WO2019159377A1

WO2019159377A1 - 電力供給システムの制御装置、電力供給システムの制御方法、及び電力供給システム

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Publication number: WO2019159377A1
Application number: PCT/JP2018/005815
Authority: WO
Inventors: 門田　行生; 芳栄高林; 田上　哲治
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝エネルギーシステムズ株式会社
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-08-22
Also published as: CN111727539A; EP3758182A4; US11296375B2; AU2018409334B2; EP3758182A1; JP7072044B2; JPWO2019159377A1; AU2018409334A1; US20200373640A1

Abstract

本実施形態に係る電力供給システムは、再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、前記水素発電装置よりも制御応答が早く、前記発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、を備える電力供給システムの制御装置であって、前記蓄電池のエネルギー残量に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づき、前記蓄電池のエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値に達すると予測される場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う制御部と、を備える。

Description

電力供給システムの制御装置、電力供給システムの制御方法、及び電力供給システム

　本発明の実施の形態は、電力供給システムの制御装置、電力供給システムの制御方法、及び電力供給システムに関する。

　風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した発電装置から負荷に電力を供給する電力供給システムが知られている。この電力供給システムでは、発電装置から負荷への電力供給量が不足する場合に、発電装置と併用して使用される蓄電池と水素発電装置とから負荷に電力が供給される。この場合、エネルギー効率が水素発電装置よりも高い蓄電池の電力が優先的に使用される。このため、発電装置から負荷への不足電力が生じる場合に、蓄電池のエネルギー残量が閾値以上の場合は蓄電池から負荷に電力が供給され、蓄電池のエネルギー残量が閾値未満に低下した場合に、水素発電装置を起動するとともに水素発電装置から負荷に電力が供給される。

　水素発電装置を起動すると不足電力が改善され、余剰電力を蓄電池の充電に使用することが可能となる。ところが、負荷の消費電力が高い状態が続き、発電装置の発電量が少ない場合には、蓄電池からも継続して電力を負荷に供給する必要が生じる。このような状態が持続すると、蓄電池の蓄積エネルギーが放電限界に到達してしまう。電力供給システムは一般に、負荷への短期的な応答は蓄電池が行っているため、蓄電池の蓄積エネルギーが放電限界に到達すると負荷への短期的な応答ができなくなり、電力供給システムは停止してしまう。一方で、一律に水素発電装置を起動するタイミングを早くすると、蓄電池の放電限界に到達するまでの時間は延びるが、水素発電装置の稼働率が上がり、電力供給システム全体のエネルギー効率が低下してしまう。

特開２０００－３３３３８６号公報

　本発明が解決しようとする課題は、システム全体のエネルギー効率が低下することを抑制しつつ蓄電池の蓄積エネルギーが放電限界に到達する迄の時間を延ばすことが可能な電力供給システムの制御装置、電力供給システムの制御方法、及び電力供給システムを提供することである。

　本実施形態に係る電力供給システムは、再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、前記水素発電装置よりも制御応答が早く、前記発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、を備える電力供給システムの制御装置であって、前記蓄電池のエネルギー残量に関する情報を取得する取得部と、前記情報に基づき、前記蓄電池のエネルギー残量が所定時間内に第１閾値に達すると予測される場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う制御部と、を備える。

　本発明によれば、システム全体のエネルギー効率が低下することを抑制しつつ蓄電池の蓄積エネルギーが放電限界に到達する迄の時間を延ばすことができる。

本実施形態に係る電力供給システムの構成を示すブロック図。制御部の制御モード例を説明する図。モードＩによる蓄電池のエネルギー残量の例を示した図。モードＩ及びＩＩによる蓄電池のエネルギー残量の例を示した図。モードＩ及びＩＩＩによる蓄電池のエネルギー残量の例を示した図。制御部の構成を示すブロック図。発電電力予測部の時系列な発電電力の予測値を示す図。消費電力予測部の時系列な消費電力の予測値を示す図。蓄電池のエネルギー残量の例を示した図。水素発電装置に発電を開始させた場合のエネルギー残量を示した図。第２閾値を用いた蓄電池のエネルギー残量の制御例を示す図。モードＩ、ＩＶによる蓄電池のエネルギー残量の時系列変化を示す図。エネルギー残量の減少率を用いた蓄電池のエネルギー残量の制御例を示す図。電力供給システムの制御の流れの一例であるフローチャート。

　以下、本発明の実施形態に係る電力供給システムの制御装置、電力供給システムの制御方法、及び電力供給システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

　図１は、実施形態に係る電力供給システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力供給システム１は、再生可能エネルギーを用いて分解生成した水素を用いた発電が可能なシステムであり、発電装置１００と、蓄電池１０２と、水素発電装置１０４と、制御装置１０６と、を備えて構成されている。図１は更に、第１電力伝達部２と、負荷４と、第１計測部６と、第２計測部８と、水素配管Ｌ１、Ｌ２とを示している。

　発電装置１００は、再生可能エネルギーを用いて発電する装置であり、発電部１０８と、発電電力調整部１１０とを有する。発電部１０８は、再生可能エネルギーを用いて発電する。例えば、発電部１０８は、太陽光を用いた太陽光発電装置、風力を用いた風力発電装置などで構成される。この発電部１０８は、化石燃料などの燃料が不要であるが、その発電量は天候や風力などの環境の影響を受ける。

　発電電力調整部１１０は、発電部１０８の制御を行う。発電電力調整部１１０は、電力伝達部２を介して、負荷４と、蓄電池１０２と、水素発電装置１０４の水素製造部１１２とに接続されている。これにより、発電電力調整部１１０は、発電部１０８の発電電力を負荷４、蓄電池１０２、及び水素製造部１１２に供給する。電力伝達部２は、例えば導線であり、銅などの導体で構成されている。

　蓄電池１０２は、水素発電装置１０４よりも優先して、発電部１０８から負荷４に供給される電力の短期的な過不足分を充放電により補う。すなわち、この蓄電池１０２は、水素製造部１１２よりも充電時の制御応答が早く、水素発電部１１６よりも放電時の制御応答が早い。蓄電池１０２は、例えば二次電池、大容量キャパシタ、フライホイール、ＳＭＥＳ等で構成され、秒から分のオーダーよりも高速な電力の充放電に対応可能である。すなわち、蓄電池１０２は、発電部１０８及び水素発電部１１６の少なくとも一方から電力が負荷４に供給される際には、発電部１０８及び水素発電部１１６の応答遅れを補うように負荷４に供給される電力の過不足を充放電する。また、蓄電池１０２は、発電部１０８から電力が負荷４及び水素製造部１１２に供給される際には、発電部１０８から負荷４及び水素製造部１１２に供給される電力の過不足を充放電する。これにより、発電部１０８から負荷４に供給される電力の平準化を行うことが可能である。より詳細には、蓄電池１０２は、制御装置１０６から入力される充放電信号に従い、電力伝達部２を介して、電力の充放電を行う。　

　水素発電装置１０４は、再生可能エネルギーを用いた発電部１０８から供給された電力を用いて水素を生成し、生成した水素により発電した電力を負荷４に供給する。この水素発電装置１０４は、水素製造部１１２と、水素貯蔵部１１４と、水素発電部１１６とを有する。

　水素製造部１１２は、発電部１０８から電力伝達部２を介して供給された電力を用いて、水の電気分解により水素を製造し、この製造した水素を水素貯蔵部１１４に蓄える。水素製造部１１２は、例えば、アルカリ性の溶液に電流を流すことにより、水から水素と酸素とを製造する水電解装置である。すなわち、水素製造部１１２は、水素配管Ｌ１を介して水素貯蔵部１１４と連通しており、生成した水素を水素貯蔵部１１４に蓄える。これにより、水素製造部１１２は、余剰電力を用いて水素を生成し、蓄積可能である。より詳細には、制御装置１０６から入力される水素生成信号に従い水の電気分解を行い、水素と酸素とを生成する。

　水素貯蔵部１１４は、例えば水素タンクで構成され、水素製造部１１２から移相された水素を貯蔵する。すなわち、水素貯蔵部１１４は、水素配管Ｌ１、Ｌ２を介して水素製造部１１２と、水素発電部１１６と連通している。なお、水素貯蔵部１１４は、常圧水素タンク、高圧水素ボンベ、水素吸蔵合金等で構成してもよい。

　水素発電部１１６は、例えば燃料電池であり、水素貯蔵部１１４に蓄えられた水素を用いて発電した電力を負荷４に供給する。すなわち、この水素発電部１１６は、酸素と、水素配管Ｌ２から供給される水素と酸素とを用いて電気を発電する。酸素は空気中の酸素を利用しても良いし、水素製造部１１２が水素製造に伴い出力する酸素を酸素タンクに蓄積したものを使用してもよい。これにより、不足電力を水素発電部１１６による発電により補うことが可能である。より詳細には、制御装置１０６から入力される発電信号に従い発電を行う。

　制御装置１０６は、例えばエネルギーマネージメントシステム制御部（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であり、蓄電池１０２と、発電電力調整部１１０と、水素製造部１１２と、水素貯蔵部１１４と、水素発電部１１６と、第１計測部６と、第２計測部８とに接続され、蓄電池１０２、水素製造部１１２、及び水素発電部１１６などの制御を行う。

　第１計測部６は、例えば電力計で構成され、発電部１０８の発電電力に関する電力情報を制御装置１０６に出力する。第２計測部８は、例えば電力計で構成され、負荷４の消費電力に関する電力情報を制御装置１０６に出力する。第１計測部６の計測電力と第２計測部８の計測電力との差分値が、発電部１０８から負荷４に供給される電力の過不足電力値を示している。

　制御装置１０６のより具体的な構成を説明する。制御装置１０６は、取得部１０６ａと、制御部１０６ｂと、記憶部１０６ｃとを有している。

　取得部１０６ａは、蓄電池１０２のエネルギー残量に関する情報を取得する。より詳細には、取得部１０６ａは、蓄電池１０２と、発電電力調整部１１０と、水素製造部１１２と、水素貯蔵部１１４と、水素発電部１１６と、第１計測部６と、第２計測部８から制御動作に関する情報、例えば、電流、電圧、充放電電力、発電力、消費電力、水素製造量、水素消費量、水素蓄積量などの情報を取得する。また、取得部１０６ａは、外部ネットワークを介して気象データ、気象予測データなどの気象に関するデータを取得する。このように、取得部１０６ａは、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量に関する情報を取得する。この場合、取得部１０６ａは、蓄電池１０２から蓄電池１０２のエネルギー残量の値を直接的に取得してもよい。

　本実施形態に係る制御部１０６ｂは、水素発電装置１０４よりもエネルギー変換効率の高い蓄電池１０２の電力を優先的に用いることで、電力供給システム１全体のエネルギー変換効率をより向上させるように制御する。すなわち、本実施形態に係る制御部１０６ｂは、例えば発電部１０８からの負荷４への供給電力が不足する場合に、主として蓄電池１０２の電力で補い、更に蓄電池１０２の電力では不足する場合に蓄電池１０２の電力を補うように水素発電部１１６に発電させる制御を行う。

　一方で、蓄電池１０２のエネルギー残量が第１閾値、例えば放電限界値に達すると、蓄電池１０２による負荷４への供給電力の短期的な過不足を充放電することができなくなってしまう。これにより、電力供給システム１全体が停止してしまう恐れがある。

　このため、制御部１０６ｂは、蓄電池１０２のエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値、例えば放電限界値に達すると予測される場合に、水素発電装置１００の水素発電部１１６に発電を開始させる制御を行う。また、制御部１０６ｂは、蓄電池１０２のエネルギー残量の減少率が所定値に達する場合に、水素発電装置１００の水素発電部１１６に発電を開始させる制御を行う。これにより、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界値に達することを防止する。或いは、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界値に達するまでの時間を延すことが可能となる。ここで、プロセッサという文言は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの回路を意味する。制御部１０６ｂの詳細な構成は後述する。

　記憶部１０６ｃは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶部１０６ｃは、制御部１０６ｂを動作させるためのプログラムを記憶している。また、記憶部１０６ｃは、取得部１０６ａが取得した情報を記憶している。

　図２は、制御部１０６ｂの制御モード例を説明する図である。Ｅ１は、発電部１０８の発電量を示し、Ｅ２は、負荷４の消費電力量を示し、Ｅ３は、蓄電池１０２の充放電電力を示し、Ｅ４は、水素発電部１１６の発電電力を示している。蓄電池１０２の充放電電力は、放電を＋で示し、充電を－で示している。制御部１０６ｂは、例えばモードＩ～ＶＩＩにより蓄電池１０２の充放電及び水素発電部１１６の発電を制御する。

　モードＩは、蓄電池１０２は放電させ、水素発電部１１６は停止させるモードである。モードＩＩは、蓄電池１０２は充電させ、水素発電部１１６は発電させるモードである。モードＩＩＩは、蓄電池１０２は放電させ、水素発電部１１６は発電させるモードである。モードＩＶは、蓄電池１０２は放電させ、水素発電部１１６は停止させるモードであり、モードＩよりも蓄電池１０２の放電量が大きいモードである。モードＶは、蓄電池１０２は充電させ、水素発電部１１６は停止させるモードである。モードＶＩは、蓄電池１０２は充電させ、水素発電部１１６は発電させるモードであり、モードＩＩよりも水素発電部１１６の発電量が大きいモードである。モードＶＩＩは、蓄電池１０２は放電させ、水素発電部１１６は発電させるモードであり、モードＩＩＩよりも蓄電池１０２の放電量が大きく、且つ水素発電部１１６の発電量が大きいモードである。

　図３は、モードＩによる蓄電池１０２のエネルギー残量の例を示した図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。ここで、発電部１０８の発電量Ｅ１は０であり、負荷４の消費電力量Ｅ４は１０ｋＷである。また、蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量は２４０ｋＷｈ、放電限界は０ｋＷｈである。満充電の状態から１０ｋＷｈを放電するモードＩの期間が続くと２４時間でエネルギー残量は０ｋＷｈとなりエネルギー残量は放電限界に到達してそれ以上の放電はできなくなる。

　図４は、モードＩ及びＩＩによる蓄電池１０２のエネルギー残量の例を示した図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。ここで、発電部１０８の発電量Ｅ１は０であり、負荷４の消費電力量Ｅ４は１０ｋＷｈである。また、蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量は２４０ｋＷｈ、放電限界は０ｋＷｈである。

　モードＩの期間が続くことで蓄電池１０２のエネルギー残量は次第に減少している。制御部１０６ｂは、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界に到達することが予測された時点で制御モードをモードＩＩに切り替える制御を行っている。水素発電部１１６の発電量を１２ｋＷｈにすることで蓄電池１０２に２ｋＷの充電を行うことが可能となる。これにより、制御部１０６ｂは、蓄電池１０２のエネルギー残量を回復させることができる。

　図５は、モードＩ及びＩＩＩによる蓄電池１０２のエネルギー残量の例を示した図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。ここでは、発電部１０８の発電量Ｅ１は０であり、負荷４の消費電力量Ｅ４は１０ｋＷｈである。また、蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量は２４０ｋＷｈ、放電限界は０ｋＷｈである。

　モードＩの期間が続くことで蓄電池１０２のエネルギー残量は次第に減少している。制御部１０６ｂは、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界に到達することが予測された時点で制御モードをモードＩＩＩに切り替えている。これにより、水素発電部１１６の発電量が８ｋＷになり、蓄電池１０２の放電量を１０ｋＷから２ｋＷまで減少させることが可能となる。これにより、蓄電池１０２のエネルギー残量の減少を軽減することができる。

　図６に基づき、制御部１０６ｂのより詳細な構成を説明する。図６は、制御部１０６ｂの構成を示すブロック図である。制御部１０６ｂは、予測部２００と制御判断部３００とを有する。

　予測部２００は、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量を予測する。すなわち、この予測部２００は、発電装置１００の発電電力の時系列な予測値と、負荷４の消費電力の時系列な予測値とを用いて蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量を予測する。より具体的には、予測部２００は、発電電力予測部２０２と、消費電力量予測部２０４と、演算部２０６と、を有している。

　制御判断部３００は、予測部２００が予測した時系列なエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値、すなわち放電限界を示す値に達する場合に、水素発電装置１０４に発電を開始させる制御を行う。ここで、所定の時間は、予測部２００の予測精度で定まる時間であり、例えば６時間である。

　図７は、発電電力予測部２０２の時系列な発電電力の予測値を示す図である。縦軸は、発電電力を示し、横軸は時間を示している。ここでは、予測時間は６時間である。

　図７に示すように、発電電力予測部２０２は、水素発電装置１０４の時系列な発電電力を予測する。発電電力予測部２０２は、過去の気象データと水素発電装置１０４の過去の発電電力との関係を示す関数に、取得部１０６ａ
が取得した予測期間の気象予測データを順に入力することにより、水素発電装置１０４の時系列な発電電力を予測する。この気象予測データは、予測対象期間における晴れや雨、また気温や風速等のデータである。

　なお、過去の気象データと水素発電装置１０４の過去の発電電力との関係を示す関数は、気象データを入力とし、水素発電装置１０４の発電電力を出力として、所謂ニューラルネットなどで学習した関数である。なお、発電電力予測部２０２の予測方法はこれに限定されず、一般的な予測方法を用いてもよい。

　図８は、消費電力予測部２０４の時系列な消費電力の予測値を示す図である。縦軸は、電力需要予測値、すなわち負荷４の消費電力予測値を示し、横軸は時間を示している。ここでは、予測時間は６時間である。

　図８に示すように、消費電力予測部２０４は、負荷４の時系列な消費電力を予測する。消費電力予測部２０４は、過去の気象データと負荷４の過去の消費電力との関係を示す関数に、取得部１０６ａが取得した予測期間の気象予測データを順に入力することにより、負荷４の時系列な消費電力を予測する。この気象予測データは、予測対象期間における晴れや雨、また気温や風速等のデータである。

　なお、過去の気象データと負荷４の過去の消費電力との関係を示す関数は、気象データを入力とし、負荷４の消費電力を出力として、所謂ニューラルネットなどで学習した関数である。なお、消費電力予測部２０４の予測方法はこれに限定されず、一般的な予測方法を用いてもよい。

　演算部２０６は、発電電力予測部２０２による時系列な発電電力の予測値と、消費電力予測部２０４による時系列な消費電力の予測値とを用いて、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値を演算する。より具体的には、演算部２０６は、発電電力予測部２０２による時系列な発電電力の予測値から消費電力予測部２０４による時系列な消費電力の予測値を減算した減算値を累積することにより、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値を得る。

　演算部２０６は、水素発電装置１０４が一定電力で発電する場合や、特定のパターンで発電をする場合には、水素発電装置１０４の発電電力の時系列な予測値には、季節や日時に応じて予め定められた時系列変化をする電力値を用いてもよい。これにより、水素発電装置１０４が一定電力で発電する場合や、特定のパターンで発電をする場合には、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値をより高精度に得ることが可能となる。

　同様に、演算部２０６は、負荷４が一定電力で電力を消費する場合や、特定のパターンで電力を消費する場合には、負荷４の消費電力の時系列な予測値には、季節や日時に応じて予め定められた時系列変化をする電力値を用いてもよい。これにより、負荷４が一定電力で電力を消費する場合や、特定のパターンで電力を消費する場合には、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値をより高精度に得ることが可能となる。

　図９は、蓄電池１０２のエネルギー残量の例を示した図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。モードＩの期間は、蓄電池１０２のエネルギー残量の実測値が示されている。点線は、１８時の時点での６時間先までの予測部２００による予測結果を示している。すなわち、この点線は、演算部２０６が図６で示した発電電力予測部２０２による時系列な発電電力の予測値と、図７で示した消費電力予測部２０４による時系列な消費電力の予測値とを用いて演算した蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値である。

　図９で示すように、蓄電池１０２は、１８時から１９時の間には１０ｋＷｈを放電している。１９時以降は蓄電池１０２の放電は２０ｋＷｈに増加する。このため、１９時の時点で蓄電池１０２のエネルギー残量は５０ｋＷｈと予測され、２時間３０分後の２１時３０分には、蓄電池１０２のエネルギー残量は第１閾値である放電限界の０ｋＷｈに到達することが予測される。これにより、２１時３０分以降は蓄電池１０２の放電ができず、負荷４に安定した電力の供給ができなくなることが予測される。

　図１０は、水素発電装置１０４に発電を開始させた場合の蓄電池１０２のエネルギー残量の例を示した図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量を２４０ｋＷｈとし、放電限界を０ｋＷｈとする。

　制御判断部３００は、上述のように２１時３０分に予測部２００が予測した時系列なエネルギー残量が第１閾値、すなわち放電限界を示す値に達すると予測されるので、水素発電装置１０４に発電を開始させる制御を行う。すなわち、制御判断部３００は、第１閾値に達することが予測された１９時から順にモードＶＩ、Ｖの制御動作を行う。モードＶＩの制御により、水素発電装置１０４は、１９時に２２ｋＷｈの発電を開始する。これにより、蓄電池１０２は２ｋＷｈで充電される。続いて、２３時になり発電装置１００が３０ｋＷｈで発電すると、制御判断部３００は、モードＶの制御動作を行う。すなわち、制御判断部３００は、水素発電装置１０４の発電を停止して、蓄電池１０２に１０ｋＷｈの充電をさせる。このように、予測部２００が予測した時系列なエネルギー残量により、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量が放電限界に到ることが予測可能となり、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界に達することが回避できる。或いは、蓄電池１０２の容量を増加させずとも蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界に到達するまでの時間を延ばすことができる。また、蓄電池１０２のエネルギー残量が枯渇するまでの時間が延びると、発電装置１００の発電電力により蓄電池１０２の蓄積エネルギーが回復する機会を増やすことも可能となり、蓄電池１０２の機器容量をより低減させることが可能となる。

　図１１は、第２閾値を用いた蓄電池１０２のエネルギー残量の制御例を示す図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量を２４０ｋＷｈとし、放電限界を０ｋＷｈとし、第２閾値を３０ｋＷｈとしている。

　制御判断部３００は、制御モードＩにより蓄電池１０２の放電を開始する。放電開始から１９時間後には蓄電池１０２のエネルギー残量は第２閾値である３０ｋＷｈに達する。制御判断部３００は、蓄電池１０２のエネルギー残量が第２閾値に達すると、水素発電装置１０４に発電を開始させる。すなわち、制御判断部３００は、蓄電池１０２のエネルギー残量が第２閾値に達すると、予測部２００の予測結果にかかわらず、水素発電装置１０４に発電を例えば制御モードＩＩにより開始させる。これにより、予測部２００の予測精度にばらつきがある場合にも、蓄電池１０２のエネルギー残量を維持することが可能となる。

　図１２は、モードＩ、ＩＶによる蓄電池１０２のエネルギー残量の時系列変化を示す図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量を２４０ｋＷｈとし、放電限界を０ｋＷｈとし、第２閾値を３０ｋＷｈとしている。制御判断部３００は、モードＩにより蓄電池１０２の放電を開始する。放電開始から６時間で蓄電池１０２のエネルギー残量は１８０ｋＷｈとなる。その後、負荷４の消費電力が２０ｋＷに増加し、制御判断部３００は、モードＩＶにより蓄電池１０２の放電を行う。モードＩＶによる放電から３時間後には、蓄電池１０２のエネルギー残量は１２０ｋＷｈとなる。制御判断部３００は、モードＩによる制御に戻し、制御を継続する。モードＩに戻してから、更に６時間経過すると、蓄電池１０２のエネルギー残量は６０ｋＷｈとなる。負荷４の消費電力が２０ｋＷに増加し、制御判断部３００は、再びモードＩＶにより蓄電池１０２の放電を行う。このように、合計１６時間３０分の放電によりで蓄電池１０２のエネルギー残量は放電閾値３０ｋＷｈに到る。　

　図１３は、エネルギー残量の減少率を用いた蓄電池１０２のエネルギー残量の制御例を示す図である。縦軸は、蓄電池１０２のエネルギー残量を示し、横軸は、時間を示している。蓄電池１０２の満充電時のエネルギー残量を２４０ｋＷｈとし、放電限界を０ｋＷｈとし、減少率を例えば－１１ｋＷ／ｈとする。点線が図１２で示した蓄電池１０２のエネルギー残量の時系列変化を示し、一点鎖線が、満充電時のエネルギー残量２４０ｋＷｈを切片とする傾きが減少率である－１１ｋＷ／ｈの直線を示し、実線が水素発電装置１０４による発電を行った場合の蓄電池１０２のエネルギー残量を示している。

　制御判断部３００は、制御モードＩにより蓄電池１０２の放電を開始する。放電開始から６時間後には蓄電池１０２のエネルギー残量の減少率が所定値である－１１ｋＷ／ｈに達する。制御判断部３００は、蓄電池１０２のエネルギー残量の減少率が所定値－１１ｋＷ／ｈに達すると、動作モードＶＩＩにより蓄電池１０２の放電と水素発電装置１０４の発電とを行わせる。所定値－１１ｋＷ／ｈは、過去のデータから実験的に求められた値であり、この減少率を超えると、蓄電池１０２のエネルギー残量は放電限界に達する傾向が見られる。

　このように、制御判断部３００は、モードＩＶ（図１２）の替わりに、モードＶＩＩの制御を３時間継続させる。これにより、最初のモードＩＶ（図１２）の制御終了時に蓄電池１０２のエネルギー残量が１２０ｋＷｈであったのに対して、蓄電池１０２のエネルギー残量を１６５ｋＷｈまで改善している。なお、本実施形態では、エネルギー残量の低減率に閾値を設ける場合を説明したが、蓄電池１０２の放電電力の増加率に閾値を設けても同様の効果を得ることができる。

　図１４は、電力供給システム１の制御の流れの一例であるフローチャートであり、図１４に基づき電力供給システム１の制御の流れの一例を説明する。ここでは、制御部１０６ｂが水素発電装置１０４に発電を開始させるまでの御例を説明する。

　取得部１０６ａが、蓄電装置１０２のエネルギー残量の値と気象予測データとを取得し、記憶部１０６ｃに記憶させる（ステップＳ１００）。蓄電装置１０２のエネルギー残量の値は、蓄電装置１０２から取得する。一方で、気象予測データは、外部の専門サイトなどから取得する。

　発電電力予測部２０２は、気象予測データを用いて所定期間の発電装置１００の時系列な発電電力を予測する（ステップＳ１０２）。また、消費電力量予測部２０４は、気象予測データを用いて所定期間の負荷４の時系列な発電電力を予測する（ステップＳ１０４）。

　次に演算部２０６は、発電電力予測部２０２による時系列な発電電力の予測値と、消費電力予測部２０４による時系列な消費電力の予測値とを用いて、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値を演算する（ステップＳ１０６）。

　制御装置１０６の制御判断部３００は、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値が第１閾値に達するか否かを判断する（ステップＳ１０８）。
　第１閾値に達しない場合（ステップＳ１０８のＮＯ）には、ステップＳ１００の処理から繰り返す。一方で、第１閾値に達しない場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）には、制御判断部３００は、水素発電装置１０４に発電を開始させる制御を行う（ステップＳ１１２）

　このように、制御判断部３００は、予測部２００の演算部２０６により演算された蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量の予測値を用いて、蓄電池１０２のエネルギー残量が第１閾値に達するか否かを予測する。

　以上のように、本実施形態によれば、予測部２００が予測した時系列なエネルギー残量により、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量が放電限界に到ることが予測可能となる。このように、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量が放電限界に所定の時間内に到達することが予測される場合に、水素発電装置１０４の発電を行わせるので、水素発電装置１０４の稼働率が上がることが抑制される。一方で、蓄電池１０２の時系列なエネルギー残量が放電限界に到る前に、発電装置１００の発電電力の予測状態と、負荷４の消費電力の予測状態に応じて、水素発電装置１０４の発電を行わせるので、蓄電池１０２のエネルギー残量が放電限界に到達するまでの時間を延ばすことが可能となる。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。　

Claims

　再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、前記水素発電装置よりも優先して、前記発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、を備える電力供給システムの制御装置であって、
　前記蓄電池のエネルギー残量に関する情報を取得する取得部と、
　前記情報に基づき、前記蓄電池のエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値に達すると予測される場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う制御部と、
　を備える電力供給システムの制御装置。
　前記制御部は、前記蓄電池の時系列なエネルギー残量を予測する予測部を有し、
　前記制御部は、前記予測した時系列なエネルギー残量が前記所定の時間内に前記第１閾値に達する場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う、請求項１に記載の電力供給システムの制御装置。
　前記予測部は、気象に関するデータに基づき予測した前記水素発電装置の発電電力の時系列な予測値と、前記負荷の消費電力の時系列な予測値とを用いて前記蓄電池の時系列なエネルギー残量を予測する、請求項２に記載の電力供給システムの制御装置。
　前記予測部は、前記水素発電装置の発電電力の時系列な予測値には、季節に応じて予め定められた時系列変化をする電力値を用いる、請求項３に記載の電力供給システムの制御装置。　
　前記予測部は、前記負荷の消費電力の時系列な予測値には、季節に応じて予め定められた時系列変化をする電力値を用いる、請求項３に記載の電力供給システムの制御装置。
　前記第１閾値は前記蓄電池の放電限界値であり、
　前記制御部は、前記蓄電池のエネルギー残量が前記第１閾値よりも大きい第２閾値に達する場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力供給システムの制御装置。
　再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、前記水素発電装置よりも優先して、前記発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、を備える電力供給システムの制御装置であって、
　前記蓄電池のエネルギー残量に関する情報を取得する取得部と、
　前記蓄電池のエネルギー残量の減少率が所定値に達する場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御部と、
　を有する、電力供給システムの制御装置。
　再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、前記水素発電装置よりも優先して、前記水素発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、を備える電力供給システムの制御方法であって、
　前記蓄電池の時系列なエネルギー残量に関する情報を取得する取得工程と、
　前記情報に基づき、前記蓄電池のエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値に達すると予測される場合、又は、前記蓄電池のエネルギー残量の減少率が所定値に達する場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う制御工程と、
　を備える電力供給システムの制御方法。
　再生可能エネルギーを用いた発電装置から供給された電力を用いて水素を生成し、前記生成した水素により発電した電力を負荷に供給する水素発電装置と、
　前記水素発電装置よりも制御応答が早く、前記発電装置から前記負荷に供給される電力の過不足分を充放電する蓄電池と、
　前記水素発電装置、及び前記蓄電池の制御を行う制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、
　前記蓄電池の残量に関する情報を取得する取得部と、
　前記情報に基づき、　前記情報に基づき、前記蓄電池のエネルギー残量が所定の時間内に第１閾値に達すると予測される場合、又は、前記蓄電池のエネルギー残量の減少率が所定値に達する場合に、前記水素発電装置に発電を開始させる制御を行う制御部と、
　を有する電力供給システム。