JP2010011711A - 電気鉄道システムを利用したマイクログリッド - Google Patents

Abstract

【課題】 電気鉄道システムが本来備えているマイクログリッドに適用した場合の優位性に着目し、経済的に成立可能な、電気鉄道システムを有効に利用したマイクログリッドを提供する。
【解決手段】 電気鉄道用変電所およびき電線５を含む電気鉄道の給電設備を備えた電気鉄道システムＤにおいて、前記き電線５をマイクログリッド１の送電線(自営線・配電
線）として使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気鉄道システムにおける給電設備を有効に利用して構築されるマイクログリッドに関する。

近年、比較的小規模の需要地域内において分散して配置される複数の各種分散型電源や電力貯蔵システムを組み合わせ、分散型電源が発生する電力を必要とする需要家に供給して、電力の地域需給を可能とする小規模の電力供給網であるマイクログリッドが注目されている。

しかし、マイクログリッドの分散型電源のうち、たとえば自然エネルギーを利用する太陽光発電機(太陽電池）や風力発電機は発電量や発電時期の調整が難しく、需要の変動に追随させることが困難である。また、ガスタービン、蒸気タービン、ディーゼルエンジンなどの原動機を用いた燃焼式発電機は発電時期の調整が可能であるが、需要に合わせて運転すれば、効率の高い状態で運転することができない。さらに、太陽光や風力といった自然エネルギーは、自然環境や昼夜、季節によって影響を受けるので、発電量の変動が生じ、電力の需要と供給とのバランスを取るのが困難で、電圧や周波数などが変動し易く、電力品質が劣っており、電気機器に悪影響を及ぼすおそれがある。さらにまた、これらマイクログリッドにおいては、需要地域内における需要者間や分散電源と需要者間を接続する送電線を新たに敷設する必要がある。

上記のような分散型電源における、たとえば原動機を用いた燃焼式発電機による発電効率は、高いとは言えず、また、太陽電池や風力発電機のように自然エネルギーを利用する発電設備は、発電電力の質が良いとは言えない。さらには、マイクログリッドにこれらの発電設備を組み込んでも、特に新たに送電線を敷設する必要がある場合には、商用電力系統に比べて有利になるとは限らない。

そこで、発明者等は電気鉄道システムに注目した。つまり、電気鉄道システムは、多数の電気鉄道車両（以下は単に電車という）が線路上を走行し、そのうちの一部の電車が加速（力行）中であったり、他の一部の電車は減速(制動)中であったり、また他の一部の電車が定速で走行(惰行)中であったり、さらに一部の電車は駅等に停車中であったりする。したがって、電車の加速時には電気エネルギーを運動エネルギーに変換して蓄え、減速時には回生ブレーキにより運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができ、電気鉄道システムを電力的立場から見ると、輸送システムであると同時に、電車という電力貯蔵機能を備えた給電システムである、と言える。一編成車両の電車の加速時間は通常、３０秒前後と極めて短時間で、線路を走行する関係上、鉄道はゴムタイヤで走行する自動車に比べて摩擦抵抗が小さいので 惰性で走行可能な距離が非常に長い。一方、駅に停車する前やカーブ走行手前などでの減速走行の機会も多く、図３に示すように、負荷（電力消費）と発電(電力回収)とが短時間(たとえば数秒〜数十秒）の間でパルス状に行われる。また、同図の電圧の変位を示すグラフから確認されるように、電圧の変化が±２０％と、商用電力系統の電圧許容範囲±１０％に比べて大きい。このように、電気鉄道システムにおける給電状況は負荷と発電がともにパルス状に繰り返して行われており、負荷と発電の変動が商用電力系統に比べて大きいにも拘わらず、電気鉄道システムとして成立しており、また電圧変化の許容範囲が±２０％と非常に広いという特性を有している。

さらに、電気鉄道システムでは、商用電力系統から供給を受けている電力を、電気鉄道用変電所から受電し、き電線を介して架線や第三軌条などを通じて電車に供給している。また、き電線は、電気鉄道システムにあっては既に電車の軌道(線路）に沿って敷設されていることが多く、マイクログリッドの電力網を構築する際にあらためて送電線（配電線・自営線）を敷設する必要がない。

一方、商用電力系統Ｂでは、図４に示すように、電力需要のピークが午後の２時前後であるのに対し、電気鉄道システムＤでは電力需要のピークが、早朝（午前７〜９時頃）と夕方（午後５〜８時頃）との２回になっており、両者で電力需要のピークが時間的に大きくずれており、両者の電力需要関係は補完的であると言える。

ところで、マイクログリッドに関する先行技術として、電力供給線に充放電装置を介して大容量大出力の二次電池を接続し、負荷の状態もしくは電力供給線の状態と二次電池の状態を検知する検知装置と、検知装置で検知した電力供給状況と二次電池の状態に基づいて充放電装置と電源装置を制御する制御装置を備え、電力供給線に電力余剰が推定されるときに二次電池に充電し、電力不足が推定されるときに二次電池から放電するものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００７−１５９２２５号公報

上記の特許文献１に係るマイクログリッドは、大容量の二次電池を使用して電源装置の電力需要能力を高め、経済的にも成立するようにしたマイクログリッドを提供しようとするものである。

経済的に成立可能なマイクログリッドを提供しようとする点では、特許文献１に記載のものと解決しようとする課題が共通するが、本発明は上記した電気鉄道システムが本来備えているき電線を、マイクログリッドとして利用することの優位性に着目し、経済的に成立可能な、電気鉄道システムを有効に利用したマイクログリッドを提供しようとするものである。いいかえれば、本発明は特許文献１に記載のマイクログリッドとは、一部手段において共通するところはあるものの、具体的な解決手段や課題が異なるものである。

上記の目的を達成するために本発明に係るマイクログリッドは、電気鉄道用変電所およびき電線を含む電気鉄道の給電設備を備えた電気鉄道システムにおいて、前記き電線を送電線(自営線・配電線）として使用することを特徴としている。

上記の構成を有する本発明の電気鉄道システムを利用したマイクログリッドによれば、電気鉄道システムが本来、架線や第三軌条などを経由して電車の走行に必要な電力を供給するために既に設置されているき電線を、マイクログリッドの送電線（自営線・配電線）として使用するから、送電線の設置がほとんど不要になる。マイクログリッドを含む電力系統において、発電設備などと比べても送電線の敷設に要する費用は、設備費として占める割合が高く、既設のき電線を利用することで多大な費用が節減される。

なお、本発明に係るマイクログリッドは、き電線を必須の構成要素とし、これに軌道上を運行する電車のほか、駅舎などを含むのはもとより、電気鉄道システムにおいて電力の供給・消費に関連する全ての機器や設備が対象になる。たとえば、電車に装備された駆動用電動機、電気ブレーキ、空調器、照明器具だけでなく、駅舎に配備された照明設備やエレベータ、空調機器などの諸設備も対象になる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッドにおいて、二次電池を前記き電線に接続することが好ましい。

このようにすれば、電力の需要と供給のバランスを図ることができる。つまり、マイクログリッド内において電力の需要と供給との間に過不足が生じたときは、不足する電力を二次電池から供給する一方、発電された余剰な電力を二次電池に蓄積するなどして、電力の供給と需要との時間的なずれ（アンバランス）を二次電池によって平準化し両者のバランスを図ることができる。また、電気鉄道システムにおける消費電力のピーク時に商用電力系統から供給される電力を抑制して、電気料金のコストダウンを図ることができる。商用電力系統の契約電気料は、使用した総電力量とは別に、契約電力量によって左右されるので、ピーク電力量を二次電池から供給する電力で抑制することで電気料金を大幅に低減できるからである。さらに、太陽光発電、小水力発電など自然の環境状況で発電時の出力が左右される自然エネルギーを利用した発電設備をマイクログリッドに接続すれば、発電される電力が負荷の消費電力を超える場合などに発生する余剰な電力を二次電池に充電できる。たとえば、風力発電では、風速によって発電量や周波数の制御を行わず、風速に対して常時最大出力になるように制御して発電した電力を二次電池に充電することができ、自然エネルギーを最大限に利用できる。また、負荷に起因する余剰電力、たとえば、エレベータ、ロボット、クレーンなどの駆動装置において、発電機を用いたブレーキを使用して制動するときなどに回生電力として電気エネルギーに変換し、二次電池に充電することで運動エネルギーや位置エネルギーを常時回収して蓄電できる。さらに、電車の減速時に、従来は電磁制動において発生する電力を抵抗器で熱に変えて廃棄していたが、これらの電力をき電線を経由し、二次電池に蓄電し電気エネルギーとして回収することもできる。

ところで、本発明に係るマイクログリッドが交流電力系統である場合は、交直変換機を介して二次電池に接続されてなることは言うまでもない。また、本発明に係るマイクログリッドが直流電力系統である場合は、自然エネルギーを利用した発電設備や自家発電設備で交流電力を発生する設備は、逆変換機（いわゆるインバータ）をマイクログリッドに接続する必要がある。つまり、き電系統には、交流系のき電と直流系のき電とが存在するからである。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッドにおいて、前記二次電池にニッケル水素電池を使用することができる。

このようにすれば、ニッケル水素電池は内部抵抗が小さく、しかも、ＳＯＣ(State Of Charge）の変化に対する電圧変動が小さい(図５参照)ことから、電池のもつ電気容量を有効に利用できるので、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ＮＡＳ(ナトリウム・硫黄）電池などの他の二次電池に比べて小さい寸法の電池を用いることができ、さらにニッケル水素電池は体積エネルギー密度が高いから、設置場所が狭くて済む。また、高価な充放電制御装置を介在させる必要がないので、充放電制御装置の設置場所も不要であり、設備コストを低減できる。また、ニッケル水素電池は、昇降圧チョッパのような動作遅れがなく、急速充放電特性に優れている。加えて、ニッケル水素電池は、上記したように内部抵抗が小さいので、特に電車が加速する際に瞬間的に大電流を供給する必要があってニッケル水素電池から放電して対応した場合でも少ないロスで電圧の低下を抑制できる。また、逆に電車が減速する際に発電機を用いた回生ブレーキを使用して制動するときなどに回生電力として電気エネルギーを回収した場合に瞬間的に大電流が発生してときには、充電して対応することでき電線電圧の上昇を抑制できる。したがって、二次電池にニッケル水素電池を使用すれば、き電線電圧の安定化が図れ、電車などの電気鉄道車両の運行を効率化することができる。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれかに記載のマイクログリッドにおいて、自然エネルギーを利用した発電設備を前記き電線に接続することができる。ここで、自然エネルギーを利用した発電設備には、たとえば太陽光発電装置(太陽電池）、風力発電装置、小水力発電装置があるが、これらに限定されるものではなく、他の分散型電源であってもよい。また、この種の発電設備は自然の環境状況で発電量や周波数が左右され、電力の品質が一般的に劣っているので、この電力を商用電力系統へ供給して活用するには、別途対策を必要とし、諸設備が全体として嵩むことになる。しかし、電気鉄道システムにおける給電設備は、電圧変動の許容範囲が±２０％程度と商用電力系統の許容範囲(１０％程度)に比べて大きく、また電気鉄道システム自体が本来電気エネルギーを蓄えることが可能なシステムあり、さらに電車の力行(加速）と回生(減速）との繰り返しにより急峻な電流の変動があって、電力的に常に大きな外乱を抱えているにも拘わらず、全く問題なく運用されている。さらに商用電力系統ではガイドラインで高調波について厳しく規定されているが、電気鉄道システムではそのような高調波に関するガイドラインがない。したがって、請求項４に係る電気鉄道システムを利用したマイクログリッドによれば、商用電力系統に比べて品質の悪い電力を受け入れできる範囲(許容範囲）が広いから、自然エネルギーを利用した発電設備で発電される電力についても、十分にかつ有効に活用することができる。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれかに記載のマイクログリッドにおいて、自家発電設備を前記き電線に接続することができる。ここで、自家発電設備は駅舎に設けられる自家発電設備もしくは非常用自家発電設備であってもよい。また、マイクログリッドにおける需要地域域内で、き電線の近傍に立地した工場の自家発電設備もしくは非常用自家発電設備であってもよく、あるいは同需要地域内でき電線近傍に立地した病院や建設現場に備えられた自家発電設備もしくは非常用自家発電設備であってもよい。さらに、自家発電設備に用いられる原動機には、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン、蒸気タービンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、たとえば燃料電池であってもよい。

請求項５に記載のようにすれば、上記の各種原動機を、最も効率のよい条件で運転を行わせることができる。一般的な自家発電では必要な電力を発電するために、原動機を最大効率の状態で運転することができないが、本請求項に係るマイクログリッドでは、余剰な電力は電気鉄道システム内において電気エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギー、磁気エネルギーなどの状態で蓄えることができるから、原動機を常に最大効率の状態で運転し全体として省エネルギー化できる。また、需要地域内のたとえば工場で電力が不足した場合には、電力網であるき電線を通じて余剰な電力を工場へ供給することができるので、電力需要の融通性が高い。

請求項６に記載のように、電力取引用計器を介して前記き電線を商用電力系統に接続することができる。

このようにすれば、マイクログリッドから商用電力系統へ電力を供給する際に、逆送した電力量を計量することができ、余剰な電力を電力料金として回収できる。

請求項７に記載のように、電気鉄道車両の減速時に作動させる回生ブレーキを、前記電気鉄道車両に設けることが望ましい。

このようにすれば、電気鉄道車両が減速する際に同車両が保有する運動エネルギーを熱エネルギー等に変えて廃棄することなく、電気エネルギーとして電力の形態で回収できるので、近くに力行中の電気鉄道車両が走行していれば、その回生電力をき電線や架線などを経由して他の電気鉄道車両に供給でき、また近くに給電の必要な電気鉄道車両が走行していなければ、き電線や架線などを経由して二次電池に充電できるなど、き電線側に回生電力を供給することにより、省エネルギー化が図れる。

請求項８に記載のように、エレベータ、クレーンおよびその他の位置エネルギーが発生する機器に、位置エネルギーを回生電力に変換する手段を設けることができる。

このようにすれば、駅舎などに設置されているエレベータが下降する際の位置エネルギーを回生電力に変換して回収することができる。

請求項９に記載のように、電動機、電磁石、変圧器およびその他の磁気エネルギーを発生する機器に、磁気エネルギーを回生電力に変換する手段を設けることができる。

このようにすれば、電動機や変圧器が有する磁気エネルギーを回生電力に変換して回収できる。

本発明に係るマイクログリッドは、電気鉄道システムを利用したことにより、つぎのような優れた効果を有する。

1) 電車が走っている地域が主に主要都市やその近郊に多く、マイクログリッドの需要地域と一致している。 つまり、本発明によれば、使用しない余剰な電力を、電力を必要とする需要家に供給する手段としてのマイクログリッドが、自ずと需要家の近傍に設置されることになるので、電力の融通性に富み、また電力の発電源と需要家との距離が非常に近いことから、送電ロスも最小限に抑えられる。このようにして電力の融通を図ることにより、全体として省エネルギーとなり、二酸化炭素の発生量が削減され、環境対策にも繋がる。

2) マイクログリッドには、太陽電池や風力発電機などの分散型電力源と需要家との間を接続する送電線の敷設が必要になる。この敷設には多大な費用を要するうえ、敷設後は送電線の保全が必要になる。しかし、本発明によれば、送電線の敷設および敷設後の保全など、多大な費用を削減できる。しかも、本発明のマイクログリッドにおいて送電線として使用するき電線は、通常、電車の運行に適した特性を備え、電気抵抗の少ない硬鋼の撚り線や硬アルミの撚り線が使用されており、しかも周辺とは十分に絶縁されているために、送電線としての品質が極めて高い。また、き電線は、電気鉄道システムの軌道に沿って需要地域内に張り巡らされていることから、マイクログリッドの電力網として申し分ない。さらに、軌道から離れた工場などに分散型電源装置などの設備を設ける場合にも、その設備とき電線との間を接続する送電線を敷設するだけで済み、この点でも有利である。

3) 一般に商用電力系統は、電力の需要地域から離れた場所に設置された発電所からの電力を長距離にわたって送電している場合が多い。

これに対し、地上を走行する私鉄各社の電車や公営の地下鉄をはじめ、LRV(低床式路面車両)を含む路面電車などは、都会やその近郊の、いわゆる電力需要の多い地域を通っており、電気鉄道システムのき電線は、その軌道に沿って設けられることが多いから、マイクログリッドの送電線として最適であり、商用電力系統の送電線を利用するのに比べて、送電ロスが少ない。

4) 電気鉄道システムでは、商用電力系統から主たる電力の供給を受け輸送サービスを行ってきており、電気鉄道システム自体が経済的に成立したシステムであって、軌道上を走行する電車が電力を蓄える機能(たとえば走行中の電車は運動エネルギーとして）を有しており、また、これまでは、たとえば電車の減速時にブレーキをかけた際に発生する運動エネルギー（または位置エネルギー）は電力として回収されず、抵抗器で熱エネルギーに変換して廃棄するなど、電気鉄道システムには電力として回収できる要素が数多く存在していることから、電気鉄道システムは、電気エネルギーを運動エネルギーに変えたり、運動エネルギーを電気エネルギーに変えたりすることにより、結果的に電気エネルギーを蓄えることができる一種の電力貯蔵装置である。したがって、そのような電気鉄道システムをマイクログリッドに組み込んだことにより、電気鉄道システム自体を電力貯蔵装置として利用できる。

5) 本発明のマイクログリッドでは、電気鉄道システムにおける特に給電設備が、たとえば短時間（たとえば数十秒間）に大電流の電力を供給して電車を加速させる一方、減速中の電車が発電機を用いた、いわゆる回生ブレーキにて大電流の発電を行って回生電力を回収するなど、消費電力や回生電力がそれぞれパルス状で、消費と回生との平準化を図ることが難しく、たとえば電車の車両台数を多くして平準化したり、電車が電気エネルギーを運動エネルギーとして蓄えたりすることによって、現に両者の整合性が維持されている。一方、従来は蓄電池や発電装置などに頼ってマイクログリッドを構築してきたから、経済的に成立させるのに無理があったが、上記のような特長を備えた電気鉄道システムの、特に給電設備を利用することによって、マイクログリッドが経済的に成立できるようになる。

6) たとえば請求項２に記載のように、き電線に二次電池を接続する場合に、二次電池を変電所に設置すれば、その二次電池を利用して電力の平準化を図れる。そして、変電所に設置される二次電池は、電車の力行と回生との間での電力の融通性だけでなく、自然エネルギーを利用した発電設備を設ける場合に、電力の需給のバランスを取るための電池としても役立つ。本来、電池を必要とする自然エネルギー利用の発電設備において、発電所に設置した電池で代用できることから、設備費が節減される。

以下に、本発明に係る電気鉄道システムを利用したマイクログリッドについて、実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明のマイクログリッドの実施例を概念的に示す構成図である。図２は本実施例のマイクログリッド１で利用した電気鉄道システムＤにおける直流電化方式の給電系統の一例を示す説明図で、同時に直流変電所から電車への電気の流れの一例を示している。図３は本発明の実施例のマイクログリッド１で利用した電気鉄道システムＤにおける負荷（電力消費）と発電(電力回収)とが短時間(たとえば数秒〜数十秒）の間でパルス状に変化する状態を表す、午前８時から８時５分までの間の電力変化と電圧変化のグラフである。

本例のマイクログリッド１は、図１に示すように電気鉄道システムＤを利用してマイクログリッドに組み込んだもので、軌道２に沿って駅舎３が設けられており、駅舎３間の軌道２上に複数両の電車４が複数組位置している。軌道２は、本例ではループ状に連続した主軌道２ａと、この主軌道２ａに直交する直線状の副軌道２ｂとからなるが、実際には、少なくとも複線の軌道が敷設された一定の地域をマイクログリッドの需要地域とすることができる。また、本発明のマイクログリッド１における電気鉄道システムＤには、地上を走行する電車のほか、地下鉄、路面電車などが対象になる。

また、本例で利用する電気鉄道システム（以下、電鉄システムという）Ｄは、直流電化方式の給電系統を備えており、図２に示すように商用電力系統Ｂの交流電源１４から高圧送電線１５で送られる交流電力を、電気鉄道変電所（以下、電鉄変電所という）Ｃを経由して変圧器C1で所定の電圧に降下させ、整流器C2で直流電力に変換したのち、電車４や駅舎３に供給している。すなわち、整流器C2は正側端子が電鉄変電所Ｃから軌道２と並行して敷設されているき電線５に、負側端子が帰線としての軌道(レール）２にそれぞれ配電線１４で接続されている。各電車４には、き電線５を通して架線６より集電装置としてのパンタグラフ７を介して直流電力を供給している。そして、電車４に直流式走行用モータが搭載されている場合は直流電力をそのまま使用し、交流式走行用モータが搭載されている場合には車上の電力制御装置で交流に変換して使用する。駅舎３には、電鉄変電所Ｃからき電線５または高圧配電線(図示せず）で変圧器C1で降圧した交流電力を供給している。また、本例の場合は、電鉄変電所Ｃ内に二次電池９として後述するニッケル水素電池９ａが設置されている。

これらの給電系統のうち、本例のマイクログリッド１では、き電線５をその送電線（自営線もしくは配電線）として使用している。このき電線５は、通常、電車４の運行に適した特性を備え、電気抵抗の少ない硬鋼の撚り線や硬アルミの撚り線が使用されており、しかも周辺とは十分に絶縁されているので、送電線としての品質が極めて高い。また、軌道２に沿って需要地域内に張り巡らされていることから、マイクログリッドの電力網として申し分ない。このため、たとえば軌道２から離れた工場などに後述する分散型電源装置８などの設備を設ける場合には、その設備とき電線５との間を接続する送電線１２を敷設するだけで済む。また、本例のマイクログリッド１は、き電線５に接続される分散型電源装置８と二次電池９とを備えている。

分散型電源装置８には、ディーゼルエンジンやガスタービン、ガスエンジンなどの原動機を使う燃焼式発電機、風力発電機、太陽電池（太陽光発電機）、バイオマス発電装置、小水力発電機、燃料電池などがあるが、本例では、風力発電機８ａと太陽電池８ｂとを例示している。太陽電池８ｂは駅舎３の屋根に設置し、き電線５に接続している。風力発電機８ａは副軌道２ｂの駅舎３から少し離れた場所(図示せず）に設置しており、新たに敷設した送電線１２を介してき電線５に接続している。太陽電池８ｂのように直流電力を発生する発電機においては、直流き電の場合はＤＣ／ＡＣ変換器を介してき電線５に接続し、風力発電機のように通常、交流電力を発生する発電機の場合は交直変換機を介してき電線５に接続しなければならないことは、言うまでもない。

二次電池９には、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ＮＡＳ(ナトリウム・硫黄）電池、大容量で急速充放電が可能な三次元構造のニッケル水素電池、リチウムイオン電池などがあるが、本例ではニッケル水素電池９ａとリチウムイオン電池９ｂとを使用している。ニッケル水素電池９ａはき電線５に直接に接続し、またリチウムイオン電池９ｂは充放電制御装置１３としてのチョッパを介してき電線５に接続している。電鉄変電所Ｃ内に設置したニッケル水素電池９ａは、き電線５に直接に接続している。すなわち、ニッケル水素電池９ａの正極側端子は上記した一方の配電線１４でき電線５に接続され、その負極側端子は他方の配電線１４で帰線としての軌道２に接続されている。

このように、上記の各二次電池９は、直接または充放電制御装置１３を介してき電線５に接続しており、電力が不足して（架線６の電圧が降下し、引き続いてき電線５の電圧が降下した）ときに蓄電した電力をき電線５を経由して電車４などの負荷に供給する。一方、き電線５における電力が負荷に対して余剰になった（き電線５の電圧が上昇した）ときは、余剰な電力を二次電池９に充電して蓄電する。

また、本例の電鉄システムＤでは、各電車４には回生ブレーキが装備されており、電車４の減速時に回生ブレーキを使って制動することで回生電力が発生する。この回生電力は、たとえば近くに力行中の電車４があれば、き電線５もしくは架線６を経由して力行中の電車４に電力を供給することで、力行中の電車４の消費電力、き電線５や架線６の電圧の降下を防止することができる。また、近くに力行中の電車４がなければ、制動時に発生する回生電力が余剰な電力となるので、き電線５を経由して二次電池９に充電される。

さらに、駅舎３にはエレベータ１０が装備されており、このエレベータ１０が降下するときの位置エネルギーを回生電力として回収し、き電線５を経由させて二次電池９に充電することができる。回生電力の回収は、たとえばエレベータ１０が回生可能なインバータを備えていれば可能となる。

ところで、き電線５で供給される電力に適合するように、たとえば直流系で所定の電圧（たとえば、７５０Ｖまたは１５００Ｖ）となるように、充放電制御装置１３にて変換したのち、き電線５を通じて二次電池９に充電したり、加速中の電車４に供給したりする。太陽電池８ｂのように直流系の電気を発電する機器では、ＤＣ／ＤＣ変換機を用いて所定の電圧に調整した後にき電線５に接続する。また、回生電力を発生させる発電機や風力発電の発電機８ａに直流発電機を用いれば、ＡＣ／ＤＣコンバータなどの電力変換装置１３が不要になる。

本例のマイクログリッド１は、図４に示すように電力のピーク出力時の時間帯が、電力の供給を受ける商用電力系統Ｂにおけるピーク出力の時間帯とずれている。このように、本例のマイクログリッド１と商用電力系統とは補完的な関係にあるので、商用電力系統と協調を図ることにより、地域における電力需要のバランスをとることができ、地域経済に有効に働く。

なお、マイクログリッド１から系統Ｂへ供給（売却）した電力量を計測するための電力取引用計器、たとえば計器用変圧変流器（MOF）１６を電鉄変電所Ｃの受電点に設置する。この計器用変圧変流器１６は、マイクログリッド１から商用電力系統Ｂへ電力を供給した際の電力量を計量する。

また、マイクログリッド１の電鉄システムＤにおける電力のピーク出力時に、二次電池９から電力を補充することによって、商用電力系統Ｂから供給を受ける使用可能なピーク電力値を抑制して、コストダウンを図るようにしている。つまり、ピーク出力時(通常、ラッシュアワー時）にマイクログリッド１内に発生する電力需要のピーク電力値を二次電池９から放電させて補充することにより、商用電力系統Ｂから供給を受ける電力のピーク値を抑制し、契約電力料金を低減することができる。

以上に本発明のマイクログリッドの実施例について説明したが、本発明のマイクログリッドは、つぎのように実施することができる。

・上記実施例は直流電化方式の電鉄システムＤと組み合わせたマイクログリッドについて説明したが、交流電化方式の電鉄システムと組み合わせてマイクログリッドを構成しても同様に実施できる。

・二次電池９に換えて、キャパシタや二重電気層キャパシタを使用できる。

本発明のマイクログリッドの実施例を概念的に示す構成図である。 本実施例のマイクログリッド１で利用した電気鉄道システムＤにおける直流電化方式の給電系統Ｅの一例を示す説明図で、同時に直流変電所から電車への電気の流れの一例を示している。 本実施例のマイクログリッド１で利用した電気鉄道システムＤにおける負荷（電力消費）と発電(電力回収)とが短時間(たとえば数秒〜数十秒）の間でパルス状に変化する状態を表す、午前８時から８時５分までの間の電力変化と電圧変化のグラフである。 商用電力系統Ｂにおける電力需要のピークが午後の２時前後の１回であるのに対し、電気鉄道システムＤにおける電力需要のピークが早朝（午前７〜９時頃）と夕方（午後５〜８時頃）との２回であることを示す、１日の電力変化を表すグラフである。 種類の異なる二次電池のＳＯＣに対する電圧変化を示すＳＯＣ特性図である。

符号の説明

１ マイクログリッド
２ 軌道
２ａ主軌道
２ｂ副軌道
３ 駅舎
４ 電車
５ き電線
６ 架線
７ パンタグラフ
８ 分散型電源装置
８ａ風力発電機
８ｂ太陽電池（太陽光発電機）
９ 二次電池
９ａニッケル水素電池
９ｂリチウムイオン電池
１２ 送電線
１３ 電力変換装置（チョッパ、インバータ、コンバータなど）
１５ 高圧送電線
Ｃ 電気鉄道変電所（以下、電鉄変電所）
C1 変圧器
C2 整流器
Ｄ 電気鉄道システム（以下、電鉄システム）

Claims (9)

1. 電気鉄道用変電所およびき電線を含む電気鉄道の給電設備を備えた電気鉄道システムにおいて、
   前記き電線を送電線として使用することを特徴とする電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
2. 二次電池を前記き電線に接続した請求項１に記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
3. 前記二次電池がニッケル水素電池である請求項２に記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
4. 自然エネルギーを利用した発電設備を前記き電線に接続した請求項１〜３のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
5. 自家発電設備を前記き電線に接続した請求項１〜４のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
6. 電力取引用計器を介して商用電力系統に前記き電線を接続した請求項１〜５のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
7. 電気鉄道車両の減速時に作動させる回生ブレーキを、前記電気鉄道車両に設けた請求項１〜５のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
8. エレベータ、クレーンおよびその他の位置エネルギーが発生する機器に、位置エネルギーを回生電力に変換する手段を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。
9. 電動機、電磁石、変圧器およびその他の磁気エネルギーを発生する機器に、磁気エネルギーを回生電力に変換する手段を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の電気鉄道システムを利用したマイクログリッド。

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