(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各需要家サイトに分散設置された発電設備と、電力系統の管理者（電力会社）が所有し管理する商用電力系統とを接続してなる分散型発電設備の系統連系システムにおいて、
前記分散設置された発電設備の電気出力は、各需要家サイトの電気負荷に直接供給することなく、前記商用電力系統のみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの電力負荷には、商用電力系統から電力供給するように系統接続してなることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【請求項２】
請求項１に記載の系統連系システムにおいて、前記発電設備は、燃料電池発電設備または複数種の自家発電設備のハイブリッドとすることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、分散型発電設備は熱電併給設備とし、発電設備の熱出力は、各需要家サイトの給湯暖房等の熱負荷に直接供給することなく、前記電力会社が所有し管理する熱負荷システムのみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの前記熱負荷は、前記熱負荷システムから熱供給するように系統接続してなることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、前記分散設置された各発電設備は、当該発電設備の電気および／または熱出力を、設置した需要家の電気負荷、熱負荷とは無関係に、前記電力会社の電力系統あるいは熱負荷システムの需要状況，ローカル事故等の諸事情に適合するように制御する起動停止・出力制御手段を備えることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【請求項５】
請求項４に記載の系統連系システムにおいて、前記起動停止・出力制御手段は、通信回線や無線による指令に基づき、遠隔制御してなることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、前記需要家が使用する電力量および／または熱エネルギー量の計量手段を備え、さらに前記計量手段により計量された電力使用量および／または熱エネルギー使用量に基づいて使用料金を算出する手段を備えることを特徴とする分散型発電設備の系統連系システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各需要家サイトに分散設置された発電設備と、電力系統の管理者（電力会社）が所有し管理する商用電力系統とを接続してなる分散型発電設備の系統連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般家庭等の需要家サイトにおける分散型発電システムは、商用電源と連系させて運転されることは少なく、単独で使用されることが多かった。しかし近年、燃料電池やマイクロガスエンジンの応用が盛んになり、商用電源との系統連系が始まっている。
【０００３】
図２は、系統連系を行なう場合の分散型発電システムの模式的概念図を示す。図２のシステムは、例えば、都市ガスを原燃料とする燃料電池や、マイクロガスエンジン等の発電設備１を需要家２自身がそのサイトに設置して管理し、自らの電力負荷に合わせて出力を制御しながら電力３を供給し、不足分を電力系統４から補い、過剰分は電力系統４へ逆潮流するように構成されている。また、発電装置の発電にともなう発熱は温水５として取り出して、需要家自身が給湯や暖房等に用いるように構成されている。
【０００４】
一方、一般家庭以外の業務用自家発電設備との系統連系システムは、従来から一部実用化されており、各種のシステムが提案されている（例えば、特開平８−１８２１９２号公報，特開２００１−１０２０６３等参照）。
【０００５】
前記特開平８−１８２１９２号公報には、その従来技術の項や、提案された系統連系システムに関して、以下のように記載されている。即ち、「従来、工場、ビル、学校、病院、諸施設などの中には自家用発電設備を備え、停電などの緊急事態に備えるようにしている所も多い。自家用発電設備には、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービンなどの回転機と交流発電機とを用いて交流電力を発電する交流発電設備と、太陽電池や燃料電池などの直流電力を発電する直流発電設備とがあり、広い意味では、風力発電で発電機の交流出力を直流変換装置で直流電力に変換したものや、上記の交流発電設備による交流電力を直流変換装置で直流電力に変換したものも直流発電設備に含まれる。ところで最近の傾向として、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービンなどの回転機と交流発電機とを用いて必要な電力を発生させるとともに、同時に発生する熱を利用するいわゆる電熱併用のコージェネレーション設備がエネルギーの有効利用の点から注目されており、工場、ビル、病院などの大型の施設には大規模なコージェネレーションタイプの自家発電設備が導入されつつある。このようなコージェネレーションタイプの自家発電設備を熱負荷を主体にしたいわゆる熱主電従運転した場合、大規模な自家発電設備であれば、発生する電力の品質がすぐれ設備の保守運用も確実であることから、余剰発生電力を電力系統に流出させるいわゆる逆潮流が規定の条件の下に認められている。」旨記載されている。
【０００６】
図３は、前記特開平８−１８２１９２号公報において提案された系統連系システムであり、このシステムは、電力系統と需要家の自家用発電設備との間で、電源系統を切り換えるに際し、電力供給が一時的に遮断される問題を解消することを目的としている。
【０００７】
図３において、２０は需要家が備える自家用直流発電設備であり、たとえばガスエンジンと交流発電機と直流変換装置とで構成されている。４０は電力系統の交流電力を直流電力に変換する直流変換装置、５０は自家用直流発電設備２０により発電された直流電力および直流変換装置４０により変換された直流電力を交流電力に逆変換する逆変換装置、６０は需要家構内の負荷への給電線の途中に接続された開閉装置、７０は故障などの異常時に閉じられる開閉装置、８０は需要家構内の負荷、９０は給電回路である。
【０００８】
上記構成によれば、「電源系統を電力系統から自家用直流発電設備に切り換える必要がないので、需要家の負荷への給電が断たれることがない。したがってＯＡ機器や映像機器などの負荷を使用しても問題がない。自家用直流発電設備では賄いきれない電力は電力系統から給電されるので、自家用直流発電設備の発電容量を需要家の使用頻度に設定することができるし、需要家の電力消費量に合わせて制御する必要がない。また自家用直流発電設備にコージェネレーションシステムを採用した場合、需要家の熱負荷に合わせた熱主電従運転を行うことができる。」旨記載されている。
【０００９】
次に、燃料電池発電設備の系統連系システムに関わり、前記特開２００１−１０２０６３に記載されたシステムについて、その概要を以下に述べる。図４は、そのシステム系統図を示し、このシステムは、熱電併給事業での運用に適し、電力需要のピーク時の売電を行うことができるとともに、電力と熱の需要に対し商用電力及び燃料の購入コストを最低限にするような運用が可能な燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的としている。
【００１０】
図４に示すシステムは、燃料電池ユニット２１に供給される燃料供給量を計測する燃料供給量計測器２４と、燃料電池ユニット２１から出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ２８と、変換された交流電力を商用電力系統へ売電あるいは燃料電池ユニット停止時の電力需要に応えるための買電を行うための連系制御装置２９と、商用電力系統との買電電力量と売電電力量を計測する買電／売電電力量計測器２５と、燃料電池コージェネレーションシステムからの電力供給量を計測する出力電力量計測器２６と、燃料電池ユニット２１からの排熱を回収し必要に応じて水の補給と燃料を用いて所定の温度に加熱できる温水供給装置３０と、温水供給装置３０からの熱供給量を計測する出力熱量計測器２７から成ることを特徴とするものであり、熱電併給事業の運用に必要な燃料電池コージェネレーションシステムへ入力された燃料の量と出力された電力及び熱の供給量を測定できることを可能にしている。
【００１１】
また、図４に示すシステムは、燃料供給量計測器２４と、買電／売電電力量計測器２５と、出力電力量計測器２６と、出力熱量計測器２７のそれぞれの計測結果を運転制御装置２２にて収集し、遠隔に設置された遠隔制御装置２３に通信回線を通じて送信することにより、熱電併給事業での運用に必要な複数配置された各燃料電池コージェネレーションシステムにおける入力された商用電力量と燃料の量と出力された電力及び熱の供給量を通信回線を通じて収集することにより、料金徴収業務の効率化を行うようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記図２ないし図４に示す従来の分散型発電設備の系統連系システムは、いずれも、発電設備の出力は、原則として需要家サイトにおいて使用し、需要家サイトにおける余剰発生電力を電力系統に流出させて売電するように構成されたシステムであり、分散型発電設備の利用効率や電力系統を含めた地域全体の総合効率や負荷平準化の観点から下記のような問題があった。
【００１３】
即ち、従来のシステムにおいては、それぞれの需要家が自らの電力負荷に合わせて発電設備の出力を制御することから、発電設備としてはなるべく定格出力で長い時間運転を継続させることが設備の有効活用になるにもかかわらず、需要家の都合で出力が制御されることになるため、例えその近隣において電力需要があってもそこへ電力を供給することはできずに結果として地域全体として見た場合の設備、エネルギーの有効活用が図られないという問題があった。
【００１４】
一般に家庭用は朝と夕刻が電力利用のピークとなり昼間帯は電力負荷が小さくなっているため、それに合わせて発電設備の出力を朝と夕刻に上げ、昼間は下げることになる。しかしその一方で、近隣の一般事業所の業務用の電力利用は昼間がピークになっているという不合理な状況になっていた。
【００１５】
また、それぞれの需要家が発電設備を購入するための初期投資が必要であったり、個別に発電設備を系統へ連系する手続きをとる必要があること、および、例えば、年１回程度の消耗品の交換や定期点検を実施する必要がある等の障壁のために分散型発電設備の導入が促進されないという問題もあった。
【００１６】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、分散型発電設備の利用効率の向上並びに発電設備が設置された地域全体の負荷の平準化と総合効率の向上を図り、さらに分散型発電設備の導入障壁を低くして発電設備の導入を促進可能な分散型発電設備の系統連系システムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、各需要家サイトに分散設置された発電設備と、電力系統の管理者（電力会社）が所有し管理する商用電力系統とを接続してなる分散型発電設備の系統連系システムにおいて、前記分散設置された発電設備の電気出力は、各需要家サイトの電気負荷に直接供給することなく、前記商用電力系統のみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの電力負荷には、商用電力系統から電力供給するように系統接続してなるものとする（請求項１の発明）。
【００１８】
上記システムによれば、発電設備は基本的には定格出力で運転し、個々の需要家の余剰電力相当分は電力系統で吸収することができ、また需要家サイドの電力利用のアンバランスは、電力会社が電力系統サイドにおいて調整が可能となる。従って、負荷の平準化ならびに個々の発電設備の効率向上およびシステム全体の総合効率向上を、容易に実現することができる。
【００１９】
さらに、分散設置する発電設備は、電力会社の所有とし、またそのメンテナンスも電力会社が行なうこととし、発電設備を設置した需要家は、相応の料金体系により電力系統から電力供給を受けることができるようにすることができる。この場合、需要家は電力会社に設置スペースを提供することのみで、比較的安価な料金で従来どおり電力が得られるので、発電設備の導入に抵抗感がなく、むしろ導入が促進される。
【００２０】
前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし６の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の系統連系システムにおいて、前記発電設備は、燃料電池発電設備または複数種の自家発電設備のハイブリッドとする（請求項２の発明）。燃料電池に限らず、太陽電池、風力発電、マイクロガスエンジン，ディーゼルエンジン，ガスエンジン，ガスタービンなどによる回転発電機等々、地域事情に応じて種々の自家発電設備が採用できる。
【００２１】
また、前記請求項１または２のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、分散型発電設備は熱電併給設備とし、発電設備の熱出力は、各需要家サイトの給湯暖房等の熱負荷に直接供給することなく、前記電力会社が所有し管理する熱負荷システムのみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの前記熱負荷は、前記熱負荷システムから熱供給するように系統接続してなるものとする（請求項３の発明）。
【００２２】
発電設備の種類や規模によっては、熱電併給設備とするには適さない場合もある。例えば、燃料電池発電設備の場合、家庭用の比較的小容量のもの（１ｋＷ程度）から業務用の数十ないし数百ｋＷ、またはそれ以上の容量があるが、１ｋＷ程度の容量の場合には、前記電力会社が所有し管理する熱負荷システムに接続するには、規模的に適さない。従って、この場合には、電力供給のみとする。システム全体としては、電力供給のみの設備と、熱電併給設備とが混在してもかまわない。対象地域が新しく開発されるコミュニティの場合には、どちらか一方に統一する方が、管理が容易である。
【００２３】
さらに、前記請求項１ないし３のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、前記分散設置された各発電設備は、当該発電設備の電気および／または熱出力を、設置した需要家の電気負荷、熱負荷とは無関係に、前記電力会社の電力系統あるいは熱負荷システムの需要状況，ローカル事故等の諸事情に適合するように制御する起動停止・出力制御手段を備えるものとする（請求項４の発明）。
【００２４】
上記請求項４の発明によれば、需要家サイドの電力利用のアンバランスが有る場合の調整、局所的に事故が発生した場合の事故に関わる系統の電力供給調整、季節または一日の時間毎の負荷調整が容易となる。
【００２５】
また、前記請求項４に記載の系統連系システムにおいて、前記起動停止・出力制御手段は、通信回線や無線による指令に基づき、遠隔制御してなるものとする（請求項５の発明）。需要家サイドの電力利用のアンバランスは、電力系統で処理するため、遠隔制御は、従来の分散発電システムに比較して、きめ細かく行なう必要はなく、例えば、シーズン、月、気温等からマイコンで自動的に運転パターンを選択することも可能となる。
【００２６】
さらに、前記請求項１ないし５のいずれかに記載の系統連系システムにおいて、前記需要家が使用する電力量および／または熱エネルギー量の計量手段を備え、さらに前記計量手段により計量された電力使用量および／または熱エネルギー使用量に基づいて使用料金を算出する手段を備えるものとする（請求項６の発明）。
【００２７】
請求項６の発明によれば、前述のように、発電設備を設置した需要家は、相応の料金体系により電気または熱の供給を電力会社から受けることができるようになり、リーズナブルな分散型発電設備の系統連系システムが構築できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下にのべる。
【００２９】
図１は、この発明に関わる実施例を示す分散型発電設備の系統連系システムの概略システム系統図で、熱電併給システムの場合を示す。図１において、図２に示す系統図と同一機能部材には同一番号を付して詳細説明を省略する。
【００３０】
図１のシステムにおいては、発電設備１は、需要家２自身ではなく電力系統の管理者（電力会社）により所有および管理される。また、発電設備１は、電力系統４へ直接接続され、需要家２は、需要家２が使用する電力量の計量手段である電力量計６を介して電力系統４と接続し、熱エネルギー量の計量手段である熱量計７を介して、電力会社により所有および管理される熱負荷システム５と接続される。
【００３１】
また、前記計量手段により計量された電力使用量と熱エネルギー使用量に基づいて使用料金を算出する使用料金算出手段８を備え、需要家２はこの使用料金算出手段８に示された額を支払う。また、電力会社は、起動停止・出力制御手段９を用いて、発電設備の電気および／または熱出力を、設置した需要家の電気負荷、熱負荷とは無関係に、前記電力会社の電力系統あるいは熱負荷システムの需要状況，ローカル事故等の諸事情に適合するように制御する。
【００３２】
なお、前記制御は、インターネットあるいは電話や無線等の遠隔通信手段１０により遠隔地から行なう。また、起動停止・出力制御手段９は、発電設備１の起動停止時刻および出力変更時刻を設定し、繰り返し起動停止が実行でき、出力を変更することができる機能を有し、出力制御は、前述のように、シーズン、月、気温等からマイコンで自動的に運転パターンを選択して行なうようにすることができる。
【００３３】
さらに、図１に示す近隣の一般事業所１１は、従来同様、電力系統４から供給される電力を使用してその使用料金を支払うと共に、熱負荷システム５から供給される温水を使用してその使用料金を支払う。そのため、電力量の計量手段である電力量計１２、熱エネルギー量の計量手段である熱量計１３、およびそれらにより計量された電力使用量と熱エネルギー使用量に基づいて使用料金を算出する使用料金算出手段１４を設ける。なお、近隣の一般事業所１１にも発電設備１を設けることも、当然にしてあり得る。
【００３４】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、各需要家サイトに分散設置された発電設備と、電力系統の管理者（電力会社）が所有し管理する商用電力系統とを接続してなる分散型発電設備の系統連系システムにおいて、前記分散設置された発電設備の電気出力は、各需要家サイトの電気負荷に直接供給することなく、前記商用電力系統のみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの電力負荷には、商用電力系統から電力供給するように系統接続してなるものとし、
また、上記において必要に応じ、分散型発電設備は熱電併給設備とし、発電設備の熱出力は、各需要家サイトの給湯暖房等の熱負荷に直接供給することなく、前記電力会社が所有し管理する熱負荷システムのみに流出するようにし、かつ各需要家サイトの前記熱負荷は、前記熱負荷システムから熱供給するように系統接続してなるものとしたので、
分散型発電設備の利用効率の向上並びに発電設備が設置された地域全体の負荷の平準化と総合効率の向上を図り、さらに分散型発電設備の導入障壁を低くして発電設備の導入を促進可能な分散型発電設備の系統連系システムを提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関わるの分散型発電設備の系統連系システムの系統図
【図２】従来の一般家庭を対象とする分散型発電システムの模式的系統図
【図３】従来の業務用を対象とする自家発電設備の系統連系システムの一例の系統図
【図４】従来の燃料電池発電設備の系統連系システムの一例の系統図
【符号の説明】
１：発電設備、２：需要家（一般家庭）、４：電力系統、５：熱負荷システム、６，１２：電力量計、７，１３：熱量計、８，１４：使用料金算出手段、９：起動停止・出力制御手段。
【図１】
0003847614.tif 000002
【図２】
0003847614.tif 000003
【図３】
0003847614.tif 000004
【図４】
0003847614.tif 000005