(57)【要約】【課題】非常用発電装置を利用して電力系統における需給調整が可能な電力供給システムを提供する。【解決手段】電力系統の送配電網（Ｎ）へ電力を供給する電力供給システム（Ｓ）は、送配電網（Ｎ）および電力需要家（Ｃ）に選択的に電力供給可能に接続された複数の補助電源（１）からなる電源グループ（Ｇ）の各補助電源（１）に対して発電および電力供給に関する指令を与える制御ユニット（３）を備える。制御ユニット（３）は、電気事業者による電力要請に基づいて、一部の補助電源（１）に対して送配電網（Ｎ）へ電力供給させる通常稼働指令（ＮＯ）を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の送配電網へ、需給調整用の電力を供給するシステムであって、
複数の電力需要家が各々有する補助電源であって、前記送配電網および前記電力需要家に選択的に電力供給可能に接続されている複数の補助電源からなる電源グループの前記補助電源の各々に対して、発電および電力供給に関する指令を与える制御ユニット、
を備え、
前記制御ユニットは、
電気事業者による電力要請に基づいて、前記電源グループの複数の前記補助電源のうち一部の補助電源に対して、前記送配電網へ電力供給させる通常稼働指令を与える、
電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、前記制御ユニットは、さらに、
前記電源グループ内の、前記通常稼働指令が与えられていた第１の補助電源を有する電力需要家の設備に異常が発生した特定非常時において、前記電源グループ内の稼働していない第２の補助電源に対して、前記送配電網へ電力供給させる特定非常時稼働指令を与える、
電力供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力供給システムにおいて、前記通常稼働指令は、前記補助電源を、非常時よりも低速で起動させる指令を含む、電力供給システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、前記制御ユニットは、前記電源グループの各補助電源の稼働率が均等になるように、各補助電源に順次前記通常稼働指令を与える電力供給システム。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電力供給システムにおいて、前記制御ユニットは、前記電源グループから前記送配電網への電力供給を卸電力市場において行う場合の利益と需給調整市場において行う場合の利益とを比較し、前記電源グループの補助電源に対して、より大きい利益が得られる市場において電力供給するよう指令を与える電力供給システム。
【請求項６】
電力系統の送配電網へ、需給調整用の電力を供給する電力供給システムを制御する方法であって、
複数の電力需要家が各々有する補助電源であって、前記送配電網および前記電力需要家に選択的に電力供給可能に接続されている複数の補助電源からなる電源グループの一部の補助電源に対して、電気事業者による電力要請に基づいて、前記送配電網へ電力供給させる通常稼働指令を与える、
電源供給システムの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の制御方法において、
前記電源グループ内の、前記通常稼働指令が与えられていた第１の補助電源を有する電力需要家の設備に異常が発生した特定非常時において、前記電源グループ内の稼働していない第２の補助電源に対して、前記送配電網へ電力供給させる特定非常時稼働指令を与える、
電源供給システムの制御方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の制御方法において、前記通常稼働指令は、対象の補助電源のガスタービンエンジンを、非常時よりも低速で起動させる、
電力供給システムの制御方法。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか一項に記載の制御方法において、前記電源グループの各補助電源の稼働率が均等になるように、各補助電源に順次通常稼働指令を与える、電力供給システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか一項に記載の制御方法において、前記電源グループから前記送配電網への電力供給を卸電力市場において行う場合の利益と需給調整市場において行う場合の利益とを比較し、前記電源グループの補助電源に対して、より大きい利益が得られる市場において電力供給するよう指令を与える、電力供給システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に対して需給調整のための電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、風力や太陽光といった再生可能エネルギーを積極的に活用することが求められてきている。しかし、再生可能エネルギーの供給量は天候等の自然環境に大きく左右されるので、既存の電力系統に再生可能エネルギーを接続させる場合には、供給量の変動に対処する手段を確立する必要がある。
【０００３】
他方で、日本国内では、多くの電力需要家が、電力系統からの電力供給が停止した非常時に電力を供給するための非常用の発電装置を有している（例えば、特許文献１）。非常用発電装置は通常時には使用されないので、稼働率が極めて低い状況にある。そこで、このような非常用発電装置を電力の需給調整用に活用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０１７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、元来非常用の電源として設けられた発電装置を通常時の電力供給に活用するためには、非常時に非常用発電装置から需要家へ優先的に電力を供給しながら、電力系統に対する需給調整能力を維持する必要がある。また、長期間に渡って安定した電力供給を可能にする運用方法を確立する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、電力需要家が有する非常用発電装置を利用して電力系統における需給調整を可能にする電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、
電力系統の送配電網へ、需給調整用の電力を供給するシステムであって、
複数の電力需要家が各々有する補助電源であって、前記送配電網および前記電力需要家に選択的に電力供給可能に接続されている複数の補助電源からなる電源グループの前記補助電源の各々に対して、発電および電力供給に関する指令を与える制御ユニット、
を備え、
前記制御ユニットは、
電気事業者による電力要請に基づいて、前記電源グループの複数の前記補助電源のうち一部の補助電源に対して、前記送配電網へ電力供給させる通常稼働指令を与える。
【０００８】
この構成によれば、電源グループ全体として、送配電網に対して必要な供給電力または需給調整能力を超える能力を構成する補助電源を確保したうえで、その一部の補助電源に対してのみ送配電網へ電力供給させるので、後述するように、通常稼働のローテーションや待機する補助電源を利用した非常時の電力供給が可能となる。したがって、電力需要家が有する非常用発電装置を利用して、長期に渡って安定的に電力系統における需給調整を行うことが可能になる。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る電力供給システムおよびその制御方法において、前記制御ユニットは、さらに、前記電源グループ内の、前記通常稼働指令が与えられていた第１の補助電源を有する電力需要家の設備に異常が発生した特定非常時において、前記電源グループ内の稼働していない第２の補助電源に対して、前記送配電網へ電力供給させる特定非常時稼働指令を与えてもよい。この構成によれば、特定の電力需要家の設備においてのみ異常が発生し、当該電力需要家の補助電源の通常稼働が不可能になった場合にも、電源グループ内の他の補助電源を活用して送配電網への電力供給を継続することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る電力供給システムおよびその制御方法において、前記通常稼働指令は、前記補助電源を、非常時よりも低速で起動させる指令を含んでいてもよい。この構成によれば、通常時稼働時には補助電源を低速で起動するので、補助電源の寿命低下が防止される。これにより、システム全体として長期に渡って安定的に運用することが可能になる。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る電力供給システムおよびその制御方法において、前記電源グループの各補助電源の稼働率が均等になるように、各補助電源に順次前記通常稼働指令を与えてもよい。この構成によれば、電源グループを構成する補助電源の稼働率が均等化されることにより、特定の補助電源の寿命消費が促進することを回避できるので、システム全体として長期に渡って安定的に運用することが可能になる。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る電力供給システムおよびその制御方法において、前記電源グループから前記送配電網への電力供給を卸電力市場において行う場合の利益と需給調整市場において行う場合の利益とを比較し、前記電源グループの補助電源に対して、より大きい利益が得られる市場において電力供給するよう指令を与えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電力供給システムによれば、電力需要家が有する非常用発電装置を利用して電力系統の需給調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力供給システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の電力供給システムの一運用形態を示すブロック図である。
【図３】図１の電力供給システムの他の運用形態を示すブロック図である。
【図４】図１の電力供給システムの他の運用形態を示すブロック図である。
【図５】図１の電力供給システムによるガスタービンエンジンの起動態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電力供給システムＳを示す。同図に示す電力供給システムＳは、電力系統の送配電網Ｎへ、当該送配電網Ｎを運用する電気事業者Ｄからの要請に応じて、需給調整用の電力を供給するシステムである。送配電網Ｎを介して、発電事業者が発電所（発電装置）Ｐによって生成した電力が、電力需要家Ｃへ供給される。送配電網Ｎには、火力発電、水力発電、原子力発電といった低コストで安定的な電力供給が可能な発電所のほか、太陽光発電や風力発電といった出力変動が大きい再生可能エネルギーを利用する発電所も接続し得る。なお、本明細書における「電気事業者」とは、電力系統のうち少なくとも送配電網の運用を担う事業者のことであり、現在の電力事業者や、将来予定されている発送電分離体制における送配電部門を担う事業者、またはその委託を受けたいわゆるアグリゲータのような需給調整事業者がこれに該当する。
【００１６】
なお、需給調整用の電力とは、電源系統において常時必要とされる電力量を超える、昼夜、天候、季節等によって増減する電力需要に対応するために供給される電力である。需給調整用の電力は、例えば、卸電力市場または需給調整市場において供給することができる。卸電力市場とは、発電された電力を、電力が実際に消費される所定時間前（ゲートクローズ）までに売買する市場のことである。需給調整市場とは、ゲートクローズ後、電力が実際に消費されるまでの間、リアルタイムで需給調整する能力を売買する市場のことである。
【００１７】
本実施形態に係る電力供給システムＳは、複数の電力需要家Ｃが各々有する補助電源１から構成される電源グループＧの複数の補助電源１の各々に対して、発電および電力供給に関する指令を与える制御ユニット３を備えている。なお、同図では、１つの電力需要家Ｃのみを示し、他の補助電源１を備える電力需要家は省略している。本実施形態で使用される補助電源１は、各電力需要家Ｃが非常時用に備えている非常用発電装置である。電源グループＧに属する補助電源１は、送配電網Ｎおよび前記電力需要家Ｃに選択的に電力供給可能に接続されている。すなわち、従来の補助電源１は、電力需要家Ｃの設備にのみ接続されており、送配電網Ｎに異常が生じ電力需要家Ｃの設備への電力供給が遮断された場合に当該設備に電力供給を行うように構成されているのに対して、本実施形態における補助電源１は送配電網に対しても直接電力を供給すること可能なように構成されている。より具体的には、補助電源１である各発電装置は、例えば、ガスタービンエンジン（以下、単に「ガスタービン」と呼ぶ。）ＧＴを駆動源とするガスタービン発電装置である。
【００１８】
なお、本明細書において、電力系統全体および電力需要家Ｃが平常どおり運用されている場合を「平常時」と呼び、この平常時に、電力供給システムＳの補助電源１から送配電網Ｎへ電力を供給するための稼働を「通常稼働」と呼ぶ。また、通常稼働している補助電源１を特に「通常稼働補助電源１Ｎ」と呼ぶ。
【００１９】
他方、電力系統全体および／または電力需要家Ｃにおいて、異常発生のため電力需要家Ｃが送配電網Ｎから必要な電力量の供給を受けることができず、補助電源１が本来の非常用電源装置として稼働すべき状態を「非常時」と呼ぶ。また、「非常時」のうち、特定の電力需要家Ｃの受電用設備においてのみ異常が発生し、送配電網Ｎおよび制御ユニット３は平常どおり稼働している状態を「局所非常時」と呼ぶ。さらに、「局所非常時」のうち、通常稼働していた補助電源１を有する電力需要家Ｃに異常が発生した場合を、特に「特定非常時」呼ぶ。「非常時」に陥る原因としては、例えば広域または局所的に発生した自然災害によって電力系統の一部や電力需要家Ｃの設備等が故障することが想定されるが、これらの原因に限定されない。また、非常時において補助電源１が、非常用電源装置として電力需要家Ｃへ電力を供給するための稼働を「非常時稼働」と呼び、非常時稼働している補助電源１を特に「非常時稼働補助電源１Ｅ」（図４）と呼ぶ。
【００２０】
制御ユニット３は、電源グループＧの複数の補助電源１のうち一部の補助電源１に対して、送配電網Ｎへ電力供給させる通常稼働指令ＮＯを与える。通常稼働指令ＮＯは、対象の補助電源１を起動し、所定期間送配電網Ｎへ電力を供給させる。
【００２１】
当該電力供給システムＳの運用事業者である発電事業者は、所定量の電力、または所定の需給調整能力（以下、これらをまとめて「供給予定電力量」と呼ぶ。）を提供する旨の契約を送配電事業者と締結する。電源グループＧは、電源グループＧを構成するすべての補助電源１の発電能力の合計値が、供給予定電力量を超えるように構成される。好ましくは、グループ総発電能力は、供給予定電力量の１１０％〜１２０％程度である。
【００２２】
本実施形態において、制御ユニット３は、複数の補助電源１から、供給予定電力量を充足する補助電源１の組合せを選択し、これらの補助電源１に対して通常稼働指令ＮＯを発する。以下、電源グループＧの補助電源１のうち、稼働していない補助電源１を特に「待機補助電源」と呼ぶ。図１〜図４では、送配電網Ｎとの接続線が破線で示されている補助電源１が待機補助電源である。
【００２３】
この例では、制御ユニット３は、電源グループＧの各補助電源１の稼働率が均等になるように、各補助電源１に順次通常稼働指令ＮＯを与える。すなわち、図２に示すように、制御ユニット３は、上述した所定期間通常稼働した補助電源１Ｓが停止するタイミングに合わせて、停止する補助電源１Ｓと同等の発電能力を有する待機補助電源であった補助電源１に対して通常稼働指令ＮＯを与えて稼働させる。電力供給システムＳにおけるこのような通常稼働と停止のサイクルは、個々の補助電源１ごとに行ってもよいし、図３に示すように、電源グループＧ内に、ほぼ同等の合計発電容量を有する複数のサブグループＳＧを構成し、サブグループＳＧごとに行ってもよい。
【００２４】
稼働率の均等化は、制御ユニット３が、例えば、契約によって定められた、送配電網Ｎに対して電力供給を行う期間内において各補助電源１の稼働時間および稼働回数が同等になるように通常稼働と停止のサイクルを設定することにより達成される。
【００２５】
次に、非常時における電力供給システムＳおよび制御ユニット３の運用、動作について説明する。図４に示すように、制御ユニット３は、特定非常時において、異常が発生した電力需要家Ｃが有する通常稼働していた補助電源１（第１の補助電源）に対して、この電力需要家Ｃに対して電力供給を行う非常時稼働指令ＥＯを与える。制御ユニット３は、同時に、電源グループＧ内の異常が発生していない電力需要家（図示せず）が有する待機補助電源１（第２の補助電源）に対して、前記送配電網へ電力供給させる特定非常時稼働指令ＰＯを与える。この場合、制御ユニット３は、通常稼働から非常時稼働に切り替えられる補助電源１と同等以上の発電能力を有する補助電源１を選択し、この選択した待機補助電源１を稼働（特定非常時稼働）させる。なお、上述のように通常稼働と停止のサイクルをサブグループＳＧ毎に行う場合には、異常が発生した電力需要家Ｃが有する補助電源１が属するサブグループＳＧの他の補助電源１のすべてを停止させ、他のサブグループＳＧの補助電源１のすべてを特定非常時稼働させてもよい。
【００２６】
特定非常時にこのような制御を行うことにより、特定の電力需要家Ｃの設備においてのみ異常が発生し、当該電力需要家Ｃの補助電源１の通常稼働が不可能になった場合にも、電源グループＧ内の他の補助電源１を活用して送配電網Ｎへの電力供給を継続することができる。
【００２７】
なお、局所非常時のうち、上述した特定非常時に含まれない場合（第１の補助電源が待機補助電源であった場合）には、制御ユニット３はこの補助電源1に対して非常時稼働指令ＥＯを与えるのみで、特定非常時稼働指令ＰＯは発しない。また、非常時のうち、上述した局所非常時に含まれない、送配電網Ｎまたは制御ユニット３自体に異常が生じた状態においては、従来どおり、各電力需要家Ｃにおける判断によって補助電源１から各電力需要家Ｃへ電力供給が開始される。
【００２８】
制御ユニット３は、非常時に代替で稼働させる待機補助電源１を選択する際にも、補助電源１間で稼働率が均等化されるように選択してもよい。また、制御ユニット３による稼働率の均等化は、通常稼働のみならず非常時稼働も含めた稼働率が均等になるように行われてもよい。この場合、単に通常稼働および非常時稼働の稼働時間および稼働回数を基準として稼働率を計算してもよい。もっとも、後述するように非常時稼働は通常稼働よりも補助電源１に対する負担が大きいので、非常時稼働の単位時間，回数を、通常稼働の単位時間，回数よりも寿命消費の程度が大きいものとして評価する重みづけを行ったうえで稼働率を計算してもよい。
【００２９】
このように、電源グループＧを構成する補助電源１の稼働率が均等化されることにより、特定の補助電源１の寿命消費が促進することを回避できるので、システム全体として長期に渡って安定的に運用することが可能になる。
【００３０】
本実施形態において、制御ユニット３は、通常稼働させる補助電源１のガスタービンＧＴを、非常時稼働させる場合よりも低速で起動させる。すなわち、通常稼働指令ＮＯは、対象の補助電源１のガスタービンＧＴを、非常時よりも低速で起動させる指令を含んでいる。つまり、制御ユニット３は、通常稼働において、補助電源１のガスタービンＧＴを非常時稼働の場合の起動時間Ｔ１よりも長い起動時間Ｔ２かけて起動させる。
【００３１】
より具体的には、非常用発電機を駆動するガスタービンＧＴについては、起動時間Ｔ１として３０秒以内で起動させなければならないことが法定されている。実際にも不測の事態によって電力系統からの電力供給に異常が生じた場合、短時間での起動が必要となる。本実施形態では、図５に示すように、制御ユニット３からの非常時稼働指令ＥＯは、対象の補助電源１のガスタービンＧＴを３０秒で起動させる指令（同図の破線で示すプロファイル）を含んでいる。これに対して、制御ユニット３からの通常稼働指令ＮＯは、対象の補助電源１のガスタービンＧＴを、起動時間Ｔ２として例えば３分で起動させる指令（同図の実線で示すプロファイル）を含んでいる。なお、ここでの「起動」とは、ガスタービンＧＴの回転速度が停止状態から定格運転状態まで達することをいう。
【００３２】
また、制御ユニット３は、通常稼働させる補助電源１のガスタービンＧＴを、非常時稼働させる場合の発電出力Ｐ１よりも低い出力Ｐ２で稼働させる。具体的には、制御ユニット３からの非常時稼働指令ＥＯは、対象の補助電源１のガスタービンＧＴを、出力Ｐ１として定格出力で運転する指令を含む。これに対して、制御ユニット３からの通常稼働指令ＮＯは、対象の補助電源１のガスタービンＧＴを部分負荷運転、例えば定格出力の７０％の出力Ｐ２で運転する指令を含む。
【００３３】
このように、通常稼働において、補助電源１のガスタービンＧＴを非常時よりも低速で起動し、かつ／または低出力で稼働させることにより、補助電源１の運転条件が緩和され、寿命が延びる。なお、「特定非常時稼働」は、補助電源１からの電力の供給先が送配電網Ｎである点で、電力需要家Ｃに対して電力を供給する「非常時稼働」と異なるが、緊急事態に対処するため急速な起動が必要になる点において「非常時稼働」と同様であり、「特定非常時稼働指令」は非常時稼働指令と同じ条件の起動指令を含む。
【００３４】
図５と共に示した通常稼働における起動時間Ｔ１，Ｔ２および発電出力Ｐ１，Ｐ２の値は一例であり、これらの値に限定されない。また、補助電源１の駆動源として、比較的急激な出力変動にも対応可能なガスタービンＧＴを用いることにより優れた需給調整能力を発揮できるが、ガスタービンＧＴに限定されない。
【００３５】
さらに、制御ユニット３は、電源グループＧから送配電網Ｎへの電力供給を卸電力市場において行う場合の利益と需給調整市場において行う場合の利益とをそれぞれ計算したうえで比較し、電源グループＧの補助電源１に対して、より大きい利益が得られる市場において電力供給するよう指令を与える機能を有していてもよい。
【００３６】
以上説明した本実施形態に係る図１の電力供給システムＳおよびその制御方法によれば、電源グループＧ全体として、送配電網Ｎに対して必要な供給電力または需給調整能力を超える能力を構成する補助電源１を確保したうえで、その一部の補助電源１に対してのみ送配電網Ｎへ電力供給させるので、上述したように、通常稼働のローテーションや待機補助電源１を利用した非常時の電力供給が可能となる。したがって、電力需要家Ｃが有する非常用発電装置を利用して、長期に渡って安定的に電力系統における需給調整を行うことが可能になる。
【００３７】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１  補助電源
１Ｅ  非常時稼働補助電源
１Ｎ  通常稼働補助電源
３  制御ユニット
Ｃ  電力需要家
Ｇ  電源グループ
ＧＴ  ガスタービンエンジン
Ｎ  送配電網
Ｓ  電力供給システム
【図１】
2020043735.tif 000003
【図２】
2020043735.tif 000004
【図３】
2020043735.tif 000005
【図４】
2020043735.tif 000006
【図５】
2020043735.tif 000007