(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムの制御方法であって、
前記風力発電設備の単位時間当たりに低下する出力電力の変化が第１の値を逸脱した場合は、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、新たに前記ディーゼル機関を駆動し、
該ディーゼル発電設備の発電量の増加とともに前記蓄電池からの電力供給量を低下させることを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法。
【請求項２】
前記第１の値は、前記風力発電設備が前記蓄電池を使わず単独で電力供給可能な上限値であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法。
【請求項３】
前記出力低下の変化率が第１の値を逸脱した場合は、出力低下の変化率を第１の値より大である第２の値に保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法。
【請求項４】
風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムの制御方法であって、
前記風力発電設備の出力拡大を実施しても設定された出力に満たない場合に、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、前記ディーゼル発電設備の起動機関数を調整し、
前記風力発電設備と前記ディーゼル発電設備とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば前記蓄電池の駆動を停止することを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法。
【請求項５】
風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムであって、
前記風力発電設備の単位時間当たりに低下する出力電力の変化が第１の値を逸脱した場合は、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、新たに前記ディーゼル機関を駆動し、
該ディーゼル発電設備の発電量の増加とともに前記蓄電池からの電力供給量を低下させることを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システム。
【請求項６】
前記第１の値は、前記風力発電設備が前記蓄電池を使わず単独で電力供給可能な上限値であることを特徴とする請求項５に記載の風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システム。
【請求項７】
前記出力低下の変化率が第１の値を逸脱した場合は、出力低下の変化率を第１の値より大である第２の値に保持することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システム。
【請求項８】
風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムであって、
前記風力発電設備の出力拡大を実施しても設定された出力に満たない場合に、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、前記ディーゼル発電設備の起動機関数を調整し、
前記風力発電設備と前記ディーゼル発電設備とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば前記蓄電池の駆動を停止することを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風車を利用した発電、いわゆる風力発電と、ディーゼル機関を利用した発電、いわゆるディーゼル発電とを組み合わせた発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば離島のような立地条件の地域においては、風力発電によって得られた電力を同地域内の各需要家に供給しているが、近年、エアコン等の普及が目覚ましいこと等から、将来的に当該地域の夏場の電力需要が拡大し、従来の風力発電だけでは需要に見合った電力供給が不可能となる可能性がでてきた。
【０００３】
このような電力供給の不足を補うべく、従来の風力発電にディーゼル発電を組み合わせた発電システムの開発が進められている。こういった、いわゆるハイブリッド型の発電システムにおいては、風車によって風の力を電力に変換して需要家に供給しながら余剰の電力を蓄電池に蓄えておき、需要の急激な拡大によって風力発電だけではすべてを賄うことができないときには併せてディーゼル発電を行って破断なく電力供給を行うようになっている。
【０００４】
ところで、風力発電は当然のごとく気象状況の変化の影響を受け易いため、上記のようなハイブリッド型の発電システムには蓄電池が備えられている。そして、風力発電によって余剰の電力が生産される間にその電力を蓄電池に蓄えておき、例えば風車がトリップ状態（風が急に止んで発電ができなくなる状態）に陥った場合にはその分の電力を蓄電池から補って電力供給を継続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなハイブリッド型の発電システムにおいては次のような問題点が指摘されている。
すなわち、風力発電の出力変動が起こるたびに蓄電池を駆動するため、蓄電池の使用頻度が高く、そのため耐用期間が比較的短い。蓄電池は耐用期間が過ぎる前に新規なものに交換する必要があるが、非常に大型であるため、蓄電池自体が高価なことに加えて設置工事に掛かる費用も安価には賄えない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、蓄電池の使用頻度を低くして上記のような設備費の高騰を抑えることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムの制御方法であって、前記風力発電設備の単位時間当たりに低下する出力電力の変化が第１の値を逸脱した場合は、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、新たに前記ディーゼル機関を駆動し、該ディーゼル発電設備の発電量の増加とともに前記蓄電池からの電力供給量を低下させることを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法を提供する。
【０００８】
また、上記風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法において、前記第１の値は、前記風力発電設備が前記蓄電池を使わず単独で電力供給可能な上限値であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る発電システムの制御方法においては、出力低下の変化率の見極めを第１の値として、変化率が第１の値を逸脱した場合は、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに新たに前記ディーゼル機関を駆動し、該ディーゼル発電設備によって発電される出力の増加とともに前記蓄電池からの電力供給量を低下させることにより、蓄電池の駆動の頻度を少なく抑えられる。これにより、耐用期間の延長を図って蓄電池の交換に要するコスト（蓄電池自体の価格や工事費用等）の削減が可能である。
【００１０】
また、上記風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法において、前記出力低下の変化率が第１の値を逸脱した場合は、出力低下の変化率を第１の値より大である第２の値に保持することが好ましい。
【００１１】
出力低下の変化率の見極めを第１、第２の値（第１の値＜第２の値、ただし第１の値以下であれば蓄電池を使わずに電力供給が可能である）とすることで、変化率が第１の値を逸脱した場合は第２の値に保持した上で、蓄電池から出力補完を行うことができるので、蓄電池の駆動の頻度を少なく抑えられる。
【００１２】
また、本発明は、風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムの制御方法であって、前記風力発電設備の出力拡大を実施しても設定された出力に満たない場合に、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、前記ディーゼル発電設備の起動機関数を調整し、前記風力発電設備と前記ディーゼル発電設備とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば前記蓄電池の駆動を停止することを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの制御方法を提供する。
【００１３】
前記風力発電設備の出力拡大では設定された出力に満たない場合に、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、前記ディーゼル発電設備の起動機関数を調整する。そして、前記風力発電設備と前記ディーゼル発電設備とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば前記蓄電池の駆動を停止する。このため、風力発電設備の回転エネルギー蓄積効果、及び蓄電池の働きによって出力電力が一定に保たれるので、発電システムの系統周波数に殆ど影響を与えない。
【００１４】
本発明は、風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムであって、前記風力発電設備の単位時間当たりに低下する出力電力の変化が第１の値を逸脱した場合は、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、新たに前記ディーゼル機関を駆動し、該ディーゼル発電設備の発電量の増加とともに前記蓄電池からの電力供給量を低下させることを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムを提供する。
【００１５】
上記風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムにおいて、前記第１の値は、前記風力発電設備が前記蓄電池を使わず単独で電力供給可能な上限値であることが好ましい。
【００１６】
上記風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムにおいて、前記出力低下の変化率が第１の値を逸脱した場合は、出力低下の変化率を第１の値より大である第２の値に保持することが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、風力発電設備と複数のディーゼル機関を備えたディーゼル発電設備とを組み合わせ、さらに風力発電による出力変動を吸収する蓄電池を備えた発電システムであって、前記風力発電設備の出力拡大を実施しても設定された出力に満たない場合に、前記蓄電池から放電して出力補完を行うとともに、前記ディーゼル発電設備の起動機関数を調整し、前記風力発電設備と前記ディーゼル発電設備とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば前記蓄電池の駆動を停止することを特徴とする風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムを提供する。
【００１８】
また、風力発電設備に放熱ヒータを設け、蓄電池を満たしてさらに余剰の電力を熱に変換して大気中に廃棄することにより、蓄電池の容量を過剰に大型化する必要がない。これにより、耐用期間の延長を図って蓄電池の交換に要するコスト（先程と同じく、蓄電池自体の価格や工事費用等）の削減が可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１に示して説明する。
図１は本発明に係る風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの全体概要を示す図である。図において、符号１は風車を利用する風力発電設備、２はディーゼル機関を利用するディーゼル発電設備を示す。
【００２０】
風力発電設備１には、風車３、蓄電池４、放熱ヒータ５、ならびにこれら各機器を制御する風力発電制御装置６が設けられている（風力発電設備１については特開平９−３２４７４０号公報「風力発電装置」も参照されたい）。また、ディーゼル発電設備２には、複数のディーゼル機関７と、これらを制御するディーゼル発電制御装置８とが設けられている。
【００２１】
風車３には、羽根の回転エネルギー蓄積効果（フライホイール効果）によって出力の安定化を図るタイプが採用されている。
【００２２】
蓄電池４、放熱ヒータ５は風車３によって発電された電力の供給系統９に接続されている。該電力供給系統９には、風車３によって発電された交流出力を直流出力に一旦変換するコンバータ１０と、変換された直流出力を再び交流出力に変換するインバータ１１とが設けられており、蓄電池４はコンバータ１０とインバータ１１との間に充放電器１２を介して接続されている。一方、放熱ヒータ５はコンバータ１０とインバータ１１との間に整流器１３を介して接続されている。
【００２３】
風力発電制御装置６とディーゼル発電制御装置８とは、光ケーブル１４を利用した通信回線で接続されている。これにより、２つの発電設備は必ずしも同じ敷地内に隣接する必要はなく、遠方に離間して構築されることも問題はない。例えば、ディーゼル発電設備２を市街地に隣接して構築し、風力発電設備１は離島等市街地から遠い地域に構築して両者を光ケーブル１４で接続することも可能である。
【００２４】
上記のように構成された発電システムの稼働について説明する。なお、以下では蓄電池４に充電がなされた状態を前提にして説明を進めることにする。
［１．平穏時］
あらかじめ設定された出力に対し、風力発電設備１において風車３のピッチ制御により出力抑制を実施しても生産される電力が多くなる場合（各需要家において消費される電力が比較的少ないことによる）は、放熱ヒータ５を駆動して余剰電力を熱エネルギーとして大気中に放出する。この間に、ディーゼル発電設備２は電力需要の総量によって起動される機関数を調整（減少）され、風力発電設備１とディーゼル発電設備２とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば放熱ヒータ５の駆動は停止される。
【００２５】
また、あらかじめ設定された出力に対し、風車３のピッチ制御により出力拡大を実施しても生産される電力が少なくなる場合（各需要家において消費される電力が比較的多いことによる）は、不足分の電力を蓄電池４から補って電力供給を継続する。この間に、ディーゼル発電設備２は電力需要の総量によって起動される機関数を調整（増加）され、風力発電設備１とディーゼル発電設備２とによって生産される電力が需要に見合う量に落ち着けば蓄電池４の駆動は停止される。
なお、この運転モードの場合は、風車３の回転エネルギー蓄積効果、および蓄電池４の働きによって出力電力が一定に保たれるので、発電システムの系統周波数にはほとんど影響を与えることはない。
【００２６】
［２．風速急変時］
風の状態が変わり、風速が急変すると、風車３の回転数が急激に低下することがある。この場合、風車３によって得られる電力も急激に低下するので、これを検知して蓄電池４から瞬時に必要電力が放電される。これにより、風力発電設備１の出力電力が大きく変動することはない。
【００２７】
［３．風速減衰時］
風の状態が徐々に変化し、風速が少しずつ減衰すると、それに追従して風車３のピッチ制御がなされ、回転エネルギー蓄積効果と併せて風車３によって得られる電力の出力低下が補われる。この場合の出力低下の変化率（単位時間当たりに低下する出力電力の変化）は５ｋＷ／ｓ（第１の値）となり、発電システムがディーゼル発電設備の出力変動を最小限に抑え、系統の周波数の乱れを防止する。
【００２８】
引き続いて風速が減衰して風車３が出力変化率を第１の値に保持できなくなると出力変化率を３５ｋＷ／ｓ（第２の値）に変更し、第１の値の変化率と同等の出力電力となるように不足分の電力が蓄電池４から瞬時に供給される。
さらに風速が落ち込み風車３が停止した場合や、風車３に異常が発生し、出力が急止（トリップ）した場合は、停止する直前の出力電力と同等の電力が蓄電池４から瞬時に供給される。これにより、電力供給が瞬断することなく継続され、各需要家に向けて安定した電力供給が行われる。
【００２９】
ただし、蓄電池４からの電力供給には限度があるため、その後徐々に蓄電池４からの供給量を低下させるとともに、新たに起動させたディーゼル機関７の発電量を増加させ、起動状態にあるすべてのディーゼル機関７による発電量が電力需要の総量に達したところで蓄電池４からの電力供給を停止する。
【００３０】
所定の時間が経過する間に風速が増加に転じれば、準備を整えたディーゼル発電設備２の起動は取り止め、平時の運転に戻る。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発電システムの制御方法によれば、出力の変化率の見極めを第１、第２の値（第１の値＜第２の値、ただし第１の値以下であれば蓄電池を使わずに電力供給が可能である）として、出力の変化率を第１の値に保持し、ディーゼル発電設備の出力変動を抑えて出力の変化率が第1の値を逸脱した場合は第2の値に保持するとともに蓄電池から出力補完を行い、さらに風力発電設備の出力が停止した場合は蓄電池から放電して出力補完を行うとともにディーゼル発電設備を駆動し、該ディーゼル発電設備によって発電される出力が安定したら蓄電池の駆動を停止することにより、蓄電池の駆動の頻度を少なく抑えられるので、耐用期間の延長を図って蓄電池の交換に要する各種コストの削減を図ることができる。
【００３２】
本発明に係る発電システムによれば、蓄電池を風車の電力供給系統に充放電器を介して接続したことにより、余剰電力の蓄電、および電力供給の補完が瞬時に行えるので、風力発電とディーゼル発電との連携を円滑に実施することができる。
【００３３】
また、本発明に係る発電システムによれば、風力発電設備に放熱ヒータを設け、蓄電池を満たしてさらに余剰の電力を熱に変換して大気中に廃棄することにより、蓄電池の容量を過剰に大型化する必要がないので、蓄電池の設置に要する各種コストの削減を図ることができる。
【００３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る風力発電とディーゼル発電とを組み合わせた発電システムの全体概要を示す図である。
【符号の説明】
１  風力発電設備
２  ディーゼル発電設備
３  風車
４  蓄電池
５  放熱ヒータ
６  風力発電制御装置
７  ディーゼル機関
８  ディーゼル発電制御装置
９  電力供給系統
１０  コンバータ
１１  インバータ
１２  充放電器
１３  整流器
１４  光ケーブル
【図１】
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