JP2015008588A - 発電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】気象データ１４を基に算出した予測される電力需要や風力発電量を用いて、風力発電システム７と小型風力発電システム３１とでそれぞれ発電している発電電力２０、３５を効率的に不足電力３８の解消に役立てる。【解決手段】発電制御システム２４では、気象データ１４から予測される電力需要や風力発電システム７と小型風力発電システム３１におけるそれぞれの発電量予測データ１６、３２を算出し、予測された電力需要の予測結果から、発電システム４からの電力の供給だけでは厳しいと判断された場合には、風力発電システム７と小型風力発電システム３１とで発電している発電電力２０、３５を用いて不足電力３８を分担させる。これにより、不足電力３８を効率的に解消できる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力需要予測データと風力発電量予測データを用いた発電制御システムに関する。

近年、改めて、有限な資源(石油、天然ガス、ウラン)に依存しない再生可能なエネルギーを用いた発電として、太陽光発電と共に風力発電が注目されている。風力発電では、風力を風車（ブレードとも呼ばれる。）による回転運動を行わせて、風力エネルギーを回転エネルギーに変換している。そして、回転エネルギーによって発電機を回転させることにより、電気エネルギーを取り出している。

風力発電では、エネルギー源が風であることから燃料代がかからず、資源も無限に存在しており、且つ、地球温暖化の原因となる排出ガスや放射性廃棄物等の発生が無い。このことから、安全でクリーンな発電システムの一つになっている。しかし、風力発電では、発電量が風況に応じて変動するため、現在では、電力供給源としての評価は今ひとつという段階にある。

そこで、近年、予測精度が非常に高くなっている気象予測システムを用いることによって、風向や風力等を予め予測して、風力発電での発電量を精度良く予測することができれば、電力供給源としての価値は高まるものと考えられている。さらに、無指向性である垂直軸型風車は小型形状でも風向に左右されることがない構成の為、一般家庭や集合住宅などにおいても十分に設置することが可能な小型風力発電装置であり、気象予測システムと組み合わせることができれば貴重な発電装置となり得る。

風力発電に関して、気象情報を取得して発電量を予測するものとしては、特許文献１に記載された電力供給方法の発明、特許文献２に記載された電力供給接部及びその制御方法の発明などが提案されている。

特開２００４−２８９９１８号公報 特開２００８−２８９２２２号公報

特許文献１に記載された発明は、日照及び風力に関する気象情報を収集して、前日及びリアルタイムで太陽光発電及び風力発電による発電量の予測を行い、電力供給量との過不足を算出して、過不足電力量を提示することができる発明になっている。また、特許文献２に記載された発明は、風力発電設備とガスタービン設備とガスタービン設備から排出された排ガスを用いて発電する蒸気タービン設備とを備えた発電供給設備での制御方法に関する発明になっている。そして、風力発電による発電があるときには、その発電量に相当する分だけ、蒸気タービン設備での目標発電量を減じる制御を行っている。

本発明は、発電所における発電システムと、中型又は大型の風力発電システムと、居住地域に設置された小型風力発電システムと、を統括して制御する発電制御システムに関するものであって、気象データから予測される電力需要や風力発電システムと小型風力発電システムにおけるそれぞれの発電量予測データを算出するとともに、予測された電力需要の予測結果から、発電システムからの電力の供給だけでは厳しいと判断された場合には、風力発電システムと小型風力発電システムを用いて不足電力を分担させるようにした発電制御システムの提供を目的にしている。

本発明の実施形態に係る発電制御システムは、発電所等における発電システムと、中型又は大型の風力発電システムと、居住地域に設置された小型風力発電システムと、を統括する発電制御システムであって、
取得した気象データを基に、電力需要予測データと前記風力発電システムでの第１発電量予測データ及び前記小型風力発電システムでの第２発電量予測データをそれぞれ算出し、また、前記発電システムから取得した現在の電力需要データと前記電力需要予測データとから、前記発電制御システム全体における不足電力を算出し、前記不足電力が、前記第１発電量予測データを超えているか否かを判断して、前記風力発電システムで発電している第１発電電力及び又は前記小型風力発電システムで発電している第２発電電力の供給先を制御してなることを特徴としている。

本発明の実施形態では、予測された電力需要予測の結果から、現在の発電システムでの発電状況からでは電力の供給が厳しいと判断された場合には、発電制御システム全体における不足電力と、風力発電システムでの発電量予測データと、を比較することによって、不足電力の大きさに応じて発電システムと小型風力発電システムとに分担させることができる。

実施形態の発電制御システムの概略を示すブロック図である。 実施形態の発電制御システムのフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図１、図２を用いて説明する。
なお、図面の記載において、同一又は類似の構成については、同一又は類似の符号を付している。

発電制御システム２４のシステム制御部２５は、発電所等における発電システム４と、中型又は大型の風力発電システム７と、居住地域２６に設置された小型風力発電システム３１と、を統括する制御システムとして構成されている。発電システム４と風力発電システム７は、発電システム４と風力発電システム７とを一つの組として構成し、複数の設置地域２７にこの発電システム４と風力発電システム７とからなる組をそれぞれ設置しておくことができる。

また、小型風力発電システム３１は、集合住宅８や一般家庭８、公民館等８の居住地域２６に設置されており、小型風力発電システム３１を設置した居住地域２６は、小型風力発電システム３１を一台配置した地域を一つの居住地域２６として、また、複数の小型風力発電システム３１を近接して配置した場合には、複数の小型風力発電システム３１を一まとめにして、居住地域２６を設定することができる。そして、複数の居住地域を構成しておくことができる。

小型風力発電システム３１としては、垂直軸型風車を用いた構成にしておくことも、水平軸型の風車等を用いた構成にしておくこともできる。そして、集合住宅８や一般家庭８、公民館等８の居住地域２６に設置することができる小型の風車を用いた構成を採用することができる。このように、小型風力発電システム３１は、居住地域２６に設置されていることから発電設備としての規模は小さく構成されており、風力発電システム７よりも発電電力量は小さくなっている。

以下においては、発電システム４と風力発電システム７とからなる複数の組及び複数の小型風力発電システム３１に関して、発電システム４と風力発電システム７とから一つの組と一つの小型風力発電システム３１を代表させて説明を行うが、以下における説明を、前記一つの組と一つの小型風力発電システム３１の説明を、複数の組と複数の小型風力発電システム３１の説明として読み替えることができる。読み替えたときの構成も、本発明を構成しているものである。

発電制御システム２４のシステム制御部２５は、気象予測データ取得部１と、電力需要予測算出部２と、風力発電量予測算出部３と、不足電力算出部６と、発電システム４用の電力制御部５と、小型風力発電システム３１用の電力制御部９と、を備えた構成になっている。

気象予測データ取得部１は、気象衛星のひまわり１０からの気象情報、アメダス１１からの気象情報、気象レーダ１２からの気象情報、気象庁や民間の気象会社からの気象情報１３等を収集する気象データ１４の取得部として構成されている。そして、取得した気象データ１４は、所望の加工を施して電力需要予測算出部２と風力発電量予測算出部３とに出力されることになる。

電力需要予測算出部２では、気象予測データ取得部１から取得した気象データ１４を基にして、電力需要予測データ１５を算出して、算出結果を発電システム用の電力制御部５と不足電力算出部６とに出力する。

風力発電量予測算出部３では、気象データ１４を基にして、風力発電量の算出に必要な風速、風向き、気圧等の気象データ１４を取り込むことによって、風力発電システム７での第１発電量予測データ１６及び小型風力発電システム３１での第２発電量予測データ３２をそれぞれ算出する。そして、算出した第１発電量予測データ１６を、発電システム用の電力制御部５と不足電力算出部６とに出力する。また、算出した第２発電量予測データ３２を、不足電力算出部６と小型風力発電システム用の電力制御部９とに出力する。発電システム４は、定期的に電力需要をモニタしており、モニタした電力需要データ１７を不足電力算出部６に出力する。

不足電力算出部６では、取得した電力需要予測データ１５と、各発電システム４から取得した現在の電力需要データ１７とを基にして発電制御システム全体における不足電力３８を算出する。そして、算出した不足電力３８を、第１発電量予測データ１６及び第２発電量予測データ３２を基にして、発電システム４に割り当てる不足電力量１８と小型風力発電システム３１に割り当てる不足電力量３３とに振り分けることができる。
不足電力量１８は、発電システム用の電力制御部５に出力する。また、不足電力量３３は、小型風力発電システム用の電力制御部９に出力する。

発電システム用の電力制御部５では、取得した電力需要予測データ１５と、風力発電システム７から取得した第１発電量予測データ１６と、不足電力量１８と、を用いて、現在の給電状態より更に増産して発電システム４から供給する不足分電力１９を発電システム４に出力する。

小型風力発電システム用の電力制御部９では、第２発電量予測データ３２と、不足電力量３３と、を用いて、小型風力発電システム３１に対して、小型風力発電システム３１から供給する不足分電力３４を出力する。不足分電力３４は、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に供給されることになる。

次に、不足電力３８が、第１発電量予測データ１６を超えている場合について説明する。このとき、発電システム４では、発電システム用の電力制御部５から取得した、発電システム４から供給する不足分電力１９を基にして、第１発電量予測データ１６に基づく発電量を、優先的に発電システム４から供給する不足分電力１９を補充する電力として割り当てる制御を行う。なお、第１発電量予測データ１６は、発電システム４から供給させる不足分電力１９の情報の一つとして、発電システム用の電力制御部５から取得することができる。

そして、発電システム４では、第１発電量予測データ１６に基づく発電量を、優先的に発電システム４から供給する不足分電力１９を補充する電力として割り当てる制御を行っても、発電システム４から更に給電すべき不足電力が依然として存在する場合には、発電システム４において発電量の増産を行わせる制御を行う。即ち、発電システム４で発電することができる火力発電や水力発電等の発電量を増産させる制御を行うことができる。

風力発電システム７では、発電システム４からの指示により、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を、例えば、風力発電システム７内での消費を必要最低限の消費に抑えた状態で、残りを発電システム４に供給する。これにより、第１発電電力２０を発電システム４に供給することができる。

小型風力発電システム３１では、不足分電力３４を取得すると、第２発電量予測データ３２に基づく発電量を、優先的に小型風力発電システム３１から供給する不足分電力３４を補充する電力として割り当てる制御を行う。このとき、第２発電量予測データ３２は、小型風力発電システム３１から供給させる不足分電力３３の情報の一つとして、小型風力発電システム用の電力制御部９から取得することができる。

そして、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に供給する。通常は、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５は、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６において直接消費されることなく、一般電気事業者（所謂、電力会社）や特定規模電気事業者（所謂、電気事業者）に販売されている。

そして、居住地域２６での電力不足が予想されるときには、本発明に係る発電制御システム２４を管理している電力会社又は電気事業者が、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に直接供給させることになる。

次に、不足電力３８が、風力発電システム７での第１発電量予測データ１６に基づく電力を超えていない場合について、説明する。この場合では、不足電力３８として、発電システム４に割り当てる不足電力量１８のみを算出して、発電システム用の電力制御部５に出力する。不足電力量１８としては、風力発電システム７での第１発電量予測データ１６に基づく発電量が優先的に不足電力算出部６で算出した不足電力３８に割り振られた形で算出される。

そして、発電システム４に割り当てることになった不足電力量１８を発電システム用の電力制御部５に出力するとともに、この不足電力量１８を基にして、各発電システム４に対して、発電システム４から供給する不足分電力１９の指示を出力する。

発電システム４では、発電システム４から供給する不足分電力１９の情報を基にして、風力発電システム７での第１発電量予測データ１６に基づく発電量を、優先的に不足分電力１９を補充する電力として割り当てる制御を行う。そして、風力発電システム７では、発電システム４から供給する不足分電力１９に基づいて、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を発電システム４に供給する。
このとき、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５の使用方法としては、不足電力３８を補充する使い方とは、別な判断に基づいて使用することができる。

次に、不足電力３８が、小型風力発電システム３１での予測データ３２に基づく電力を超えていない場合について、説明する。
このとき、不足電力算出部６では、小型風力発電システム３１に割り当てる不足電力量３３のみを算出し、発電システム４に割り当てる不足電力量１８の算出は行わない。これによって、発電システム４では、特別の制御を行うことなく通常の制御を行うことになる。

小型風力発電システム３１では、取得した不足分電力３４の情報を基に、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に供給する。このとき、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０の使用方法としては、不足電力３８を補充する使い方とは、別な判断に基づいて使用することができる。

次に、実施形態の電力需要予測データ１５と風力発電量予測データ１６を用いた発電制御システム２４の動作について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
図２に示すように、ステップＳ１１では、気象予測データ取得部１において、各種の気象データ１４を収集して、各種の気象データ１４の収集が行われるとステップＳ１２に移動する。

ステップＳ１２では、電力需要予測算出部２において、気象データ１４から電力需要予測データ１５を算出して、ステップＳ１３に移動する。
ステップＳ１３では、風力発電量予測算出部３において、気象データ１４から風力発電システム７での風力第１発電量予測データ１６と、小型風力発電システム３１での小型風力第２発電量予測データ３２を算出して、ステップＳ１４に移動する。

ステップＳ１４では、不足電力算出部６において、発電システム４から現在の電力需要データ１７を受信し、取得した電力需要データ１７と、電力需要予測算出部２から取得した電力需要予測データ１５に基づいて、発電制御システム２４全体における不足電力３８を算出する。ステップＳ１４の処理が終了すると、ステップＳ１５に移動する。

ステップＳ１５では、不足電力３８があるときには、ステップＳ１６に移動し、不足電力３８が生じていないときには、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１からステップＳ１５の制御を繰り返して実行する。

ステップＳ１６では、不足電力３８が、第１発電量予測データ１６を超えているか否かの判断を行う。第１発電量予測データ１６を超えているときには、ステップＳ１７に移動し、超えていないときにはステップＳ３０に移動する。

ステップＳ１７では、算出した不足電力３８を、第１発電量予測データ１６及び第２発電量予測データ３２を基にして、発電システム４に割り当てる不足電力量１８と小型風力発電システム３１に割り当てる不足電力量３３とに振り分ける。そして、不足電力量１８を発電システム用の電力制御部５に出力するとともに、不足電力量３３を小型風力発電システム用の電力制御部９に出力する。そして、ステップＳ１８に移動する。

ステップＳ１８では、発電システム用の電力制御部５に対して、発電システム４において、風力第１発電量予測データ１６の発電量を優先的に不足電力量１８に割り振って、発電システム４から供給させる不足分電力１９の指示を行わせる。そして、ステップＳ１９に移動する。

ステップＳ１９では、発電システム４に対して、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を発電システム４に供給する指示を行わせる。そして、第１発電電力２０の供給だけでは、不足電力１９に足りないときには、発電システム４における発電量の増産を行わせる。そして、ステップＳ２０に移動する。
ステップＳ２０では、第１発電電力２０を発電システム４に供給させ、ステップＳ２１に移動する。

ステップＳ２１では、不足電力量３３を取得した小型発電システム用の電力制御部９に対して、第２発電量予測データ３２に基づく発電量を、優先的に小型風力発電システム３１から供給する不足分電力３４を補充する電力として割り当てる制御を、小型風力発電システム３２に対して行わせる。そして、ステップＳ２２に移動する。

ステップＳ２２では、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を、小型風力発電システム７を設置している居住地域２６に供給する。そして、発電制御システム２４での制御を終了する。

ステップＳ３０では、発電制御システム２４全体における不足電力３８が、小型風力発電システム３１での第２発電量予測データ３２を超えているか否かの判断を行う。第２発電量予測データ３２を超えているときには、ステップＳ３１に移動し、超えていないときにはステップＳ４０に移動する。

ステップＳ３１では、発電システム４に割り当てる不足電力量１８のみを算出して、発電システム用の電力制御部５に出力する。算出された、不足電力量１８としては、第１発電量予測データ１６に基づく発電量が優先的に不足電力３８として割り振られた形で算出する。そして、ステップＳ３２に移動する。

ステップＳ３２では、発電システム用の電力制御部５から発電システム４に対して、発電システム４に割り当てられた不足電力量１８を基に、発電システム４に対して、発電システム４から供給する不足分電力１９の指示を出力する。そして、ステップＳ３３に移動する。

ステップＳ３３では、発電システム４に対して、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を発電システム４に供給する指示を行わせ、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を発電システム４に供給させる。そして、発電制御システム２４での制御を終了する。

ステップＳ４０では、小型風力発電システム３１に割り当てる不足電力量３３のみを不足電力算出部６で算出させ、不足電力量３３を小型風力発電システム用の電力制御部９において小型風力発電システム３１から供給する不足分電力３４として、小型風力発電システム３１に対して出力させる。そして、ステップＳ４１に移動する。

ステップＳ４１では、不足分電力３４を基に、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に供給する。そして、発電制御システム２４での制御を終了する。

本発明の実施形態では、気象予測データ取得部１を介して、風力発電システム７と小型風力発電システム３１の第１発電量予想データ１６と第２発電量予想データ３２の算出に必要な、風速、風向き等の気象データ１４を、風力発電量予測算出部３に取り込むとともに、気象予測データ取得部１を介して、気温や気圧配置などの気象データ１４を電力需要予測算出部２に取り込むことができる。

そして、不足電力算出部６にて算出された不足電力３８がある場合には、優先して、不足分電力１９、３４を風力発電システム７と小型風力発電システム３１から電力供給するように電力供給の割り当てを行うことができる。これによって、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０や小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を電力供給して、不足電力３８の解消に役立てることができる。しかも、夏場などの電力需要が切迫しているときにおいても、環境に優しい風力発電システム７や小型風力発電システム３１を用いることができる。

さらに、小型風力発電システム３１を設置している居住地域２６に対して、非常時等のより電力供給が切迫したときには、居住地域２６に対して小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を供給することが可能となる。そして、多くの風力発電システムからより多くの電力を供給することが可能となる。

また、不足電力３８が第２発電量予測データ３２での予想発電量を下回る場合には、小型風力発電システム３１から供給する不足分電力３４のみを算出して、小型風力発電システム３１で発電している第２発電電力３５を居住地域２６に供給することができる。このとき、風力発電システム７で発電している第１発電電力２０を発電システム４に供給しないように構成しておくこともできる。

要するに、本発明は上述した実施形態の構成が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することができる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の形態を形成できる。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省略した構成にしておくこともできる。さらには、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせた構成にしておくこともできる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…気象予測データ取得部、２…電力需要予測算出部、３…風力発電量予測算出部、４…発電システム、５…発電システム用の電力制御部、６…不足電力算出部、７…風力発電システム、９…小型風力発電システム用の電力制御部、１５…需要電力予測データ、１６…発電量予測データ、１７…現在の電力需要データ、１８…発電システムに割り当てる不足電力量、２４…発電制御システム、３１…小型風力発電システム、３２…発電量予測データ、３３…小型風力発電システムに割り当てられた不足電力量、３５…小型風力発電での発電電力、３８…発電制御システム全体における不足電力。

Claims (5)

1. 発電所等における発電システムと、中型又は大型の風力発電システムと、居住地域に設置された小型風力発電システムと、を統括する発電制御システムであって、
   取得した気象データを基に、電力需要予測データと前記風力発電システムでの第１発電量予測データ及び前記小型風力発電システムでの第２発電量予測データをそれぞれ算出し、また、前記発電システムから取得した現在の電力需要データと前記電力需要予測データとから、前記発電制御システム全体における不足電力を算出し、前記不足電力が、前記第１発電量予測データを超えているか否かを判断して、前記風力発電システムで発電している第１発電電力及び又は前記小型風力発電システムで発電している第２発電電力の供給先を制御してなることを特徴とする発電制御システム。
2. 前記不足電力が前記第１発電量予測データを超えている場合には、前記第１発電電力を前記発電システムに供給し、前記第２発電電力を前記小型風力発電システムを設置している居住地域に供給してなることを特徴とする請求項１に記載の発電制御システム。
3. 前記不足電力が前記第１発電量予測データを超え前記第２発電量予測データを超えた場合には、前記第１発電電力を優先的に前記発電システムに供給し、前記第２発電電力を前記小型風力発電システムを設置している居住地域に供給しないことを特徴とする請求項１に記載の発電制御システム。
4. 前記不足電力が前記第２発電量予測データを下回る場合には、前記第２発電電力を優先的に前記小型風力発電システムを設置している居住地域に供給し、前記第１発電電力を前記発電システムに供給しないことを特徴とする請求項１に記載の発電制御システム。
5. 前記発電システムと前記風力発電システムとからなる組が、複数の設置地域にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発電制御システム。

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