(57)【要約】【課題】発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超えることなく系統連系できる協調型発電設備発を提供する。【解決手段】第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、を備え、最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備であって、協調型発電設備は、更に発電出力調整設備を備え、第１の発電設備の現在の発電出力である第１の現在発電出力と第２の発電設備の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、最大供給電力の第１の設定値２３または最大供給電力の第２の設定値２４に到達したときに、発電出力調整設備により、現在合成発電出力をゼロから第２の発電設備の最大発電出力の間で調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、
第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、を備え、
最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備であって、
前記協調型発電設備は、更に発電出力調整設備を備え、
前記第１の発電設備の現在の発電出力である第１の現在発電出力と前記第２の発電設備の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、前記最大供給電力の第１の設定値または前記最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、前記発電出力調整設備により、前記現在合成発電出力をゼロから前記第２の発電設備の最大発電出力の間で調整する
ことを特徴とする協調型発電設備。
【請求項２】
前記発電出力調整設備は、前記第１の発電設備と前記第２の発電設備の出力合成部と前記第２の発電設備の出力部との中間に配される
ことを特徴とする請求項１に記載の協調型発電設備。
【請求項３】
前記発電出力調整設備は、前記現在合成発電出力が前記最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を、前記第２の現在発電出力から減少させ、
前記現在合成発電出力が前記最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第２の設定値に対する負の方向の超過電力相当分に、前記最大供給電力の第１の設定値に相当する電力と前記最大供給電力の第２の設定値に相当する電力との差分に相当する電力を加えた、合計電力相当分を前記第２の現在発電出力に増加させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の協調型発電設備。
【請求項４】
前記発電出力調整設備は、蓄電設備、可変抵抗設備、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備のうちいずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の組合せにより構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の協調型発電設備。
【請求項５】
第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、
第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、
発電出力調整設備から構成され、
前記第１の発電設備と前記第１の発電設備と前記第２の発電設備の出力合成部との中間、あるいは前記第１の発電設備と前記第２の発電設備の出力合成部と前記第１の発電設備あるいは第２の発電設備の出力部との中間のいずれか１つ、またはこれらの両方に前記発電出力調整設備が配されていることを特徴とする協調型発電設備。
【請求項６】
前記第１の発電設備、前記第２の発電設備、前記発電出力調整設備から構成される協調型発電設備において、出力制御する際に、経済性を考慮して、前記第１の発電設備、前記第２の発電設備、前記発電出力調整設備のいずれか１つ、またはこれらの２つ以上の出力制御をするか否かを判定する機能を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の協調型発電設備。
【請求項７】
前記最大供給電力の第１の設定値及び前記最大供給電力の第２の設定値は、前記協調型発電設備を設置する場所の地形及び風況や日射量の周辺環境条件に基づき決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の協調型発電設備。
【請求項８】
前記発電出力調整設備として可変抵抗設備だけを選択したとき、前記最大供給電力の第２の設定値を前記最大供給電力の第１の設定値に等しい値に設定し、前記正の方向の超過電力相当分の処理のみを行う
ことを特徴とする請求項３に記載の協調型発電設備。
【請求項９】
前記第１の発電設備は太陽光をエネルギー源とする太陽光発電設備、あるいは風力をエネルギー源とする風力発電設備のいずれかであり、かつ前記第２の発電設備は前記風力発電設備、あるいは前記太陽光発電設備のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項１０】
前記発電出力調整設備のうち少なくとも１つの設備、またはこれらのうち２つ以上の設備と、風車のブレードのピッチコントロール制御、発電機の回転数制御、パワーコンディショナー制御のうち少なくとも１つにより、またはこれらのうち２つ以上の制御を組み合わせることにより、合成出力を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項１１】
前記第１の発電設備と、前記第２の発電設備と、前記発電出力調整設備からなる協調型発電設備において、いずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の設備に、発電電力あるいは供給電力を計測するための、計測メーターを設置する
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項１２】
前記第１の発電設備と、前記第２の発電設備と、前記発電出力調整設備からなる協調型発電設備であって、天候、時刻、季節に応じて適したスケジュール運転を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の協調型発電設備であって、
最大供給電力が予め定められた値に制限されており、前記最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を温水に変換して熱利用する
ことを特徴とする協調型発電設備の余剰電力の活用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能エネルギーを用いた協調型発電設備およびそれを用いた余剰電力の活用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
枯渇の可能性がある化石エネルギーを用いずに、自然界に存在する再生可能エネルギーを電力エネルギーに変換する代表的な発電方法として太陽光発電と風力発電を挙げることができる。これら再生可能エネルギー利用した発電は、地球温暖化の主因となる二酸化炭素をほとんど発生させないことから、地球規模の温暖化という環境問題を解決する手段として全世界で普及が進行しつつある。
【０００３】
一方、再生可能エネルギー利用した発電設備で発電された電力は、多くの場合、商用の電力系統に連系されるが、現時点の国内では、連系容量の空きがないことによる発電設備への連系ができない問題が発生している。
【０００４】
この問題を解決するための一例として、太陽光発電の発電特性（気象条件・日照時間等による）を活用し、既設の太陽光発電がもつ連系容量内に風力発電を追設し、風力発電の発電電力を制御する、太陽光発電と風力発電を協調させた協調型発電設備などが開発されている。
【０００５】
特許文献１では、「ハイブリッド発電制御装置は、第１の発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段と、商用電力系統に対して予め設定された上限の電力である連系容量から発電電力予測手段により予測された第１の発電設備の発電電力の予測値を差し引いた電力値に基づき、第２の発電設備の発電電力の制約値を算出し、算出した制約値を第２の発電設備制御装置に設定する制約値設定手段と、を有するハイブリッド協調型発電設備」が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６１０８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超えることなく設備利用率を向上させることが可能なハイブリッド協調型発電設備である。しかしながら、連系容量を超えないように、太陽光発電の発電電力を予測しながら風力発電の風車ブレードのピッチコントロール制御（以下、ピッチ制御）により発電電力を制御するため、周辺環境条件の急激な変動（風速、風向き等の急激な変動）がない状況においては有効な方法であるが、周辺環境条件に急激な変動が生じたときは、発電出力の抑制が必ずしも追従できるとは限らない。また、予測精度が悪い場合には無駄に風力発電の発電電力を抑制する時間帯（回数）が多くなる。
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超えることなく系統連系できる協調型発電設備とそれを用いた余剰電力の活用方法を提供することを目的とする。特に、発電出力調整設備を用いることで、システムとしての発電出力をゼロから最大発電出力の間で調整することを特徴とし、余剰電力が出る場合にはそれを有効に活用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するために、本発明に係る協調型発電設備は、第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、を備え、最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備であって、協調型発電設備は、更に発電出力調整設備を備え、第１の発電設備の現在の発電出力である第１の現在発電出力と第２の発電設備の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、最大供給電力の第１の設定値または最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、発電出力調整設備により、現在合成発電出力をゼロから第２の発電設備の最大発電出力の間で調整することを特徴とする。
【００１０】
特に、発電出力調整設備は、現在合成発電出力が最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を、第２の現在発電出力から減少させ、現在合成発電出力が最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、最大供給電力の第２の設定値に対する負の方向の超過電力相当分に、最大供給電力の第１の設定値に相当する電力と最大供給電力の第２の設定値に相当する電力との差分に相当する電力を加えた、合計電力相当分を第２の現在発電出力に増加させることを特徴とする。ここでの発電出力調整設備は、可変抵抗設備、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備のうちいずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の組合せにより構成することで解決できる。また、本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超えることなく系統連系できる協調型発電設備とそれを用いた余剰電力の活用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る協調型発電設備の構成の例を示す図である。
【図２】実施形態に係る協調型発電設備の合成出力の時間推移であり、発電出力調整設備において合成出力を減少および増加した例を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）ともに実施形態に係る協調型発電設備の構成の例を示す図である。
【図４】実施形態に係る協調型発電設備において、発電出力調整設備として可変抵抗設備を適用した場合の合成出力の時間推移である。
【図５】実施形態に係る協調型発電設備の構成であり、発電電力の出力制御判定機能を付加した例を示す図である。
【図６】実施形態に係る第１の設定値および第２の設定値の決定をする場合の処理を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は制御無しの場合、（ｂ）は発電出力調整設備のみの場合、（ｃ）は風車のピッチ制御のみの場合、（ｄ）は発電出力調整設備と風車のピッチ制御を併用した場合の（太陽光+風力）の合成出力の時間変化を示す図である。
【図８】実施形態に係る協調型発電設備において、各設備に電力計を設置した構成の例を示す図である。
【図９】発電出力調整設備のスケジュール運転の一例を示す図である。
【図１０】実施形態に係る協調型発電設備において、連系容量からの超過電力分を熱利用する例を示す図である。
【図１１】実施形態に係る協調型発電設備において、連系容量からの超過電力分を熱利用することを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでの第１の発電設備は太陽光発電設備、第２の発電設備は風力発電設備であり、以下で述べる太陽光発電設備と風力発電設備の容量は、太陽光発電設備を１００としたときに風力発電設備を５０としている。本発明の実施形態では、２つの発電設備の一例として、第１の発電設備を太陽光発電設備、第２の発電設備を風力発電設備としているが、本組み合わせは太陽光発電設備と風力発電設備には限定されない。例えば、複数の太陽光発電設備の組み合わせ、複数の風力発電設備との組み合わせ、または水力発電やバイオマス発電との組み合わせなど、どのような発電設備を用いても何ら問題ない。
【００１４】
本発明においては、主に既接続の第１の発電設備に、第２の発電設備を新規に追加設置すること、ならびに第１の発電設備と第２の発電設備を新規で同時に設置することを想定している。なお、本実施形態では、前者を想定して主に記述するが、後者の場合でも何ら問題なく適用できる。
【００１５】
例えば、既設の太陽光発電設備に風力発電設備を新規追加する場合であり、あるいはその逆の場合である。前者で追加設置した場合、その発電サイトは連系点において商用電力系統と接続されるが、連系容量は第１の発電設備の最大出力で定まることから変更されないのが一般的である。つまり、連系容量を超える電力を商用の電力系統へ供給することはできないのが一般的である。なお、本実施形態では、連系容量を超えないように電力を供給することを想定して記述しているが、連系容量に限らず、予め設定した任意の発電電力であっても何ら問題なく適用できる。
【００１６】
また、本発明の実施形態では、図２で説明する発電出力調整設備は蓄電設備、図４で説明する発電出力調整設備は可変抵抗設備を使用するなど、各種設備を用いているがその効果は大差ないことを確認している。ここで、可変抵抗設備には、液体抵抗器（水抵抗器）を使用している。これは、電極のある容器に水や電解液を満たしたものであり、液中で電極の位置を近づけたり、離したりすることで抵抗値を無段階的に変化させることができる。同様の効果が得られるものとして乾式抵抗器も使用できる。また、これにパワーコンディショナーなどを組みあわせることでも問題ない。
【００１７】
発電出力調整設備の容量は太陽光発電設備を１００としたときにそれぞれ２５〜５０としている。ただし、この割合は特に限定されるものではない。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、実施形態に係る協調型発電設備１０の構成の例を示す図である。図１は、第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備１１として太陽光発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備１２として風力発電設備を用いた協調型発電設備の構成図を示す。
【００１９】
図１に示すように、協調型発電設備１０は、第１の発電設備１１と、第２の発電設備１２と、発電出力調整設備１３と、第１の発電設備と第２の発電設備の出力合成部１４とを含んで構成される。その出力は、変電所１５を介して、商用電力系統１６へ供給される。なお、自家発電の形態でも本発明を適用できる。すなわち、合成出力を商用電力系統以外へ供給してもなんら問題ない。
【００２０】
なお、図１において、矢印付きの太実線は、電力線および電力が流れる方向を表している。また、この電力線（矢印付きの太実線）の途中には、直流電力を交流電力に変換するインバータや変圧器などが適宜設けられているが、ここでは、その図示を省略している。また、太陽光発電設備に用いられる太陽光発電パネルは、多結晶シリコン型発電素子、単結晶シリコン型発電素子、薄膜型発電素子などで構成されるものとするが、素子の種類を特に限定するものではない。
【００２１】
本実施形態に係る発電出力調整設備１３は、第１の発電設備１１と、第２の発電設備１２と、第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の出力合成部１４と、第２の発電設備１２の出力部との中間に配される。最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備１０において、発電出力調整設備１３は、第１の発電設備１１の現在の発電出力である第１の現在発電出力と、第２の発電設備１２の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、最大供給電力の第１の設定値または最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、第２の現在発電出力をゼロから、第２の発電設備１２の最大発電出力の間で調整するというものである。
【００２２】
さらに詳細に説明するなら、現在合成発電出力が最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を第２の現在発電出力から減少させる。一方、現在合成発電出力が最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、最大供給電力の第２の設定値に対する負の方向の超過電力相当分に、最大供給電力の第１の設定値に相当する電力と最大供給電力の第２の設定値に相当する電力との差分に相当する電力を加えた、合計電力相当分を第２の現在発電出力に増加させる。例えば、発電出力調整設備１３に可変抵抗設備を用いる場合には、第１の発電設備１１および第２の発電設備１２の出力合成部１４に応じて、抵抗値を増減しながら発電電力を調整する機能が備えられている。
【００２３】
また、発電出力調整設備１３に蓄電設備（蓄電池）を用いる場合には、第１の発電設備１１および第２の発電設備１２の出力合成部１４に応じて、蓄電池の充放電を繰り返しながら発電電力を調整する機能が備えられている。
【００２４】
図２は、図１における発電出力調整設備１３を用いて、第１の発電設備１１および第２の発電設備１２の出力合成部１４で得られる合成出力を減少および増加した場合の協調型発電設備１０の合成出力２１の時間推移である。図において、グラフの横軸は時間、縦軸は合成出力を表している。単位は任意である。ここでは連系容量２２に対し、その９５％の合成出力を第１の設定値２３とし、１０％の合成出力を第２の設定値２４にした。図から明らかなように、合成出力２１が第１の設定値２３を超えた場合には、発電出力調整設備１３により合成出力を減少させている。
【００２５】
これに対し、合成出力２１が第２の設定値２４を下回った場合には、発電出力調整設備１３により合成出力２１を増加させている。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の時間、および時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の時間では、負の方向の超過電力相当分と最大供給電力の第１の設定値に相当する電力の和を増加するように制御を行った。
【００２６】
なお、ここでは発電出力調整設備１３に蓄電設備（蓄電池）を用いたが、第１の発電設備１１および第２の発電設備１２の出力合成部１４に応じて、蓄電池の充放電を繰り返しながら発電電力を調整していることが確認できた。また、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備を用いても同様の効果が得られる。さらに、可変抵抗設備は後述するように第１の設定値のみ定めて運転するため、発電出力調整設備１３では減少することしかできないが、その場合は同様の効果が得られることが確認できた。具体的には、図４の説明で述べる。
【００２７】
図３（ａ）および（ｂ）は、協調型発電設備の構成例である。（ａ）は、第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の出力合成部１４と、第１の発電設備１１あるいは第２の発電設備１２のそれぞれの出力部との中間に発電出力調整設備１３を配した例である。（ｂ）は、第１の発電設備１１と、第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の出力合成部１４との中間に発電出力調整設備１７を配し、第２の発電設備１２と、第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の出力合成部１４との中間に発電出力調整設備１３を配した例である。どちらを用いた場合でも、本発明における目的はクリアできるが、特に図３（ｂ）の場合には発電出力調整設備１３を複数台設置するため、初期コストが増大する。
【００２８】
図４は、協調型発電設備１０において、発電出力調整設備１３として可変抵抗設備だけを適用した場合の合成出力４１の時間推移である。ここでは連系容量２２に対し、その９５％の合成出力を第１の設定値２３とした。最大供給電力の第２の設定値は、最大供給電力の第１の設定値２３と等しい値に設定し、正の方向の超過電力相当分の処理のみ行っている。図から明らかなように、合成出力４１が第１の設定値２３を超えた場合には、発電出力調整設備１３により合成出力を減少させている。上述したように、発電出力調整設備１３として、蓄電設備、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備を用いても同様の効果が得られたが、合成出力の変化に対する応答性は可変抵抗設備が最も優れており、合成出力４１が連系容量を超過することはほぼ皆無であった。
【００２９】
図５は、協調型発電設備１０に（第１＋第２）の発電設備の合成出力制御部５７と、発電電力の出力制御判定機能５８が付加されている。図５において、矢印付きの太実線は、電力線および電力が流れる方向を表し、矢印付きの細実線は、制御または情報の伝送線およびその伝送方向を表している。また、この電力線（矢印付きの太実線）の途中には、直流電力を交流電力に変換するインバータや変圧器などが適宜設けられているが、ここでは、その図示を省略している。
【００３０】
発電電力の出力制御判定機能５８は、経済性を考慮し、現時点での制御を、第１の発電設備１１のみ、第２の発電設備１２のみ、発電出力調整設備１３のみ、あるいは２つ以上の組み合わせで行うのかを判定するものである。特に、売電単価が発電設備の種類によって変わる場合にこの機能は有効である。また、経済性のみならず、天候や季節、時間帯に応じて出力制御する設備を変えることは有効であり、判定条件としてそのような項目を入れておくことは効果的である。
【００３１】
図６は、第１の設定値および第２の設定値の決定する場合の処理を示すフローチャートを示す。事業採算性を考慮して協調型発電設備１０の設置場所が決定したら、その設置場所の地形および風況や日射量などの調査や特徴分析を行ったうえで、第１の設定値および第２の設定値を決定する。
【００３２】
図７は、協調型発電設備１０によって発電される、第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の合成出力の時間推移の例を示した図である。図において、グラフの横軸は時間を表し、縦軸は合成出力を表す。単位は任意である。ここでは、第１の設定値２３は連系容量２２と同じ値に設定している。図７（ａ）は第１の発電設備１１と第２の発電設備１２をフリーに発電させ、かつ発電出力調整設備１３を稼働させない場合、図７（ｂ）は第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の合成出力が連系容量に到達した場合に発電出力調整設備１３を用いて出力制御した場合、図７（ｃ）は第１の発電設備１１と第２の発電設備１２の合成出力が連系容量２２（第１の設定値２３）の９７％に到達した場合に第２の発電設備１２である風力発電設備の風車のピッチ制御を用いて出力制御した場合、図７（ｄ）は図７（ｂ）と（ｃ）を組み合わせ、連系容量２２（第１の設定値）の９７％に到達した場合に第２の発電設備１２である風力発電設備の風車のピッチ制御を稼働させ、かつ連系容量２２（第１の設定値２３）に到達した場合、発電出力調整設備１３を稼働させて出力制御した場合を示す。なお、ここでは、発電出力調整設備１３には可変抵抗設備を使用した。
【００３３】
計測の日の天気は晴れのち曇りであり、太陽が出たり、雲に覆われたりを繰り返していたため、合成発電出力の変動が一部で大きくなっている。結果、図７（ａ）では、合成出力７１が連系容量２２を超過することがわかった。図７（ｂ）では、若干ではあるが、合成出力７２が連系容量２２を超過することがわかったが、のちの検討で連系容量の９５％程度になったときに可変抵抗設備を稼働し、抵抗を変化させることで連系容量２２を超過しない制御が実現できることがわかった。図７（ｃ）では、合成出力７３が連系容量２２を超えることはなかったが、連系容量２２と合成出力７３の差分は発電機会損失であり、若干ではあるが、無駄な出力制御をしていることがわかった。一方で、図７（ｄ）では、合成出力７４は連系容量２２を超過せず、かつ発電機会損失も小さくなることがわかった。具体的には、図7（ｃ）に比べて発電機会損失が５０％以下に低減できることがわかった。
【００３４】
図８には、第１の発電設備１１に電力計８７、第２の発電設備１２に電力計８８、発電出力調整設備１３に電力計８９がそれぞれ設けられているが、この電力計は必要に応じて増減しても問題はない。また、設置場所も特に限定しない。ただし、発電設備により売電単価が異なるような場合には、どの発電設備からどれだけの電力を出力したかを明確にできるような設置が必要となる。
【００３５】
図９は、発電出力調整設備１３のスケジュール運転の一例を示す図である。図中に示す波形が発電出力調整設備１３の稼働スケジュール９１である。この一例では、発電出力調整設備１３に可変抵抗設備を使用している。図９から明らかなように、第１の発電設備１１が発電しない時間帯である夜間から早朝では、発電出力調整設備１３は稼働させずに停止する一方で、太陽光発電設備が発電する時間帯では、発電出力調整設備１３を稼働させている。これは時間帯だけでなく、天候によっても使い分けることができる。すなわち、雨の日など連系容量を超過することがない場合には、発電出力調整設備１３は停止していてもなんら問題はない。また、複数台の可変抵抗設備を設置している場合には、天候などに応じてすべての可変抵抗設備を稼働させずに、必要台数のみ稼働準備に入っていれば良い。また、日射量予測や風況予測を活用することで、効率良く発電出力調整設備１３を稼働させることが可能となる場合もある。
【００３６】
ここで、日射量や風況予測は、気象観測所等から取得される情報に基づき、現時点から所定の時間の間の日射量や風速などを予測し、その予測結果に基づき合成出力を予測するというものである。ここでいう気象観測所とは、気象衛星、気象台、測候所、その他の気象観測ポイントで観測された気象データを提供する気象情報提供センタのことを指す。気象観測所は、第１の発電設備１１や第２の発電設備１２の近傍に独自に設けられたものであってもよい。この場合には、近傍で観測された日射量、気圧、気温、降水量、相対湿度、風速などのデータを用いることができるため、比較的予測精度の向上が容易となる。また、独自の気象観測所の設置時に、その設置場所を予め最適化しておくことは、合成出力の予測精度向上を図る上で効果があることは言うまでもない。
【００３７】
また、ここでいう独自の気象観測所は、気象観測機器に加えて、全天空写真を撮影するための魚眼カメラなどを備えていてもよく、あるいは、この魚眼カメラだけで構成されていてもよい。魚眼カメラでは、全天空における太陽の位置と雲の位置関係を直接に表した画像を得ることができることから、その画像の解析により数秒あるいは数分先の日射量を高精度に予測することができる。
【００３８】
合成出力を予測する方法としては、様々な方法を用いることができる。例えば、気象衛星による雲画像を利用した日射量予測、気象予報に基づく日射量予測、過去の発電データを利用した日射量予測、さらには、これらを組み合わせた予測など、そのいずれかを用いてもよい。また、これらの他にも、気圧、気温、降水量、相対湿度、風速、および、これらの時間的な変化量から選ばれた１つまたは複数のデータを組み合わせて用いることは、予測の精度向上を図る上で有効である。同様に、風況を予測する方法についても、例えば、気象衛星による雲画像を利用した風況予測、気象予報に基づく風況予測、過去の発電データを利用した風況予測などを用いることができる。
【００３９】
図１０は、発電出力調整設備１３に可変抵抗設備を用い、それで消費した電力を熱利用する構成例を示す。ここでの例は、変電所１５を介さずに、別ラインで熱利用設備１０７へ供給している。熱利用の一例としては、ビニルハウスへの供給、製氷工場への供給、解氷ヒータへの供給など様々なものが考えられるが、特に限定するものではない。
【００４０】
図１１は、発電出力調整設備１３と風車のピッチ制御を併用した場合に連系容量２２（第１の設定値２３）を超えた合成出力において、その余剰分を熱利用することを示した図である。なにも制御しない場合の、合成出力１１１と、発電出力調整設備１３と風車のピッチ制御を併用した合成出力１１２の斜線部を熱利用するという例である。
【００４１】
本実施形態によれば、複数の発電設備を協調制御する協調型発電設備において、合成発電出力が連系容量に対して高効率に発電することが可能な協調型発電設備の提供を可能とする。また、これにより、単独の発電設備を所有する場合に比べて、経済性をも圧迫しない発電所にすることができる。さらに、現時点で空き容量がゼロまたはごく少量であった地域でも発電所の新規導入を可能にすることができる。
【００４２】
≪その他の実施形態≫
本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    協調型発電設備
１１    第１の発電設備
１２    第２の発電設備
１３，１７    発電出力調整設備
１４    第１の発電設備と第２の発電設備の出力合成部
１５    変電所
１６    商用電力系統
２１    合成出力
２２    連系容量
２３    第１の設定値
２４    第２の設定値
４１    合成出力
５７    （第１＋第２）の発電設備の合成出力制御部
５８    合成出力の出力制御判定機能
７１，７２，７３，７４    合成出力
８７，８８，８９    電力計
９１    発電出力調整設備の稼働スケジュール
１０７    熱利用設備
１１１，１１２    合成出力
【図１】
2019221057.tif 000003
【図２】
2019221057.tif 000004
【図３】
2019221057.tif 000005
【図４】
2019221057.tif 000006
【図５】
2019221057.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019221057.tif 000009
【図８】
2019221057.tif 000010
【図９】
2019221057.tif 000011
【図１０】
2019221057.tif 000012
【図１１】
2019221057.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月18日(2018.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、
第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、を備え、
最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備であって、
前記協調型発電設備は、更に発電出力調整設備を備え、
前記第１の発電設備の現在の発電出力である第１の現在発電出力と前記第２の発電設備の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、前記最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を、前記第２の現在発電出力から減少させ、前記現在合成発電出力が前記最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第２の設定値に対する負の方向の超過電力相当分に、前記最大供給電力の第１の設定値に相当する電力と前記最大供給電力の第２の設定値に相当する電力との差分に相当する電力を加えた、合計電力相当分を前記第２の現在発電出力に増加させることを特徴とする協調型発電設備。
【請求項２】
前記発電出力調整設備は、前記第１の発電設備と前記第２の発電設備の出力合成部と前記第２の発電設備の出力部との中間に配される
ことを特徴とする請求項１に記載の協調型発電設備。
【請求項３】
前記発電出力調整設備は、蓄電設備、可変抵抗設備、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備のうちいずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の組合せにより構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の協調型発電設備。
【請求項４】
前記最大供給電力の第１の設定値及び前記最大供給電力の第２の設定値は、前記協調型発電設備を設置する場所の地形及び風況や日射量の周辺環境条件に基づき決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の協調型発電設備。
【請求項５】
前記発電出力調整設備として可変抵抗設備だけを選択したとき、前記最大供給電力の第２の設定値を前記最大供給電力の第１の設定値に等しい値に設定し、前記正の方向の超過電力相当分の処理のみを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の協調型発電設備。
【請求項６】
前記第１の発電設備は太陽光をエネルギー源とする太陽光発電設備、あるいは風力をエネルギー源とする風力発電設備のいずれかであり、かつ前記第２の発電設備は前記風力発電設備、あるいは前記太陽光発電設備のいずれかである
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項７】
前記発電出力調整設備のうち少なくとも１つの設備、またはこれらのうち２つ以上の設備と、風車のブレードのピッチコントロール制御、発電機の回転数制御、パワーコンディショナー制御のうち少なくとも１つにより、またはこれらのうち２つ以上の制御を組み合わせることにより、合成出力を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項８】
前記第１の発電設備と、前記第２の発電設備と、前記発電出力調整設備からなる協調型発電設備において、いずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の設備に、発電電力あるいは供給電力を計測するための、計測メーターを設置する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項９】
前記第１の発電設備と、前記第２の発電設備と、前記発電出力調整設備からなる協調型発電設備であって、天候、時刻、季節に応じて適したスケジュール運転を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の協調型発電設備。
【請求項１０】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の協調型発電設備であって、
最大供給電力が予め定められた値に制限されており、前記最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、前記最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を温水に変換して熱利用する
ことを特徴とする協調型発電設備の余剰電力の活用方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記した課題を解決するために、本発明に係る協調型発電設備は、第１エネルギー源により電力を発電する第１の発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２の発電設備と、を備え、最大供給電力が予め定められた値に制限された協調型発電設備であって、協調型発電設備は、更に発電出力調整設備を備え、第１の発電設備の現在の発電出力である第１の現在発電出力と第２の発電設備の現在の発電出力である第２の現在発電出力との合成である現在合成発電出力が、最大供給電力の第１の設定値に到達したときに、最大供給電力の第１の設定値に対する正の方向の超過電力相当分を、第２の現在発電出力から減少させ、現在合成発電出力が最大供給電力の第２の設定値に到達したときに、最大供給電力の第２の設定値に対する負の方向の超過電力相当分に、最大供給電力の第１の設定値に相当する電力と最大供給電力の第２の設定値に相当する電力との差分に相当する電力を加えた、合計電力相当分を第２の現在発電出力に増加させることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
ここでの発電出力調整設備は、可変抵抗設備、フライホイール設備、超電導電力貯蔵ＳＭＥＳ設備、インダクタ設備、電気二重層キャパシタ設備のうちいずれか１つ、またはこれらのうち２つ以上の組合せにより構成することで解決できる。また、本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。