JP2009077457A - 分散型電源の運転システムおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】系統電力の安定運用の目的で備えられる系統電力以外の電源である分散型電源をを、環境負荷の小さい状態で運転する。また、電力需要が低いときに製造されるメタンのための貯蔵施設を省略して設備コストを低減する。
【解決手段】系統分離したときあるいは出力制御したときに生じる分散電源側の余剰エネルギーで水素を製造し、その水素と運転システム内で回収する二酸化炭素とでメタンを製造する。製造したメタンは、熱量調整した後に、都市ガス導管内に注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統電力の安定運用の目的で備えられる分散型電源の運転システムとその運転方法に関する。

系統電力（電力系統の安定運用のために、給電指令のもとで必要に応じて需給制御、電圧・周波数制御等ができる電源から構成される電力）の安定運用の目的で、系統電力以外の電源である分散型電源を配置し、昼間の電力系統の電力需要の大きいときには分散型電源から積極的に電力系統に電力を供給し、夜間の電力系統の電力需要が小さいときには、電力会社からの要請に応じて、分散型電源の発電量を抑制するか、分散型電源を電力系統から系統分離することが行われる。分散型電源には、比較的負荷変動に容易に対処できるタイプのものと、負荷変動に制約のあるタイプのものがあり、前者の場合には、電力会社からの要請に比較的容易に対応することができるが、後者の場合には、要請に答えることが容易でないことが起こる。

そのための対策として、特許文献１には、分散型電源と二次電池からなる電力貯蔵設備とを組み合わせて分散型発電システムを構築し、余剰電力が生じたときあるいは系統分離を要請されたときには、分散型電源の電力を電力貯蔵設備に蓄えるとともに、昼間の電力系統の電力需要が大きいときには、電力貯蔵設備に蓄えた電力をも合わせて電力系統に供給するようにした分散型発電システムが記載されている。このようにすることにより、例えば燃料電池のように負荷変動に制約のあるタイプの分散型電源を、１日中ほぼ一定出力で運転することが可能となり、設備の稼働率を高くすることができる利点がある。

一方、特許文献２には、環境に対する負荷を抑制しながら需要に見合った電力を供給し、余剰の電力を燃料の形で貯蔵するようにした発電貯蔵システムが記載されている。このシステムでは、電力需要の小さいときに生じる発電所の余剰電力をエネルギーとして水分解装置を作動させ、水分解装置で生成される水素と酸素を貯蔵するとともに、生成された水素と別途貯蔵している二酸化炭素からメタンのような炭化水素燃料を作り、該炭化水素燃料を燃料貯蔵庫に貯蔵する。そして、電力需要の大きいときには、貯蔵した炭化水素燃料と酸素とを燃料電池のような補助発電装置に供給し、製造した電力を電力消費地に送電すると同時に、発生した二酸化炭素は二酸化炭素貯蔵庫に貯蔵しておき、それを炭化水素燃料の製造に利用するようにしている。

特開平９−２３３７０５号公報 特開平１１−４６４６０号公報

特許文献１に記載の分散型発電システムは、余剰電力を二次電池からなる電力貯蔵設備に貯蔵するようにしており、稼働率の高い運転が可能となるが、二次電池からなる電力貯蔵設備を構築する必要があり、設備の高コスト化や大型化が生じる。また、システムの稼働によって生じる二酸化炭素等の環境負荷要因に対する考察、すなわち環境保護に対する考察は、特になされていない。さらに、形態の異なる複数種の分散型電源を採用する場合の運転方法についても、特に考慮がなされていない。

特許文献２に記載のシステムは、システムから発生する二酸化炭素を分離回収して炭化水素燃料の製造に利用するようにしており、環境負荷低減についてのある程度の配慮はなされているが、余剰電力を炭化水素燃料として保管するようにしており、安全性を備えた燃料保管庫を設備として必要とする。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、多種の分散型電源を同時に採用する場合であっても、環境負荷を低減した状態で運転することが可能であり、しかも、電力系統の電力需要が低いときに製造される炭化水素燃料のための貯蔵施設を必要としない、系統電力の安定運用の目的で備えられる分散型電源のより改良された運転システムを提供することを課題とする。

本発明による系統電力の安定運用の目的で備えられる分散型電源の運転システムは、系統電力以外の電源である分散型電源の余剰エネルギーから得られる水素と、前記余剰エネルギーから得られる水素と運転システム内およびまたは運転システム外から得られる二酸化炭素とからメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する炭化水素燃料製造手段と、前記炭化水素燃料製造手段が製造した炭化水素燃料を都市ガス導管系に注入する炭化水素燃料注入手段と、を少なくとも備えることを特徴とする（請求項１）。

上記の分散型電源の運転システムにおいて、昼間の電力系統の電力需要の大きいときは、分散型電源が発電する電力を電力系統に供給する。夜間の電力需要の小さいとき等、電力会社と取り決めた時間帯では、あるいは電力会社からの要請に応じて、分散型電源の発電量を抑制するか、分散型電源を電力系統から系統分離する。

現在、分散型電源として多くの種類のものが実用化されており、例として、再生可能エネルギーを利用する分散型電源、ガスタービンまたはガスエンジンを利用した発電装置のように都市ガスを燃料とする負荷変動が可能な分散型電源、あるいは、ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ等の燃料電池のような都市ガスを燃料とする負荷変動に制約のある分散型電源が挙げられる。本発明による分散型電源の運転システムにおいて、それらの分散型電源の一種を単独で用いることもでき、異種のものを組み合わせて用いることもできる。ここで、再生可能エネルギーとは、太陽光、風力、水力、波力、バイオマス、等の半永久的に利用できるエネルギーを意味しており、再生可能エネルギーを利用する分散型電源としては、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、バイオマス発電装置、等が挙げられる（請求項３）。

夜間等に、分散型電源の発電量を抑制するまたは系統分離したときに、施設の稼働率を低下させないために分散型電源のフル稼働を継続すると、分散型電源側に余剰エネルギーが発生する。本発明による運転システムは、炭化水素燃料製造手段を備えており、前記分散型電源側の余剰エネルギーから得られる水素と、運転システム内およびまたは運転システム外から得られる二酸化炭素とから、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する。そして、必要に応じて熱量調整を行った後、炭化水素燃料を都市ガス導管系に注入する（請求項９）。

そのために、本発明による分散型電源の運転システムでは、施設の稼働率の低下を阻止しながら、エネルギーの有効活用と二酸化炭素のリサイクルを図ることが可能となり、環境負荷を低減することができることに加え、都市ガス導管系は製造される炭化水素燃料を受け入れ分散型電源やガス消費機器で連続的に使用することができることや貯蔵の機能も具備していることから、別途、燃料貯蔵庫等を必要とせず、施設としての低コスト化も実現できる。

本発明による分散型電源の運転システムの一形態において、前記分散型電源は、前記した再生可能エネルギーを利用する分散型電源を少なくとも含む（請求項２）。この種の分散型電源は、発電の副産物として二酸化炭素を発生することはなく、環境負荷の小さい電源であって、常時１００％出力で運転しても環境に対する影響が少ない利点がある。従って、当該分散型電源の発電量抑制を要請された場合、および分散型電源を電力系統から系統分離した場合でも、１００％出力での運転を継続し、余剰となったエネルギーを利用して水素を製造する。

水素の製造は、余剰となった再生可能エネルギーから得られる電力（余剰電力）を利用して水や海水を電気分解することによって行う。ただし、分散型電源がバイオマス発電装置の場合には、バイオマスから熱化学的な変換を経て水素が発生するので、その水素をそのまま利用することもできる。また、バイオマスの場合には、熱化学的な変換による一酸化炭素および二酸化炭素を、そのまま炭化水素燃料の製造に用いることもできる。

本発明による分散型電源の運転システムの他の態様では、前記分散型電源は、都市ガスを燃料とする負荷変動が可能な分散型電源を少なくとも含む（請求項４）。負荷変動が可能な分散型電源の具体例としては、都市ガスを燃料とするガスタービンまたはガスエンジンが挙げられる（請求項５）。また、本発明による分散型電源の運転システムのさらに他の態様では、前記分散型電源は、都市ガスを燃料とする負荷変動に制約がある分散型電源を少なくとも含む（請求項６）。負荷変動に制約が分散型電源の具体例としては燃料電池が挙げられる（請求項７）。燃料電池の形態は任意であり制限はない。ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）、ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩形燃料電池）、ＰＡＦＣ（リン酸形燃料電池）、ＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）等、いずれであってもよい。

都市ガスを燃料とするガスタービンまたはガスエンジンを用いた発電装置や燃料電池が運転を継続すると、二酸化炭素が発生する。発生した二酸化炭素は、運転システム内から得られる二酸化炭素として、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造するのに利用される。本発明による分散型電源の運転システムは、必要な場合には、前記負荷変動が可能なおよびまたは負荷変動に制約のある分散型電源の運転時に発生する二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置をさらに備える（請求項９）。それにより、システム全体として二酸化炭素のリサイクルが円滑に行うことができ、環境に優しいシステムとなる。

負荷変動に制約がある分散型電源として燃料電池を用いる場合、燃料電池は、ガスタービンやガスエンジンと比較して環境負荷が小さく、分散型電源の一つとして好適である。しかし、負荷変動に制約があることから、電力会社から要請があったときに、燃料電池はほぼ１００％負荷の運転を継続し、他の分散型電源を系統分離するか出力調整をするのが望ましい。

なお、本発明による分散型電源の運転システムにおいて、都市ガスを燃料とするボイラー設備等のガス消費機器から発生する排ガスから二酸化炭素を分離回収し、それを炭化水素燃料の製造に用いることもできる。

本発明は、また、上記した分散型電源の運転システムの運転方法として、電力会社と取り決められた時刻になったとき、または電力会社からの要請があったときに、前記再生可能エネルギーを利用する分散型電源に対して系統分離指令を出すとともに、その電力を利用して電解装置を作動し水素を発生させるステップ、前記都市ガスを燃料とし負荷変動に制約のある分散型電源に発生する排ガスを二酸化炭素分離回収装置へ投入する指令を出すステップ、前記投入された排ガスから二酸化炭素を分離回収して前記炭化水素燃料製造手段へ投入する指令を前記二酸化炭素分離回収装置に出すステップ、前記再生可能エネルギーを利用する分散型電源から得られる水素と前記投入された二酸化炭素から炭化水素燃料を製造する指令を前記炭化水素燃料製造手段へ出すステップ、前記製造された炭化水素燃料を都市ガス導管系に注入するステップ、とを少なくとも含むことを特徴とする分散型電源の運転システムの運転方法をも開示する（請求項１０）。

上記の運転方法において、前記都市ガスを燃料とし負荷変動が可能な分散型電源に出力抑制指令を出すステップをさらに含むようにしてもよく（請求項１１）、また、前記熱量調整手段に運転指令を出し、前記炭化水素燃料製造手段が製造した炭化水素燃料の熱量を調整するステップをさらに含むようにしてもよい（請求項１２）。

本発明によれば、系統電力の安定運用の目的で備えられる分散型電源の運転システムであって、多種の分散型電源を同時に採用する場合であっても、環境負荷を低減した状態で運転することが可能であり、しかも、電力負荷が低いときに製造される炭化水素燃料のための貯蔵施設を必要としない分散型電源の運転システムと、その運転方法が提供される。

以下、本発明を図面を参照しながら説明する。図１は本発明による分散型電源の運転システムの基本概念を説明するためのシステム図であり、図２は本発明による分散型電源の運転システムの一実施の形態を示すシステム図である。図３はその運転ロジックを示すブロック図である。

図１に示す分散型電源の運転システムにおいて、Ａは電力系統であり、Ｂは都市ガス導管である。１は分散型電源であり、電力系統Ａ側の電力需要の大きいときには、分散型電源１は好ましくはフル出力で運転され、その電力は、出力スイッチ２の操作により電力系統Ａに供給される。

夜間等の電力需要が小さいときには、電力会社の要請に応じて、あるいは予め定めてある電力会社との取り決めに従って、分散型電源１から電力系統Ａへの供給電力量を低減するか、完全に系統分離する。いずれの場合も、分散型電源１は可能な限りフル運転を継続して、システムの高い稼働率を維持するように運転する。電力系統Ａへの供給電力量を低減したときには余剰となった電力を、また、系統分離した場合はすべての電力を、出力スイッチ２を操作して、電解装置を含む水素製造手段３へ、水素を製造するためのエネルギーとして供給する。水素製造手段３により製造された水素（Ｈ_２）は炭化水素燃料製造装置４に送られる。分散型電源１の種類によっては、分散型電源側から余剰となった水素、一酸化炭素や二酸化炭素が直接炭化水素燃料製造装置４に送られる（鎖線）。

炭化水素燃料製造装置には、また、運転システム内およびまたは運転システム外から得られる二酸化炭素（ＣＯ_２）が供給される。例えば、分散型電源１からの排ガスを二酸化炭素分離回収装置６に投入し、そこで分離回収した二酸化炭素を炭化水素燃料製造装置４に供給するか、運転システム外から得られる二酸化炭素を直接または適宜の貯蔵タンク５から炭化水素燃料製造装置４に供給する。炭化水素燃料製造装置４で製造される炭化水素燃料は、都市ガスとの親和性を保つために、必要な場合には適宜の熱量調整を行った後、炭化水素燃料注入手段７を介して、都市ガス導管Ｂに注入される。

上記のようであり、本発明による分散型電源の運転システムは、高い稼働率を常時維持することができ、また、システム内で二酸化炭素をリサイクルできることから環境負荷も少なく、さらに、余剰エネルギーを利用して製造される炭化水素燃料を貯蔵するための貯蔵タンクも必要としない、という実用上極めて有効性の高い運転を行うことができる。

また、特定の地域において各種の分散型電源を通信設備を用いてネットワーク化し統合制御することにより、二酸化炭素の削減、エネルギーの安定供給の確保および電力系統と分散型電源の調和を図るエネルギーシステムとしてマイクログリッドが提案されているが、本発明による分散型電源の運転システムは、マイクログリッドの概念にも即したものとなっている。すなわち、図１に示すように、電力会社からの要請は地域エネルギー管理システム（ＲＥＭＳ）に送られ、そこから、当該地域に存在する１つまたは複数の本発明による分散型電源の運転システムを構成する各装置へトータルとして制御された指令を送ることにより、マイクログリッドに概念に即した新しいエネルギー供給システムを構築することができる。

図２に基づき、本発明による分散型電源の運転システムのより具体的な実施の形態を説明する。図２に示す例では、分散型電源１として、再生可能エネルギーを利用する発電装置群である、太陽光発電装置１０、風力発電装置２０およびバイオマス発電装置３０と、都市ガスを燃料とする負荷変動に制約がある分散型電源であるＳＯＦＣ４０およびＭＣＦＣ４５と、さらに都市ガスを燃料とする負荷変動が可能な分散型電源であるガスタービンまたはガスエンジン発電装置６０とを組み込んでいる。また、図１に基づき説明したと同様に、指令システムとして、電力会社からの要請を受けて分散型電源の運転システムを構成する各装置へ指令を発する地域エネルギー管理システム（ＲＥＭＳ）も採用している。

太陽光発電装置１０は、太陽光発電モジュールを有し、電力需要の大きいときには、発電された電力はインバータで直交変換後、出力スイッチの操作により電力系統Ａに供給される。夜間等の電力需要の小さいときには、出力スイッチの操作により系統分離され、太陽光発電モジュールが発電する電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータを通して、電解装置５０に供給される。電解装置５０には水または海水が送られており、供給される電力により水または海水は電気分解される。そして製造された水素は、炭化水素燃料製造手段の一例であるメタン製造装置７０に送られる。

風力発電装置２０は、風車ロータに直結する同期発電機を有し、交直コンバータにより一旦直流に変換された後、再度、直交インバータで交流とされ、電力需要の大きいときには、出力スイッチの操作により電力系統Ａに供給される。夜間等の電力需要の小さいときには、前記太陽光発電装置１０の場合と同様に、出力スイッチの操作により系統分離される。そして、交直コンバータで直流に変換された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータを通してやはり電解装置５０に供給される。ここでも、電解装置５０には水または海水が送られており、水または海水は電気分解を受け、製造された水素は前記したメタン製造装置７０に送られる。

なお、上記した電解装置５０には、アルカリ水電解、固体高分子電解質水電解、高温水蒸気電解等のいずれも用いることができる。水素の製造効率の観点からは、固体高分子電解質水電解、高温水蒸気電解が望ましい。また、海水を電気分解する場合にあっては、海洋汚染の観点から塩素が発生しない電極であればすべて用いることができるが、資源制約の観点からマンガン電極が望ましい。

バイオマス発電装置３０は、例えば木質系あるいは下水汚泥等であるバイオマスに対して前処理（木質系の場合は選別、貯蔵、乾燥、粉砕等の処理、下水汚泥の場合は乾燥等の処理）を施し、ガス化炉で熱化学的変換を行ってガス化し、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の合成ガスを製造する。電力需要の大きいときには、製造された合成ガスによりガスタービンあるいはガスエンジンを駆動して発電機を運転し、発電する。発電した電力は出力スイッチを操作して電力系統Ａに供給される。夜間等の電力需要の小さいときには、ガスタービンあるいはガスエンジンの出力を抑制するか、出力スイッチを操作して系統分離する。いずれの場合も、製造される合成ガスの未使用分が余剰エネルギーとして発生する。この余剰な合成ガスは、前記したメタン製造装置７０に送られる。

ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）４０には、常時、都市ガス導管Ｂから都市ガスが燃料ガスとして供給される。電気化学反応により発生した電力は、直交変換された後、出力スイッチを操作して、電力系統Ａに供給される。ＳＯＦＣ４０は発電反応後に二酸化炭素を含む排ガスを出す。排ガスは二酸化炭素分離回収装置９０に送り込まれ、そこで分離回収された二酸化炭素は、前記したメタン製造装置７０に送られる。

ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩形燃料電池）４５には、常時、都市ガス導管Ｂからの都市ガスが水蒸気とともに供給され、内部改質反応を受けつつ燃料極で酸化される。燃料極からの排出ガスは空気で未燃分を燃焼し、二酸化炭素を含む空気にして空気極に送られる。発電された電力は直交インバータで交流化された後、出力スイッチを操作して、電力系統Ａに供給される。発電後の排出ガスは、二酸化炭素分離回収装置９０に送り込まれ、そこで分離回収された二酸化炭素は、前記したメタン製造装置７０に送られる。なお、ＭＣＦＣは濃縮された二酸化炭素を排出するので、処理能力の小さい二酸化炭素分離回収装置９０を用いることができる。

燃料電池は負荷変動に対して制約があり、また一旦運転を停止すると、再立ち上げに長い時間を必要とする。そのために、分散型電源として使用される場合でも、燃料電池は継続して運転されるのが望ましい。何らかの事情により燃料電池を系統分離することが必要となった場合には、発電を中止することなく、その電力を前記した電解装置５０の電源として用いるように運転することができる。

都市ガスを燃料とするガスタービンまたはガスエンジンを動力源とする発電装置６０が発電する電力も、電力需要の大きいときには、出力スイッチを操作して電力系統Ａに供給される。この形態の発電装置は、負荷変動に対する対処が比較的容易であり、夜間等の電力需要の小さいときには、出力そのものを抑制することで対処できる。系統分離が必要となった場合には、ガスタービンまたはガスエンジンの運転を停止すればよい。図には示されないが、ガスタービンまたはガスエンジンからの排ガスを二酸化炭素分離回収装置９０に送り、分離回収した二酸化炭素を前記したＭＣＦＣ４５の空気極側または前記したメタン製造装置７０に供給することもできる。

本発明による分散型電源の運転システムにおいて、運転システム外から得られる二酸化炭素も利用することができる。例えば、都市ガス等を燃料とするボイラー８０を稼働する場合には、そこから発生するボイラー排ガスを二酸化炭素分離回収装置９０に送り、分離回収した二酸化炭素を前記したＭＣＦＣ４５の空気極側または前記したメタン製造装置７０に供給することもできる。このようにすることにより、二酸化炭素のより完全なリサイクルシステムが完成する。

前記した二酸化炭素分離回収装置９０は、従来知られた任意のものであってよい。例えば、化学吸収法、物理吸収法、膜分離、物理分離、深冷分離等のいずれかの方法を用いることができる。なかでも、天然ガス等からの二酸化炭素の分離・回収の実績により要素技術が確立していることや低濃度の二酸化炭素でも高い選択性で分離・回収できることから化学吸収法が好ましく、また、分離回収に必要なエネルギーが少ないこと、操作が簡単なことや環境負荷が少ないことから膜分離法が望ましい。

化学吸収法は、熱炭酸カリ吸収法とアミン法があるが、いずれも用いることができる。アミン法の吸収液はモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ヒンダードアミンがあるが、反応熱すなわち、吸収液の再生熱量の低減が可能なヒンダードアミンが望ましい。

膜分離で使用する膜は多孔質膜、非多孔質膜（高分子膜）および液膜のいずれも用いることができる。また、多孔質膜には、無機多孔質膜(高温分離膜)、高分子多孔質膜、毛管凝縮膜がありいずれも用いることができる。無機多孔質膜は、ゼオライト膜、シリカ膜（多孔質ガラス分離膜）、溶融炭酸塩担持膜、炭素膜が開発されているがいずれも用いることができる。

前記したメタン製造装置７０では、前記のようにして供給される水素と二酸化炭素とからメタンを製造する。メタンの製造法は従来知られている方法を任意に適用することができる。一例として、触媒を用いる方法が挙げられる。触媒は、Ｃｏ系、Ｎｉ系およびＦｅ系等のＳｉＯ_２担持金属触媒、Ｒｕ系、Ｒｈ系、Ｐｔ系、Ｉｒ系およびＰｄ系等の貴金属触媒、ＬａＮｉＸ（Ｘ＝Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ）等の水素吸蔵能を有する希土類合金、Ｎｉ−Ｌａ_２Ｏ_３−Ｒｕの三元複合触媒、並びにアモルファスＮｉ−Ｚｒ系合金があり、いずれも用いることができる。なかでも、メタン選択性の観点からＳｉＯ_２担持金属触媒ではＮｉ系が、貴金属触媒ではＲｕ系やＲｈ系が、高速反応性および高活性の観点からはＮｉ−Ｌａ_２Ｏ_３−Ｒｕの三元複合触媒が、メタン選択性および収率の観点からは水素吸蔵能を有する希土類合金のうちＬａＮｉＮｉ_５が、さらには、メタン選択性、常圧といった反応条件の穏和性および高速反応性の観点からアモルファスＮｉ−Ｚｒ系合金が望ましい。

前記メタン製造装置７０で製造されたメタンは、熱量調整装置７５からプロパン、ブタン等が供給されて熱量調整され、都市ガス導管Ｂに適宜の注入手段により注入される。注入されたメタンは都市ガス導管Ｂを介して分散型電源やボイラー等のガス消費機器に燃料として供給され、リサイクルされる。

上記の説明から分かるように、本発明による分散型電源の運転システムでは、複数種の分散型電源を備えていても、電力需要の大きいときおよび小さいときの双方において、各分散型電源を効率よく運転することができる。また、運転システム内で発生する二酸化炭素を炭化水素燃料（例えばメタン）の形でリサイクルすることができ、環境負荷を大きく低減することができる。さらに、分散型電源の一つとして、再生可能エネルギーを利用する分散型電源を採用しており、自然エネルギーの有効活用も図ることができる。また、二酸化炭素からリサイクルされる炭化水素燃料（例えばメタン）は都市ガス導管に注入可能であり、燃料貯蔵施設が不必要となり、設備コストも低減する。

なお、本発明による分散型電源の運転システムにおいて、分散型電源には、図２で説明した以外のものが含まれてもよく、図２で説明したもののいずれか一つまたは２つ以上の組み合わせであってもよい。分散型電源の選択の仕方により、製造される水素と二酸化炭素のバランスが崩れ、炭化水素燃料を製造するときに、いずれかに余剰分が生じる場合には、それらのための貯蔵施設を設けることが望ましい。また、二酸化炭素が不足する場合には、運転システム外から得られる二酸化炭素を取り込んで炭化水素燃料を製造することもできる。なお、上記の説明で、メタンは炭化水素燃料の一例であって、例えば、エタン、プロパン、ブタン等の他の炭化水素燃料を、得られる二酸化炭素から製造するようにしてもよい。

図２に示した分散型電源の運転システムの運転ロジックの一例が図３に示される。この運転ロジックは、前記した地域エネルギー管理システム（ＲＥＭＳ）により総合的に制御されている。この例では、夜間（電力会社と取り決められた時刻）になったとき（Ｓ０１）、または電力会社からの要請があったとき（Ｓ０２）は、ＲＥＭＳを構成する分散型電源の運転管理システムが、再生可能エネルギを利用する分散型電源（太陽光発電装置１０、風力発電装置２０、バイオマス発電装置３０）に対して系統分離指令を出す（Ｓ０３）。また、電解装置５０の起動指令を出し（Ｓ０４）、分散型電源の電力を供給する。同時に、都市ガスを燃料とする負荷変動が可能な分散型電源（ガスエンジン／ガスタービン発電装置６０）に出力抑制指令を出す（Ｓ０５）。さらに、都市ガスを燃料とし負荷変動に制約のある分散型電源（ＳＯＦＣ４０、ＭＣＦＣ４５）には、発生する排ガスを二酸化炭素分離回収装置９０へ投入する指令を出す（Ｓ０６）。ガス消費機器（ボイラー８０）に対しては、排ガスをＭＣＦＣ４５の空気極へ投入する指令を出す（Ｓ０７）。

その状態で、ＲＥＭＳは二酸化炭素分離回収装置９０への運転指令を出し（Ｓ０８）、さらに、メタン製造装置７０への運転指令を出す（Ｓ０９）、さらに、必要な場合には、熱量調整装置７５の運転指令を出す（Ｓ１０）。

限定されるものではないが、一例としてこのような運転ロジックを取ることにより、図２に示した分散型電源の運転システムの実際の運転が進行する。

分散型電源の運転システムの基本概念を説明するためのブロック図。 分散型電源の運転システムの一実施の形態のシステム図。 分散型電源の運転システムの運転ロジックを示すブロック図。

符号の説明

Ａ…電力系統、Ｂ…都市ガス導管、１…分散型電源、２…出力スイッチ、３…水素製造手段、４…炭化水素燃料製造装置、５…二酸化炭素貯蔵タンク、６…二酸化炭素分離回収装置、７…炭化水素燃料注入手段、１０…太陽光発電装置、２０…風力発電装置、３０…バイオマス発電装置、４０…ＳＯＦＣ、４５…ＭＣＦＣ、５０…電解装置、６０…ガスタービンまたはガスエンジン発電装置、７０…メタン製造装置（炭化水素燃料製造手段）、８０…ボイラー（ガス消費機器）、９０…二酸化炭素分離・回収装置

Claims (12)

1. 系統電力の安定運用の目的で備えられる分散型電源の運転システムであって、
   系統電力以外の電源である分散型電源の余剰エネルギーから得られる水素と、前記余剰エネルギーから得られる水素と運転システム内およびまたは運転システム外から得られる二酸化炭素とからメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する炭化水素燃料製造手段と、
   前記炭化水素燃料製造手段が製造した炭化水素燃料を都市ガス導管系に注入する炭化水素燃料注入手段と、
   を少なくとも備えることを特徴とする分散型電源の運転システム。
2. 前記分散型電源は、再生可能エネルギーを利用する分散型電源を少なくとも含むことを特徴とする分散型電源の運転システム。
3. 前記再生可能エネルギーを利用する分散型電源が、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、バイオマス発電装置のいずれかまたはそれらの２つ以上の組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の運転システム。
4. 前記分散型電源は、都市ガスを燃料とする負荷変動が可能な分散型電源を少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源の運転システム。
5. 前記負荷変動が可能な分散型電源が、ガスタービンまたはガスエンジン発電システムのいずれかまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載の分散型電源の運転システム。
6. 前記分散型電源は、都市ガスを燃料とする負荷変動に制約がある分散型電源を少なくとも含むことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源の運転システム。
7. 前記負荷変動に制約がある分散型電源が燃料電池であることを特徴とする請求項６に記載の分散型電源の運転システム。
8. 請求項４または６に記載の分散型電源の運転システムであって、前記運転システムは、前記負荷変動が可能なおよびまたは負荷変動に制約のある分散型電源の運転時に発生する二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置をさらに備えることを特徴とする分散型電源の運転システム。
9. 前記炭化水素燃料製造手段が製造した炭化水素燃料の熱量を調整するための熱量調整手段をさらに備え、熱量調整後の炭化水素燃料が都市ガス導管系に注入されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の分散型電源の運転システム。
10. 請求項６〜９のいずれかに記載の分散型電源の運転システムの運転方法であって、
    電力会社と取り決められた時刻になったとき、または電力会社からの要請があったときに、
    前記再生可能エネルギーを利用する分散型電源に対して系統分離指令を出すとともに、その電力を利用して電解装置を作動し水素を発生させるステップ、
    前記都市ガスを燃料とし負荷変動に制約のある分散型電源に発生する排ガスを二酸化炭素分離回収装置へ投入する指令を出すステップ、
    前記投入された排ガスから二酸化炭素を分離回収して前記炭化水素燃料製造手段へ投入する指令を前記二酸化炭素分離回収装置に出すステップ、
    前記再生可能エネルギーを利用する分散型電源から得られる水素と前記投入された二酸化炭素から炭化水素燃料を製造する指令を前記炭化水素燃料製造手段へ出すステップ、
    前記製造された炭化水素燃料を都市ガス導管系に注入するステップ、
    とを少なくとも含むことを特徴とする分散型電源の運転システムの運転方法。
11. 前記都市ガスを燃料とし負荷変動が可能な分散型電源に出力抑制指令を出すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の分散型電源の運転システムの運転方法。
12. 前記熱量調整手段に運転指令を出し、前記炭化水素燃料製造手段が製造した炭化水素燃料の熱量を調整するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の分散型電源の運転システムの運転方法。

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