(57)【要約】【課題】災害時に、自然エネルギー電源と可搬形電源を利用し、避難所等の変動する負荷に安定に電力を供給し、電力供給に必要な設備の設置や保守のコストを低く抑える。【解決手段】平常時は、防災拠点２に設けた自然エネルギー電源１２を電力系統４と連系して電力を供給する。災害時には、防災拠点Ａ〜Ｃのように、構内配線１０を電力系統４や一般負荷１４から切り離すとともに、構内配線１０に災害時負荷１５および可搬形電力調整設備６を接続する。電力調整設備６内の監視制御システム３０は、重要負荷１３、災害時負荷１５と自然エネルギー電源１２の出力を計測し、その変動に合わせて電力調整設備６の蓄電池３１および出力制御が可能なエンジン発電機３２への制御指令を生成する。これにより、負荷と発電のバランスを取り、電圧・周波数等の電力品質を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
災害時に避難所等の防災拠点に電力を供給する災害時対応電力供給方法において、
平常時には、防災拠点に設けた自然エネルギー電源を電力系統と連系して重要負荷を含む負荷に電力を供給し、
災害時には、接続部は前記防災拠点の構内系統を電力系統から切り離し、前記構内系統に災害時負荷および可搬形の電力調整設備を接続し、
前記電力調整設備内の監視制御システムは、前記災害時負荷及び重要負荷と自然エネルギー電源の出力を計測し、それらの変動に合わせ前記電力調整設備内の可搬形電源への制御指令を生成し、負荷と発電のバランスを取り、電圧・周波数等の電力を維持することを特徴とする災害時対応電力供給方法。
【請求項２】
請求項１において、前記可搬形電源は蓄電池と出力制御が可能な発電機を有していて、前記監視制御システムは電力が不足するときに前記発電機への制御指令を生成し、負荷と発電とのバランス取ることを特徴とする災害時対応電力供給方法。
【請求項３】
災害時に避難所等の防災拠点に電力を供給する災害時対応電力供給システムにおいて、
防災拠点の構内系統に自然エネルギー電源と負荷を接続し、平常時には外部の電力系統と接続する一方、災害時には前記構内系統と可搬形の電力調整設備を接続する接続部と、
前記電力調整設備は監視制御システムと可搬形電源を備え、前記監視制御システムは負荷と自然エネルギー電源の出力を計測し、その変動に合わせ前記可搬形電源への制御指令を生成し、負荷と発電のバランスを取り、電圧・周波数等の電力を維持する機能を有することを特徴とする災害時対応電力供給システム。
【請求項４】
請求項３において、前記可搬形電源は蓄電池と出力制御が可能な発電機を有していることを特徴とする災害時対応電力供給システム。
【請求項５】
請求項３または４において、前記電力調整設備は設備内通信線を有し、防災拠点の構内通信線と接続して前記計測を可能にすることを特徴とする災害時対応電力供給システム。
【請求項６】
請求項３、４または５において、前記可搬形の電力調整設備は災害時に前記防災拠点に搬入可能となるように、所定の設備拠点に配置してあることを特徴とする災害時対応電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、災害時における防災拠点への電力供給方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーラシア大陸の東に位置し、プレートが複雑に入り組む、わが国は、台風や地震などの自然災害を受け易い。特に、大地震の場合は、ライフラインが完全に停止し、比較的復旧が早い、電気の供給においても復旧には１〜２週間程度を要するものと推定される。従って、大地震の際に電気をはじめとする、ライフラインをいかに供給するかが重要な課題になっている。
【０００３】
電力系統が分断された状態で、避難所等に電力を供給するためには、比較的容量が小さい分散電源を利用することが考えられる。一般には、軽油等を燃料とした、非常用エンジン発電機などを用いることが考えられる。
【０００４】
また、分散電源として、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギー電源を用いることも考えられる。特許文献１では、自然エネルギー電源や蓄電池の充放電を制御して負荷に電力を供給する方法が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２では、外部系統と連系する分散電源設備において、外部系統の情報と需要家の情報と双方向通信するコントローラを用いて、外部系統事故時にも重要負荷に分散電源から安定に供給する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３０１６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
災害時に避難所等に電力を供給するための分散電源として、非常用エンジン発電機は、負荷容量にあった種々の定格出力のものがあり、大地震の時でも比較的影響を受けにくい液体燃料で稼動できる利点がある。しかし、負荷が大きく変わる場合には追従が困難であり、１〜２週間程度の運転を考えると、頻繁な燃料補給が必要になることが懸念される。
【０００８】
太陽光発電や風力発電などの自然エネルギー電源を用いる場合は、燃料の供給は不要であるが、負荷と発電量をバランスせる手段が必要となり、その手段としては、特許文献１で示されているように、蓄電池が用いられる。しかしながら、昼間発電した電力を蓄電池に蓄え、夜間に使用することを考えると、膨大な蓄電池容量が必要となる。更に、例えば太陽光発電において、雨や曇りが続く場合は、発電量自体が不足することも考えられる。
【０００９】
これに対し、非常用エンジン発電機、自然エネルギー電源、蓄電池を組合せ、特許文献２で示されている外部系統と需要家の情報を双方向するコントローラを用いて制御することにより、重要負荷に電力を供給することが想定される。しかし、通常時には、非常用エンジン発電機、蓄電池は不用であり、発生する可能性が極めて少ない中で、設備を設置し維持するためには、大きな経済的負担が強いられる。
【００１０】
本発明の目的は、自然エネルギー電源を利用することにより、平常時にあっては、環境に優しいエネルギー供給に貢献し、災害時にあっては、電力供給に必要な設備の設置や保守のコストを低く抑え、使用燃料を低減した様態で、避難所等の変動する負荷に安定に電力を供給できる方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の方法は、災害時に避難所等の防災拠点に電力を供給する災害時対応電力供給方法において、平常時には、防災拠点に設けた自然エネルギー電源を電力系統と連系して重要負荷を含む負荷に電力を供給し、災害時には、接続部は前記防災拠点の構内系統を電力系統から切り離し、前記構内系統に災害時負荷および可搬形の電力調整設備を接続し、前記電力調整設備内の監視制御システムは、前記災害時負荷及び重要負荷と自然エネルギー電源の出力を計測し、それらの変動に合わせ前記電力調整設備内の可搬形電源への制御指令を生成し、負荷と発電のバランスを取り、電圧・周波数等の電力を維持することを特徴とする。
【００１２】
前記可搬形電源は蓄電池と出力制御が可能な発電機（エンジン発電機、燃料電池など）を有していて、前記監視制御システムは電力が不足するときに前記発電機への制御指令を生成し、負荷と発電とのバランス取ることを特徴とする。
【００１３】
本発明のシステムは、災害時に避難所等の防災拠点に電力を供給する災害時対応電力供給システムにおいて、防災拠点の構内系統に自然エネルギー電源と負荷を接続し、平常時には外部の電力系統と接続する一方、災害時には前記構内系統と可搬形の電力調整設備を接続する接続部と、前記電力調整設備は監視制御システムと可搬形電源を備え、前記監視制御システムは負荷と自然エネルギー電源の出力を計測し、その変動に合わせ前記可搬形電源への制御指令を生成し、負荷と発電のバランスを取り、電圧・周波数等の電力を維持する機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、平常時において防災拠点に自然エネルギー電源を設け、災害時には、防災拠点の構内系統を電力系統から切り離すとともに、構内系統に災害時負荷と可搬形の電力調整設備を接続する。電力調整設備内の監視制御システムは、各負荷と自然エネルギー電源出力を計測し、その変動に合わせ、電力調整設備の蓄電池および出力制御が可能な発電機への制御指令を生成して、負荷と発電のバランスを取るので、電圧・周波数等の電力品質を維持することができる。
【００１５】
また災害時において、防災拠点における変動する負荷に対し安定に電力を供給することができる。自然エネルギー電源による電力供給が多い場合は、出力制御が可能な発電機の稼動に必要な電源用の燃料消費を大幅に抑制できる。天候により、自然エネルギー電源による電力供給が少ない場合でも、出力制御が可能な発電機を用いることにより電力の供給信頼性を確保できる。また、可搬形の電力調整設備は、多数の防災拠点の全てに配置する必要はなく、設備コストを抑制できる。更に、その大半を占める平常時においては、電力系統に連系した様態で、自然エネルギー電源による電力供給を行うことにより、社会全体としてのＣＯ２排出削減に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
災害時に電力を供給する防災拠点には、自然エネルギー電源を設置する。災害時には、防災拠点の構内系統を外部系統から切り離すとともに、一般負荷も切り離す。そして、災害時に必要となる負荷を構内系統に接続するとともに、設備拠点から防災拠点に移動した可搬形電力調整設備を構内系統に接続することで、災害時の負荷に追従した安定な電力供給を実現できる。
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、災害時対応電力供給設備の全体構成図である。指令センタ１から、防災拠点連絡用通信手段７を経由して各防災拠点２に、設備拠点連絡用通信手段８を経由して設備拠点３にそれぞれ指令が送られる。また、防災拠点２および設備拠点３の情報は、指令センタ１内の監視盤９に表示される。防災拠点連絡用通信手段７、設備拠点連絡用通信手段８は、少なくともその一部が無線通信であっても良い。
【００１８】
平常時の防災拠点２は、例えば図１における防災拠点Ｄのように構成されている。構内配電線１０には、自然エネルギー電源１２、重要負荷１３、一般負荷１４が接続されるとともに、構内配電線１０は配電線４に接続されている。
【００１９】
自然エネルギー電源１２は、太陽光発電、風力発電、小水力発電等である。これらの電源は、燃料が不要である利点はあるが、出力の変動が大きく、時には、ほとんど発電を行わないという問題点がある。
【００２０】
重要負荷１３は、通信機器や安全確保のための照明等である。一般負荷１４は、通常の照明のほか、空調機器、映像・電子機器、動力機器等が含まれる。
【００２１】
一方、災害時には、防災拠点Ａ〜Ｃに示されるように、構内配電線１０は配電線４から切り離されるとともに、一般負荷１４も構内配電線１０から切り離される。常時接続されている自然エネルギー電源１２、重要負荷１３に加えて、可搬形電力調整設備６と災害時負荷１５が構内配電線１０に接続される。構内通信線１１は公衆回線５に接続されている。
【００２２】
可搬形電力調整設備６は、設備拠点３から防災拠点２に搬入される。図１の例では、防災拠点Ａ、Ｂの可搬形電力調整設備６は設備拠点Ａから、防災拠点Ｃの可搬形電力調整設備６は設備拠点Ｂから搬送されたものである。可搬形電力調整設備６を陸路で搬送できない場合は、空輸することも可能である。可搬形電力調整設備６を、どの設備拠点からどの防災拠点に搬送するかは、指令センタ１の指令に基づいて行われる。
【００２３】
図２は、可搬形電力調整設備の構成を示すブロック図である。可搬形電力調整設備６は、高速制御ユニット２１、補助電源ユニット２２、接続部２３から構成される。高速制御ユニット２１には、監視制御システム３０、蓄電池３１、調整設備内電力線２４、調整設備内通信線２５が含まれる。監視制御システム３０は、構内配電線１０の電力情報を取得し、蓄電池３１およびエンジン発電機３２に対し最適な目標値ないし出力指令を送信する。
【００２４】
補助電源ユニット２２には、エンジン発電機３２、燃料タンク３３、配管２６、調整設備内電力線２４、調整設備内通信線２５及び接続部２３が含まれる。なお、燃料電池など出力制御可能な発電機をエンジン発電機に代えて用いても良い。
【００２５】
接続部２３では、各ユニットの調整設備内電力線２４どうし、あるいは、調整設備内電力線２４と構内配電線１０を接続する。同様に、各ユニットの調整設備内通信線２５どうし、あるいは、調整設備内通信線２５と構内通信線１１を接続する。
【００２６】
高速制御ユニット２１、補助電源ユニット２２は、分割して搬送が可能である。燃料タンク３３には、軽油等の燃料が充填されている。天候等の関係で、補助電源のエンジン発電機３２を長時間稼動させる場合は、燃料を補給する必要がある。
【００２７】
図３は調整に必要な通信設備の構成を示すブロック図である。自然エネルギー電源１２、重要負荷１３、災害時負荷１５には、電力・電圧等を計測し、監視制御システム３０に送信する監視端末３５が設けられている。また、蓄電池３１、エンジン発電機３２には、電力・電圧等を計測し、監視制御システム３０に送信するとともに、同システムからの指令値を受信する、監視制御端末３６が設けられている。
【００２８】
図４は監視制御システムのハード構成を示すブロック図である。監視制御システム３０は、表示装置５１、通信装置５２、演算装置５３、入力装置５５、データベース２００から構成される。表示装置５１は、負荷および発電装置の運転状態や警報等の表示を行う。同表示画面は、防災拠点内の構内通信に接続されたパーソナルコンピュータ（図示していない）でモニタすることができる。演算装置５３は、収集した電力情報から、重要負荷１３、災害時負荷１５のパターン、自然エネルギー電源１２の発電パターンを予測し、蓄電池３１の指令値（出力電圧、目標とする構内配電線における周波数）、エンジン発電機の指令値（電圧、出力電力）を送信する。入力装置は、オペレータが入力を行う時に用いられる。データベースは、負荷予測や発電パターン予測に用いられるデータを収集するとともに、各機器の運転状況、メンテナンス情報等を格納する。
【００２９】
図５は監視制御システムにおける処理機能を示すブロック図である。監視制御システム３０の処理は、入力機能１１０、制御監視機能１２０、データベース２００、運転スケジューリング機能３００、需給制御機能４００、出力機能１３０で行われる。
【００３０】
入力機能１１０は、負荷および発電設備における計測値を受信する機能である。監視制御機能１２０はコンピュータの健全性監視、異常時のデータの保存、計測値のデータベースへの格納などの機能である。運転スケジューリング機能３００は、負荷予測３１０、自然エネルギー電源の発電予測３２０、最適発電計画３３０からなり、結果を需給制御機能４００に渡す機能である。需給制御機能４００は、一定時間周期（例えば、３分）で、実時間での計測値を用いて、前記発電計画を見直し、蓄電池３１、エンジン発電機３２への指令値を生成する。前記指令値は出力機能１３０により、蓄電池３１、エンジン発電機３２に設けられた監視制御端末３６に送信される。
【００３１】
図６に監視制御用データベースに格納される主なデータを示す。運転計画用のデータとしては、気象情報（予報値、計測値）、設備運転制約、負荷予測値、発電（自然エネルギー電源）予測値、運転計画値、燃料備蓄量計画値、メンテナンス計画が含まれる。運転実績データとしては、気象実績値、負荷実績値、自然エネルギー電源の発電実績値、その他の電源の発電実績値、蓄電池の運転実績値、設備状態実績、燃料備蓄量、電力品質実績値、メンテナンス実績が含まれる。近年は、防災拠点においてもパソコンなどの使用により一定の電力品質が要求される。
【００３２】
図７は運転スケジューリング機能における処理のフロー図である。運転スケジューリング処理は、１日一回、所定の時刻に起動され、翌日の運転計画を策定するものである。翌日の気象情報の取得（５０１）、関連実績データの取得（５０２）を行う。取得したデータに基づき、自然エネルギー電源の翌日発電予測（５０３）、翌日負荷予測（５０４）を行う。更に、翌日の設備運転制約の取得（５０５）、燃料タンクにおける燃料備蓄量の取得（５０６）を行う。
【００３３】
翌日最適運転計画は、蓄電池における残量が所定の範囲にあり、燃料消費が最小になるように計画を作成する（５０７）。運転計画は、蓄電池の充放電出力およびエンジン発電機出力を３０分単位で計画するものである。立案した運転計画の妥当性をチェックする（５０８）。運転計画に問題がある場合は、エラーメッセージを監視画面に表示する。燃料が不足するかどうかを判断し（５０９）、不足する場合は、燃料追加の要請（５１０）を行う。更に、翌日運転計画をデータベースに登録し（５１１）、運転スケジューリングを終了する。
【００３４】
図８は需給制御機能における処理のフロー図である。需給制御は連続的におこなわれる。運転計画は１日毎に作成されているため、対象となる日が替わったかどうかを判定（６０１）し、替わった場合は、該当日の運転計画を取得する（６０２）。制御は、一定の時間間隔で行われるため、当該時間が制御のタイミングかどうかを判定し（６０３）、制御のタイミングでなければ一定時間待機する（６０４）。当該時間が制御のタイミングになれば、各電源の発電電力、蓄電池の充放電電力・残量、負荷電力等の計測データを取得する（６０５）。各設備状態の異常の有無等を取得する（６０６）。上述の情報に基づき、運転計画に修正を加え指令値を作成する（６０７）。
【００３５】
修正にあたっては、供給信頼性を優先する。電力供給において、電力品質の確保すなわち、電圧および周波数を一定に保つことは必須であるが、これを実現するためには、総発電電力と負荷における総消費電力を一致させる必要がある。これは、蓄電池の充放電電力を制御することにより可能となるが、制御の期間を通して蓄電池残量を上下限値の中に維持する必要がある。例えば、計測データを評価し、蓄電池残量が計画値より低下している場合には、調整用電源の出力を増加させるような指令値を作成し、電力供給の信頼性を確保する。
【００３６】
次に、作成した指令値の妥当性をチェックする（６０８）。指令値に問題がある場合は、エラーメッセージを監視画面に表示するともに、指令値としては前回値を与える。該当設備へ指令値を送信する（６０９）。終了の入力がなされたかどうかを判定し（６１０）、入力がない場合は上述の処理を繰り返す。
【００３７】
図９は監視制御システムの監視画面の説明図である。負荷については、負荷電力の合計（７０１）の現在時刻の計測値（７０２）と次の制御対象となる時刻の予測値（７０３）が表示される。自然エネルギー電源については、設置されている発電設備毎に（７０４）、現在時刻の発電電力（７０５）と次の制御対象となる時刻の予測発電電力（７０６）が表示される。電力貯蔵については、蓄電池（７０７）の現在時刻の充放電電力（７０８）、次の制御対象となる時刻の目標指令値（７０９）、現在時刻の電池残量（７１０）、追加貯蔵可能量（７１１）が表示される。補助電源については、エンジン発電機（７１２）の現在時刻の発電電力（７１３）、次の制御対象となる時刻の発電指令値（７１４）が表示される。さらに、燃料について、現在時刻の備蓄量（７１５）、燃料の補給依頼量（７１６）が要期とともに表示される。発電電力については、そのトレンドグラフ（７１７）が表示される。電力品質については、電圧のトレンドグラフ（７１８）、周波数のトレンドグラフ（７１９）が表示される。そのほか、処理の状態や警報などを表示するメッセージ欄（７２０）が設けられている。
【００３８】
図１０は監視制御システムを適用する場合の動作を示すグラフである。監視制御システムの対象となる電源は、自然エネルギー電源（この例では風力発電機）、蓄電池、エンジン発電機である。同グラフは、負荷と自然エネルギー電源出力、エンジン発電機出力の一日の変化を示している。なお、蓄電池は自然エネルギー電源出力と同様の急峻な変動を示すが、見やすくするため同グラフには示していない。
【００３９】
朝にやや負荷が高くなる他、夕刻から夜にかけて負荷が高くなる。この例では、自然エネルギー電源による発電が少ない午前中にエンジン発電機が動作している。自然エネルギー電源の利用により、燃料を必要とするエンジンの動作時間や発電出力が抑えられていることがわかる。
【００４０】
本発明では災害時の電力供給について述べてきたが、自然エネルギー電源を利用するとともに、可搬形電力調整設備を追加することにより、発電と負荷のバランスを取ることが可能になるため、離島や未電化地域への電力供給などにも適用できる。特に、比較的短期間での電力供給システムの構築、運用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】災害時対応電力供給設備の全体構成図。
【図２】可搬形電力調整設備の構成を示すブロック図。
【図３】調整に必要な通信設備の構成を示すブロック図。
【図４】監視制御システムのハード構成を示すブロック図。
【図５】監視制御システムにおける処理機能を示すブロック図。
【図６】監視制御用データベースに格納されるデータ構成図。
【図７】運転スケジューリング機能における処理のフロー図。
【図８】需給制御機能における処理のフロー図。
【図９】監視制御システムの監視画面の説明図。
【図１０】監視制御システムの適用例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１…指令センタ、２…防災拠点、３…設備拠点、４…配電線、５…可搬形電力調整設備、６…可搬形電力調節設備、９…監視センタ、１０…構内配電線、１１…構内通信線、１２…自然エネルギー電源、１３…重要負荷、１４…一般負荷、１５…災害時負荷、２１…高速制御ユニット、２２…補助電源ユニット、２３…接続部、２４…調節設備内電力線、２５…調節設備内通信線、３０…監視制御システム、３１…蓄電池、３２…エンジン発電機、３３…燃料タンク、３５…監視端末、３６…監視制御端末、５１…表示装置、５２…通信装置、５３…演算処理装置、５５…入力装置、１１０…入力機能、１２０…制御監視機能、１３０…出力機能、２００…データベース、３００…運転スケジューリング機能、４００…需給制御機能。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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