(57)【要約】【課題】  自然エネルギーを利用した有効な電源システムを提供する。【解決手段】  自然エネルギーを利用して発電を行う発電システム１と、その時間単位あるいは日単位の短期の発電量を補いかつ安定化するための補助電源システム２と、季節単位あるいは年間を通しての長期の発電量を補いかつ安定化するための燃料電池システム６と、それら各システムを統合的に制御する制御システム１０とを具備する。制御システムは、発電システムによる発電量と電力需要とを常時監視して、短期の発電不足を補助電源システムと燃料電池システムのいずれか一方または双方により補い、長期の発電不足を燃料電池システムにより補うようにその水素貯蔵量を年間を通して調節する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光や風力等の自然エネルギーを利用して発電を行う発電システムと、
前記発電システムによる時間単位あるいは日単位の短期の発電量を補いかつ安定化するための二次電池やコンデンサ等の補助電源システムと、
前記発電システムにより得られた電力により水を電気分解して水素を製造貯蔵し、貯蔵水素を燃料電池の燃料として使用して電力に再変換することで、前記発電システムによる季節単位あるいは年間を通しての長期の発電量を補いかつ安定化するための燃料電池システムと、
それら発電システム、補助電源システム、燃料電池システムを統合的に制御する制御システムとを具備してなり、
前記制御システムは、前記発電システムによる発電量と電力需要とを常時監視して、発電システムによる短期の発電不足を前記補助電源システムと前記燃料電池システムのいずれか一方または双方により補うようにそれら補助電源システムと燃料電池システムを制御するとともに、長期の発電不足を前記燃料電池システムにより補うように該燃焼電池システムを制御してその水素貯蔵量を年間を通して調節する構成としたことを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用して建物等の電力需要を賄う電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電はクリーンで無尽蔵な再生可能エネルギーによる代表的発電システムであって、二酸化炭素排出に起因すると考えられる地球温暖化問題の対策の一つとして、全エネルギー消費に対するその割合を増やすことが世界的に推進されつつあり、これらの再生可能エネルギーにより建物の電力需要の全部あるいは一部を賄うことは非常に意義があると考えられている。
【０００３】
しかしながら、これら発電システムは天候、立地などにより出力が変動する課題がある。具体的には、太陽光発電では出力は太陽高度、日照時間、気象条件に依存し、風力発電では出力は気象条件（風況）に依存するから、いずれもそのままでは安定して電力を得ることはできず、建物の電力需要との需給ギャップが起こり、電力需要を安定に賄うことは困難である。
【０００４】
そのため、これらの発電システムからの発電出力を平滑化してその発電出力を負荷の電力需要に合わせるようにコントロールする、あるいは安定化させる方策として、たとえば図２に示すように、太陽電池による発電システム１に補助電源システム２として鉛蓄電池などの二次電池やコンデンサを併用して曇天時や夜間に備えるというシステムが実用化されている。図２において符号３は接続箱、４はインバータ、５は分電盤である。また風力発電システムの場合には、高速応答性を有するレドックスフロー電池を補助電源システムとして併設して不安定な出力を平滑化する試みが行われている。
【０００５】
さらに、たとえば特許文献１〜３に示されているように燃料電池システム６を併用することも提案されている。これは、たとえば図３に示すように、太陽光発電（あるいは風力発電）による電力を利用して電解装置７により水を電気分解し、それにより生成した水素を水素貯蔵装置８に貯蔵しておいて、電力が必要なときにその水素を燃料電池９に供給することで電力に再変換するというものであり、特に固体高分子電解質膜を用いる効率的な水電解技術の登場以降、広く普及する気運にある。
【特許文献１】特開２０００−５４１７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３４０２３８号公報
【特許文献３】特開２００４−７１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現時点ではこの種のシステムは必ずしも十分に効率的にかつ安定に稼働し得るものではなく、この種のシステムのさらなる普及を図るためには、特に補助電源システムとしての二次電池やコンデンサ、燃料電池システム等の特性を生かしたより合理的な電源システムの開発が不可欠とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明の電源システムは、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用して発電を行う発電システムと、前記発電システムによる時間単位あるいは日単位の短期の発電量を補いかつ安定化するための二次電池やコンデンサ等の補助電源システムと、前記発電システムにより得られた電力により水を電気分解して水素を製造貯蔵し、貯蔵水素を燃料電池の燃料として使用して電力に再変換することで、前記発電システムによる季節単位あるいは年間を通しての長期の発電量を補いかつ安定化するための燃料電池システムと、それら発電システム、補助電源システム、燃料電池システムを統合的に制御する制御システムとを具備してなり、前記制御システムは、前記発電システムによる発電量と電力需要とを常時監視して、発電システムによる短期の発電不足を前記補助電源システムと前記燃料電池システムのいずれか一方または双方により補うようにそれら補助電源システムと燃料電池システムを制御するとともに、長期の発電不足を前記燃料電池システムにより補うように該燃焼電池システムを制御してその水素貯蔵量を年間を通して調節する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電源システムによれば、自然エネルギーを利用した発電システムの発電量と電力需要との時間単位あるいは日単位の短期の需給ギャップを調整可能であることはもとより、季節単位あるいは年間を通しての長期の需給ギャップをも調整可能であるので、年間を通して最も効率的な稼働が可能である。また、発電システムの年間を通しての平均的な発電量を基準として設備容量を設定すれば良いから、従来のこの種の電源システムに較べて発電システムの設備容量の軽減が可能であって設備コストおよび運転コストを十分に軽減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の電源システムの一実施形態を図１に示す。本実施形態の電源システムは図２や図３に示した従来のものと同様に太陽電池による発電システム１を主体とするものであるが、その発電システム１に対して補助電源システム２と燃料電池システム６とを併設し、かつ、それら各システムを統合的に制御する制御システム１０を備えたものである。
【００１０】
本例における補助電源システム２は、図２に示した従来の補助電源システム２と同様に鉛蓄電池等の二次電池あるいはコンデンサ等によるもので、発電システム１による時間単位あるいは日単位の短期の発電量を補いかつ安定化することができる容量と機能を有するものである。
【００１１】
本例における燃料電池システム６は、図３に示した従来の燃料電池システム６と同様に、発電システム１により得られた電力を利用して水を電気分解して水素を製造する電解装置７と、その水素を貯蔵する水素貯蔵装置８と、水素貯蔵装置８からの水素を燃料として電力に再変換する燃料電池９から構成されたものであるが、本例における燃料電池システム６は発電システム１による季節単位あるいは年間を通しての長期の発電量を補いかつ安定化し得るような容量と機能を備えたものとされている。なお、燃料電池システム６における各装置の具体的な構成は任意であって特に限定されないが、電解装置７としてはたとえばアルカリ電解装置や固体高分子型電解装置によるものが好適に採用可能であり、水素貯蔵装置８としてはたとえば高圧水素ボンベや水素吸蔵合金によるものが好適に採用可能であり、燃料電池９としてはたとえば固体高分子型燃料電池が好適に採用可能である。
【００１２】
そして、本例における制御システム１０は、発電システム１による発電量と電力需要とを年間を通じて常時監視し、それに基づいて各システムを統合的に制御するものであって、発電システム１による時間単位あるいは日単位の短期の発電不足を補助電源システム２または燃料電池システム６のいずれか一方または双方により補い、季節単位あるいは年間を通しての長期の発電不足を燃料電池システム６により補うようにそれら各システムを制御するように構成されている。
【００１３】
すなわち、本実施形態における制御システム１０では、分電盤５の二次側において検知される電力需要と、発電システム１による発電量とが刻々と制御装置１１に入力され、制御装置１１はそれらのデータを処理して電力需要に対する発電量の過不足を検出する。そして、発電量が時間単位あるいは日単位で不足している場合には、不足電力を最も効率的に補うように補助電源システム２あるいは燃料電池システム６もしくはその双方を適切に稼働させて不足電力を補う。また、電力需要に対して発電量が余剰であるときは、その余剰電力により水素を製造し貯蔵するように燃料電池システム６を稼働させる。より具体的には、十分な発電量が得られる晴天時には十分な余剰電力が得られるのでその際は余剰電力により水素を製造し、発電量が全く得られなかったり不足する夜間や曇天時においては不足電力を補助電源システム２または燃料電池システム６により補い、さらに不足するときにはその双方により補うこととする。
【００１４】
また、制御装置１１は、上記のような時間単位あるいは日単位の制御と同時に季節単位あるいは年間を通しての発電量の過不足も予測して、それを補うように燃料電池システム６を制御する。具体的には、夏季においては十分な発電量が得られて十分な余剰電力が得られるので、その余剰電力により水素を製造して所望量の水素を貯蔵するように燃料電池システム６を稼働させる。一方、夏季に較べて日射量が大きく低減する冬季においては十分な発電量が得られないことが通常であるので、その際には夏季に製造して貯蔵しておいた水素を使用して燃料電池９により電力に再変換して冬季における電力需要を補う。
【００１５】
このように本実施形態の電源システムによれば、時間単位あるいは日単位の短期の需給ギャップを調整可能であって常に安定な電力供給が可能であることはもとより、季節単位あるいは年間を通しての長期の需給ギャップをも調整可能であるので、年間を通して最も効率的な稼働が可能である。また、従来においては太陽光発電システムの設備容量は季節変動を見越して十分な余裕を持たせて設定する必要があり、したがって冬季での日射量を基準としてシステム全体を設計する必要があり、結果的に大容量が必要であったが、本実施形態の電源システムによれば年間を通しての平均的な日射量を基準とすることが可能であるので設備容量の軽減が可能であり、設備コストおよび運転コストを十分に軽減することが可能となる。特に、我が国おける北海道や東北地方等の寒冷地においては冬季における日射量は夏季における日射量の３０％程度しかなく、したがって従来においてはそのような地域への太陽光発電システムの適用は非現実的とも考えられていたが、本実施形態においては冬季における日射量の不足を夏季の日射量により十分に補うことが可能であることから、そのような寒冷地においても太陽光発電システムを採用することが可能となる。
【００１６】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論ない。たとえば上記実施形態は基本的な発電システム１として太陽光発電システムへを採用した場合の適用例であるが、基本的な発電システム１としては風力発電システムをはじめとして自然エネルギーを利用したものであればいずれも採用可能であるし、複数の異種の発電システムに任意に組み合わせることも可能である。また、補助電源システム２は発電システム１の短期の需給ギャップを調整できるような容量と機能を有するものである限りにおいてその構成は適宜であるし、燃料電池システム６は発電システム１の短期および長期の需給ギャップを調整できるような容量と機能を有するものである限りにおいてその構成は適宜であり、いずれも様々な設計変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態である電源システムを示す図である。
【図２】従来の電源システムの一例を示す図である。
【図３】従来の電源システムの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  発電システム
２  補助電源システム
６  燃料電池システム
７  電解装置
８  水素貯蔵装置
９  燃料電池
１０  制御システム
１１  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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