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JP2010213420A - 電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラム - Google Patents

電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラム Download PDF

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JP2010213420A JP2009055386A JP2009055386A JP2010213420A JP 2010213420 A JP2010213420 A JP 2010213420A JP 2009055386 A JP2009055386 A JP 2009055386A JP 2009055386 A JP2009055386 A JP 2009055386A JP 2010213420 A JP2010213420 A JP 2010213420A
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Yoko Kosaka
葉子 小坂
Takenori Kobayashi
武則 小林
Yoshiki Murakami
好樹 村上
Hideki Noda
英樹 野田
Katsutoshi Hiromasa
勝利 廣政
Reiko Obara
玲子 小原
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Abstract

【課題】 温室効果ガス排出量を削減するように環境に配慮した各電源の出力配分を行うことのできる電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラムを提供すること。
【解決手段】 送電設備30を介して電力系統20に接続され、電源1を有する複数の独立した区域電力供給系統10の間の電力融通を管理する電力融通管理システム100において、区域電力供給系統単位で、CO排出原単位を計算し、区域電力供給系統間のCO排出原単位を比較し、CO排出原単位の小さい区域電力供給系統からCO排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する。
【選択図】図1

Description

本発明は、送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラムに関する。
従来、電力系統間の電力融通は需要に応じて電力を調達するために、電力社間の融通や、相対での取引、卸電力取引所における取引に基づく電力供給などが行われている。
近年、地球温暖化防止対策として二酸化炭素(CO)などの温室効果ガスの排出量削減が重要となっている。化石燃料を使用する発電システムでは、燃焼によりCOが発生するため、発電設備からのCO排出量を減らす必要がある。気候変動枠組条約第3回締結国会議で採択された京都議定書では、日本は1990年の温室効果ガス排出量の6%削減が義務付けられており、今後は発電設備からの温室効果ガスの排出量を抑制するように管理することが必要となる。
電力供給設備のCO排出量に関わる技術としては、例えば特許文献1,2がある。特許文献1は、温室効果ガス排出量を計測し、開示する方法を提案している。特許文献2は、電気事業者のCO排出原単位を、リアルタイムに計測し、需要家に公開するシステムを提案している。分散型電源の運転支援システムとしては、例えば特許文献3がある。特許文献3は、分散型電源と商用電力系統の間でCO排出量を少なくする運用方法を提案している。
特開2007−226652号公報 特開2007−265008号公報 特開2006−288016号公報
ところで、新しい電力供給形態として、マイクログリッドといわれる、電力や熱を必要とする需要地側に分散型電源を設置し、近隣の地域へエネルギーを供給する需給形態が導入されて始めている。マイクログリッドの電源設備として、ガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、燃料電池、マイクロガスタービンなどのコジェネレーション設備、太陽光発電、風力発電、小水力発電、バイオマス発電、廃棄物発電などの自然エネルギーを用いた発電設備がある。
マイクログリッドのコジェネレーション設備は、需要地近くに接続され、発電に伴って生じる排熱を利用することができるため、設備全体としてのエネルギー効率が良く、環境性に優れる。自然エネルギーを用いた発電設備は、運用時のCO排出量が少なく、環境性に優れる。しかし、マイクログリッド全体のCO排出量は、電源設備の構成と、時々刻々と変化する電力および熱需要に従う電源の運転状態に大きく依存する。このため、マイクログリッド全体のCO排出量を考慮して電源を運用し、環境性を高めることが望まれる。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、温室効果ガス排出量を削減するように環境に配慮した各電源の出力配分を行うことのできる電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様による電力融通管理システムは、送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムであって、区域電力供給系統単位で、温室効果ガス排出原単位を計算する温室効果ガス排出原単位演算手段と、区域電力供給系統間の温室効果ガス排出原単位を比較し、温室効果ガス排出原単位の小さい区域電力供給系統から温室効果ガス排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する電力融通量演算手段とを備えることを特徴とする。
本発明の他の態様によるプログラムは、送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムに適用される電力融通管理プログラムであって、区域電力供給系統単位で、温室効果ガス排出原単位を計算する機能と、区域電力供給系統間の温室効果ガス排出原単位を比較し、温室効果ガス排出原単位の小さい区域電力供給系統から温室効果ガス排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。
本発明によれば、温室効果ガス排出量を削減するように環境に配慮した各電源の出力配分を行うことのできる電力融通管理システムおよび電力融通管理プログラムを提供することができる。
本発明の各実施形態に係る電力融通管理システムを含む全体システムの構成の一例を示す図。 本発明の第1の実施形態に係る電力融通管理システムの機能構成の一例を示す図。 同実施形態に係る電力融通管理システムの動作の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係る電力融通管理システムによる各電源の出力配分方法の一例を説明するための図。 本発明の第2の実施形態に係る電力融通管理システムによる各電源の出力配分方法の一例を説明するための図。 同実施形態に係るCO排出原単位と発電出力の関係を説明するための図。 本発明の第3の実施形態に係る電力融通管理システムの機能構成の一例を示す図。 同実施形態に係る電力融通管理システムの動作の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係る電力融通管理システムによる各電源の出力配分方法の一例を説明するための図。 本発明の第4の実施形態に係る電力融通管理システムによる各電源の出力配分方法の一例を説明するための図。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(各実施形態に共通)
図1を参照して、本発明の各実施形態に共通する事項について説明する。
図1は、本発明の各実施形態に係る電力融通管理システムを含む全体システムの構成の一例を示す図である。
図1に示される全体システムは、各種電源1および需要2が接続される複数の独立した区域電力供給系統10と、電力系統20と、区域電力供給系統10と電力系統20とを接続する送電設備30と、電力融通管理システム100と、通信回線101とから構成されている。区域電力供給系統10は、マイクログリッド、需要地系統、あるいは電源を有するビル等を示す。電源には蓄電池の充放電も含む。
以下の各実施形態では、図1を参照しつつ、電力融通管理システム100の具体例について説明する。
(第1の実施形態)
最初に、図2〜図4を参照して、第1の実施形態を説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電力融通管理システム100の機能構成の一例を示す図である。
電力融通管理システム100は、温室効果ガス、例えばCOの排出量を削減するように環境に配慮した各電源1の出力配分を行うために、複数の独立した区域電力供給系統10の間の電力融通を管理するものであり、例えば所定のプログラムを実行するコンピュータにより実現される。
この電力融通管理システム100は、各種機能として、第1のCO排出原単位演算部201、第2のCO排出原単位演算部202、電力融通量演算部203、電源出力配分演算部204、および電源発電量指示部205を有する。
第1のCO排出原単位演算部201は、各電源1の出力状態に基づき、各電源1より排出される時間ごとのCO排出原単位を計算する機能である。
第2のCO排出原単位演算部202は、第1のCO排出原単位演算部201での計算結果に基づき、区域電力供給系統単位で、CO排出原単位を計算する機能である。
電力融通量演算部203は、第2のCO排出原単位演算部202での計算結果に基づき、区域電力供給系統間のCO排出原単位を比較し、CO排出原単位の小さい区域電力供給系統からCO排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する機能である。
電源出力配分演算部204は、電力融通量演算部203により計算した電力融通量を実現すると共に区域電力供給系統10内の需給バランスを維持する各電源1の出力配分を計算する機能である。
電源発電量指示部205は、電源出力配分演算部204により計算した各電源1の出力配分に基づき、各電源1へ発電量を指示する機能である。
図3は、同実施形態に係る電力融通管理システム100の動作の一例を示すフローチャートである。一方、図4は、同実施形態に係る電力融通管理システム100による各電源1の出力配分方法の一例を説明するための図である。
図3において、電力融通管理システム100は、まず各電源1の出力状態に基づき、各電源1より排出される時間ごとのCO排出原単位を求める(ステップS101)。
以下に、ステップS101の計算方法の一例を示す。例えば化石燃料を使用する発電システムの場合は、燃料種別毎のCO排出係数EF[kg−CO/J]、燃料の発熱量NCV[MJ/kg]と燃料消費量F[kg/h]、発電量EG[kWh/h]を用いて、(1)式のように計算する。
Figure 2010213420
なお、時間ごとのCO排出原単位は、電源種別のCO排出原単位の公的データを用いることもできる。
次に、区域電力供給系統トータルのCO排出源単位を各区域電力供給系統ごとに計算する(ステップS102)。
以下に、ステップS102の計算方法の一例を示す。ステップS101より得る電源kのCO排出原単位をEF[kg−CO/kWh]、電源kの現在出力をP[kW]とする。ここでCO排出原単位は電源種別ごとに異なるため、(2)式に示すように加重平均により、区域電力供給系統トータルのCO排出源単位を求める。
Figure 2010213420
そして、区域電力供給系統間のCO排出原単位を比較して、CO排出原単位の小さい区域電力供給系統からCO排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する(ステップS103)。
以下に、図4を参照しつつ、図3中のステップS103の計算方法の一例を示す。(3)式の目的関数を、(4)式および(5)式の制約のもとで最小化することにより電力融通量を計算する。
Figure 2010213420
ここで、
変数:
各区域電力供給系統の発電出力P(iは、各区域電力供給系統を示す)
パラメータ:
ステップS102で求めた各区域電力供給系統のCO排出原単位EF
現在の負荷量L
電源の最大出力Pmax i
図4には、区域電力供給系統10(A)のCO排出原単位が「0.7」、電源の最大出力が「100」、負荷が「80」、区域電力供給系統10(B)のCO排出原単位が「0.3」、電源の最大出力が「120」、負荷が「60」の場合の例が示されている。この場合は、目的関数0.7*Pa+0.3*Pbを、制約条件Pa≦100、Pb≦120、Pa+Pb=140のもとで最小化する。これを解くと、Pa=20、Pb=120となる。CO排出原単位の小さい区域電力供給系統10(B)が「120」発電し、CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)へ電力を「60」融通する。CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)は、発電出力を「20」まで減らす。なお、電力融通量は、区域電力供給系統間の取引コストや託送料を考慮して、各発電機の出力配分を決めてもよい。区域電力供給系統間の送電距離が長い場合は、送電損失率を考慮して各発電機の出力配分を求めてもよい。
そして、ステップS103で求めた電力融通量を実現すると共に区域電力供給系統内の需給バランスを維持する各電源1の出力配分を求める(ステップS104)。
ステップS104で求めた出力配分に基づき各電源1へ発電量を指示する(ステップS105)。
この第1の実施形態によれば、電源設備の構成と、需要の変化に従う各電源1の運転状態をみて、複数の区域電力供給系統10全体のCO排出量が少なくなるように各電源1の出力配分を計算することができ、環境性を高めることができる。
(第2の実施形態)
次に、図5および図6を参照して、第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この第2の実施形態では、区域電力供給系統10が3つの場合を例示する。
第2の実施形態に係る電力融通管理システム100の機能構成は、第1の実施形態で示した図2の機能構成と同様である。また、第2の実施形態に係る電力融通管理システム100の動作も、第1の実施形態で示した図3の動作と同様である。但し、後述するように図3中のステップS103における電力融通量の計算の具体例を変えている。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る各電源1の出力配分方法の一例を説明するための図である。
図5には区域電力供給系統10が3つの場合が示されており、区域電力供給系統10(A)のCO排出原単位は「0.7」、電源の最大出力は「100」、負荷は「80」である。また区域電力供給系統10(B)のCO排出原単位は「0.3」、電源の最大出力は「120」、負荷は「60」である。そして、区域電力供給系統CのCO排出原単位は「0.5」、電源の最大出力は「80」、負荷は「30」である。
図3中のステップS103では、例えば以下に示すように電力融通量を計算する。図5の場合では、(3)〜(5)式より、目的関数0.7*Pa+0.3*Pb+0.5*Pcを、制約条件Pa≦100、Pb≦120、Pc≦80、Pa+Pb+Pc=170のもとで最小化する。これを解くと、Pa=0、Pb=120、Pc=50となる。区域電力供給系統が3つ以上の場合も同様に(3)〜(5)式より解くことができる。
図6は、CO排出原単位と発電出力の関係を説明するための図である。
図6にはCO排出原単位の小さい順に各区域電力供給系統ごとの最大発電容量を並べたグラフが示されている。全ての負荷の合計が「170」であるので、横軸の「170」より左側にある区域電力供給系統から電力を融通することにより全体のCO排出原単位は最小化される。よって、区域電力供給系統10(B)は「120」発電して自系統へ「60」供給し、区域電力供給系統10(A)へ「60」融通する。区域電力供給10Cは「50」発電して自系統へ「30」供給し、区域電力供給系統10(A)へ「60」融通するということが判る。このように融通しあうことにより、全体のCO排出量が少なくなるように各電源1の出力配分を計算する。
この第2の実施形態によれば、区域電力供給系統が3つ以上の場合も、複数の区域電力供給系統10全体のCO排出量が少なくなるように各電源1の出力配分を計算することができ、環境性を高めることができる。
(第3の実施形態)
次に、図7〜図9を参照して、第3の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る電力融通管理システム100の機能構成の一例を示す図である。
この図3の実施形態に係る電力融通管理システム100は、第1の実施形態の機能構成に、CO排出量積算部301を追加したものとなっている。また、このCO排出量積算部301の追加に伴い、電源出力配分演算部204での処理内容が、第1の実施形態の場合と多少異なる。
CO排出量積算部301は、各区域電力供給系統10のCO排出量を積算する機能である。この場合、電源出力配分演算部204は、各区域電力供給系統10の温室効果ガス排出量の積算値が計画値を超えることのないように、各区域電力供給系統のCO排出原単位に応じて区域電力供給系統間の電力融通量を求める。
図8は、同実施形態に係る電力融通管理システム100の動作の一例を示すフローチャートである。図8に示されるステップS201〜S203およびS206の処理は、図3に示したステップS101〜S103およびS105の処理と同じである。但し、後述するように、図8に示されるステップS204およびS205の処理が異なる。また、図8中のステップS203における電力融通量の計算の具体例を変えている。
一方、図9は、同実施形態に係る電力融通管理システム100による各電源の出力配分方法の一例を説明するための図である。図9には、区域電力供給系統10(A)のCO排出量の計画値が「50」の場合の例が示されている。その他の条件は図4の場合と同じである。
図8において、電力融通管理システム100は、区域電力供給系統10のCO排出量を積算し、例えばEF*P*t(iは各区域電力供給系統)を計算する(ステップS204)。
次に、電力融通管理システム100は、区域電力供給系統10のCO排出量積算値が計画値を超えないよう、各電源1の出力配分を計算する(ステップS205)。
なお、電力融通管理システム100は、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)の排出量を積算し、その計画値を超えないように、各電源1の出力配分を計算してもよい。また、対象となる区域電力供給系統の排出枠割当量は、ひとつの区域電力供給系統だけでなく、複数であってもよい。
以下に、図9を参照しつつ、図8中のステップS203の計算方法の一例を示す。
図8中のステップS203では、例えば以下に示すように電力融通量を計算する。区域電力供給系統10(A)に供給される電力のうち、区域電力供給系統10(A)からの分をPa、区域電力供給系統10(B)からの分をPbとすると、区域電力供給系統10(A)の需給バランスとCO排出枠割当量より、(6)式の目的関数を(7)〜(9)式の制約のもとで最小化することにより電力融通量を計算する。
Figure 2010213420
ここで、
変数:
は各区域電力供給系統の発電出力(iは、各区域電力供給系統を示す)
パラメータ:
ステップS102で求めた各区域電力供給系統のCO排出原単位EF
CO排出量の計画値X、
現在の負荷量L
電源の最大出力Pmax i
図9のような場合に例えばt=1としたとき、目的関数0.7*Pa*1+0.3*Pb*1を、制約条件0.7*Pa*1≦50、Pa≦100、Pb≦120、Pa+Pb=140のもとで最小化する。これを解くと、Pa=71、Pb=69となる。
したがって、この場合、CO排出原単位の小さい区域電力供給系統10(B)が「69」発電し、CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)へ電力を「9」融通する。CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)は、発電出力が「71」となる。
この第3の実施形態によれば、電源設備の構成と、需要の変化に従う各電源1の運転状態をみて、区域電力供給系統10のCO排出量の計画値に見合った各電源1の出力配分を計算することができ、環境性を高めることができる。
(第4の実施形態)
次に、図10を参照して、第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第4の実施形態に係る電力融通管理システム100の機能構成は、第1の実施形態で示した図2の機能構成と同様である。また、第4の実施形態に係る電力融通管理システム100の動作も、第1の実施形態で示した図3の動作と同様である。但し、後述するように図3中のステップS103における電力融通量の計算の具体例を変えている。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る各電源1の出力配分方法の一例を説明するための図である。図10には、送電設備Aの送電上下限値が「±50」、送電設備Bの送電上下限値が「±30」の場合の例が示されている。その他の条件は図4と同じである。
このように送電設備の容量制約がある場合について、図3中のステップS103では例えば、(10)式の目的関数を(11)〜(13)式の制約のもとで最小化することにより電力融通量を計算する。
Figure 2010213420
ここで、
変数:
各区域電力供給系統の発電出力P(iは、各区域電力供給系統を示す)
パラメータ:
ステップ102で求めた各区域電力供給系統のCO排出原単位EF
送電設備の容量制約Tmax h(hは各送電線を示す)、
現在の負荷量L
電源の最大出力Pmax i
図10のような場合に、目的関数0.7*Pa+0.3*Pbを、制約条件Pa≦100、Pb≦120、Pa+Pb=140、−50≦Pa−80≦50、−30≦Pb−60≦30のもとで最小化する。これを解くと、Pa=50、Pb=90となる。この場合は送電設備の制約により「30」しか融通できないため、CO排出原単位の小さい区域電力供給系統10(B)が「90」発電し、CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)へ電力を「30」融通する。CO排出原単位の大きい区域電力供給系統10(A)は、発電出力を「50」まで減らす。
この第4の実施形態によれば、送電設備の容量を超えることなく、複数の区域電力供給系統10全体のCO排出量が少なくなるように各電源1の出力配分を計算することができ、環境性を高めることができる。
なお、上述した実施形態で述べた本発明に係る各種の処理手順は、コンピュータプログラムとして、コンピュータ(情報処理装置)により読み取り可能な記憶媒体(例えば磁気ディスク,光ディスク,半導体メモリ)に記憶させておき、必要に応じてそれをプロセッサにより読み出して実行するようにしてもよい。また、このようなコンピュータプログラムは、通信媒体を介してあるコンピュータから他のコンピュータに伝送することにより配布することも可能である。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1…電源、2…負荷、10…区域電力供給系統、20…電力系統、30…送電設備、100…管理システム、101…通信線。

Claims (5)

  1. 送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムであって、
    区域電力供給系統単位で、温室効果ガス排出原単位を計算する温室効果ガス排出原単位演算手段と、
    区域電力供給系統間の温室効果ガス排出原単位を比較し、温室効果ガス排出原単位の小さい区域電力供給系統から温室効果ガス排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する電力融通量演算手段と
    を備えることを特徴とする電力融通管理システム。
  2. 送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムであって、
    各電源の出力状態に基づき、各電源より排出される時間ごとの温室効果ガス排出原単位を計算する第1の温室効果ガス排出原単位演算手段と、
    区域電力供給系統単位で、温室効果ガス排出原単位を計算する第2の温室効果ガス排出原単位演算手段と、
    区域電力供給系統間の温室効果ガス排出原単位を比較し、温室効果ガス排出原単位の小さい区域電力供給系統から温室効果ガス排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する電力融通量演算手段と、
    前記計算した電力融通量を実現すると共に区域電力供給系統内の需給バランスを維持する各電源の出力配分を計算する電源出力配分演算手段と、
    前記計算した各電源の出力配分に基づき、各電源へ発電量を指示する電源発電量指示手段と
    を備えることを特徴とする電力融通管理システム。
  3. 請求項2に記載の電力融通管理システムにおいて、
    各区域電力供給系統の温室効果ガス排出量を積算するガス排出量積算手段を備え、
    前記電源出力配分演算手段は、各区域電力供給系統の温室効果ガス排出量の積算値が計画値を超えることのないように、各区域電力供給系統の温室効果ガス排出原単位に応じて区域電力供給系統間の電力融通量を求めることを特徴とする電力融通管理システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力融通管理システムにおいて、
    前記電力融通量演算手段は、電力融通量が各送電設備の送電上下限値の範囲内となるよう計算することを特徴とする電力融通管理システム。
  5. 送電設備を介して電力系統に接続され、電源を有する複数の独立した区域電力供給系統の間の電力融通を管理する電力融通管理システムに適用される電力融通管理プログラムであって、
    区域電力供給系統単位で、温室効果ガス排出原単位を計算する機能と、
    区域電力供給系統間の温室効果ガス排出原単位を比較し、温室効果ガス排出原単位の小さい区域電力供給系統から温室効果ガス排出原単位の大きい区域電力供給系統への電力融通量を計算する機能と
    をコンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
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