JP2010051074A - ナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連系システムにおいて、電力系統に停電が生じても、ナトリウム−硫黄電池の温度を低下させないように、ヒータに安定して電力を供給する手段の提供。
【解決手段】電力系統１の停電時に、風力発電装置７が発電しており、且つ、ナトリウム−硫黄電池３が充電末でないときは、Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ（Ｐ_Ｇ：発電装置の出力、Ｐ_Ｈ：ヒータへの供給電力、Ｐ_ＮＣ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力）を満たすように、ナトリウム−硫黄電池３の充電を制御しつつ、風力発電装置７の出力を、ヒータ６及びナトリウム−硫黄電池３へ供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、風力発電装置等の出力が変動する自然エネルギー発電装置と、複数のナトリウム−硫黄電池を有する電力貯蔵補償装置と、を組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システム等における、ナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法に関する。

近年、風力、太陽光、地熱等から電力を作り出す自然エネルギー発電装置が注目を集め、実用化されている。自然エネルギー発電装置は、石油等の限りある資源を使用せず、自然に無尽蔵に存在するエネルギー源を用いるクリーンな発電装置であり、二酸化炭素の排出を抑制し得るので、地球温暖化防止の観点から、導入する企業、自治体等は増加しつつある。

但し、自然界からもたらされるエネルギーは刻一刻と変動することから、自然エネルギー発電装置には、出力の変動が避けられない、という普及に向けての障害がある。

この障害を取り除くための一手段としては、自然エネルギー発電装置に電力貯蔵補償装置を組み合わせた電力システムの構築を挙げることが出来る。そして、そのような電力システムの電力貯蔵補償装置として、ナトリウム−硫黄電池（二次電池）を主構成機器とするものが、好適に採用される。

ナトリウム−硫黄電池は、エネルギー密度が高く、短時間で高出力が可能であり、且つ、高速応答性に優れるという長所を有するので、このナトリウム−硫黄電池を電力貯蔵源とし、充電及び放電を制御する双方向変換器を併設した電力貯蔵補償装置によって、数百ｍ秒〜数秒オーダーで起き得る自然エネルギー発電装置の出力の変動を補償することが可能となる。

電力貯蔵補償装置を構成するナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活物質である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離した高温二次電池である。このナトリウム−硫黄電池は、その機能及び性能を発揮するために、運転中は３００℃前後の高い温度に維持される。そして、ナトリウム−硫黄電池を高い温度に維持するために、ヒータが配設され、そのヒータの電源は、非特許文献１，２に記載されているように、電力系統になっている。

尚、ナトリウム−硫黄電池以外の高温二次電池、例えば、ゼブラ電池やナトリウム溶融塩電池においても、ヒータが配設され、そのヒータの電力は、非特許文献３，４に記載されているように、電力系統から供給されている。

プラズマ核融合学会誌、ｖｏｌ．８０（２００４）、Ｎｏ．７、５６３〜５６７ページ 月刊クリーンテクノロジー別冊号、クリーンルームにおける停電瞬時電圧低下現象対策、編纂：クリーンテクノロジー編集委員会、日本工業出版、６４〜６９ページ Ｔｏ ｂｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ＡＥＣＶ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｎｏｏｒｄｗｉｊｋｅｒｈｏｕｔ、Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ、２００２、１〜９ページ 昭和飛行機工業株式会社、高性能２次電池：金属／食塩電池（ナトリウム溶融塩電池）のパンフレット

しかしながら、従来のこのようなヒータ電力の供給方法では、以下のような問題があった。

即ち、連系システムにおけるナトリウム−硫黄電池のヒータの電力を、電力系統から供給することとすると、電力系統で停電が発生した場合に、ヒータが作動せず、ナトリウム−硫黄電池（高温二次電池）の温度が低下してしまうのである。ナトリウム−硫黄電池の温度が、運転可能温度を下回ってしまうと、復電した後で、ヒータを作動させて、再度、温度を上昇させなければならず、運転再開に更なる時間を要し、連系システムによる安定した電力供給を、復電後、直ぐに行うことは出来ない。

又、離島等のように、電力系統から独立した場所では、風力、太陽光等に基づく自然エネルギー発電装置が主発電源となる場合（あるいはならざるを得ない）があるが、このような場合に、その主発電源によって安定したヒータ電源を確保することが困難である。ヒータに安定して電源を供給出来なければ、ヒータが作動せず、ナトリウム−硫黄電池の温度が低下してしまう問題も起こり易い。

そして、長時間、ヒータに電源が供給されずに、ナトリウム−硫黄電池の温度が、電池活物質が固化する温度まで低下してしまうと、（ナトリウム−硫黄電池の）単電池の故障を誘発するおそれがある。充電末でない場合（放電されている状態）には、凝固点の高い多硫化ナトリウムの量が多く、この単電池の故障の確率は高くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、出力が変動する自然エネルギー発電装置と複数のナトリウム−硫黄電池を構成機器とする電力貯蔵補償装置とを組み合わせた連系システムにおいて電力系統に停電が生じても、あるいは、離島等において、出力が変動する自然エネルギー発電装置を主発電源とする独立システムにおいて、ナトリウム−硫黄電池の温度を低下させないように、ヒータに安定して電力を供給する手段を提供することである。

研究が重ねられた結果、例えば連系システムにおいて電力系統に停電が生じた場合には、自然エネルギー発電装置の状態（発電可能であるか否か）及びナトリウム−硫黄電池の状態（放電可能であるか否か）に基づいて、ヒータ電力の供給経路を変更する制御を行うこと等によって、上記課題を解決出来ることが見出された。具体的には、本発明によれば、以下の手段が提供される。

即ち、先ず、本発明によれば、出力（出力電力）が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力系統へ電力を供給する（出力する）連系システムにおいて、電力貯蔵補償装置を構成し発電装置の出力（出力電力）の変動を補償するナトリウム−硫黄電池の、ヒータへ電力を供給する方法であって、電力系統の停電時に、発電装置が発電しており（出力があり）、且つ、ナトリウム−硫黄電池が充電末でないとき（充電可能なとき）は、次の（１）式を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電（入力）を制御しつつ、発電装置の出力（出力電力）を、ナトリウム−硫黄電池へ供給するとともに、ヒータへ供給する（出力する）ナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法が提供される（第１のヒータ電力供給方法という）。
Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ ・・・ （１）
（１）式において、Ｐ_Ｇ ：発電装置の出力（出力電力）
Ｐ_Ｈ ：ヒータへの供給電力（（ヒータにとって）入力電力）
Ｐ_ＮＣ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力（入力電力）

本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第１のヒータ電力供給方法においては、電力系統の停電時に、発電装置が発電しておらず（出力がなく）、又は、ナトリウム−硫黄電池が充電末であるとき（充電不可能なとき）は、ナトリウム−硫黄電池の放電（出力）を行い、その放電（出力）によってヒータへ電力を供給する（出力する）ことが好ましい。

次に、本発明によれば、出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力を負荷へ供給する独立システムにおいて、電力貯蔵補償装置を構成し発電装置の出力の変動を補償するナトリウム−硫黄電池の、ヒータへ電力を供給する方法であって、発電装置が発電しており、且つ、ナトリウム−硫黄電池が充電末でないときは、次の（２）式を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電を制御しつつ、発電装置の出力を、ナトリウム−硫黄電池へ供給するとともに、ヒータへ供給するナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法が提供される（第２のヒータ電力供給方法という）。独立システムとは、系統連系ではない、独立した電力（供給）システムという意味であり、接続可能な電力系統が存在しない場合を含む。
Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ＋Ｐ_Ｌ ・・・ （２）
（２）式において、Ｐ_Ｇ ：発電装置の出力（出力電力）
Ｐ_Ｈ ：ヒータへの供給電力（（ヒータにとって）入力電力）
Ｐ_ＮＣ ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力（入力電力）
Ｐ_Ｌ ：一般負荷への供給電力（（負荷にとって）入力電力）

本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第２のヒータ電力供給方法においては、発電装置が発電しておらず、又は、ナトリウム−硫黄電池が充電末であるときは、ナトリウム−硫黄電池の放電を行い、その放電によってヒータへ電力を供給することが好ましい。

単に、本発明に係るナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法というときは、第１のヒータ電力供給方法と第２のヒータ電力供給方法の両方を指すものとする。本発明に係るナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法は、上記出力が変動する発電装置が、風力、太陽光、地熱のうち１又は２以上の自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置である場合に好適に用いられる。

本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第１のヒータ電力供給方法は、電力系統の停電時に、発電装置が発電しており（出力があり）、且つ、ナトリウム−硫黄電池が充電末でないときは、Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ（Ｐ_Ｇ：発電装置の出力、Ｐ_Ｈ：ヒータへ供給電力、Ｐ_ＮＣ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力）を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電を制御しつつ、発電装置の出力を、ヒータ及びナトリウム−硫黄電池へ供給し、更に、その好ましい態様において、電力系統の停電時に、発電装置が発電しておらず、又は、ナトリウム−硫黄電池が充電末であるときは、ナトリウム−硫黄電池の放電を行い、その放電によってヒータへ電力を供給するので、停電中であっても、安定した電力を、ヒータに供給することが出来る。

従って、停電が起きても、ヒータは作動し続け、ナトリウム−硫黄電池の温度の低下を防止することが可能である。停電時にも運転可能な自然エネルギー発電装置からヒータへ電力を供給するだけでは、自然エネルギーの出力の変動によって、安定してヒータへ電力を供給することは困難であるが、本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第１のヒータ電力供給方法によれば、ヒータへの安定した電力の供給を可能とする。

Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣの関係が満たされる限り、電圧の上昇はなく、ヒータへ安定した電力を供給可能である。但し、過不足があると（関係が満たされなくなると）、電圧が上昇しあるいは低下し、あるいは周波数が変動し、ヒータへ安定した電力を供給することが出来ない。本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第１のヒータ電力供給方法によれば、このような問題を防止することが出来る。

停電中にも、ナトリウム−硫黄電池の温度は、運転可能温度に維持されるので、復電した後に、ナトリウム−硫黄電池の温度を上昇させる必要はなく、直ぐに、ナトリウム−硫黄電池の運転を再開することが可能である。そのため、連系システムによる安定した電力供給も、停電後、直ぐに行うことが出来る。

又、仮に停電が長時間継続したとしても、ナトリウム−硫黄電池の温度が、電池活物質が固化する温度まで低下するおそれは小さいので、（ナトリウム−硫黄電池の）単電池の故障は起こり難い。そして、ナトリウム−硫黄電池は、原則として、充電末側に制御されることになるので、この状態では、凝固点の高い多硫化ナトリウムの量は少なく、この観点からも単電池の故障は起こり難くなる。原則としてというのは、停電中に発電装置が発電していない状態が継続すれば、ヒータへの電力供給（放電）によって、ナトリウム−硫黄電池は放電末を迎えることになるが、そのような事態に陥る可能性は低いという意味である。

尚、日本では、電力系統の構成ないしは運用が整備され、長時間の大規模停電は頻出しないが、日本以外の国では、先進国でも停電の発生は珍しくはない。従って、本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第１のヒータ電力供給方法は、日本でも必要とされるが、特に、日本以外の国において、ナトリウム−硫黄電池を用いた電力貯蔵補償装置と自然エネルギー発電装置とを組み合わせて連系システムを構築する場合に、ヒータに安定して電力を供給するこの手段は、得難いものとなる。

本発明に係るナトリウム−硫黄電池の第２のヒータ電力供給方法は、発電装置が発電しており（出力があり）、且つ、ナトリウム−硫黄電池が充電末でないときは、Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ＋Ｐ_Ｌ（Ｐ_Ｇ：発電装置の出力、Ｐ_Ｈ：ヒータへ供給電力、Ｐ_ＮＣ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力、Ｐ_Ｌ：一般負荷）を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電を制御しつつ、発電装置の出力を、ヒータ及びナトリウム−硫黄電池へ供給し、更に、その好ましい態様において、発電装置が発電しておらず、又は、ナトリウム−硫黄電池が充電末であるときは、ナトリウム−硫黄電池の放電を行い、その放電によってヒータへ電力を供給するので、安定した電力を、ヒータに供給することが出来る。

従って、離島等、電力系統から独立した場所において、風力、太陽光等に基づく自然エネルギー発電装置を主発電源とする場合であっても、ヒータに安定して電源を供給することが出来るので、ナトリウム−硫黄電池の温度の低下は防止される。

本発明に係るナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法では、ヒータのみならず、その他の補機（制御機器等）にも、電力を供給することが出来る。

以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。

［連系システム］図１〜図３は、出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを有する連系システムの一例を表すシステム構成図であり、図１〜図３において、矢印は、電力供給の流れを表している。

図１〜図３に示される連系システム８は、風の力を風車の回転に変え発電機を回す風力発電装置７（自然エネルギー発電装置の一例、他の自然エネルギー発電装置として太陽光発電装置、地熱発電装置等を適用出来る）、電力貯蔵補償装置５、及び、負荷として制御機器２並びにナトリウム−硫黄電池３のヒータ６を有する。そして、電力貯蔵補償装置５は、電力を貯蔵し出力することが可能な二次電池であるナトリウム−硫黄電池３、直流／交流変換機能を有する双方向変換器４、及び変圧器９を備える。双方向変換器４は、例えばチョッパとインバータ／コンバータあるいはインバータ／コンバータで構成することが出来る。尚、風力発電装置７とナトリウム−硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）は、複数系列備わる場合がある。

図１では、風力発電装置７が発電して電力系統１へ電力を供給するとともに、電力貯蔵補償装置５（ナトリウム−硫黄電池３）が風力発電装置７の変動する発電電力を補償しつつ放電して電力系統１へ電力を供給するという、定常運転状態が示されている。通常、連系システム８は、この定常運転状態となる定常運転モードで運転される。定常運転モードでは、制御機器２とヒータ６の電源は、電力系統１である。

連系システム８において、定常運転状態では、電力貯蔵補償装置５（ナトリウム−硫黄電池３）が放電及び充電を行い、電力計４２で測定される電力Ｐ_Ｎ（充電電力Ｐ_ＮＣ又は放電電力Ｐ_ＮＤ）が、風力発電装置７により発電された電力（電力計４３で測定される電力Ｐ_Ｇ）の出力変動を補償する。具体的には、連系システム８全体として出力する電力（電力計４１で測定される電力Ｐ_Ｔ）が、少なくとも所定の期間内で、Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｇ＋Ｐ_ＮＤ＝一定（Ｐ_ＮＤ＝Ｐ_Ｔ−Ｐ_Ｇ）、又は、Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｇ−Ｐ_ＮＣ＝一定（−Ｐ_ＮＣ＝Ｐ_Ｔ−Ｐ_Ｇ）を満たすように、ナトリウム−硫黄電池３の充放電を制御することによって、電力Ｐ_Ｎを調節し、連系システム８全体として出力する電力Ｐ_Ｔを安定した品質のよい電力にして、例えば、配電変電所と電力需要家間の電力系統１に供給する。

ナトリウム−硫黄電池３の充放電は、制御機器等で残存容量を管理及び監視し、目標値としての電力Ｐ_Ｔを変更することによって、充電末又は放電末に至らないように制御することが出来る。例えば、所定の期間内でＰ_Ｔ＞Ｐ_Ｇであれば、ナトリウム−硫黄電池３は、その間、放電に偏り、残存容量は減少する。一方、所定の期間内でＰ_Ｔ＜Ｐ_Ｇであれば、ナトリウム−硫黄電池３は、その間、充電に偏り、残存容量は増加する。仮に、放電末に達することとなっても、充電電力Ｐ_ＮＣが、Ｐ_ＮＣ＝Ｐ_Ｇとなるように、ナトリウム−硫黄電池３の充電を制御することによって、変動する電力Ｐ_Ｇを補償して、連系システム８全体として出力する電力Ｐ_Ｔを０（一定）にすることが可能である。

ナトリウム−硫黄電池３を放電する場合、充電する場合の何れの場合も、電力貯蔵補償装置５において、風力発電装置７からの出力（電力Ｐ_Ｇ）に基づき、その出力を補償する電力を入力又は出力させるように、双方向変換器４の制御目標値を変更することによってナトリウム−硫黄電池３を充電又は放電させて、風力発電装置７の出力変動を吸収することが出来る。二酸化炭素を殆ど排出しない自然エネルギー発電装置（風力発電装置７）及びナトリウム−硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）を用いて、安定した品質のよい電力を供給出来ることから、連系システム８は好ましい発電システムであるといえる。

図２には、電力系統１の停電時における一の状態（一の非定常運転状態）が示されている。これは、風力発電装置７が発電しており、且つ、ナトリウム−硫黄電池３が充電末でない場合の状態である。

電力系統１に停電が起きたときに、風力発電装置７が発電していて、且つ、ナトリウム−硫黄電池３が充電末でなければ、この一の非定常運転状態を実現する非定常運転モード１に移行して、風力発電装置７の出力（電力Ｐ_Ｇ）を、ナトリウム−硫黄電池３で補償しつつ、ヒータ６及び制御機器２へ供給する。具体的には、Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣとなるように、ナトリウム−硫黄電池３の充電電力Ｐ_ＮＣを制御して、ヒータ６及び制御機器２への供給電力Ｐ_Ｈの安定化を図る。復電したら、定常運転モードに戻ればよい。ヒータ６及び制御機器２へ電源が供給され、ナトリウム−硫黄電池３の温度が低下していないので、直ぐに、定常運転モードで運転をすることが出来る。尚、制御機器２の消費電力は極僅かであるため、本明細書において、電力Ｐ_Ｈを単にヒータへの供給電力と称している。

風力発電装置７が発電している状態であるか否かの判断は、風力発電装置７からの出力（電力Ｐ_Ｇ）に基づいて行うことが出来る。現在の出力の状況のみならず、気象情報を得て、一定期間内の風力発電装置７の発電量を予測して、この非定常運転モード１に移行することを選択してもよい。ナトリウム−硫黄電池３が充電末であるか否かの判断は、制御機器等で残存容量を管理及び監視することで行える。例えば、残存容量が電池定格容量の９０％より大きい場合に充電末と判断することが出来る。ナトリウム−硫黄電池の作動中の電池電圧は、充電末近傍又は放電末近傍でない場合には、概ね一定であるが、充電末近傍になると明確に上昇するので、併せて、作動中の電池電圧により、充電末近傍を検知するとともに、制御機器等における残存容量管理値を再設定することが好ましい。

図３には、電力系統１の停電時における他の状態（他の非定常運転状態）が示されている。これは、風力発電装置７が発電しておらず、又は、ナトリウム−硫黄電池３が充電末である場合の状態である。

電力系統１に停電が起きたときに、最初、非定常運転モード１に入り、風力発電装置７の発電電力をヒータ６等へ供給していたとしても、あるいはそうでなくても、ナトリウム−硫黄電池３が充電末になると、風力発電装置７の発電電力の変動を吸収することが出来ない。そこで、充電末になったら、この非定常運転状態を実現する非定常運転モード２に移行して、発電しているか否かによらず風力発電装置７を切り離し、ナトリウム−硫黄電池３を、Ｐ_Ｈ＝Ｐ_ＮＤとなるように放電させて、安定して電力をヒータ６へ供給する。ナトリウム−硫黄電池３の放電が進んだ段階で（深度が充電末から放電側へシフトした段階で）、再度、非定常運転モード１に移行し、風力発電装置７からヒータ６及び制御機器２へ電力を供給することが出来る。

又、電力系統１に停電が起きたときに、最初、非定常運転モード１に入り、風力発電装置７の発電電力をヒータ６等へ供給していたとしても、あるいはそうでなくても、風力発電装置７が発電しなくなれば、ヒータ６等への供給電力が途絶えてしまう。そこで、風力発電装置７が発電しなくなれば、あるいは、気象情報に基づく一定期間内の風力発電装置７の発電量が極少ないと予想される場合には、この非定常運転モード２に移行して、風力発電装置７を切り離し、ナトリウム−硫黄電池３を、Ｐ_Ｈ＝Ｐ_ＮＤとなるように放電させて、安定して電力をヒータ６へ供給する。風力発電装置７が発電するようになったら、再度、非定常運転モード１に移行し、風力発電装置７からヒータ６及び制御機器２へ電力を供給すればよい。又、復電したら、定常運転モードに戻ってよい。

［独立システム］図４は、出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを有する独立システムの一例を表すシステム構成図であり、図４において、矢印は、電力供給の流れを表している。

図４に示される独立システム１８は、系統連系ではないが、構成要素は連系システム８と同じである。即ち、風の力を風車の回転に変え発電機を回す風力発電装置７（自然エネルギー発電装置の一例、他の自然エネルギー発電装置として太陽光発電装置、地熱発電装置等を適用出来る）、電力貯蔵補償装置５、及び、負荷として制御機器２並びにナトリウム−硫黄電池３のヒータ６を有する。そして、電力貯蔵補償装置５は、電力を貯蔵し出力することが可能な二次電池であるナトリウム−硫黄電池３、直流／交流変換機能を有する双方向変換器４、及び変圧器９を備える。双方向変換器４は、例えばチョッパとインバータ／コンバータあるいはインバータ／コンバータで構成することが出来る。尚、風力発電装置７とナトリウム−硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）は、複数系列備わる場合がある。

図４では、風力発電装置７が発電して（図示しない）負荷へ電力を供給するとともに、電力貯蔵補償装置５（ナトリウム−硫黄電池３）が風力発電装置７の変動する発電電力を補償しつつ放電して負荷へ電力を供給するという、定常運転状態が示されている。通常、独立システム１８は、この定常運転状態となる定常運転モードで運転される。制御機器２とヒータ６の電源は、電力貯蔵補償装置５（ナトリウム−硫黄電池３）である。

独立システム１８において、定常運転状態では、電力貯蔵補償装置５（ナトリウム−硫黄電池３）が放電及び充電を行って、電力計４２で測定される電力Ｐ_Ｎ（充電電力Ｐ_ＮＣ又は放電電力Ｐ_ＮＤ）が、風力発電装置７により発電された電力（電力計４３で測定される電力Ｐ_Ｇ）の出力変動を補償するとともに、ヒータ６及び制御機器２へ電力Ｐ_Ｈを供給する。具体的には、電力計４４で測定される電力Ｐ_Ｌを、安定して負荷へ供給するために、独立システム１８全体として出力する電力（電力計４１で測定される電力Ｐ_Ｔ）が、少なくとも所定の期間内で、Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｇ＋Ｐ_ＮＤ−Ｐ_Ｈ＝Ｐ_Ｌ（Ｐ_ＮＤ＝Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｇ＋Ｐ_Ｈ）、又は、Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｇ−Ｐ_ＮＣ−Ｐ_Ｈ＝Ｐ_Ｌ（−Ｐ_ＮＣ＝Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｇ＋Ｐ_Ｈ）を満たすように（ここでは送電による電力損失は考慮しない）、ナトリウム−硫黄電池３の充放電を制御することによって、電力Ｐ_Ｎを調節し、独立システム１８全体として出力する電力Ｐ_Ｔを安定した品質のよい電力にする。

ナトリウム−硫黄電池３の充放電は、制御機器等で残存容量を管理及び監視し、風力発電装置７（自然エネルギー）のリミッタを変更することによって、充電末又は放電末に至らないように制御することが出来る。例えば、所定の期間内でＰ_Ｇ＜Ｐ_Ｌ＋Ｐ_Ｈであれば、ナトリウム−硫黄電池３は、その間、放電に偏り、残存容量は減少する。一方、所定の期間内でＰ_Ｇ＞Ｐ_Ｌ＋Ｐ_Ｈであれば、ナトリウム−硫黄電池３は、その間、充電に偏り、残存容量は増加する。

ナトリウム−硫黄電池３を放電する場合、充電する場合の何れの場合も、電力貯蔵補償装置５において、主には風力発電装置７からの出力（電力Ｐ_Ｇ）に基づき、その出力を補償する電力を入力又は出力させるように、双方向変換器４の制御目標値を変更することによってナトリウム−硫黄電池３を充電又は放電させて、風力発電装置７の出力変動を吸収することが出来る。二酸化炭素を殆ど排出しない自然エネルギー発電装置（風力発電装置７）及びナトリウム−硫黄電池３（電力貯蔵補償装置５）を用いて、安定した品質のよい電力を供給出来ることから、独立システム１８は好ましい発電システムであるといえる。

本発明に係るナトリウム−硫黄電池の制御方法は、風力、太陽光、地熱等の自然エネルギーを用いた、出力が変動する発電装置と、電力貯蔵補償装置と、を組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて、上記電力貯蔵補償装置を構成するナトリウム−硫黄電池の、ヒータへ電力を供給する方法として利用することが出来る。

連系システムの一例を表すシステム構成図であり、その連系システムの定常運転状態を表す図である。 連系システムの一例を表すシステム構成図であり、その連系システムの一の非定常運転状態を表す図である。 連系システムの一例を表すシステム構成図であり、その連系システムの他の非定常運転状態を表す図である。 独立システムの一例を表すシステム構成図であり、その独立システムの定常運転状態を表す図である。

符号の説明

１ 電力系統
２ 制御機器
３ ナトリウム−硫黄電池
４ 双方向変換器
５ 電力貯蔵補償装置
６ ヒータ
７ 風力発電装置
８ 連系システム
９ 変圧器
１８ 独立システム
４１，４２，４３，４４，４５ 電力計

Claims (4)

1. 出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力系統へ電力を供給する連系システムにおいて、前記電力貯蔵補償装置を構成し前記発電装置の出力の変動を補償するナトリウム−硫黄電池の、ヒータへ電力を供給する方法であって、
   前記電力系統の停電時に、前記発電装置が発電しており、且つ、前記ナトリウム−硫黄電池が充電末でないときは、
   次の（１）式を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電を制御しつつ、前記発電装置の出力を、前記ナトリウム−硫黄電池へ供給するとともに、前記ヒータへ供給するナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法。
   Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ ・・・ （１）
   （１）式において、Ｐ_Ｇ ：発電装置の出力
   Ｐ_Ｈ ：ヒータへの供給電力
   Ｐ_ＮＣ ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力
2. 前記電力系統の停電時に、前記発電装置が発電しておらず、又は、前記ナトリウム−硫黄電池が充電末であるときは、前記ナトリウム−硫黄電池の放電を行い、その放電によって前記ヒータへ電力を供給する請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法。
3. 出力が変動する発電装置と電力貯蔵補償装置とを組み合わせて電力を負荷へ供給する独立システムにおいて、前記電力貯蔵補償装置を構成し前記発電装置の出力の変動を補償するナトリウム−硫黄電池の、ヒータへ電力を供給する方法であって、
   前記発電装置が発電しており、且つ、前記ナトリウム−硫黄電池が充電末でないときは、
   次の（２）式を満たすように、ナトリウム−硫黄電池の充電を制御しつつ、前記発電装置の出力を、前記ナトリウム−硫黄電池へ供給するとともに、前記ヒータへ供給するナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法。
   Ｐ_Ｇ＝Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ＮＣ＋Ｐ_Ｌ ・・・ （２）
   （２）式において、Ｐ_Ｇ ：発電装置の出力
   Ｐ_Ｈ ：ヒータへの供給電力
   Ｐ_ＮＣ ：ナトリウム−硫黄電池の充電電力
   Ｐ_Ｌ ：一般負荷への供給電力
4. 前記発電装置が発電しておらず、又は、前記ナトリウム−硫黄電池が充電末であるときは、前記ナトリウム−硫黄電池の放電を行い、その放電によって前記ヒータへ電力を供給する請求項３に記載のナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法。

Images