電力を補う。

また、ステップ０１にて検出した電力必要量が負であれば、電力需要１０２にて必要とされる電力量が発電部１が発電した発電量に対して余剰電力が生じていると、電力判定部１２が判定する(ステップ０４のＮｏ)。このような電力判定部１２の判定結果を受けて、ステップ０７では、水素基準及び電力基準の区間の組み合わせに基づいて、供給元振分部１３が余剰電力を蓄えるための発電部１からの電力供給先での電力配分つまり蓄電池部２の充電量及び水素製造部３での電力使用量を算出する。

ステップ０８では、供給先振分部１３が発電部１へ配分制御指令を出力する。配分制御指令を受けた発電部１は余剰電力を蓄電池部２又は水素製造部３もしくは両方に供給する。発電部１から電力を受けた蓄電池部２はこれを充電し、発電部１から電力を受けた水素製造部３は、余剰電力を利用して水素を生成し、これを水素貯蔵部４に送る。

(効果)
第１の実施形態に係る監視制御システム１００では、電力基準算出部６が電力基準を算出し、水素基準算出部７が水素基準を算出し、これら電力基準及び水素基準に基づいて、エネルギー管理部１６が発電部１、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の配分を制御する。エネルギー管理部１６では、供給先振分部１３が発電部１の発電電力を蓄電池部２及び水素製造部３に振り分け、供給元振分部１４が蓄電池部２の放電電力及び燃料電池部５の放電電力を供給元として振り分ける。

電力基準算出部６にて算出される電力基準は、蓄電量計測部８の計測結果を反映させつつ電力計測部１０の計測結果に応じて算出されるので、蓄電池部２の蓄電量と電力計測部１０の電力必要量に対応した基準である。水素基準算出部７にて算出される水素基準は、水素貯蔵量計測部９の計測結果を反映させつつ水素計測部１１の計測結果に応じて算出されるので、水素貯蔵部４の水素貯蔵量と水素計測部１１の水素必要量に対応した基準である。

第１の実施形態では、このような電力基準及び水素基準の区間の組み合わせに基づいて、発電部１、蓄電池部２、水素製造部３、水素貯蔵部４及び燃料電池部５を連系して制御することが可能となる。例えば、発電部１の発電電力が電力需要１０２に対して余剰となる場合には、エネルギー管理部１６が発電部１の電力供給の配分を制御する。すなわち、供給先振分部１３が発電部１の発電電力の一部を蓄電池部２及び水素製造部３に振り分けることで、蓄電池部２に電力を貯蔵し、水素貯蔵部４に水素を貯蔵することができる。

また、発電部１の発電電力が電力需要１０２に対して不足する場合には、エネルギー管理部１６が蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の配分を制御する。すなわち、供給元振分部１４が蓄電池部２の放電電力及び燃料電池部５の放電電力を供給元として振り分けることで、蓄電池１０の放電と燃料電池部５の放電により、電力の不足分を補うことができる。

第１の実施形態によれば、電力需要１０２だけではなく水素需要１０３についても監視し、電力供給の配分に際して、監視結果を組み込んだ電力基準及び水素基準を用いて電力エネルギーの蓄電状態と水素エネルギーの貯蔵状態を的確に管理することができる。したがって、電力エネルギーと水素エネルギーを効率良く利用することが可能となる。その結果、電力需要１０２と水素需要１０３への安定的なエネルギー供給を実現することができ、エネルギー効率の良い社会の実現に寄与することができる。

また、第１の実施形態では、エネルギー管理部１６が電力基準及び水素基準をそれぞれ、３つの区間に分けて管理するので、発電部１、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の大きさを適切に配分することができる。しかも、電力基準及び水素基準の３つの区間の組み合わせは９通りであるが、電力供給の配分パターンは３通りに絞っている。

すなわち、供給先振分部１３による発電部１の電力供給先の振り分けは、蓄電池部２か、水素製造部３か、その両方かという３通りであり、供給元振分部１４による電力供給元の振り分けは、蓄電池部２か、燃料電池部５か、その両方かという３通りである。したがって、エネルギー管理部１６による電力供給の配分制御が複雑化することがない。これにより、マイクログリッド１０１を安定して運用することが可能である。

しかも、本実施形態では、電力需要１０２における電力の過剰や不足を判定する電力判定部１２を独立して設けたので、電力の過剰や不足を正確に判定することが可能である。このため、エネルギー管理部１６は発電部１、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の配分制御をスピーディーに行うことができ、監視制御システム１００の信頼性が向上する。

また、第１の実施形態では、エネルギー管理部１６は、データベース１５に格納した電力基準及び水素基準を時系列的に管理している。したがって、監視制御システム１００における電力エネルギーの蓄電状態と水素エネルギーの貯蔵状態をリアルタイムに反映させた電力配分が可能となり、エネルギーの利用効率に優れたマイクログリッド１０１を実現することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明に係る第２の実施形態を、図６を参照しながら説明する。第２の実施形態の基本的な構成は第１の実施形態のそれと同様である。そのため、図６は第２の実施形態に独自の構成であるエネルギー管理部だけを示す。また、同一部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。

（構成）
図６に示すように、第２の実施形態では、供給先振分部１３に、供給先配分比設定部１７が設けられている。前述したように、供給先振分部１３は、電力判定部１２が電力余剰であると判定したとき、発電部１の発電電力の供給先を、蓄電池部２とするか、水素製造部３とするか、もしくは両方とするのかを決める。

したがって、供給先配分比設定部１７は、発電部１から蓄電池部２及び水素製造部３へ余剰電力を供給する時、電力の供給先である蓄電池部２と水素製造部３の配分比を設定する。供給先配分比設定部１７は、発電部１から蓄電池部２への充電配分をα(０≦α≦１)とし、発電部１から水素製造部３への電力配分を１−αとする。供給先振分部１３は、供給先配分比設定部１７が設定した配分比に従って、余剰電力分を蓄えるための蓄電池部２への充電量及び水素製造部３への電力使用量を算出する。

電力基準と水素基準の区間が３×３でこの場合は９通りあるので、供給先配分比設定部１７を有する供給先振分部１３では、例えば発電部１の発電電力の供給先は次のようにする(図７の表を参照)。電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きい場合には、供給先振分部１３が以下のような電力配分制御を行うことで、発電部１が余剰電力を主に水素製造部３側へ供給する。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合、充電配分α＝０．１、
電力基準が大区間で水素基準が中区間の場合、充電配分α＝０．２、
電力基準が中区間で水素基準が小区間の場合、充電配分α＝０．２である。
電力基準の区間と水素基準の区間との大きさに開きがある場合、つまり電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合には、発電部１がより高い比率で電力を水素製造部３側へ供給し、高い割合で水素としてエネルギーを貯蔵する。

電力基準の区間と水素基準の区間の大きさが等しい場合には、発電部１は余剰電力を蓄電池部２及び水素製造部３へ半分ずつ供給する。供給先振分部１３がこのような制御を行うことで、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、蓄電池部２と水素製造部３の両方が半分ずつ余剰電力を取り込む。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が大区間の場合、充電配分α＝０．５、
電力基準が中区間で水素基準が中区間の場合、充電配分α＝０．５、
電力基準が小区間で水素基準が小区間の場合、充電配分α＝０．５である。

電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも小さい場合には、供給先振分部１３が以下の電力配分制御を行うことで、発電部１は余剰電力を主に蓄電池部２側へ供給する。電力基準の区間と水素基準の区間との大きさに開きがある場合、つまり電力基準が小区間で水素基準が大区間の場合には、発電部１がより高い比率で電力を蓄電池部２側へ供給する。

すなわち、
電力基準が中区間で水素基準が大区間の場合、充電配分α＝０．８、
電力基準が小区間で水素基準が大区間の場合、充電配分α＝０．９、
電力基準が小区間で水素基準が中区間の場合、充電配分α＝０．８である。

供給元振分部１４には、供給元配分比設定部１８が設けられている。前述したように、供給元振分部１４は、電力判定部１２が電力不足であると判定したとき、電力需要１０２への電力供給元を、蓄電池部２とするか、燃料電池部５とするか、もしくは両方とするのかを決める。したがって、供給元配分比設定部１８は、蓄電池部１から電力需要１０２へ電力を供給する時、及び燃料電池部５から電力需要１０２へ電力を供給する時、電力の供給元である蓄電池部１と燃料電池部５の配分比を設定する。

供給元配分比設定部１８は、蓄電池部２から電力需要１０２への放電配分をα(０≦α≦１)とし、燃料電池部５から電力需要１０２への放電配分を１−αとする。供給元振分部１４は、供給元配分比設定部１８が設定した配分比に従って、供給元振分部１４は、不足電力を補うための蓄電池部２及び燃料電池部５の放電量を算出する。

電力基準と水素基準の区間が３×３でこの場合は９通りあるので、供給元配分比設定部１８を有する供給元振分部１４では、例えば電力需要１０２への電力供給元を次のようにする(図８の表を参照)。電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きい場合には、供給元振分部１４がこのような制御を行うことで、主に蓄電池部２が電力を電力需要１０２へ供給する。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合、放電配分α＝０．９、
電力基準が大区間で水素基準が中区間の場合、放電配分α＝０．８、
電力基準が中区間で水素基準が小区間の場合、放電電配分α＝０．８である。
電力基準の区間と水素基準の区間との大きさに開きがある場合、つまり電力基準が大区間で水素基準が小区間の場合には、蓄電池部２側がより高い比率で電力を電力需要１０２へ供給する。

電力基準の区間と水素基準の区間の大きさが等しい場合には、蓄電池部２と燃料電池部５は電力を電力需要１０２へ半分ずつ供給する。供給元振分部１４がこのような制御を行うことで、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、蓄電池部２と燃料電池部５の両方が半分ずつ電力需要１０２に電力を放電する。

すなわち、
電力基準が大区間で水素基準が大区間の場合、放電配分α＝０．５、
電力基準が中区間で水素基準が中区間の場合、放電配分α＝０．５、
電力基準が小区間で水素基準が小区間の場合、放電配分α＝０．５である。

電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも小さい場合には、供給元振分部１４が以下のような制御を行うことで、主に燃料電池部５が電力を電力需要１０２へ供給する。電力基準の区間と水素基準の区間との大きさに開きがある場合には、燃料電池部５側がより高い比率で電力を電力需要１０２へ供給する。

すなわち、
電力基準が中区間で水素基準が大区間の場合、放電配分α＝０．２、
電力基準が小区間で水素基準が大区間の場合、放電配分α＝０．１、
電力基準が小区間で水素基準が中区間の場合、放電配分α＝０．２である。

(作用及び効果)
上記のような第２の実施形態では、供給先振分部１３は供給先配分比設定部１７を設けたので、発電部１から蓄電池部２へ供給される電力及び水素製造部３へ供給される電力の配分比を自由に設定することができる。そのため、電力余剰が発生した際、電力基準及び水素基準の大きさを、より的確に反映させつつ、蓄電池部２及び水素製造部３を制御することができ、余剰電力をより有効に利用することが可能である。

また、供給元振分部１４が供給元配分比設定部１８を設けたことで、蓄電池部２から電力需要１０２への放電電力及び燃料電池部５から電力需要１０２への放電電力の配分比を自由に設定することができる。したがって、電力不足が発生した際、電力基準及び水素基準の大きさを、より的確に反映させつつ、蓄電池部２及び燃料電池部５の放電を制御することができ、電力需要１０２に対して不足した電力を無理なく供給することが可能である。このような第２の実施形態によれば、電力エネルギーと水素エネルギーの利用効率がさらに向上し、電力需要１０２と水素需要１０３へのエネルギー供給を一層安定させることができる。

（他の実施形態）
上記の実施形態は、一例であって、発明の範囲を限定するものではなく、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記の各部の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。さらに、上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。

例えば、燃料電池部５は、発電装置と水素貯蔵装置の役割を兼ねる装置なので、その貯蔵量を水素貯蔵部の容量の一部として組み込むようにしてもよい。また、蓄電池部２は、自然エネルギー発電装置１１０の発電電力の短周期変動抑制を目的とした充放電を行うようにしてもよい。エネルギー管理部１６が管理する電力基準及び水素基準の各区間は、上記の実施形態では３つとしたが、これに限らず、例えば１つ、２つあるいは４つ以上であってもよい。第２の実施形態に示した供給先配分比設定部１７及び供給元配分比設定部１８において、配分比αの値は０以上１以下の範囲であれば適宜選択可能であり、電力基準や水素基準の区間の組み合わせごとに変更することも自由である。

上記の実施形態では、エネルギー管理部１６が電力基準及び水素基準に基づいて発電部１、蓄電池部２及び燃料電池部５の電力供給の配分を制御したが、このような電力供給の配分に加えて、水素供給の配分を制御するようにしてもよい。

例えば、図９に示すエネルギー管理部１６には、水素配分制御部１９が設けられている。水素配分制御部１９は、電力基準及び水素基準に基づいて、水素貯蔵部４から水素需要１０３への水素供給量、又は水素貯蔵部４から燃料電池部５への水素供給量に関して、水素供給量を振り分ける。また、データベース１５には、水素判定部２０が接続されている。水素判定部２０は、データべース１５から水素計測部１１の計測結果を取り出し、水素需要１０３における水素必要量の過不足を判定する。水素判定部２０は判定結果をデータベース１５に出力する。

水素計測部１１は、水素需要１０３での水素必要量を検出するが、水素計測部１１が負の水素必要量を検出した場合は、水素需要１０３に水素が足りていることになる。図９に示す実施形態では、水素需要１０３において水素が足りている場合には、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、水素貯蔵部４と燃料電池部５の両方で水素を貯蔵する。

また、電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きければ、水素貯蔵部４を通過させて燃料電池部５側で水素を取り込む。燃料電池部５への貯蔵量は燃料電池部５での水素貯蔵容量によって制約を受ける。反対に、水素基準の区間の方が電力基準の区間よりも大きければ、水素貯蔵部４側で水素を取り込む。水素貯蔵部４への貯蔵量は水素貯蔵部４の最大容量によって制約を受ける。

また、水素需要１０３において水素が不足した場合には、燃料電池部５を水素貯蔵装置として捉え、ここからも水素需要１０３に水素を供給するようにする。すなわち、水素計測部１１が正の水素必要量を検出した場合は、水素需要１０３において水素が不足していることになる。そのため、図９に示す実施形態では、電力基準の区間と水素基準の区間との大きさが同等であれば、水素貯蔵部４と燃料電池部５の両方から水素需要１０３に水素を送り込む。

電力基準の区間の方が水素基準の区間よりも大きければ、水素貯蔵部４側から水素需要１０３に水素を送り込む。反対に、水素基準の区間の方が電力基準の区間よりも大きければ、燃料電池部５側から水素需要１０３に水素を送り込む。以上の実施形態によれば、水素需要が拡大したマイクログリッドにおいても、電力基準及び水素基準に基づいてバランスを考慮した電力エネルギーと水素エネルギーの供給が可能となり、エネルギー効率に優れた社会の実現に貢献することができる。

１…発電部
２…蓄電池部
３…水素製造部
４…水素貯蔵部
５…燃料電池部
６…電力基準算出部
７…水素基準算出部
８…蓄電量計測部
９…水素貯蔵量計測部
１０…電力計測部
１１…水素計測部
１２…電力判定部
１３…供給先振分部
１４…供給元振分部
１５…データベース
１６…エネルギー管理部
１７…供給先配分比設定部
１８…供給元配分比設定部
１９…水素配分供給部
２０…水素判定部
１００…監視制御システム
１０１…マイクログリッド
１０２…電力需要
１０３…水素需要

Claims (12)

1. 再生可能エネルギーを用いて発電する発電部と、
   前記発電部が発電した電力を充電し放電を行う蓄電池部と、
   前記発電部が発電した電力を用いて水を電気分解し水素を製造する水素製造部と、
   前記水素製造部が製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
   前記水素貯蔵部に貯蔵された水素と空気中の酸素との化学反応により電力を生成する燃料電池部と、を備え、
   前記発電部、前記蓄電池部及び前記燃料電池部から電力需要に電力を供給し、前記水素貯蔵部から水素需要に水素を供給する電力及び水素の監視制御システムにおいて、
   前記電力需要で必要とされる電力必要量を計測する電力計測部と、
   前記電力計測部の計測結果に応じて電力基準を算出する電力基準算出部と、
   前記水素需要で必要とされる水素必要量を計測する水素計測部と、
   前記水素計測部の計測結果に応じて水素基準を算出する水素基準算出部と、
   前記電力基準及び前記水素基準に基づいて当該監視制御システム内に貯蔵される電力エネルギー及び水素エネルギーを管理するエネルギー管理部と、
   を備えた監視制御システム。
2. 前記エネルギー管理部は、前記電力基準及び前記水素基準を複数の区間に分けて管理する請求項１に記載の監視制御システム。
3. 前記エネルギー管理部は、
   前記発電部、前記蓄電池部及び前記燃料電池部の電力供給の配分を制御することで電力エネルギー及び水素エネルギーを管理し、
   前記発電部が発電した電力を、その供給先である前記蓄電池部及び前記水素製造部に振り分ける供給先振分部と、
   前記電力需要へ供給する電力を、供給元として前記蓄電池部の放電電力と前記燃料電池部の放電電力に振り分ける供給元振分部と、
   を備えた請求項１又は２に記載の監視制御システム。
4. 前記供給先振分部は、前記発電部から前記蓄電池部へ供給される電力及び前記水素製造部へ供給される電力における前記蓄電池部と前記水素製造部との配分比を設定する供給先配分比設定部を備えた請求項３に記載の監視制御システム。
5. 前記供給元振分部は、前記蓄電池部から前記電力需要へ供給される電力及び前記燃料電池部から前記電力需要へ供給される電力における前記蓄電池部と前記燃料電池部の配分比を設定する供給元配分比設定部を備えた請求項３又は４に記載の監視制御システム。
6. 前記蓄電池部の蓄電量を計測する蓄電量計測部を備え、
   前記電力基準算出部は、前記蓄電量計測部の計測結果を反映させて前記電力基準を算出する請求項１〜５のいずれかに記載の監視制御システム。
7. 前記水素貯蔵部の水素貯蔵量を計測する水素貯蔵量計測部を備え、
   前記水素基準算出部は、前記水素貯蔵量計測部の計測結果を反映させて前記水素基準を算出する請求項１〜６のいずれかに記載の監視制御システム。
8. 前記電力需要に対する前記発電部の電力余剰あるいは電力不足を判定し、判定結果を前記エネルギー管理部に出力する電力判定部を備えた請求項１〜７のいずれかに記載の監視制御システム。
9. 前記電力基準及び前記水素基準を格納するデータベースを備える請求項１〜８のいずれかに記載の監視制御システム。
10. 前記エネルギー管理部は、前記水素貯蔵部から前記水素需要又は前記燃料電池部への水素供給の配分を制御することで電力エネルギー及び水素エネルギーを管理する請求項１〜９のいずれかに記載の監視制御システム。
11. 再生可能エネルギーを用いて発電する発電部と、
    前記発電部が発電した電力を充電し放電を行う蓄電池部と、
    前記発電部が発電した電力を用いて水を電気分解し水素を製造する水素製造部と、
    前記水素製造部が製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
    前記水素貯蔵部に貯蔵された水素と空気中の酸素との化学反応により電力を生成する燃料電池部と、を備え、
    前記発電部、前記蓄電池部及び前記燃料電池部から電力需要に電力を供給し、前記水素貯蔵部から水素需要に水素を供給する電力及び水素の監視制御システムを、コンピュータにより制御する制御方法において、
    前記電力需要で必要とされる電力必要量を計測する電力計測処理と、
    前記電力計測処理の計測結果に応じて電力基準を算出する電力基準算出処理と、
    前記水素需要で必要とされる水素必要量を計測する水素計測処理と、
    前記水素計測処理の計測結果に応じて水素基準を算出する水素基準算出処理と、
    前記電力基準及び前記水素基準に基づいて当該監視制御システム内に貯蔵される電力エネルギー及び水素エネルギーを管理するエネルギー管理処理と、
    をコンピュータにより実行する監視制御システムの制御方法。
12. 再生可能エネルギーを用いて発電する発電部と、
    前記発電部が発電した電力を充電し放電を行う蓄電池部と、
    前記発電部が発電した電力を用いて水を電気分解し水素を製造する水素製造部と、
    前記水素製造部が製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
    前記水素貯蔵部に貯蔵された水素と空気中の酸素との化学反応により電力を生成する燃料電池部と、を備え、
    前記発電部、前記蓄電池部及び前記燃料電池部から電力需要に電力を供給し、前記水素貯蔵部から水素需要に水素を供給する電力及び水素の監視制御システムを、コンピュータに制御させる制御プログラムにおいて、
    前記電力需要で必要とされる電力必要量を計測する電力計測処理と、
    前記電力計測処理の計測結果に応じて電力基準を算出する電力基準算出処理と、
    前記水素需要で必要とされる水素必要量を計測する水素計測処理と、
    前記水素計測処理の計測結果に応じて水素基準を算出する水素基準算出処理と、
    前記電力基準及び前記水素基準に基づいて当該監視制御システム内に貯蔵される電力エネルギー及び水素エネルギーを管理するエネルギー管理処理と、
    をコンピュータに実行させる監視制御システムの制御プログラム。

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