JP2006288016A - 分散型電源の運転支援システム、二酸化炭素排出原単位算出システム、および分散型電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素の排出量を削減する分散型電源の支援システムを提供する。
【解決手段】分散型電源の運転支援システム１００は、二酸化炭素排出原単位算出システム６０と、分散型電源制御装置７２とを備える。二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、発電所１１〜１３の発電機出力をもとに商用電力系統１０から供給する電力の排出原単位を算出し、分散型電源制御装置７２に送信する。分散型電源制御装置は、商用電力系統１０および分散型電源７１を含む全体における電力の二酸化炭素の総排出量がより少なくなるように、分散型電源７１を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、分散型電源の運転支援システム、二酸化炭素排出原単位算出システム、および分散型電源制御装置に関する。

自家用発電において、石油やガス等の化石燃料を燃焼することで発電を行い、需要家構内の電気負荷に供給する分散型電源装置がよく用いられている。これらの分散型電源装置は、商用電力系統から完全に独立して運用されるものはほとんどなく、商用電力系統からも受電して、負荷に電力供給を行う構成が一般的である。このような分散型電源装置の例は、特許文献１に示される。
こうした分散型電源の運用方法としては、経済性を最優先とするものが一般的である。つまり、夜間には商用電力系統から供給される電力が比較的安価であるので、分散型電源を停止させて全消費電力を商用電力系統から受電し、また逆に、昼間には商用電力系統から供給される電力が比較的高価であるので、分散型電源を稼動させて商用電力系統から受電する電力を削減するといった運用方法である。

特開２００４−１５８８２号公報

しかしながら、従来の分散型電源の運転においては、経済性のみ追求し、二酸化炭素排出量を抑制するという環境性に配慮した運用はなされていないという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、二酸化炭素排出量を抑制する分散型電源の運転支援システム、二酸化炭素排出原単位算出システム、および分散型電源制御装置を提供する。

上述の問題点を解決するため、この発明に係る分散型電源の運転支援システムは、化石燃料を燃焼させて発電するとともに、外部の需要家負荷に給電する、外部の分散型電源の運転を、一つまたは複数の発電所を含むとともに、需要家負荷に給電する、外部の商用電力系統の状況に応じて制御する、分散型電源の運転支援システムであって、発電所の発電機出力に基づいて、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出する、二酸化炭素排出原単位算出システムと、分散型電源の発電機出力に基づいて、分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出するとともに、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位と、分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位とに基づいて、需要家負荷が消費する電力に対応する二酸化炭素の総排出量を算出し、総排出量がより少なくなるように、分散型電源の発電機出力を制御する、分散型電源制御装置とを備える。

また、この発明に係る二酸化炭素排出原単位算出システムは、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出する、二酸化炭素排出原単位算出システムであって、商用電力系統に含まれる発電所の、発電機出力に関する情報を受信し、発電機出力に基づいて、発電所から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出し、発電機出力と発電所から給電する電力の二酸化炭素排出原単位とに基づいて、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出し、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位に関する情報を、外部の分散型電源制御装置に送信する。

また、この発明に係る分散型電源制御装置は、外部の分散型電源を制御する分散型電源制御装置であって、分散型電源は、化石燃料を燃焼させて発電するとともに、外部の需要家負荷に給電し、需要家負荷は、商用電力系統からも給電される分散型電源制御装置において、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位に関する情報を受信し、分散型電源の発電機出力に基づいて、分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出するとともに、商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位と、分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位とに基づいて、需要家負荷が消費する電力に対応する二酸化炭素の総排出量を算出し、総排出量がより少なくなるように、分散型電源の発電機出力を制御する。

この発明に係る分散型電源の運転支援システム、二酸化炭素排出原単位算出システム、および分散型電源制御装置は、商用電力系統および分散型電源を含む全体にわたって、二酸化炭素排出量がより少なくなるように分散型電源の制御を行うので、二酸化炭素排出量を削減することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る分散型電源の最適環境性運転支援システムである、運転支援システム１００を含む構成を示す。
需要家に電力を供給するため、商用電力系統１０が構成されている。商用電力系統１０は、発電所として、原子力発電所１１、火力発電所１２、水力発電所１３のうち一つまたは複数の組み合わせを含む。この他の発電方式、すなわち風力発電や太陽光発電等による発電所を含んでもよい。

火力発電所１２においては、発電のためにガスや石油等の化石燃料を燃焼させるので二酸化炭素が排出される。この火力発電所１２の発電機により発電される電力量当たりの二酸化炭素の排出量を二酸化炭素排出原単位α_１２（単位はｋｇ／ｋＷｈ）とする。

この二酸化炭素排出原単位α_１２は、発電機出力Ｐ_１２が定格に近づくと、発電効率が高まることから減少し、たとえば図３の（ａ）（ｂ）に示すような曲線に従う特性を示す。曲線（ａ）は汽力発電の場合における特性であり、曲線（ｂ）はコンバインドサイクル発電の場合における特性である。この曲線は、火力発電所１２の発電機ごとに異なり、また、発電所付近の気温Ｔ_１２などによっても異なる。
なお、原子力発電所１１および水力発電所１３については、発電時には、通常、二酸化炭素を排出しないので、二酸化炭素排出原単位は発電機出力にかかわらず０とみなす。ただし、火力発電所１２以外に発電時に二酸化炭素を発生するものがあれば、火力発電所１２と同様に二酸化炭素排出原単位の計算に組み入れてもよい。
なお、商用電力系統１０において、原子力発電所１１や流込式の水力発電所１３は、通常、定格運転をしており、電力需要の低下する夜間は火力発電所１２を停止する又は出力を低下させることから、商用電力系統の全発電出力に占める原子力発電所１１や流込式の水力発電所１３の出力の割合が相対的に大きくなる。原子力発電所１１や流込式の水力発電所１３は二酸化炭素を排出しないので、商用電力系統１０全体から給電する電力の二酸化炭素排出原単位は、夜間に低くなり、昼間に高くなる。

また、商用電力系統１０は、一つまたは複数の変電所１８を含む。発電所１１〜１３において発電された電力は、変電所１８を含む送配電線網を介して需要家まで輸送される。
商用電力系統１０には需要家負荷８０が接続されている。この需要家負荷８０は、需要家の負荷変動に応じ、商用電力系統１０から供給される電力を消費する。

この需要家負荷８０には、商用電力系統１０とは独立して発電を行える分散型電源装置７０が接続されている。需要家負荷８０には、商用電力系統１０及び分散型電源装置７０から、一部分を分担して又は全量を一方より給電することが考えられる。
この分散型電源装置７０は、発電を行う分散型電源７１と、分散型電源７１の制御を行う分散型電源制御装置７２とを備える。分散型電源装置７０は、たとえば、電力のみの提供を目的とするもの（モノジェネレーションシステム）等である。
この需要家負荷８０と、分散型電源装置７０とは、需要家９０の構内に設置される。

分散型電源７１は、化石燃料の燃焼を利用して発電を行うものであり、このため発電に伴って二酸化炭素を排出する。上述の火力発電所１２における電力の二酸化炭素排出原単位α_１２と同様に、分散型電源７１での電力の二酸化炭素排出原単位α_７１を定義する。

一方、商用電力系統１０に含まれる発電所１１〜１３は、電力保安通信網５１に接続され、この電力保安通信網５１に向けて、それぞれの発電所１１〜１３は保有する発電機の出力状態に関する情報である稼動データを送信する。この稼動データは、その発電所の発電機であることを識別する発電機ＩＤ、その発電所の各発電機出力Ｐ_１２の値、および、発電所付近の気温Ｔ_１２を含む。
電力保安通信網５１にはさらに、二酸化炭素排出原単位に関する計算を行う二酸化炭素排出原単位算出システム６０が接続されている。この二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、演算装置と、記憶装置と、入出力装置とを備えるコンピュータである。この二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、プログラムを実行することによって、電力保安通信網５１から発電所１１〜１３の稼動データを受信する機能と、受信した稼動データに基づいて商用電力系統１０における電力の二酸化炭素排出原単位を求め、二酸化炭素排出原単位データを作成する機能と、二酸化炭素排出原単位データを外部の公衆通信網に送信する機能とを有する。

二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、二酸化炭素排出原単位の算出において使用する情報として、火力発電所１２の全発電機について、図３に示す二酸化炭素排出原単位の特性に関する情報を記憶している。この情報は、たとえば、火力発電所１２の発電機毎に、さまざまなＰ_１２やＴ_１２の値と、それぞれに対応するα_１２の値とを含むテーブルである。また、火力発電所１２の発電機毎に、α_１２が、Ｐ_１２やＴ_１２の関数として表された式であってもよい。

二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、さらに公衆通信網５２に接続されており、二酸化炭素排出原単位データの送信はこの公衆通信網５２に向けて行われる。
上述の分散型電源装置７０は、この公衆通信網５２にも接続されており、分散型電源制御装置７２は、公衆通信網５２を経由して送信される二酸化炭素排出原単位データを受信する。また、分散型電源制御装置７２は、需要家負荷が消費する電力である需要電力Ｐ_８０を計測するよう構成されており、需要電力Ｐ_８０および受信した二酸化炭素排出原単位データに応じて分散型電源７１の制御を行う。
上述の二酸化炭素排出原単位算出システム６０および分散型電源制御装置７２が、運転支援システム１００を構成する。

分散型電源制御装置７２は、二酸化炭素排出原単位の算出において使用する情報として、図４に示す電力の二酸化炭素排出原単位の特性に関する情報を記憶している。この情報は、たとえば、分散型電源７１におけるさまざまな発電機出力Ｐ_７１や発電機付近の気温Ｔ_７１の値と、それぞれに対応するα_７１の値とを含むテーブルである。また、α_７１がＰ_７１やＴ_７１関数として表された式であってもよい。

以上の構成に含まれる運転支援システム１００について、その動作を以下に説明する。
図２は、運転支援システム１００の処理の流れを説明するフローチャートであり、図３および図４は、処理において使用される、電力の二酸化炭素排出原単位に関する情報を表すグラフである（特性テーブルであってもよい）。
まず、図２のフローチャートにおいて、発電所１１〜１３は、それぞれの発電機出力を含む稼動データを、二酸化炭素排出原単位算出システム６０に向けて送信する（ステップＳ１）。この送信は、一定時間たとえば５分間おきに行われるが、それより短い間隔でも長い感覚でもよい。二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、この稼動データを受信する（ステップＳ２）。

次に、二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、火力発電所１２の各発電機について、受信した稼動データに含まれる発電機出力Ｐ_１２および気温Ｔ_１２基づき、二酸化炭素排出原単位α_１２の算出を行う（ステップＳ３）。この算出は、図３に示す特性曲線または特性テーブルに従って行われる。
火力発電所１２の各発電機について電力の二酸化炭素排出原単位α_１２が算出された後、二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、需要家負荷８０に対する商用電力系統１０全体の電力の二酸化炭素排出原単位α_１０の算出を行う（ステップＳ４）。この算出は次式を用いて行われる。

ただし、α_ｉおよびＰ_ｉは各発電所１１〜１３における各発電機の電力の二酸化炭素排出原単位および出力であり、ｎは商用電力系統１０に含まれる発電所１１〜１３の総数であり、ηは商用電力系統１０の送配電損失率（たとえば０．０５）である。なお、上述のように、原子力発電所１１および水力発電所１３については、電力の二酸化炭素排出原単位α_ｉは０とする。
商用電力系統１０全体から給電する電力の二酸化炭素排出原単位α_１０が算出されると、二酸化炭素排出原単位算出システム６０は、このα_１０を含む二酸化炭素排出原単位データを作成し、これを分散型電源制御装置に向けて送信する（ステップＳ５）。

分散型電源制御装置７２は、二酸化炭素排出原単位データを受信し、そこに含まれる二酸化炭素排出原単位α_１０の値を得て（ステップＳ６）、二酸化炭素の総排出量をより少なくするような、分散型電源７１の発電機出力Ｐ_７１の値を算出する（ステップＳ７）。具体的にはこれは、需要家負荷８０が消費する需要電力Ｐ_８０に対応する二酸化炭素排出量を算出することによって行われる。すなわち、需要家負荷８０が需要電力Ｐ_８０を消費するときに、商用電力系統１０および分散型電源７１からそれぞれ受電する電力Ｐ_１０およびＰ_７１（ただしＰ_１０＋Ｐ_７１＝Ｐ_８０）を発電するために排出される二酸化炭素の排出量α_１０Ｐ_１０およびα_７１Ｐ_７１の和、すなわちα_１０Ｐ_１０＋α_７１Ｐ_７１の値を最小にすることによって行われる。

ここで、α_１０は、上述のように受信される値であり、ステップＳ７内においては定数とみなす。また、Ｐ_１０＝Ｐ_８０−Ｐ_７１であるが、Ｐ_８０は上述のように計測される値であり、ステップＳ７内においては定数とみなす。さらに、α_７１は図４に示すようにＰ_７１の関数である。したがって、Ｐ_７１の値を一つ選べば、それに対応して上述の式α_１０Ｐ_１０＋α_７１Ｐ_７１の値が決まる。このようにして、分散型電源制御装置７２は、さまざまなＰ_７１の値（たとえば１ｋＷ単位で、０から分散型電源７１の最大発電力まで）に対する二酸化炭素の総排出量α_１０Ｐ_１０＋α_７１Ｐ_７１を算出し、その中から最適値として総排出量をより少なくするＰ_７１を決定する。

なお、ここでＰ_１０およびＰ_７１は、それぞれ０または正の値をとるが、需要電力Ｐ_８０が商用電力系統の運用者と契約する契約電力より大きい場合には、商用電力系統１０から受電する電力Ｐ_１０をこの契約電力以下に抑えるために、Ｐ_７１は正となる。
また、上記の算出方法によると、定性的に、運転支援システム１００は、分散型電源７１の電力の二酸化炭素排出原単位α_７１が、商用電力系統１０の電力の二酸化炭素排出原単位α_１０よりも大きいときは、系統電力からの供給を主体とし、逆の場合には分散型電源からの供給を主体とするような制御を支援することになる。

さらに正確な制御を求める場合には、商用電力系統１０の電力の二酸化炭素排出原単位α_１０を算出するときに火力発電所１２の所内消費電力（ポンプの駆動電力など）を考慮してもよく、分散型電源７１の電力の二酸化炭素排出原単位α_７１を算出するときに、分散型電源を駆動する際の補機の消費電力を考慮してもよい。

発電機出力Ｐ_７１の最適値が決定されると、分散型電源制御装置７２は、その値に一致するように分散型電源７１の発電機出力Ｐ_７１を制御する（ステップＳ８）。また、この制御は、発電機出力Ｐ_７１を最適値に完全に一致させるものでなくともよく、最適値により近い値に変更する、すなわち総排出量をより少なくする制御であればよい。
また、最適値を決定する際は、二酸化炭素の総排出量だけでなく、経済性を考慮してもよい。すなわち、電力コストの比較を行った結果、二酸化炭素の総排出量が必ずしも最低とならなくても、結果として二酸化炭素の総排出量をより少なくするものであればよい。
なお、分散型電源制御装置７２は、需要電力Ｐ_８０が変動した場合には、変動後の値に対する最適値の算出を新たに行う。すなわち、ステップＳ７およびステップＳ８が実行される。

このように、実施の形態１に係る分散型電源の運転支援システム１００によると、商用電力系統１０および分散型電源７１を含む全体にわたって、二酸化炭素排出量をより少なくするように、分散型電源７１の制御を行うので、二酸化炭素排出量を削減することができる。これによって、いわゆる環境性を確保できる系統電力と一体となった分散型電源の運用が可能になり、地球温暖化を防止する等の効果を得ることができる。

上述の実施の形態１において、分散型電源装置７０は単数であるが、これは複数であってもよい。さらに、一つの需要家負荷８０に複数の分散型電源装置７０が接続されてもよいし、複数の需要家負荷８０に一つの分散型電源装置７０が接続されてもよい。その場合、公衆通信網５２に、複数の分散型電源制御装置７２が接続され、それぞれの分散型電源７１では、その電力の二酸化炭素排出原単位の特性曲線または特性テーブルを用いることになる。

また、分散型電源制御装置７２は、ステップＳ８における制御を自動で行わず、操作員の指示に従ってもよい。たとえば、分散型電源制御装置７２は、キーボードおよびディスプレイ等の入出力装置を備えるコンピュータを含み、商用電力系統１０の電力の二酸化炭素排出原単位と、二酸化炭素排出量をより少なくする分散型電源７１の発電機出力Ｐ_７１の値とを出力し、これに応じて操作員により入力される指示に従うものであってもよい。
このようにすることで、操作員または需要家は、経済性に基づく運用指標の他に、環境性に基づく運用指標を得ることができ、状況によって経済性と環境性のどちらを重視するかを変えられるので、柔軟な運用ができる。

この発明の実施の形態１に係る分散型電源の運転支援システム１００を含む構成を示す図である。 運転支援システム１００を含む構成における、処理の流れを示すフローチャートである。 火力発電所１２における、発電機出力Ｐ_１２と発電機から供給する電力の二酸化炭素排出原単位α_１２との関係を示すグラフである。 分散型電源７１における、発電機出力Ｐ_７１と発電機から供給する電力の二酸化炭素排出原単位α_７１との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 商用電力系統、１１ 発電所（原子力発電所）、１２ 発電所（火力発電所）、１３ 発電所（水力発電所）、６０ 二酸化炭素排出原単位算出システム、７０ 分散型電源装置、７１ 分散型電源、７２ 分散型電源制御装置、８０ 需要家負荷、１００ 分散型電源の運転支援システム。

Claims (3)

1. 化石燃料を燃焼させて発電するとともに、外部の需要家負荷に給電する、外部の分散型電源の運転を、
   一つまたは複数の発電所を含むとともに、前記需要家負荷に給電する、外部の商用電力系統の状況に応じて
   制御する、分散型電源の運転支援システムであって、
   前記発電所の発電機出力に基づいて、前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出する、二酸化炭素排出原単位算出システムと、
   前記分散型電源の発電機出力に基づいて、前記分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出するとともに、前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位と、前記分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位とに基づいて、前記需要家負荷が消費する電力に対応する二酸化炭素の総排出量を算出し、前記総排出量がより少なくなるように、前記分散型電源の前記発電機出力を制御する、分散型電源制御装置と
   を備える、分散型電源の運転支援システム。
2. 商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出する、二酸化炭素排出原単位算出システムであって、
   前記商用電力系統に含まれる発電所の、発電機出力に関する情報を受信し、
   前記発電機出力に基づいて、前記発電所から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出し、
   前記発電機出力と前記発電所から給電する電力の前記二酸化炭素排出原単位とに基づいて、前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出し、
   前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位に関する情報を、外部の分散型電源制御装置に送信する
   二酸化炭素排出原単位算出システム。
3. 外部の分散型電源を制御する分散型電源制御装置であって、
   前記分散型電源は、化石燃料を燃焼させて発電するとともに、外部の需要家負荷に給電し、
   前記需要家負荷は、商用電力系統からも給電される前記分散型電源制御装置において、
   前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位に関する情報を受信し、
   前記分散型電源の発電機出力に基づいて、前記分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位を算出するとともに、前記商用電力系統から給電する電力の二酸化炭素排出原単位と、前記分散型電源から給電する電力の二酸化炭素排出原単位とに基づいて、前記需要家負荷が消費する電力に対応する二酸化炭素の総排出量を算出し、前記総排出量がより少なくなるように、前記分散型電源の前記発電機出力を制御する
   分散型電源制御装置。

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