(57)【要約】【課題】交流発電機からの大きな出力変動を電池に好適に受け入れることができる発電設備を提供すること。【解決手段】誘導発電機又は同期発電機からなる交流発電機３と、前記交流発電機３からの出力を整流する交流直流変換器４と、前記交流直流変換器４によって整流された出力によって充電されるレドックス・フロー電池６と、前記レドックス・フロー電池６の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器５と、を備え、前記レドックス・フロー電池６を構成する複数の単電池６２に共通の電池活物質を供給することを特徴とする。また、交流発電機３と、交流直流変換器４と、前記交流直流変換器４によって整流された出力によって充電される活物質再生型の燃料電池と、前記燃料電池の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器５と、を備え、前記燃料電池を構成する複数の単電池６２に共通の電池活物質を供給することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導発電機又は同期発電機からなる交流発電機と、
前記交流発電機からの出力を整流する交流直流変換器と、
前記交流直流変換器によって整流された出力によって充電されるレドックス・フロー電池と、
前記レドックス・フロー電池の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器と、を備え、
前記レドックス・フロー電池を構成する複数の単電池に共通の電池活物質を供給することを特徴とする発電設備。
【請求項２】
前記レドックス・フロー電池の前記単電池における充放電面積抵抗率が１．０Ωｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の発電設備。
【請求項３】
前記交流直流変換器と前記直流交流変換器との間に、前記レドックス・フロー電池が直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発電設備。
【請求項４】
風力発電設備、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備、潮力発電設備の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発電設備。
【請求項５】
誘導発電機又は同期発電機からなる交流発電機と、
前記交流発電機からの出力を整流する交流直流変換器と、
前記交流直流変換器によって整流された出力によって充電される活物質再生型の燃料電池と、
前記燃料電池の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器と、を備え、
前記燃料電池を構成する複数の単電池に共通の電池活物質を供給することを特徴とする発電設備。
【請求項６】
前記燃料電池の前記単電池における充放電面積抵抗率が１．０Ωｃｍ２以下であることを特徴とする請求項５記載の発電設備。
【請求項７】
前記交流直流変換器と前記直流交流変換器との間に、前記燃料電池が直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項５又は６記載の発電設備。
【請求項８】
風力発電設備、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備、潮力発電設備の何れかであることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電設備に関し、より詳しくは、交流発電機からの大きな出力変動を電池に好適に受け入れることができる発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、風力発電設備で発生した電力をニッケル水素電池に充電する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２、３には、風力発電設備で発生した電力をレドックス・フロー電池に充電する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５４７２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７７６３号公報
【特許文献３】特開２００７−８７８２９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、従来の技術では、交流発電機からの出力変動が大きい場合に電池に受け入れることが困難であり、特に交流発電機として誘導発電機を用いた場合の突入電流などに対処することができなかった。
また、特許文献２、３では、風力発電設備の発電状況に応じて、レドックス・フロー電池の電解液の送液量を制御している。しかし、特許文献２、３では、回路が複雑になり、出力変動を抑えた上で充電しているため、制御等が困難となる。
【０００６】
そこで本発明の課題は、交流発電機からの大きな出力変動を電池に好適に受け入れることができる発電設備を提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【０００９】
（請求項１）
誘導発電機又は同期発電機からなる交流発電機と、
前記交流発電機からの出力を整流する交流直流変換器と、
前記交流直流変換器によって整流された出力によって充電されるレドックス・フロー電池と、
前記レドックス・フロー電池の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器と、を備え、
前記レドックス・フロー電池を構成する複数の単電池に共通の電池活物質を供給することを特徴とする発電設備。
（請求項２）
前記レドックス・フロー電池の前記単電池における充放電面積抵抗率が１．０Ωｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の発電設備。
（請求項３）
前記交流直流変換器と前記直流交流変換器との間に、前記レドックス・フロー電池が直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発電設備。
（請求項４）
風力発電設備、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備、潮力発電設備の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発電設備。
（請求項５）
誘導発電機又は同期発電機からなる交流発電機と、
前記交流発電機からの出力を整流する交流直流変換器と、
前記交流直流変換器によって整流された出力によって充電される活物質再生型の燃料電池と、
前記燃料電池の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する直流交流変換器と、を備え、
前記燃料電池を構成する複数の単電池に共通の電池活物質を供給することを特徴とする発電設備。
（請求項６）
前記燃料電池の前記単電池における充放電面積抵抗率が１．０Ωｃｍ２以下であることを特徴とする請求項５記載の発電設備。
（請求項７）
前記交流直流変換器と前記直流交流変換器との間に、前記燃料電池が直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項５又は６記載の発電設備。
（請求項８）
風力発電設備、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備、潮力発電設備の何れかであることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の発電設備。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、交流発電機からの大きな出力変動を電池に好適に受け入れることができる発電設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の発電設備の一例を示す概略図
【図２】図１に示した発電設備の回路図
【図３】レドックス・フロー電池における電池活物質の供給を説明する図
【図４】ミニ及び又はマイクロ水力発電設備における水車の設置例を示す図
【図５】実施例の結果を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について詳しく説明する。
【００１３】
図１は本発明の発電設備の一例を示す概略図、図２は図１に示した発電設備の回路図である。
【００１４】
図示の発電設備は風力発電設備であり、風車１、ギアボックス２、交流発電機３、交流直流変換器４、直流交流変換器５、及びレドックス・フロー電池６を備えている。
【００１５】
風車１は、回転軸と該回転軸に設けられたブレードとを備えており、ブレードによって受けた風力を、回転軸の回転動力（軸動力ともいう。）に変換する。
【００１６】
ギアボックス２は、図示しないギアを備えており、風車１からの回転動力を、交流発電機３における発電に適した回転速度になるように増速させる。
【００１７】
交流発電機３は、回転動力を、交流の電力に変換する。交流発電機３においては、回転軸側に設けられた図示しない回転子（コイル）が、図示しない固定子（コイル）に対して回転することによって、該固定子に交流の電力が発生する。
【００１８】
交流発電機３としては同期発電機と誘導発電機とが挙げられ、何れを用いてもよいが、特に誘導発電機を用いる場合に本発明の効果が顕著になる。
【００１９】
同期発電機は、発電機の外部から回転子に直流電流を流すための装置（励磁装置）を用いて励磁を行うことによって、発電可能な状態を形成する。
【００２０】
一方、誘導発電機は、同期発電機と違い、発電機の外部から回転子に直流電流を流さず、固定子のコイルに交流電流（通常は電力系統から得る。）を流して、電磁誘導により回転子に磁界を発生させることによって、発電可能な状態を形成する。
【００２１】
誘導発電機は、同期発電機に必要な励磁装置を省略できるため、設備費を低減し、容易にメンテナンスできるという利点がある。誘導発電機には、大きな突入電流が発生するという特有の問題があるが、後述するように本発明によってこの問題は好適に解決される。
【００２２】
交流直流変換器４は、交流発電機３からの交流の出力を整流して直流にする。交流直流変換器４としては、コンバータ等を用いることができる。
【００２３】
レドックス・フロー電池６は、交流直流変換器４によって整流された出力によって充電される。
レドックス・フロー電池６は、電解槽である電池本体（セルスタック）を用いて、入力（充電）時に電解によって電池活物質を再生し、それをタンクなどに貯蔵しておき、出力（放電）時に、貯蔵していた電池活物質を、再度、電池本体に送り、電池反応によって電力を取り出す。活物質再生は、例えば、放電時に酸化された電池活物質を充電時に還元すること、あるいは、放電時に還元された電池活物質を充電時に酸化することであり得る。レドックス・フロー電池６は、このような活物質再生を、該レドックス・フロー電池６を構成する単電池の正極及び負極の一方又は両方において行うものであればよい。
【００２４】
レドックス・フロー電池６は、交流直流変換器４と直流交流変換器５との間に、並列に接続されている。
【００２５】
レドックス・フロー電池６は、複数のセルスタック６１を直列に接続することによって構成されている。また、各セルスタック６１は、複数の単電池６２を直列に接続することによって構成されている。
【００２６】
レドックス・フロー電池６は、該レドックス・フロー電池６を構成する複数の単電池６２に、共通の電池活物質を供給するように構成されている。これについて、図３を参照して説明する。
【００２７】
図３はレドックス・フロー電池６における電池活物質の供給を説明する図である。
【００２８】
レドックス・フロー電池６を構成する各々の単電池６２は、隔膜を介して並設された正極Ｐ及び負極Ｎによって構成される。単電池６２は、活物質流通型電解槽であり、正極Ｐ及び負極Ｎの一方又は両方（本実施形態では両方）に活物質を流通させて充放電に伴う電解反応を行う。
【００２９】
ここで、正極Ｐ及び負極Ｎはそれぞれグラファイト質炭素繊維によって構成されている。
【００３０】
また、隔膜としては、イオン交換機能を有する微多孔性の隔膜を用いている。このような隔膜として、イオン交換膜や、ＮＦ膜（ナノ濾過膜）やＭＦ膜（精密濾過膜）等の微多孔膜を用いることができる。
【００３１】
本実施形態において、レドックス・フロー電池６は、バナジウムレドックス・フロー電池であり、正極活物質として４価及び５価バナジウムイオンを含む液（正極液ともいう。）を用い、負極活物質として２価及び３価バナジウムイオンを含む液（負極液ともいう。）を用いる。
【００３２】
図示しない正極液タンクから図示しないポンプによって移送される正極液は、供給ライン６５から分岐され、複数の単電池６２の正極Ｐに流入する。複数の正極Ｐから流出した正極液は、合流され、返送ライン６６を介して正極液タンクに返送される。
【００３３】
同様に、図示しない負極液タンクから図示しないポンプによって移送される負極液は、供給ライン６７から分岐され、複数の単電池６２の負極Ｎに流入する。複数の負極Ｎから流出した負極液は、合流され、返送ライン６８を介して負極液タンクに返送される。
【００３４】
このようにして、レドックス・フロー電池６を構成する複数の単電池６２に、共通の電池活物質を供給している。
【００３５】
直流交流変換器５は、レドックス・フロー電池６の放電による出力を交流に変換して、電力系統及び又は負荷に出力する。直流交流変換器５としては、インバータ等を用いることができる。
【００３６】
以上の構成を備える発電設備によれば、交流発電機３からの大きな出力変動を、レドックス・フロー電池６に好適に受け入れることができる効果が得られる。
【００３７】
交流発電機３として特に誘導発電機を用いる場合、従来の技術では、系統連系時に例えば通常の１０倍に達するような大きな突入電流が数秒間流れ、発電機の損傷なども起こることがあった。起動電流を抑えるためにサイリスタを用いて緩慢にスタートさせる手法なども取られているが、それでも配電系統に連係される場合などにおいては、比較的短時間ではあるが、大きな電圧変動が起こる。そのため、発電機などの損傷事故を確実に防止することは困難である。
【００３８】
起動電流を小さくする対策としては、起動時の有効・無効電力の変化を測定して、スタートした場合の誘導発電機の特性を把握し、適切な起動補償コンデンサを入れて無効電力を制御し、電圧変動を抑えることなどが有効な対策であった。これは起動時に限らず、比較的大型の風力発電機の稼動中においても、風が弱まり４極の大容量発電機から６極の小容量発電機に切り替わるときなども、回生制動が大きな無効電力を発生して、電圧変動が大きくなるため、有効な対処方法であった。
【００３９】
一般に誘導発電機の特性として、連系時の突入電流が大きいことはこれまでも知られてきたが、さらに、緩慢なスタート(サイリスタによる位相制御)を行った後も、大きな無効電力を発生することが最近判ってきた。
【００４０】
このスタート時も電流を小さくできない理由は、誘導発電機の特性として、同期速度を大きく超えた場合、有効電力の出力が減少し、速度をコントロールできなくなり過大なスピードになってしまうことによるものである。
【００４１】
このため、緩慢なスタートで電流を抑制する場合でも、短時間で起動を終了させ、過大なスピードとならない範囲で電流をコントロールする必要があり、連系時の電流をあまり小さくできず、それに伴って無効電力が大きくなってしまっていた。
【００４２】
この調整は起動制御装置において、設定した起動電流を超えないよう位相制御を行うが、連系時に必要な負荷の大半が、遅れの無効電力であることから、起動補償コンデンサを用いることが最も現実的な方法とされていた。
【００４３】
しかし、短時間に大きく変動する風力発電機からの出力を、コンデンサだけで調整することは、特に、中型、小型風車の場合、容易ではなく、前述した発電機の損傷事故は頻繁に発生していた。
【００４４】
この問題は、水量変動が激しい小規模な水力発電設備においても生じている。とくに出力範囲が１〜０．１ＭＷのミニ水力発電設備、１００ｋＷ以下のマイクロ水力発電設備などにおいて対策をとる必要がある。例えば、水量変動の激しい流路中に設けられたクロスフロー型のマイクロ水車の回転数は短時間に静止状態から１０００ｒｐｍ程度にわたって変化する場合があり、風車と同様に突入電流等の問題が発生しやすい。
また、潮力発電設備が備える、潮力を利用した水車においても、程度は小さくなるが同様な問題は発生する。
【００４５】
本実施形態によれば、コンデンサに替わって、電池活物質液を各単電池間で共有するレドックス・フロー電池を用いて、上記のような問題を解決する。
このレドックス・フロー電池は、活物質液（電解液）を各単電池に補給し、蓄電容量に常に余裕を持たせることができ、さらに、電池の内部抵抗（充放電に伴う面積抵抗率）が小さいことが、電源からの大きな出力変動を受けるという点で重要である。
【００４６】
また、レドックス・フロー電池は、電池活物質液（電解液）だけを増量することによって、蓄電量を大きくしていくことができ、大容量の電力貯蔵に、経済性の点で一般的な二次電池（例えばニッケル水素二次電池等）には見られない利点を有している。
【００４７】
レドックス・フロー電池６を構成する単電池６２における充放電面積抵抗率は１．０Ωｃｍ２以下であることが好ましく、０．８Ωｃｍ２以下であることが更に好ましく、０．５Ωｃｍ２以下であることが最も好ましい。これにより、交流発電機３からの出力変動が大きくなってもレドックス・フロー電池６に好適に受け入れることができ、特に上述した突入電流にも好適に対処できる。充放電面積抵抗率は、２つ以上の電流密度の差と、それぞれに対応する入力もしくは出力電圧の差から算出される値である。
【００４８】
図１及び図２の例では、交流直流変換器４と直流交流変換器５との間に、レドックス・フロー電池６が並列に接続される場合について示したが、これに限定されず、交流直流変換器４と直流交流変換器５との間に、レドックス・フロー電池６を直列に接続してもよい。
【００４９】
また、交流直流変換器４及び直流交流変換器５は、図１及び図２に示したように、交流発電機３と、系統電力及び又は負荷との間を接続する配線上に設けられることが好ましい。これにより、回路が簡略化され、制御等が容易になる効果が得られる。
【００５０】
以上の説明では、発電設備が風力発電設備である場合について主に示したが、これに限定されない。発電設備は、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備、潮力発電設備等であってもよい。
【００５１】
例えば図４に示すように、ミニ及び又はマイクロ水力発電設備は、大規模なダム発電とは異なり、水車７を河川８に設置することによって発電を行う方法を好ましく用いることができる。この場合、水車７は激しい水量変動下に曝されるため、交流発電機からの出力変動は大きくなる。このとき、交流発電機として誘導発電機を用いれば、その出力変動は更に大きくなり得る。このような場合においても、本発明の発電設備を用いることによって、大きな出力変動を、レドックス・フロー電池に好適に受け入れることができる。潮力発電設備が備える水車についても同様の効果が得られる。
【００５２】
本実施形態において、特に図２に示されるように、レドックス・フロー電池６は、セルスタック６１を構成する単電池６２間に単電池間接続部６４を備えることが好ましい。
【００５３】
単電池間接続部６４としては、単電池６２間に設けられたバイポーラプレート等を用いることができる。
【００５４】
レドックス・フロー電池６は、単電池間接続部６４を入出力接続部として用いることによって入出力電圧を調整可能に構成される。即ち、単電池間接続部６４の選択によって、入出力の対象となる直列に接続された単電池６２の数が決まり、これにより入出力電圧が調整される。
【００５５】
また、各セルスタック６１の両端に設けられる接続部（末端接続部）であるエンドプレート６３は、複数のセルスタック６１間を直列に接続するために用いることができるが、入出力接続部を兼ねることもできる。
【００５６】
そのため、レドックス・フロー電池６は、一つの電源又は負荷への入出力に用いる一対の接続部（２つの接続部）として、末端接続部であるエンドプレート６３と、単電池間接続部６４とからなる複数の接続部の中から、２つの接続部を選択できる。２つの接続部の選択は、１つのセルスタック６１の中で行うことができるだけでなく、直列に接続された複数のセルスタック６１全体の中で行うことができる。これにより、幅広い入出力、特に高入出力に好適に対応できる。
【００５７】
また、入出力対象となる単電池６２を変更しても、単電池６２間で電池活物質液が共有されているため、充電深度が均一化される。
【００５８】
２つの接続部のうち１つが接地される場合は、選択される接続部は１つでよい。
【００５９】
接続部の選択には図示しない切替素子を用いることができる。切替素子による単電池の数の切替えは、例えばＭＰＰＴ（Maximum power point tracking）機構によって実行されるように構成されてもよい。これにより、外部回路によるＤＣ−ＤＣ変換等を行わなくても、単電池間接続部６４を用いた多段階の入出力電圧の調整によって、レドックス・フロー電池６への効率的な入出力が可能になる。
【００６０】
以上の説明では、レドックス・フロー電池がバナジウムレドックス・フロー電池である場合について主に示したが、これに限定されない。レドックス・フロー電池は、例えば、クロム−臭素電池等であってもよい。また、レドックス・フロー電池を構成する単電池は、両極に活物質を循環供給する活物質流通型電解槽である場合に限定されず、例えば、正極及び負極の一方に活物質を循環供給する活物質流通型電解槽であってもよい。このようなレドックス・フロー電池として、例えば、バナジウム−空気電池等が挙げられる。
【００６１】
以上の説明では、発電設備が備える蓄電部を構成する電池として、レドックス・フロー電池を用いる場合について主に示したが、レドックス・フロー電池に代えて、活物質再生型の燃料電池を用いてもよい。活物質再生型の燃料電池は、上述したレドックス・フロー電池と同様に、電解槽である電池本体（セルスタック）を用いて、入力（充電）時に電解によって電池活物質を再生し、それをタンクなどに貯蔵しておき、出力（放電）時に、貯蔵していた電池活物質を、再度、電池本体に送り、電池反応によって電力を取り出すことができる。
【００６２】
活物質再生型の燃料電池に供給される電池活物質は、例えば気体（ガス）状であり得る。気体状の電池活物質を用いる活物質再生型の燃料電池として、例えば、水素−酸素（空気）燃料電池等が挙げられる。水素−酸素（空気）燃料電池等は、内部抵抗（充放電面積抵抗率）を小さくした構造の燃料電池セルスタックを用いて、充電時には水を電解して水素を貯蔵しておき、放電時には、この貯蔵した水素と空気（酸素）との電池反応を、電池本体（セルスタック）で行うことができる。これにより、上述したレドックス・フロー電池を用いる場合と同様に、交流発電機からの大きな出力変動を電池に好適に受け入れることができる。
【００６３】
レドックス・フロー電池を用いた発電設備についてした説明は、活物質再生型の燃料電池を用いた発電設備に適宜援用することができる。
【実施例】
【００６４】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。
【００６５】
（実施例１）；バナジウムレドックス・フロー電池
図１及び図２に示したものと同様に、誘導発電機を有する風車からの出力を整流した後、１２０セルを直列に積層したバナジウムレドックス・フロー電池を並列に接続した。
【００６６】
本実施例で用いたレドックス・フロー電池は、硫酸酸性バナジウム水溶液を電池活物質として、イオン交換機能を有する微多孔性の隔膜と細径のグラファイト質炭素繊維を含有する電解液流通型のセルスタックで構成した。これにより、レドックス・フロー電池を構成する単電池あたりの充放電面積抵抗率を０．５Ωｃｍ２とした。
【００６７】
（実施例２）；バナジウムレドックス・フロー電池
実施例１において、レドックス・フロー電池を構成する単電池あたりの充放電面積抵抗率を０．８Ωｃｍ２としたこと以外は、実施例１と同様にした。
【００６８】
（比較例１）
実施例１において、レドックス・フロー電池の接続を省略したこと以外は、実施例１と同様にした。
【００６９】
＜評価＞
図５（ａ）に、実施例１、２について、レドックス・フロー電池に接続された風力発電機の出力端子間の電圧の経時変化を示す。比較例１については、開回路時の風力発電機出力電圧の経時変化を示している。また、図５（ｂ）に、同様に風力発電機に接続されたレドックス・フロー電池を構成する単電池における見掛けの電流密度（充電電流密度）の経時変化を示す。
図５（ｂ）より、充放電面積抵抗率が小さいほど（実施例２よりも実施例１の方が）、より大きな電流密度を受け入れることができ、過渡的な電流が更に小さくなることがわかる。
【００７０】
実施例１、２において、レドックス・フロー電池に充電（入力）されるエネルギー（電流×電圧）は、充放電面積抵抗率が小さいほど大きくなり、０．５Ωｃｍ２の場合は、０．８Ωｃｍ２の場合と比べて倍以上であった。
【００７１】
充放電面積抵抗率が小さくなれば、充電受入性が向上した分だけ、誘導発電機からの出力変動を受け入れることができ、特に起動時の突入電流などを平準化する機能に優れる。この機能は、従来的な手法である起動補償コンデンサを用いる場合と同様の水準を実現する。
【００７２】
低内部抵抗のレドックス・フロー電池は、炭素繊維自身が大きな静電容量を有するだけでなく、活物質液である電解液の単電池内更新によって、蓄電容量が著しく大きくなる。したがってレドックス・フロー電池は最も蓄電容量の大きな蓄電器（コンデンサ）として好適に機能する。このとき、内部抵抗率が十分に小さいことが重要な条件になり、１．０Ωｃｍ２以下であることが好ましく、０．８Ωｃｍ２以下であることが更に好ましく、０．５Ωｃｍ２以下であることが最も好ましい。
【００７３】
クロスフロー水車（定格回転数  約１，０００ｒｐｍ）と誘導発電機（最大１５ｋＷ）の組み合わせにおけるマイクロ水車においても、風車における実施例と同様に、電圧変動を大きく低減できることを確認した。
【００７４】
更に考察すると、蓄電部には、特に変動の激しい出力に対して、高い効率および長時間率で蓄電できる機能が要求される。通常、変動の激しい出力を受ける場合は、キャパシタと二次電池の組み合わせなどで対応するが、変動する出力特性、キャパシタ所要容量、二次電池の充放電制御方法に十分配慮して、蓄電部の設計、製作を行う必要があり、このようなシステムを構築しようとすると、経済性の点で、実現は困難であった。
【００７５】
一方、キャパシタだけでは蓄電容量が圧倒的に不足するので、二次電池などとの組み合わせは不可欠になる。多孔質の炭素電極を使用するレドックス・フロー電池はキャパシタの機能と二次電池の機能とを有し、かつ、電解液（活物質液）を各単電池に共通にして送ることができるため、単電池間の充電深度にばらつきが生じることを防止できる。この点で、本発明にとって需要な電力貯蔵設備として用いることができる。
【００７６】
レドックス・フロー電池や活物質再生型の燃料電池において、単セルあたりの電極面積（２並列の電池列で使用するときは、その１／２の電極面積）を大きくすることによって、実用的な充放電効率、とくに電圧効率を大きくすることは可能である。
【００７７】
しかし、電極面積を大きくして、充放電効率を向上させようとすれば、セルスタックの製作コストの問題だけでなく、電池活物質の供給動力（ポンプ動力等）の増大により、エネルギー効率が低下する場合がある。これに対して、単電池における充放電面積抵抗率が好ましくは１．０Ωｃｍ２以下のレドックス・フロー電池や活物質再生型の燃料電池を用いることによって、効率の良い、実用的な発電設備をより好適に実現できる。
【００７８】
レドックス・フロー電池や活物質再生型の燃料電池は、電解槽である電池本体（セルスタック）を用いて、入力（充電）時に電解によって電池活物質を再生し、それをタンクなどに貯蔵しておき、出力（放電）時に、貯蔵していた電池活物質を、再度、電池本体に送り、電池反応によって電力を取り出すことができる。このことから、レドックス・フロー電池の放電は、燃料電池による発電機構と類似する。したがって、広く用いられている水素−酸素（空気）燃料電池においても、内部抵抗を小さくした構造の燃料電池セルスタックを用いて、充電時には水を電解して水素を貯蔵しておき、放電時には、この貯蔵した水素と空気（酸素）との電池反応を本発明における電池本体（セルスタック）で行うことも可能である。正負極にバナジウムを供給するバナジウムレドックス・フロー電池の他に、以下の各電池の充放電特性を小型単電池で検討し、本発明における蓄電部に用いることができることを確認した。
【００７９】
（実施例３）；バナジウム−空気電池
見掛けの厚さ３ｍｍの２０００℃焼成ポリアクリロニトリル系炭素繊維フェルトを長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの電極（正極および負極）として用いて、小型単電池を構成した。この正極には、ヘキサクロロ塩化白金酸０．１ｇを含浸して加熱乾燥し、ホルムアルデヒドで還元し、白金担持極にした。これを希硫酸（約２．５Ｍ）で湿らせた。隔膜にはナフィオン２１２を使用した。負極液として、硫酸バナジルから電解還元によって調整した約２．５Ｍ硫酸酸性１．５Ｍバナジウム水溶液を使用し、チューブポンプによって循環（約５ｍｌ／分）した。正極側は小型空気ポンプで純水を通して湿らせた空気を送風（約３０ｍｌ／分）した。全負極液量は約１５ｍｌとした。
【００８０】
このバナジウム（２価／３価）−空気電池を約１８℃において、見掛けの電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２および１．０ｍＡ／ｃｍ２で充放電を行ったときの、電圧効率は、それぞれ７０％および４５％であった。これから算出した面積抵抗率は約０．５Ωｃｍ２であり、この電池は見掛けの電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２程度ならば、本発明に使用できることが確認された。
【００８１】
（実施例４）；水素−酸素（空気）燃料電池
バナジウム−空気電池の負極側も正極と同様に希硫酸で湿らせた白金担持極として、小型空気ポンプで純水を通して湿らせた空気（約５０ｍｌ）を循環（約３０ｍｌ／分）した。試験初期（約１８℃）において、見掛けの電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２で充放電を行ったときの、電圧効率は約３０％で、また、１．０ｍＡ／ｃｍ２では放電はできなかった。このときの面積抵抗率は１．２Ωｃｍ２程度であり、この状態で本発明の蓄電部には使用することは好ましくないと考えられた。しかし、試験中に電極部の発熱による昇温によって４０℃を越えると、面積抵抗率は０．５Ωｃｍ２以下に下がり、見掛けの電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２および１．０ｍＡ／ｃｍ２で充放電を行ったときの、電圧効率は、それぞれ約７５％および約５５％まで改善された。これから算出した面積抵抗率は約０．３Ωｃｍ２であり、高入出力電池として本発明に使用できることが確認された。
【００８２】
（実施例５）；クロム−臭素電池
見掛けの厚さ３ｍｍの２０００℃焼成ポリアクリロニトリル系炭素繊維フェルトをそのまま長さ１０ｃｍ、幅１ｃｍの電極（正極および負極）として用いて、小型単電池を構成した。正、負極液ともに１．５Ｍ塩酸および１．５Ｍ臭化水素酸性１Ｍ塩化クロム（３価）水溶液、各１５ｍｌをチューブポンプによって循環（約５ｍｌ／分）した。
【００８３】
このクロム（２価／３価）−臭素電池を約１８℃において、見掛けの電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２および１．０ｍＡ／ｃｍ２で充放電を行ったときの、電圧効率は、それぞれ約７５％および約６０％であった。これから算出した面積抵抗率は約０．４Ωｃｍ２であり、この電池が本発明における蓄電部として使用できることが確認された。
【００８４】
以上の説明において、一つの実施例に用いられた構成は、他の実施例にも適宜適用いることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１：風車
２：ギアボックス
３：交流発電機
４：交流直流変換器
５：直流交流変換器
６：レドックス・フロー電池
６１：セルスタック
６２：単電池
６３：末端接続部（エンドプレート）
６４：単電池間接続部（バイポーラプレート）
６５：供給ライン
６６：返送ライン
６７：供給ライン
６８：返送ライン
７：水車
８：河川
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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