電力貯蔵装置の運転モードの種類と特徴

電 力 貯 蔵 装 置 の 出 力 は 、 交 直 変 換 器(以 降 イ ン バ ー タ)に よ っ て 制 御 さ れ て い る 。 イ ン バ ー タ の 制 御 方 式 と し て 、有 効 電 力 と 無 効 電 力 を 指 示 し て 出 力 さ せ る PQ モ ー ド と 電 圧 と 周 波 数 を 一 定 に 保 つ CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)モ ー ド に 分 類 す る こ と が で き る 。本 論 文 で は 、特 に 最 大 需 要 電 力(有 効 電 力)の 削 減(負 荷 平 準 化)を 目 的 と し て い る た め 、PQ モ ー ド を 対 象 と す る 。 ま た 、PQ モ ー ド に は 大 き く 分 け て 以 下 の 2 種 類 が 挙 げ ら れ る 。

I. 固 定 パ タ ン 運 転 II. 負 荷 追 従 運 転

Iの 固 定 パ タ ン 運 転 と は 、NAS 電 池 の 充 放 電 に お け る 出 力 が 予 め 決 め ら れ て い る 運 転 の こ と で あ る 。従 っ て 年 間 の 運 転 効 率 は ほ ぼ 一 定 な 値 を 維 持 す る こ と が 可 能 で あ る 。さ ら に あ ら か じ め 放 電 量 を 設 定 す る た め 、蓄 電 池 の エ ネ ル ギ ー 残 量 を 枯 渇 さ せ る こ と を 確 実 に 避 け る こ と が 可 能 で あ る 。ま た 、充 放 電 の タ イ ミ ン グ や 出 力 の 大 き さ は 需 要 家 側 の 要 求 に あ る 程 度 反 応 で き る 程 度 の 変 更 が 可 能 で あ る 。こ れ に 対 し て II の 負 荷 追 従 運 転 と は 、 需 要 家 側 の 需 要 電 力 に 合 わ せ て 放 電 を 行 う 運 転 方 法 で あ る 。こ の た め NAS 電 池 が 放 電 を 行 っ て い る 間 は 需 要 家 が 電 力 会 社 か ら 購 入 す る 電 力 、す な わ ち 受 電 電 力 は 一 定 の 値 と な る 。つ ま り 、こ の 運 転 方 法 を 採 用 す る こ と に よ り 電 池 の 運 転 中 は 受 電 電 力 を フ ラ ッ ト に 維 持 す る こ と が 可 能 と な る 。 し か し 、 電 池 は 需 要 家 側 の 需 要 に 合 わ せ て 放 電 を 続 け る た め 電 池 の 残 量 が 不 均 一 と な り 、需 要 が 急 激 に 増 加 し た 場 合 な ど に 蓄 電 池 の エ ネ ル ギ ー 残 量 が 枯 渇 す る 惧 れ が 生 じ る 。 蓄 電 池 の エ ネ ル ギ ー 残 量 が 枯 渇 し た 場 合 、必 要 と な る 電 力 は 全 て 電 力 会 社 か ら 購 入 す る こ と と な り 、需 要 の ピ ー ク 時 間 帯 に 電 池 が 枯 渇 し た 場 合 、契 約 電 力 の 更 新 と い う リ ス ク が 伴 う 。最 大 電 力 削 減 を 目 的 と し て い る 多 く の 需 要 家 は リ ス ク を 避 け る た め 、基 本 的 に Iの 固 定 パ タ ン 運 転 が 採 用 さ れ て い る 。明 星 大 学 も 同 様 に 固 定 パ タ ン 運 転 が 採 用 さ れ て い る 。し か し 、夏 季 の 一 時 期 に 負 荷 追 従 運 転 を 採 用 し て い た 時 期 も あ る 。図 3-22 は 2007 年 2 月 20 日 に お け る 大 学 の 総 需 要 、受 電 電 力 お よ び NAS 電 池 の 充 放 電 電 力 を グ ラ フ 化 し た も の で あ る 。 総 需 要 と は 総 受 電 電 力 量 を 指 す 。

図 3-22 2007 年 2 月 20 日 に お け る NAS 電 池 の 運 用 実 績

図 3-22 中 に お け る NAS 電 池 の 充 放 電 電 力 は 、 充 電 電 力 を 負 、 放 電 電 力 を 正 と し て 1 つ の グ ラ フ で 表 現 し て い る 。 こ の 例 で は 、NAS 電 池 の 放 電 は 8 時 半 頃 か ら 開 始 さ れ 18 時 半 頃 に 終 了 し て い る 。 こ の 間 の 放 電 波 形 は 整 っ た 台 形 形 と な り 、 運 転 が パ タ ン 化 さ れ て い る こ と が わ か る 。 ま た 、 昼 間 に 放 電 を し 、22 時 頃 か ら 翌 日 の 6 時 半 頃 ま で 充 電 を 行 っ て い る こ と か ら 、 昼 間 の 時 間 帯 に お け る 受 電 電 力 が 抑 制 さ れ 代 わ り に 夜 間 の 受 電 電 力 が 増 加 し て い る 。こ こ か ら NAS 電 池 の 充 放 電 に よ り ピ ー ク シ フ ト が 実 現 さ れ 、 深 い 平 準 化 に 貢 献 し て い る こ と が 言 え る 。

次 に 、 図 3-23 は 2006 年 6 月 か ら 新 し く 導 入 さ れ た 固 定 パ タ ン 運 転 で あ る 。 こ の 運 転 モ ー ド は 、最 近 の 大 学 に お け る 電 力 需 要 の 増 加 に 対 応 し て 導 入 さ れ た も の で あ る 。需 要 の ピ ー ク 時 間 帯 に お け る 電 力 需 要 を 重 点 的 に 抑 え る こ と で 、契 約 電 力 の 更 新 を 確 実 に 避 け る 事 を 目 的 と し て い る 。こ の 運 転 モ ー ド の 特 徴 と し て は 、大 学 に お け る 電 力 需 要 の ピ ー ク 時 間 帯 に 当 た る 13 時 か ら 16 時 の 間 、NAS 電 池 の 定 格 出 力 の 120%に あ た る 1200kW の 放 電 を 行 う 。 そ れ 以 外 の 放 電 時 間 帯 に お け る NAS 電 池 の 出 力 は 従 来 よ り も 若 干 抑 え ら れ て い る が 、こ の 時 間 帯 に 電 力 需 要 の ピ ー ク を 迎 え る こ と は 無 い た め 、契 約 電 力 の 更 新 の 心 配 は 無 い 。こ の 運 転 モ ー ド は 、年 間 を 通 じ て 契 約 電 力 の 更 新 に つ な が る 可 能 性 を 含 む 夏 季 で の 運 転 に 採 用 さ れ て お り 、そ れ 以 外 の 時 期 に お い て は 図 3.22 に 掲 げ た 運 転 モ ー ド が 現 在 も 引 き 続 き 採 用 さ れ て い る 。

-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

電力 [kW ]

受電電力 充放電電力 総需要

時刻 [h]

図 3-23 2007 年 7 月 5 日 に お け る NAS 電 池 の 運 用 実 績

既 述 の 通 り 、 明 星 大 学 に 設 置 さ れ て い る NAS 電 池 の 基 本 運 転 モ ー ド は 、 予 め 決 め ら れ た 充 放 電 を 行 う 固 定 パ タ ン 運 転 が 基 本 で あ る 。し か し 、過 去 の 一 時 期 に お い て 明 星 大 学 に お い て も 試 験 的 に 負 荷 追 従 運 転 を 行 っ て い た 。 図 3-24 は そ の と き に 記 録 さ れ た デ ー タ に よ り 作 成 し た グ ラ フ で あ る 。記 録 し た 時 期 は 2004 年 7 月 7 日 で あ る 。

図 3-24 2004 年 7 月 7 日 に お け る NAS 電 池 の 運 用 実 績

-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

電力 [k W]

受電電力 充放電電力 総需要

時刻 [h]

-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

電力 [k W]

受電電力 充放電電力 総需要

時刻 [h]

図 3-24 で は 、NAS 電 池 の 充 放 電 は 大 学 の 総 需 要 に 合 わ せ て 行 わ れ て い る た め 、 そ の 間 に お け る 受 電 電 力 は ほ と ん ど フ ラ ッ ト な 状 態 を 維 持 し て い る こ と が 示 さ れ て い る 。 ま た 、NAS 電 池 も そ の 放 電 時 間 内 に そ の 残 量 が 枯 渇 す る こ と 無 く 当 日 の 放 電 を 終 え て い る 。こ れ は 負 荷 追 従 運 転 が 成 功 し た 例 で あ る 。こ れ に 対 し て 図 3-25 で は 同 じ 負 荷 追 従 運 転 を 行 っ た 場 合 に お い て 、 そ の 運 転 に 失 敗 し た 例 で あ る 。

図 3-25 2004 年 7 月 8 日 に お け る NAS 電 池 の 運 用 実 績

図 3-25 の 場 合 、NAS 電 池 の 放 電 開 始 か ら 数 時 間 で 電 池 の 残 量 が 枯 渇 し 、大 学 総 需 要 が 依 然 と し て 高 い に も 関 わ ら ず 放 電 を 停 止 さ せ て い る 。放 電 の 停 止 に 伴 っ て 大 学 受 電 電 力 が 大 幅 に 増 加 し て い る こ と が わ か る 。こ の よ う に 負 荷 追 従 運 転 は 電 池 の 残 量 が 枯 渇 し 、 契 約 電 力 を 更 新 す る と い う リ ス ク を 伴 っ て い る 。 し か し 、NAS 電 池 を 適 正 に 運 用 し た 場 合 、 図 3-24 に 示 し た よ う に 需 要 電 力 を 平 坦 に 抑 え る こ と が 可 能 で あ る 。そ の た め 、経 済 性 を 追 求 し 需 要 家 の 負 荷 制 御 の 労 を 軽 減 さ せ る た め に は 、負 荷 追 従 制 御 が 有 効 な 手 段 で あ る 。そ の た め 本 項 で は 、負 荷 追 従 運 転 に 注 目 し 、 需 要 家 に お け る 実 用 的 な NAS 電 池 の 適 正 運 用 手 法 を 提 案 す る 。

-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

電力 [k W ]

受電電力 充放電電力 総需要

時刻 [h]

3.4.2 適 正 マ ー ジ ン を 確 保 し た シ ー ム レ ス な 負 荷 追 従 型 制 御 の 技 術 開 発