(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統への入り切りを行う第１切替スイッチと、
変換装置への入り切りを行う第２切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第２切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項２】
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統と需要家負荷との入り切りを行う第１切替スイッチと、
電力系統と変換装置との入り切りを行う第２切替スイッチと、
需要家負荷と変換装置との入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第３切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項３】
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
交流電力から直流電力へ変換するコンバータと、
コンバータからの直流電力を充電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
ガス貯蔵装置からの水素ガスおよび酸素ガスを用いて発電する燃料電池と、
燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
ガス貯蔵装置からの水素ガスおよび酸素ガスを燃料電池へ送り、また、燃料電池で発熱した熱を電気分解装置へ送る管路と、
電力系統への入り切りを行う第１切替スイッチと、
インバータへの入り切りを行う第２切替スイッチと、
コンバータへの入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第３切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力をコンバータにより変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるとともに燃料電池で発電をするように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第２切替スイッチを入れて燃料電池に放電させて直流電力をインバータにより変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項４】
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
交流電力から直流電力へ変換するコンバータと、
コンバータからの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統と需要家負荷との入り切りを行う第１切替スイッチと、
電力系統と変換装置との入り切りを行う第２切替スイッチと、
需要家負荷と変換装置との入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力系統とコンバータとの入り切りを行う第４切替スイッチと、
コンバータと電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、第４切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、第４切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力をコンバータにより変換して直流電力にするとともに操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第３切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
ガス貯蔵装置が貯蔵する水素ガスおよび酸素ガスを用いて熱エネルギーを生成する熱エネルギー生成装置を備えることを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項６】
請求項５記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記熱エネルギー生成装置は、
ガス貯蔵装置から供給される水素ガスと酸素ガスとを混合し、混合ガスを加圧するガス調圧器と、
混合ガスを用いて加熱燃焼する加熱燃焼器と、
ガス調圧器および加熱燃焼器を駆動する駆動機構と、
を備え、
前記切替制御装置が駆動機構を制御して熱エネルギーを生成することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記計測部は、
受電点の受電電力量を計測して受電電力量に関するデータを出力する電力量計と、
電力量計から出力される受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する受電電力検出装置と、
を備えることを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項８】
請求項７記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記電力量計は受電点に設置される計器用変圧変流器を介して受電電力量を計測することを特徴とする電力負荷平準化システム。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
冷蔵庫、電子レンジ、電気ポット、電気炊飯器、食器洗い機、乾燥機、照明その他の家庭用電気機器および家庭用調理器からなるシステムキッチンに設けたことを特徴とする電力負荷平準化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間電力を利用して電力需要を平均化する電力負荷平準化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力貯蔵技術を適用して、昼間のピーク電力に夜間の余剰電力を補って電力需要を平均化する電力負荷平準化システムの研究・開発が進められている。このような電力負荷平準化システムは、現状では、特に大口需要家への導入を前提に検討が進められている。しかしながら、一般家庭も含む需要家全体で電力負荷平準化システムが広く普及しなければ十分な電力負荷平準化が図れない。
そこで電力負荷平準化システムの広範な普及を図るには、設備購入費用の低減はもとより電気料金の節約、他のエネルギーとの比較、等需要家にとってコストメリットを高めることが必須要件である。
【０００３】
また、大工場等の大口需要家に拘わらず、一般家庭等の小口需要家でも、消費エネルギーのうち、調理器や暖房設備等の熱エネルギーの割合が多い。
しかしながら、これらのエネルギー源である石油やプロパンガス等いわゆる化石燃料は、有限な資源であり、また、ダイオキシン、イオウ、窒素酸化物、等健康に有害な物質を排出して環境汚染につながるため、地球温暖化防止対策とともに代替エネルギーへの変換対策も急迫している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、夜間電力を有効に利用してコストメリットをはかり一般需要家に導入しやすくするとともに、代替エネルギーを併用して安全で環境保全に寄与する電力負荷平準化システムを構築することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統への入り切りを行う第１切替スイッチと、
変換装置への入り切りを行う第２切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第２切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とするものである。
【０００６】
また、請求項２記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統と需要家負荷との入り切りを行う第１切替スイッチと、
電力系統と変換装置との入り切りを行う第２切替スイッチと、
需要家負荷と変換装置との入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第３切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項３記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
交流電力から直流電力へ変換するコンバータと、
コンバータからの直流電力を充電する電力貯蔵装置と、
電力貯蔵装置からの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
ガス貯蔵装置からの水素ガスおよび酸素ガスを用いて発電する燃料電池と、
燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
ガス貯蔵装置からの水素ガスおよび酸素ガスを燃料電池へ送り、また、燃料電池で発熱した熱を電気分解装置へ送る管路と、
電力系統への入り切りを行う第１切替スイッチと、
インバータへの入り切りを行う第２切替スイッチと、
コンバータへの入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力貯蔵装置と電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第３切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力をコンバータにより変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるとともに燃料電池で発電をするように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第２切替スイッチを入れて燃料電池に放電させて直流電力をインバータにより変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項４記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
電力系統から需要家負荷へ電力を供給する場合の電力負荷を平準化する電力負荷平準化システムにおいて、
直流電力と交流電力とを相互に変換する変換装置と、
変換装置に接続され、直流電力を充電・放電する電力貯蔵装置と、
交流電力から直流電力へ変換するコンバータと、
コンバータからの直流電力により水の電気分解を行う電気分解装置と、
電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、
電力系統と需要家負荷との入り切りを行う第１切替スイッチと、
電力系統と変換装置との入り切りを行う第２切替スイッチと、
需要家負荷と変換装置との入り切りを行う第３切替スイッチと、
電力系統とコンバータとの入り切りを行う第４切替スイッチと、
コンバータと電気分解装置との入り切りを行う操作スイッチと、
電力系統の受電点に設けられ、受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する計測部と、
第１切替スイッチ、第２切替スイッチ、第３切替スイッチ、第４切替スイッチ、操作スイッチおよび計測部がそれぞれ接続される切替制御装置と、
を備え、
前記切替制御装置は、計測部からの演算データに基づいて、
電力需要が小さいと検出される間は第１切替スイッチを入れて電力系統から需要家負荷へ電力を供給し、第２切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力を変換装置により変換して直流電力として出力させて電力貯蔵装置に充電させ、第４切替スイッチを入れて電力系統から供給された交流電力をコンバータにより変換して直流電力にするとともに操作スイッチを入れて電気分解装置を動作させて電気分解により生じた水素ガスおよび酸素ガスをガス貯蔵装置に貯蔵させるように制御し、
また、
電力需要が大きいと検出される間は第１切替スイッチを切って電力系統からの電力供給を遮断し、第３切替スイッチを入れて電力貯蔵装置に放電させて直流電力を変換装置により変換して交流電力として出力させて需要家負荷へ電力を供給するように制御して、
需要家負荷への電力需要を平均化することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項５記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
請求項１〜請求項４の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
ガス貯蔵装置が貯蔵する水素ガスおよび酸素ガスを用いて熱エネルギーを生成する熱エネルギー生成装置を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項６記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
請求項５記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記熱エネルギー生成装置は、
ガス貯蔵装置から供給される水素ガスと酸素ガスとを混合し、混合ガスを加圧するガス調圧器と、
混合ガスを用いて加熱燃焼する加熱燃焼器と、
ガス調圧器および加熱燃焼器を駆動する駆動機構と、
を備え、
前記切替制御装置が駆動機構を制御して熱エネルギーを生成することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項７記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
請求項１〜請求項６の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記計測部は、
受電点の受電電力量を計測して受電電力量に関するデータを出力する電力量計と、
電力量計から出力される受電電力量に関するデータに基づき演算して演算データを送信する受電電力検出装置と、
を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項８記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
請求項７記載の電力負荷平準化システムにおいて、
前記電力量計は受電点に設置される計器用変圧変流器を介して受電電力量を計測することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項９記載の発明に係る電力負荷平準化システムによれば、
請求項１〜請求項８の何れか一項記載の電力負荷平準化システムにおいて、
冷蔵庫、電子レンジ、電気ポット、電気炊飯器、食器洗い機、乾燥機、照明その他の家庭用電気機器および家庭用調理器からなるシステムキッチンに設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の第１実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
本システムは、図１で示すように、電力系統１０、電路制御装置２０、需要家負荷３０、エネルギー貯蔵装置４０を含むシステムであり、電力負荷平準化システムは電路制御装置２０・エネルギー貯蔵装置４０からなる。
【００１６】
また、電路制御装置２０は、計測部２１、切替制御装置２２、第１切替スイッチ２３ａ、第２切替スイッチ２３ｂを備えている。
さらにまた、計測部２１は、ＶＣＴ２１ａ、ＷＨＭ２１ｂ、受電電力検出装置２１ｃを備えている。
エネルギー貯蔵装置４０は、変換装置４１、電力貯蔵装置４２を備えている。
【００１７】
本実施形態は、６．６ｋＶ高圧需要家（例えば、ビルディング・中規模工場等）の用途を想定している。高圧配電線の電力系統１０からの引込線の受電点で、計器用変圧器（図示せず）と変流器（図示せず）とを接続した計器用変圧変流器（ＶＣＴ）２１ａが配置されている。このＶＣＴ２１ａを介して電力量計（ＷＨＭ）２１ｂが配設され、ＷＨＭ２１ｂから受電電力量に関するデータを受電電力検出装置２１ｃに出力する。
【００１８】
受電電力検出装置２１ｃは、タイマ（図示せず）や演算部（図示せず）を内蔵し、ＷＨＭ２１ｂから入力した受電電力量に関するデータに基づき、変換効率を補正してエネルギー貯蔵装置４０に蓄えられる電力量演算、需要家負荷３０の３０分デマンド演算、設定閾値との比較演算、等各種演算データを信号変換して切替制御装置２２へ送信する。
【００１９】
例えば、夜間のように電力需要が小さいと検出される間は、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２３ａ、第２切替スイッチ２３ｂ共に接続して電力系統１０から需要家負荷３０へ電力を供給するとともに電力系統１０から供給された電力によりエネルギー貯蔵装置４０が充電するように制御する。
電力系統１０と需要家負荷３０とが接続されるが、夜間であるため、電力供給は小量である。
【００２０】
エネルギー貯蔵装置４０の変換装置４１は、電力系統１０から供給された交流電力を直流電力に変換して、電力貯蔵装置４２へ供給する。
電力貯蔵装置４２は、例えば、周知の蓄電池、あるいは、ナトリウム−硫黄（ＮＡＳ）電池が使用されている。ＮＡＳ電池は蓄電池の一種で、自己放電もなく、蓄電能力が高いことが知られている。このような電力貯蔵装置４２に直流電力を提供して夜間に充電する。
【００２１】
一方、昼間のように、電力需要が大きいと検出される間は、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２３ａを遮断して電力系統１０からの電力供給を遮断するとともに、第２切替スイッチ２３ｂを接続してエネルギー貯蔵装置４０が放電して需要家負荷３０へ電力を供給するように制御する。
【００２２】
エネルギー貯蔵装置４０の変換装置４１は、電力貯蔵装置４２から供給された直流電力を交流電力に変換して、需要家負荷３０へ供給する。
このように、計測部２１の受電電力検出装置２１ｃで検出する受電電力量に基づき、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２３ａと第２切替スイッチ２３ｂとを切り替えることにより、需要家負荷３０への電力需要を平均化するというものである。
【００２３】
なお、受電電力検出装置と切替制御装置を省き、タイマを設けて単純にスイッチを切り替えるだけのシステムとしても、夜間の余剰電力を蓄電し、昼間のピーク電力に放電して電力負荷平準化をはかれるので、需要家の負荷状況に対応しやすくシステムを施設できる。
以上説明した本実施形態によれば、簡易な構成で、電力負荷の平準化を図ることができるため、大口需要家ではないビルディング・中規模工場等であっても採用が可能である。
【００２４】
続いて、本発明の第２実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
全体システムは、第一実施形態とほぼ同様な構成である。すなわち、図２で示すように、電力系統１０、電路制御装置２０、需要家負荷３０、エネルギー貯蔵装置４０を備え、第一実施形態と同様な処理を行って負荷電力の平準化を図っているが、スイッチ・計測部等を若干相違させている点が相異する。以下、この相違点を重点的に説明する。
【００２５】
本実施形態は、特に、一般家庭・小工場・商店等の小口需要家の用途を想定している。本実施形態の計測部２１では、ＶＣＴを省略し、低圧配電線の電力系統１０からの引込線に接続されたＷＨＭ２１ｂから受電電力量を受電電力検出装置２１ｃに出力するようになされている。
このように引き込み線に接続されたＷＨＭ２１ｂにより受電電力量を検出しても良い。
【００２６】
また、本実施形態では第１切替スイッチ２４ａ、第２切替スイッチ２４ｂ、第３切替スイッチ２４ｃを備えている。
例えば、夜間のように電力需要が小さいと検出される間は、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２４ａ・第２切替スイッチ２４ｂを接続するが第３切替スイッチ２４ｃを遮断する。この場合、電力系統１０から需要家負荷３０へ電力を供給するとともに電力系統１０から供給された電力によりエネルギー貯蔵装置４０は充電される。
【００２７】
一方、昼間のように、電力需要が大きいと検出される間は、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２４ａ・第２切替スイッチ２４ｂを遮断して電力系統１０からの電力供給を遮断するとともに、第３切替スイッチ２４ｃを接続してエネルギー貯蔵装置４０が放電して需要家負荷３０へ電力を供給するように制御する。
【００２８】
なお、本実施形態でも、受電電力検出装置と切替制御装置を省き、タイマを設けて単純にスイッチを切り替えるだけのシステムとしても、夜間の余剰電力を蓄電し、昼間のピーク電力に放電して電力負荷平準化をはかれるので、需要家の負荷状況に対応しやすくシステムを施設できる。
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に簡易な構成で、電力負荷の平準化を図ることができるため、大口需要家ではない一般家庭・小規模工場等の小口需要家であっても採用が可能である。
【００２９】
続いて、本発明の第３実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
本システムは、電力系統１０・需要家負荷３０については第１実施形態と同様であるが、図３で示すように、電路制御装置２０・エネルギー貯蔵装置４０に改良を加えている点が相違している。以下、この相違点について説明する。
【００３０】
本実施形態では、水素ガスと酸素ガスとをエネルギー源として蓄えることにより、そのエネルギーを種々活用して需要家負荷への電力需要を平均化する電力負荷平準化システムである。
このような本実施形態のエネルギー貯蔵装置４０は、変換装置４１、電力貯蔵装置４２、切替制御装置２２に接続される操作スイッチ４３、電気分解装置４４、および、ガス貯蔵装置４５を備えている。変換装置４１・電力貯蔵装置４２については、第１実施形態と同様であり、重複説明を省略する。
【００３１】
電力貯蔵装置４２は、操作スイッチ４３を介して、電気分解装置４４に直流電力を供給する。電気分解装置４４は水を電気分解して水素ガスと酸素ガスと生成する。ガス貯蔵装置４５は、水素吸蔵合金をはじめ各種合金や触媒と共に水素ボンベや酸素ボンベ等により構成され、水素ガスと酸素ガスとを分離して蓄えられるようになされている。
【００３２】
夜間において第１切替スイッチ２３ａ・第２切替スイッチ２３ｂを共に接続すると、電力貯蔵装置４２は夜間の余剰電力を充電する。そして、操作スイッチ４３を接続して電気分解装置４４を駆動して水素ガスと酸素ガスとを生成し、ガス貯蔵装置４５に蓄える。
【００３３】
昼間の電力需要の集中する時間帯では第１切替スイッチ２３ａを遮断し、かつ、第２切替スイッチ２３ｂを接続して電力貯蔵装置４２が変換装置４１を介して放電する。そして、操作スイッチ４３は遮断するが、ガス貯蔵装置４５で蓄えた水素ガス・酸素ガスを別途活用する。例えば、後述する熱エネルギー生成装置に利用する。
本実施形態により、電力需要の平均化を可能とするとともに、熱エネルギーの供給も可能としており、石化燃料の使用を抑制することもできる。
【００３４】
続いて、本発明の第４実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態による電力負荷平準化システムのシステム図である。
本システムは、電力系統１０・需要家負荷３０については第２実施形態と同様であるが、図４で示すように、電路制御装置２０・エネルギー貯蔵装置４０を第３実施形態の構成を採用した点が相違している。
【００３５】
この場合も、夜間において第１切替スイッチ２４ａ・第２切替スイッチ２４ｂを共に接続し、かつ、第３切替スイッチ２４ｃを遮断すると、電力貯蔵装置４２は夜間の余剰電力を充電する。そして、操作スイッチ４３を接続して電気分解装置４４を駆動して水素ガスと酸素ガスとを生成し、ガス貯蔵装置４５に蓄える。
【００３６】
昼間の電力需要の集中する時間帯では第１切替スイッチ２４ａ・第２切替スイッチ２４ｂを遮断し、かつ、第３切替スイッチ２４ｃを接続して電力貯蔵装置４２が変換装置４１を介して放電する。そして、操作スイッチ４３は遮断するが、ガス貯蔵装置４５で蓄えた水素ガス・酸素ガスを活用する。例えば、後述する熱エネルギー生成装置に利用する。
本実施形態により、電力需要の平均化を可能とするとともに、熱エネルギーの供給も可能としており、石化燃料の使用を抑制することもできる。
【００３７】
続いて、本発明の第５実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図５は、本実施形態による電力負荷平準化システムのシステム図である。
本システムは、図５で示すように、ほぼ第１実施形態と同様であるが、エネルギー貯蔵装置４０に改良を加え、これに応じた電路制御装置２０を変更している点が相違している。以下、この相違点について説明する。
【００３８】
本実施形態のエネルギー貯蔵装置４０は、コンバータ４６、電力貯蔵装置４２、切替制御装置２２に接続される操作スイッチ４３、電気分解装置４４、ガス貯蔵装置４５、管路４７，４８、弁４９，５０、燃料電池５１、インバータ５２を備えている。
【００３９】
夜間において、切替制御装置２２は、第１切替スイッチ２５ａ・第３切替スイッチ２５ｃ・操作スイッチ４３の接続、第２切替スイッチ２５ｂの遮断および弁４９・弁５０の開放を行う。まず、電力貯蔵装置４２はコンバータ４６により変換された直流電力を充電する。電力貯蔵装置４２は、操作スイッチ４３を介して、電気分解装置４４に直流電力を供給する。電気分解装置４４は水を電気分解して水素ガスと酸素ガスとを生成する。この水素ガスと酸素ガスとはガス貯蔵装置４５により一端分離して蓄えられる。
【００４０】
燃料電池５１へは酸素ガスと水素ガスが管路５０を介して供給される。燃料電池５１は酸素ガスを酸化剤極へ、水素ガスを燃料極へ供給して発電し、電力を蓄積する。
なお、水の電気分解装置４４は、図示していないが、電解液供給用電磁弁、水素／酸素ガスセンサ、直流電流調整部、等付属設備を備えており、燃料電池５１では水素ガス燃焼に際し、電磁調節弁、電子着火部、が駆動機構と電気的に接続されている。こうして燃料電池５１は、ガス調圧器、制御バルブ、駆動機構、等を切替制御装置２２からの制御信号により運転が制御されている。
【００４１】
さらに、よく知られているように、水の電気分解は、理論分解電圧が温度に対して負の相関関係、つまり、温度が低い水ほど電圧として供給するエネルギーが大きくなり、温度が高い水ほど電圧として供給するエネルギーが小さくなる関係を有している。
【００４２】
そこで、燃料電池５１の運転時の排熱あるいはその他の排熱を取り込み、管路４７により排熱を含む気体を電気分解装置４４へ排気し、図示しない熱交換装置を付設して電気分解する水を加温することにより水素ガスと酸素ガスを生成すれば、特に冬場等ではエネルギー変換効率を高めることもできる。
このようにして燃料電池５１が充電される。
【００４３】
そして、昼間の電力需要の集中する時間帯では第１切替スイッチ２５ａ・第３切替スイッチ２５ｃ・操作スイッチ４３の遮断、第３切替スイッチ２５ｂの接続および弁４９・弁５０の閉鎖を行う。
この場合、燃料電池５１が直流電力を出力し、インバータ５２が交流電力に変換して需要家負荷３０へ出力する。
【００４４】
本実施形態では、ガス貯蔵装置４５から、水素ガスと酸素ガスを分流して制御バルブ５０を設けた管路４８を介して、燃料電池５１へ供給する。水素ガスを燃料極へ、酸素ガスを酸化剤極へ、各々供給して燃料電池５１を発電する。
燃料電池５１を発電することにより、環境汚染を防止する代替エネルギーとして環境保全効果を有しながら必要に応じて電力を供給できる。
【００４５】
なお、ガス貯蔵装置の水素ガス・酸素ガスは、後述する熱エネルギー生成装置に利用することも可能である。
本実施形態により、電力需要の平均化を可能とするとともに、熱エネルギーの供給も可能としており、石化燃料の使用を抑制することもできる。
【００４６】
続いて、本発明の第６実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。図６は、本実施形態による電力負荷平準化システムのシステム図である。
本システムは、第２実施形態と同様であるが、図６で示すように、エネルギー貯蔵装置４０に改良を加え、これに応じた電路制御装置２０を変更している点が相違している。以下、この相違点について説明する。
【００４７】
本実施形態では、電力貯蔵装置４２により充電を行う系統と、ガス貯蔵装置４５により、水素ガスと酸素ガスを蓄積する系統とをそれぞれ別途設けた。
このような本実施形態のエネルギー貯蔵装置４０は、変換装置４１、電力貯蔵装置４２、コンバータ４６、切替制御装置２２に接続される操作スイッチ４３、電気分解装置４４、ガス貯蔵装置４５を備えている。
【００４８】
そして、夜間において第１切替スイッチ２６ａ・第２切替スイッチ２６ｂ・第４切替スイッチ２６ｄの接続および第３切替スイッチ２６ｃの遮断を行って電力貯蔵装置４２は変換装置により変換された直流電力を用いて充電するとともに、操作スイッチ４３を接続して電気分解装置４４を駆動して水素ガスと酸素ガスとを生成し、ガス貯蔵装置４５で蓄える。
【００４９】
昼間の電力需要の集中する時間帯では第１切替スイッチ２６ａ・第２切替スイッチ２６ｂ・第４切替スイッチ２６ｄ・操作スイッチ４３の遮断および第３切替スイッチ２６ｃを接続する。この場合、電力貯蔵装置４２が直流電力を出力し、変換装置４１が直流電力を交流電力へ変換して需要家負荷３０へ出力する。
そして、ガス貯蔵装置４５の水素ガス・酸素ガスを、例えば後述する熱エネルギー生成装置に供給して熱エネルギーを出力する。
【００５０】
以上、説明した本実施形態によれば、電力需要の平均化を可能とするとともに、熱エネルギーの供給も可能としており、石化燃料の使用を抑制することもできる。
【００５１】
続いて、本発明の第７実施形態による電力負荷平準化システムについて図を参照しつつ説明する。本システムでは、第４〜第６実施形態で説明したガス貯蔵装置４５に熱エネルギー生成装置を接続して、熱エネルギーを利用できるようにした。このような熱エネルギー生成装置について図を参照しつつ説明する。
図７は、熱エネルギー生成装置の構成図である。
【００５２】
本装置は、図７で示すように、ガス調圧器６１、加熱燃焼器６２、駆動機構６３を備えている。加熱燃焼器６２は、さらに点火機構６２ａ、バーナ６２ｂを備えている。
ガス調圧器６１は水素ガスと酸素ガスと混合し、加圧して供給する。
加熱燃焼器６２は、点火機構６２ａおよびバーナ６２ｂにより、混合ガスを燃焼させて熱エネルギーを生成している。
駆動機構６３は、ガス調圧器６１の図示しないガス管路・点火機構を機械的に駆動する。
【００５３】
このような熱エネルギー生成装置を、先に説明した第３，第４，第５，第６実施形態に適用する。具体的には、図８，図９，図１０，図１１で示すように、ガス管路によりガス貯蔵装置４５とガス調圧器６１とが接続され、また、信号制御線により切替制御装置２２と駆動機構６３とが接続される。
【００５４】
この場合の制御について説明する。
夜間では、ガス貯蔵装置４５に水素ガス・酸素ガスが蓄積されるため、切替制御装置２２は熱エネルギー生成装置６０を使用できないようにする。
昼間は、切替制御装置２２は熱エネルギー生成装置６０を使用できるようにする。
この熱エネルギーは、工場や事業所のボイラー、空調、ホテルや食堂の調理器具等に利用することにより、環境保全をはかることができる。
【００５５】
さらにまた、水素ガスおよび酸素ガスのガス貯蔵装置４５は、「消防法」に抵触しない貯蔵容量に制約されるが、一般家庭でも調理器や暖房設備として、水素ガスと酸素ガスを熱エネルギー生成装置６０に利用する余地もあり、冷蔵庫、電子レンジ、電気ポット、電気炊飯器、食器洗い機、乾燥機、照明その他の家庭用電気機器と、家庭用調理器と、組み合わせたシステムキッチンとすれば、システムキッチン自体のコストダウンとランニングコストの低減によりコストメリットもはかれ一般家庭でも購入しやすくなる。
【００５６】
表１と表２に標準世帯におけるキッチンシステムの導入前後の電気料金対照の試算一例を示す。
【００５７】
【表１】
0003952280.tif 000002
【００５８】
【表２】
0003952280.tif 000003
【００５９】
その結果、一般家庭への導入が促進され、電力負荷平準化の効果をさらに高めることが可能となる。特に、マンション等集合住宅や地域社会を単位に、例えば専門知識や技術を有する水素ガスと酸素ガス供給業者が、水素ガス／酸素ガス生成装置や水素ガスと酸素ガスを混合配送する連通路網または分流配送する供給路網を提供すれば、スケールメリットもはかれ、より導入しやすくなり広く需要家一般に普及させることができる。
【００６０】
以上第１〜第７実施形態について説明した。なお、これら実施形態において、電力系統は、低圧配電系統、または、６．６ｋＶ高圧配電系統であるものとして説明したが、限定する趣旨ではなく、大規模工場等、電気的負荷と熱的負荷等混合負荷からなる大掛かりな設備を備えた高圧需要家へ供給する電力系統に適用する電力負荷平準化システムとしてもよいことはいうまでもない。
これらは実状に応じて適宜選択される。
【００６１】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、夜間電力を有効に利用してコストメリットをはかり一般需要家に導入しやすくし、代替エネルギーを併用して安全で環境保全に寄与しながら、電力負荷平準化システムを構築し、ひいては省エネ効果も有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図２】本発明の第２実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図３】本発明の第３実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図４】本発明の第４実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図５】本発明の第５実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図６】本発明の第６実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図７】熱エネルギー生成装置の構成図である。
【図８】本発明の第７実施形態による電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図９】本発明の第７実施形態による他の電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図１０】本発明の第７実施形態による他の電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【図１１】本発明の第７実施形態による他の電力負荷平準化システムを含む全体システム図である。
【符号の説明】
１０                            電力系統
２０                            電路制御装置
２１                            計測部
２１ａ                          ＶＣＴ
２１ｂ                          ＷＨＭ
２１ｃ                          受電電力検出装置
２２                            切替制御装置
２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ  第１切替スイッチ
２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ  第２切替スイッチ
２４ｃ，２５ｃ，２６ｃ          第３切替スイッチ
２６ｄ                          第４切替スイッチ
３０                            需要家負荷
４０                            エネルギー貯蔵装置
４１                            変換装置
４２                            電力貯蔵装置
４３                            操作スイッチ
４４                            電気分解装置
４５                            ガス貯蔵装置
４６                            コンバータ
４７                            管路
４８                            管路
４９                            弁
５０                            弁
５１                            燃料電池
５２                            インバータ
６０                            熱エネルギー生成装置
６１                            ガス調圧器
６２                            加熱燃焼器
６２ａ                          点火機構
６２ｂ                          バーナー
６３                            駆動機構
【図１】
0003952280.tif 000004
【図２】
0003952280.tif 000005
【図３】
0003952280.tif 000006
【図４】
0003952280.tif 000007
【図５】
0003952280.tif 000008
【図６】
0003952280.tif 000009
【図７】
0003952280.tif 000010
【図８】
0003952280.tif 000011
【図９】
0003952280.tif 000012
【図１０】
0003952280.tif 000013
【図１１】
0003952280.tif 000014