JP7090840B2

JP7090840B2 - 蓄電池バリューチェーン最適化装置および方法

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Publication number: JP7090840B2
Application number: JP2018054433A
Authority: JP
Inventors: 雅彦黒木; 弘志岡部
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP2019168792A

Description

本発明は、蓄電池バリューチェーン（発電、送電、充放電、受電）における電力を最適化するための装置および方法に関するものである。

電気事業者においては、燃料費が安価になるように発電所を稼動する必要がある。例えば、特許文献１では、天然ガス等受入量が定められている燃料の価格を実価格とは別の仮想価格を設定した上で、燃料費の安い発電機から順に用いるように電力需給計画を作成することで、予め定められた燃料受入量の範囲内で燃料費が全体として最小とする技術が提案されている。

蓄電池を含むエネルギーシステムの最適制御を行う技術として、特許文献２には、自然エネルギー発電や電力需要の一時的な変動に対応し、蓄電池の充放電量を変更した方がエネルギーコストを低減できるかどうかをシミュレーション計算により繰り返し判断し、制御指令値を修正することによって、最適運用計画のみによる制御よりも低コストの制御を行うことが記載されている。

特許第４７２６７２４号公報特許第４０６４３３４号公報

上述した特許文献では、蓄電池のリサイクル工場における電力の最適化は考慮されていなかった。そこで、本発明者らは、蓄電池のリサイクル工場における電力の最適化に着目し、本発明を完成するに至った。それゆえ、本発明の目的は、蓄電池のリサイクル工場を含めた蓄電池バリューチェーンにおける電力を最適化するための装置および方法を提供することにある。

本発明の方法は、発電所群、蓄電池群および卸電力市場のうち、電力の最安単価を確認するステップと、
最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、蓄電池のリサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算するステップと、
利益の有無を判断するステップと、
利益ありと判断した場合、最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動するステップと、
を含む。

本発明の方法は、前記発電所群における燃料削減効果が前記卸電力市場からの買電費用より大きいか否かを確認するステップと、
燃料削減効果が市場買電費用より大きい場合、前記発電所群の出力を増加し、前記発電所群から前記蓄電池群および前記リサイクル工場の少なくとも一方に電力を供給するステップと、
をさらに含むことが好ましい。

本発明の方法は、前記発電所群における発電効率向上後の発電単価が、前記卸電力市場における買電価格より低いか否かを確認するステップと、
前記発電単価が前記買電価格より低い場合、前記発電所群の余力を市場売電するステップと、
をさらに含むことが好ましい。

本発明の最適化装置は、発電所群、蓄電池群および卸電力市場のうち、電力の最安単価を確認する価格確認部と、
最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、蓄電池のリサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算するとともに、利益の有無を判断する計算部と、
利益ありと判断した場合、前記電力供給元に対して、前記リサイクル工場に電力供給するように指令を送るとともに、前記リサイクル工場に対して、前記電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動するように指令を送る指令部と、
を含む。

前記最適化装置は、前記発電所群における燃料削減効果を確認する発電所群確認部をさらに含み、
前記価格確認部は、前記卸電力市場からの買電費用を確認し、
前記計算部は、前記発電所群における燃料削減効果が市場買電費用より大きいか否かを確認し、
燃料削減効果が市場買電費用より大きい場合、前記指令部は、前記発電所群に対して、前記発電所群の出力を増加し、前記発電所群から前記蓄電池群および前記リサイクル工場の少なくとも一方に電力を供給するように指令を送る、
ことが好ましい。

前記価格確認部は、前記発電所群における発電効率向上後の発電単価が、前記卸電力市場における買電価格より低いか否かを確認し、
前記発電単価が前記買電価格より低い場合、前記指令部は、前記発電所群の余力を市場売電するように指令を送る、
ことが好ましい。

本発明の蓄電池バリューチェーン最適化装置によって制御されるシステムの全体図を示す。本発明の蓄電池バリューチェーン最適化装置の機能を説明するためのブロック図である。最適化装置による制御フローの一例である。最適化装置による制御フローの他の例である。燃料削減効果および市場買電費用を説明するための図である。

図１は、本発明の蓄電池バリューチェーン最適化装置（以下、最適化装置とも称する）によって制御されるシステムの全体図を示す。
発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃ、リサイクル工場Ｒおよび卸電力市場Ｍは、それぞれ送電線ネットワークＮＷに接続されている。
発電所群Ｈは、例えば出願人が所有する複数の火力発電所の一群であり、発電した電力を送電線ネットワークＮＷに供給する。
蓄電池群Ｃは、例えば出願人が所有する複数の蓄電池の一群であり、蓄電した電力を送電線ネットワークＮＷに放電するとともに、送電線ネットワークＮＷから電力を充電する。また、蓄電池群Ｃは、蓄電池の劣化を判定する劣化監視機能を有し、劣化監視機能によりセル、スタックまたはモジュール単位で蓄電池の健全性を監視する。蓄電池群Ｃは、劣化と判定した蓄電池のセル、スタックまたはモジュールをリサイクル工場Ｒに輸送する。
リサイクル工場Ｒは、劣化した蓄電池をリサイクルするための工場であり、送電線ネットワークＮＷから受電する。リサイクルとは、蓄電池を分解して貴金属を取り出すこと（すなわち蓄電池としてはもはや使用しないこと）および蓄電池の劣化した部分を修理、交換して蓄電池として再生することの両方を含むものである。
卸電力市場Ｍにおける取引は、一般に取引所取引と、小売事業者との相対契約に基づく取引である相対取引と、の２つに大別されるが、本発明では、任意の電力取引も含むものである。取引所取引の価格（市場価格）は、市場原理によって決定し、相対取引の価格は、個別の契約によって決定する。ただし、本明細書では説明の都合上、卸電力市場Ｍにおける取引価格（買電価格／売電価格）を市場価格と称する。
発電所群Ｈおよび蓄電池群Ｃを主体として、卸電力市場Ｍから送電線ネットワークＮＷへの電力の流れを買電と称し、送電線ネットワークＮＷから卸電力市場Ｍへの電力の流れを売電と称する。
最適化装置１００は、ネットワーク（例えば無線通信ネットワークまたは光通信ネットワーク）を介して、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃ、リサイクル工場Ｒおよび卸電力市場Ｍに接続され、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃ、リサイクル工場Ｒおよび卸電力市場Ｍと情報通信する。

図２は、本発明の蓄電池バリューチェーン最適化装置の機能を説明するためのブロック図である。
最適化装置１００は、ＰＣ、サーバ、ワークステーション等のコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、通信Ｉ／Ｆ、入出力装置等を有する。
最適化装置１００は、リサイクル工場確認部１０、発電所群確認部２０、蓄電池群確認部３０、価格確認部４０、計算部５０および指令部６０を有する。
リサイクル工場確認部１０は、リサイクル工場Ｒの状態を確認する。例えば、リサイクル工場Ｒにリサイクルすべき劣化蓄電池のストックがあるか否か、リサイクル工場Ｒが現在稼動しているか否か等を確認する。
発電所群確認部２０は、発電所群Ｈの状態を確認する。例えば、発電所群Ｈが低効率の負荷で稼動しているか否か、発電所群Ｈにおける燃料削減効果を確認する。
蓄電池群確認部３０は、蓄電池群Ｃの状態を確認する。例えば、蓄電池群Ｃの充放電の状態、劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認する。
価格確認部４０は、電力価格を確認する。例えば、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよび卸電力市場Ｍのうち、電力の最安単価を確認する。価格確認部４０は、現在の電力価格だけでなく、将来の電力価格（価格予測値）を確認することもできる。
計算部５０は、利益を計算する。例えば、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよび卸電力市場Ｍのうちのいずれかの電力供給元から電力供給を受けて、リサイクル工場Ｒを稼動させた場合の利益を計算する。
指令部６０は、例えば、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよびリサイクル工場Ｒの運転を制御するために、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよびリサイクル工場Ｒに指令を送る。
以下、最適化装置１００が、どのように発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよびリサイクル工場Ｒの運転を制御するのかを説明する。

図３は、最適化装置による制御フローの一例であり、リサイクル工場Ｒが停止している状態から稼動させるか否かを判断するフローチャートである。
ステップＳ１において、リサイクル工場確認部１０は、リサイクル工場Ｒに、リサイクルすべき劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認する。
ステップＳ１においてＹＥＳの場合、ステップＳ２において、価格確認部４０は、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよび卸電力市場Ｍのうち、電力の最安単価を確認する。本例では、発電所群Ｈの電力が最安単価であったとする。価格確認部４０は、発電所群Ｈを電力供給元に指定する。
ステップＳ３において、計算部５０は、電力供給元である発電所群Ｈから電力供給を受けて、リサイクル工場Ｒを稼動させた場合の利益を計算する。
ステップＳ４において、計算部５０は、利益の有無を判断する。
ステップＳ４において利益ありと判断した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５において、指令部６０は、電力供給元の発電所群Ｈに対して、リサイクル工場Ｒに電力供給するように指令を送るとともに、リサイクル工場Ｒに対して、電力供給元の発電所群Ｈから電力供給を受けて、リサイクル工場Ｒを稼動するように指令を送る。
本例では、電力費用が最小になるように、リサイクル工場Ｒを稼動することにより、リサイクル工場Ｒにおける利益を増大することができる。
図３では、リサイクル工場Ｒが停止している状態から稼動させるか否かを判断したが、反対に、リサイクル工場Ｒが稼動している状態から停止させるか否かを判断することもできる。また、リサイクル工場Ｒが部分的に稼動している状態から稼働率を増減するか否かを判断することもできる。

なお、図３のステップＳ１において、リサイクル工場Ｒに、リサイクルすべき劣化蓄電池のストックがない場合（ＮＯ）、蓄電池群Ｃに劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認し、蓄電池群Ｃからリサイクル工場Ｒに劣化蓄電池を輸送する費用も考慮して、リサイクル工場Ｒを稼動させた場合の利益を計算することもできる。価格確認部４０が、現在の電力価格を確認する場合、電力の最安単価は時々刻々と変化するため、蓄電池群Ｃとリサイクル工場Ｒとが隣接し、リサイクル工場Ｒの稼働と劣化蓄電池の輸送、供給との間に大きなタイムラグが発生しないことが好ましい。一方、価格確認部４０が、将来の電力価格（価格予測値）を確認する場合、蓄電池群Ｃからリサイクル工場Ｒまでの劣化蓄電池の輸送時間を考慮することにより、蓄電池群Ｃとリサイクル工場Ｒとの距離によらず、リサイクル工場Ｒを稼動させた場合の利益を計算することができる。

図４は、最適化装置による制御フローの他の例であり、発電所群Ｈが低効率の負荷で稼動している場合、発電所群Ｈの出力を増加させるか否かを判断するフローチャートである。
ステップＳ１において、発電所群確認部２０は、発電所群Ｈが低効率の負荷で稼動しているか否かを確認する。
ステップＳ１においてＹＥＳの場合、ステップＳ２において、価格確認部４０は、発電所群Ｈにおける発電単価と市場価格とを比較し、発電単価が市場価格以下か否かを確認する。
ステップＳ２においてＹＥＳの場合、すなわち、発電単価が市場価格以下の場合、ステップＳ４に進む。
ステップＳ２においてＮＯの場合、ステップＳ３において、発電所群Ｈにおける燃料削減効果と、蓄電池群Ｃおよび／またはリサイクル工場Ｒにおける卸電力市場Ｍからの買電費用（市場買電費用）と、を比較し、燃料削減効果が市場買電費用より大きいか否かを確認する。
具体的には、発電所群確認部２０が燃料削減効果を確認し、価格確認部４０が市場買電費用を確認し、計算部５０が、燃料削減効果と市場買電費用とを比較する。

図５を参照して、燃料削減効果（例えば燃料費削減効果）および市場買電費用を説明する。
発電所群Ｈでは、出力が高いほど発電効率が向上し、その結果、燃料削減効果が大きくなる。
図５（ａ）に示すように、当初発電所群Ｈは、電力５０（発電効率１０％）の出力で運転し、燃料５００を必要としていたとする。
次に、図５（ｂ）に示すように、発電所群Ｈが蓄電池群Ｃおよび／またはリサイクル工場Ｒに電力４０を供給すると仮定する。すると、合計電力は５０から９０に増加し、発電効率は１０％から４０％に向上する。発電効率が向上した結果、電力５０に必要な燃料は、５００から１２５に減少するため、燃料削減効果は３７５（＝５００－１２５）である。
仮に、電力４０の市場価格が１２０であった場合（電力１に対して３で売れる）、燃料削減効果（３７５）＞市場買電費用（１２０）となる。

図４に戻り、ステップＳ３において燃料削減効果が市場買電費用より大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４において、指令部６０は、発電所群Ｈに対して、発電所群Ｈの出力を増加し、発電所群Ｈから蓄電池群Ｃおよび／またはリサイクル工場Ｒに電力を供給するように指令を送る。すなわち、発電単価＞市場価格であるものの（ステップＳ２でＮＯ）、発電所群Ｈの燃料削減効果が大きいため、蓄電池群Ｃおよび／またはリサイクル工場Ｒは、卸電力市場Ｍから買電する代わりに、発電所群Ｈから電力供給を受ける。
ステップＳ４において発電所群Ｈの出力を増加したことにより、ステップＳ５において、発電所群Ｈの発電効率が向上し、燃料費が削減される（図５（ｂ）の状態）。
さらに、図５（ｃ）に示すように、発電所群Ｈが、出力を９０から１００に増加し、増加した１０の電力を市場売電する場合を検討する。合計電力が増加したことにより、発電効率は４０％から５０％に向上する。すると、ステップＳ２で比較した際には、発電単価＞市場価格であった場合でも、この段階になって、発電単価＜市場価格となる場合がある。
ステップＳ６において、価格確認部４０は、発電所群Ｈにおける発電効率向上後の発電単価が、市場価格より低いか否かを確認する。
ステップＳ６において発電単価が市場価格より低い場合（ＹＥＳ）、ステップＳ７において、指令部６０は、発電所群Ｈに対して、発電所群Ｈの余力を市場売電するように指令を送る。結果として、発電所群Ｈにおける売電利益が発生する。図５（ｃ）に示すように、電力１０が市場売電された場合、売電利益１０（＝売電３０－燃料２０）が発生する。
また、合計電力が９０から１００に増加したことにより、発電効率が４０％から５０％に向上し、燃料はさらに削減する。すなわち、電力５０のための燃料は、１２５から１００に削減し、電力４０のための燃料は、１００から８０に削減するため、燃料削減効果は、合計４５である。なお、図５（ａ）と図５（ｃ）とで比較すると、電力５０のための燃料は、５００から１００に削減したため、燃料削減効果は、合計４００である。
本例では、低効率の負荷で稼動している発電所群Ｈの出力を増加し、発電効率を向上することにより、燃料費を削減することができる。さらに、発電効率向上後の発電単価が、市場価格より低い場合、売電量が増加し、発電所群Ｈにおける利益を増大することができる。
このように、リサイクル工場Ｒの電力費用の最小化と、発電所群Ｈの総燃料費用の最小化および蓄電池群Ｃの電力売買利益の最大化と、を組み合わせることにより、バリューチェーン全体の電力費用の最小化および利益の最大化を達成することができる。

最適化装置１００は、上述した図示例に限定されることなく、発電所群Ｈ、蓄電池群Ｃおよびリサイクル工場Ｒの運転をさまざまに制御することができる。
一例として、発電所群Ｈにおける発電単価より、市場価格が安価な場合、差し替え可能な電気を市場調達し、発電所群Ｈの出力を減少する。結果として、発電所群Ｈの電源の差し替え（自社供給→市場調達）が行われ、発電所群Ｈにおける発電費用を削減することができる（すなわち、発電所群Ｈにおける総燃料費用が最小化される）。
他の例として、発電所群Ｈにおける発電単価が市場価格より安価な場合、発電所群Ｈから蓄電池群Ｃに充電し、蓄電池群Ｃにおける買電費用を削減する。一方、蓄電池群Ｃにおける放電単価が市場価格より安価な場合、蓄電池群Ｃ電力を売電し、蓄電池群Ｃにおける利益を増大する。このような電力のピークシフト（時間シフト）の際、価格確認部４０が将来の電力価格（価格予測値）を確認し、蓄電池群確認部３０が蓄電池群Ｃの充放電の判断を行ってもよい。
図１に示すように、最適化装置１００の制御によって、発電所群Ｈは、発電で生じた蒸気をリサイクル工場Ｒに供給し、リサイクル工場Ｒは、供給された蒸気をリサイクル工場Ｒでの熱源として使用することができる。蒸気を例えば暖房として用いることにより、リサイクル工場Ｒでの電力による暖房費用を削減することができるので好ましい。また、蒸気輸送の観点から、発電所群Ｈとリサイクル工場Ｒとが隣接していることが好ましい。

Claims

最適化装置により、蓄電池のリサイクル工場を稼動させるか否かを判断する方法であって、
前記リサイクル工場にリサイクルすべき劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認するステップと、
発電所群、蓄電池群および卸電力市場のうち、電力の最安単価を確認するステップと、
最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算するステップと、
利益の有無を判断するステップと、
利益ありと判断した場合、最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動するように指令を送るステップと、
を含み、
利益を計算するステップでは、前記リサイクル工場にリサイクルすべき劣化蓄電池のストックがない場合、前記蓄電池群に劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認し、前記蓄電池群から前記リサイクル工場に劣化蓄電池を輸送する費用も考慮して、前記リサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算する、
方法。
前記発電所群における燃料削減効果が前記卸電力市場からの買電費用より大きいか否かを確認するステップと、
燃料削減効果が市場買電費用より大きい場合、前記発電所群の出力を増加し、前記発電所群から前記蓄電池群および前記リサイクル工場の少なくとも一方に電力を供給するステップと、
をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
前記発電所群における発電効率向上後の発電単価が、前記卸電力市場における買電価格より低いか否かを確認するステップと、
前記発電単価が前記買電価格より低い場合、前記発電所群の余力を市場売電するステップと、
をさらに含む、
請求項２に記載の方法。
蓄電池のリサイクル工場にリサイクルすべき劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認するリサイクル工場確認部と、
蓄電池群確認部と、
発電所群、蓄電池群および卸電力市場のうち、電力の最安単価を確認する価格確認部と、
最安単価の電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算するとともに、利益の有無を判断する計算部と、
利益ありと判断した場合、前記電力供給元に対して、前記リサイクル工場に電力供給するように指令を送るとともに、前記リサイクル工場に対して、前記電力供給元から電力供給を受けて、前記リサイクル工場を稼動するように指令を送る指令部と、
を含み、
前記リサイクル工場にリサイクルすべき劣化蓄電池のストックがない場合、前記蓄電池群確認部は、前記蓄電池群に劣化蓄電池のストックがあるか否かを確認し、前記計算部は、前記蓄電池群から前記リサイクル工場に劣化蓄電池を輸送する費用も考慮して、前記リサイクル工場を稼動させた場合の利益を計算する、
最適化装置。
前記最適化装置は、前記発電所群における燃料削減効果を確認する発電所群確認部をさらに含み、
前記価格確認部は、前記卸電力市場からの買電費用を確認し、
前記計算部は、前記発電所群における燃料削減効果が市場買電費用より大きいか否かを確認し、
燃料削減効果が市場買電費用より大きい場合、前記指令部は、前記発電所群に対して、前記発電所群の出力を増加し、前記発電所群から前記蓄電池群および前記リサイクル工場の少なくとも一方に電力を供給するように指令を送る、
請求項４に記載の最適化装置。
前記価格確認部は、前記発電所群における発電効率向上後の発電単価が、前記卸電力市場における買電価格より低いか否かを確認し、
前記発電単価が前記買電価格より低い場合、前記指令部は、前記発電所群の余力を市場売電するように指令を送る、
請求項５に記載の最適化装置。