JP6903334B2 - 電力取引システムおよび蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池を用いた電力取引に関し、詳しくは、発電所からの電力を貯蔵するとともに需要家に貯えた電力を供給する電力取引システムに関する。

特許文献１には、２つの電力系統間に設けた複数の遮断器を選択的に投入・遮断を行うことにより、平常時には直接連系を行い送電損失の少ない交流連系を図り、系統事故時にはＢＴＢ変換器を介して直流連系を行う電力系統安定化方法が記載されている。

蓄電池を用いた電力取引に関して特許文献２には、蓄電設備を用いて電力取引を行うものが電力市場における価格変動リスクを被ることを抑制することを目的とした電力管理システムが記載されている。そこには、電力網からの電力を蓄電池に供給し、蓄電池に貯えた電力を電力網に送電するパワーコンディショナが記載されている。

また、特許文献３には、発電設備と蓄電池とを備えた複数の需要家間において効率的に余剰電力を融通しあうことが可能な電力取引マッチング方法が記載されている。

蓄電池は、高効率でクリーなエネルギー源として知られている。そして、ＵＰＳや電気自動車に蓄電池が広く使用されている。この様な目的に使用される蓄電池はフローティング充電が可能なものが使用される。特許文献４に、複数のアルカリ系蓄電池を互いに接続した組電池の内部圧力を測定して、測定した電池の内部圧力に基づき充電制御を行うことにより、フローティング充電を可能にする充電方法が記載されている。

特開平１０−３０４５７０号公報 特開２０１２−２１００７３号公報 特開２０１７−１５３２７４号公報 特開２０１０−４０２９７号公報

発電所が負荷追従を行うことにより周波数が変動するが、大幅な負荷変動が生じると系統の安定度が低下することがある。電力系統に事故が発生し系統の安定度が不足して系統が崩壊するおそれがあると思われるとき、速やかに電力系統に送電することにより系統の安定度を維持することが求められる。

そのために満充電状態を維持した蓄電池は有効に作用する。すなわち、常時系統から交流電力を受電して蓄電池は常に満充電状態を維持していて、系統に電力動揺等が生じたときに、速やかに蓄電池から電力を供給して系統の安定性を確保する。このような場合において、蓄電池は余剰電力等を用いて常に満充電状態を維持するので、電力の有効利用を可能とする。

しかし、充電反応自体が発熱反応であるので、定電圧の下で、微小な電流で継続的に充電することによって常に満充電の状態を維持する、いわゆるフローティング充電には適さない蓄電池がある。すなわち、蓄電池でフローティング充電を行おうとすると、過充電による電池温度の上昇→電池内部抵抗の低下→充電電流の増加→電池温度のさらなる上昇、という悪循環を引き起こし、電池内部圧力の上昇や電池性能の劣化につながる。したがって、蓄電池を、常に満充電状態に維持されることが要求される用途に適用するに際しては、過充電とならないよう十分な配慮が必要とされている。特にニッケル水素蓄電池はこの傾向が高い。

送電が可能な最大電力は、発電所の規模により決まり、発電量より大きな電力を供給することができない。短期間であるが極めて大きな電力を必要とする設備の運転は、電力供給に余力があるときに制限されることになる。

Ｍ（ｋｇ）の質量を１秒間でＬ（ｍ）並行移動する場合を考えてみる。０．５秒で中間地点（ｘ＝Ｌ／２）まで等加速度で増速すると、このときに必要となる電力量はＱ１＝２ＭＬ^２となる。一方、ｔ秒加速して、（１−２ｔ）秒等速運動をして、ｔ秒間で等加速度で減速するとき、必要となる電力量はＱ２＝（１/２）ＭＬ^２ ／（１−ｔ）^２となる。よって、使用電力量の比は、Ｑ２／Ｑ１＝１／（４（１−ｔ）^２）となる。ここで、加減速時間を０．３秒とすれば、使用電力量の比は、ほぼ１／２となる。極めて短い時間で加減速すれば使用電力量は１／４に近づく。大きな電力で物体を駆動すれば使用する電力量は小さくなるといえる。換言すれば、大電力を用いれば使用電力量は減り、節電が可能となる。

物体の温度を上昇させる場合も大電力を用いれば、使用電力量は低減する。たとえば、金属を昇温溶融して加工したり改質する場合や、お湯を所定の温度に昇温する場合があげられる。これらは、所定の温度までに昇温する過程で放熱による熱損失が発生するので、昇温時間が短かく一気に昇温させる方が電力の使用は少ない。

発電量が自然現象に依存する太陽光発電、風力発電および水力発電は、電力の需給調整に対して外乱となるので、これら発電設備の大幅な導入が困難となっている。また、負荷追従ができない原子力発電もまた、電力の需給調整に資することは難しい。

負荷追従できない原子力発電、自然エネルギーを利用した太陽光発電、風力発電、水力発電からの電力を蓄電池に充電して、負荷は蓄電池からの電力で負荷追従させれば、負荷追従できない太陽光発電、風力発電、水力発電の導入を可能にするとともに原子力発電の運転を行うことができる。また、余剰電力を蓄電池に充電することにより化石燃料の削減を可能にする。

電気鉄道の列車や港湾の荷役装置において、電動機の減速時に生じる回生電力は逆潮流となるので有効に電力系統に戻すことができず、抵抗器で消費させエネルギー損失を生じている。

常時は小さな電力で運転をしており、ごく短い時間に大電力を必要とする設備がある。たとえば、港湾の荷役設備において、常時は小さな電力しか必要とされず、リフト動作など大電力を必要とする時間はごく限られている。更に、耐熱試験設備（例えばアーク風洞）なども、常時使用されることがなく、年間の限られた時間に大電力で運転される。需要家にとっては常時使用しない設備に対して高額の契約電力料を支払う必要がある一方、電力会社にとっては契約電力に見合った設備を用意する必要があり、低い稼働率での運転が余儀なくされる。

発電所の事故等で停電が生じたり、系統の事故等で瞬低が生じたとき、系統から電力の供給を受けて作動している電子機器がリセットされて正常な動作を継続して行えないことがある。このような場合、電源が確保されていればこのようなトラブルを回避することができる。

本発明が解決しようとする課題は、系統安定度の向上による安定した電力供給、発電量より大きな電力の送電、電力を供給することによる電力損失を低減、負荷追従が難しい電源への対応、回生電力を有効に活用等を図ることにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係る電力取引システムは、発電所と需要家の間に配置された蓄電池が、前記発電所からの電力で充電可能となっていて、前記需要家には前記蓄電池に貯えられた電力が供給可能となっている電力取引システムであって、前記蓄電池の下流側に接続された電力量計の出力に基づき前記需要家ごとに電力量料金が計算される。

この構成によれば、フローティング充電と急速充電が可能な蓄電池を用いることにより、省エネルギーが可能で、安価に大電力を使用することができる。

本発明に係る電力取引システムは、前記需要家ごとに設定された最大需要電力に基づく基本料金が、前記電力量料金に加算されて電気料金が計算される。

本発明に係る電力取引システムは、前記蓄電池の下流側で前記需要家の上流側に設けた電力計の出力の最大値により前記基本料金が計算される。

本発明に係る電力取引システムは、前記蓄電池の出力に接続されたインバータを介して前記需要家に交流電力を供給する。

本発明に係る電力取引システムは、前記蓄電池は、水素が封入されていて、かつ、当該蓄電池の負極の活物質が水素である。また、本発明に係る電力取引システムは、前記蓄電池は、充電終止電圧と放電開始電圧が同じである。

本発明に係る電力取引システムは、前記蓄電池が需要家の構内に設置されている。この構成を採用することにより、電力系統から余剰電力の供給を受けて蓄電池を充電することが可能である一方、蓄電池から大電力で設備を運転することができるので、需要家は送電系統の増強をする必要がない。需要家は低額の契約電力のもとで、大電力の使用が可能となる。

本発明に係る電力取引システムに係る前記蓄電池は、負極と、正極と、前記負極と前記正極の間に介在するセパレータとを備えた電極体が、筒状の外装体の軸方向に積層して前記外装体の内部に収納されていて、更に前記電極体の中央を貫通する集電棒が前記外装体の内部に収納されていて、前記負極の穴の周縁部は前記集電棒と接触しており、前記正極の外縁は前記外装体の内面と接触している。

本発明に係る蓄電池は、電力取引システムに用いる蓄電池であって、水素が封入されている。また、本発明に係る蓄電池は、電力取引システムに用いる蓄電池であって、正極が酸化金属を有している。更に、本発明に係る蓄電池は、電力取引システムに用いる蓄電池であって、負極と前記正極の間に介在するセパレータが、ポリオレフィン系不織布を親水処理したものである。この構成によれば、親水性を付与したセパレータは、水素ガス中で使用しても、水素により親水性が失われにくく、長寿命が期待できる。

本発明の実施による効果は、フローティング充電を行っても電池の性能の劣化しない、急速充放電が可能な蓄電池を用いて、電力取引を行うことにより、省エネルギーを実現し、化石燃料の削減が可能な電力取引システムを提供する。また、無停電の電源を提供することを可能にする。

積層蓄電池の軸方向断面図である。 フローティング充電後の放電試験と温度測定結果である。 急速充放電における充放電特性図である。 水素封入蓄電池の充放電特性図である。 フローティング充放電特性の例を示す充放電特性曲線である。 電力取引システムを説明するための電力系統を模式的に表した図面であり、本発明に係る第１実施例である。 電力取引システムを説明するための電力系統を模式的に表した図面であり、本発明に係る第１実施例の変形である。 電力取引システムを説明するための電力系統を模式的に表した図面であり、本発明に係る第２実施例である。 電力取引システムを説明するための電力系統を模式的に表した図面であり、本発明に係る第３実施例である。 電力取引システムを説明するための電力系統を模式的に表した図面であり、本発明に係る第４実施例である。

以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。

本発明の各実施形態について説明するのに先立ち、本発明が適用される蓄電池としてニッケル水素蓄電池を例に取り説明する。なお、蓄電池のタイプは活物質が水素であればよくニッケル水素蓄電池に限定されるものでない。

集電体は、電気伝導性が高く、保持した電極材料に通電し得る材料であれば特に限定されない。正極集電体は、電解液中の安定性と耐酸化性がよい観点から、集電体としてはＮｉが好ましい。なお、鉄にニッケルを被覆したものを用いてもよい。負極集電体は、電解液中の安定性と耐還元性がよい観点から、Ｎｉ等が好ましい。なお、鉄にニッケルやカーボンを被覆したものを用いてもかまわない。

集電体の形状としては、線状、棒状、板状、箔状、網状、織布、不織布、エキスパンド、多孔体、エンボス体又は発泡体があり、このうち充填密度を高めることができること、出力特性が良好なことから、エンボス体又は発泡体が好ましい。

正極材料は、酸化金属が好ましい。例えば、酸化銀、二酸化マンガン、オキシ水酸化ニッケルがあげられる。負極材料としては、水素吸蔵合金、白金、パラジウムがあげられる。このうち、水素貯蔵容量、充放電特性、自己放電特性およびサイクル寿命特性の観点から、ＡＢ５型の希土類−ニッケル合金である、ＭｍＮｉＣｏＭｎＡｌのミッシュメタルを含んだ５元系合金であることが好ましい。あるいは、超格子水素吸蔵合金といわれるＬａＭｇＮｉ系であることが好ましい。なお、これら合金は１種又は２種以上を用いてもよい。

導電助剤は、活物質に導電性を付与し、その利用率を高めるためのものである。導電助剤は、放電時に電解液に溶出することなく、かつ、水素で還元されにくい炭素材料であることが好ましい。

正極材料、結着剤、および、導電性粉末を混合してペースト状に混練する。このペーストを、集電体に塗布または充填し、乾燥させる。その後、ローラープレス等で集電体を圧延することにより、正極が作製される。同様に、負極材料、結着剤、および、導電性粉末を混合してペースト状に混練する。このペーストを、集電体に塗布または充填し、乾燥させる。その後、ローラープレス等で集電体を圧延することにより、負極が作製される。

結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸ソーダ、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン−ビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素系樹脂、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）を含むものが挙げられる。

また、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を使用してもよい。ＰＴＦＥは、水素により還元されにくく、水素雰囲気中で長期間使用しても劣化が進みにくく、長寿命が期待できる。

負極材料、正極材料、結着剤、および、導電助剤の合計を１００質量％とした場合、正極および負極に配合される結着剤の質量比は、２０質量％以下に設定するのが好ましく、１０質量％以下に設定するのがより好ましく、５質量％以下に設定するのがさらに好ましい。結着剤は電子伝導性とイオン伝導性に乏しく、結着剤の割合が２０質量％を超えると高容量化を図ることが困難になる。

本実施形態のアルカリ蓄電池用の正極は、必要に応じ、本発明の目的を損なわない範囲において上述の必須成分以外の他の成分を含んでいてもよい。本実施形態のアルカリ蓄電池用の正極は、例えば、正極材料と導電助剤を十分にかつ均一に混合し、これに結着剤を加えてペースト状に混練して得られる。

電解質は、水素を活物質とする電池で用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの塩を水に溶かしたものが好適である。電池の出力特性の観点から、電解液は水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。

セパレータとしては、水素を活物質とする電池に用いられる公知のものが使用できる。セパレータの形状としては、微多孔膜、織布、不織布、圧粉体が挙げられ、このうち、出力特性と作製コストの観点から不織布が好ましい。セパレータの材質としては、特に限定されないが、耐アルカリ性、耐酸化性、耐還元性を有することが好ましい。具体的にはポリオレフィン系繊維が好ましく、例えば、ポリプロピレンもしくはポリエチレンが好ましい。この他に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミド等の材料が挙げられる。また、これらのセパレータにセラミックスを被覆し、耐熱性、親液性、ガス透過性などを向上させたセパレータであってもよい。

ポリオレフィン系繊維は疎水性であるので、親水処理する必要がある。水素ガス雰囲気中で使用する場合は、フッ素ガス処理を施したセパレータが好ましい。また、金属酸化物をセパレータの表面に塗布もしくは被覆したセパレータが好ましい。

フッ素ガス処理もしくは金属酸化物の塗布により、親水性を付与したセパレータは、水素ガス中で使用しても、水素により親水性が失われにくく、長寿命が期待できる。
フッ素ガス処理は、例えば、不活性ガスで希釈したフッ素ガスに、気密空間の中で不織布をさらすことにより不織布の繊維表面を親水化することができる。また、金属酸化物としては例えば、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物、ハフニウム酸化物、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化スカンジウムなどが挙げられる。ジルコニア（ＺｒＯ_２）もしくは酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が好ましい。金属酸化物は親水性を有しており、かつ、水素により劣化しにくいから長期にわたって親水性を保持し、電解液のドライアウトを抑制することが可能である。

本発明の実施に用いる蓄電池は、フローティン充電が可能で、かつ、急速充放電特に急速放電が可能であることが望ましい。フローティング充電を実現するためには活物質がガスもしくは液体が望ましく、導電性を有していることが必要である。水素ガスはこの条件を満たしているので、水素ガスを封入した蓄電池はフローティング充電が可能である。

急速充放電ができるためには、内部抵抗が小さいことと、冷却に優れていることが必要である。内部抵抗としては、２ｍｍΩ・Ａｈより小さいことが望ましい。オーム損失による発熱を抑えることが可能であるからである。積層タイプの蓄電池は冷却性能に優れていることは後述する。

図１に示す積層蓄電池１は、外装体５と集電棒７と外装体内部に収納される電極体３とを主な構成要素として備えている。外装体５は、有底の円筒缶２と、円筒缶の開口部２ｃに取付けられた円盤状の蓋部材６とから構成されている。蓋部材６は、電極体３を収納後に、円筒缶の開口部２ｃにおいて密に嵌合されている。密閉構造が確保されている。

正極３ａと、負極３ｂと、正極３ａと負極３ｂの間に介在するセパレータ３ｃとから構成される電極体３は、円筒缶２の軸方向（図１のＸ方向）に積層して外装体５の内部に収納されている。正極の外縁部３ａｂは円筒缶の内面２ａと接触しており、正極３ａと円筒缶２は電気的に接続されている。電極体３の中央には集電棒７が貫通している。負極の穴の周縁部３ｂａは軸部７ａと接触して、負極３ｂと集電棒７は、電気的に接続されている。

負極３ｂの外径は円筒缶２の内径より少し大きいので、負極３ｂは円筒缶２に強く押し当てられ、密に接触している。負極３ｂで発生した熱は直接円筒缶２に伝えられる。また、正極３ａで発生した熱はセパレータ３ｃを介して負極３ｂに伝えられる。セパレータ３ｃは熱を伝えにくいが、薄く１枚のみであるので、熱の伝導に大きな妨げとならない。以上のようにして、電極３ａ，３ｂで発生した熱は小さな熱勾配で円筒缶２に伝えられ、積層蓄電池内部の温度上昇を抑制することを可能にしている。

図２は積層蓄電池のフローティング充電後の放電特性と電池の全体温度の測定結果である。図中曲線(1)は蓄電池の全体電圧であり、良好な放電特性を示している。図中曲線(2)は蓄電池内部の各部の温度であり、曲線(3)は試験時の室温である。蓄電池の内部温度にばらつきが見られず、温度もほとんど上昇していないことがわかる。これは電池内部で発生する熱が速やかに外部に放出されているからである。

図３は本発明の蓄電池の急速充放電試験結果である。充放電レートが高くなると電圧の多少の低下がみられるが、６０Ｃ，１２０Ｃ，２００Ｃ充放電において良好な充放電特性を示している。本発明の実施に用いる蓄電池は、急速充放電が可能であることを示す試験結果である。

従来の蓄電池でフローティング充電を行えば、過充電による電池温度の上昇が生じ、この結果電池内部抵抗が低下して、充電電流が増加するという悪循環することは前述した通りである。

しかしフローティング充電を行えば、負極から水素ガスが発生するところ、電池は密閉構造を採用しているので、充電が進むにつれて、電池に封入された水素に加えて発生水素ガス量が加わり、電池内部の水素ガス濃度は上昇する。電池内部の水素ガス濃度の上昇につれて負極の電位は低下する（ネルンストの法則）。この結果電池の端子電圧が緩やかに上昇し、ついには直流電源の充電電圧と等しくなる。すなわち充電が進めば電池電位が上昇して、直流電源の電圧と等しくなれば充電電流は流れなくなり、事実上、充電は停止する。

蓄電池内部に封入された水素ガスは、電池内部の隙間に保持される。このような隙間としては、正極とその集電体となる外装体の間の隙間、負極と集電体となる集電棒との間の隙間、電極間の隙間および電極とセパレータの隙間が上げられる。更には、電極内部に存在する空隙にも、水素ガスが保持される。特に、正極で発生する酸素は、直ちに、正極の空隙に保持されている水素ガスと結合して水となるので、正極に含まれる導電助剤が酸化されることはない。なお、正極の空隙には、電極面から水素ガスが補充される。また、正極外に漏れだした酸素は、電池に封入された水素ガスおよび水素吸蔵合金に保持された水素ガスと結合するので、水素吸蔵合金を酸化することがない。

負極と正極を、予め電解液を含浸させたセパレータを介して重ね合わせて外装体に収納して、密閉して電池を組立てる。電池の組立完了後に、真空引きして、電池内部の空気を排除する。次に、４ＭＰａの水素ガスタンクを接続して電池内部に水素ガスを封入する。再度真空引きして、４ＭＰａの水素ガスタンクから水素ガスを電池内部に供給する。

水素ガスを封入した蓄電池の充電曲線と放電曲線を図４に示す。水素ガスが封入されていない蓄電池の充電特性の一部が破線で示してある。図４において水素ガスが封入されていない蓄電池は、破線で示すように過充電になると電池温度の上昇→電池内部抵抗の低下→充電電流の増加→電池温度上昇の悪循環が生じて、充電電流が急激に増加する。一方、図４において実線で示す水素ガスが封入された蓄電池は、前述したような悪循環を繰り返すことなく、良好な充電特性を有することが分かる。

本発明の実施に用いたニッケル水素蓄電池について、充電電圧をパラメータにとり、フローティング充電の行った場合の充放電特性曲線を図５に示す。縦軸は電池電位をＶ（ボルト）単位で示してあり、横軸はＳＯＣであり％単位で示してある。充電電圧に依存して、ピーク電位が変化する。充電が進むにつれて、水素ガスが発生して電池内部の水素ガス濃度が上昇し、起電圧が上昇して、電池電位は大きくなる。電池電位が充電電圧と等しくなると充電電流は流れなくなる。このことから水素素封入した蓄電池はフローティング充電による悪循環が生じることがないことが立証された。

当該蓄電池のもう一つの特徴は、充電を停止した電圧から放電が開始することである（図５参照）。充電でピークを示した電圧から放電を開始することは、フローティング充電の特徴である。従来のニッケル水素蓄電池では、放電開始電圧は充電終止電圧に等しくない。もっとも、充電から放電に切り替わる際に、酸化還元反応の切り替わりに起因する電位が低下することがあるがその程度はわずかである。

図６-１は本発明に係る電力取引システムの第１実施例である。電力連系取引所１０に設置した蓄電池１２にはコンバータ１１を介して発電所１８が接続されている。蓄電池１２は積算電力計１３を介して需要家１９に接続されている。蓄電池１２は発電所１７からの電力により充電されるとともに、蓄電池１２に貯えられた電力は需要家１８に向かって放電される。蓄電池１２は、いわゆるフローティング充電の状態にある。

蓄電池１２の下流側に接続された積算電力計１３は蓄電池１２から放電により出力される電力量の計測が可能となっている。積算電力計１３と並列に電力計１４を取り付けて、蓄電池１２からの最大電力を計測することが可能である。

積算電力計１３の出力は需要家ごとに月単位で集計されて電力量料金として各需要家に請求される。電力量料金は蓄電池からの放電により取り出された電力量に応じた料金であって、使用した電力量に応じて料金表に基づき計算される。料金表は使用電力量の段階ごとに単価を設定してもよい。料金表は、例えば、計算機に格納されていて、計算機を用いて電力量料金が算出される。

上記で計算した電力量料金に基本料金が加算されて電気料金が計算され、各需要家に毎月所定の期日に所定の方法で請求される。例えば、毎月２５日にその月の２０日までの電気料金が記載された請求書が需要家に郵送される。基本料金は契約電力料ともいわれる料金であって、需要家が使用する電力の最大値、すなわち最大需要電力に対して定められた金額で、事前に需要家と電力供給者との間で取り決めた料金である。基本料金を最大需要電力で決めるのではなく、電力計１４の出力の最大値を用いて決めるように取り決めてもよい。

フローティング充電および急速充放電が可能な蓄電池を用いて、電力取引を行うことにより、省エネルギーを実現し、化石燃料の削減が可能となる。需要家に供給される電力は蓄電池から供給されるので、停電等が発生しても無停電の電源を提供することが可能となる。

図６−２は図６−１の実施例の変形であって、積算電力計１３−１は電力連系取引所１０−１に設置されておらず、需要家１９−１の設備の一部となっている。すなわち、蓄電池１２からの電力は積算電力計１３−１を介して需要家の直流負荷１５に供給されるとともに、インバータ１６を介して需要家の交流負荷１７に供給される。図６-２は図６-１と異なり、使用電力量の計測が需要家側で行われることに特徴がある。

図６-２は、１の電力連系取引所に対して１の需要家が接続された状態を図示しているが、１の電力連系取引所に対して複数の需要家が接続されていてもよい。また、図６-２は、需要家と独立して設けた電力連系取引所を図示しているが、需要家ごとに電力連系取引所を設けてもよい。需要家ごとに電力連系取引所を設ければ、大電力を必要とする場合でも、既存の送電系統を利用することができるので、契約電力の軽減を図ることが可能となる。

蓄電池は、常時、発電所から電力の供給をうけてフローティング充電されており満充電状態を維持していて、蓄電池からは大電力が取り出し可能となっている。蓄電池を充電するには大電力を必要としないから送電設備の増強の必要はないので、契約電力は低く抑えることができる。一般に、需要家は最大需要電力に応じた契約をする必要があるところ、常時に使用する電力は小さいが瞬時に大電力を必要とする負荷に対しては、蓄電池から必要電力を供給することにより契約電力の低減が可能となる。需要家にとってはコストメリットがあるといえる。このためには、蓄電池はフローティング充電が可能であり、急速充放電が可能な蓄電池を採用することを必要とする。

図７に第２実施例を示す。図７において、電力連系取引所１０−２と需要家１９−２は同じ構内に設置されていて、需要家１９−２に供給される使用電力量は電力連系取引所１０−２内に設置した積算電力計１３−２で計測される。大電力を必要とする直流負荷１５および交流負荷１７には、同じ構内にある蓄電池１２から電力の供給を受けるので、大電力送電のための設備費を抑えることができる。蓄電池１２はフローティング充電されていて、充電に大電力を必要としない。蓄電池１２は急速充放電が可能であるので、大電力を放出することが可能である。高額な大電力の受電契約を結ぶ必要がない。

図８は本発明に係る電力取引システムの第３実施例であって、電力連系取引所２０に設置した蓄電池２２にはコンバータ２１を介して火力発電所３１、水力発電所３２、原子力発電所３３、風力発電所３４が接続されている。さらに太陽光発電所３５がコンバータ２１を介さず直接蓄電池２２に接続されている。各種発電所３１〜３５からの電力により、蓄電池２２は充電される。風力発電所３４や太陽光発電所３５からの電力は専ら蓄電池２２を充電してもよい。

負荷追従できない原子力発電、自然条件により発電が影響を受ける太陽光発電、風力発電、水力発電からの電力を蓄電池に充電すれば、これら電源からの電力の有効利用を図ることができる。また、余剰電力を蓄電池に充電することにより電力の需給調整に資するばかりでなく、化石燃料の削減を可能にする。

蓄電池２２の出力は積算電力計４７を介して需要家の設備が接続されていて、蓄電池２２から放電により取出された電力量（積算電力）が需要家別に計測可能となっている。蓄電池２２の出力に図示しない電力計が需要家ごとに取り付けられていてもよい。電力計の出力を積算すれば積算電力計４７を省略することが可能となる。

蓄電池からの電力は交流電力に変換して利用してもよく、大電力の直流電力を必要とする需要家は直流電力で利用してもよい。直流の大電力を必要とする設備として、例えば、製鉄所４１の直結直流電動機、鉄道４２のき電システム、病院４３の粒子線治療器、試験研究所４４の加速器やアーク風洞、ＥＶステーション４５の急速充電器への電力の供給が挙げられる。

図９は、本発明に係る電力取引システムの第４実施例である。電力連系取引所５０にインバータ５３が設置されていることに特徴がある。蓄電池５２の電力はインバータ５３で交流電力に変換されて、各需要家６９に送電され、積算電力計６１を介して需要家の設備６３に電力を供給する。積算電力計６１の他に受電電力を計測する電力計６２を取付けてもよい。電力計６２があれば最大使用電力を量ることができる。

電力連系取引所１０、２０，５０には電力管理用のコンピュータ（図示しない）が設けられていて、需要家に送電する電気料金を需要家ごと月ごとに集計することが可能となっている。

電気鉄道において、電車は変電所から供給される直流電力を用いて加速される。一方、減速時は機械ブレーキが利用されるが、一部の電車においては電気ブレーキが採用されており、電車の運動エネルギーは回生電力として電力連系取引所に設置の蓄電池を充電する。同様に、港湾荷役に用いられるガントリークレーにおいて、荷役モータは荷物のリフト時に電力の供給を受けて作動する。荷下ろしの時は、ブレーキを働かすために荷役モータで発生する電力は抵抗器で消費される。抵抗器で電力を消費させる代わりに回生電力として蓄電池に蓄電すると、省エネルギー効果が期待できる。

電気自動車の普及には充電スタンドの整備が不可欠であるところ、現在のところ、その設置は十分であると言えない。フローティング充電を行っても性能の劣化しない蓄電池を用いて、満充電状態を維持した蓄電池を備えた充電スタンドを整備しておけば電気自動車の充電が可能となる。本発明の蓄電池は、内部抵抗が小さく急速放電が可能であるので、充電時間が短く電気自動車の普及につながる。

本発明の電力取引システムによれば、水素を封入した蓄電池を発電所からの電力でフローティング充電することにより、エネルギーの有効利用を図り、省エネルギーと化石燃料の削減を可能にする。

また、本発明の電力取引システムによれば、大電力を必要とする重粒子線癌治療器、ＮＭＲ、Ｘ線などへの電力供給により医療費の大幅削減を行い、医療システムの電気料金の低減および省電力化を図ることができる。

更に、蓄電池から電力供給を行っているので、停電や瞬低の内ない電源を提供する。加速器などへ電力供給を可能として高エネルギー装置を建設して物理学研究の基地にすることを可能にする。

水素を封入した蓄電池を利用した電力取引システムの採用により、産業用機器・家電は短時間大電力により大幅に使用電力が減少し、産業用機器・家電省エネを図ることが可能となる。

１ 円筒型積層蓄電池
２ 円筒缶
３ 電極体
４ 絶縁板
５ 外装体
６ 蓋部材
７ 集電体
１０ 電力連系取引所
１１ コンバータ
１２ 蓄電池
１３ 積算電力計
１４ 電力計
１５ 直流負荷
１６ インバータ
１７ 交流負荷
１８ 発電所
１９ 需要家
２０ 電力連系取引所
２１ コンバータ
２２ 蓄電池
４６ インバータ
４７ 積算電力計
４８ 交流負荷
５０ 電力連系取引所
５１ コンバータ
５２ 蓄電池
５３ インバータ
６１ 積算電力計
６２ 電力計

Claims (9)

1. 発電所と需要家の間に配置され水素が封入され負極活物質が水素であり充電終了時の電圧と放電開始時の電圧が等しい蓄電池が、前記発電所からの電力で充電可能となっていて、前記需要家には前記蓄電池に貯えられた電力が供給可能となっている電力取引システムであって、前記蓄電池の下流側に接続された電力量計の出力に基づき前記需要家ごとに電力量料金を計算する計算機を備えた電力取引システム。
2. 前記需要家ごとに設定された最大需要電力に基づく基本料金が、前記電力量料金に加算されて電気料金を計算する計算機を備えた請求項１に記載の電力取引システム。
3. 前記蓄電池の下流側で前記需要家の上流側に設けた電力計の出力の最大値により前記基本料金を計算する計算機を備えた請求項２に記載の電力取引システム。
4. 前記蓄電池の出力に接続されたインバータを介して前記需要家に交流電力を供給する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力取引システム。
5. 前記蓄電池は、負極と、正極と、前記負極と前記正極の間に介在するセパレータとを備えた電極体が、筒状の外装体の軸方向に積層して前記外装体の内部に収納されていて、更に前記電極体の中央を貫通する集電棒が前記外装体の内部に収納されていて、
   前記負極の穴の周縁部は前記集電棒と接触しており、前記正極の外縁は前記外装体の内面と接触している請求項１または２に記載の電力取引システム。
6. 請求項１および２に記載の電力取引システムに用いる蓄電池。
7. 正極が酸化金属を有している請求項６に記載の蓄電池。
8. 負極と前記正極の間に介在するセパレータが、ポリオレフィン系不織布を親水処理したものである請求項６または７のいずれか一項に記載の蓄電池。
9. 前記蓄電池が前記需要家の構内に設置されている請求項１に記載の電力取引システム。
   

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