(57)【要約】【課題】  昼間の商用電力の使用量を抑え、より安価で安定した電力を供給できるトンネル内電気設備の電力供給システムを提供する。【解決手段】  トンネル内で使用する電力を賄うためのトンネル内電気設備６の電力供給システム１であって、風力発電装置３と、風力発電装置３の発電電力及び商用電源７からの受電した電力を充電し、又は充電した電力を放電してトンネル内電気設備６に給電する電力貯蔵用二次電池４と、許容されるピーク電力量の範囲内で商用電源７からの受電量を調節して電力貯蔵用二次電池４を充電すると共に、風力発電装置３の発電電力量を合わせた供給電力量がトンネル内電気設備６での消費電力量に満たない場合は電力貯蔵用二次電池４を放電し、余裕がある場合は風力発電装置３で発電した電力量を電力貯蔵用二次電池４に充電して、商用電源７から供給される電力が前記ピーク電力量を越えないようにする制御手段とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内で使用する電力を賄うためのトンネル内電気設備の電力供給システムであって、
自然エネルギーを利用した発電手段と、
前記発電手段による発電電力及び商用電源からの受電した電力を充電し、又は充電した電力を放電して前記トンネル内電気設備に給電する電力貯蔵用二次電池と、
許容されるピーク電力量の範囲内で前記商用電源からの受電量を調節して前記電力貯蔵用二次電池を充電すると共に、前記発電手段の発電電力量を合わせた供給電力量が前記トンネル内電気設備での消費電力量に満たない場合は前記電力貯蔵用二次電池を放電し、余裕がある場合は前記発電手段の発電電力量を前記電力貯蔵用二次電池に充電して、前記商用電源から供給される電力が前記ピーク電力量を越えないようにする制御手段と
を備えることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御手段は、前記トンネル内電気設備での消費電力量特性及び前記電力貯蔵用二次電池の放電特性に基づいたピークカットの位置を決定することが可能であることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記電力貯蔵用二次電池は、前記商用電源及び前記発電手段が供給する電力が不足した場合に、無停電電源装置の電源として機能することを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、
前記発電電力のうち、余剰分を商用電源側に売電するように構成したことを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、
前記発電手段は、風力発電装置であることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトンネル内電気設備の電力供給システムに関し、特に商用電源、自然エネルギーを利用した発電装置、及び電力貯蔵用二次電池を電源とする場合に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内には、照明や換気ファンなど種々の電気設備があり、それらを稼動させるために安定して電力を供給しなければならない。また、トンネル内の照明は、昼間においては自然光との照度差を小さくするために、より明るくする必要があり、夜間の照度よりも高くなるという特殊な電力消費パターンとなる。
【０００３】
一方、風力発電装置に代表されるような自然エネルギーを利用する発電は地球環境問題への対策手段として、その普及拡大が期待されている。しかし、自然エネルギーを利用した発電は、気象条件等により安定した電力が得られないことがあり、この問題に対処するために、例えば特開平１１−６９８９３号公報（特許文献１）や特開平９−７２２７３号公報（特許文献２）、特開平６−１３３４７２号公報（特許文献３）などに見られるように、電力貯蔵用二次電池と併用することにより、自然エネルギー利用発電の出力変動を吸収するような電力供給システムが提案されている。
【０００４】
さらに、特開２００３−１５８８２５号公報（特許文献４）には、自然エネルギー利用発電装置と電力貯蔵用二次電池、及び商用電源を併用すること、及び負荷における消費電力のピークカット位置を設定し制御することにより、自然エネルギー利用発電装置又は電力貯蔵用二次電池の電力を供給することで安定した電力を供給しつつ、より安価な電力を供給する電力供給システムが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６９８９３号公報
【特許文献２】特開平９−７２２７３号公報
【特許文献３】特開平６−１３３４７２号公報
【特許文献４】特開２００３−１５８８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、トンネル内の照明の消費電力は、夜間よりも昼間の照度を高くすることから特殊な電力消費パターンとなり、消費電力は昼間の方が高くなること、及び夜間の割安な電気料金のメリットを生かせないという理由から、コスト増に直結するという問題がある。また、電力供給会社との契約形態上、契約時に決めた消費電力のピークを超えて電力を使用できないという制約がある。
【０００７】
すなわち、消費電力のピークを高く設定して契約すれば、トンネル内電気設備で必要とされる消費電力を賄えるものの電力料金が増大し、逆に消費電力のピークを低く設定して契約すれば電力料金は抑えられるものの、トンネル内電気設備での消費電力の増大に対応できない問題がある。
【０００８】
したがって、トンネル内電気設備で消費電力のピークを上回る電力需要が発生した場合に備え、その不足分を手当する必要がある。
【０００９】
上記特開２００３−１５８８２５号公報（特許文献４）においては、そのようなトンネル内電気設備の消費電力の特性に応じて電力を供給するための配慮はなされていない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、照明、その他の電気設備を含むトンネル内電気設備の消費電力の特性に考慮しつつ、自然エネルギーを利用した発電装置による発電電力及び商用電源からの安価な夜間電力を電力貯蔵用電池と併用することによって、昼間の商用電力の使用量を抑え、より安価で安定した電力を供給できるトンネル内電気設備の電力供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、トンネル内で使用する電力を賄うためのトンネル内電気設備の電力供給システムであって、自然エネルギーを利用した発電手段と、前記発電手段による発電電力及び商用電源からの受電した電力を充電し、又は充電した電力を放電して前記トンネル内電気設備に給電する電力貯蔵用二次電池と、許容されるピーク電力量の範囲内で前記商用電源からの受電量を調節して前記電力貯蔵用二次電池を充電すると共に、前記発電手段の発電電力量を合わせた供給電力量が前記トンネル内電気設備での消費電力量に満たない場合は前記電力貯蔵用二次電池を放電し、余裕がある場合は前記発電手段の発電電力量を前記電力貯蔵用二次電池に充電して、前記商用電源から供給される電力が前記ピーク電力量を越えないようにする制御手段とを備えることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システムにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、自然エネルギー利用発電装置及び電力貯蔵用二次電池を併用することによって、商用電源からの電力を予め決めた量以上を消費することなく、かつ、トンネル内電気設備で消費される電力を満たすことが可能となる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記制御手段は、前記トンネル内電気設備での消費電力量特性及び前記電力貯蔵用二次電池の放電特性に基づいたピークカットの位置を決定することが可能であることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システムにある。
【００１４】
かかる第２の態様では、トンネル内電気設備での実際の消費電力パターンと電力貯蔵用二次電池の放電特性に基づいて、ピークカット位置を設定することが可能となる。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記電力貯蔵用二次電池は、前記商用電源及び前記発電手段が供給する電力が不足した場合に、無停電電源装置の電源として機能することを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システムにある。
【００１６】
かかる第３の態様では、電力不足という不測の事態が生じても、トンネル内電気設備に対して一定期間電力を供給することができる。
【００１７】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記発電電力のうち、余剰分を商用電源側に売電するように構成したことを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システムにある。
【００１８】
かかる第４の態様では、余剰分を商用電源側に供給することで、電力会社に売電し対価を得ることが可能となり、最終的な消費電力にかかるコストを低減することができる。
【００１９】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記発電手段は、風力発電装置であることを特徴とするトンネル内電気設備の電力供給システムにある。
【００２０】
かかる第５の態様では、風力発電を電力供給源として用い、電力貯蔵用二次電池と併用することにより、風力発電装置を単体で用いた場合の電力供給の不安定さを解消し、全体として安定し、安価な電力を供給することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のトンネル内電気設備の電力供給システムによれば、自然エネルギーを利用した発電装置の発電状況、及び電力貯蔵用二次電池の放電容量に基づいてピークカット位置を設定することができる。商用電力から、そのピークカット位置を超える電力を受電しないよう制御されることにより、ピークカット位置を小さくして契約し電力が不足した場合でも、その不足分を電力貯蔵用二次電池に蓄えられた電力又は自然エネルギーを利用した発電装置からの電力によって補うため、全体としてトンネル内電気設備が必要とする電力需要を満たすことができる。
【００２２】
また、電力貯蔵用二次電池に蓄えられる電力は、電力料金の安い夜間電力であるか、自然エネルギー利用発電の電力であるので、コストを削減することが可能となる。
【００２３】
さらに、自然エネルギー利用発電設備は気象条件等により、発電される電力量が変動して不安定であるという問題も、電力貯蔵用二次電池の利用により解消される。さらに発電した電力量のうち余剰分を電力会社へ供給できる構成をとっているので、売電も可能である。
【００２４】
以上より、本発明のトンネル内電気設備の電力供給システムによれば、より安価な安定した電力供給を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電力供給システムのシステム構成図である。
【００２７】
図１に図示するように、トンネル内電気設備６の電力供給システム１は少なくとも、商用電源７、受電・給電装置２、風力発電装置３、電力貯蔵用二次電池４、トンネル内電気設備６、制御装置５から構成されている。
【００２８】
受電・給電装置２は商用電源７と接続され、制御装置５の制御の下、所定のピークカット位置を越えないように商用電源７からの電力を受電し、電力貯蔵用二次電池４に充電する。また、電力供給システム１に余剰な電力がある場合は、電力会社へ売電するために、商用電源７側へ給電を行う。
【００２９】
風力発電装置３によって発電された電力は、制御装置５の制御の下、トンネル内電気設備６の消費電力量がピークカット位置を越えるような場合はトンネル内電気設備６に給電され、逆にピークカット位置に満たない場合は電力貯蔵用二次電池４に充電される。
【００３０】
電力貯蔵用二次電池４に蓄えられた電力は、制御装置５の制御の下、風力発電装置３の電力ではトンネル内電気設備６の消費電力を賄いきれないときに、トンネル内電気設備６へ放電される。
【００３１】
トンネル内電気設備６は、トンネル内に設置された照明や換気ファンなどの電気的な設備をいう。
【００３２】
制御装置５は風力発電装置３の発電電力を電力貯蔵用二次電池４へ充電させるか、又はトンネル内電気設備６へ給電させるかを制御し、電力貯蔵用二次電池４に蓄えられた電力をトンネル内電気設備６において消費される電力に応じて出力を制御し、及び予め定めたピークカット位置に応じて商用電源７からの受電量を調節する装置である。
【００３３】
図２は本発明の実施形態１に係る電力供給システム１の動作を示すフローチャート図である。制御装置５は、商用電源７との受電・給電装置２で受電する電力（Ｓ１）が、予め設定したピークカット位置を上限とするように調節する（Ｓ２）。そのピークカット位置を設定する際に、電力貯蔵用二次電池４の放電容量（Ｄ３）及び負荷の消費電力パターン（Ｄ４）の観測値を参酌して設定する。
【００３４】
制御装置５は、昼間又は夜間であるかに基づき（Ｓ５）、夜間ならば受電した商用電力で電力貯蔵用二次電池４を充電するよう制御する（Ｓ６）。夜間の安価な電力を有効利用するためである。夜間でないならば電力貯蔵用二次電池４を放電する（Ｓ７）。
【００３５】
制御装置５は、風力発電装置３の発電電力（Ｓ８）を計測し（Ｓ９）、トンネル内電気設備６の消費電力と比較する（Ｓ１０）。比較した結果、発電電力が消費電力を上回る場合は、電力貯蔵用二次電池４の充電容量に空きがあるかを検知する（Ｓ１１）。空きがある場合は、消費電力を上回った発電電力を電力貯蔵用二次電池４に充電するよう制御する（Ｓ６）。電力貯蔵用二次電池４の充電容量に空きがなく、かつ発電電力がトンネル内電気設備６における消費電力を上回る場合は（Ｓ１２）、電力会社へ売電することが可能である（Ｓ１３）。
【００３６】
制御装置５は、Ｓ１０の、発電電力と消費電力の比較において、発電電力が消費電力を下回った場合、電力貯蔵用二次電池４の電力を不足分に充てるよう制御する。その際、風力発電装置３の発電電力と電力貯蔵用二次電池４の電力の和がトンネル内電気設備６での消費電力に満たない場合には、その不足分を補うべく商用電源７から受電した電力をトンネル内電気設備６に供給するよう制御する。このことにより、ピークカット位置を超えない範囲で受電する。
【００３７】
風力発電装置３及び電力貯蔵用二次電池４の電力を用いて商用電力の消費を低減し（Ｓ１４）、商用電源７からの電力をピークカットすること（Ｓ１５）、余剰電力を電力会社へ供給することによって得られる対価（Ｓ１３）によって、電気料金の低減を図ることができる（Ｓ１６）。
【００３８】
最終的に、トンネル内電気設備６は、トンネル内電気設備６の電力供給システム１によって、風力発電装置３の発電電力が不足する場合には、電力貯蔵用二次電池４の出力や商用電源７からの電力が合わせて供給されるため、安定した電力供給を受けることができる。
【００３９】
図３及び図４は、本発明の実施形態１に係る電力供給システムのピークカットを伴う運転パターン例を示す図である。
【００４０】
図３及び図４の各グラフはピークカットの例を示し、縦軸は電力、横軸は１日の時刻である。図３（ａ）はトンネル内電気設備６における消費電力、図３（ｂ）は風力発電装置３の発電電力、図４（ａ）は図３（ａ）と図３（ｂ）を合成し、各時刻における消費電力と発電電力の差、図４（ｂ）は電力貯蔵用二次電池４の充電または放電した電力、図４（ｃ）は図４（ａ）と図４（ｂ）を合成し、各時刻における商用電源７からの受電量または商用電源７への売電量をそれぞれ表している。
【００４１】
図４（ａ）において、１０２で示される線が縦軸のゼロを下回って負になっている部分は、風力発電装置３の発電電力でトンネル内電気設備６での消費電力を賄いきれている状態を示している。すなわち風力発電による電力が余っている状態を示している。
【００４２】
この余剰電力は原則として電力貯蔵用二次電池４に充電されるが、電力貯蔵用二次電池４がフル充電されている場合は、商用電源７へ売電される。その売電量は、１０６で示される線が縦軸のゼロを下回って負になっている部分に示されている。すなわち風力発電の余剰電力は、電力貯蔵用二次電池４がフル充電されているために充電することができず、電力供給システム１全体で、電力が余っていることを示している。その余剰電力は商用電源７に売電し対価を得ることでトンネル内電気設備６に電力を供給するためのコストを低減することができる。
【００４３】
１０３で示される線が縦軸のゼロを上回って正になっている部分は、トンネル内電気設備６での消費電力が風力発電装置３の発電電力を上回り、時間によってはピークカット位置である４０ｋＷを越える場合があることを示している。すなわち風力発電の電力を用いてもまだ必要となる電力量がある。従来では、他の電力供給源から電力を得なければ電力不足を引き起こす状態である。
【００４４】
１０７で示される線が縦軸のゼロを上回って正になっている部分は、商用電源７から受電した電力量を表している。その受電した量は、上述の１０３で示された必要となる電力量から１０４に示す電力貯蔵用二次電池４が放電した電力量を引いた分となっている。すなわち、風力発電装置３の発電電力だけでは不足する分を、電力貯蔵用二次電池４からの放電で補い、さらに不足する分を商用電源７からピークカット位置１０５を上限として受電している状態が示されている。
【００４５】
なお、本発明において、自然エネルギーを利用した発電手段としては、風力発電装置３に限定されず、太陽光発電装置を用いることも可能である。太陽光発電装置を用いるため、夜間は発電することはできないが、昼間はトンネル内電気設備６に給電するか電力貯蔵用二次電池４に充電して利用することが可能であり、ピークカット位置を超える需要を補う電力供給源として機能することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明はトンネル内の電気設備に電力を供給する場合に関連する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態１に係る電力供給システムを示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電力供給システムの動作例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る電力供給システムのピークカットを伴う運転パターン例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る電力供給システムのピークカットを伴う運転パターン例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  電力供給システム
２  受電・給電装置
３  風力発電装置
４  電力貯蔵用二次電池
５  制御装置
６  トンネル内電気設備
７  商用電源
１００  消費電力パターン
１０１  発電電力パターン
１０４  充放電パターン
１０５  ピークカット位置
【図１】
2007049855.tif 000003
【図２】
2007049855.tif 000004
【図３】
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【図４】
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