(57)【要約】【課題】  電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担する。【解決手段】  配電側の需要区分（家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５）に、負荷調整発電設備（需要上昇時及び需要下降時の電力を賄う機器）である燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３を備え、送電側の負担を軽減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定格運転による電力が送電側から配電側に供給され、
発電手段の発電停止運転と定格運転との間の待機状態での電力を供給する負荷調整発電設備を有し、
負荷調整発電設備が配電側に備えられている
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
負荷調整発電設備で発電した電力を配電側から送電側が購入する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力供給システムにおいて、
配電側には個別の需要区分が多数存在し、需要区分にそれぞれ負荷調整発電設備が備えられている
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電力供給システムにおいて、
燃料供給側から負荷調整発電設備に供給される燃料は、送電側が燃料供給側に供給を委託することで需要区分に対して供給され、
負荷調整発電設備で発電した電力を送電側が購入する際に、委託された燃料の費用を減じて購入する
ことを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電網から電力が供給される配電網には、配電線を介して家屋や商店、大規模商店、工場、公共施設等の需要側が個別につながれている。個別の需要側の配電線を配電網の系統から切り離し、分散電源により需要側の電力を賄うシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなシステムを用いることで、送電網、配電網に事故等が生じても需要側の電力の喪失を防止することができる。従来から提案されているシステムを需要側の態様に応じて様々な発電手段を用いて構築することで、送電網と配電網とを別の事業により分担することが可能になり、事故等による電力の喪失のリスクを最小限に抑制することが可能になる。
【０００４】
しかし、２４時間絶え間なく電力を安定して配電網に供給するため、送電側では、発電効率をある程度犠牲にして待機状態においても待機運転により発電を実施しているのが現状であり、送電側には待機運転のための設備が備えられている。このように、送電側では、定格運転を行う発電手段、及び、待機運転のための設備を備え、運転の管理から設備の管理までをトータルで行っているのが現状である。
【０００５】
このため、送電網と配電網とを別の事業により分担すると、運転の管理を含めた設備等を送電側に残したままとなり、負担が偏りすぎることになる。従って、送電網と配電網とを別の事業により分担することは、現状では現実的ではない状態である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５２９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担することができる電力供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の電力供給システムは、定格運転による電力が送電側から配電側に供給され、発電手段の発電停止運転と定格運転との間の待機状態での電力を供給する負荷調整発電設備を有し、負荷調整発電設備が配電側に備えられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、負荷調整発電設備を配電側に備えたことにより、送電側の負担を軽減することができる。このため、電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担することが可能になる。
【００１０】
そして、請求項２に係る本発明の電力供給システムは、請求項１に記載の電力供給システムにおいて、負荷調整発電設備で発電した電力を配電側から送電側が購入することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る本発明では、送電側が負荷調整発電設備で発電した電力を購入するため、配電側による負荷調整発電設備の導入を促進しやすくすることができる。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明の電力供給システムは、請求項２に記載の電力供給システムにおいて、配電側には個別の需要区分が多数存在し、需要区分にそれぞれ負荷調整発電設備が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る本発明では、需要区分に応じて最適な態様の負荷調整発電設備を備えることが可能になる。例えば、家庭用燃料電池、マイクロガスタービン、ガスエンジン、ガスタービン等、需要区分の規模や立地等により種々の態様の負荷調整発電設備を備えることが可能になる。
【００１４】
また、請求項４に係る本発明の電力供給システムは、請求項３に記載の電力供給システムにおいて、燃料供給側から負荷調整発電設備に供給される燃料は、送電側が燃料供給側に供給を委託することで需要区分に対して供給され、負荷調整発電設備で発電した電力を送電側が購入する際に、委託された燃料の費用を減じて購入することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る本発明では、燃料供給側から負荷調整発電設備への燃料の供給系統を需要区分が構築する必要がなく、送電側が購入する電力に費用から燃料の費用が減じられるため、需要区分と燃料供給側との間での購入手続の負担が直接生じることがなく、配電側による負荷調整発電設備の導入を促進しやすくすることができる。そして、配電側の設備の稼動率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電力供給システムは、電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る電力供給システムの全体の状況を説明する概念図である。
【図２】電力需要の一日の経時変化を説明するグラフである。
【図３】負荷調整発電設備の熱効率とプラント負荷率の関係を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発電所における発電設備は、日中の配電網側の電力使用量が多い時間帯に定格運転の発電設備が最も効率よく発電できる状態になるように、送電網全体の発電所の発電設備を適宜組み合わせて運転している。このため送電側では、ベースとなる運転状態による電力供給状態（発電設備の発電停止運転）から定格運転までの間の待機状態、定格運転から発電設備の発電停止運転までの間の待機状態において、効率をある程度犠牲にした負荷調整発電設備を用いて発電を実施している。負荷調整発電設備は、専用の発電設備であったり、効率を落とした状態で部分負荷運転、または、出力変動運転を行う発電設備を運転している設備であったりする。
【００１９】
このように、送電側では、定格運転を行う発電設備、及び、待機運転のための負荷調整発電設備を備え、運転の管理から設備の管理までをトータルで行って、２４時間絶え間なく電力を安定して配電網に供給している。このような状況で、送電網と配電網とを別の事業により分担することを実現可能にしたのが本願発明である。
【００２０】
図に基づいて電力供給システムを具体的に説明する。
【００２１】
図１には本発明の一実施例に係る電力供給システムの全体の状況を説明する概念、図２には電力需要の一日の経時変化を説明するグラフ、図３には負荷調整発電設備の熱効率とプラント負荷率の関係を説明するグラフを示してある。
【００２２】
図１に基づいて本発明の全体の状況を説明する。
【００２３】
図に示すように、送電側の送電網１は、例えば、電力供給会社２が事業体となって運営されている。また、送電網１から電力が供給される配電側の配電網３は、複数の事業体（独立電源事業者、電力供給会社）や、地域ごとの独立電源事業者、電力供給会社等によって運営されている。
【００２４】
送電網１を構築する電力供給会社２は、負荷調整手段４、及び、定格時に高効率で運転される発電設備を備えた火力発電所５や、定格時に高効率で運転されると共に、負荷待機時に効率を落として低効率で運転される発電設備を備えた火力発電所６を有している。火力発電所５、火力発電所６の発電設備の燃料（天然ガス）は、天然ガスの産地からＬＮＧタンカー等で運ばれて供給される。
【００２５】
配電側の配電網３には、需要区分として、家屋（戸建て住宅、小規模マンション等）１１、小規模商店（個人商店、スーパー、コンビニ、小規模レジャー施設等）１２、大規模商店（大型百貨店、ショッピングセンター、大規模レジャー施設等）１３、集合住宅群（大規模マンション、住宅団地等）１４、事業所（工場、オフィスビル等）１５がつながり、電力が供給される。
【００２６】
また、風力、太陽光等の再生可能エネルギーを用いた再生可能エネルギー発電設備（風力発電機、家庭用太陽光パネル等）１６が構築されている。再生可能エネルギー発電設備１６は、デジタル機器による通信能力や演算能力を活用して電力需給を自律的に調整する機能を持たせたスマートグリッド１７により、配電網３につながっている。
【００２７】
家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５には、それぞれの規模に応じた発電能力を有する負荷調整発電設備が備えられている。
【００２８】
即ち、家屋１１には、家庭用の燃料電池２１が備えられ、例えば、自然冷媒のヒートポンプ給湯機と組み合わせて、発電と給湯が行える設備（蓄熱設備等）が備えられた状態にされている。小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４には、需要区分の規模に応じた台数のガスエンジン（ＧＥ）２２が備えられている。また、事業所１５には、ＧＥ２２及び（または）ガスタービン（ＧＴ）２３が備えられ、事業所１５の形態や規模により、ＧＥ２２やＧＴ２３の組み合わせや設置台数が設定される。
【００２９】
尚、ＧＥ２２やＧＴ２３に代えてマイクロガスタービンを適用することも可能である。
【００３０】
燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３の燃料（天然ガス、ＬＰＧ等）は、ガス会社１８を経由したライン１９を介して個別に供給される。燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３で発電された電力は、自身の電気負荷の電力として賄われる。同時に、電力供給会社２との契約により、燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３で発電された電力は、負荷調整用の電力として配電網３に送られる。
【００３１】
配電網３に送られた電力は送電網１に供給され、供給された電力は、電力供給会社２が需要区分（家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５）から購入する。
【００３２】
負荷調整用の電力は、火力発電所５、６の発電設備が発電停止運転にある状態と、定格運転にある状態との間の待機状態での電力である。つまり、図２に示すように、電力需要は、ベースの需要電力に対し、明け方から朝にかけて高くなり、朝から昼間で高い状態が継続する。一旦昼に低下した後、夕方まで電力需要の高い状態が継続し、夕刻から深夜にかけてベースの需要電力まで低下する。
【００３３】
朝から昼間、昼間から夕方までの電力需要が高い状態の電力は、火力発電所５、６の発電設備が定格運転されることにより賄われる。火力発電所５、６の発電設備が発電停止運転の状態から定格運転に至る間（明け方から朝にかけて）の需要上昇時の電力が負荷調整用の待機状態での電力である。負荷調整用の待機状態での電力は、火力発電所５の負荷調整手段４、もしくは、負荷待機時に効率を落として低効率で運転される発電設備（火力発電所６）の運転で賄われている。
【００３４】
また、火力発電所５、６の発電設備が定格運転から発電停止運転状態に至る間（夕刻から深夜にかけて）の需要下降時の電力が負荷調整用の待機状態での電力である。負荷調整用の待機状態での電力は、火力発電所５の負荷調整手段４、もしくは、負荷待機時に効率を落として低効率で運転される発電設備（火力発電所６）の運転で賄われている。
【００３５】
需要上昇時及び需要下降時の電力は、送電側である電力供給会社２が保有して管理している、負荷調整手段４、もしくは、負荷待機時に効率を落として低効率で運転される発電設備（火力発電所６）で賄われていた。
【００３６】
図１に示した本実施例の電力供給システムでは、燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３の燃料（天然ガス、ＬＰＧ等）は、ガス会社１８を経由したライン１９を介して個別に供給され、燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３で発電された電力が配電網３に送られる。このため、需要上昇時及び需要下降時の電力（負荷調整用の待機状態での電力）として賄うことが可能になる。
【００３７】
従って、送電側である電力供給会社２が所有して管理している、負荷調整手段４の負担を大幅に低下させることができ、もしくは、負荷調整手段４を廃止することができる。また、火力発電所６で、負荷待機時に効率を落として発電設備を低効率で運転する必要がなくなり、火力発電所６の運転効率を大幅に向上させることができる。
【００３８】
負荷調整発電設備（需要上昇時及び需要下降時の電力を賄う機器）を配電側の需要区分（家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５）に備えたことにより、送電側の負担を軽減することができ、電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担することが可能になる。
【００３９】
そして、需要上昇時及び需要下降時の電力（負荷調整用の待機状態での電力）として賄うことができる電力を、電力供給会社２が需要区分である家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５から購入するようにしているので、購入額の設定を調整することにより、需要区分側が負担する設備の導入を促進しやすくすることができる。
【００４０】
また、ガス会社１８を経由したライン１９を介して燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３に個別に供給される燃料（天然ガス、ＬＰＧ等）は、送電側である電力供給会社２からガス会社１８に供給が委託されている。この場合、負荷調整用の待機電力を電力供給会社２が需要区分である家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５から購入する際に、委託した燃料の費用を減じて購入することができる。
【００４１】
これにより、負荷調整発電設備のための燃料を得るため、ガス会社１８のライン１９（供給系統）を需要区分である家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５が構築する必要がない。そして、電力供給会社２が購入する電力の費用から燃料の費用が減じられるため、需要区分である家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５と、ガス会社１８との間での燃料の購入手続の負担が直接生じることがなく、需要区分側による負荷調整発電設備の導入を促進しやすくすることができる。
【００４２】
図３に基づいて火力発電所５、６の発電設備の特性、及び、燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＴ２３の特性を説明する。
【００４３】
火力発電所５、６の発電設備（例えば、ガスタービン・蒸気タービン複合発電設備等）の効率は、図中○印の点線で示すように、プラント負荷率の上昇と共に熱効率が上昇し、プラント負荷率が１００％で略５５％の熱効率が得られる。
【００４４】
燃料電池２１やＧＥ２２は、プラント負荷率が６０％程度で最大の熱効率が得られる機器を構築することができる。即ち、図中△印の実線で示すように、プラント負荷率が６０％から７０％の間の範囲で、５５％程度の熱効率が得られる機器設定とすることができる（中間負荷効率設備）。
【００４５】
これにより、プラント負荷率が６０％から７０％の間の範囲で、需要上昇時及び需要下降時の電力（負荷調整用の待機状態での電力）を賄う運転が可能になる。配電網３に急激な負荷低下が生じた場合、低い側のプラント負荷率で運転を行い、負荷変動を吸収する（Ａ）。配電網３に急激な負荷上昇が生じた場合、高い側のプラント負荷率で運転を行い、負荷変動を吸収する（Ｂ）。
【００４６】
また、ＧＥ２２やＧＴ２３は、プラント負荷率が１００％を超えた過負荷の領域で負荷調整用の待機状態での電力を賄う機器を構築することができる。即ち、図中□印の実線で示すように、プラント負荷率が６０％から８０％の間の範囲で、４５％程度の熱効率が得られるようにし、プラント負荷率が１００％から１３０％の過負荷領域で４６％から４８％程度の熱効率が得られるようにした機器設定とすることができる（過負荷運転設備）。
【００４７】
これにより、プラント負荷率が１００％から１３０％の過負荷領域で、需要上昇時及び需要下降時の電力（負荷調整用の待機状態での電力）を賄う運転が可能になる（Ｃ）。
【００４８】
燃料電池２１やＧＥ２２、ＧＥ２２やＧＴ２３は、需要区分側の形態や規模、経済情勢による燃料消費効率と発電効率との関係、新設、既設設備の改良等により、中間負荷効率設備や過負荷運転設備を適宜選択して用いることができる。
【００４９】
上述した電力供給システムは、配電側の需要区分（家屋１１、小規模商店１２、大規模商店１３、集合住宅群１４、事業所１５）に、負荷調整発電設備（需要上昇時及び需要下降時の電力を賄う機器）を備えたことにより、送電側の負担を軽減することができ、電力の安定供給を確保した状態で送電側と配電側とを公平な負担によって分担することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、電力供給システムの産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  送電網
２  電力供給会社
３  配電網
４  負荷調整手段
５、６  火力発電所
１１  家屋
１２  小規模商店
１３  大規模商店
１４  集合住宅群
１５  事業所
１６  再生可能エネルギー発電設備
１７  スマートグリッド
１８  ガス会社
１９  ライン
２１  燃料電池
２２  ガスエンジン（ＧＥ）
２３  ガスタービン（ＧＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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