東急建設技術研究所報 No. 46

U.D.C 624/628 : 620.9

事務所ビルにおける蓄電池と水素供給システムの運用に関する検討山口

要約：仁士 ＊

富田健司 ＊

本報は，当社技術研究所管理研究棟（事務所ビル）における 2019 年度の消費電力量，商用受電電力量，太陽光発電電力量の実績値を用いて，太陽光発電システム，蓄電池，水素供給システムの運用方法を検討したものである。目的は，太陽光発電システムによる発電電力量を，蓄電や水素に置換し，貯蔵したエネルギーの適切な運用を提案することである。これにより契約電力の引下げや，ピークカットに寄与するものと考える。そこで，ベースとなる商用受電電力の閾値を決め，閾値以下は商用電力を，閾値を超える電力に太陽光発電，蓄電池，燃料電池からの電力を用いる運用方法を提案した。実績値を用いた試算結果では，総買電量は増えるが，ピーク電力は代表月において最大 54 kW のピークカットとなることが示された。

キーワード：

事務所ビル，太陽光発電，蓄電池，水素製造，水素燃料電池，運用方法

目1．はじめに

4．運用方法の検討

2．建物およびシステム概要

5．おわりに次：

3．消費エネルギー量と発電電力量
1．はじめに

2．建物およびシステム概要

当社では，2016 年度から技術研究所の管理研究棟を当社技術研究所管理研究棟の消費電力量と太陽光発電電ZEB（net Zero Energy Building）にすべく改修工事を実力量を検討対象とする。なお，太陽光発電による発電電力施し，2017 年度末に ZEB 化改修工事を完了させた。筆者

量の自家消費量や，蓄電池の放電量，水素の製造および燃らは，ZEB 化改修による効果として，用途別エネルギー料電池発電の運用については，現状，施設管理者に任せら消費量の計測と，更なる性能向上を目指して省エネ性や快れている。

適性向上等に資するいくつかの取組みを 2018 年度から実2.1

施し，1 年目のエネルギー運用実績と熱源機のチューニン

当該建物は，延べ床面積 3,873.65 m 2 の中規模事務所ビグによる効果として，建物の一次エネルギー消費量に関しル（一部，実験施設併設）であり，商用受電のキュービク

1)て報告してきた 。

建物の全体像と太陽光発電システムの概要

ル，太陽光発電システム（蓄電池を含む），水素供給シス
テムが備わっている。太陽光発電システムと水素供給シス

本報では，創エネルギーの観点から，太陽光発電システ

テムの概要を図 1 に示す。

ムとそれに付属する蓄電池の運用，及び水素供給システム

太陽光発電システムは，東側壁面に設置された太陽光発による水素の製造・貯蔵・発電といった運用方法について

電システム（太陽電池：27.0 kW，PCS（パワーコンディ検討した。
今後，SBT（Science Based Targets）や RE100 に対すショナー）：20.0 kW，蓄電池容量：33.8 kWh）と，別棟る取組が増えることが想定され，事業者から排出されるの屋根面に設置された太陽光発電システム（太陽電池：CO 2 を削減することを目的として，電力会社と太陽光発102.1 kW，PCS ①：50.0 kW，蓄電池容量 50.7 kWh，PCS

電や水力発電による非化石証書付き電力（以下，非化石電②：10.0 kW×4 台）の 2 系統があり当該建物および水素力と称する）の契約をする事例が増えてくると考えられ供給システムで使用する。
2.2

る。そこで，ベース電力を非化石電力として，それを超え水素供給システムの概要

る電力に自然エネルギーを利用し，それでもまかなえない水素供給システムは，太陽光発電システムにて発電され電力を一般商用電力の利用として運用する方法について検た電気を固体高分子形（PEM）水電解装置にて水素に置討した。これにより，電力のピークカットにもつながるも換（製造）し，貯蔵し，燃料電池で発電する。なお，水素のと考えている。

供給システムは商用電力を使わずに，水素製造から発電までの流れを自立して行うことが可能なシステムである。水

建屋全体の創エネルギーの運用方法として，ピークカッ素供給システムの外観を図 2 に示す。

トの可能性について検討し，事務所ビルにおける蓄電池や水素製造能力は 1 N m 3/h×2 基，水素貯蔵タンクは 100

水素供給システムの導入に関する実用可能性について報告

Nm 3，燃料電池の定格発電量は 3.5 kW である。なお，水する。
＊技術研究所

温熱・風グループ41

東急建設技術研究所報 No. 46

素製造に要する電力量は稼働実績のある月の運用実績値より約 9.5 kW/Nm 3 必要であることが分かっている。（図3）3．消費エネルギー量と発電電力量
当該建物の消費電力量の推移と，太陽光発電電力量の推移を図 4 に示す。消費電力量が最も大きかった月は，8 月の 31,290 kWh/月であり，発電電力量は 12,355 kWh/月であった。一方で消費電力のピーク（ピーク電力）は，2 月の 320 kW であった。
年間の消費電力量と発電電力量は表 1 に示す通り，消費

図1

太陽光発電システムと自立型水素供給システムの概略図

電力量は 303,389 kWh/年，発電電力量は 123,093 kWh/年であり，消費電力量に対する発電電力量の割合は 41% であった。
当社のこれまでの太陽光発電電力量の利用方法は，太陽光発電電力を売電せず自家消費として最大限利用するように運用しており，太陽光発電電力を蓄電せずに直接使用する割合が高かった。
また，当該建物は実験施設等の併設もあり，契約電力自図2

水素供給システムの外観

図3

水素製造に要する電力量体が非常に大きく，ピーク電力の低減などの検討がされてきていなかった。契約電力を下げることは実験施設稼働時に必要な電力確保の観点から現実的には難しいが，当該建物を単独の電力系統として模擬的に考え，運用方法の変更によりピーク電力を低減できるかについて試算する。
4．運用方法の検討
4.1

運用方法のコンセプトと提案

運用方法として，適切なベース電力の設定，およびピークカットをコンセプトとする。
現時点の運用方法は，建物の消費電力のうち，太陽光発電で発電される電力量を蓄電や水素置換を考慮せず直接自家消費し，かつ，施設管理者が当日の天候等を考慮しつつ，蓄電池への充放電や，水素製造等の運用をしている。
しかしながら，施設管理者の勘と経験により運用し続けていくことは現実的ではないと考え，運用ルールを決めるためにも本運用方法を提案する。
提案する運用方法は，非化石電力の契約レベルの設定値をベース電力と位置づけ，ベース電力以下において太陽光発電による発電量があった場合は蓄電し，ベース電力では原則として非化石電力にて運用する。蓄電池の容量を超える電力量（以下，余剰電力と称する）については，水素製造に使用し，水素貯蔵タンクへ貯蔵する。一方，ベース電力を超えて電力消費がある場合は，水素燃料電池による発電（3.5 kW），蓄電池からの放電（最大 50.7 kW），太陽光

図4

消費電力量と発電電力量の推移

発電の自家消費の順番に積上げ，創エネルギーによる電力
表1にて運用する。最終的に不足する電力については，非化石電力または一般の商用電力（併せて商用電力と称す。
）から買電し，消費電力をまかなう運用方法とする。
4.2

閾値の設定

閾値の設定は，日毎に集計した各種電力量や水素貯蔵タンクの容量等を，次に示す設定基準をもとに月毎に検討

42

年間消費電力量と年間発電電力量（2019 年度）

東急建設技術研究所報 No. 46

し，各月の閾値を設定する。
閾値の設定基準としては，蓄電池残量が BCP 対応用の下限容量（当該建物においては 16.9 kWh）以下にならな
いこと，及び水素貯蔵タンクの容量がゼロにならないこと，かつ，太陽光発電電力量と蓄電池利用可能量の合計に対して，自家消費分，蓄電池放電分・充電分，水素製造電力分の合計が多くならないこととした。
なお，閾値は高く設定すると太陽光発電の自家消費分が少なくなり，商用電力の買電量が増え，逆に低く設定すると太陽光発電を最大限に利用することが可能であるが，蓄図5

電池や水素利用を効率的に利用できず，ピークカットの効消費電力量と商用電力量の推移果を得ることができない。そのため，適切な閾値を設定する必要がある。本報においては，上記条件を設定したとこ
ろ，8 月は 92 kW，2 月は 82 kW と算定された。
4.3

試算

図 4 より消費電力量の多かった 8 月と，ピーク電力の高かった 2 月を対象として，消費電力量のうち商用電力量とピーク電力について試算した。
2 月のデータを代表として図 5 に消費電力量と太陽光発電電力を積極的に直接利用した場合の商用電力の推移を示した。図 6 には閾値を 82 kW に設定した場合の消費電力量，燃料電池発電量，蓄電池放電量，商用電力量を示す。
図 5 では，太陽光発電による発電量を直接自家消費しているため，ピークカット等の制御はできていない。しかし，2/9 と 2/11 の 15：00 頃は太陽光発電電力が消費電力量を上回っており，商用電力としては 0 kWh とすることができていることが特徴である。一方，図 6 では閾値以下の範
囲は太陽光発電の利用は出来なくなるが，閾値を超える範図 6 提案する運用方法による消費電力量と商用電力量の推移※商用電力量の上に，燃料電池発電量，蓄電池放電量を積上げて表示している。
※燃料電池発電量は 3.5 kW/h と少ないため，グラフ上では，商用電力量のやや上側に重なっている。

囲の消費電力量を蓄電池からの放電と水素燃料電池からの
表2発電により，商用電力分を低減させることができ，ピークピーク電力と商用電力量の試算カットが実現できている。2/10 を例にすると，ピーク電力は 217 kW から 163 kW と抑えることができた。
また，これらの時系列データを集計し，1 カ月当たりの電力量と，ピーク電力を表 2 に示す。表 2 より，太陽光発電電力を全て直接利用した場合のピーク電力は，8 月は166 kW，2 月は 232 kW となった。これに対して提案する運用方法では，8 月は 112 kW，2 月は 178 kW となり，ともにピーク電力を低減できる結果となった。削減量としてはそれぞれ 54 kW であり，これは蓄電池の放電 50.7 kW

電池の容量と水素貯蔵タンクの容量に空きがなく，太陽光と水素燃料電池からの出力 3.5 kW の合計値である。

発電電力量を有効に蓄電・貯蔵できなかったことが原因で商用電力量は，太陽光発電電力をすべて直接利用した場ある。そのため，このように負荷が小さい期間（休日な合，8 月は 17,996 kWh/月，2 月は 12,920 kWh/月となっど）の運用方法についても検討が必要と考えている。

た。これに対して提案する運用方法では，8 月は 24,389kWh/月，2 月は 14,301 kWh/月となり，共に買電量とし5．おわりにては増えた。また，蓄電池放電や水素燃料電池からの放電

本報では，2019 年度の当該建物の消費電力量と太陽光量等の創エネルギーの使用量に対する太陽光発電電力量の発電電力量から，太陽光発電電力量の直接利用，蓄電，余割合（以下，創エネ利用率と称す）を計算すると，8 月は剰電力量の水素置換について，非化石電力の契約設定値を52%，2 月は 88% となり，8 月は発電電力量を多く余らせ想定した閾値を決め，閾値以下は太陽光発電に関わらず商ていることが分かった。

用電力を利用し，閾値を超える電力を創エネルギーの利用

ただし 8 月に関しては夏期休暇があり，休暇中は閾値をを原則とし不足分については商用電力を利用する方法を検上回るような消費電力量とならなかったことに加えて，蓄討し，以下の知見を得た。

43

東急建設技術研究所報 No. 46

・ピーク電力量は，太陽光発電を積極的に利用（直接利も検討していく予定である。

用）する場合に対して，当該運用方法を適用した場合，一方で，蓄電池容量や水素貯蔵タンクの容量もあり，本蓄電池放電量と水素燃料電池の発電量の合計にあたる，運用の閾値の設定だけでは，逆潮流（自家消費が可能であ54 kW のピークカットが可能である。

るが，閾値を決めたことにより余らせてしまう電力量も含・商用電力量は，当該運用方法を適用した場合の方が多くむ）が発生した。そのため，蓄電池の空き容量，水素貯蔵の電力量を買電する必要がある。特に，消費電力が設定タンクの空き容量を把握しつつ，翌日の天気予報や建屋側した閾値以下となる日が多い場合は，買電量が多くなるでの使用電力量などの需給予測をしながら，運用方法を改ことが分かった。

善していくことが重要であると考えている。また，水素供・太陽光発電に対する利用割合は，閾値の設定によって異給システムからの燃料電池発電量が少なく，事務所ビルになるが，本報においては 88% 程度利用できた。

おける適用可能性についても引き続き検討が必要である。

本検討では，ピーク電力値と，商用電力量の総量を検討

今後は，上記の課題についての対策も考慮した運用方法のしたが，これによる電力料金などの検討までには至ってい提案を実施していく予定である。

ない。今後は，電力契約形態やランニングコストについて
参考文献
1) 山口仁士・富田健司：既存中規模事務所ビルの ZEB 実現に向けた取組―改修後 1 年目の運用実績―，東急建設技術研究所報，No. 45, pp. 89‑92, 2019.2

STUDY ON OPERATION OF BATTERY ENERGY STORAGE AND HYDROGEN SUPPLY SYSTEMIN OFFICE BUILDING
H. Yamaguchi and K. Tomita
We examined the operation method of the photovoltaic system, storage battery and hydrogen supply system using theactual performance of the power from utility grid, photovoltaic system and the power consumption for the year 2019. The
objective is to propose the proper operation method of storage batteries and hydrogen energy with photovoltaic system.
This proposal will be expected to contribute to lowering the contracted power consumption and reducing the peak demand.
The proposed operation method determines a threshold for the base commercial power received, uses commercial power
below the threshold, and uses power from photovoltaic system. In our proposed method, the power from photovoltaicsystem, storage battery and fuel cell battery are used in case the consumption energy exceeds a certain threshold. The
results show that the peak was reduced by a maximum of 54 kW in a representative month although the total amount ofpurchased power had increased.

44