(57)【要約】【課題】慣性エミュレーションの形式による電力系統の従来の保護機能を改善し、特に予め定められた系統周波数値を下回る場合及び／又は所定の周波数低下勾配を上回る場合の反応時間を減少し、また特にそのような場合において、以前よりも長い期間の間、電力増加を提供可能し、それにより不足周波数ないし所定の周波数低下（周波数勾配）の場合のために以前よりもより良く電力系統を保護し、特に周波数安定化ための寄与分を提供可能とする。【解決手段】本発明は、パワーツーガス装置、即ち電気エネルギーから例えば水素及び／又はメタンなどのガスを生成する装置を稼働するための方法に関し、前記パワーツーガスユニットは、ガスの生成のために、前記パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取り、前記電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有し、前記パワーツーガスユニットは、前記電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ前記電力系統の所望の前記規定周波数より下にある場合、及び／又は該系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らない。【選択図】図３
2015513890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーツーガス装置、即ち電気エネルギーから例えば水素及び／又はメタンなどのガスを生成する装置を稼働するための方法であって、
前記パワーツーガスユニットは、ガスの生成のために、前記パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取ること、
前記電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有すること、
前記パワーツーガスユニットは、前記電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ前記電力系統の所望の前記規定周波数より下にある場合、及び／又は該系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らないこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記パワーツーガスユニットは、前記系統周波数が所定の第１系統周波数に到達するか又はそれより下にある場合には、前記電力系統から最低電力だけを受け取るか又は全く電力を受け取らないこと
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予め定められた周波数値は、例えば５０Ｈｚの前記規定周波数よりも１パーミル分だけ下にあり、好ましくは２パーミル分だけ下にあり、特に好ましくは３パーミル分だけ下にあり、又はそれよりも大きい値分だけ下にあり、及び／又は前記予め定められた変化の大きさは、０.１Ｈｚ／ｓｅｃよりも大きく、特に０.２〜７Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあり、好ましくは０.５〜２Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあること
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記パワーツーガスユニットは、風力発電装置又は例えば複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと連結されており、前記パワーツーガスユニットと前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークとは、コンビネーション発電所を構成し、好ましくは、前記パワーツーガスユニットが受け取る電気エネルギーを前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークが発生するようなコンビネーション発電所として稼働されること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
一方における風力発電装置及び／又は複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと、他方におけるパワーツーガスユニットとから構成されるコンビネーション発電所であって、
前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、所定の風力状況において電気エネルギーを発生し、接続された電力系統へ供給すること、
前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの予め定められた所定の割当分を受け取り、例えば水素やメタンなどの燃料を生産するために使用すること、
前記電力系統は、予め定められた規定周波数を有すること、そして、
ａ）前記規定周波数（５０Ｈｚ）より下にある予め定められた第１系統周波数値に到達する場合及び／又はそれを下回る場合、及び／又は、
ｂ）系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、
前記パワーツーガスユニットによる電力の受け取りは、減少される及び／又はストップされること
を特徴とするコンビネーション発電所。
【請求項６】
前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークと例えば電流ラインを介して電気的に連結されており、前記パワーツーガスユニットがその稼働のために必要とする電気エネルギーは、前記風力発電装置又は前記ウインドパーク又はそれらの出力部から直接的に受け取られるか、又は前記パワーツーガスユニットは、前記パワーツーガスユニットの稼働のための電気エネルギーを、前記パワーツーガスユニットが接続されており且つ前記風力発電装置又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの供給先である前記電力系統から受け取ること
を特徴とする、請求項５に記載のコンビネーション発電所。
【請求項７】
風力発電装置及び／又はウインドパーク又は太陽光発電装置から構成される、好ましくは請求項５又は６に記載のコンビネーション発電所を、電力系統の保護のために、特に、例えば４９.８Ｈｚの予め定められた第１系統周波数値を系統周波数が下回る場合、及び／又は系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合に、電力系統に供給される電力を増加させるために使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンビネーション発電所（Kombikraftwerk）を稼働するための方法、並びにコンビネーション発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置（風力エネルギー設備）は、以前から知られており、様々なかたちで使用されている。
【０００３】
この際、風力発電装置は、単独装置としてか、又は多数の単独の風力発電装置から構成されるウインドパークとして存在する。風力発電装置や太陽光発電装置などのエネルギー発生装置においては、風力発電装置やウインドパークや太陽光発電装置による電力の供給先である電力系統（グリッド elektrisches Netz）の周波数が、規定値（例えば５０Ｈｚないし６０Ｈｚ）より下にある所定の系統周波数値を下回る場合には、これらのエネルギー発生装置が電力寄与分（Leistungsbeitrag）を増加して電力系統へ供給し、このようにして電力系統を保護するという要求が増加している。
【０００４】
周知のようにドイツないしヨーロッパの複合電力系統（Verbundnetz）内の電力系統の規定周波数は５０Ｈｚであり、米国では６０Ｈｚである。他の国は、対応する規定を取り入れている。
【０００５】
この規定周波数は、電力系統へ接続された需要家により受け取られる電力が、発電ユニットにより発生されて電力系統に供給される電力とほぼ同じ大きさである場合には、比較的良好に達成可能である。
【０００６】
従って常に系統周波数の値は、一方における発電と他方における電力消費との平衡化のための尺度でもある。
【０００７】
しかし電力消費が発電を上回る場合、即ち電力系統へ供給されるよりも多くの電力が電力系統から受け取られる場合には、系統周波数が低下する。
【０００８】
そのために電力系統の制御機能と系統管理機能は、電力系統を保護するため、特に系統周波数の低下に対抗するために様々な措置を備えており、それにより周波数の値は、再び規定値の範囲内へと収まる。
【０００９】
しかし系統周波数が、予め定められた第１系統周波数値、例えば４９Ｈｚ又は４８Ｈｚを下回ると（因みにこの予め定められた第１系統周波数値は、基本的に電力系統の具体的な系統トポロジーに依存する極めて異なる具体的な値をとることができる）、系統管理機能により、所定の措置が講じられ、例えば、制御可能でもある大規模需要家の電力の受け取りが減少されるか又はその全体が電力系統から切り離され、及び／又は所定の予備発電所の運転が開始され、それらの電力が上昇される。
【００１０】
電力を発生させる風力発電装置や太陽光発電装置は、確かに不足周波数時には特別な方式で電力系統を保護するように運転することができるが、多くの場合、これだけでは十分とは言えない。
【００１１】
また風力発電装置を、その最適の条件（Optimum）に満たないところで、即ちその電力曲線の下方で稼働するという提案が既に成されており、それにより不足周波数の場合には電力余剰分を投入することができるが、そのような解決策は、効果的とは言えず、その理由は、予め定められた第１系統周波数を下回らない期間の間では、風力発電装置のエネルギー発生量ないし電力発生量が準最適の状態でしかなく、従って風力エネルギーが提供できるであろう電力の相当量が全く発生されないためであり、このことは、全体として風力発電装置の効率を多大に減少させることになる。
【００１２】
また所定の不足周波数の場合には、短期的に少しの所定の時間の間、例えば数百ミリ秒又は数秒の間、風力発電装置の発電機から、該発電機が風力により発電できる状態にあるときよりも多くの電力を引き出そうという提案も既に成されている。このことは、発電機の慣性（Inertia）に基づき勿論可能であるが、電力出力の増加（慣性稼働）後には、発電機が明らかに少ない電力を出力することを導くことにもなる。慣性エミュレーション（Inertia-Emulation）による風力発電装置の有効電力経過のための典型的な一例が、下記非特許文献１の図２に示されている。
【００１３】
下記非特許文献１に開示された解決策と類似の解決策は、下記特許文献１又は下記特許文献２からも見てとれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】WO 2010/108910 A2
【特許文献２】WO 01/86143 A1
【特許文献３】WO 2009/065577 A1
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Windblatt 03/2010（ウインドブラット 2010年3月号）、８〜９頁（Enercon社の雑誌）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って最終的に風力発電装置のロータと発電機による回転遠心質量（rotierende Schwungmasse）から目下の余剰分を利用するという以前の試みは、せいぜい１０〜２０秒の範囲の間、増加した電力を電力系統へ供給することができるだけである。
【００１７】
またこの際、スイッチング事象の起動後（トリガ後）、即ち例えば予め定められた第１系統周波数値（例えば４９.７Ｈｚ）を下回った後、及び／又は予め定められた周波数（低下）勾配（ΔＦ／Δｔ）を上回った後に、増加した電力消費が提供可能となるまで、数秒かからないにしても数百ミリ秒が必要であることは問題である。
【００１８】
従って本発明の課題は、慣性エミュレーションの形式による電力系統の従来の保護機能を改善し、特に予め定められた系統周波数値を下回る場合及び／又は所定の周波数低下勾配を上回る場合の反応時間を減少し、また特にそのような場合において、以前よりも長い期間の間、電力増加を提供可能にし、それにより不足周波数ないし所定の周波数低下（周波数勾配）の場合のために以前よりもより良く電力系統を保護し、特に周波数安定化ための寄与分を提供可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題は、請求項１に記載の方法、並びに請求項５に記載の装置により解決される。更なる有利な形態は、下位請求項に記載されている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、発明を実施するための形態について説明する。
【００２１】
風力発電装置を用いた既知の慣性エミュレーションにおいて、反応時間、即ち例えば予め定められた系統周波数値を下回るか又は予め定められた系統周波数低下（周波数低下勾配）を上回るという起動事象（トリガ事象）の間の時間は、ほぼ２００〜５００ミリ秒、又は６００ミリ秒にも達する。
【００２２】
本発明によりこの反応時間を劇的に減少させることができ、例えば、数ミリ秒の範囲内の値、例えば５〜１０ミリ秒か、２０ミリ秒よりも少ないか、又は１００ミリ秒よりも少ない値へ減少させることができる。
【００２３】
従って不足周波数の場合及び／又は予め定められた系統周波数低下（周波数低下勾配）の場合には、以前よりも明らかに速く追加的な電力を提供することができる。
【００２４】
明らかに速い反応時間をもたらす理由は、以前のように系統周波数が、系統周波数勾配も同様であるが、絶えず測定されることにあり、例えば２００マイクロ秒（μｓ）ごとに系統周波数が検知され、同様の速さで、場合により僅かにゆっくりと、周波数低下、即ち周波数勾配も検知することができる。
【００２５】
このスイッチング基準（Schaltkriterien）ないし起動基準（Ausloesekriterien）、即ち予め定められた系統周波数（例えば４９.８Ｈｚ）を下回ること、及び／又は予め定められた系統周波数低下（周波数低下勾配、例えば２０〜３０ｍＨｚ／ｓ）を上回ることが確定された場合には、予め設定された前記の値を検知して確定する制御・データ処理装置において制御信号が発生され、該制御信号は、即座にパワーツーガスユニット（Power-to-Gasユニット）の制御装置へ転送されるために使用され、そこでは、パワーツーガスユニットの電力系統からの電力の受け取りを、例えば整流器のＩＧＢＴ（Insolated Gate Bipolar Transistor）であるスイッチの遮断及び／又は開放によりストップすることができ、即ち電力系統からの電気エネルギーの受け取りをストップすることができ、この際、そのために電力系統からのパワーツーガスユニットの電気的な分離（galvanische Trennung）は不必要である。パワーツーガスユニットは、電気分解のために特に直流を必要とし、該直流は、電力系統への接続により整流器を介して提供可能である。この整流器は、例えばＩＧＢＴタイプの前記のスイッチを有し、これらのスイッチが開放ないしオフされると、電力系統からの電力の流れが即座にストップされ、従ってパワーツーガスユニットで以前に消費されていた電力が、それに対応し、即座に電力系統に対して追加的に提供可能となる。
【００２６】
従って本発明は、不足周波数の場合に対する反応、又は予め定められた系統周波数低下（周波数低下勾配）に対する反応を可能とし、この際、反応時間は、以前（２００〜６００ｍｓ）よりも１０の１乗よりも大きい分だけ速く、従って特に例えば１０００ＭＷの大規模発電所の停止が原因で周波数低下が強い場合には、所定の不足周波数値の到達を回避するために、迅速にこの周波数低下に対抗することができる。また所定の不足周波数値（例えば４９Ｈｚの周波数値）に到達すると、系統制御機能により自動的に所定の負荷が放棄され、それにより全体としては全電力系統の更なる不安定性が発生することになり、従って全電力系統を安定化するために更なる措置を講じなくてはならない。
【００２７】
提案されているようにパワーツーガスユニットによる電力の受け取りがストップされるために、不足周波数について設定される具体的な値は、各プロジェクトにおいて個別に固定することができる。例えば複合電力系統において有利な不足周波数値は、ほぼ４９.８Ｈｚであろう。
【００２８】
それに対して孤立電力系統（Inselnetz）においてこの不足周波数値は、より低く設定すべきであり、例えば４９Ｈｚ又は４８Ｈｚであろう。
【００２９】
また周波数低下のための値、即ち負の周波数勾配のための値も、個別に設定することができる。この際、この周波数低下ないし負の周波数勾配が、秒ごとに２０〜５０ｍＨｚの範囲内か又は１〜２Ｈｚ／ｓｅｃに至るまでの範囲内にあることが望ましい。より高い（負の）周波数勾配値のための値も確かに可能であるが、その場合にはこの起動事象／スイッチング事象が往々にして達成されないことをもたらすことになろう。
【００３０】
既述のようにパワーツーガスユニットが、電力系統内の予め定められた周波数事象の存在に依存して制御されることにより、系統保護に多大に寄与することができる。
【００３１】
この際、パワーツーガスユニットをコンビネーション発電所の一部として稼働すると特に有利であり、この際、コンビネーション発電所内では、電力が発生され、該電力は、パワーツーガスユニットによっても消費され、この際、コンビネーション発電所内で発生されるがパワーツーガスユニットによっては消費されない電力は、例えば恒常化電力としても、接続されている電力系統へ供給される。
【００３２】
この際、パワーツーガスユニットの消費量が、通常稼働時において、コンビネーション発電所の複数の電力発生器の装置出力のほぼ２〜１０％、好ましくはほぼ５％であることが有利である。
【００３３】
つまりコンビネーション発電所が、例えば５ＭＷの定格電力（定格出力）の風力発電装置を有する場合には、パワーツーガスユニットの定格消費量は、ほぼ３００〜５００ｋＷの範囲内にあることになるだろう。
【００３４】
パワーツーガスユニットは、様々な方式でコンビネーション発電所の電力発生器と接続することができる。例えばパワーツーガスユニットの電気接続部を、風力発電装置やウインドパークや太陽光発電装置（光起電力 Photovoltaik）の出力ターミナルへ取り付けることが可能である。また風量発電装置又はウインドパークが直流電流中間回路を有する場合には、パワーツーガスユニットの電気接続部をこの中間回路に取り付けることも可能であり、このことは、ＡＣ変換（Wechselrichtung）をもはや行う必要がないという利点をもつだろう。またパワーツーガスユニットが電力系統へ接続されており、そこから電力を受け取ることも可能であり、この際、コンビネーション発電所の発電ユニットは、その電力を該電力系統へ供給するので、それによりコンビネーション発電所の発電ユニットの間、即ち風力発電装置とウインドパークと太陽光発電装置とパワーツーガスユニットとの間には特定の空間的な間隔があることも勿論可能であるが、このことは、予め定められた不足周波数を下回る場合か又は予め定められた系統周波数低下を上回る場合に本発明により提案されたように電力系統に提供可能な電力を増加するために、発電ユニットもパワーツーガスユニットも電力系統へ接続されており、それに加え、発電ユニットとパワーツーガスユニットが、有線（例えば光導波路）であろうと無線であろうと、対応する制御ライン、データライン、又は通信ラインを介して互いに接続されている場合のことである。
【００３５】
不足周波数の場合において、或いは予め定められた系統周波数低下（周波数低下勾配）が存在しない間は、パワーツーガスユニットは、管理されたかたちで電力を受け取り、それから水素やメタンなどのガスを生成する。電気エネルギーからガスを生成するパワーツーガスユニットは、例えば、SolarFuel社のものが知られており、図２にもその概要が図示されている。
【００３６】
この際、パワーツーガスユニットのエネルギーの受け取り（引き出し Bezug）、即ちパワーツーガスユニットの電気エネルギーの受け取りは、風力の絶え間ない変動から発生して風力発電装置において予め定められた期間（予測期間）にわたる変動部分がパワーツーガスユニットにおいてガスを生成するために消費されるように、設定及び制御することも可能である。
【００３７】
この際、パワーツーガスユニットの制御は、様々な方式で行うことができる。
【００３８】
例えばパワーツーガスユニットが常に且つ絶えず所定の電力を受け取ること、例えばその定格電力（定格出力）を受け取ることが可能であり、この際、例えば１ＭＷの定格電力のパワーツーガスユニットにおいては、常に１ＭＷの電力が受け取られ、この電力から、対応する量のガスが絶えず生成される。
【００３９】
また電力の受け取りを、この受け取りがコンビネーション発電所内の発電ユニットにより発生される電力に依存するように、制御することも可能である。
【００４０】
つまり発電については、パワーツーガスユニットが、パワーツーガスユニットに関して発電ユニットを適切に設計することにより、発電ユニットの発生電力の所定のパーセント分、例えば発生電力の１０％又は２０％又はそれよりも多くの電力を常に受け取るように、発電を設定することもできる。
【００４１】
従って不足周波数の場合ないし予め定められた周波数低下勾配を上回る場合には、電気分解ないしメタン化（メタン生成）の停止により、電力系統に対し、言わば即座に、どの場合にも数ミリ秒以内で、比較的大きな電力、即ち発電ユニットの発生電力の１０％又は２０％又はそれよりも多くのパーセンテージで電力を提供することが可能である。
【００４２】
また発電ユニットが、予め定められた時間（予測時間）の間、予め定められた量の電力をコンスタントに電力系統内の需要家に提供し、それに対し、発電ユニットにより電力系統内の需要家には提供されない電力（即ち余剰分の電力）がパワーツーガスユニットにおいて消費されるように、パワーツーガスユニットが発電ユニットから電気エネルギーを受け取ることも可能である。
【００４３】
従って本発明により、不足周波数の場合に電力系統を保護するだけではなく、規定周波数の範囲における電力系統の通常稼働のために、一定の電気的なベース負荷（Grundlast）を電力系統へ供給することもでき、従って例えば、風力の絶え間ない変動が原因で発生する電気的な変動負荷、又は太陽光発電装置では変動する明るさが原因で発生する電気的な変動負荷は、電力系統内の需要家にはともかく提供されることはなく、従って特に発電ユニットの電力の変動部分は、電力系統ないしその需要家へ提供されることは全くない。それによりコンビネーション発電所は、既述の電力系統を安定化する不足周波数の場合を介してもないし予め定められた周波数低下勾配（系統勾配）を上回る場合にも、ベース負荷の提供が可能な状態にあり、従ってその系統供給パフォーマンスが向上される。
【００４４】
本発明は、パワーツーガスユニットの稼働について提案し、即ち例えば４９Ｈｚの値である第１系統周波数値を下回る場合には、パワーツーガスユニットは、電力系統からの電力の受け取りを減少するか、又はパワーツーガスユニットをむしろ電力系統から切り離すことにより全く停止させる。従って数ミリ秒の後、持続的に、明らかにより大きな電力寄与分が電力系統に対して更に供給可能な状態にあり、該電力寄与分は、それまでパワーツーガスユニットが電力系統から受け取っていた電力寄与分である。
【００４５】
既述のように、従って風力発電装置又はウインドパーク又は太陽光発電装置は、これらが所定の決められた期間、例えば１０〜３０分の間、所定の一定の電力で電気エネルギーを電力系統へ常に供給するように稼働されることも可能であり、そして一定の寄与分を超えて風力発電装置又はウインドパーク又は太陽光発電装置により発生される電気エネルギーは、パワーツーガスユニットにより引き取られ、従って電力系統から見るとコンビネーション発電所は、とにかく予め定められた期間の間は一定の電力を発生させ、この際、この期間は、系統運営者により、対応するデータラインを介し、或いは風力発電装置又はウインドパーク又は太陽光発電装置の運営者により、対応するデータラインを介して設定可能であり、第１系統周波数値を下回る場合又は第１系統周波数値に到達する場合、及び／又は（予め定められた）周波数低下を上回る場合には、既述のようにパワーツーガスユニットによる電力の受け取りが減少されるか又は完全に停止され、それにより電力寄与分（Leistungsbeitrag）として、それまでパワーツーガスユニットにより引き取られていた電力が常に提供可能な状態にある。
【００４６】
前述の解決策の利点は、それにより常に「疑似的な慣性寄与分（quasi Inertia-Beitrag）」がコンビネーション発電所から呼び出し可能であるだけではなく、それと同時に、供給された電力の恒常化も可能であり、従ってコンビネーション発電所は、特定の限界範囲内においてむしろベース負荷を電力系統へ提供することができる。
【００４７】
コンスタントに提供すべき電力の期間の固定のためには、気象データも使用される。
【００４８】
一例がこのことを具現化してくれる：
【００４９】
例えば現在の風速が７ｍ／ｓｅｃであり、次の３０分以内に風速が５ｍ／ｓｅｃを下回ることはないという気象予測がある場合には、発生させるべき一定の電力のための尺度として、５ｍ／ｓｅｃの値、場合により（１０％の）安全分を考慮して例えば４.５ｍ／ｓｅｃの値が入力される。つまり４.５ｍ／ｓｅｃという第１風速からもたらされる電気エネルギーが常に電力系統へ、例えば３０分の間、一定に供給される。
【００５０】
従って３０分の予測期間内、即ち次の３０分内では４.５ｍ／ｓｅｃよりも大きな強さをもって常に風が吹くが、それに基づいて増加する風力は、通常どおり風力発電装置により同様に「収穫（ernten）」されるが、４.５ｍ／ｓｅｃよりも大きくて電力に移行するエネルギーは、直接的に又は間接的にパワーツーガスユニットに提供可能になる。
【００５１】
パワーツーガスユニットの電力の受け取りの減少により、従ってそれに基づいて増加する電力系統への電力の供給（受け取り電力が、増加する供給電力と同じになるとは限らない）により、系統周波数が以前よりも速く回復する場合には、第１系統周波数値を上回っていれば、パワーツーガスユニットが即座に再びオンとされるのではなく、ないしエネルギーの受け取りが即座に再び起動されるのではなく、その際には、系統周波数が、規定値に対応する値か又は規定値にほぼ対応する値か又は規定値を超える値を再びとるまで、即ち５０Ｈｚよりも大きな値をとるまで、待機される。
【００５２】
つまりパワーツーガスユニットの電力の受け取りは、系統周波数が回復し、従って比較的高い系統安定性が再び提供されている場合に初めて再び起動される。
【００５３】
また系統周波数が所定の値を上回る場合、例えば系統周波数の規定値を５パーミル分上回る場合、即ち系統周波数がほぼ５０.２５Ｈｚにある場合には、風力エネルギーの電力供給の減少が行われ、そして系統周波数が更に増加すると、風力発電装置の供給電力も更に減少されることが知られている。
【００５４】
このことは、従来技術では、基本的にブレードのピッチングにより行われるか、又は発電機により提供された電力を、チョッパ、即ち抵抗で消費することにより行われ、従って最終的には、減少された電力が電力系統へ供給される。
【００５５】
ところがコンビネーション発電所を用いることで、風力発電装置の電力減少を、パワーツーガスユニットの電力の受け取りを最終的に増加することにより置き換えることも可能である。
【００５６】
従って或る超過周波数を上回る場合、風力発電装置が電力の発生（出力 Abgabe）を減少するのではなく、パワーツーガスユニットが、電力の受け取りの増加を担い、従って電力系統から見るとコンビネーション発電所は、電力系統にはより少ない電力を供給していることになる。この際、パワーツーガスユニットの受け取り電力の制御によってのみ、コンビネーション発電所の電力減少を調節することができる。風力発電装置のロータブレードのピッチングの開始により又は太陽光発電装置のシェーディングにより、電力の減少を更に明らかに高めることができ、それにより超過周波数の場合にも、周波数安定性、従って系統安定性のために妥当な寄与分をもたらすことができる。
【００５７】
既述のようにパワーツーガスユニットは、電流から例えば水素やメタンなどのガス、即ち燃焼のため、中でも原動機のための燃料としても適しているガスを生成することができる。大規模なウインドパークの設置時には、いずれにせよ大規模な機械が必要であり、これらの機械は、今までは基本的にディーゼルやガソリンなどを用いて稼働されていた。そのような機械の稼働が、例えばＣＨ４（メタン）のようなガスの燃焼によるものに切り替えられると、パワーツーガスユニットを用いて生成されるガスを、ウインドパークの設置に用いられる電気機械の駆動のためにも使用することができる。
【００５８】
例えば人里離れた地域で風力発電装置を設置する場合には、この第１風力発電装置が発生する電気エネルギーを、パワーツーガスユニットにおいてガスの生成のために使用することができ、従ってこのガスがウインドパークの風力発電装置を設置するために必要である駆動機械、即ちクレーンやトラックや車両などに提供されることにより、このガスを用いてウインドパークの更なる風力発電装置が設置される。従ってこのウインドパークは、設置のために化石燃料を全く必要とせず、「グリーンガス」即ち例えば風力ガスを用い、既述した方式で設置可能であり、このことは、全体としてウインドパークのエコ収支を改善する。正に人里離れた地域では、多くの場合、燃料の受け取りもどのみち面倒であり、また多くの場合、とにかく困難であり、従って燃料自体も極めて高くなり、それ故、現地で燃料を生成することで、ウインドパークの設置用の機械に必要とされる燃料の受け取りコストも低減することができる。その際、パワーツーガスユニットがコンテナなどに収容されていると、ウインドパークの設置後には、パワーツーガスユニットを有する該コンテナを次の工事現場に移送することができる。
【００５９】
以下、図面に図示した実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１ａ】一風力発電装置を示す図である。
【図１ｂ】一風力発電装置の典型的な構造と接続状況を示す図である。
【図２】風力発電装置とパワーツーガスユニットから構成されるコンビネーション発電所を示す図である。
【図３】エネルギーシステム内のパワーツーガスユニットの典型的な構成（従来技術：SolarFuel）を示す図である。
【図４】予め定められた不足周波数値を下回る前と後の電力配分のための一例を示す図である。
【図５】予め定められた周波数低下を上回る前と後のコンビネーション発電所の電力配分を示す図である。
【図６】本発明による一変形例を示す図である。
【実施例】
【００６１】
以下、同じ図面参照符号は、同じ要素を示すが、同一でない類似の要素を示すこともできる。更に念のため、フルコンバータ（Vollumrichter）を備え、変速機を伴わないコンセプトで同期発電機を備えた風力発電装置について説明する。
【００６２】
図１ａは、変速機を伴わない風力発電装置のナセル１を模式的に示している。カバー（スピナ）が部分的に開放されて図示されていることによりハブ２を見ることができる。ハブ２には、３つのロータブレード４が固定されており、これらのロータブレード４は、それらのハブ近傍の領域においてのみ図示されている。これらのロータブレード４を備えたハブ２は、空気動力学的ロータ（エアロダイナミックロータ）７を構成している。ハブ２は、回転子６と称することもでき且つ以下では回転子６と称される発電機のロータ６と機械的に固定結合されている。回転子６は、ステータ８に対して回転可能に備えられている。
【００６３】
回転子６は、ステータ８に対して相対的に回転する間、通常は直流電流を用いて通電され、それにより磁界が発生され、発電機トルクないし発電機逆トルクが構成され、該発電機トルクないし発電機逆トルクは、この励磁電流により、対応して調節及び変更することもできる。従って回転子６が電気的に励磁されると、ステータ８に対する回転子６の回転は、ステータ８内に電界を発生させ、従って交流電流を発生させる。
【００６４】
実質的に回転子６とステータ８から構成されている発電機１０内で発生される交流電流は、図１ｂに図示された構成により整流器１２を介して整流される。そして整流された電流ないし整流された電圧は、インバータ（逆変換器）１４を用い、所望の周波数を有する三相系へ変換される。そのように発生された三相の電流電圧系は、変圧器１６を用い、接続されている電力系統（電力網 Stromnetz）１８へ給電するために、電圧について特に昇圧される。理論的には変圧器を省略することもでき、又は変圧器をチョークコイルで置き換えることもできるだろう。しかし電力系統１８内の電圧要求条件として、変圧器を用いた昇圧が要求されているのが通常である。
【００６５】
制御のためには、メインコントロールユニットと称することもでき且つ風力発電装置の最上位の調整・制御ユニット（Regelungs- und Steuereinheit 閉ループ制御も開ループ制御も可能）を構成する主制御装置２０が使用される。主制御装置２０は、中でも系統周波数に関する情報を下位の系統測定ユニット２２から取得する。主制御装置２０は、インバータ１４並びに整流器１２を制御する。基本的に勿論、非制御式の整流器を使用することもできるだろう。また主制御装置２０は、発電機１０の一部である回転子６へ励磁電流を供給するためのＤＣＤＣ変換器（Gleichstromsteller）２４を制御する。主制御装置２０は、とりわけ予め定めれた系統周波数限界値を下回る場合には、発電機１０の給電ないし作動点を修正する。発電機１０は回転数可変で稼働されるので、電力系統への給電は、既述のように、実質的に整流器１２とインバータ１４により構成されるフルコンバータを用いて行われる。
【００６６】
稼働時には、系統電圧と系統周波数が系統測定ユニット２２により持続的に三相について測定される。この測定から、とにかく５０Ｈｚの系統周波数の場合には、３.３ｍｓごとに３つの相電圧のうちの１つの相電圧のための新しい値が得られる。従って系統周波数は、電圧半波ごとに検知され、フィルタリングされ、そして予め設定された限界値と比較される。６０Ｈｚ系のためには、ほぼ２.７ｍｓごと、即ちほぼ各ゼロ交差において３つの相電圧のうちの１つの相電圧のための値を得ることができる。
【００６７】
図２には、風力発電装置がパワーツーガスユニット（Power-to-Gas-Einheit）２３と電気的に接続されている様子が図示されている。
【００６８】
そのようなパワーツーガスユニット２３は、既に様々な形式で知られており、例えば上記特許文献３からも知られている。そのようなパワーツーガスユニットは、SolarFuel社（www.SolarFuel.de）のものも知られており、図３においても模式的に図示されている。そのようなパワーツーガスユニットにおいては（発電を行う）風力発電装置や太陽光源やバイオマス源から電力を受け取るかたちで電気分解を行い、先ず水素が発生され、またこのパワーツーガスユニット２３は、好ましくは、発生された水素を、別のＣＯ２源の使用のもとメタンガス（ＣＨ４）を生成するために使用するメタン化ユニット（メタン生成ユニット）も有する。発生されたガスは、水素であろうとメタンであろうと、ガス貯蔵器へ導くことができるか、又はガスライン供給網へ、例えば天然ガス供給網へ供給することできる。
【００６９】
最後にパワーツーガスユニット２３は、有線（例えば光導波路 LWL）であろうと無線であろうと、通信ラインを介し、風力発電装置の主制御装置２０と接続されている制御装置２４も有する。
【００７０】
パワーツーガスユニットは、最終的に燃焼ガスを生成するために電気エネルギーが消費されるユニットである。
【００７１】
水素の発生のためには、例えば通常は電気分解が必要であり、従ってそのためにパワーツーガスユニットは、電気エネルギーを消費して水素を生成する電気分解装置を有する。
【００７２】
パワーツーガスユニットでは、水素と、例えば空気から獲得されるか又はＣＯ２タンクから提供されるか又は接続されたバイオガス装置から提供される二酸化炭素とが、メタン化ユニット内でメタンガス（ＣＨ４）を生成することにより、メタンを生成することもできる。
【００７３】
このメタンガスは、接続されたガス貯蔵器に提供されるか又はガス供給網へ提供することもできる。
【００７４】
図３に図示された一例では、ガス・蒸気プラントないし地域暖房式火力発電所（ブロックタイプ火力発電所 ＢＨＫＷ Blockheizkraftwerk）も構成されており、そこでは、燃焼ガスが燃焼機関内で燃焼され、それにより燃焼機関へ接続された電気ジェネレータにより再び電力を発生させることができ、そして該電力は、再び電力系統に提供することが可能である。
【００７５】
風力発電装置は、単独装置でもよく、また多数の風力発電装置から構成されるウインドパークを代表するものであってもよい。
【００７６】
風力発電装置は、制御・データ処理装置を備えた主制御装置２０を有する（図１ｂ）。このデータ処理装置は、とりわけデータ入力部２５を有し、該データ入力部２５を介し、風力予測データがデータ処理装置に提供される。データ処理装置２０は、これらの風力予測データから、例えば２０分、３０分、４０分、５０分、又は６０分、又はそれよりも長い期間の予め定められた予測期間のために風力予測を作成し、作成された風力予測を基礎として風力発電装置又はウインドパークの電力曲線の処理に基づき、信頼性の極めて高い予測電力を検出することができ、即ち最終的に電力系統へ信頼性をもってコンスタントに提供することのできる最低電力を検出することができる。
【００７７】
同時に風力発電装置又はウインドパークは、常に新たに例えば５〜１０秒の間隔で、現在の風力に依存する風力発電装置の現在の電力を検出する。
【００７８】
この際、予測電力（最低電力）より上にある風力エネルギーの現在の電力が、日付や信号などの情報として、パワーツーガスユニット２３の制御・データ処理装置２４に提供され、それによりパワーツーガスユニット２３に対して電力消費量が設定される。
【００７９】
即ち例えば風力発電装置又はウインドパークにおいて１メガワット（ＭＷ）の予測電力（最低電力）が確定されているが、現在この風力発電装置又はウインドパークが１.３ＭＷの電力を発生している場合には、差の大きさ、即ち３００ｋＷが値として検出され、パワーツーガスユニット２３の制御・データ処理装置２４は、この値を制御値として取得し、それによりパワーツーガスユニット２３は、それに対応して３００ｋＷの消費量で稼働される。
【００８０】
風力が幾らか低下し、それに続き、現在の電力が１.２ＭＷだけである場合には、それに対応してパワーツーガスユニット２３の電力消費量も２００ｋＷに減少し、また風力が強まり、例えば風力発電装置又はウインドパークが１.４ＭＷを発生させる場合には、パワーツーガスユニット２３の電力消費量は、それに対応して４００ｋＷに上昇する。
【００８１】
予測期間の経過後には、新たな予測が作成され、この新たな予測に対し、再び新たな一定の電力（新たな予測電力）が確定される。
【００８２】
一方における風力発電装置又はウインドパークの制御・データ処理装置と、他方におけるパワーツーガスユニットの制御・データ処理装置との間の共通のデータライン２６を介し、現在の風力データ又はパワーツーガスユニットの消費電力に関するデータも交換することができ、それにより、電力系統へ供給された一定の最低電力の一定の供給が保証されている。
【００８３】
更にそれに加え、制御・データ処理装置２０は、電力網の電力系統を制御するための制御装置２７又はセンターとも接続されており、従ってそこでは常に、電力系統への一定の電力供給の値を呼び出すことが可能でありないし該値が存在する。
【００８４】
現在の風速、従って風力発電装置又はウインドパークが現在発生している電力が、予測電力（最低電力）より下に低下する場合には、パワーツーガスユニットの電力消費量が「ゼロ」（又はできるだけ小さい値）へ移され、それと同時に場合によりガスプラントないしガス・蒸気プラントないし地域暖房式火力発電所（ブロックタイプ火力発電所）２８が、風力発電装置又はウインドパークでは提供することのできない電力を追加的に提供可能とするために始動され、結果として電力系統に対しては、常に予測電力を信頼性をもって提供することができ、必要に応じ、対応してＧｕＤ（ガス・蒸気プラント Gas- und Dampfkraftwerk）／ＢＨＫＷ（地域暖房式火力発電所；ブロックタイプ火力発電所 Blockheizkraftwerk）が必要以上に高い電力をもって稼働されることにより、むしろ予測電力よりも多くの電力を提供することもできる。
【００８５】
図１ｂに図示されているように、コンビネーション発電所の発電ユニットの間、即ち一方におけるウインドパークと、他方におけるパワーツーガスユニットとの間には、通信ライン及び／又はデータラインが設けられている。これらの通信ライン並びにデータラインを介し、コンビネーション発電所のユニットの間で下記のデータを交換することができ、それにより一方ではウインドパークを制御することができ、他方ではパワーツーガスユニットを制御することができる。
【００８６】
例えば風力発電装置ないしウインドパークがいずれにせよ絶えず電力系統の周波数を検知して測定し、この際、同様に絶えず、周波数低下、即ち負の周波数勾配（時間に対する周波数勾配を導出：ｄｆ／ｄｔ）を検知する場合には、系統周波数のための対応する値（絶対値）ないし系統低下のための対応する値（周波数低下勾配）が、パワーツーガスユニットの制御装置に伝達される。しかしまた予め定められた所定の周波数値ないし周波数勾配値が存在することにより、既にウインドパーク内でパワーツーガスユニットをストップするための対応するスイッチング命令を発生させ、その後、このスイッチング命令をパワーツーガスユニットへ伝送することも可能である。また発電ユニット、即ちウインドパークが、現在発生されている電力のための現在値をパワーツーガスユニットへ伝達することも可能であり、従ってパワーツーガスユニットは、発電ユニットが発生しているよりも多くの電力が消費されないように常に運転される。
【００８７】
またパワーツーガスユニットが常に全パワーツーガスユニットの現在の消費電力の値を、発電ユニットが対応して制御可能となるために、発電ユニットへ伝送することも有利である。
【００８８】
またウインドパーク及び／又はパワーツーガスユニットがデータ入力部を有すると有利であり、それにより電力系統を制御するための制御装置又はセンターにより常に、どの電力をパワーツーガスユニットが受け取るべきなのかを設定することができ、それにより予め定められた系統周波数値を下回る場合、及び／又は予め定められた系統周波数低下、即ち予め定められた周波数勾配がある場合には、この電力が系統保護のための電力として確実に提供される。
【００８９】
図４には、系統周波数が所定の値より上にある間、例えば４９.８Ｈｚより上にある間は、パワーツーガスユニットが所定の電力（ＰＰ-ｔ-Ｇ）を受け取ることが図示されている。４９.８Ｈｚの値に達するか又はこの値を下回る場合、即ち予め定められた不足周波数値に達する場合には、パワーツーガスユニットの電力の受け取りが、パワーツーガスユニット２３の電気分解のスイッチのオフないし開放によりストップされ、従ってそれまで消費されていたパワーツーガスユニットの電力は、即座に電力系統のために提供可能となり、その理由は、それまで消費されていた電力がもはや電力系統から呼び出されないためである。従って周波数は、比較的速く再び回復し、いずれにせよ、予め定められた規定の不足周波数時には、電力系統がパワーツーガスユニットの電力消費のストップにより保護される。
【００９０】
この際、パワーツーガスユニットがコンビネーション発電所の一部であり、該コンビネーション発電所が、例えばウインドパークから構成される発電ユニットを有する場合には、該コンビネーション発電所は、発生される発電ユニットの電力、例えば即ちウインドパークの電力と、パワーツーガスユニットの消費される電力との差から計算される電力を電力系統に提供することができる。例えば４９.８Ｈｚの不足周波数値が達成されると直ちに、パワーツーガスユニットの電力消費量は「ゼロ」へ低下する。ウインドパークは、図示の例において常に電力を発生させているので、パワーツーガスユニットによる電力の受け取りがストップされる場合にコンビネーション発電所が提供する電力は、全ウインドパークの電力と同じ値となり、従って不足周波数値の到達時には、明らかにより大きな電力の割当分を電力系統に提供することができる。コンビネーション発電所の電力は、図４において、鎖線（Ｐコンビネーション発電所）により図示されている。
【００９１】
図５には、パワーツーガスユニットによる電力の受け取りのストップのための起動事象（ausloesendes Ereignis）が、予め定められた系統周波数値の下回りではなく、予め定められた周波数低下、即ち予め定められた周波数勾配があるときに起動事象が存在するという一例が示されている。周波数低下勾配が例えば１０ｍＨｚ／ｓｅｃを上回る場合、即ち周波数が一秒の間に１０ミリヘルツよりも大きく低下する場合には、このことがスイッチング信号と解釈され、それによりパワーツーガスユニットによる電力の受け取りがパワーツーガスユニットの（整流器の）スイッチを開放することによりストップされるか、又は電力の受け取りが予め定められた値分だけ減少される。従って最短時間内で、即ち例えば５〜１０ｍｓｅｃという数ミリ秒の間に、遥かに多くの電力が電力系統内で提供可能となり、その理由は、パワーツーガスユニットによるエネルギーの受け取りのストップによりコンビネーション発電所の全電力が電力系統に対して電力として提供可能となるためであり、またそれに対し、起動のためのスイッチング事象の前では、パワーツーガスユニットが、発電ユニットから、発生された電力の所定の電力量を受け取っている。
【００９２】
この際、図５において、点線（ｆ本発明なし）は、所定の周波数低下があるときにパワーツーガスユニットがストップされず、即ちエネルギーがもはや受け取られないのではなく、以前のように更に電気エネルギーが受け取られるであろう場合に、周波数がどのように挙動するのかを示している。つまり図面から見てとれるようにパワーツーガスユニットによるエネルギーの受け取りのストップは、多大に系統保護をもたらすものであり、その理由は、系統を保護するために遅くとも系統制御機能により別の需要家が「放棄」されるないし切り離されるであろう４９Ｈｚ限界にそもそも達することがそれにより防止されるためである。
【００９３】
図４によるスイッチング基準も、図５によるスイッチング基準も、同一の装置（又はウインドパーク）において構成可能であり、またそれに加え、パワーツーガスユニットが電気エネルギーを受け取る限りは、この電気エネルギーを、電力系統へのコンビネーション発電所の電気エネルギーの供給の恒常化が同時に成されるように設定することも可能であることが、自ずと理解される。
【００９４】
上述した１つのパワーツーガス装置（即ちパワーツーガスユニット）を用い、或いは他の複数のパワーツーガス装置の各々を用いることにより、風力発電装置を設備して例えば油やディーゼルなどの従来のエネルギーの使用を明らかに少なくすることも可能である。そのためには、先ず現地において、即ち風力発電装置やウインドパークなどが設置される場所において、比較的小規模の風力発電装置が建設され、それから該風力発電装置は、パワーツーガスユニットへ接続され、それによりパワーツーガスユニットの稼働時には常にガスが生成される。それからこのガスは、工事現場において、即ち風力発電装置やウインドパークなどが設置される場所において、このガスを用いて稼働されるそこにある例えばクレーンなどの機械に対して供給され、その結果として、風力発電装置やウインドパークなどの設置のためには、化石燃料を使用する必要は全くなくなり、クレーンやトラックなどの機械は、ガスを用い、即ち風力発電装置の設置の現地においてパワーツーガスユニットにより発生される燃料を用いて稼働される。
【００９５】
勿論、必要な燃料、即ちガスは、比較的近辺に設置された風力発電装置に接続されているパワーツーガスユニットを用いて生成することも可能である。
【００９６】
またその際には、風力発電装置の設置の現地において、常にガスで満たされるガス貯蔵器を設けると有利であり、それによりクレーンやトラックなどのエネルギー消費機械には常にガスを補給することができ、従ってパワーツーガスユニットにより、風力発電装置プロジェクトのエネルギー収支が今一度明らかに改善され、特にＣＯ２収支も改善される。
【００９７】
本出願の請求項１により、電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ該電力系統の所望の規定周波数より下にある場合、及び／又は系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、パワーツーガスユニットが、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らないことが提案される。つまり結果としてパワーツーガスユニットのエネルギーの受け取りは、系統パラメータである電力系統内の「周波数」がどのように発生するかに依存して制御される。
【００９８】
選択的（代替的）に及び請求項１の内容に加え、本発明を用い、エネルギーの受け取り、従ってパワーツーガスユニットの稼働を、例えば、電力系統内の、超過周波数、系統不足電圧、系統超過電圧、無効電力需要、短絡、フォルトライドスルー（Fault ride through）、ゼロライドスルー（zero ride through）などの別の系統パラメータに依存して制御することも可能である。
【００９９】
そのような所謂「系統イベント（Netzevents）」時、即ち周波数、電圧、無効電力などの系統パラメータが所定の値を上回る又は下回る場合には、一般的には風力発電装置の電力は減少される。それに対して今や本発明を用い、風力発電装置の電力をその最大値に保つことでき、また電力系統へ供給される電力の減少は、本発明により、前記の系統パラメータに依存し、即ちそれらの増加か又は所定の系統パラメータ値の超過に依存し、パワーツーガスユニットが、エネルギーの受け取り、従ってつまりパワーツーガスユニットが発生させるガス生産を、所定の系統電圧の上回り又は下回り、短絡、又は系統周波数の上回りなどに依存して行うことにより達成することができる。
【０１００】
つまりパワーツーガスユニットが接続されており、本発明によりその定格電力（定格出力）のほぼ９０％（±５％）で稼働される場合には、パワーツーガス装置の受け取り電力は、再び前述の系統パラメータに依存して増加することができ、従って電力系統へ供給される風力発電装置の電力は少なくなるが、同時にガス生産は増加され、それにより以前のように風力発電装置の電力が減少されることはなく、従って潜在的に発生すべき電気エネルギーの一部は、呼び出されず、電力系統へ供給されることもない。つまり本発明を用いることで風力発電装置への制御介入を減少することができ、単にパワーツーガス装置の稼働と、パワーツーガス装置の電力消費をより多くすること、従ってガス発生をより多くすることとにより、電力系統へ供給される風力発電装置の電力の電力減少が達成される。このことは、中でも、所定の系統パラメータがその規定範囲外にあり且つ電力系統へ供給される電力の減少が必要である場合には、風力発電装置（又はウインドパーク）が制御介入を伴わないで更に稼働可能であり、全システムはエネルギー損失を発生させないという結果をもたらす。短絡の場合には、風力発電装置は、通常ではその電力を即座に劇的に減少する必要があり、できるならむしろ「ゼロ」へと制限する必要がある。そのような介入は、風力発電装置にとって、成し遂げるのは困難である強い制御介入である。パワーツーガス装置が風力発電装置へ接続されているのであれば、電力系統短絡の場合には、風力発電装置の電力は、十分なほど完全にパワーツーガス装置に提供することができ、それにより風力発電装置を先ずは引き続いて稼働させることができる。
【０１０１】
例えばパワーツーガス装置が稼働され、パワーツーガス装置が通常稼働においてもその電力を風力発電装置だけから受け取るのではなく、電力系統からも直接的に受け取る場合には、短絡の場合には、電力系統からの電気エネルギーの受け取りは無くなるが、それでもパワーツーガスユニットが最適な状態でその可能な限りの電力で更に稼働可能であるのに十分なポテンシャルがあり、その際、パワーツーガスユニットの全電力は、風力発電装置により提供可能である。
【０１０２】
この例においても、それにより電力系統短絡の場合における風力発電装置への極めて要求の高い制御介入を再び排除することができるか又は明らかに穏やかに（マイルドに）構成することができるということが分かり、このことは、最終的には風力発電装置の信頼性を向上させ、また風力発電装置の電力を不必要に抑制しないことを可能にする。
【０１０３】
その後、電力系統短絡又は対応するイベント（事象）が解消すると、それから風力発電装置は、即座に再び電力を電力系統へ供給し、それにより電力系統を保護することができる。その際、移行のためには、風力発電装置が主として先ずは電力系統を再び保護し、比較的少ない電力をパワーツーガスユニットに提供することも勿論可能であるが、このことは、最終的に重要なことではなく、その理由は、電力系統の安定化が基本的に常に重要な位置を占めるためであり、電力系統の安定性が再確立されると直ちに、パワーツーガスユニットも風力発電装置も再びそれらの通常の稼働を続けることができる。
【０１０４】
従ってつまり本発明は、パワーツーガス装置、即ち電気エネルギーから例えば水素及び／又はメタンなどのガスを生成する装置を稼働するための方法をも可能とし、この際、パワーツーガスユニットが、ガスの生成のために、パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取り、この際、電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有し、この際、系統短絡の場合には、パワーツーガスユニットは、該パワーツーガスユニットと接続された風力発電装置、又はウインドパーク、即ち複数の風力発電装置の集合体から電力を受け取り、系統短絡が解消された場合には、風力発電装置は、系統保護のために再び電気エネルギーを電力系統へ供給し、必要に応じてパワーツーガスユニットは、最終的に系統保護に寄与するためにも、一時的に、その定格出力稼働において必要であるよりも少ない電力を受け取る。
【０１０５】
本発明の上述の説明は、系統短絡だけに該当するのではなく「フォルトライドスルー（故障の乗り切り Fault ride through）」「ゼロライドスルー（供給ゼロの乗り切り zero ride through）」などの場合（系統「イベント」）にも該当する。
【０１０６】
つまり本発明を用いることにより、ウインドパークが最終的に所定の最低電力を絶えず提供し、従って全ウインドパークを電力生産のための信頼できる系統量（Netzgroesse）と見なすことができるように、パワーツーガスユニットを稼働することができる。つまりその際、ウインドパークが最低電力を超えて生成する付加的な各電気エネルギーは、パワーツーガスユニットに供給される。
【０１０７】
請求項１に記載の発明に対する上述の選択肢は、制御装置が存在し、該制御装置に対し、系統パラメータ、即ち電力系統内の周波数、電圧、電流などのためのパラメータが提供され（これらの系統パラメータは、通常はいずれにせよ絶えず測定される）、そして該制御装置が、風力発電装置（又はウインドパーク）の制御とエネルギー配分、並びにパワーツーガスユニットの制御とエネルギー配分を担う場合に、容易に実現することができる。上述の発明に対する別の選択肢であって極めて独自の選択肢、又は上述の発明に対する補足として、パワーツーガスユニットのガス生産がＳＴＡＴＣＯＭ装置を用いて制御されることを挙げることができる。そのようなＳＴＡＴＣＯＭは、基本的に「Static Synchronous Compensator（静止型同期補償装置）」であり、つまり対応する出力電流に対して９０°だけ電圧の位相がずれている可変の電圧振幅を有する３相電圧系を発生させる電流変換パルス稼働装置（Stromrichterimpulsbetrieb）のことである。従って誘導性又は容量性の無効電力を、ＳＴＡＴＣＯＭと電力系統の間で交換することができる。ＳＴＡＴＣＯＭは、パワーエレクトロニクスの分野ではフレキシブルな三相交流伝送システム（Flexible A/C Transmission Systems (FACTS)）に数えられ、機能的に類似する静的無効電力補償に対し、交流電圧系統の安定化において、その無効電力が系統交流電圧の大きさに依存しないので、利点を有する。
【０１０８】
つまりパワーツーガスユニットの稼働、従ってこのパワーツーガスユニットのガス生産がＳＴＡＴＣＯＭ装置を用いて制御されると、先ずパワーツーガス装置は、その電気エネルギーを、同時に電力系統と接続されていることも可能なＳＴＡＴＣＯＭ装置から受け取る。従ってその際には、現在の料金表（タリフ Tarif）に依存し、即ち一方では、電力系統へ供給される電力のための補償料金表（Verguetungstarif）に依存し、他方ではメタンガスのための現在の料金表に依存し、ウインドパーク（その電力はＳＴＡＴＣＯＭ装置を介して電力系統へ供給される）のどのくらいの電力が電力系統へもたらされるのか、そしてウインドパークのどのくらいの電力がＣＨ４生産へもたらされるのかについて決定を導くことができる。従ってそのような解決策を用いることにより、ＳＴＡＴＣＯＭ装置と接続されているパワーツーガス装置を稼働するための方法が可能となり、ＳＴＡTＣＯＭ装置は、ウインドパーク及び電力系統と接続されており、また制御装置を有し、該制御装置は、現在の料金、例えば、一方では電力系統へ供給される電力のための補償料金と、他方ではメタンガスのための現在の料金とを処理し、電気エネルギーの系統供給又はパワーツーガスユニットにおけるガスの生産を、どの料金が今はより良いのかに応じ、即ち電力系統内へ供給される電力なのか、又はメタンガス生産なのかについて制御し、従ってウインドパークのどのくらいの電力が電力系統へ供給され、ウインドパークのどのくらいの電力がパワーツーガスユニットへ供給され、従ってＣＨ４生産へ提供されるのかについての比率が、その都度の現在の料金に依存して可能であり設定される。従ってＳＴＡＴＣＯＭ装置は、風力発電装置自体の電力生産へ介入する必要なく、系統供給と、パワーツーガスユニット稼働、従ってパワーツーガスユニットの電力の提供との間の電力配分（エネルギー配分）をいつでも変更して新たに行うことのできる理想的な道具である。更にまたＳＴＡＴＣＯＭ装置が、電気貯蔵装置、アキュムレータバッテリなどとも接続されていることも可能であり、従ってその際には、電気エネルギーを後で電気貯蔵器から取り出して電力系統へ供給するか又はＣＨ４の生産のためにパワーツーガスユニットへと提供するために、電気エネルギーを中間貯蔵するという更なる可能性がある。
【０１０９】
図６は、風力発電装置１と、電気貯蔵器と、制御装置と、パワーツーガスユニットと、電力系統とを有するそのようなＳＴＡＴＣＯＭ適用のブロック図を示している。この際、ＳＴＡＴＣＯＭ装置が、電気貯蔵器及び／又はパワーツーガスユニットと、風力発電装置１と、電力系統と接続されており、制御装置を有し、該制御装置が上述の基準を満たしていることが見てとれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１    ナセル（図１）
１    風力発電装置（図６）
２    ハブ
４    ロータブレード
６    ロータ（回転子）
７    空気動力学的ロータ
８    ステータ
１０    発電機
１２    整流器
１４    インバータ
１６    変圧器
１８    電力系統（電力網）
２０    主制御装置
２２    系統測定ユニット
２３    パワーツーガスユニット
２４    ＤＣＤＣ変換器（図１ｂ）
２４    制御・データ処理装置（図２）
２５    データ入力部
２６    データライン
２８    ガス・蒸気プラントないし地域暖房式火力発電所
【図１ａ】
2015513890.tif 000003
【図１ｂ】
2015513890.tif 000004
【図２】
2015513890.tif 000005
【図３】
2015513890.tif 000006
【図４】
2015513890.tif 000007
【図５】
2015513890.tif 000008
【図６】
2015513890.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月10日(2014.10.10)
【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】
パワーツーガスユニット、即ち電気エネルギーからガスを生成するユニットを稼働するための方法であって、  前記パワーツーガスユニットは、ガスの生成のために、前記パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取ること、  前記電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有すること、  前記パワーツーガスユニットは、前記電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ前記電力系統の所望の前記規定周波数より下にある場合、及び／又は該系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らないこと  を特徴とする方法。
【請求項２】
前記パワーツーガスユニットは、前記系統周波数が所定の第１系統周波数に到達するか又はそれより下にある場合には、前記電力系統から最低電力だけを受け取るか又は全く電力を受け取らないこと  を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予め定められた周波数値は、前記規定周波数よりも１パーミル分だけ下にあり、又は２パーミル分だけ下にあり、又は３パーミル分だけ下にあり、又はそれよりも大きい値分だけ下にあり、及び／又は前記予め定められた変化の大きさは、０.１Ｈｚ／ｓｅｃよりも大きく、又は０.２〜７Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあり、又は０.５〜２Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあること  を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記パワーツーガスユニットは、風力発電装置又は複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと連結されており、前記パワーツーガスユニットと前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークとは、コンビネーション発電所を構成し、前記パワーツーガスユニットが受け取る電気エネルギーを前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークが発生するようなコンビネーション発電所として稼働されること  を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
一方における風力発電装置及び／又は複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと、他方におけるパワーツーガスユニットとから構成されるコンビネーション発電所であって、  前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、所定の風力状況において電気エネルギーを発生し、接続された電力系統へ供給すること、  前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの予め定められた所定の割当分を受け取り、燃料を生産するために使用すること、  前記電力系統は、予め定められた規定周波数を有すること、そして、ａ）前記規定周波数より下にある予め定められた第１系統周波数値に到達する場合及び／又はそれを下回る場合、及び／又は、ｂ）系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合には、  前記パワーツーガスユニットによる電力の受け取りは、減少される及び／又はストップされること  を特徴とするコンビネーション発電所。
【請求項６】
前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークと電気的に連結されており、前記パワーツーガスユニットがその稼働のために必要とする電気エネルギーは、前記風力発電装置又は前記ウインドパーク又はそれらの出力部から直接的に受け取られるか、又は前記パワーツーガスユニットは、前記パワーツーガスユニットの稼働のための電気エネルギーを、前記パワーツーガスユニットが接続されており且つ前記風力発電装置又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの供給先である前記電力系統から受け取ること  を特徴とする、請求項５に記載のコンビネーション発電所。
【請求項７】
風力発電装置及び／又はウインドパーク又は太陽光発電装置を含んだ前記コンビネーション発電所が、電力系統の保護のために、前記予め定められた第１系統周波数値を系統周波数が下回る場合、及び／又は系統周波数が、前記予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化（Δｆ／Δｔ）で低下する場合に、電力系統に供給される電力を増加させること を特徴とする、請求項５又は６に記載のコンビネーション発電所。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  下記非特許文献１に開示された解決策と類似の解決策は、下記特許文献１又は下記特許文献２からも見てとれる。更に下記特許文献４〜７も参照とされる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【特許文献１】WO 2010/108910 A2
【特許文献２】WO 01/86143 A1
【特許文献３】WO 2009/065577 A1
【特許文献４】DE 10 2009 018126 A1
【特許文献５】WO 2010/048706 A1
【特許文献６】CA 2,511,632 A1
【特許文献７】WO 2011/060953 A2
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】  前記課題は、請求項１に記載の方法、並びに請求項５に記載の装置により解決される。更なる有利な形態は、下位請求項に記載されている。 即ち、本発明の第１の視点により、パワーツーガスユニット、即ち電気エネルギーからガスを生成する装置を稼働するための方法であって、前記パワーツーガスユニットは、ガスの生成のために、前記パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取ること、前記電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有すること、前記パワーツーガスユニットは、前記電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ前記電力系統の所望の前記規定周波数より下にある場合、及び／又は該系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化で低下する場合には、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らないことを特徴とする方法が提供される。 更に、本発明の第２の視点により、一方における風力発電装置及び／又は複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと、他方におけるパワーツーガスユニットとから構成されるコンビネーション発電所であって、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、所定の風力状況において電気エネルギーを発生し、接続された電力系統へ供給すること、前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの予め定められた所定の割当分を受け取り、燃料を生産するために使用すること、前記電力系統は、予め定められた規定周波数を有すること、そして、前記規定周波数より下にある予め定められた第１系統周波数値に到達する場合及び／又はそれを下回る場合、及び／又は系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化で低下する場合には、前記パワーツーガスユニットによる電力の受け取りは、減少される及び／又はストップされることを特徴とするコンビネーション発電所が提供される。 尚、本願の特許請求の範囲に付記される図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】 本発明において、以下の形態が可能である。（形態１）パワーツーガス装置、即ち電気エネルギーから例えば水素及び／又はメタンなどのガスを生成する装置を稼働するための方法であって、前記パワーツーガスユニットは、ガスの生成のために、前記パワーツーガスユニットが接続された電力系統から電気エネルギーを受け取ること、前記電力系統は、予め定められた規定周波数ないし規定周波数範囲を有すること、前記パワーツーガスユニットは、前記電力系統の系統周波数が、予め定められた周波数値分だけ前記電力系統の所望の前記規定周波数より下にある場合、及び／又は該系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化で低下する場合には、予め定められた値分だけ電力の受け取りを減少するか又は全く電力を受け取らないこと。（形態２）前記方法において、前記パワーツーガスユニットは、前記系統周波数が所定の第１系統周波数に到達するか又はそれより下にある場合には、前記電力系統から最低電力だけを受け取るか又は全く電力を受け取らないことが好ましい。（形態３）前記方法において、前記予め定められた周波数値は、例えば５０Ｈｚの前記規定周波数よりも１パーミル分だけ下にあり、好ましくは２パーミル分だけ下にあり、特に好ましくは３パーミル分だけ下にあり、又はそれよりも大きい値分だけ下にあり、及び／又は前記予め定められた変化の大きさは、０.１Ｈｚ／ｓｅｃよりも大きく、特に０.２〜７Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあり、好ましくは０.５〜２Ｈｚ／ｓｅｃの範囲内にあることが好ましい。（形態４）前記方法において、前記パワーツーガスユニットは、風力発電装置又は例えば複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと連結されており、前記パワーツーガスユニットと前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークとは、コンビネーション発電所を構成し、好ましくは、前記パワーツーガスユニットが受け取る電気エネルギーを前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークが発生するようなコンビネーション発電所として稼働されることが好ましい。（形態５）一方における風力発電装置及び／又は複数の風力発電装置から構成されるウインドパークと、他方におけるパワーツーガスユニットとから構成されるコンビネーション発電所であって、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、所定の風力状況において電気エネルギーを発生し、接続された電力系統へ供給すること、前記パワーツーガスユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの予め定められた所定の割当分を受け取り、例えば水素やメタンなどの燃料を生産するために使用すること、前記電力系統は、予め定められた規定周波数を有すること、そして、前記規定周波数（５０Ｈｚ）より下にある予め定められた第１系統周波数値に到達する場合及び／又はそれを下回る場合、及び／又は系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化で低下する場合には、前記パワーツーガスユニットによる電力の受け取りは、減少される及び／又はストップされること。（形態６）前記コンビネーション発電所において、前記パワーツー��スユニットは、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークと例えば電流ラインを介して電気的に連結されており、前記パワーツーガスユニットがその稼働のために必要とする電気エネルギーは、前記風力発電装置又は前記ウインドパーク又はそれらの出力部から直接的に受け取られるか、又は前記パワーツーガスユニットは、前記パワーツーガスユニットの稼働のための電気エネルギーを、前記パワーツーガスユニットが接続されており且つ前記風力発電装置又は前記ウインドパークにより発生された電気エネルギーの供給先である前記電力系統から受け取ることが好ましい。（形態７）風力発電装置及び／又はウインドパーク又は太陽光発電装置から構成される、好ましくは前記コンビネーション発電所を、電力系統の保護のために、特に、例えば４９.８Ｈｚの予め定められた第１系統周波数値を系統周波数が下回る場合、及び／又は系統周波数が、予め定められた変化の大きさを上回る大きさの周波数勾配、即ち時間ごとの変化で低下する場合に、電力系統に供給される電力を増加させるために使用すること。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】  制御のためには、メインコントロールユニットと称することもでき且つ風力発電装置の最上位の調整・制御ユニット（Regelungs- und Steuereinheit 閉ループ制御も開ループ制御も可能）を構成する主制御装置２０が使用される。主制御装置２０は、中でも系統周波数に関する情報を下位の系統測定ユニット２２から取得する。主制御装置２０は、インバータ１４並びに整流器１２を制御する。基本的に勿論、非制御式の整流器を使用することもできるだろう。また主制御装置２０は、発電機１０の一部である回転子６へ励磁電流を供給するためのＤＣＤＣ変換器（Gleichstromsteller）３０を制御する。主制御装置２０は、とりわけ予め定めれた系統周波数限界値を下回る場合には、発電機１０の給電ないし作動点を修正する。発電機１０は回転数可変で稼働されるので、電力系統への給電は、既述のように、実質的に整流器１２とインバータ１４により構成されるフルコンバータを用いて行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】  更にそれに加え、制御・データ処理装置２０は、電力網の電力系統を制御するための制御装置又はセンターとも接続されており、従ってそこでは常に、電力系統への一定の電力供給の値を呼び出すことが可能でありないし該値が存在する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】  図６は、風力発電装置１００と、電気貯蔵器と、制御装置と、パワーツーガスユニットと、電力系統とを有するそのようなＳＴＡＴＣＯＭ適用のブロック図を示している。この際、ＳＴＡＴＣＯＭ装置が、電気貯蔵器及び／又はパワーツーガスユニットと、風力発電装置１００と、電力系統と接続されており、制御装置を有し、該制御装置が上述の基準を満たしていることが見てとれる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】    １    ナセル    ２    ハブ    ４    ロータブレード    ６    ロータ（回転子）    ７    空気動力学的ロータ    ８    ステータ  １０    発電機  １２    整流器  １４    インバータ  １６    変圧器  １８    電力系統（電力網）  ２０    主制御装置  ２２    系統測定ユニット  ２３    パワーツーガスユニット  ２４    制御・データ処理装置  ２５    データ入力部  ２６    データライン  ２８    ガス・蒸気プラントないし地域暖房式火力発電所 ３０ ＤＣＤＣ変換器１００ 風力発電装置
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ｂ】
2015513890.tif 000010
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2015513890.tif 000011
【国際調査報告】
2015513890.tif 000012
2015513890.tif 000013
2015513890.tif 000014
2015513890.tif 000015
2015513890.tif 000016
2015513890.tif 000017