JP2003134665A

JP2003134665A - 電力供給方法および電力供給システム

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Publication number: JP2003134665A
Application number: JP2001320478A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 康則大野; Shinichi Kondo; 真一近藤; Masaru Tatemi; 楯身　　優; Yasunobu Fujita; 康信藤田; Naoteru Kawamura; 直輝川村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP3801898B2

Abstract

(57)【要約】【課題】需要家の負担を軽減した、需要家のニーズに合
わせた電力供給が行える。【解決手段】需要家構内に設置された水素貯蔵装置５の
貯蔵量、発電装置３の発電量、送配電系統１００ａから
の受電量、送配電系統１００ｂを介しての託送電力量、
これら電力諸量を監視制御装置２を通じて、集中監視制
御センタ３００に収集する。同センタにおいて、需要家
の需要電力を予測して、需要家構内の運転条件を決定
し、各需要家の監視制御装置２を通じてそれぞれの機器
を制御して運転する。また、上述した各電力データに基
づき、使用電力量に応じて料金を算出して、出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、需要家の要求に応
じて電力の供給を行なう技術に係わり、複数の需要家が
電力系統からの買電、水素を燃料とする燃料電池発電、
更に、発電した電力の需要家間での融通（託送）を含む
需給状態の場合に、各需要家の需給状態を一括して制御
する方式及びビジネスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、需要家が消費する電力の大部分は
一般電気事業者により供給されている。多くの電力を消
費する需要家に対する電力供給約款として、各種の契約
が用意されている。業務用需要家においては、昼間と夜
間の電力需要が大きく異なっており、電力需要全体とし
ても、夜間に対し昼間の電力需要が大きいため、電力需
要の平準化を目的として、昼間に比べて安価な夜間料金
も設けられている。

【０００３】夜間電力の有効利用のため、夜間にお湯や
氷を作製しておき、昼間に冷暖房等に使用することが行
なわれている。また、夜間電力を利用して水素を製造
し、動力発生や輸送機関用に使用するための研究開発
が、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）
により行なわれており、平成１１年度成果報告書「水素
利用国際クリーンエネルギーシステム技術タスク７
水素供給ステーションの開発」に詳しく報告されてい
る。

【０００４】水素を燃料とする燃料電池に関する研究開
発も各所で行なわれており、米国では、北極圏にあるア
ラスカ沿岸の孤立した集落において、出力変動が大きい
風力発電による電力を用いて一度水素を製造し、それを
燃料として燃料電池による発電を行なうというプロジェ
クトがエネルギー省（ＤＯＥ）により行なわれている。

【０００５】また、水素生成装置、水素貯蔵装置及び燃
料電池を備え、夜間に水素を蓄えて、昼間に水素を燃料
とする発電を行い、ピーク電力負荷の平準化を行なう提
案もなされている（特開２００１−１２６７４２号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】夜間電力を使用して水
素を生成、貯蔵し、電力需要に合わせ、水素を燃料とし
て発電を行なうことにより、ピーク電力負荷の平準化が
可能となる。しかし、水素を燃料とする燃料電池の発電
では、水素への変換、電気への変換に伴う効率の低下を
補って余りある利点がなければならない。水素生成装
置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置を効率良く運用す
る必要があるばかりでなく、特に、都市部の需要家にお
いては、水素を貯蔵する際に、限られたスペースでの貯
蔵が必要となる。

【０００７】また、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料
電池等の設備を設置しなければならないため、多額の初
期投資を必要とするばかりでなく、運転、メンテナンス
等のためにも、かなりの費用がかかるという問題があ
る。

【０００８】業務用需要家内での燃料電池による発電に
おいては、一般電気事業者あるいは配電会社（以下、電
力会社と呼ぶ）の送配電系統への連系が必要となる。買
電の場合、電力会社に支払われる１ヶ月分の電気料金
は、電気料金＝基本料金ラ力率補正＋電力量料金−選択
契約料金±燃料費調整額となる。

【０００９】ここで、基本料金は受電する最大契約電力
で決まる。また、電力量料金は受電した電力量で決まる
従量料金である。従って、電力量が少なくても、最大電
力が大きいと基本料金が高く、電気料金も高くなる。電
力会社からの受電は、最大電力をやや下回るほぼ一定の
電力を受電するのが望ましい。

【００１０】電力会社との間で、接続供給約款を結ぶこ
とにより、発電設備を持つ需要家が他の需要家に対して
電力を送る、いわゆる託送が可能である。その際は、電
力会社が、送配電系統への受電電力量及び需要場所（複
数でも良い）での供給電力量を計量する。上記受電電力
量から損失を差し引いた託送電力量と供給電力の総和
が、３０分単位で一致するように、発電装置出力あるい
は負荷装置（出力、稼動／停止）を調整する必要があ
る。

【００１１】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点に鑑み、買電、発電及び託送の混在する各需要家の需
給状態を一括して制御する電力供給方法及びシステムを
提供することにある。また、水素生成と貯蔵による電力
負荷ピークの平準化を行い、需要家の負担を軽減した様
態で電力の供給を可能にするビジネスを提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、送配電系統に接続され、水素生成装置と水素貯蔵
装置と水素を燃料とする燃料電池発電装置をもつ複数の
需要家に対し、予め定められた範囲内で電力を供給する
電力供給方法において、前記需要家の各々とネットワー
クで接続される監視制御センタが、各需要家における買
電量、発電量及び託送量に基づく電力の需給状態及び前
記水素貯蔵装置の水素貯蔵量を収集し、各需要家の現在
の需要予測に応じて各需要家の買電量、発電量及び託送
量を決定し、それぞれの需要家に電力需給状態を制御す
る情報を生成、送信するとともに、需要家毎の使用電力
量に基づいて電力料金の課金処理を行うことを特徴とす
る。

【００１３】また、前記監視制御センタは、前記複数の
需要家の買電量、発電量及び託送量によるトータルコス
トが最小化するように制御することを特徴とする。

【００１４】また、前記需要予測の不確定要因に対し、
予測外れのリスクを確率微分方程式により評価し、該リ
スクを吸収可能に前記電力料金に反映する。

【００１５】さらに、前記電力料金は、前記燃料電池発
電装置と水素生成装置と水素貯蔵装置の運転コスト、前
記買電のコスト、前記託送のコストを含む変動料金単価
に前記使用電力量を乗じて算出する。

【００１６】本発明の方法を実現する電力供給システム
は、送配電系統に接続され、水素生成装置と水素貯蔵装
置と水素を燃料とする燃料電池発電装置と複数の負荷を
もつ複数の需要家と、これら需要家とネットワークで接
続され各需要家の電力供給状態を制御する集中監視制御
センタを備え、前記監視制御センタが、各需要家の買電
量、発電量及び託送量に基づく電力の需給状態及び前記
水素貯蔵装置の水素貯蔵量を収集し、それぞれの需要家
の電力需給状態を制御する情報を送信する通信手段と、
各需要家の需要予測に応じて各需要家の買電量、発電量
及び託送量を一括して決定する演算手段と、需要家毎の
使用電力量に基づいて電力料金の課金処理を行う課金手
段を設けることを特徴とする。

【００１７】前記監視制御センタは、前記水素生成装
置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置の少なくとも一つ
を自己の保有とする。

【００１８】また、前記需要家の構内には二つ以上の構
内配電系統を有し、少なくとも一つの構内配電系統には
電力会社から買電するための変電設備と、受電した電力
を用いて水素を製造する前記水素生成装置と、生成され
た水素を貯蔵する前記水素貯蔵装置を接続し、少なくと
も他の一つの構内配電系統には他の需要家との間で託送
を行うための変電設備、系統連系装置及び前記燃料電池
発電装置を接続し、かつ、各負荷を上記いずれかの構内
配電系統に切り換えて接続する切換装置を設けている。

【００１９】本発明によれば、各負荷は、切換装置によ
り、上記いずれかの構内配電系統に接続される。各負荷
の消費電力等の情報は、需要家内の監視制御装置を経
て、集中監視制御センタに送られ、同センタが統括する
各需要家からの負荷消費電力から予測した翌日の電力需
要に基づいて、それぞれの需要家において、夜間電力を
利用して水素を生成、貯蔵する。昼間には負荷消費電力
の変動に応じた短期の需要予測を行い、系統からの買電
量、前記燃料電池発電装置による発電量、需要家間での
電力融通の量（託送電力）を、全需要家の電力供給コス
トのトータルが最小化されるように決定する。これによ
り、各構内配電系統への負荷等の接続の切換えが行われ
る。

【００２０】これによれば、各需要家の負荷消費電力は
変動するが、買電電力と燃料電池発電装置による発電
量、需要家間で託送量が適切に配分されるので、水素生
成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置等の設備を効
率良く使用でき、水素貯蔵スペースもコンパクトにでき
る。

【００２１】また、夜間電力で生成した水素を用いた燃
料電池発電の普及に伴い、昼間の受電を低く抑えること
ができるので、需要家から支払われる電力料金が低減で
きる。

【００２２】さらに、燃料電池発電装置や水素生成装置
と水素貯蔵装置等の全部あるいは一部を、集中監視制御
センタ、つまりサービス提供者の保有としているので、
需要家の負担が大幅に軽減できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。実施形態の詳細な説明に先立ち、本発明によ
る電力供給サービスの基本概念について説明する。

【００２４】本発明では、サービス提供者が、顧客（需
要家）との間で締結した電力供給サービス契約に基づい
て、電力供給サービスを実行するものである。そして、
本発明は典型的な様態として、このような契約に基づく
電力供給サービスに適用することができる。

【００２５】そのために、水素生成装置、水素貯蔵装
置、燃料電池発電装置、系統連系装置及び切換装置を用
いて、発電装置で発電した電力、および／または、送配
電系統からの電力を負荷装置に提供する。この際、水素
製造技術、水素貯蔵技術、燃料電池発電装置運転技術、
系統連系装置技術、負荷切換装置技術、各装置の状態デ
ータ収集技術、負荷装置の状態データ収集技術、通信技
術等を利用して、各需要家での電力需給状態を把握する
と共に、この電力需給状態を目的の状態とするよう制御
を行う。

【００２６】具体的には、契約者の一方である契約者Ｂ
（サービス提供者）は、水素生成装置、水素貯蔵装置、
燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側
モニタ装置、制御装置の少なくとも一部を、契約者Ａ
（顧客）が所有する需要家構内に導入する。契約者Ｂは
予め定められた品質の電力を契約最大電力を限度とし
て、契約者Ａに供給する。

【００２７】上述のモニタ装置および制御装置を用い
て、供給電力量を記録し、これに基づき、契約で定めら
れた単価を用いて算出された使用料金が決定される。契
約者Ａは、これに基づいて契約者Ｂに支払いを行う。ま
た、万が一、契約の品質の電力が供給できない場合に
は、予め定められた額により、補償金を確定し、契約者
Ｂは契約者Ａに支払うようにする。

【００２８】具体的には、次のようにして行う。まず、
契約者Ａ（通常は複数）の所有する構内に、水素生成装
置、水素貯蔵装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、
切換装置、需要家側モニタ装置、制御装置を導入する。
そして、導入されたモニタ装置、制御装置を通じて収集
された、負荷装置消費電力、切換装置状態、発電装置発
電量、水素貯蔵量（残量）、送配電系統からの受電量、
他需要家への送電量（託送）、電力品質に係わるデータ
（電圧、周波数、高調波含有率等）を通信手段を用い
て、契約者Ｂが所有する集中監視制御センタに送る。

【００２９】契約者Ａから送られた情報とオープン型通
信手段によって得られた情報に基づき、演算処理装置に
より、契約者Ｂは、各需要家構内における電力需要予測
を行うとともに、夜間電力を利用した、水素生成、貯蔵
量を決定する。電力会社から受電（買電）する場合の購
入料金、電力託送料金を考慮し、需要家構内の発電装置
での発電量、需要家間での電力の融通量を決定する。ま
た、定期的メンテナンスのほか、故障等不定期でメンテ
ナンスが必要となる場合は、負荷を接続する構内の配電
系統を切換えることにより、電力会社からの買電の量を
増やすことで対処する。なお、故障等の情報は、集中監
視制御センタに集められており、速やかに復旧作業に向
かうことができる。

【００３０】課金処理は、集中監視制御センタに配置さ
れた、電力情報データベース、コスト情報データベース
のデータに基づき、料金算出期間における使用電力量か
ら請求料金を算出し、表示装置に表示する。これに基づ
き料金の徴収が行われる。

【００３１】以上により、契約者Ａ（顧客）は、初期投
資、および、運転やメンテナンスを行うことなく、低料
金で所定の品質の電力供給が受けられる、電力供給方法
と装置が提供可能となる。

【００３２】なお、このサービスを実施する際、サービ
ス事業者は、水素生成装置、水素貯蔵装置、燃料電池発
電装置、系統連系装置、切換装置、需要家側モニタ装
置、制御装置等に自身の資産を用いるか、または、第三
者の資産を借用することにより運用するかを選択できる
ことは言うまでもない。また、水素生成装置、水素貯蔵
装置、燃料電池発電装置、系統連系装置、切換装置、需
要家側モニタ装置、制御装置等の一部が契約者Ａの資産
であってもよい。それを借用して運用することも可能で
ある。

【００３３】次に、本発明の実施形態について図面に基
づいて説明する。図１は、本発明が適用されるシステム
構成の概要を示す。需要家１〜３、送配電設備所有者が
所有する送配電系統１００ａ，１００ｂと、サービス提
供事業者の集中監視制御センタ３００が示される。

【００３４】それぞれ顧客である契約者Ａ（１，２，
３、…、ｎ）と、サービス提供事業者である契約者Ｂと
の間のサービス提供契約に基づいて、電力供給サービス
が行われる。ただし、図１では、簡単のため、需要家１
〜３のみを示しているが、実際には、さらに多数の需要
家の存在が予定される。需要家は１〜３は、同一の顧客
でも、異なる顧客であってもよい。

【００３５】送配電系統１００ａ，１００ｂは、送配電
事業者の管理下にある送配電のための設備、すなわち、
送配電線、開閉器１０５、電圧調整器１０６等から構成
される。送配電事業者は前述したサービス提供事業者と
同一主体であっても、また異なる主体であってもよい。
ここでは、異なる主体として説明する。送配電系統１０
０ａ、１００ｂには、図示はしていないが、発電所また
は変電所が接続されている。

【００３６】図２に各需要家の設定値を示す。それぞれ
の需要家８０１に最大負荷８０２、受電／連系電圧８０
３、設置されている発電機の容量８０４ａおよび台数８
０４ｂ、水素貯蔵量８０５とが設定される。このデータ
は、集中監視制御センタ３００に保有される。図示の例
では、需要家１〜５のいずれも６．６ｋＶで受電および
系統連系されている。

【００３７】契約者Ａが所有する需要家構内１には、送
配電系統１００ａから分岐された電線が、受電装置１１
（電力計測、保護）、電圧変換装置１２を経て、構内配
電系統（Ａ系）１６に接続されている。送配電系統１０
０ｂから分岐された電線が、系統連系装置１７（電力計
測、瞬時電圧低下、単独運転検出、保護）、電圧変換装
置１２を経て、構内配電系統（Ｂ系）１８に接続され、
主として、電力の託送に用いられる。図１では省略して
いるが、機器と配電線の保護のために、遮断器、断路器
等が各所に設けられている。

【００３８】更に、構内には、燃料電池発電装置３、水
素生成装置４、水素貯蔵装置５が設けられており、燃料
電池発電装置３、あるいは水素生成装置４と水素貯蔵装
置５は水素配管３０で結ばれている。燃料電池発電装置
３で発電した電力は、切換装置１９により、構内配電系
統（Ａ系）１６あるいは構内配電系統（Ｂ系）１８に送
られる。

【００３９】水素生成装置４は水を電気分解することに
より、水素を生成する固体高分子型水素生成装置であ
り、電気分解に必要な電力は構内配電系統（Ａ系）から
供給される。

【００４０】水素生成装置４で生成された水素は、水素
貯蔵装置５に貯蔵される。水素貯蔵量が不足する場合、
天然ガスの改質により生成された水素を合わせて貯蔵し
ても良い。水素貯蔵装置５は、複数のボンベ状の貯蔵容
器（図示していない）から構成され、圧力１００〜１５
０気圧に加圧充填され、貯蔵される。

【００４１】燃料電池発電装置３で発電された電力は、
構内配電系統（Ａ系）１６を経て、構内の負荷装置９に
供給される場合と、構内配電系統（Ｂ系）を経て、他需
要家に託送される場合がある。発電の際、二次的に生成
される熱は、熱給配管４０を経て、熱利用装置８（暖
房、給湯）に供給される。

【００４２】負荷装置９は、切換装置１９により、構内
配電系統（Ａ系）１６あるいは構内配電系統（Ｂ系）１
８に接続される。

【００４３】各装置（３、４、５、８、９、１９）は、
構内通信線２０により、需要家監視制御装置２に結ばれ
ており、モニタデータや制御信号の伝送が行われる。需
要家監視制御装置２は、一般通信線１１０、公衆通信網
１３０を経て、集中監視制御センタ３００に接続されて
いる。

【００４４】図３は、需要家監視制御装置の詳細を示す
ブロック図である。需要家監視制御装置２は、その機能
として、構内の電力の状態を示す各種状態信号の入力を
受け付ける状態信号受信部２５１と、構内の機器に対し
て電力の供給に関する制御を行うための制御信号を出力
する制御信号発生部２５２と、入力された各種状態信号
を集中監視制御センタ３００に報告する処理を行うとと
もに、集中監視制御センタ３００からの指示に基づいて
制御信号を発生する演算処理部２５３と、各種信号等を
記憶するメモリ部２５４と、集中監視制御センタ３００
との通信を行う通信機能部２５５とを備えている。

【００４５】需要家監視制御装置２は、前述した各機能
を実現するためのハードウェア資源として、図示してい
ないが、コンピュータと、通信装置、信号入出力のため
の機器を有する。すなわち、各種機能を実現するための
処理をプログラムにしたがって実行する中央演算処理装
置と、中央演算処理装置が実行するプログラム、各種デ
ータを記憶するメモリおよび記憶装置と、通信を行うた
めの通信装置と、各種信号の入出力に用いられるインタ
ーフェース回路とを有する。

【００４６】状態信号受信部２５１には、負荷装置状態
信号Ｓ１（＃１〜＃ｎ）、負荷装置切換装置状態信号Ｓ
２（＃１〜＃ｎ）、発電装置状態信号Ｓ３（＃１〜＃
ｍ）、発電装置切換装置状態信号Ｓ４（＃１〜＃ｍ）の
信号が入力される。負荷装置状態信号Ｓ１には、負荷装
置９での消費電力が含まれる。この負荷装置状態信号
は、集中監視センタ３００での需要予測のベースとな
る。負荷装置切換装置状態信号Ｓ２は、それぞれの負荷
９が、構内配電系統、Ａ系、Ｂ系のどちらに接続されて
いるかの信号が含まれる。

【００４７】各種状態信号Ｓ１〜Ｓ４は、演算処理部２
５３でその特徴量が抽出され、所定の時刻に集中監視制
御センタ３００に伝送される。集中監視制御センタで決
定された各需要家の機器の制御信号データは、所定の時
刻に需要家の監視装置２に送られる。集中監視制御セン
タ３００から送られた制御信号データと需要家内の電力
供給状態、機器動作状態に基づき、機器を制御するため
の信号、負荷装置制御信号Ｓ５（＃１〜＃ｎ）、負荷装
置切換装置制御信号Ｓ６（＃１〜＃ｎ）、発電装置制御
信号Ｓ７（＃１〜＃ｍ）、発電装置切換装置制御信号Ｓ
８（＃１〜＃ｍ）を生成し、各機器の制御を行う。な
お、集中監視制御センタ３００から送られた制御信号デ
ータのみで、上述の各機器の制御を行うことも可能であ
る。

【００４８】図４は、集中監視制御センタ３００の主要
機器を示すブロック図である。集中監視制御センタ３０
０には、需要家監視制御装置２から送られてくる情報を
受取る通信装置３０１と、運転・メンテナンス計画、電
力諸量評価、課金処理等の各種処理を行うための演算処
理装置３０２と、指示等の入力を受け付ける入力装置３
０３と、表示装置３１０を有する。演算処理装置３０２
には、データを記憶してデータベース３０４〜３０８を
構成するための記憶装置が接続される。

【００４９】演算処理装置３０２は、表示装置３１０
に、発電装置動作状態、切換装置・開閉装置状態、負荷
装置状態、運転指示、メンテナンス指示等を表示させ
る。演算処理の結果は、データベースに格納され、必要
に応じ、データベースから、データを取り出して、別の
演算処理に利用される。演算処理装置３０２は、コンピ
ュータで構成され、図示していないが、中央演算装置、
メモリ、プログラムを記憶する記憶装置等を有する。

【００５０】データベースとしては、需要電力データベ
ース３０４、供給・託送電力データベース３０５、水素
貯蔵データベース３０６、メンテナンス情報データベー
ス３０７、コスト情報データベース３０８がある。需要
電力データベース３０４は、負荷装置の消費電力等の需
要予測に必要なデータが格納されている。供給、託送電
力データベース３０５には、買電による電力、構内の発
電装置、あるいは、託送により供給された電力のデータ
が格納されている。水素貯蔵データベース３０６には、
各需要家における水素貯蔵量、更なる貯蔵可能量を蓄え
る。メンテナンス情報データベース３０７には、需要家
構内に設置した各種機器についての、定期点検の予定な
どのメンテナンス時期、メンテナンス履歴情報、部品等
の交換記録等のメンテナンスに関する情報が格納され
る。コスト情報データベース３０８には、電力の使用料
金を決定するための各種データが格納されている。

【００５１】図５は、集中監視制御センタに設けられて
いる表示装置３１０の表示画面（一部）を示す説明図
で、負荷需要と電力の供給状況を示している。各需要家
（＃１〜＃５）３５１について、電力需要の予測値３５
２、Ａ系、Ｂ系ごとの供給電力３５３ａ、３５３ｂ、需
要家での発電電力の供給元３５４ａ〜３５４ｃ（自家、
託送）、水素貯蔵量３５５が表示される。各需要家での
発電電力の供給元について、太枠（対角項）は自家発電
による電力供給を、その他は託送による受電の電力供給
を表している。

【００５２】図６は、集中監視制御センタにおける処理
を示す概略図である。夜間において、昼間の各需要家の
消費電力の履歴や気象の予測等から、翌日の需要電力を
予測し、水素貯蔵量を決定する。通常は午後１１時まで
に行われ、これに基づき、水素生成装置４、水素貯蔵装
置５を稼動させる。

【００５３】昼間においては、各需要家の消費電力（実
績）と気象（天候、気温）により前日に作成した需要電
力予測に補正を加え、より高い精度の短期（例えば、１
０分毎）の需要電力予測を作成する。需要電力予測、水
素貯蔵量、電力価格情報、定期点検計画、トラブル情報
を考慮して、最適な買電、自家発電量と、必要に応じ託
送電力を決定し、これに基づき、発電装置を稼動させ
る。また、託送電力の送受電を適切に行うために、該当
需要家において、発電装置、負荷装置の構内配電系統の
接続状態を切換える。

【００５４】なお、これまでの説明では、発電装置は燃
料電池のみとしてきたが、自家発電量が不足する場合
は、ＣＯ₂ガスの排出が比較的少ない、ガスタービン発
電装置を補助的に併用することも可能である。

【００５５】次に、需要電力の予測方法について説明す
る。各需要家における需要予測処理は、需要電力データ
ベース３０４に蓄積されている過去の負荷パターンを統
計処理したものをベースとして、天候、気温をパラメー
タとして、予測計算を行う。各パラメータについて、そ
れらの影響度を、予測値と実測値の差を少なくするよう
に、徐々に修正する処理を繰返し行うアルゴリズムによ
り、比較的正確に需要を予測することができる。具体的
には、次のようにして行う。

【００５６】ａ．季節、曜日、天気など、予測対象日と
条件が近い負荷パターンをデータベースから抽出する。

【００５７】ｂ．ａの負荷パターンの平均をとり、基本
的な予測負荷パターン（F₀(t)、０≦ｔ≦24hr.）とす
る。これをベース需要と呼ぶ。

【００５８】ｃ．ｂで求めた基本的な予測負荷パターン
に、当日の天候、気温などによる補正を加える。最終的
な予測負荷パターンF(ｔ)（0≦ｔ≦24hr）は、次式で与
えられる。

【００５９】 F(ｔ)＝F₀(ｔ)＋G₁(ｔ)＋G₂(ｔ)＋G₃(ｔ) （１）ここで、F₀(ｔ)：ベース需要，G₁(ｔ)：天候による照明
需要の補正，G₂(ｔ)：気温による冷暖房需要の補正，G₂
(ｔ)：係数ラ（予想気温−ベース需要の気温），G
₃(ｔ)：イベントによる需要変動を表す。G₁(ｔ)，G
₂(ｔ)，G₃(ｔ)の各関数は、予測値と実測値の差が小さ
くなるように修正されている。

【００６０】発電装置の出力は、上述の方法で求めた予
測値に対して制御される。実測値と予測値の間で生じた
偏差は、後述する料金設定（固定料金）にとって、リス
クとなる。すなわち、予測より実測が大きく上回った場
合、割高な昼間の電力を多く購入する必要があり、電力
を供給するためのコストが上昇する。

【００６１】このような状況に対処するためには、不確
定要因による需要変動リスクを評価する必要がある。本
実施例では、次の確率微分方程式を用いたリスク評価法
を採用している。予想される需要の変化について、次の
関係が成り立つことが、知られている。

【００６２】時間増分での需要(確率)の変化＝トレンドラ時間増分＋標準偏差項＊ウィーナー過程増分（２）（２）式で、トレンドは最終的な予測負荷パターンF
(ｔ)の単位時間あたりの変化分に相当する。標準偏差項
はボラティリティとも呼ばれ予測値と実測値の差が小さ
くなるように決定される。

【００６３】図７は、同一の予測負荷パターンに対し、
不確定要因を考慮した場合で、３パターンの予測を示し
ている。実際には、多くのパターンを計算し、その結果
に統計的処理を行うことによりリスクを評価し、不確定
要因を考慮せずに算出した固定料金に、そのリスク分を
加算し、最終的な料金としている。

【００６４】次に、本実施形態における最適な電力供給
の方法について述べる。図８は、負荷における消費電
力、発電電力、買電電力、託送電力の量的な関係を模式
的に示している。実際には、需要家は１からNまである
が、需要家iと需要家jのみを示している。401は消費電
力、402は発電電力、403は買電電力、405は託送電力、4
04は水素貯蔵量を表す。図中の記号のサフィクスは該当
する需要家をあらわす。例えば、Gｊは需要家ｊの発電
電力を、また、Dijは需要家ｉから需要家ｊへの託送電
力を表す。簡単のため、託送時の損失は無いものとして
説明する。

【００６５】需要家ｊでは、負荷における消費電力（Ｌ
ｊ）は、自家の発電電力（Gｊ）と買電電力（Ｂｊ）と
託送電力（Dij）の和に等しくならなければならない。
すなわち１〜Nのｊについて、式（３）が成り立つ。

【００６６】Ｌｊ＝Gｊ＋Ｂｊ＋ΣDij （３）ただし、Σはｉが１からNまでの総和（ｊを除く）を表
す。

【００６７】発電装置の最大出力や買電電力には上限、
場合によっては下限があり、これらが、最適化を行う際
の拘束条件となる。

【００６８】需要家ｊについて、電力供給に必要な費用
Φｊは、発電に必要な費用、買電に必要な費用、託送に
必要な費用、その他の経費（ｅｊ）からなる。発電に必
要な費用は、発電電力と発電単価ｇｊ（前日水素を製造
するのにかかった費用等により決定される）で、買電に
必要な費用は、買電電力と従量料金（ａｊ）および基本
料金（ｂｊ）で、託送に必要な費用は、託送電力と託送
従量料金（ｃｊ）と託送基本料金（ｄｊ）で決まり、式
（４）のようになる。

【００６９】 Φｊ＝ｇｊ×Gｊ＋ａｊ×Ｂｊ＋ｂｊ＋Σ（ｃｊ×Dij＋ｄｊ）＋ｅｊ（４）ただし、（４）式で、Σはｉが１からNまでの総和（ｊ
を除く）を表す。

【００７０】全ての需要家の電力を供給するのに必要な
費用Φは、式（５）となる。

【００７１】Φ＝ΣΦｊ（５）ただし、式（５）で、Σはｊが１からNまでの総和を表
す。

【００７２】与えられた負荷消費電力（Ｌｊ：ｊ＝１〜
N）に対し、上述の拘束条件の下、その費用Φが最小に
なるように、それぞれの発電電力（Gｊ：ｊ＝１〜N）、
買電電力（Bｊ：ｊ＝１〜N）、託送電力（D ij：ｉ，ｊ
＝１〜N）を決定することができる。具体的には、線形
計画法（シンプレックス法）を用いた数値計算により、
上記電力の最適値を求めている。このようにして、経済
的に最適な運転が実現可能である。

【００７３】次に本実施形態における電力供給の運用例
について説明する。図９は、図１に示す需要家の１日の
受電電力を、自家発電、電力託送とも行わない場合（従
来）、自家発電及び電力託送を行った場合（本発明）を
比較して示してある。実際には、需要が大きくなる時間
帯に、３台の発電装置を稼動させると共に、需要家構内
の需要に対して発電装置容量に余裕がある需要家３か
ら、託送により電力の供給を受けている。この例では、
本発明のシステムを適用することにより、当該需要値の
電力供給に関し、電力会社に対し支払う電気料金は約１
０％低減できる。

【００７４】また、電力託送を利用することにより、図
２で示した、集中監視制御センタ管理下の水素貯蔵装
置、発電装置等の設備を効率的に運用でき、低コストで
の電力供給が可能になる。

【００７５】図１０は、料金請求処理のフローチャート
である。図４の演算処理装置３０２により、課金処理が
実行され、料金が決定される。

【００７６】演算処理装置３０２は、契約者Ａと契約者
Ｂの間で予め決定された契約内容に基づいて、入力装置
３０３を介して、料金種別の選択、最大電力の設定入力
を受け付ける（ステップ１２０１）。料金種別について
は、使用電力量あたりの料金単価を固定する方式（Ａ）
と、電力供給コストに合わせて変動させる方式（Ｂ）と
のいずれかを選択できるようにしている。

【００７７】料金算出期間としては、例えば、１日、１
ヶ月等の適宜の単位で算出できる。もちろん、固定的に
定めることもできる。演算処理装置３０２は、入力され
たこれらの設定値を、内臓するメモリに格納する。

【００７８】メモリに格納されたデータに基づき、この
期間の使用電力量を算出する（ステップ１２０３）。料
金種別として、Ｂ（変動）を選択した場合（ステップ１
２０４）は、料金算出期間中の電力供給コストを算出
（ステップ１２０５）し、それに基づき変動料金単価を
算出する（ステップ１２０７）。

【００７９】変動の場合の料金設定は、変動料金単価と
使用電力量に基づく場合と、変動料金にプレミアムを設
ける場合、すなわち、変動料金が高騰する時でも料金に
上限を設ける代わりに割増料金を支払う場合がある。そ
れぞれ次のように行う。（ａ）変動料金単価に基づく場合変動料金単価＝発電設備、水素生成装置、貯蔵装置の各運転コスト＋受配電、連系装置運転コスト＋保守管理コスト＋買電コスト＋託送コスト＋燃料費^* （６）（^*燃料を必要とする発電装置がある場合）請求料金＝変動料金単価＊使用電力量（７）（ｂ）変動料金にプレミアムを設ける場合請求料金＝（変動料金単価＋プレミアム料金）＊使用電力量（８）ただし、変動料金単価については、（ａ）と同じ計算を
行う。プレミアム料金は、電力供給コストの増加につな
がるリスクを評価して設定する。

【００８０】一方、料金種別としてＡ（固定）を選択し
た場合（ステップ１２０４）は、固定料金単価を求め
（ステップ１２０６）、請求料金は次式で算出する（ス
テップ１２０８）。

【００８１】請求料金＝基本料金＋料金単価×使用電力
量（９）料金単価は、契約条件に従い、固定の
単価を使用する。請求料金は、表示装置にて表示される
（ステップ１２０９）。これに基づき、料金の請求がな
される。

【００８２】なお、固定料金の場合は、全てのコストア
ップのリスクが、電力サービス提供者の負担となる。一
方、変動料金の場合は、コストアップのリスクの大半を
需要家（電力供給を受ける）側の負担することになるた
め、需要家の電力購入費用を、固定料金の場合より低く
抑えられる可能性がある。

【００８３】図１の実施例では、集中監視制御センタ３
００は、各需要家とは別に設けてある。しかし、ある需
要家に隣接あるいは需要家の構内に設けてもよい。

【００８４】以上のように、本発明によれば、契約者Ａ
（顧客）について次の利点が挙げられる。（ａ）初期投
資が不要となり、（ｂ）必要とする電力を低コストで得
られ、（ｃ）運転、メンテナンスの要員を確保する必要
がない。

【００８５】一方、契約者Ｂ（サービス提供業者）につ
いて次の利点が挙げられる。（ｄ）比較的長期にわた
り、安定なビジネスが可能で、（ｅ）通信を活用した、
遠隔運転、メンテナンスを行うことにより、少ない人員
で効率的に運転、メンテナンスが行え、（ｆ）複数の契
約者の構内に配置している発電設備を一括して運用する
ことにより、原価低減および収益の確保ができる。

【００８６】また、社会全体に対しては、次の利点が挙
げられる。（ｇ）主として原子力発電で発電される夜間
電力を、水素の形で貯蔵し、需要が大きい昼に燃料電池
発電装置により発電することで、発電に伴う、ＣＯ₂ガ
スの放出を抑制でき、（ｈ）電力需要のピーク時に、契
約者Ｂの管理する発電装置を最大限稼動させることによ
り、既存の発電設備にかかる負担を軽減する。

【００８７】これらの利点は、定期的にモニタリングを
している電力データから得られる需要予測に基づき、運
転、メンテナンスができ、また、上述の電力データに基
づいて料金請求ができることによって達成される。

【００８８】このように、本発明によれば、需要家は、
初期投資を行うこと、および、運転、メンテナンスを行
うこと等に対する負担が軽減された状態で、当該需要家
のニーズにあった電力供給を受けることができる。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、需要家の負担を軽減し
た様態で、需要家のニーズに適応した電力供給が行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力供給装置の一実施例を示す構
成の概要図。

【図２】需要家の負荷、燃料電池発電装置容量、水素貯
蔵量の設定値を示す説明図。

【図３】需要家監視制御装置の詳細を示すプロック図。

【図４】集中監視制御センタの構成の一例を示すブロッ
ク図。

【図５】集中監視制御センタの表示の一例を示す説明
図。

【図６】集中監視制御センタが実行する運転計画策定の
基本概念を示す説明図。

【図７】本発明が適用される一需要家での電力需要予測
例を示すグラフ。

【図８】需要家の消費電力、発電電力、買電電力、託送
電力の量的な関係を示す模式図。

【図９】本発明を適用する一需要家での運用結果の一例
を示すグラフ。

【図１０】料金決定のための処理手順の一例を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…需要家構内、２…需要家監視制御装置、３…燃料電
池発電装置、４…水素生成装置、５…水素貯蔵装置、９
…負荷装置、１１…受電装置、１２…電圧変換装置、１
７…系統連系装置、１９…切換装置、２０…構内通信
線、１００ａ，ｂ…送配電系統、１１０…一般通信線、
２５１…状態信号受信部、２５２…制御信号発生部、２
５３…演算処理部、２５４…メモリ部、２５５…通信機
能部、３００…集中監視制御センタ、３０１…通信装
置、３０２…演算処理装置、３０３…入力装置、３０４
〜３０８…データベース、３１０…表示装置。

フロントページの続き (72)発明者楯身優茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者藤田康信茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者川村直輝茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内Ｆターム(参考） 5G066 HA17 HB07 KA01 KA06 KA11 KB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送配電系統に接続され、水素生成装置と
水素貯蔵装置と水素を燃料とする燃料電池発電装置をも
つ複数の需要家に対し、予め定められた範囲内で電力を
供給する電力供給方法において、前記需要家の各々とネットワークで接続される監視制御
センタが、各需要家における買電量、発電量及び託送量
に基づく電力の需給状態及び水素貯蔵装置の水素貯蔵量
を収集し、各需要家の現在の需要予測に応じて各需要家
の買電量、発電量及び託送量を決定し、それぞれの需要
家に電力需給状態を制御する情報を生成、送信するとと
もに、需要家毎の使用電力量に基づいて電力料金の課金
処理を行うことを特徴とする電力供給方法。
【請求項２】請求項１において、前記監視制御センタは、前記複数の需要家の買電量、発
電量及び託送量によるトータルコストが最小化するよう
に制御することを特徴とする電力供給方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記需要予測の不確定要因に対し、予測外れのリスクを
評価し、該リスクを吸収可能に前記電力料金に反映する
ことを特徴とする電力供給方法。
【請求項４】請求項１または２において、前記電力料金は、前記燃料電池発電装置と水素生成装置
と水素貯蔵装置の運転コスト、前記買電のコスト、前記
託送のコストを含む変動料金単価に前記使用電力量を乗
じて算出することを特徴とする電力供給方法。
【請求項５】送配電系統に接続され、水素生成装置と
水素貯蔵装置と水素を燃料とする燃料電池発電装置と複
数の負荷をもつ複数の需要家と、これら需要家とネット
ワークで接続され各需要家の電力供給状態を制御する集
中監視制御センタを備える電力供給システムにおいて、前記監視制御センタが、各需要家の買電量、発電量及び
託送量に基づく電力の需給状態及び水素貯蔵装置の水素
貯蔵量を収集し、それぞれの需要家の電力需給状態を制
御する情報を送信する通信手段と、各需要家の需要予測
に応じて各需要家の買電量、発電量及び託送量を決定す
る演算手段と、需要家毎の使用電力量に基づいて電力料
金の課金処理を行う課金手段を設けることを特徴とする
電力供給システム。
【請求項６】請求項５において、前記監視制御センタは、前記水素生成装置、水素貯蔵装
置、燃料電池発電装置の少なくとも一つを自己の保有と
していることを特徴とする電力供給システム。
【請求項７】請求項５または６において、前記需要家の構内には二つ以上の構内配電系統を有し、
少なくとも一つの構内配電系統には電力会社から買電す
るための変電設備と、受電した電力を用いて水素を製造
する前記水素生成装置と、生成された水素を貯蔵する前
記水素貯蔵装置を接続し、少なくとも他の一つの構内配
電系統には他の需要家との間で託送を行うための変電設
備、系統連系装置及び前記燃料電池発電装置を接続し、
かつ、各負荷を上記いずれかの構内配電系統に切り換え
接続する切換装置を設けていることを特徴とする電力供
給システム。