(57)【要約】      （修正有）【課題】水の電気分解装置を利用して電力系統の需給制御を行うことにより、系統周波数の安定に寄与するための、水の電気分解装置の出力制御装置を提供する。【解決手段】水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、中央制御装置より水または塩水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部１０と、前記受信部１０が受信した前記出力指令により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部５０と、を備える。【選択図】図１
2011050138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、
中央制御装置より水または塩水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部と、
前記受信部が受信した前記出力指令により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する中央制御受信運転出力制御部と、
を備えることを特徴とする水または塩水の電気分解装置の出力制御装置。
【請求項２】
水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、
系統周波数を検出する周波数検出部をと、
前記周波数検出部により検出された前記系統周波数により自律周波数検出運転出力制御部と、
を備えることを特徴とする水の電気分解装置の出力制御装置。
【請求項３】
水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、
中央制御装置より水または塩水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部と、
系統周波数を検出する周波数検出部と、
前記水または塩水の電気分解装置の運転モードを中央制御信号受信運転または自律周波数検出運転のいずれかへの切替が可能である運転モード切替部と、
前記運転モード切替部による前記水または塩水の電気分解装置の運転モードが中央制御信号受信運転の場合には、前記受信部が受信した前記指令値により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御し、前記運転モード切替部による前記水または塩水の電気分解装置の運転モードが自律周波数検出運転の場合には、前記周波数検出部により検出された前記系統周波数により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部と、
を備えることを特徴とする、水の電気分解装置の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の周波数状況に応じた制御を行うための、電力系統に接続される水の電気分解装置の出力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統においては、周波数を常に一定に保つために電力需要に電力供給を一致させる制御が行われている。この電力需給制御については、時間周期毎の電力需要特性に合わせた制御方法があり、これらの制御方法を組み合わせることにより、電力需要と電力供給の一致を図っている。
【０００３】
１０分程度以上から数時間程度の周期での大きな需要変動に対応するための制御としては、一日の各時間の電力需要を予測し、この需要予測に基づいて中央制御装置において、発電機の作業などによる出力制約や系統運用上の理由による発電機の出力制約などを加味し、総体的に経済的に有利となるよう、出力変動に数十分程度から数時間程度の時間を要する発電機の出力制御も含め、各発電機の出力を決定している。さらに、需要予測と実際の需要との差については補正を行い、中央制御装置において再度各発電機の出力を決定する。中央制御装置より発せられる各発電機への出力指令に基づき各発電機の出力制御が行われている。
【０００４】
２〜３分程度から１０分程度の周期での需要変動に対応するための制御としては、この周期時間内での各発電機の出力変動可能な電力を中央制御装置において集約し、また各時点における電力需要と電力供給の差を検出し、この電力需要と電力供給を一致させるために必要な電力について、この時間周期内で出力変動可能な発電機に対して中央制御装置より出力指令を発し、出力指令を受けた発電機の出力を制御することが行われている。
【０００５】
上記より短い、数秒ないし数十秒以内の周期での需要変動に対しては、各発電機のガバナフリー機能により、電力系統の周波数に応じて各発電機の出力制御が自動的に行われている。また、各発電機のガバナフリー運転に加え、周波数に応じた負荷の自己特性により系統周波数の変動を吸収している。
【０００６】
近年の電力系統においては、風力発電や太陽発電といった出力が不安定である再生可能エネルギー電源が増加していることに伴い、これら発電機の出力変動の抑制のため、再生可能エネルギー電源に蓄電池を併設し、再生可能エネルギー電源の出力に併せて蓄電池出力を制御することにより、合計した出力を安定化させる技術が知られている。（例えば特許文献１参照）
【０００７】
また、個々の再生可能エネルギー電源に蓄電池を併設するのではなく、電力系統に接続された蓄電池を、電力系統全体の状況に応じて制御する技術がある。（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
一方、電力負荷のひとつとして、水の電気分解装置がある。これは、電力を使用した電気分解により水を水素と酸素に分離するものであり、分離精製工程を経る必要がなく、純度の高い水素を得ることが可能である。
【０００９】
また、既存の電力負荷として塩水の電気分解装置があり、電解ソーダ工業設備として運転されている。これは、塩水を電解槽にて電気分解を行うことにより、苛性ソーダ、塩素および水素を得るものである。
【００１０】
水の電気分解装置を利用して水素の製造を行い、製造された水素を自動車の燃料や発電燃料として利用するエネルギーサイクルシステムについての研究が進められている。
（例えば特許文献３参照）
【００１１】
また、風力発電に併設した水の電気分解装置を利用することにより、風力発電の電力出力変動を、水の電気分解装置の電力負荷により抑制し、かつ水の電気分解装置の劣化を防ぐための技術がある。（例えば特許文献４参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２００５―１４３２１８号公報
【特許文献２】特開２００８−６７４６９号公報
【特許文献３】特表２００７−５２３５８０号公報
【特許文献４】特開２００７−２４９３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
地球温暖化防止のために、二酸化炭素排出量の削減が求められる近年の状況下において、電力の小売事業者に対しては、一定量の再生可能エネルギーの導入が義務づけられている。また、さらなる二酸化炭素排出量削減のため、原子力発電の高稼働化や、再生可能エネルギーのさらなる導入が必要とされている。このような状況において、電力系統に接続される風力発電や太陽光発電設備量の拡大が進んでいる。
【００１４】
原子力発電を高稼働とし、全発電電力量に占める割合を増やすと、現在の状況では原子力発電機による系統状況に合わせた発電出力調整は難しいため、相対的に火力発電、水力発電など他の発電電力は抑制されることとなり、運転台数の減少により電力系統の需要変動に対応するための火力、水力発電機による出力調整可能量も減少することとなる。
【００１５】
その一方、風力発電および太陽光発電は、気象状況による発電出力への影響を受けやすく、前週や前日段階における発電電力予想と発電実績の乖離および、至近時点からの出力変動のいずれも大きいため、この発電予想と実績の乖離および出力変動に対応し、電力需要と電力供給のバランスをとり、系統周波数を一定に保つためには、風力発電および太陽光発電による発電予想と実績の乖離量や、出力変動量に相当する量の発電出力調整可能量を他の発電機で確保する必要がある。
【００１６】
原子力発電の増加に伴う、火力発電機、水力発電機による発電量の減少と、風力発電、太陽光発電の増加に伴う火力発電機、水力発電機による調整可能量確保という、相反する要求を満たすためには、火力発電、水力発電の運転台数を増やした上で、出力を抑制し調整可能量を確保するという方法も考え得るが、この場合、火力発電、水力発電については、出力が定格電力から大きく抑制され、発電機出力の最高効率点から大きく外れた出力で運転することになり、当該発電機の発電効率は大きく減少することとなる。また、調整可能量確保のため、火力発電機や水力発電機を増設する必要がある場合も考えられ、これら発電機の建設には多大な費用と時間を要する。
【００１７】
また、火力発電、水力発電のみによらず電力供給側がら制御する対象として、蓄電池を利用する方法があるが、個々の需要家の出力変動を抑制するためには利用されているが、電力系統全体を見た制御対象としては、系統全体へ寄与する程の電池容量を確保することが困難であることや、電池容量を大きくする場合にはそのコストが極めて大きくなることから実用化はされていない。また、電池容量による制約のため、充放電量に制約を受ける。
【００１８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、水の電気分解装置を利用して電力系統の需給制御を行うことにより、系統周波数の安定に寄与するための、水の電気分解装置の出力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の発明は、前記課題を解決するための水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、中央制御装置より水または塩水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部と、前記受信部が受信した前記出力指令により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする、水または塩水の電気分解装置の出力制御装置である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記課題を解決するための水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、系統周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部により検出された前記系統周波数により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする、水または塩水の電気分解装置の出力制御装置である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記課題を解決するための水または塩水の電気分解装置の出力制御装置であって、中央制御装置より水または塩水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部と、系統周波数を検出する周波数検出部と、前記水または塩水の電気分解装置の運転モードを中央信号受信運転または自律周波数検出運転への切替が可能である運転モード切替部と、前記運転モード切替部による前記水または塩水の電気分解装置の運転モードが中央信号受信運転の場合には前記受信部が受信した前記出力指令により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御し、前記運転モード切替部による前記水または塩水の電気分解装置の運転モードが自律周波数検出運転の場合には、前記周波数検出部により検出された前記系統周波数により前記水または塩水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする、水または塩水の電気分解装置の出力制御装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る水または塩水の電気分解装置の出力制御装置を用いることにより、電力負荷の一つである水または塩水の電気分解装置を利用して電力系統周波数の安定を図ることができる。
【００２３】
風力発電や太陽光発電、原子力発電といった二酸化炭素排出の少ない電源や、あるいは運転コストの低い電源を高稼働で運転することが可能となる。また、高稼働での運転が可能となった電源については、高効率点での運転が多くなることから、発電効率の向上にも寄与することができる。
【００２４】
水または塩水の電気分解によって得られた水素は、燃料電池による発電や燃料電池自動車の燃料として利用が可能であり、脱炭素電源のより一層の利用向上を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第一の実施形態における水の電気分解装置の出力制御装置の構成図である。
【図２】第二の実施形態における水の電気分解装置の出力制御装置の構成図である。
【図３】第三の実施形態における水の電気分解装置の出力制御装置の構成図である。
【図４】系統周波数の現在値に応じて水の電気分解装置の出力制御を行う場合の、系統周波数と水の電気分解装置の出力関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第一の実施形態）まず、図１を用いて本発明に係る水の電気分解装置の出力制御装置の構成について説明する。この出力制御装置は、図１に示すように、中央制御装置からの
水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部１０と、受信した出力指令により水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部５０と、を備えている。
【００２８】
中央制御装置では、多数の発電機について出力の現在値、出力変動可能量、出力変化速度、発電コスト、出力制約の発電機情報を把握している。
【００２９】
１０分程度から数時間程度の周期での大きな電力需要の変動に対応するための出力制御としては、この時間周期で出力変動が可能な発電機についてそれぞれの出力について経済的な配分を決定し、各発電機へ出力指令値を発信している。
【００３０】
２〜３分程度から１０分程度の比較的短い時間周期での需要変動に対しては、この時間周期時間内で出力変動が可能な発電機に対して、各時点における電力需要と電力供給の差を埋めるために必要な量を決定し、前述した１０分程度から数時間程度の時間周期において出力指令を発信した発電機のうち、必要な発電機に対し出力指令値を変更した値として発信する。
【００３１】
前述の、１０分程度から数時間程度の時間周期と、２〜３分程度から１０分程度の時間周期のいずれか、またはそれぞれの時点において、中央制御装置より水の電気分解装置の出力制御装置への出力指令値の発信がなされる。
【００３２】
水の電気分解装置の出力制御装置では、中央制御装置からの出力指令値を受信部１０により受信し、その指令値により出力制御部５０が水の電気分解装置の出力を制御する。また、新たな出力指令値を中央制御装置より受信の度に、水の電気分解装置の出力を変化させる。
【００３３】
ここでは制御対象を水の電気分解装置としているが、水の電気分解装置に代わり塩水の電気分解装置を用いてもよい。
【００３４】
（第二の実施形態）図２を用いて本発明に係る水の電気分解装置の出力制御装置の構成について説明する。この出力制御装置は、系統周波数を検出する周波数検出部２０と、周波数検出部が検出した系統周波数により水の電気分解装置の出力を制御する出力制御部５０と、を備えている。
【００３５】
数秒から数十秒程度の時間周期の電力需要変動に対応するため、本制御装置は周波数検出部２０により検出された系統周波数により、出力制御部５０が水の電気分解装置の出力を制御する。
【００３６】
この場合、周波数検出部２０によって検出される系統周波数に閾値を複数設け、系統周波数の現在値がどの閾値の範囲にあるかによって、水の電気分解装置の出力を制御することができる。例えば、維持すべき系統周波数が５０．０Ｈｚである場合で、閾値１を５０．１Ｈｚ、閾値２を５０．２Ｈｚとし、系統周波数が閾値１以上かつ閾値２以下である場合には、電力負荷である水の電気分解装置の出力を定格出力の１／２に抑制し、系統周波数が閾値２以上となった場合には水の電気分解装置の出力を１／４に抑制するといった制御を行う。
【００３７】
あるいは、閾値を設けずに図４に示すような、系統周波数と水の電気分解装置の出力の関係によって水の電気分解装置の出力を制御してもよい。電気分解装置は定格出力の１／２で運転していて、この時の系統周波数が５０．０Ｈｚであり、周波数が上がった場合は水の電気分解装置の出力を増加させる。図４では上限を定格出力に抑えているが、最大出力にしても良い。逆に、周波数が下がった場合は水の電気分解装置の出力を低下させる。図４では下限を定格出力の１／４に抑えているが、出力を０にしても良い。
【００３８】
（第三の実施形態）図３を用いて本発明に係る水の電気分解装置の出力制御装置の構成について説明する。この出力制御装置は、中央制御装置からの水の電気分解装置の出力指令を受信する受信部１０と、系統周波数を検出する周波数検出部２０と、運転モード切替部３０と、出力制御部５０と、を備えている。
【００３９】
運転モード切替部３０によって、中央制御信号受信運転と自律周波数検出運転の切替が可能であり、運転モードが中央制御信号受信運転の場合には、中央制御装置より受信部１０が受信した水の電気分解装置の出力指令により、出力制御部５０が水の電気分解装置の出力を制御する。また運転モードが自律周波数検出運転の場合には、周波数検出部２０により検出された周波数値により、出力制御部５０が水の電気分解装置の出力制御を行う。
【００４０】
運転モード切替は、水の電気分解装置の出力制御装置側で実施してもよいし、中央制御装置からの信号によって実施してもよい。中央制御装置からの信号によって運転モード切替を行う場合には、中央制御装置で、電力系統全体のガバナフリー調整可能量や、２〜３分程度から１０分程度の時間周期で出力調整可能な電力を考慮した上で、運転モードの切替を実施する。例えば、ガバナフリー調整可能量が、電力系統全体で充分確保されている場合には中央信号受信運転とし、ガバナフリー調整可能量が不足している場合には自律周波数検出運転とする。
【００４１】
以上によって、系統周波数の安定を図るために、水の電気分解装置の出力制御を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１０・・・受信部
２０・・・周波数検出部
３０・・・運転モード切替部
５０・・・出力制御部
【図１】
2011050138.tif 000003
【図２】
2011050138.tif 000004
【図３】
2011050138.tif 000005
【図４】
2011050138.tif 000006