JP2006191748A - Collective power network system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定のローカルエリア内に存在する電力需要家群、例えば特定地域内の戸建て住宅や集合住宅群、商店や小口事業所群等にあって、燃料電池システムや太陽光発電システム等の分散電源が備えられている需要家と、そのような分散電源を備えない需要家とが混在している場合において、当該ローカルエリア内に存在する電力需要家群内で前記分散電源が発生する発電電力を相互に融通できるようにした集合型電力ネットワークシステムに関するものである。 The present invention relates to a group of electric power consumers existing in a predetermined local area, for example, a detached house or an apartment group in a specific area, a store or a small business group, and the like, such as a fuel cell system and a solar power generation system. When a customer with a distributed power source and a customer without such a distributed power source coexist, power generation generated by the distributed power source within a group of power consumers existing in the local area The present invention relates to a collective power network system in which power can be interchanged.
従来、例えばマンション等の集合住宅に対する電力の供給方式としては、図11に示すように、電力事業者の商用電力供給源(発電所)80Gから、商用電力系統80を経由して各需要家A〜Hが個別に供給を受ける方式が一般的である。つまり各需要家A〜Hは、電力事業者と所謂「小口電力購入契約」を締結し、個別電力メータ800A〜800Hを介して電力を個別に購入する方式である。
Conventionally, as a power supply method for an apartment house such as a condominium, for example, as shown in FIG. 11, each consumer A via a commercial power system 80 from a commercial power supply source (power plant) 80G of a power company. A method in which ~ H is supplied individually is common. That is, each consumer A-H is a system which concludes what is called a "small power purchase contract" with an electric power company, and purchases electric power individually via individual
ところで、近年、一般家庭や小口事業所等において、燃料電池システムや太陽光発電システム等の自家発電設備(本明細書において、これらを「分散電源」という)が保有されるケースが増えている。図11では、需要家A,Bには固体高分子型燃料電池(PEFC)システム20、需要家Cには固体電解質型燃料電池(SOFC)システム30、需要家Eにはガスエンジン50、需要家F,Gには太陽光発電(PV)システム60が、それぞれ分散電源として備えられている例を示している。なお、需要家D,Hには分散電源は備えられておらず、需要家Dには一般ガス器具40(及び一般電力負荷)が、需要家Hはオール電化の電力負荷70が備えられている例を示している。
By the way, in recent years, there are an increasing number of cases where private power generation facilities such as a fuel cell system and a solar power generation system (in the present specification, these are referred to as “distributed power sources”) are held in ordinary homes and small businesses. In FIG. 11, consumers A and B are a polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
そして、例えば太陽光発電システム60を備える需要家F,Gでは、発電された電力を専ら自家用として使用すると共に、余剰電力の売電並びに不足電力の購入は、商用電力系統80に対して直接行う方式が採られている(例えば特許文献1)。一方、PEFCシステム20やSOFCシステム30が導入されている需要家A〜Cでは、不足電力の購入は商用電力系統80から直接行うものの、いわゆる「逆潮流」が一般には許容されないことから、余剰電力が発生しないような運転制御を行うか、或いは発生した余剰電力をバッテリに蓄電したり電熱ヒータ等で熱(温水)に変換したりする方式が採られている。すなわち、たとえ需要家A〜Hが同一集合住宅内や地域的に密着したエリア(住居地区、商店街、或いは工業団地等)などの所定のローカルエリアに存在している場合でも、需要家A〜H相互間で連係が取られることはなく、各需要家において個別に余剰電力及び不足電力の処理が行われているのが実情である。
電力負荷や暖房・給湯などの熱負荷は時々刻々と変移するものであり、特に一般家庭などの小口需要家では時間的な変動が大きくなる。とりわけ電力負荷については、家庭内の電気器具類は頻繁に起動停止されることから、秒単位の短い時間で大きく変動することとなる。図12は、一戸建の一般住宅における電気負荷を秒単位で測定した電力負荷変動状態を示している。図示する通り、一戸建住宅では、絶えず大きな電力負荷変動が生じており、この測定例では最低負荷は300W程度で、最高負荷は3000W程度であって、最大10倍の変動がある。 The electric load and the heat load such as heating and hot water change every moment, and the temporal fluctuation becomes large especially for small consumers such as ordinary households. In particular, with regard to the electric power load, since electric appliances in the home are frequently started and stopped, the electric load greatly fluctuates in a short time in seconds. FIG. 12 shows a power load fluctuation state in which the electric load in a single-family home is measured in seconds. As shown in the figure, a large electric power load fluctuation is constantly generated in a detached house, and in this measurement example, the minimum load is about 300 W, the maximum load is about 3000 W, and there is a fluctuation of up to 10 times.
しかし、各需要家に備えられている分散電源が、このような負荷変動に追従するのは困難である。例えば太陽光発電や風力発電では、本来的に発電電力を制御することができない。また燃料電池についても、改質装置を持つタイプの家庭用燃料電池の負荷追従性能は10%/分程度が限界であり、上述のような瞬時の負荷変動に追従して運用させることはできない。このため、常時余剰電力や不足電力が発生し、分散電源の経済性が損なわれるケースが生じ得る。また、不足電力対応として、各需要家は商用電力系統と系統連系を行い、急激な負荷変化分は商用電力系統からの供給を受けるよう電力事業者と個別受電契約を締結する必要があるが、かかる契約は通常小口受電契約となるため比較的割高感は否めない。 However, it is difficult for the distributed power source provided in each consumer to follow such load fluctuations. For example, in solar power generation and wind power generation, the generated power cannot be controlled inherently. As for the fuel cell, the load follow-up performance of the home fuel cell having the reformer is limited to about 10% / min, and cannot be operated following the instantaneous load fluctuation as described above. For this reason, there may occur a case where surplus power or insufficient power is constantly generated and the economic efficiency of the distributed power supply is impaired. In addition, as a measure against shortage of electricity, each customer must be connected to the commercial power system, and an individual power receiving contract must be concluded with the power company so that sudden load changes can be supplied from the commercial power system. Since such a contract is usually a small power receiving contract, it cannot be denied that it is relatively expensive.
従って本発明は、分散電源を備える需要家毎に余剰電力及び不足電力の処理を行う場合の不都合を解消すべく、所定のローカルエリア内に存在する需要家を「点」ではなく、分散電源を備えない需要家も含めた「面」で捉えるようにし、分散電源導入の経済性をより向上させると共に、ローカルエリア内の需要家全体としての電力購入コストを低減することができる集合型電力ネットワークシステムを提供することを目的とする。 Therefore, in order to eliminate the inconvenience when surplus power and shortage power are processed for each consumer having a distributed power source, the present invention refers to a consumer existing in a predetermined local area instead of a “point”. A collective power network system that can be grasped in terms of “sides” including consumers who are not equipped, improve the economics of introducing distributed power sources, and reduce the cost of purchasing power for all consumers in the local area. The purpose is to provide.
本発明の請求項1にかかる集合型電力ネットワークシステムは、分散電源を備える第1の需要家群と、分散電源を備えない第2の需要家群とを含む所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家群において、需要家相互間における電力供給を可能とする共用電力系統と、前記共用電力系統と商用電力系統との連係点とを備え、前記ローカルエリア内の各需要家に、前記共用電力系統を介して前記第1の需要家群の各需要家に備えられている分散電源からの電力供給が可能とされていると共に、前記商用電力系統並びに前記連係点を介して商用電源からの電力供給が可能とされていることを特徴とする。 A collective power network system according to claim 1 of the present invention includes a plurality of local power systems that exist in a predetermined local area including a first consumer group having a distributed power source and a second consumer group having no distributed power source. A common power system that enables power supply between the consumers, and a link point between the shared power system and the commercial power system, and each consumer in the local area is provided with the common power system. It is possible to supply power from the distributed power source provided to each consumer of the first consumer group via the power system, and from the commercial power source via the commercial power system and the linkage point. It is possible to supply power.
本発明は、個別の需要家で見ると図12に示すように電力負荷変動は大きいものの、(所定のローカルエリア内に存在する)複数需要家単位で見ると、電力負荷変動はかなり抑制されるという事実を端緒としてなされたものである。図13は、集合住宅全体で測定した電力負荷変動状態である。この場合、図12の一戸建住宅の場合に比べて負荷変化曲線は平滑化されており、この測定例では最低負荷は8000W程度で、最高負荷は30000W程度であって、約3.8倍の変動幅に収まっている。これは、集合住宅では多様な家庭が集合しているために、電力・熱負荷が全体としてみれば平準化されるからである。 In the present invention, although the power load fluctuation is large as shown in FIG. 12 when viewed by individual consumers, the power load fluctuation is considerably suppressed when viewed in units of a plurality of consumers (existing in a predetermined local area). It was made with the fact that FIG. 13 shows the power load fluctuation state measured in the entire apartment house. In this case, the load change curve is smoothed as compared with the case of the detached house in FIG. 12, and in this measurement example, the minimum load is about 8000 W and the maximum load is about 30000 W, which is about 3.8 times. It is within the fluctuation range. This is because various households gather in the housing complex, so that the power and heat load are leveled as a whole.
従って、共用電力系統によりローカルエリア内に存在する複数の需要家群を、分散電源を備えない第2の需要家群も含めてネットワーク化することで、比較的電力負荷変動が少ない負荷ユニットが構築できるようになる。そして、分散電源を備える第1の需要家群の各需要家において発生する余剰電力を、前記共用電力系統を介して他の需要家へ融通できるようになるので、余剰電力を有効活用できると共に、商用電力の購入量を抑制できるようになる。また分散電源を備えない第2の需要家群も、負荷平準化に貢献すると共に、余剰電力という通常安価に購入できる電力の供給を受けることができるというメリットがある。 Therefore, a load unit with relatively little fluctuation in power load can be constructed by networking a plurality of customer groups existing in the local area with a shared power system, including the second customer group not provided with a distributed power source. become able to. And since surplus power generated in each consumer of the first consumer group equipped with a distributed power supply can be accommodated to other consumers via the shared power system, surplus power can be effectively utilized, The amount of commercial power purchased can be reduced. In addition, the second consumer group not provided with the distributed power supply has an advantage that it can contribute to load leveling and can receive the supply of surplus power, which can be purchased at a generally low cost.
さらに、前記共用電力系統は商用電力系統との連係点を有し、この連係点を介して商用電源からローカルエリア内の各需要家へ電力供給が可能とされていることから、前記連係点を介して一括的に電力事業者から電力を購入することが可能となる。従って、ローカルエリア内における全需要家の電力需要総量のうち、分散電源の余剰電力の融通では賄いきれない電力のみを、前記連係点からローカルエリア単位で購入するというような運用が可能となる。 Further, the shared power system has a connection point with the commercial power system, and power can be supplied from the commercial power source to each consumer in the local area via this connection point. It becomes possible to purchase electric power from the electric power company in bulk. Therefore, it is possible to operate such that only the power that cannot be covered by the surplus power of the distributed power source among the total power demand of all the consumers in the local area is purchased in units of the local area from the linkage point.
請求項2にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項1において、共用電力系統に、前記第1の需要家群に備えられている分散電源により発電される電力及び/又は商用電源から供給される電力を蓄電する蓄電器設備が接続されていることを特徴とする。この構成によれば、分散電源の余剰電力や商用電力系統からの深夜電力等を蓄電器設備に蓄電させることが可能となる。また、蓄電器設備から適宜共用電力系統に対して電力供給が可能となるので、電力需要の細かな変動、分散電源による発生電圧の変動に対する補償が行えるようになる。 A collective power network system according to a second aspect of the present invention is the collective power network system according to the first aspect, wherein the shared power system is supplied from the electric power generated by the distributed power source provided in the first consumer group and / or the commercial power source. A power storage facility for storing electric power is connected. According to this configuration, it is possible to store the surplus power of the distributed power source, the midnight power from the commercial power system, and the like in the capacitor facility. In addition, since it is possible to appropriately supply power from the storage facility to the shared power system, it is possible to compensate for fine fluctuations in power demand and fluctuations in the voltage generated by the distributed power supply.
請求項3にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項1において、前記第1の需要家群及び/又は第2の需要家群にガスを燃料源とするガス機器が備えられている場合において、一括的に商用ガス供給源からガス供給を受けて前記ガス機器を備える需要家へ共用ガス系統を介して個別にガスを供給する集中型燃料ガス供給装置を設けたことを特徴とする。この構成によれば、商用ガス供給源から、都市ガス等の原料ガスが集中型燃料ガス供給装置に供給され、該集中型燃料ガス供給装置から共用ガス系統を介して所定のガス機器が備えられている需要家へ燃料ガスが個別に供給されるようになる。ここでのガス機器としては、一般ガス器具の他、ガスを燃料源として動作する分散電源である燃料電池システムやガスエンジン等も含まれる。 A collective power network system according to claim 3 is the collective power network system according to claim 1, wherein the first consumer group and / or the second consumer group is provided with gas equipment using gas as a fuel source. A centralized fuel gas supply device is provided which collectively receives gas from a commercial gas supply source and supplies the gas individually to a customer having the gas equipment via a common gas system. According to this configuration, the source gas such as city gas is supplied from the commercial gas supply source to the centralized fuel gas supply device, and the predetermined gas equipment is provided from the centralized fuel gas supply device via the common gas system. Fuel gas will be supplied individually to consumers. The gas equipment here includes, in addition to general gas appliances, a fuel cell system or a gas engine that is a distributed power source that operates using gas as a fuel source.
請求項4にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記需要家群における電力需要総量に応じて前記分散電源による発電総量を制御するための共用電力監視部を備え、前記共用電力監視部は、前記ローカルエリア内に存在する需要家群における電力需要総量を監視する需要総量監視部と、前記第1の需要家群における発電総量を監視する発電総量監視部と、前記電力需要総量と発電総量とを比較して、発電総量が電力需要総量を超過しないよう発電総量を制御する制御信号を発生する比較制御部とを具備することを特徴とする。この構成によれば、前記比較制御部により第1の需要家群における発電総量が規制されることとなるので、発電総量が電力需要総量を超過して共用電力系統において余剰電力が発生することが抑止される。 A collective power network system according to a fourth aspect includes a shared power monitoring unit according to any one of the first to third aspects for controlling a total amount of power generated by the distributed power source in accordance with a total amount of power demand in the consumer group. The shared power monitoring unit is a total demand monitoring unit that monitors a total power demand in a customer group existing in the local area, and a total power generation monitoring unit that monitors a total power generation amount in the first consumer group, And a comparison control unit that compares the total power demand with the total power generation and generates a control signal for controlling the total power generation so that the total power generation does not exceed the total power demand. According to this configuration, since the total power generation amount in the first consumer group is regulated by the comparison control unit, the total power generation amount exceeds the total power demand amount and surplus power is generated in the shared power system. Deterred.
請求項5にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項4において、前記第1の需要家群に備えられている分散電源が、発電電力が制御可能な第1の分散電源と、発電電力が制御不能な第2の分散電源とに区別される場合において、前記比較制御部が、前記第2の分散電源の発電電力量を制御する制御信号を発生するよう構成されていることを特徴とする。ここで、発電電力が制御可能な第1の分散電源とは、例えば燃料電池やガスエンジンなどの分散電源を言う。また、発電電力が制御不能な第2の分散電源とは、例えば太陽光発電システムや風力発電システムである。この構成によれば、前記第1の分散電源の出力制御を適切に行うことで、共用電力系統において余剰電力が発生しないようにすることができる。 A collective power network system according to a fifth aspect of the present invention is the collective power network system according to the fourth aspect, wherein the distributed power source provided in the first consumer group includes a first distributed power source capable of controlling the generated power, and the generated power is controlled. In the case of being distinguished from the second distributed power source that is impossible, the comparison control unit is configured to generate a control signal for controlling the amount of power generated by the second distributed power source. Here, the first distributed power source that can control the generated power refers to a distributed power source such as a fuel cell or a gas engine. The second distributed power source whose generated power is uncontrollable is, for example, a solar power generation system or a wind power generation system. According to this configuration, it is possible to prevent surplus power from being generated in the shared power system by appropriately performing output control of the first distributed power supply.
請求項6にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記第1の需要家群における各分散電源の出力を前記共用電力系統に接続してなり、前記第1の需要家群の各需要家において発生された発電電力が、一旦全て前記共用電力系統に供給されるよう構成したことを特徴とする。この構成によれば、例えば分散電源として給湯設備を付随させた燃料電池システムを導入している場合において、余剰電力を考慮することなく、当該需要家における熱需要に応じた運転を行い、必要な電力は共用電力系統から購入するといった運用が行えるようになる。 A collective power network system according to a sixth aspect is the collective power network system according to any one of the first to fifth aspects, wherein an output of each distributed power source in the first consumer group is connected to the shared power system. A feature is that all the generated power generated in each consumer of the consumer group is once supplied to the shared power system. According to this configuration, for example, when a fuel cell system with a hot water supply facility is introduced as a distributed power source, an operation corresponding to the heat demand of the consumer is performed without considering surplus power, and necessary Electricity can be operated by purchasing from a shared power system.
請求項7にかかる集合型電力ネットワークシステムは、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記第1の需要家群における各分散電源の出力を前記共用電力系統に接続してなり、前記第1の需要家群の各需要家において発生された発電電力のうち、当該需要家で消費されなかった余剰分が前記共用電力系統に供給されるよう構成したことを特徴とする。この構成によれば、需要家毎の電力料金の算定・管理が比較的容易になる。すなわち、余剰分として共用電力系統に供給した分、つまり当該需要家の分散電源が共用電力系統における電力需要(当該需要家での使用量を除く電力需要)に対して貢献した分が明確になることから、売電分の確定や不足電力の購入分との相殺が比較的容易に行えるようになる。 A collective power network system according to a seventh aspect is the collective power network system according to any one of the first to fifth aspects, wherein an output of each distributed power source in the first consumer group is connected to the shared power system. Of the generated power generated at each consumer in the consumer group, the surplus that has not been consumed by the consumer is supplied to the shared power system. According to this configuration, it is relatively easy to calculate and manage the electricity rate for each consumer. In other words, the amount of supply to the shared power system as a surplus, that is, the amount that the distributed power source of the consumer contributed to the power demand in the shared power system (the power demand excluding the amount used by the consumer) becomes clear. For this reason, it becomes relatively easy to determine the amount of power sold and offset the purchase of insufficient power.
請求項8にかかる集合型電力ネットワークシステムは、分散電源を備える第1の需要家群と、分散電源を備えない第2の需要家群とを含む所定のローカルエリア内に存在する複数の需要家群において、需要家相互間における電力供給を可能とする共用電力系統と、前記ローカルエリア内に存在する各需要家と商用電力系統との個別連係点と、前記共用電力系統を介して前記第1の需要家群の各需要家に備えられている分散電源からの電力供給を可能とすると共に、前記個別連係点を介して商用電源からの電力供給を可能とする個別制御手段とを具備することを特徴とする。
The collective power network system according to
この構成によれば、各需要家は、先ず共用電力系統から供給される電力を使用し、不足電力が生じるような場合に、前記個別連係点を介して需要家毎に商用電力系統から電力供給を受けるという運用を実行することが可能となる。 According to this configuration, each consumer first uses the power supplied from the shared power system, and when insufficient power occurs, power is supplied from the commercial power system to each consumer via the individual linkage points. It is possible to execute the operation of receiving.
請求項1にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、分散電源で発電された電力(余剰電力)が、共用電力系統を介して所定のローカルエリア内に存在する需要家において有効活用できるようになる。特に、逆潮流できない燃料電池システム等の分散電源を備える需要家において、余剰電力の抑止対策が無用となり、その運転効率を向上させることができる。また、不足電力もローカルエリア単位で連係点から購入でき、価格的に有利な大口受電契約で電力事業者から電力を購入することが可能となることから、電力購入コストを低減できるという効果を奏する。 According to the collective power network system according to claim 1, the power (surplus power) generated by the distributed power source can be effectively used by a customer existing in a predetermined local area via the shared power system. . In particular, in a consumer having a distributed power source such as a fuel cell system that cannot reversely flow, a countermeasure for suppressing surplus power becomes unnecessary, and the operation efficiency can be improved. In addition, it is possible to purchase insufficient power from the linkage points in local area units, and it is possible to purchase power from a power company with a large power receiving contract that is advantageous in terms of price. .
請求項2にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、分散電源の余剰電力を有効活用でき、また安価な深夜電力を活用できることから、共用電力系統における電力コストを抑制できるようになる。また、蓄電器設備により電力需要の細かな変動、分散電源による発生電圧の変動に対する補償が行えることから、共用電力系統の電力安定化を図ることができる。さらに、逆潮流が許容されていない分散電源が多く含まれている場合における逆潮流の防止、或いは昼間しか発電できない太陽光発電システムを有効に活用できる等のメリットがある。 According to the collective power network system according to the second aspect, surplus power of the distributed power source can be used effectively, and inexpensive midnight power can be used, so that the power cost in the shared power system can be suppressed. In addition, since the power storage facility can compensate for small fluctuations in power demand and fluctuations in the voltage generated by the distributed power supply, it is possible to stabilize the power of the shared power system. Further, there are advantages such as prevention of reverse power flow when many distributed power sources that do not allow reverse power flow are included, or effective use of a solar power generation system that can generate power only during the daytime.
請求項3にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、ローカルエリア単位で商用ガスを供給する都市ガス供給事業者等と大口ガス購入契約を締結することになるので、燃料ガス調達のコスト面で有利となる。 According to the collective power network system according to claim 3, since a large-scale gas purchase contract is concluded with a city gas supply company that supplies commercial gas in local area units, it is advantageous in terms of fuel gas procurement costs. It becomes.
請求項4にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、発電総量が電力需要総量を超過して共用電力系統において余剰電力が発生することが抑止されるので、ローカルエリア単位で見たときの無駄の発生を未然に防止することができる。
According to the collective power network system according to
請求項5にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、発電電力が制御可能な第1の分散電源の出力制御を適切に行うことで、共用電力系統における余剰電力の発生が抑止され、ローカルエリア単位で見たときの効率を向上させることができる。 According to the collective power network system according to claim 5, generation of surplus power in the shared power system is suppressed by appropriately performing output control of the first distributed power source capable of controlling generated power. Can improve the efficiency when viewed with.
請求項6にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、例えば燃料電池システムを導入している需要家において、熱負荷に追従させて自在に運転することが可能となることから、燃料電池システム導入のメリットが一層顕在化するようになる。 According to the collective power network system according to the sixth aspect, for example, in a customer who has introduced a fuel cell system, it is possible to operate freely following a thermal load. The benefits will become more apparent.
請求項7にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、売電分の確定や不足電力の購入分との相殺が比較的容易に行えることから、集合型電力ネットワークシステムの運用を比較的簡素化できるようになる。 According to the collective power network system according to the seventh aspect, since it is relatively easy to determine the amount of power sold and offset the purchase of insufficient power, the operation of the collective power network system can be relatively simplified. It becomes like this.
請求項8にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、商用電力系統との個別連係点を有しているので、各需要家における不足電力の購入分は個別に明確化され、ローカルエリア内において不足電力の購入量を按分して清算する過程が不要となり、決済システムを簡略化できる。
According to the collective power network system according to
以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
(第1実施形態)
図1は、本発明にかかる集合型電力ネットワークシステムの基本構成を示すブロック図である。ここで需要家A〜Hは、所定のローカルエリアLに存在する複数の小口需要家、例えば集合住宅の各家庭、所定の地区内の一戸建住宅、或いは小規模な業務用の需要家である。需要家A,Bには固体高分子型燃料電池(PEFC)システム20が、需要家Cには固体電解質型燃料電池(SOFC)システム30が、需要家Eにはガスエンジン50が、需要家F,Gには太陽光発電(PV)システム60が、それぞれ分散電源として備えられている。すなわち、需要家A,B,C,E,F,Gは、各々分散電源が備えられた第1の需要家群である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a collective power network system according to the present invention. Here, the consumers A to H are a plurality of small consumers existing in a predetermined local area L, for example, each household of an apartment house, a single-family house in a predetermined area, or a small business consumer. . The consumers A and B have a polymer electrolyte fuel cell (PEFC)
一方、需要家D,Hには分散電源は備えられておらず、需要家Dには一般ガス器具40(及び一般電力負荷)が、需要家Hはオール電化の電力負荷70が備えられている。すなわち需要家D,Hは、各々分散電源を備えない第2の需要家群である。なお、図示は省略しているが、第1の需要家群である需要家A,B,C,E,F,Gにも、一般ガス器具や一般電力負荷が設置されている。
On the other hand, the consumers D and H are not equipped with a distributed power supply, the consumer D is equipped with a general gas appliance 40 (and a general power load), and the consumer H is equipped with an all-
当該ローカルエリアLにおける需要家A〜Hに対する電力及び燃料ガス(都市ガス)の供給系統について説明する。当該集合型電力ネットワークシステムにおいては、商用電力供給源80GからローカルエリアL内に存在する各需要家A〜Hへの受電系統を一元化すると共に、各需要家A〜Hへの電力供給系統を相互接続する共用電力系統81を設けた点に特徴を有している。これに加え、燃料ガスの供給系統についても、複数の需要家に向けた共用ガス系統12が備えられている。
A power and fuel gas (city gas) supply system for the consumers A to H in the local area L will be described. In the collective power network system, the power receiving system from the commercial
先ず燃料ガスの供給系統については、ガスを燃料源として動作する分散電源であるPEFCシステム20、SOFCシステム30、ガスエンジン50を備える需要家A,B,C,E、並びに所定の一般ガス器具40を備える需要家Dに対して、一括的に商用ガス供給源10Gからガスを購入して各々ガス供給する構成が採用されている。すなわち、商用ガス供給源10Gから、商用ガス供給系統10並びに共用ガスメータ10Mを経て都市ガス等の原料ガスが集中型燃料ガス供給装置11に供給され、該集中型燃料ガス供給装置11から共用ガス系統12を介して需要家A〜Eへ燃料ガスが個別に供給されるような系統とされている。なお需要家A〜Eには、個別ガスメータ13A〜13Eが備えられており、共用ガス系統12から供給されるガス量が、需要家A〜E別に計量されるようになっている。
First, with respect to the fuel gas supply system,
一方、需要家F,Gについては、前記共用ガス系統12には接続されておらず、図略の個別ガス系統により商用ガス供給源10Gからガス供給を受けることとなる。勿論、需要家F,Gも共用ガス系統12に接続するようにしても良い。なお、オール電化の電力負荷70を備える需要家Hについては、全ての負荷が電力で賄われることから、ガス供給は不要である。
On the other hand, the consumers F and G are not connected to the
このような構成によれば、集中型燃料ガス供給装置10の上流側に共用ガスメータ10Mが設置され、ローカルエリアL内に存在する各需要家A〜Eにおいて使用されるガス量が包括的に計測される構成、つまり所定のローカルエリアL単位で商用ガスを供給する都市ガス供給事業者等と大口ガス購入契約を締結することになるので、燃料ガス調達のコスト面で有利となる。なお、上記の通り各需要家A〜Eで使用されたガス量は、各個別ガスメータ13A〜13Eにて計測されるので、各需要家A〜Eにおいて使用された燃料ガス量に応じて、ガス料金の負担分決定が可能となる。
According to such a configuration, the
次に電力の供給系統については、先ず共用電力系統81により需要家相互間における電力供給が可能とされ、ローカルエリアL内において個々の需要家が備える分散電源からある程度の電力を調達できるようになっている。さらに、前記共用電力系統81には、商用電力系統80との連係点Jが設けられており、前記商用電力系統80並びに前記連係点Jを通して、商用電力供給源80Gから共用電力系統81へ(つまり各需要家A〜Eへ)電力供給が可能とされている。すなわち、各需要家A〜Eは、ローカルエリアLの分散電源を活用する供給系統と、商用電力の供給を受ける供給系統との二重の電力供給系統を備えていることになる。これにより、共用電力系統81において分散電源による電力が不足した場合、前記連係点Jを介して瞬時に商用電力系統から商用電力が供給される構成とされている。
Next, with respect to the power supply system, first, the shared power system 81 enables power supply between consumers, and in the local area L, a certain amount of power can be procured from a distributed power source provided by each consumer. ing. Further, the shared power system 81 is provided with a connection point J with the commercial power system 80. From the commercial power system 80 and the connection point J to the shared power system 81 (ie, from the commercial
ここで商用電力の供給系統については、経済性を考慮して商用電力を供給する電力供給事業者等と大口電力購入契約を締結するものとし、商用電力系統80に対してローカルエリアL全体を受電対象とする一つの共用電力メータ80Mを設置し、該共用電力メータ80Mから共用電力系統81を介して商用電力供給源80Gから各需要家A〜Hに対して電力を供給する構成とされている。そして共用電力系統81において、各需要家A〜Hに対し、それぞれ個別電力メータ82A〜82Hが取り付けられている。すなわち、各需要家A〜Hの電気機器で使用された電力量は、各個別電力メータ82A〜82Hにて計測されることになる。
Here, with regard to the commercial power supply system, a large-scale power purchase contract is concluded with a power supply company that supplies commercial power in consideration of economy, and the entire local area L is received by the commercial power system 80. One common
上記共用電力系統81に対して、第1の需要家が備える分散電源の発電電力がそれぞれ供給可能とされている。すなわち、需要家A,Bに設置されているPEFCシステム20、需要家Cに設置されているSOFCシステム30、需要家Eに設置されているガスエンジン50、及び需要家F,Gに設置されている太陽光発電システム60の発電出力が、それぞれ共用電力系統81と接続されている。これにより、第1の需要家の分散電源で発電された電力が、共用電力系統81を介してローカルエリアL内の他の需要家へ供給され得る構成とされている。さらに、商用電力を供給する電力事業者との契約によっては、前記連係点Jを介して、前記分散電源による発電電力を商用電力系統80へ逆潮流させる(いわゆる売電)ことも可能とされている。
The shared power system 81 can be supplied with the generated power of the distributed power source provided by the first consumer. That is, the
共用電力系統81と共用電力メータ80Mとの間には電力制御装置90(制御手段)が介在されている。電力制御装置90は、商用電力供給源80Gからの受電制御や、各需要家A〜Hに対する配電制御等を行うものである。
A power control device 90 (control means) is interposed between the shared power system 81 and the shared
現状では、自家発電電力の売電は、太陽光発電や風力発電等を除き許容されていない。従って、図1に示す実施形態では、需要家A,BのPEFCシステム20、需要家CのSOFCシステム30等で発電された電力は、商用電力供給系統81に逆潮流できない。それゆえ、各燃料電池システムの制御部(図示せず)において、その需要家の電力及び熱負荷需要を予測して余剰電力が発生しないように発電出力を指令して運転する必要があり、場合によっては熱需要に十分対応できない場合もあった。しかし、本実施形態のように共用電力系統81に対して、各需要家が備える燃料電池システムの発電電力を供給可能とすることで、例えば余剰電力を共用電力系統81に送り出し、この余剰電力を他の需要家が使用するといった運用が可能となる。これにより、熱需要に応じて燃料電池システムを運転し、余剰電力が生じた場合は共用電力系統81に流せば良く、燃料電池システムの利便性が一段と向上する。
At present, the sale of privately generated power is not allowed except for solar power generation and wind power generation. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the power generated by the
上記構成において、共用電力系統81に蓄電器設備を接続し、システムの経済化、電力供給の安定化を図る構成とすることが望ましい。図2は、図1に示した集合型電力ネットワークシステムに、蓄電器設備SBを付加した構成を示すブロック図である。この蓄電器設備SBとしては、例えばナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、鉛電池等の蓄電池と、該蓄電池の充電放電制御を行う制御部とを備えたものを適用することができる。 In the above configuration, it is desirable to connect a power storage facility to the shared power system 81 so that the system is economical and the power supply is stabilized. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration in which a storage battery facility SB is added to the collective power network system shown in FIG. As this electrical storage equipment SB, what was equipped with storage batteries, such as a sodium sulfur battery, a redox flow battery, a lead battery, and the control part which performs charge / discharge control of this storage battery, for example is applicable.
前記蓄電器設備SBに対する蓄電(充電)動作は、第1の需要家群に備えられている分散電源により発電される電力により、又は商用電力供給源80Gから供給される電力により、或いは両者の電力により行われる構成とすることができる。そして蓄電器設備SBの放電動作は、共用電力系統81に対して行われる構成とすることができる。この構成によれば、分散電源の余剰電力や商用電力系統からの深夜電力等を蓄電器設備に蓄電させることが可能となる。また、蓄電器設備から適宜共用電力系統に対して電力供給(放電)が可能となるので、ローカルエリアL内における電力需要の細かな変動(図13参照)、分散電源による発生電圧の変動に対する補償が行えるようになる。従って、分散電源の余剰電力の有効活用、安価な深夜電力の活用によって、共用電力系統81における電力コストを抑制できると共に、共用電力系統81の電力安定化を図ることができる等、集合型電力ネットワークシステムの利便性を一層向上できるようになる。
The electric storage (charging) operation for the electric storage device SB is performed by electric power generated by a distributed power source provided in the first consumer group, by electric power supplied from a commercial
次に、第1の需要家群に備えられている各種分散電源について簡単に説明する。図3は、需要家A,Bに備えられているPEFCシステム20の構成例を示すブロック図である。このPEFCシステム20は、PEFC電池スタック210、放熱器220、熱交換器230、貯湯槽240、送気装置250、インバータ260及び出力制御部262等で構成されている。PEFC電池スタック210は、燃料極211、空気極212、電解質213及び冷却板214から構成されている。前記燃料極211には、図1に示した集中型燃料ガス供給装置11から共用ガス系統12を介して、燃料ガスが供給される。実際には、図略の個別改質器及び一酸化炭素除去器等を経て、一酸化炭素濃度が10〜100ppm以下にされた水素リッチな改質ガスが前記燃料極211に導入される。
Next, various distributed power sources provided in the first consumer group will be briefly described. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
その後、導入された改質ガス中の水素成分は、その大部分が燃料極211でイオン化され、該水素イオンは電解質213を通って空気極212へ移動される。該空気極212には、ブロワー251及び駆動モータ252からなる送気装置250から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。そして、この酸素イオンと、燃料極211から移動されてくる水素イオンとが化学反応し、水が生成されると共に発電が為される。かかる化学反応により発生される電力は直流であることから、インバータ260にて直流−交流変換した上で、交流出力261として出力される。
Thereafter, most of the hydrogen component in the introduced reformed gas is ionized at the fuel electrode 211, and the hydrogen ions are transferred to the
前記交流出力261は、当該需要家内に存在する各種電力機器に対してその駆動電源として供給(宅内供給モード)されるか、或いは共用電力系統81に対して他の需要家向けに供給(共用供給モード)される。出力制御部262は、前記宅内供給モード及び共用供給モードの切り替え動作を適宜行うもので、かかるモードの切り替え動作は、例えばPEFCシステム20における余剰電力の発生度合いに応じてPEFCシステム20の個別判定により実行される他、当該集合型電力ネットワークシステムに備えられている全体制御部から与えられる所定の負荷増減指令信号によっても実行されるよう構成されている。
The
PEFC電池スタック210内においては、上述の通り水素と酸素とが化学反応することから発熱が生じる。従って、PEFC電池スタック210が過加熱状態とならないよう冷却する必要があるが、この冷却の際の熱を回収して温水等を生成して熱の有効活用が図られる。図3に示す例では、PEFC電池スタック210の冷却板214を経由する冷却水の循環路222と放熱器220とを設け、ポンプ221で循環路222内に冷却水を循環させることで、電池スタックを一定温度に保つ(冷却する)構成とされている。
In the
一方、上記循環路222は、熱交換器230も経由する配管経路とされており、熱交換器230に水道配管路231を介して導入される水道水に、冷却板214で吸熱した熱の一部(余剰熱)を授受するようになっている。このような熱交換動作により、熱交換器230内では60℃程度の温水が生成される。かかる温水は出力配管路232を経て貯湯槽240へ送られて貯湯され、必要に応じて、台所や洗面所、風呂用(熱需要機器)に使用されるものである。
On the other hand, the
図4は、需要家Cに備えられているSOFCシステム30の構成例を示すブロック図である。このSOFCシステム30は、SOFC電池スタック310、高温水熱交換器320、低温水熱交換器330、燃焼室340、送気装置350、インバータ360及び出力制御部362等で構成されている。SOFC電池スタック310は、燃料極311、空気極312及び電解質313から構成されている。前記燃料極311には、集中型燃料ガス供給装置10から共用ガス系統12、図略の個別改質器等を経て、水素リッチな改質ガスが導入される。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the
その後、導入された改質ガス中の水素成分(及び一酸化炭素成分)は、その大部分が燃料極311において、空気極312から送られてくる酸素イオンと反応して電気を発生する。空気極312には、ブロワー351及び駆動モータ352からなる送気装置350から空気が導入されており、該空気中の酸素が取り込まれてイオン化される。かかる酸素イオンは、電解質313を通して燃料極311へ移動し、前述の通り水素成分(及び一酸化炭素成分)と化学反応し電気を発生する。同様に発生される電力は直流であることから、インバータ360にて直流−交流変換した上で、交流出力361として出力される。出力制御部362は、図3で示した出力制御部262と同様に、前記宅内供給モード及び共用供給モードの切り替え動作を適宜行うものである。
After that, most of the hydrogen component (and carbon monoxide component) in the introduced reformed gas reacts with oxygen ions sent from the
一般に、燃料極311での水素利用率は70〜80%で、残りは余剰として排出される(燃料極排ガス)。また、空気極312での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは余剰として排出される(空気極排空気)。このような余剰エネルギーを活用すべく、前記燃料極排ガスと空気極排空気とは、SOFC電池スタック310の出口側に配置された燃焼室340に導入されて燃焼される。この燃焼により生じた熱は、SOFC電池スタック310の保温に利用される他、熱交換器により熱回収される。
Generally, the hydrogen utilization rate at the fuel electrode 311 is 70 to 80%, and the remainder is discharged as surplus (fuel electrode exhaust gas). The oxygen utilization rate in the air at the
すなわち、燃焼室340には排ガス回収管341が接続されており、この前記排ガス回収管341は、高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330を経由する構成とされている。燃焼室340での燃焼反応により生じた高温燃焼排ガスは、前記排ガス回収管341を通して高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330へ順次導かれ、高温水熱交換器320及び低温水熱交換器330へ水道配管路332を介して導入されている水道水に熱を授受するようになっている。このような熱授受動作により、高温水熱交換器320では約90℃程度の高温水が生成され、低温水熱交換器330では60℃程度の低温水が生成される。かかる高温水及び低温水は、それぞれ出力配管路321,331を経て、需要家内の熱需要機器に使用されるものである。
That is, an exhaust gas recovery pipe 341 is connected to the
需要家Eに備えられているガスエンジン50は、例えば都市ガス等を燃料ガスとしてガスタービンを回転させ発電を行うエンジンユニットと、該エンジンユニットの排熱を活用して温水等を生成する熱回収ユニットとを備える構成のものである。さらに、需要家F,Gに備えられている太陽光発電システム60は、例えばルーフトップ型の太陽電池パネルを備える構成のものである。以上は分散電源の一例であり、本発明においては各種のパッケージ型発電装置や風力発電システムなども適用可能である。
The
続いて、本実施形態にかかる集合型電力ネットワークシステムの具体的な運用態様について説明する。当該集合型電力ネットワークシステムにおいては、例えば下記(1)〜(3)の運用形態を採ることができる。 Next, a specific operation mode of the collective power network system according to the present embodiment will be described. In the collective power network system, for example, the following operation modes (1) to (3) can be adopted.
(1)第1の需要家群である需要家A,B,C,E,F,Gの分散電源(PEFCシステム20、SOFCシステム30、ガスエンジン50及び太陽光発電システム60)で発電される電力を、全て一旦共用電力系統81に送り、各需要家A〜Hは共用電力系統81から個別に使用する電力量を購入する。この場合、ローカルエリアL内に存在する各需要家A〜Hは、需要家A,B,C,E,F,Gが保有している分散電源にて発電される電力を共用電力系統81から受電すると共に、不足分を一括契約されている商用電力系統80から受電することとなる。そして、後者の受電電力量は共用電力メータ80Mにて計測され、また前者と後者を含めた個別受電電力量は、個別電力メータ82A〜82Hにて計測される。なお、分散電源を保有している需要家A,B,C,E,F,Gについては、発電量メータも取り付け、共用電力系統81に供給した電力量を計測して相殺させる運用とすることが望ましい。
(1) Power is generated by distributed power sources (
このような運用形態によれば、例えば分散電源として、通常給湯設備等が付随されているPEFCシステム20、SOFCシステム30等の燃料電池システムを導入している需要家A,B,Cにおいて、当該需要家における熱需要に応じた運転を行い、必要な電力は共用電力系統81から購入する運用を取ることが可能となる。従って、余剰電力の発生を抑止するといった制御は不要となり、燃料電池システム導入のメリットを一層顕在化できるようになる。
According to such an operation mode, for example, in the consumers A, B, and C that have introduced fuel cell systems such as the
(2)第1の需要家群である需要家A,B,C,E,F,Gの各分散電源で発電される電力うち、各需要家A,B,C,E,F,Gで消費される電力を除いた余剰電力のみを共用電力系統81に供給し、他の需要家は共用電力系統81から使用する電力量を購入する。このような運用形態によれば、需要家毎の電力料金の算定・管理が比較的容易になる。すなわち、余剰分として共用電力系統81に供給した分、つまり需要家A,B,C,E,F,Gの分散電源が共用電力系統における電力需要(当該需要家での使用量を除く電力需要)に対して貢献した分が明確になることから、売電分の確定や不足電力の購入分との相殺が比較的容易に行えるようになる。 (2) Of the electric power generated by each of the distributed power sources of the consumers A, B, C, E, F, and G, which are the first consumer group, the consumers A, B, C, E, F, and G Only surplus power excluding consumed power is supplied to the shared power grid 81, and other consumers purchase the amount of power to be used from the shared power grid 81. According to such an operation mode, it is relatively easy to calculate and manage a power rate for each consumer. That is, the power supplied to the shared power system 81 as a surplus, that is, the distributed power sources of the consumers A, B, C, E, F, and G are the power demands in the shared power system (the power demand excluding the amount used by the consumers). ) Will be clear, and it will be relatively easy to determine the amount of power sold and offset the purchase of insufficient power.
(3)第1の需要家群である需要家A,B,C,E,F,Gの各分散電源で発電される電力のトータル余剰分を、共用電力系統81及び連係点Jを介して売電すると共に、不足する電力は当該ローカルエリア内の需要家A〜Hで一括購入する。これは、分散電源による発電電力の売電が可能であることを前提とした運用であり、この場合電力制御装置90は、前記売電と受電との判定動作も行うことになる。
(3) The total surplus of power generated by each of the distributed power sources of the consumers A, B, C, E, F, and G, which are the first consumer group, is transmitted via the shared power system 81 and the linkage point J. In addition to selling power, the insufficient power is purchased in bulk by consumers A to H in the local area. This is an operation based on the premise that the generated power can be sold by the distributed power source. In this case, the
これら運用形態のうち、上記運用形態(1)、(2)について、具体的な装置構成例及び動作を説明する。図5は、上記運用形態(1)を実現するための構成を示すブロック図である。この例では、集合型電力ネットワークシステムに共用電力監視部91を付設し、需要家群における電力需要総量に応じて前記分散電源による発電総量を制御する構成としている。この共用電力監視部91は、需要総量監視部911、発電総量監視部912及び比較制御部913を備えている。
Among these operation modes, specific device configuration examples and operations will be described for the operation modes (1) and (2). FIG. 5 is a block diagram showing a configuration for realizing the operation mode (1). In this example, a shared power monitoring unit 91 is added to the collective power network system, and the total power generation amount by the distributed power source is controlled according to the total power demand amount in the consumer group. The shared power monitoring unit 91 includes a total
また図5では、需要家Aの機能的構成の一例も示しており、この例では個別電力メータ82Aとしての電力使用メータUm及び電力供給メータGmと、PEFCシステムの出力(発電量)を制御する出力制御部262と、一般家電機器などからなる需要家内電力機器27とを備えている例を示している。他の需要家も同様な機能構成を備えているが、分散電源を備えない第2の需要家群である需要家D,Hについては、電力使用メータUmのみが、個別電力メータ82D,82Hとして備えられている。また、システム駆動制御が実質的に行えない太陽光発電システム60を備える需要家F,Gについては、出力制御部262に相当する機能部が備えられていない。
FIG. 5 also shows an example of the functional configuration of the customer A. In this example, the power usage meter Um and the power supply meter Gm as the
前記共用電力監視部91の需要総量監視部911は、ローカルエリアL内に存在する需要家群における電力需要総量を監視する。すなわち、各需要家A〜Hの電力使用メータUmの計量値が需要総量監視部911に入力され、これにより需要総量監視部911は需要家A〜Hの電力機器において使用される電力量の総量を加算処理により把握する。
The total
発電総量監視部912は、第1の需要家群における発電総量を監視する。すなわち、第1の需要家群の各需要家A,B,C,E,F,Gの発電量メータGmの計量値が発電総量監視部912に入力され、これにより発電総量監視部912は第1の需要家群において発電される電力量の総量を加算処理により把握する。
The total power
比較制御部913は、前記需要総量監視部911で求められる電力需要総量と、発電総量監視部912で求められる発電総量とを比較して、発電総量が電力需要総量を超過しないよう発電総量を制御する制御信号を発生する。この実施形態の場合、比較制御部913は需要家A,B,C,E、つまり、発電電力の制御が可能な分散電源(第1の分散電源)であるPEFCシステム20、SOFCシステム30及びガスエンジン50の各出力制御部(図5では出力制御部262)に、共用電力系統81において余剰電力が生じないよう、出力を制御する制御信号(負荷増減指令)を出力する。なお、発電電力の制御が不能な分散電源(第2の分散電源)である太陽光発電システム60へは、制御信号を出力しない。さらに比較制御部913は、必要に応じて蓄電器設備SBに放電(或いは充電)指令を出力し、共用電力系統81の電力安定化を図る制御を行う。
The
一方、例えば需要家Aに備えられている出力制御部262は、前記比較制御部913から出力制御信号が与えられた場合に、その制御信号に応じてPEFCシステム20に所定の駆動信号を出力する。例えば、発電総量が電力需要総量を超過することが予想される場合、比較制御部913からは「負荷減」とする指令信号が送信されるが、これを受けて出力制御部262からは、PEFCシステム20による発電電力を所定量抑制させるための駆動信号が出力される。また電力需要総量に対して発電総量が不足している場合は、比較制御部913からは「負荷増」とする指令信号が送信され、これを受けて出力制御部262からは、PEFCシステム20による発電電力を所定量増加させるための駆動信号が出力される。
On the other hand, for example, the
この場合、出力制御部262は、上記の通り比較制御部913から与えられる負荷増減指令信号に忠実に応答してPEFCシステム20(発電ユニット)の出力制御を行うようにしても良いが、例えば比較制御部913からは「負荷減」とする指令信号が送信された場合でも、需要家Aにおける熱需要を満たすため、PEFCシステム20による発電電力を抑制せず、他の需要家における発電設備の出力をさらに低下させたり、或いは蓄電器設備SBに蓄電させたりする制御を行うようにしても良い。
In this case, the
また、比較制御部913からは「負荷増」とする指令信号が送信された場合でも、PEFCシステム20(発電ユニット)に出力の余裕が有るか否か、さらには出力増加に伴う熱需要が当該需要家Aにおいて過去の熱負荷パターン等に照らして期待できるかを判定した上で、所定の範囲で(発生される熱が無駄とならない範囲で)出力を増加させる制御を行うことが望ましい。このような制御が行われ、結果的に共用電力系統81において電力が不足した場合でも、連係点Jを介して商用電力が供給される、或いは図5の例では蓄電器設備SBから電力供給がなされることから、特に問題は生じない。
Further, even when a command signal for “load increase” is transmitted from the
次に図6は、上記運用形態(2)を実現するための構成を示すブロック図である。この例でも、集合型電力ネットワークシステムに共用電力監視部91を付設する点は先に図5に示した例と同様であるが、各需要家における機能構成が異なるものとなる。図6では、需要家Aの機能的構成の一例を示しており、電力の受け入れ側と電力の出力側とで2段階の計測メータが取り付けられている例を示している。すなわち、電力の受け入れ側においては、共用電力系統81から電力購入メータUm1と電力使用メータUm2とを介して、需要家内電力機器27へ電力が供給される構成とされている。そして、電力購入メータUm1及び電力使用メータUm2双方の計量値が需要総量監視部911へ入力されるようになっている。
Next, FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for realizing the operation mode (2). Also in this example, the point that the shared power monitoring unit 91 is added to the collective power network system is the same as the example shown in FIG. 5, but the functional configuration of each consumer is different. FIG. 6 shows an example of the functional configuration of the customer A, and shows an example in which two-stage measurement meters are attached on the power receiving side and the power output side. That is, on the power receiving side, power is supplied from the shared power system 81 to the
またPEFCシステム20の発電電力は、発電量メータGm1を経由して、需要家Aの宅内へ供給されるルートP1と、共用電力系統81へ電力を供給するルートP2との2ルートで供給可能とされている。そして前記ルートP1による電力は、電力使用メータUm2を介して需要家内電力機器27へ供給される。また前記ルートP2による電力は、電力供給メータGm2を経由して共用電力系統81へ供給される。前記発電量メータGm1及び電力使用メータUm2双方の計量値が発電総量監視部912へ入力されるようになっている。
In addition, the generated power of the
このような構成とされているので、需要家Aでは、第1次的にはPEFCシステム20の発電電力を宅内で活用し、また不足電力が生じたときは共用電力系統81から電力を購入し、逆に余剰電力が生じた場合は共用電力系統81へ送電することが可能となる。そして、前記不足電力の購入分は電力購入メータUm1により計量され、また前記余剰電力は電力供給メータGm2で計量されると共に、電力購入メータUm1と電力使用メータUm2、並びに発電量メータGm1と電力使用メータUm2の各計量値から、需要総量と発電総量とが把握できるようになる。
With this configuration, the customer A primarily uses the power generated by the
この場合の出力制御部262は、需要家A内の電力需要に応じてPEFCシステム20(発電ユニット)の出力制御を行うようにしても良いが、PEFCシステム20に出力の余裕が有るか否か、さらには出力増加に伴う熱需要が当該需要家Aにおいて過去の熱負荷パターン等に照らして期待できるかを判定した上で、所定の範囲で(発生される熱が無駄とならない範囲で)出力を増加させる制御を行うことが望ましい。これは比較制御部913からは「負荷増」とする指令信号が送信された場合でも同様である。このような制御が行われ、結果的に需要家Aにおいて電力が不足した場合でも、共用電力系統81から商用電力(或いはローカルエリアL内の融通電力)が供給される、若しくは蓄電器設備SBから電力供給がなされることから、特に問題は生じない。
In this case, the
図5若しくは図6に示した共用電力監視部を備えたシステムの概略的な動作フローを、図7に示すフローチャート基づいて説明する。所定のサンプリング周期が到来したら(ステップS1でYes)、前記需要総量監視部911によりローカルエリアL内に存在する需要家群A〜Hにおける電力需要総量V1が算出される(ステップS2)と共に、発電総量監視部912により第1の需要家群(分散電源)において発電される発電総量V2が算出される(ステップS3)。 A schematic operation flow of the system including the shared power monitoring unit illustrated in FIG. 5 or 6 will be described based on the flowchart illustrated in FIG. When the predetermined sampling period arrives (Yes in Step S1), the total demand amount V1 in the consumer group A to H existing in the local area L is calculated by the total demand monitoring unit 911 (Step S2) and power generation The total power generation amount V2 generated in the first consumer group (distributed power source) is calculated by the total amount monitoring unit 912 (step S3).
そして比較制御部913により前記電力需要総量V1と発電総量V2とが比較され(ステップS4)、両者が一致していない場合(ステップS4でNo)、発電総量が電力需要総量を超過しない範囲において両者が略一致するよう、つまり発電総量が電力需要総量に略追従するよう、発電総量を制御する制御信号(具体的には、第1の分散電源に対する負荷増減指令信号)が発生される(ステップS5)。両者が略一致している場合は(ステップS4でYes)、分散電源のみによる電力供給が行われるようになる(ステップS6)。その後、ステップS1に戻って処理が繰り返される。
Then, the
上記ステップS5の後、電力需要総量が所定の閾値以下であるか否か(全分散電源による発電能力の範囲内であるか否か)により共用電力系統81への電力供給形態が変わることとなる。すなわち、全発電能力を超過する場合(ステップS7でYes)、連係点Jを介して商用電力が共用電力系統81へ導入されることとなる(ステップS8)。一方、全発電能力を超過しない場合(ステップS7でNo)であっても、前述したように各需要家における熱需要に合わせた運転を行う場合(比較制御部913からの指令信号通りに発電しない場合)のように、実際に分散電源により出力される電力で電力需要総量が賄えないとき(ステップS9でNo)も、連係点Jを介して商用電力が共用電力系統81へ導入されることとなる(ステップS8)。逆に、実際に分散電源により出力される電力で電力需要総量が賄えるとき(ステップS9でYes)は、分散電源のみによる電力供給が行われるようになる(ステップS6)。 After step S5, the power supply form to the shared power system 81 changes depending on whether the total power demand is equal to or less than a predetermined threshold (whether it is within the range of the power generation capacity of all distributed power sources). . That is, when the total power generation capacity is exceeded (Yes in step S7), commercial power is introduced into the shared power system 81 via the linkage point J (step S8). On the other hand, even when the total power generation capacity is not exceeded (No in step S7), as described above, when the operation according to the heat demand of each consumer is performed (the power is not generated according to the command signal from the comparison control unit 913). When the total amount of power demand cannot be covered by the power actually output from the distributed power supply (No in step S9), commercial power is introduced into the shared power system 81 via the linkage point J. (Step S8). Conversely, when the total amount of power demand can be covered by the power actually output from the distributed power supply (Yes in step S9), power is supplied only by the distributed power supply (step S6).
(第2実施形態)
上記構成において、予め商用ガス供給源10Gから供給される都市ガスを集中的に精製して改質ガス化し、この改質ガスをPEFCシステム20、SOFCシステム30、ガス器具40及びガスエンジン50に分配供給する構成としても良い。図8は、そのような集中改質型のガス供給系統を備える集合型電力ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。なお、共用電力系統80に関する構成は、先に説明した第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
(Second Embodiment)
In the above configuration, city gas supplied in advance from the commercial
図8に示す集合型電力ネットワークシステムでは、集中型改質ガス供給装置14及びアキュムレータ15を経由してガス機器を備える各需要家A〜Eへ個別に供給される形態とされている。すなわち、商用ガス供給源10Gから、商用ガス供給系統10を経て都市ガス等の原料ガスが集中型改質ガス供給装置14に供給され、該集中型改質ガス供給装置14にて改質ガスが精製され、この改質ガスがアキュムレータ15及び共用ガス系統12を経由して各需要家A〜Eに供給される。なお、集中型改質ガス供給装置14で用いられる燃料としては、都市ガスの他、灯油、軽油、ナフサ等の石油系液体燃料やバイオガスを使用しても良い。さらに、それらの改質ガスとともに太陽光や深夜電力を利用して水電解により製造した水素ガスを混合して供給することもできる。
The collective power network system shown in FIG. 8 is configured to be individually supplied to each consumer A to E including gas equipment via the centralized reformed
アキュムレータ15は、一定量の改質ガスを貯蔵しておき、急激な改質ガス需要変動が生じた場合でも改質ガス圧力を一定に維持させるために設置されるものである。改質ガスは、アキュムレータ15に接続されている共用ガス系統12(既存の都市ガス配管路等であっても良い)を介して、各需要家A〜Eに備えられているPEFCシステム20、SOFCシステム30、ガス器具40及びガスエンジン50に供給される。
The
図9は、上記集中型改質ガス供給装置14の内部構成の一例を示すブロック図である。この集中型改質ガス供給装置14は、イオウ除去機能を有する脱硫器141と、水蒸気を生成して原燃料に水蒸気を添加する水蒸気供給器142と、改質反応を行わせる改質器(改質装置)143と、水素と二酸化炭素を生成するシフト反応を行わせる一酸化炭素変成器144と、分流器145と、前記改質器143を加温する改質器バーナ146とを備えている。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the centralized reformed
このような集中型改質ガス供給装置14の動作を説明する。商用ガス供給源10Gから供給される都市ガス等の原燃料(本実施形態ではCH4を用いている)は、先ず脱硫器141へ導入され、原燃料中に含まれている腐臭材のイオウ成分が除去される。この脱硫後のガスに水蒸気供給器142から水蒸気が加えられ、改質器143へ導入される。改質器143は、改質器バーナ146により750〜800℃程度の動作温度に加熱されており、導入されたCH4と水とが改質器143内でNi系触媒を用いて改質され、水素と一酸化炭素とに分離される。その後、分離ガスは、350〜200℃に温度維持された一酸化炭素変成器144へ導入され、Fe系触媒又はCu系触媒を用いて、前記一酸化炭素が水素と二酸化炭素とに変換される。これにより、燃料ガス(改質ガス)中の一酸化炭素濃度は数%程度に低減される。
The operation of the concentrated reformed
このようにして、集中型改質ガス供給装置14において都市ガスを精製して得られた改質ガスは、アキュムレータ15を介して各需要家A〜Eへ適宜送られる。なお本実施形態では、一酸化炭素変成器144の出口側配管路に分流器145を設け、当該集中型改質ガス供給装置14において精製された改質ガスの一部が、前記改質器バーナ146に供給されるよう構成している。これにより、改質器バーナ146の燃焼によるNoX発生量を、都市ガス、LPG或いは灯油等の原燃料を使用する場合と比較して低濃度(10ppm程度)にすることが可能となり、環境面での改善が達成できるとともに、残渣ガスの有効利用が図れるという利点がある。
In this way, the reformed gas obtained by refining the city gas in the centralized reformed
以上説明した第2実施形態にかかる集合型電力ネットワークシステムによれば、複数の小口需要家に分散設置された燃料電池システム(PEFCシステム20、SOFCシステム30)、一般ガス器具40及びガスエンジン50への燃料供給を、各需要家共通の集中型改質ガス供給装置14で行わせるので、各燃料電池システムには改質装置部が不要となり、装置構成の簡素化、小型化が図れるようになる。また、改質ガスが常時供給可能な状態とされているので、起動時間が短縮され、燃料電池システムの効率的な運用が行える。
According to the collective power network system according to the second embodiment described above, the fuel cell system (
(第3実施形態)
上記実施形態では、商用電力系統80と共用電力系統81との連係点Jを設け、商用電力をローカルエリアL単位で一括的に購入するシステムとしたが、商用電力の購入については各需要家A〜Hにおいて個別に行わせるようにしても良い。図10は、ローカルエリア内Lに存在する各需要家A〜Hと商用電力系統80との個別連係点(通常の受電設備で良い)を備える集合型電力ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。先に説明した図1に示すシステム(第1実施形態)と相違する点は、商用電力系統80から前記個別連係点を介して各需要家A〜Hが個別に電力を購入するルートと、前述の共用電力系統81から第1の需要家群が備える分散電源で発電される電力を受電するルートとの2つの受電ルートを設けた点である。
(Third embodiment)
In the above embodiment, the connection point J between the commercial power system 80 and the shared power system 81 is provided, and the commercial power is purchased collectively in units of the local area L. However, for the purchase of commercial power, each customer A ˜H may be performed individually. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a collective power network system including individual linkage points (which may be ordinary power receiving facilities) between the consumers A to H existing in the local area L and the commercial power system 80. . The difference from the system shown in FIG. 1 (first embodiment) described above is that a route in which each consumer A to H individually purchases electric power from the commercial power system 80 via the individual linkage points, and the above-described system. The common power system 81 is provided with two power receiving routes including a route for receiving the power generated by the distributed power source included in the first consumer group.
第1の需要家群である需要家A,B,C,E,F,Gが保有している分散電源による発電出力が共用電力系統81と接続されており、その発電電力が共用電力系統81に供給可能とされている。この共用電力系統81の態様は、第1実施形態と同様である。なお、共用電力系統81には図略の電力制御装置が介在され、配電動作が制御されるようになっている。この共用電力系統81において各需要家A〜Hにて使用される電力量は、個別電力メータ82A〜82Hにより計測される。
The power generation output by the distributed power source held by the consumers A, B, C, E, F, and G that are the first consumer group is connected to the shared power system 81, and the generated power is shared power system 81. Can be supplied. The mode of the shared power system 81 is the same as that of the first embodiment. Note that a power control device (not shown) is interposed in the shared power system 81 so that the power distribution operation is controlled. The amount of power used by each consumer A to H in the shared power system 81 is measured by the
一方、商用電力供給系統80から需要家毎に個別に購入される電力は、各需要家A〜Hに備えられている一般電力メータ83A〜83Hで計測されることとなる。このように、各需要家A〜Hは、共用電力系統81を介してローカルエリア内Lの分散電源から電力を調達できると共に、商用電力系統80から個別連係点を介して個別に電力を調達できるようになる。なお、前記共用電力系統81及び/又は商用電力系統80からの電力供給制御については、各需要家A〜Hに備えられている個別制御手段(図示省略)により制御される。
On the other hand, the power purchased individually for each consumer from the commercial power supply system 80 is measured by the
このような集合型電力ネットワークシステムによれば、各需要家A〜Hは、先ず共用電力系統81から供給される電力を使用し、不足電力が生じるような場合に、前記個別連係点を介して需要家毎に商用電力系統80から電力供給を受けるという運用を実行することが可能となる。特に燃料電池ユニットを導入している需要家A〜Cにおいて、当該需要家内の電力消費パターンの予測等が不要となり、常に安定した電力供給源を確保しつつ、商用電力系統に逆潮流することなく、燃料電池システム(PEFCシステム20、SOFCシステム30)の余剰電力を有効に活用できるという利点がある。
According to such a collective power network system, each of the consumers A to H first uses the power supplied from the shared power system 81, and in the case where insufficient power is generated, the individual power points are connected via the individual linkage points. It becomes possible to execute the operation of receiving power supply from the commercial power system 80 for each consumer. In particular, the consumers A to C that have introduced the fuel cell unit do not need to predict the power consumption pattern in the customer, and constantly flow into the commercial power system while ensuring a stable power supply source. There is an advantage that surplus power of the fuel cell system (
以上、本発明の実施形態につき説明したが、上記で例示した構成に様々な改変を加えて実施することが可能である。例えば、上記実施形態では、燃料電池ユニットとしてPEFCシステム20とSOFCシステム30とのいずれかが採用されている例を示したが、これ以外の燃料電池システム、例えばりん酸型燃料電池(PAFC)システムや、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)システムなども含めて、需要家に分散配置される態様であっても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made to the configuration exemplified above. For example, in the above-described embodiment, an example in which one of the
10 商用ガス供給系統
10G 商用ガス供給源
11 集中型燃料ガス供給装置
12 共用ガス系統
20 PEFCシステム(分散電源)
30 SOFCシステム(分散電源)
40 一般ガス器具
50 ガスエンジン(分散電源)
60 太陽光発電システム(分散電源)
70 オール電化の電力負荷
80 商用電力系統
80M 共用電力メータ
81 共用電力系統
82A〜H 個別電力メータ
90 電力制御装置(制御手段)
91 需要総量監視部
92 発電総量監視部
93 比較制御部
A〜H 需要家
A,B,C,E,F,G 第1の需要家群
D,H 第2の需要家群
J 連係点
DESCRIPTION OF
30 SOFC system (distributed power supply)
40
60 Solar power generation system (distributed power supply)
70 All-electric power load 80
91 Total demand monitoring unit 92 Total power generation monitoring unit 93 Comparison control unit A to H Consumers A, B, C, E, F, G First consumer group D, H Second consumer group J Linkage point
Claims (8)
前記共用電力系統と商用電力系統との連係点とを備え、
前記ローカルエリア内の各需要家に、前記共用電力系統を介して前記第1の需要家群の各需要家に備えられている分散電源からの電力供給が可能とされていると共に、前記商用電力系統並びに前記連係点を介して商用電源からの電力供給が可能とされていることを特徴とする集合型電力ネットワークシステム。 A plurality of consumer groups existing in a predetermined local area including a first consumer group having a distributed power source and a second consumer group not having a distributed power source can supply power between the consumers. A shared power system and
The shared power system and the linkage point of the commercial power system,
Power can be supplied to each consumer in the local area from a distributed power source provided to each consumer in the first consumer group via the shared power system, and the commercial power A collective power network system characterized in that power can be supplied from a commercial power supply via a grid and the linkage point.
一括的に商用ガス供給源からガス供給を受けて前記ガス機器を備える需要家へ共用ガス系統を介して個別にガスを供給する集中型燃料ガス供給装置を設けたことを特徴とする請求項1記載の集合型電力ネットワークシステム。 In the case where the first consumer group and / or the second consumer group is provided with gas equipment using gas as a fuel source,
A centralized fuel gas supply device is provided that collectively receives gas from a commercial gas supply source and individually supplies gas to a customer having the gas equipment via a shared gas system. The collective power network system described.
前記共用電力監視部は、
前記ローカルエリア内に存在する需要家群における電力需要総量を監視する需要総量監視部と、
前記第1の需要家群における発電総量を監視する発電総量監視部と、
前記電力需要総量と発電総量とを比較して、発電総量が電力需要総量を超過しないよう発電総量を制御する制御信号を発生する比較制御部と
を具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の集合型電力ネットワークシステム。 A shared power monitoring unit for controlling the total amount of power generated by the distributed power source according to the total amount of power demand in the consumer group,
The shared power monitoring unit
A total demand monitoring unit for monitoring the total power demand in a group of consumers existing in the local area;
A total power generation monitoring unit for monitoring the total power generation in the first consumer group;
A comparison control unit that compares the total power demand with the total power generation and generates a control signal for controlling the total power generation so that the total power generation does not exceed the total power demand. A collective power network system according to any one of the above.
前記比較制御部が、前記第2の分散電源の発電電力量を制御する制御信号を発生するよう構成されていることを特徴とする請求項4記載の集合型電力ネットワークシステム。 In the case where the distributed power source provided in the first consumer group is classified into a first distributed power source in which the generated power can be controlled and a second distributed power source in which the generated power cannot be controlled,
The collective power network system according to claim 4, wherein the comparison control unit is configured to generate a control signal for controlling an amount of power generated by the second distributed power source.
前記ローカルエリア内に存在する各需要家と商用電力系統との個別連係点と、
前記共用電力系統を介して前記第1の需要家群の各需要家に備えられている分散電源からの電力供給を可能とすると共に、前記個別連係点を介して商用電源からの電力供給を可能とする個別制御手段と
を具備することを特徴とする集合型電力ネットワークシステム。 A plurality of consumer groups existing in a predetermined local area including a first consumer group having a distributed power source and a second consumer group not having a distributed power source can supply power between the consumers. A shared power system and
An individual linkage point between each consumer existing in the local area and the commercial power system,
It is possible to supply power from a distributed power source provided to each consumer of the first consumer group via the shared power system, and to supply power from a commercial power source via the individual connection point A collective power network system comprising: an individual control means.
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