JP2002135979A - 自立型ハイブリッド発電システム - Google Patents

自立型ハイブリッド発電システム

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JP2002135979A JP2000330748A JP2000330748A JP2002135979A JP 2002135979 A JP2002135979 A JP 2002135979A JP 2000330748 A JP2000330748 A JP 2000330748A JP 2000330748 A JP2000330748 A JP 2000330748A JP 2002135979 A JP2002135979 A JP 2002135979A
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Yutaka Ishida
豊 石田
Yoshinori Inomata
吉範 猪俣
Yuji Nakada
裕二 中田
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Toshiba System Development Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電量を安定させながら、自然エネルギーを
利用した発電を行わせ、これによって石油などの燃料消
費量を大幅に低減させるとともに、自然災害などで、交
通網が寸断されたときでも、通信設備などに対する電力
供給を継続させて、外部との通信を継続させる。 【解決手段】 自然エネルギー発電装置２を主発電装置
として稼動させるとともに、火力発電装置３を補助発電
装置として稼動させて得られた各電力のうち、余剰分を
蓄電装置４に蓄電させ、供給電力量を安定させながら、
要求された量だけ、通信設備などの負荷に電力を供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電や風力
発電、マイクロ水力発電などの自然エネルギー発電装置
と、マイクロガスタービン発電などの燃料使用型発電装
置とを組み合わせて発電を行う自立型ハイブリッド発電
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】離島や山間部など、あるいは自立電源が
必要な場所では、石油などの化石燃料を使用した発電シ
ステムを使用して、電話回線の中継所などに電力を供給
することが多い。
【０００３】また、このような場所で使用される他の発
電システムとして、風力の自然エネルギーを利用した発
電システムなども、良く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、離
島、山間部などでは、火山の噴火、地震などによって、
交通網が寸断されると、発電システムに燃料を供給でき
なくなることから、発電システムが燃料切れになり、電
話回線の中継所などに電力を供給できなくなって、外部
との通信ができなくなってしまうことがあった。
【０００５】そこで、このような問題を解決するため、
自治体の中には、自然エネルギーを利用した発電システ
ムなどの導入を検討しているところも多い。
【０００６】しかしながら、自然エネルギーを利用した
発電システム、例えば太陽光発電システムでは、昼間の
みしか発電することができないことから、夜間に電力を
供給することが難しいという問題があり、また風力発電
システムでは、風向や風力といった風の状況によって発
電電力が大きく変動するという問題があり、またマイク
ロ水力発電システムでも、雨量、季節などによって発電
電力が大きく変動するという問題がある。
【０００７】このため、自然エネルギーを利用した発電
システムを導入するとき、このような問題を解決しなけ
ればならず、自然エネルギーを利用した発電システムの
導入を見合わせている自治体も多い。
【０００８】本発明は上記の事情に鑑み、発電量を安定
させながら、自然エネルギーを利用した発電を行わせる
ことができる自立型ハイブリッド発電システムを提供す
ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項１では、複数の発電装置を使用し
て発電を行う自立型ハイブリッド発電システムにおい
て、自然エネルギーを使用して発電を行う自然エネルギ
ー／電力変換機構を有する自然エネルギー発電装置と、
この自然エネルギー発電装置の発電量変動を補完するた
めに使用される燃料燃料使用型発電装置と、これら発電
装置によって得られた電力のうち、余剰電力を蓄積する
蓄電装置と、前記自然エネルギー発電装置の発生電力お
よび蓄電装置に蓄えられている電力を監視し、監視した
電力が需要電力よりも不足と判定される場合には、不足
の状態に応じて前記燃料使用型発電装置に対する運転制
御を実施する制御装置とを備えたことを特徴としてい
る。
【００１０】請求項２では、請求１に記載の自立型ハイ
ブリッド発電システムにおいて、前記燃料使用型発電装
置は、マイクロガスタービン発電装置であり、燃料とし
てバイオガスを使用することを特徴としている。
【００１１】請求項３では、請求１に記載の自立型ハイ
ブリッド発電システムにおいて、前記自然エネルギー発
電装置は、種類の異なる複数の自然エネルギーを使用し
て発電する複数の自然エネルギー／電力変換機構の少な
くとも１つを有することを特徴としている。
【００１２】上記構成の本発明１では、制御装置によっ
て、自然エネルギーを使用して発電を行う自然エネルギ
ー発電装置を動作させ、これによって得られた電力のう
ち、余剰電力を蓄電装置に蓄積させるとともに、この蓄
電装置に蓄えられている電力を補助的に使用させなが
ら、前記自然エネルギー発電装置によって得られた電力
を負荷に供給する一方、自然エネルギー発電装置の発生
電力および蓄電装置に蓄えられている電力を監視し、監
視した電力が需要電力よりも不足と判定される場合に
は、不足の状態に応じて前記燃料使用型発電装置に対す
る運転制御を実施することにより、発電量を安定させな
がら、自然エネルギーを利用した発電を行わせる。
【００１３】また、本発明では、燃料使用型発電装置と
してマイクロガスタービン発電装置を使用し、かつ燃料
として、バイオガスを使用させることにより、発電量を
安定させ、また、石油などの使用量を低減させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】＜本発明の原理＞本発明による自
立型ハイブリッド発電システムの実施の形態の説明に先
立って本発明の原理的な説明する。
【００１５】本発明は、再生可能エネルギーと従来型エ
ネルギーの新利用とを併設することにより、相互の不利
な点を補完し合うシステムである。具体的には、再生可
能エネルギーである太陽光発電システムや、風力発電シ
ステム、小水力発電システムと、従来型エネルギーの新
利用である天然ガスコジェネレーションを併設し、急激
な負荷変動時やピークカット電源時に天然ガスコジェネ
レーションにより電源供給を行い、再生可能エネルギー
の持つ不利な点を補うものである。また、天然ガスコジ
ェネレーションの運転時間が負荷パターンにより極力抑
えられるため、天然ガスコジェネレーションのＣＯ２排
出量も極力抑えるようにしたものである。
【００１６】この場合、全体導入規模が大きく（５００
ｋＷ程度以上）、排熱利用用途が十分にあれば、天然ガ
スコジェネレーションを採用すべきであるが、全体導入
規模が小さく、排熱利用用途が少ない場合は、天然ガス
コジェネレーションでは過剰設備となる。そこで、天然
ガスコジェネレーションの代替システムとしてマイクロ
ガスタービンに注目した。
【００１７】マイクロガスタービンは、最近の規制緩和
に伴う電力市場のオープン化、電力ピークカット運用、
エネルギーコスト削減の観点から期待され、次のような
利点が挙げられている。
【００１８】（１）ベース、ピーク負荷対応として適用
可能であること （２）低排ガス、低騒音など環境機能重視であること （３）小形、軽量、低廉な機器、低据付コストであるこ
と したがって、排熱ガス利用用途が少ない場合、通常時は
再生可能エネルギーによる給電とし、急激な負荷変動時
やピークカット電源時は、天然ガスコジェネレーション
の代替システムとしてマイクロガスタービンを導入する
ものである。
【００１９】＜実施の形態の説明＞図１は本発明による
自立型ハイブリッド発電システムの一実施形態を示すブ
ロック図である。
【００２０】この図に示す自立型ハイブリッド発電シス
テム１は、離島、山間部などにおける自然エネルギーを
利用して発電を行う自然エネルギー発電装置２と、灯
油、バイオガスなどの燃料を使用して発電を行う火力発
電装置３と、電力を蓄える蓄電装置４と、火力発電装置
３で得られた電力、自然エネルギー発電装置２で得られ
た電力を取り込んで、蓄電装置４に蓄えながら、負荷に
供給する制御装置１１とを備えており、自然エネルギー
発電装置２を主発電装置として稼動させるとともに、火
力発電装置３を補助発電装置として稼動させて得られた
各電力のうち、余剰分を蓄電装置４に蓄電させ、供給電
力量を安定させながら、要求された量だけ、各負荷に電
力を供給する。
【００２１】自然エネルギー発電装置２は、太陽光を利
用して発電を行う太陽光発電装置５と、風力を利用して
発電を行う風力発電装置６と、小さな水の流れを利用し
て発電を行うマイクロ水力発電装置７とを備えており、
太陽光、風力、小さな水の流れなど、自然エネルギーを
利用して発電を行い、これによって得られた電力を制御
装置１１に供給する。
【００２２】また、火力発電装置３は、灯油、バイオガ
スなどの燃料を使用して発電を行うマイクロガスタービ
ン発電装置（ＭＧＴ）８などを備えており、灯油、バイ
オガスなどの燃料を使用して発電を行い、これによって
得られた電力を制御装置１１に供給するとともに、発電
時に得られた熱を給湯、暖房などの各熱利用設備に供給
する。
【００２３】また、蓄電装置４は、フライホイール（は
ずみ車）などを使用し、電力を運動エネルギーに変換し
て蓄えるフライホイール式蓄電装置９と、電力を化学エ
ネルギーに変換して電力を蓄える蓄電池１０とを備えて
おり、制御装置１１から蓄電指示が出されたとき、制御
装置１１から供給される電力を蓄積し、また制御装置１
１から放電指示が出されたとき、蓄えている電力を制御
装置１１に供給する。
【００２４】制御装置１１は、図２に示すようなデータ
ベース１２を備えている。このデータベース１２は、一
日毎、季節毎等の様々な状況における電力使用負荷パタ
ーンが格納された電力使用負荷パターンデータベース部
１２Ａを備えると共に、太陽発電に使用される様々なデ
ータが格納された太陽発電データベース部１２Ｂ、風力
発電に使用される様々なデータが格納された風力発電デ
ータベース部１２Ｃ、またはマイクロ水力発電に使用さ
れる様々なデータが格納されたマイクロ水力発電データ
ベース部１２Ｄのいずれかまたは全てを備えている。そ
して、この制御装置１１は、データベース１２を参照し
て、自然エネルギー発電装置２を構成する太陽光発電装
置５、風力発電装置６、マイクロ水力発電装置７のいず
れか、これらの組合せによって発電を行わせ、これによ
って得られた電力を負荷に供給する。また、電力が余っ
ているときには、余剰電力を蓄電装置４に供給して蓄え
させる。さらに、負荷に対する電力が不足したときに
は、蓄電装置４に蓄えられている電力を利用し、さらに
蓄電装置４に蓄えられた電力でも不足する場合には火力
発電装置３を構成するマイクロガスタービン発電装置８
を補助的に動作させて得られた電力を利用して、負荷に
対する電力不足を無くしながら給電を継続する。
【００２５】＜具体的な運転方法＞次に各発電装置の組
合せと運転方法について説明する。主として考えられる
発電装置の組合せは、次の５通りである。
【００２６】（１）太陽光発電＋ＭＧＴ 運転方法 太陽光発電装置５からの電力を負荷へ供給する。一定の
値まで太陽光発電装置５の出力が落ちてきた時点でＭＧ
Ｔ８を起動する。ＭＧＴ８起動までの間については蓄電
装置４からの給電を行う。夜間についてはＭＧＴ８から
負荷への給電を行う。
【００２７】発電能力 太陽光発電装置５では３０ｋＷ程度まで可能であり、Ｍ
ＧＴ８もほぼ同じ程度の発電能力がある。
【００２８】適用場所 系統電力が未発達地での自立電源として有効である。例
えば、都市部における省エネルギービルやマンション等
に適用できる。
【００２９】（２）マイクロ水力発電＋ＭＧＴ 運転方法 マイクロ水力発電装置７からの電力を負荷へ供給する。
一定の値までマイクロ水力発電装置７の出力が落ちてき
た時点でＭＧＴ８を起動する。ＭＧＴ８起動までの間に
ついては蓄電装置４からの給電を行う。
【００３０】発電能力 マイクロ水力発電装置７では３０ｋＷ程度まで可能であ
り、ＭＧＴ８もほぼ同じ程度の発電能力がある。
【００３１】適用場所 都市部の浄水場や下水処理場等においては、ポンプ圧や
自然落差を利用した小規模な水力発電が可能であり、こ
れらの場所に適用可能である。
【００３２】（３）風力発電＋ＭＧＴ 運転方法 風力発電装置６からの電力を負荷へ供給する。風力発電
からの電力の変動に応じて蓄電池１０あるいはフライホ
イール式蓄電装置９から電力を供給する。風が弱くなり
風力発電からの電力が少なくなってきた時点でＭＧＴ８
を起動する。ＭＧＴ８起動までの間については、蓄電池
１０あるいはフライホイール式蓄電装置９からの給電を
行う。
【００３３】風力発電装置６では３０ｋＷ程度まで可
能であり、ＭＧＴ８もほぼ同じ程度の発電能力がある。
【００３４】適用場所 系統電力が未発達地での自立電源として有効である。例
えば、都市部における省エネルギービルやマンション等
に適用できる。
【００３５】（４）風力発電＋太陽光発電＋ＭＧＴ 運転方法 昼間は太陽光発電装置５、風力発電装置６から電力供給
するとともに余剰電力が発生した場合には、フライホイ
ール式蓄電装置９あるいは蓄電池１０に充電を行う。電
力の変動が大きい場合には、ＭＧＴ８を起動する。
【００３６】夜間は太陽光発電装置５，風力発電装置６
から電力供給すると共に、昼間に充電した蓄電池１０か
ら電力を供給する。また、余剰電力が発生した場合には
随時、蓄電池１０に蓄電する。
【００３７】発電能力 太陽光発電装置５、風力発電装置６は共に、各３０ｋＷ
程度まで可能であり、ＭＧＴ８は６０ｋＷ程度の発電能
力がある。
【００３８】適用場所 都市部における省エネルギービルやマンション等の系統
電力が未発達地での自立電源として適用できる。
【００３９】（５）風力発電＋マイクロ発電＋ＭＧＴ 運転方法 風力発電装置６、マイクロ水力発電装置７から電力供給
すると共に、余剰電力が発生した場合には、フライホイ
ール式蓄電装置９あるいは蓄電池１０に電力を蓄える。
電力の変動が大きい場合には、ＭＧＴ８を起動する。
【００４０】発電能力 マイクロ水力発電装置７、風力発電装置６は共に、各３
０ｋＷ程度まで可能であり、ＭＧＴ８は６０ｋＷ程度の
発電能力がある。
【００４１】適用場所 都市部における省エネルギービルやマンション等の系統
電力が未発達地での自立電源として適用できる。また、
都市部の浄水場や下水処理場等にも適用できる。
【００４２】＜実施の形態の作用＞次に図２のフローチ
ャートを参照してこの実施形態の作用を説明する。
【００４３】自然エネルギー発電装置２の発電中におい
て、制御装置１１では、現状データをモニタリングして
いる（ステップＳＴ１）。この処理では、自然エネルギ
ー発電装置２の発電電力量、負荷の使用電力量、配電電
圧、配電電流マイクロ水力発電装置７にあっては、水位
や水量、風力発電装置６にあっては風速や風向、太陽光
発電装置５にあっては、日射量、そして、蓄電装置４の
蓄電電力等がモニタリング対象のデータとなる。
【００４４】モニタリング中に発電電力が低下し、ある
いは、負荷が変動して使用電力が増大して電圧、電流が
一定値以下になると（ステップＳＴ２YES）、ＭＧＴ８
が直ちに運転され、不足電力を補う（ステップＳＴ
４）。一方、電圧、電流が低下してきたが未だ一定値を
下回っていない場合には（ステップＳＴ２NO）、ステッ
プＳＴ３，ＳＴ５，ＳＴ７に示されるＭＧＴ運転判断処
理が実行される。
【００４５】すなわち、電力使用負荷パターンデータベ
ース部１２Ａを参照し、現在使用している自然エネルギ
ー発電装置２の想定電力量が急激に下回るとされる場
合、あるいはデータベース部１２Ａの電力使用負荷パタ
ーンから負荷が急減に変化することが予測される場合に
は、ＭＧＴ８が直ちに運転され、不足電力を補う（ステ
ップＳＴ４）。また、データベース１２の参照の結果、
自然エネルギー発電装置２の発電電力の低下が見込まれ
る場合、日没３０分前、マイクロ水力発電の場合では水
量低下時間帯である場合、あるいは、電力使用負荷パタ
ーンデータベース部１２Ａの想定使用負荷から電力使用
量が増加する３０分前である場合には、ＭＧＴ８の待機
運転が開始される（ステップＳＴ５，ＳＴ６）。さら
に、電力使用負荷パターンデータベース部１２Ａの想定
負荷パターンと現状の発電量、使用量を比較して電力供
給能力に余裕があると判定した場合には、ＭＧＴ８の運
転はされず、現状のまま監視が続けられる（ステップＳ
Ｔ７，ＳＴ８）。
【００４６】＜実施の形態の効果＞このように、この実
施形態においては、自然エネルギー発電装置２を主発電
装置として稼動させるとともに、火力発電装置３を補助
発電装置として稼動させて得られた各電力のうち、余剰
分を蓄電装置４に蓄電させ、供給電力量を安定させなが
ら、要求された量だけ、通信設備などの負荷に電力を供
給するようにしているので、発電量を安定させながら、
自然エネルギーを利用した発電を行わせることができ、
これによって石油などの燃料消費量を大幅に低減させる
ことができるとともに、自然災害などで、交通網が寸断
されたときでも、各設備などに対する電力供給を継続さ
せることができる。
【００４７】また、この実施形態では、マイクロガスタ
ービン発電装置８の燃料として、バイオガスを使用し得
るようにしているので、有機物や生ゴミなどの再利用を
促進させて、石油などの使用量を低減させることができ
る。
【００４８】また、この実施形態では、自然エネルギー
発電装置２として、太陽光発電装置５、風力発電装置
６、マイクロ水力発電装置７など、タイプが異なる自然
エネルギーを利用した発電装置を使用するようにしてい
るので、太陽光が変動しても、また風力が変動しても、
また水量が変動しても、これらの変動を相互に補完させ
て発電を継続させて、自然エネルギー発電装置２だけで
も、必要な電力を安定的に発生させることができる。
【００４９】また、この実施形態では、自然エネルギー
発電装置２を主発電装置として使用し、負荷に対する電
力が不足するとき、火力発電装置３を補助的に使用し
て、必要な電力を得るようにしているので、マイクロガ
スタービン発電装置８を稼動させるのに必要な灯油、バ
イオガスなどの使用量を最少にし、発電コストを低減さ
せることができる。
【００５０】また、この実施形態では、昼間、夜間と
も、使用電力より発電量が上回ったとき、余剰電力をフ
ライホイール式蓄電装置９、蓄電池１０などに蓄積さ
せ、負荷が大きくなったとき、フライホイール式蓄電装
置９、蓄電池１０などから電力を取り出して、負荷に供
給するようにしているので、マイクロガスタービン発電
装置８を稼動させるのに必要な灯油、バイオガスなどの
使用量を最少にして、発電コストを低減させることがで
きる。
【００５１】なお、上述した実施形態では、灯油、バイ
オガスなどの燃料から電力を取り出す装置として、火力
発電装置３を使用するようにしているが、このような火
力発電装置３に代えて、バイオガスなどから水素ガスを
取り出し、電力を発生させる燃料電池などを使用するよ
うにしても良い。
【００５２】これによって、マイクロガスタービン発電
装置８と同程度、あるいはそれ以上に燃料効率を高める
ことができる。
【００５３】また、上述した実施形態では、自立型ハイ
ブリッド発電システム１を離島、山間部などに設置する
ようにしているが、このような離島、山間部以外の場
所、例えば省エネルギー集合住宅、省エネルギーコミュ
ニティ、省エネルギービルやマンションなどに自立型ハ
イブリッド発電システム１を設置するようにしても良
い。
【００５４】これによって、これら省エネルギー集合住
宅、省エネルギーコミュニティ、省エネルギービルの省
エネルギー効果をさらに高めることができる。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の自立型ハイ
ブリッド発電システムによれば、発電量を安定させなが
ら、自然エネルギーを利用した発電を行うことができ、
これによって自然災害などで、交通網が寸断された場合
などでも、各設備に対する電力供給を継続させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自立型ハイブリッド発電システム
の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明による自立型ハイブリッド発電システム
の作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１：自立型ハイブリッド発電システム ２：自然エネルギー発電装置 ３：火力発電装置（燃料使用型発電装置） ４：蓄電装置 ５：太陽光発電装置（自然エネルギー／電力変換機構） ６：風力発電装置（自然エネルギー／電力変換機構） ７：マイクロ水力発電装置（自然エネルギー／電力変換
機構） ８：マイクロガスタービン発電装置 ９：フライホイール式蓄電装置 １０：蓄電池 １１：制御装置 １２：データベース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ０３Ｂ 13/00 Ｆ０３Ｂ 17/06 17/06 Ｆ０３Ｄ 9/00 Ｂ Ｆ０３Ｄ 9/00 9/02 Ｂ 9/02 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｋ (72)発明者 猪俣 吉範 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 中田 裕二 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 3H074 AA08 AA12 BB07 BB10 CC11 CC36 3H078 AA26 CC32 5F051 BA11 JA17 JA20 KA01 5G003 AA06 AA07 BA01 DA07 DA15 DA18 5G066 HA30 HB02 HB06 HB09 JA01 JB03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の発電装置を使用して発電を行う自
    立型ハイブリッド発電システムにおいて、 自然エネルギーを使用して発電を行う自然エネルギー／
    電力変換機構を有する自然エネルギー発電装置と、 この自然エネルギー発電装置の発電量変動を補完するた
    めに使用される燃料燃料使用型発電装置と、 これら発電装置によって得られた電力のうち、余剰電力
    を蓄積する蓄電装置と、 前記自然エネルギー発電装置の発生電力および蓄電装置
    に蓄えられている電力を監視し、監視した電力が需要電
    力よりも不足と判定される場合には、不足の状態に応じ
    て前記燃料使用型発電装置に対する運転制御を実施する
    制御装置と、 を備えたことを特徴とする自立型ハイブリッド発電シス
    テム。
  2. 【請求項２】 請求１に記載の自立型ハイブリッド発電
    システムにおいて、 前記燃料使用型発電装置は、マイクロガスタービン発電
    装置であり、燃料としてバイオガスを使用する、 ことを特徴とする自立型ハイブリッド発電システム。
  3. 【請求項３】 請求１に記載の自立型ハイブリッド発電
    システムにおいて、 前記自然エネルギー発電装置は、種類の異なる複数の自
    然エネルギーを使用して発電する複数の自然エネルギー
    ／電力変換機構の少なくとも１つを有する、 ことを特徴とする自立型ハイブリッド発電システム。
JP2000330748A 2000-10-30 2000-10-30 自立型ハイブリッド発電システム Pending JP2002135979A (ja)

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