電力需給平準化システム
【課題】揚水発電所方式の代替システムとして、深夜電力に加えて自然エネルギーを利用した風力発電・太陽光発電等の電力も貯蔵でき、環境破壊も大量のＣＯ２排出もない安価な無公害の電力需給平準化システムを提供すること。
【解決手段】本発明の電力需給平準化システムは、複数の電気所に分散配置され、深夜の余剰電力を使って水を電気分解後、水素ガスを熱交換で液体水素にして貯蔵し、電力需要ピーク時に液体水素をガス化した水素を用いて発電する。さらに、風力発電・太陽光発電等のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力もＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２によって平滑化して、水を電気分解するために使用する。
【解決手段】本発明の電力需給平準化システムは、複数の電気所に分散配置され、深夜の余剰電力を使って水を電気分解後、水素ガスを熱交換で液体水素にして貯蔵し、電力需要ピーク時に液体水素をガス化した水素を用いて発電する。さらに、風力発電・太陽光発電等のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力もＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２によって平滑化して、水を電気分解するために使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の周波数や電圧を安定化させる電力需給平準化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府が２００９年から推進している「スマート・グリッド・プロジェクト」と命名した省エネルギープロジェクトは、需要家側の省エネを目的としているのに対して、本発明は、電力供給者側の省エネを目的としている。
【０００３】
（昼間と深夜の電力需要変動対策）
図６に示すように、電力需要は、一日の間に時間単位で見ても大きく変化するため、電力需給を平準化して電力需要と発電量をバランスさせている揚水発電方式の代替システムとして、深夜の余剰電力を使って水を電気分解して発生した水素ガスを液体水素にして貯蔵しておき、電力需要ピーク時に貯蔵しておいた液体水素をガス化した水素ガスを使用して発電する電力需給平準化システムが考えられていた。（特許文献１参照）
【０００４】
（フェランチ現象の発生防止対策）
都市部の地中ケーブル送電線やＥＨＶ（２〜４導体）、ＵＨＶ（６〜８導体）送電線を数１０回線以上も収容した発変電所の静電容量は、近年非常に大きくなっているため、平日の深夜や、年末年始、５月のゴールデンウィーク、８月お盆休み等（特異日と称す）の期間中は、工場やオフィスが休みで都市の電力需要は大幅に減少するため、フェランチ現象（Ｆｅｒｒａｎｔｉ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）という電力系統の異常な電圧上昇が発生する。このような電力系統の異常な電圧上昇を防止するため、リアクトルや変圧器タップ調整、ＳｈＲ（シャントリアクトル）の全量投入、ＳＣ（静止型コンデンサー）の解列、平行送電線２回線区間の１回線を解列して１回線の送電線として運転する等の対策が行われている。しかし、この１回線の送電線で事故が発生すれば、即、停電となる。更に、送電線事故が無いにも拘らず電力系統が不安定となることもあった。
【０００５】
（地球環境対策）
ＣＯ２排出による地球環境破壊防止のためのグローバルなＣＯ２排出削減規制の強化及び石炭や石油等の化石燃料資源の枯渇によるコストの高騰等のため、化石燃料を使用しない発電方式として、自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した風力発電・太陽光発電等が行われているが、その発電量の変動を吸収するために風力発電・太陽光発電等の電力を使って発生した水素ガスを液体水素にして貯蔵し、その液体水素をガス化した水素ガスを使用して発電することも考えられている。（特許文献２、非特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６３７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−９９３５９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】後藤信、呉国紅、多田泰之、皆川保、「風力発電と電力貯蔵装置併用時における電力システムへの導入効果に関する基礎検討」、電気学会論文誌Ｂ、１２７巻５号、２００７年、６３７−６４４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、揚水発電方式の代替システムとして、従来の深夜の余剰電力に加えて、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも蓄積しておき、電力需要ピーク時に、必要な電力を安定した出力や電圧で提供でき、環境破壊も大量のＣＯ２排出もない安価な無公害の電力需給平準化システムを提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、自然エネルギーを利用した風力発電・太陽光発電等は、電力需要と無関係に発電され、Ｐ（有効電力）、Ｑ（無効電力）、Ｖ（電圧）が時々刻々大きく変動し、電力系統の安定性を損なう原因となっているので、この課題を解決し、風力発電・太陽光発電等の発電量を有効に利用できるようにすることである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、高価なＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、静止型無効電力補償装置：進相電流量を連続的に０〜最大量まで連続的に、且つ、高速に変化できるもの）、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、静止型無効電力補償装置：Ｖａｒ（無効電力）を＋から−（最大進相電流量から最大遅相電流量）まで連続的に、且つ、変化できるもの）等の設備を配備することなく、フェランチ現象による電力系統の異常な電圧上昇や電力系統の不安定現象を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、多数の電気所に分散配置されて運用される電力需給平準化システムである。風力発電所・太陽光発電所等からＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動の激しい電力を受電する電気所にはＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２も備えて平滑化した電力を昼間に供給し、深夜時間帯では水を電気分解し、水素を貯蔵、翌日の発電に使用する。
【００１２】
本発明の電力需給平準化システムは、水を電気分解して製造された液体水素を液体水素貯蔵装置３０に貯蔵し、電力需要ピーク時に、前記液体水素貯蔵装置３０に貯蔵された液体水素を水素ガス化装置４０でガス化し、その水素ガスを水素ガスタンク４１に貯蔵し、発電装置５０がその水素ガスを用いて発電し、電力系統を使って送電する。
【００１３】
また、本発明の発電装置５０は、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な発電機装置となっている。従って、発電所としての役割を果たすだけでなく、この水素ガス燃焼原動機で駆動し、自動並列装置を使って発電機（同期機）を電力系統に並列後、この水素ガス燃焼原動機軸と発電機軸とを連結するクラッチを切り離して同期調相機運転することで、電力系統網の電圧を平滑化する系統電力系統電圧調整装置として使用する。
【００１４】
平日の深夜および特異日の昼夜に、フェランチ現象の発生防止対策として、本発明のシステムが分散設置されている電気所の発電装置５０を全て調相機運転モードで並列して運転する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来の深夜の余剰電力に加えて、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも蓄積しておくので、電力需要ピーク時に、必要な電力を安定した出力や電圧で提供でき、安定且つ高品質の電力を供給できる。また、本システムは離島などの単独系統で風力発電機を多数設置された場所でも効果が高い。
【００１６】
また、平日の深夜および特異日の昼夜に、フェランチ現象の発生防止対策として、本発明のシステムが分散設置されている電気所の発電装置５０を全て同期調相機運転で並列して置くことで電力系統の異常高電圧の発生を防止できる。
【００１７】
本発明は、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置を備え、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも液体水素に変換、貯蔵し、電力需要ピーク時に電力エネルギーに変換するので、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを電力会社からも歓迎されるエネルギーに変身させ、わが国のＣＯ２排出量を削減することができる。
【００１８】
本発明は、風力発電・太陽光発電等の変動の激しい電力を液体水素に変換・貯蔵後、電力需要ピーク時に、電力に再変換することで、安定した電力を電力系統に送電することにより従来利用できなかった自然エネルギーも有効に利用できる。また、揚水発電方式と比べ、エネルギーの蓄積と発電を電力需要地近辺で行うので、送電損失は大幅に少なくなる。
【００１９】
本発明の発電装置５０は、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時に、電力系統に並列して同期調相機運転でき、電力系統の電圧を平滑化させることで電力系統の安定度が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１の小型電力需給平準化システムを示す。
【図２】本発明の実施例２の大型電力需給平準化システムを示す。
【図３】本発明の実施例３の製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システムを示す。
【図４】本発明の実施例４の水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステムを示す。
【図５】本発明の実施例５の人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システムを示す。
【図６】電力需要の１日２４時間変動と各種電力エネルギー分担を示す。
【図７】電力系統運用の保安確保及び最適化のための階層構造の運用指令形態を示す。
【図８Ａ】本発明の小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の構成を示す。
【図８Ｂ】本発明の小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動に用いる均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式の同期機起動並列用サイリスタ磁励装置を示す。
【図８Ｃ】本発明の大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の構成を示す。
【図９】本発明の同期調相機兼用の発電装置を示す。
【図１０】本発明の同期調相機、フライホイール調相機兼用の発電装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（前提条件）
電力系統の運用体制は、全世界で、保安確保のために、図７に示す階層構造の運用指令形態を採用している。
（１）各電力会社の中央給電指令所→地区電力系統遠隔監視制御所→電気所（水力、火力、原子力、地熱等の発電所と変電所）にいたる階層制御構造になっている。各電力会社の中央給電指令所の電力系統運用自動化システム（ＥＭＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）９０は、地区電力系統遠隔監視制御所（ＳＣＣ：Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ）の地区遠隔監視制御システム９１を介して各電気所を最適に運用する。電力系統運用自動化システム９０の監視制御情報データはＷＡＮ又はＬＡＮ経由で、ＬＦＣ（Ｌｏａｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、ＥＤＣ（Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御信号は、より信頼度の高い専用ＩＴＣ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｅｌｅｍｅｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を使って伝達される。
（２）水力発電所や変電所は全て無人で、運転は地区電力系統遠隔監視制御所から遠隔監視操作自動制御が実施されている。
【００２２】
電力系統運用自動化システム９０が、本発明の電力需給平準化を実施する場合、送電損失が少なく、電圧変動も少なく、電力系統安定度も良く、コストも最小の電力系統潮流分布になるよう各地の発電所出力を最適化し、複数の電気所に装備された電力需給平準化システムは地区遠隔監視制御システム９１によって自動的に遠隔制御される。本発明の電力需給平準化システムが連繋する電力系統の中央給電指令所の電力系統運用自動化システム９０は、１日２４時間分の全系統総需要（ＭＷ）カーブを予想し、全発電所の最適な発電出力分担を自動的に決定する。
本発明の電力需給平準化システムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号を受信し、電力需給平準化システムが備える「制御装置７０」のＳＣＡＤＡ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ：制御用信号およびデータの送信、受信、伝達などのデータリンクをＬＡＮ、ＷＡＮ、ＩＴＣ等を使って実施するインターフェース）で、電力系統運用自動化システム９０からの指令、制御信号を受信し、計測データ、制御操作、事故発生・検出等の事象発生時刻をミリ秒単位の精度でスタンピングしているので事故現象解析を的確に、且つ、敏速に事故現象を究明できる。これらのデータは、「制御装置７０」のＳＣＡＤＡでデータ処理され、上位の制御所や指令所にアップロードされる。
【００２３】
（発電装置の方式）
本発明の電力需給平準化システムに用いる発電方式として、次の四つが考えられる。
（１）水素燃料電池方式（数百ｋＷ以下の電気所）
水素燃料電池にも種々な方式と特性があるが、騒音がなく、環境性に優れているがコストは高くなる。貯蔵できるエネルギーも少なく小規模発電向きである。
（２）水素燃料ロータリーエンジン発電方式（数万ｋＷ以下の電気所）
水素ガス、ガソリン、ＬＮＧガス等を使用できる。発電効率は少々劣るが電力需要の直近位置で発電できるので送電損失を大幅に減少できる。補修、運転等は容易、且つ、機器は丈夫である。同期調相機運転やフライホイール調相機運転も容易である。電力系統の軽負荷時に発生する様々な課題（軽負荷時のフェランチ現象による異常電圧、系統安定度等）の解決に有効である。
（３）ガスタービン発電方式（数１０万ｋＷ未満の電気所）
水素ガスタービン発電方式で２０〜８０ＭＷ級の中規模の発電向きである。極低温の液体水素貯蔵装置を保有し、大量の水素ガスを燃焼して高温度ガスでタービンを駆動し発電するので、発電に係わる熱管理が重要である。単体の水素ガスタービンだけでは熱効率が悪い。液体水素や液体酸素の極低温とタービンの廃熱を地域冷暖房と組み合わせて、熱効率を上げることができる（都市内立地のケース）。
（４）コンバイドサイクル発電方式（数１００万ｋＷ以上の電気所）
上記のガスタービン発電装置３台の高温廃熱ガスを蒸気ボイラー（１台）に導き発生した蒸気を利用して蒸気タービン発電機（１台）で発電する。このコンバイドサイクル発電方式が、現在一番熱効率が高い。
なお、（２）〜（４）の発電装置は、ＬＮＧガスに水素ガス１０〜３０％程度混合した燃料を用いて発電してもよい。
【００２４】
（運用形態）
本発明の電力需給平準化システムの運転モードは以下の５種類ある。
（１）発電（揚水発電所代替）モード：
平日の電力需要ピーク時間帯に最大出力で４〜６時間程度の発電を行う。運転時間は事前に生成・貯蔵した水素ガス量で決まる。発電中は電力需給平準化、送電損失減少、二次系統送電電圧安定化を行う。
（２）系統電圧制御専用モード：
前記の電力系統に連繋した発電機（＝同期機）の原動機を切離して連繋系統の同期調相機運転を行い、平日深夜および特異日の軽負荷時の異常電圧を防止する役目を分担する。
（３）電力変動抑制運転モード：
風力発電や鉄鋼所のコールドストリップミル使用により送電線のＰ、Ｑ、Ｖに発生する秒オーダの変動をフラィホィールと同期調相機運転で平滑化する。
（４）水素生成モード：
水電気分解、液体水素生成と液体水素貯蔵を行う一連の運転操作を実行する。
（５）試験モード：
各装置単位に装置の状態をオフラインで試験、チェックする。
（６）停止モード：
運転中の機器を停止させる。
（その他）
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置は、ユニット数を増減することで必要な容量を確保し、制御装置とリンクできる。
現地電気所の制御装置７０および地区遠隔監視制御システム９１の制御装置デスプレー上に運転モードと状態を表示し、運転モード選択操作、実施および停止操作を実行する。
【実施例１】
【００２５】
図１に示す本発明の実施例１は、電力需要が集中する都市内又は都市近郊の多数の電気所に設置され、主として二次系統（６６ｋＶ又は１５４ｋＶ）又は配電系統（６．６ｋＶ）に連繋される小型電力需給平準化システム１００を示す。
【００２６】
（設備構成）
水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させる水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、液体水素をガス化する水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、水素ガスで発電する発電装置５０を備えるが、全て１対１の必要はない。例えば、５セットの水電気分解装置１０と発電装置５０が、２セットの液体水素貯蔵装置３０と水素ガス化装置４０と水素ガスタンク４１を共有して使用するように設計することでコストを低減できる。
発電装置５０は水素ロータリーエンジンに直結された交流同期発電機（発電容量１１０ｋＷ、マツダ水素ロータリーエンジンＲＸ−８、ハイドロエンジンＲＥ、高圧水素ガスタンク３５ＭＰａ）２５台分（２．７５ＭＷ）を１セットとし、将来、４セット程度まで増設可能である。これに加えて、風力発電・太陽光発電等のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力を平滑化し水電気分解装置１０が安定に水を電気分解できるようにするＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、販売する液体水素を出荷する液体水素出荷装置３２、酸素を必要とする病院や工場のために液体酸素を出荷する液体酸素出荷装置３３を設けてもよい。風力発電・太陽光発電等の自然エネルギー発電に良好な地点であれば、風力発電・太陽光発電等の発電装置を設けてもよい。実施例１では、風力発電装置１とＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２とを設けて、風力発電装置１と一般商用電力送電網８０からの電力がＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２で平滑される。
なお、酸素の供給、販売の予定が無い場合は水電気分解直後に空気中に放出するので、この場合は酸素関係の液体酸素貯蔵装置３１、バルブＶ２０２、Ｖ３１１等の関連バルブを閉鎖する。
【００２７】
（設備運用）
各装置配管の自動バルブは全て初期状態では閉となっている。本装置の起動、停止、発電量又は電力受電量等は全て中央給電指令所の電力系統運用自動化システム９０からの指令、制御信号を地区遠隔監視制御システム９１経由で受信して制御装置７０により自動的に運転される。制御装置７０は、上記の一連の機器を備えた電気所内の全装置の運転状況を的確に監視制御する。
水素生成モードでは、制御装置７０は、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１を稼動させ、電力系統連繋装置６０（電気所の母線、保護リレー、遮断器等々）を制御して一般商用電力送配電網８０から深夜電力を受電する。次に、バルブＶ１０１（水素用）とバルブＶ１０２（酸素用）を開いて、深夜電力を使って水電気分解装置１０で水素及び酸素ガスを分離生成する。循環する冷媒と熱交換させることにより、生成された水素ガスと酸素ガスを液化させる冷凍極低温交換器と前記冷媒を圧縮するリサイクル圧縮機で圧縮された冷媒を膨張させる膨張タービンを備えた液体水素・液体酸素製造装置２０で液体水素及び液体酸素を生成する。次に、バルブＶ２０１を開いて、液体水素を液体水素貯蔵装置３０に貯蔵し、バルブＶ２０２を開いて、液体酸素を液体酸素貯蔵装置３１に２４時間以内程度貯蔵する。また、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２で平滑化された風力発電装置１の電力も、水電気分解装置１０の電力として使用する。
発電モードでは、制御装置７０は、電力需要ピーク時に地区遠隔監視自動制御システム９１から発電指令と運転開始指示のデータを受信すると、バルブＶ３０１を開いて、液体水素を水素ガス化装置４０で発電装置５０の廃熱と海水、湖水、河川水等の潜熱等を使ってガス化し、バルブＶ４０１を開いて、水素ガスタンク４１に収納し、バルブＶ４１１を開いて、水素ガスを発電装置５０に供給し、水素ロータリーエンジンを起動、規定回転数に到達すると発電機の自動並列装置が回転数及び電圧を適切に調整して発電機を電力系統に並列する。水素ロータリーエンジン発電機は最大１００台あるが全発電機を数分以内に全て並列できる。発電装置５０で発電された電力は電力系統連繋装置６０により一般商用電力送配電網８０に送電される。
発電を停止する時は電力系統連繋装置６０で当該発電セットの遮断器を制御装置７０から自動又は手動等で開路すると当該セットの全発電機（２５台分）が解列され、当該セットのバルブＶ４１１も自動的に閉鎖され、水素ロータリーエンジンも全てを停止する。また、この系列の全発電機が解列された場合はバルブＶ３０１、Ｖ４０１、Ｖ４１１は自動的に閉鎖される。電力系統の事故で当該セットの遮断器がオフされると当該セットの全発電機（２５台分）も停止され電力系統の事故波及を防止する。
【００２８】
離島用の小規模な単独電力系統に風力発電を導入し、出来るだけ安価にＰ、Ｑ、Ｖの短周期変動を平滑化するケースに適用するＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２は、図８Ａと図８Ｂに示す小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置である。しかし、多くの風力発電機（ＩＧ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒを用いるものが一般的である。）を有する風力発電所を大電力系統に並列するケースに適用するＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２は、図８Ｃに示すＥＤＬＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）装置を使って平滑化を行う大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置である。
図８Ａに示す小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置は台座２１上に設置した同期機２２とフライホイール２３と、同期機２２の軸とフライホイール２３の軸を連結／切離可能に連結するクラッチ２４と、同期機起動並列用サイリスタ励磁装置２５とで構成され、送電線からの電力を用いる同期機並列用サイリスタ励磁装置２５からの直流電流パルスが電源線を通して同期機２２に供給され直流電流パルス・モータとして駆動する。また、図８Ｂに、この小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動に用いる均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式の同期機起動並列用サイリスタ励磁装置２５を示す。均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式はサイリスタ２７、励磁用変圧器（ＰＰＴ）２８、自動電圧調整装置（ＡＶＲ）２９から構成されるサイリスタ逆変換装置を用いて電源周波数を変えることで、周波数に同期して電動機の速度を停止状態から定格速度まで上昇させる起動方式である。サイリスタ２７は、同期機が電源と常に同期を保つように電動機回転位置に同期した点弧信号によって動作する。この小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動は先ず、同期機だけをサイリスタ起動して系統に並列後、クラッチでフライホイール軸を接続する。
大電力系統に並列される多くの風力発電機を有する風力発電所の場合は、前記のフライホイールを用いる小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置では効果が少ないため、図８Ｃに示す大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置を使用する。図８Ｃに示す大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ平滑化装置は、遮断器（ＣＢ：Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）２０１−２０３と、ＤＣ／ＡＣ変換装置２０４、２０５と、高速に充電、放電可能な蓄電池であるＥＤＬＣ装置（Ｂａｔｔｅｒｙ）２０６−２０７とで構成されコンパクトに収容された装置で、ＥＤＬＣ装置２０６−２０７を用いて電気エネルギーを一時的にコンデンサーに蓄電し、この直流電源エネルギーをＰ、Ｑ、Ｖを平滑するようにＤＣ／ＡＣ変換装置２０４、２０５を使って交流変換して電力系統に電力を供給することでＰ、Ｑ、Ｖを平滑するものである。図に示す様にこの運用はＰ、Ｑ、Ｖの目標値を時間のカーブとして目標値を与えることにより時々刻々の目標値からの偏差値（ΔＰ：Ｐの変動量観測値、ΔＶ：Ｖの変動量観測値）を小さくするように制御される。Ｐ、Ｑ、Ｖの目標値を与えるソフトウェアを様々な制御目的に応じた目標値を与えることで、対象とする電力系統に適切な運転を行える。
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２の起動と停止はオペレータの判断により遠隔制御で実施できる。しかし、最新のＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ：人工知能、Ｅｘｐｅｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、Ｆｕｚｚｙ、フラクタル等の総称）理論を使って起動／停止を全自動で実施することもできる。一番簡単な方法は、ｔ１秒間で測定されたＰ、Ｑ、Ｖについてそれぞれｎ個分（通常２〜４個）の最新の観測データから算出したｔ１秒先の予測値に基づいてＰ、Ｑ、Ｖの調整の有無と調整量を求めて制御する。Ｐ、Ｑ、Ｖの観測値が一定の時間、例えば２０分以上、閾値内に留まっている安定な場合はＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を自動的に停止するなど適切なソフトウェアを作ることで自動運転が可能となる。
【００２９】
揚水発電所には無い、または揚水発電所では簡単に実施できない便利な機能を本発明の発電装置５０に持たせることができる。その機能の一つは、電圧調整用同期調相機の機能である。発電装置５０の発電機軸と原動機軸を自動的に切り離して、発電装置５０に、自動的に電力系統の電圧を調整する同期調相機を兼用させることができる。
図９に、支持基礎５３上に設置された水素ガス・ロータリー・エンジン５１と三相交流同期発電機５２とを備える同期調相機兼用の発電装置５０を示す。その動作は次の通りである。先ず、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を起動し、エンジン５１の軸に自動クラッチＡで自動的に連結／切り離し可能な軸を有する三相交流同期発電機を回転させる。この発電機５２を電力系統に並列後、自動クラッチＡの結合を解除し、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を停止させる。以後、電力系統に並列した発電機５２の励磁電流を増やすと有効電力Ｐは零であるが無効電力Ｑを系統側に送出すると、系統電圧が上昇する。逆に、発電機５２の励磁電流を減少させると有効電力Ｐは殆ど零であるが無効電力は−Ｑ（発電機側に吸収）となり、発電機側の電圧が低下する。この励磁電流を自動的に制御することでこの発電機母線の電圧を一定にすることができる。この発電セットの発電機２５台が全て並列後、ロータリーエンジンは全て切り離されているので水素ガスは不要であり、バルブＶ４１１は自動的に閉鎖する。
この同期調相機群を停止するときは回転している同期調相機群を一括又は数台ずつ解列することで同期調相機群を停止できる。
専用の電圧調整用同期調相機を設けるのでなく、電力需要ピーク時には発電機として使用し、軽負荷時にはフェランチ現象の発生防止対策として地区遠隔監視自動制御システム９１から制御装置７０の運転モードを切換えて必要な台数を並列し、同期調相機運転することで電力系統の電圧を所定の範囲に平滑化することができる。事前の予測解析結果から電圧制御が必要との判断がある場合は事前に必要台数を同期調相機として待機させておくこともできる。電力系統の異常な電圧上昇や降下が始まると同期調相機として自動的に無効電力を吸収／送出させることで系統電圧が一定に保たれる。
【００３０】
図１０は、さらに、この発電機５２の他端の軸と同様、自動クラッチで自動的に連結／切り離し可能な軸を有するフライホイール５４を支持基礎５３上に設置した軸受台に取り付けた同期調相機、フライホイール調相機兼用の発電装置５０を示す。水素ガス・ロータリー・エンジン５１と三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４の軸を自動クラッチＡ、Ｂで結合している。先ず、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を起動し、三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４を回転させる。この発電機５２を系統に並列後、自動クラッチＡの結合を解除し、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を停止させる。三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４は並列した電力系統の周波数に同期して回転を続ける。系統周波数が加速上昇しようとすると、その分の電気エネルギーを系統側から吸収することでフライホイール５４の回転も上昇する。他方、系統周波数が減速するとフライホイール５４の回転エネルギーが減少した分を電気エネルギーとして系統側に放出する。このフライホイール効果は離島用の小規模な単独電力系統のみ有効であるが、装置を安価にできる。
通常は、発電機として使用し、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時だけ、地区遠隔監視自動制御システムから制御装置７０の運転モードを同期調相機モードに切換えて必要な台数を並列し、同期調相機として運転することで電圧を所定の範囲に平滑化することができる。また、地区遠隔監視自動制御システム９１から制御装置７０の運転モードを切換えて必要な台数を、フライホイール調相機運転することで電圧や周波数を所定の範囲に平滑化するなど多目的な役割を分担する。
【００３１】
風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーにあまり変動が無い地点ではＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を備える必要はない。
【００３２】
（効 果）
（１）個々のシステムが小型であっても多数分散配置することで、従来の揚水発電所以上の電力需給平準化能力がえられる。更に、電力需給平準化システムを標準化すれば大量生産による生産コスト削減が可能である。また、高額の費用を要するＥＨＶ、ＵＨＶなどの大容量長距離送電線の建設も必要なくなる。且つ、送電損失を大幅に低減できる。
（２）揚水発電所の建設による自然環境破壊もなくＣＯ２排出もない。更に、風力発電・太陽光発電等による電力系統擾乱現象を完全に無縁化するだけでなく、従来利用できなかった領域のエネルギーを吸収して貯蔵後、電力需要のピーク時に安定した良質の電力として高付加価値のクリーンエネルギーとして販売できる。
（３）小型電力需給平準化システム１００は、都市内及び都市近郊の二次送電系統変電所に多数分散配置し、深夜、余剰電力を液体水素生成に使用し、貯蔵することは深夜の都心や都市近郊の電力負荷を増加させることを意味する。従って、深夜の軽負荷時の対策に貢献することになる。また、本方式の装置を深夜に同期調相機運転することで、高価なＳＶＣ、ＳｈＲなどの電圧調相設備を購入設置する必要もなく、且つ、大きい容量の電圧調相設備を得ることができる。深夜や特異日等の軽負荷時に電力系統の異常な電圧上昇防止、不安定化による停電事故防止等の効果がある。
（４）電力系統の質（周波数、電圧、安定供給、コスト等）を改善し、電力系統の安定性も改善して、高付加価値の電力を供給できる。
（５）フェランチ現象による電力系統の異常な電圧上昇だけでなく、風力発電・太陽光発電等からの送電や需要家側の特殊負荷（例えばコールド鉄板圧延、コールドストリップミル使用工場）等による送電線のＰ、Ｑ、Ｖの短周期変動を平滑化することにより、安定した電力で水電気分解を行うことができる。（非特許文献１参照）
【実施例２】
【００３３】
図２に示す本発明の実施例２は、電力需要が集中する都市郊外又は大都市郊外から少々離れたＬＮＧ基地に隣接して設置された大型電気所内に設置され、水素ガスをＬＮＧガス中に１０〜３０％程度まで混入した混合ガスを使用して大型のコンバインドサイクル発電装置で発電する大型電力需給平準化システムである。
図２は水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０と、ＬＮＧガス受入装置Ｌ２０及びＬＮＧを供給するＬＮＧ基地Ｌ５０との関係をも示している。また、近辺に、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギー発電に良好な地点があれば、風力発電・太陽光発電等の発電装置を設けてもよい。この実施例２では、海岸、港湾に面しているので風力発電装置１を構内に設置した。
【００３４】
（設備構成）
この実施例２の電力系統連繋装置６０、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、制御装置７０の機能は実施例１の各装置の機能と同じであるが設備容量の規模が格段に大きい。また、この大型電力需給平準化システム２００はＬＮＧ基地に隣接して設置され、この発電所は運転員及び機器補修要員が常駐する。発電装置５０は、高効率のコンバインドサイクル発電装置（第１系列：１４８ＭＷガスタービン発電機３台、２１８ＭＷ蒸気タービン発電機１台で構成、認可発電容量は５４５ＭＷ、第２系列：第１系列と同じ、発電所としてはこのコンバインドサイクル発電装置の認可出力は１，０９０ＭＷ）である。また、ＬＮＧ基地は、専用港湾、ＬＮＧ陸揚げ装置、ＬＮＧ貯蔵タンク、ＬＮＧ気化装置を保有し、隣接する大型電力需給平準化システム２００に気化したＬＮＧガスをガスパイプで供給している。
【００３５】
（設備運用）
深夜、水電気分解装置１０で余剰電力を使って得た水素や酸素と、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを使って得た水素や酸素を液化して、液体水素を貯蔵装置３０に貯蔵し、液体酸素は貯蔵装置３１に貯蔵する。電力需要ピーク時に合わせ水素ガス化装置４０で海水、河川・湖水等の潜熱や発電装置５０の廃熱を利用して水素をガス化しておく。この水素ガスは水素ガスタンク４１に入った後、水素ガス用バルブＶ４１１を閉鎖したままで、バルブ４１２を開いて水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０に入れる。他方、ＬＮＧガスはＬＮＧ基地Ｌ５０から本システムのＬＮＧガス受入装置（計量装置）Ｌ２０とバルブＬＶ５２１を経由して水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０に入り、水素ガスが１０〜３０％程度混合したＬＮＧ・水素ガス燃料をガスタービンの発電装置５０で燃焼させて発電し、電力系統連繋装置６０を経由して送電線で送電する。
発電中の大型電力需給平準化システム２００を停止するためには、停止モードを選択して該当する大型電力需給平準化システム２００を自動的に停止し、各バルブを閉鎖する。
【００３６】
風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーの発電所がないケースでは大型電力需給平準化システム２００にＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を備える必要はない。
【００３７】
（効 果）
１０〜３０％程度の水素ガスをＬＮＧガスに混合したガスを使ってガスタービン式コンバインドサイクル発電装置で発電することで熱効率が高い（約５５％）。また、液化ＬＮＧ貯蔵とガス化に関する技術と管理は、液体水素貯蔵とガス化に関する技術と管理と共通することが多いので、隣設するＬＮＧ基地に、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１を設置し、ＬＮＧ火力と同様に通常、関連企業となっているＬＮＧ会社の極低温液化ガス装置の運用とメインテナンス技術に精通した要員の知識と技能を有効に活用して、運転、補修、管理等の業務を委託することで要員の削減も可能である。
【実施例３】
【００３８】
図３に示す実施例３は、製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システム３００である。
製鉄所のコークス製造炉Ｆ１０で石炭をコークスへ変換する工程では、コークスガス（ＣＯＧ）に約５５％含まれる水素を排出ガスや廃熱を伴わない圧力スイング（ＰＳＡ法）による吸着分離操作で精製する。また、分離後の残ガスはＣＯＧ或いは他副生ガス系統へ回収し製鉄プロセスの燃料に利用される。
【００３９】
（設備構成）
この実施例３の小型電力需給平準化システム３００は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、液体水素・液体酸素製造装置２０に水素ガスを供給するバルブＦＶ４００、Ｖ２０３を介して水素ガスタンクＦ３０を結合し、さらに液体酸素貯蔵装置３１から液体酸素を供給するバルブＶ３１１、ＦＶ３１２を介して液体酸素貯蔵装置Ｆ３１に結合して構成される。
【００４０】
（設備運用）
小型電力需給平準化システム３００から製鉄所へは、液体酸素貯蔵装置３１のバルブＶ３１１とＦＶ３１２を経由して製鉄所の液体酸素貯蔵装置Ｆ３１に製造した液体酸素を供給する。製鉄所では、液体酸素を酸素ガス化装置Ｆ４０によってガス化して、酸素ガスを酸素ガスタンクに貯蔵し、鉄精錬工程Ｆ４２に役立てる。逆に、製鉄所から小型電力需給平準化システム３００へは、コークス製造炉Ｆ１０の高熱により水分解により生成した高温の水素ガスを、小型電力需給平準化システム３００からパイプで輸送した液体酸素の冷熱を使って高温の水素ガスを水素ガス冷却装置Ｆ２０で冷却後、一端、バルブＦＶ２０１を経由して水素ガスタンクＦ３０に貯蔵してから、バルブＦＶ４００とＶ２０３を経由して小型電力需給平準化システム３００の液体水素・液体酸素製造装置２０に水素ガスを供給する。小型電力需給平準化システム３００では、液体水素として液体水素貯蔵装置３０に貯蔵する。
小型電力需給平準化システム３００の起動から停止までの操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４１】
（効 果）
製鉄所に隣接又は近接して小型電力需給平準化システム３００を設置した発電事業者は、製鉄所から不要の水素ガスの供与を受け、液体水素として貯蔵し、電力需要ピーク時に発電に役立て、他方、製鉄所は、発電事業者から水の電気分解で得た不要の酸素ガスの供与を受けて鉄精錬に役立てることができる。
このように、コンビナート立地型小型電力需給平準化システム３００を設置した発電事業者と隣接した他企業とが水素、酸素、熱（高熱及び冷熱）等を相互に供給する等の様々なコンビナート立地企業間相互協力により、相互に大きなメリットを享受できると共に、ＣＯ２排出も大幅に削減できる。
【実施例４】
【００４２】
石油・天然ガス資源涸渇の対策は全世界の緊急の課題である。この対策として水素自動車の研究開発が進められ、実際の道路での実証試験に入っている。しかし、水素自動車開発が進んできたのに、我国では水素ガスを補給する水素販売スタンドは東京と大阪の実験用スタンド数箇所しかないので、安価に、且つ、安全な水素販売スタンドの開発が課題となっている。
地球温暖化防止のため全地球規模で化石燃料の節約を推進する有力な方策の一つである水素燃料自動車の実用化には水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドの普及が不可欠である。液体水素をタンクローリーで水素燃料販売スタンドに輸送する方法は液体水素輸送途中のタンクローリーが交通事故や大規模地震災害に遭遇した場合には、大変な災害をもたらす可能性が大きいという問題がある。また、大規模地震の復旧では、重要拠点（県庁、警察、病院、通信・電話局等）の電気は数日〜１週間以内に、水道は１〜２ヶ月程度で、都市ガスは２〜３ヶ月程度で再開されている。
図４に示す本発明の実施例４は、簡易、且つ安全な水素燃料自動車用水素燃料販売スタンド網を実現し、以上の課題を解決する水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム４００である。
【００４３】
（設備構成）
実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、水素ガスタンク４１にバルブＶ４０１を介して水素ガス販売メータＳ４１を結合し、さらに制御装置７０に通信ネットワークを介して水素燃料販売会社本社システムＳ４００を結合して構成される。主要な設備は簡易で経済的な免震対策を施す。
【００４４】
（設備運用）
水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム４００の起動から停止までの操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
（効 果）
電気と水さえあれば水素燃料自動車用水素を製造できるのでタンクローリーで運搬する必要が無く、平常時にはタンクローリー車の液体水素輸送コストやタンクローリー車が関係した交通事故を皆無にでき、大規模地震時にも早期復旧が可能な災害に強い水素燃料販売スタンドを提供できる。しかも、販売需要に応じて水素を１〜２日分程度、自所で安価な深夜の余剰電力や風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを利用して製造・貯蔵するので、無駄が無く、水素を安価に供給できる。この結果、水素燃料自動車が普及することで自動車から排出されるＣＯ２の総量を減少させる効果もある。
【実施例５】
【００４６】
人工衛星打上げ頻度が多くなると、離島の人口衛星打上げ基地では、ロケット燃料である液体水素と液体酸素の供給及び基地用非常電源が不足する。
図５に示す本発明の実施例５は、そのような人口衛星打上げ基地用の液体水素・液体酸素補給システム５００である。
【００４７】
（設備構成）
実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、液体水素貯蔵装置３０及び液体酸素貯蔵装置３１をそれぞれ人工衛星打上げ基地用の液体水素貯蔵装置Ｒ３０及び液体酸素貯蔵装置Ｒ３１と断熱パイプで結合し、制御装置７０に通信ネットワークを介してロケット点検・整備サイトＲ４０や人工衛星打上げ基地管制センターＲ１００を結合して構成する。
【００４８】
（設備運用）
人工衛星打上げ準備期間はそれぞれ液体水素貯蔵装置３０及び液体酸素貯蔵装置３１から酸素及び水素を何時でも断熱パイプで輸送できる様に準備する。液体水素及び液体酸素の出荷はバルブＶ３０２及びＶ３１１を開くことで開始する。貯蔵された液体水素及び液体酸素の出荷はそれぞれのバルブを閉じることで終了する。人口衛星打上げ基地用の液体水素・液体酸素補給システム５００のその他の操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４９】
（効 果）
本発明によって、離島の人工衛星打上げ基地でも、人工衛星打上げに必要な多量の液体水素と液体酸素を確保するだけでなく、風力発電・太陽光発電との組合せで無公害の電源を確保できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 風力発電装置
２ Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置
１０ 水電気分解装置
２０ 液体水素・液体酸素製造装置
３０ 液体水素貯蔵装置
３１ 液体酸素貯蔵装置
３２ 液体水素出荷装置
３３ 液体酸素出荷装置
４０ 水素ガス化装置
４１ 水素ガスタンク
５０ 発電装置
５１ 水素ガス・ロータリー・エンジン
５２ 三相交流同期発電機
５３ 支持基礎
５４ フライホイール
６０ 電力系統連繋装置
７０ 制御装置
８０ 一般商用電力送配電網
９０ 電力系統運用自動化システム
９１ 地区遠隔監視自動制御システム
１００ 小型電力需給平準化システム
２００ 大型電力需給平準化システム
３００ 製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システム
４００ 水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム
５００ 人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システム
Ｌ１０ 水素ガス・ＬＮＧガス混合装置
Ｌ２０ ＬＮＧガス受入装置
Ｌ５０ ＬＮＧ基地
Ｆ１０ コークス製造炉
Ｆ２０ 水素ガス冷却装置
Ｆ３０ 水素ガスタンク
Ｆ３１ 液体酸素貯蔵装置
Ｆ４０ 酸素ガス化装置
Ｆ４１ 酸素ガスタンク
Ｆ４２ 鉄精錬工程
ＦＶ１０１、ＦＶ２０１、ＦＶ３１１、ＦＶ３１２、ＦＶ４００、ＦＶ４０１、ＦＶ４１１ 製鉄所構内のバルブ
Ｒ４０ ロケット点検・整備サイト
Ｒ１００ 人工衛星打上げ基地管制センター
ＲＶ３１２、ＲＶ３０３ ロケット点検・整備サイトのバルブ
Ｓ４１ 水素ガス販売メータ
Ｓ４００ 水素燃料販売会社本社システム
ＬＶ５００、ＬＶ５１１、ＬＶ５２１、Ｖ１０１、Ｖ１０２、Ｖ２０１、Ｖ２０２、Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３１１、Ｖ４０１、Ｖ４１１、Ｖ４１２ 電力供給平準化システムのバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の周波数や電圧を安定化させる電力需給平準化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府が２００９年から推進している「スマート・グリッド・プロジェクト」と命名した省エネルギープロジェクトは、需要家側の省エネを目的としているのに対して、本発明は、電力供給者側の省エネを目的としている。
【０００３】
（昼間と深夜の電力需要変動対策）
図６に示すように、電力需要は、一日の間に時間単位で見ても大きく変化するため、電力需給を平準化して電力需要と発電量をバランスさせている揚水発電方式の代替システムとして、深夜の余剰電力を使って水を電気分解して発生した水素ガスを液体水素にして貯蔵しておき、電力需要ピーク時に貯蔵しておいた液体水素をガス化した水素ガスを使用して発電する電力需給平準化システムが考えられていた。（特許文献１参照）
【０００４】
（フェランチ現象の発生防止対策）
都市部の地中ケーブル送電線やＥＨＶ（２〜４導体）、ＵＨＶ（６〜８導体）送電線を数１０回線以上も収容した発変電所の静電容量は、近年非常に大きくなっているため、平日の深夜や、年末年始、５月のゴールデンウィーク、８月お盆休み等（特異日と称す）の期間中は、工場やオフィスが休みで都市の電力需要は大幅に減少するため、フェランチ現象（Ｆｅｒｒａｎｔｉ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）という電力系統の異常な電圧上昇が発生する。このような電力系統の異常な電圧上昇を防止するため、リアクトルや変圧器タップ調整、ＳｈＲ（シャントリアクトル）の全量投入、ＳＣ（静止型コンデンサー）の解列、平行送電線２回線区間の１回線を解列して１回線の送電線として運転する等の対策が行われている。しかし、この１回線の送電線で事故が発生すれば、即、停電となる。更に、送電線事故が無いにも拘らず電力系統が不安定となることもあった。
【０００５】
（地球環境対策）
ＣＯ２排出による地球環境破壊防止のためのグローバルなＣＯ２排出削減規制の強化及び石炭や石油等の化石燃料資源の枯渇によるコストの高騰等のため、化石燃料を使用しない発電方式として、自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した風力発電・太陽光発電等が行われているが、その発電量の変動を吸収するために風力発電・太陽光発電等の電力を使って発生した水素ガスを液体水素にして貯蔵し、その液体水素をガス化した水素ガスを使用して発電することも考えられている。（特許文献２、非特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６３７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−９９３５９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】後藤信、呉国紅、多田泰之、皆川保、「風力発電と電力貯蔵装置併用時における電力システムへの導入効果に関する基礎検討」、電気学会論文誌Ｂ、１２７巻５号、２００７年、６３７−６４４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、揚水発電方式の代替システムとして、従来の深夜の余剰電力に加えて、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも蓄積しておき、電力需要ピーク時に、必要な電力を安定した出力や電圧で提供でき、環境破壊も大量のＣＯ２排出もない安価な無公害の電力需給平準化システムを提供することである。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、自然エネルギーを利用した風力発電・太陽光発電等は、電力需要と無関係に発電され、Ｐ（有効電力）、Ｑ（無効電力）、Ｖ（電圧）が時々刻々大きく変動し、電力系統の安定性を損なう原因となっているので、この課題を解決し、風力発電・太陽光発電等の発電量を有効に利用できるようにすることである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、高価なＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、静止型無効電力補償装置：進相電流量を連続的に０〜最大量まで連続的に、且つ、高速に変化できるもの）、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、静止型無効電力補償装置：Ｖａｒ（無効電力）を＋から−（最大進相電流量から最大遅相電流量）まで連続的に、且つ、変化できるもの）等の設備を配備することなく、フェランチ現象による電力系統の異常な電圧上昇や電力系統の不安定現象を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、多数の電気所に分散配置されて運用される電力需給平準化システムである。風力発電所・太陽光発電所等からＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動の激しい電力を受電する電気所にはＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２も備えて平滑化した電力を昼間に供給し、深夜時間帯では水を電気分解し、水素を貯蔵、翌日の発電に使用する。
【００１２】
本発明の電力需給平準化システムは、水を電気分解して製造された液体水素を液体水素貯蔵装置３０に貯蔵し、電力需要ピーク時に、前記液体水素貯蔵装置３０に貯蔵された液体水素を水素ガス化装置４０でガス化し、その水素ガスを水素ガスタンク４１に貯蔵し、発電装置５０がその水素ガスを用いて発電し、電力系統を使って送電する。
【００１３】
また、本発明の発電装置５０は、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な発電機装置となっている。従って、発電所としての役割を果たすだけでなく、この水素ガス燃焼原動機で駆動し、自動並列装置を使って発電機（同期機）を電力系統に並列後、この水素ガス燃焼原動機軸と発電機軸とを連結するクラッチを切り離して同期調相機運転することで、電力系統網の電圧を平滑化する系統電力系統電圧調整装置として使用する。
【００１４】
平日の深夜および特異日の昼夜に、フェランチ現象の発生防止対策として、本発明のシステムが分散設置されている電気所の発電装置５０を全て調相機運転モードで並列して運転する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来の深夜の余剰電力に加えて、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも蓄積しておくので、電力需要ピーク時に、必要な電力を安定した出力や電圧で提供でき、安定且つ高品質の電力を供給できる。また、本システムは離島などの単独系統で風力発電機を多数設置された場所でも効果が高い。
【００１６】
また、平日の深夜および特異日の昼夜に、フェランチ現象の発生防止対策として、本発明のシステムが分散設置されている電気所の発電装置５０を全て同期調相機運転で並列して置くことで電力系統の異常高電圧の発生を防止できる。
【００１７】
本発明は、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置を備え、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーも液体水素に変換、貯蔵し、電力需要ピーク時に電力エネルギーに変換するので、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを電力会社からも歓迎されるエネルギーに変身させ、わが国のＣＯ２排出量を削減することができる。
【００１８】
本発明は、風力発電・太陽光発電等の変動の激しい電力を液体水素に変換・貯蔵後、電力需要ピーク時に、電力に再変換することで、安定した電力を電力系統に送電することにより従来利用できなかった自然エネルギーも有効に利用できる。また、揚水発電方式と比べ、エネルギーの蓄積と発電を電力需要地近辺で行うので、送電損失は大幅に少なくなる。
【００１９】
本発明の発電装置５０は、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時に、電力系統に並列して同期調相機運転でき、電力系統の電圧を平滑化させることで電力系統の安定度が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１の小型電力需給平準化システムを示す。
【図２】本発明の実施例２の大型電力需給平準化システムを示す。
【図３】本発明の実施例３の製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システムを示す。
【図４】本発明の実施例４の水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステムを示す。
【図５】本発明の実施例５の人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システムを示す。
【図６】電力需要の１日２４時間変動と各種電力エネルギー分担を示す。
【図７】電力系統運用の保安確保及び最適化のための階層構造の運用指令形態を示す。
【図８Ａ】本発明の小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の構成を示す。
【図８Ｂ】本発明の小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動に用いる均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式の同期機起動並列用サイリスタ磁励装置を示す。
【図８Ｃ】本発明の大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の構成を示す。
【図９】本発明の同期調相機兼用の発電装置を示す。
【図１０】本発明の同期調相機、フライホイール調相機兼用の発電装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（前提条件）
電力系統の運用体制は、全世界で、保安確保のために、図７に示す階層構造の運用指令形態を採用している。
（１）各電力会社の中央給電指令所→地区電力系統遠隔監視制御所→電気所（水力、火力、原子力、地熱等の発電所と変電所）にいたる階層制御構造になっている。各電力会社の中央給電指令所の電力系統運用自動化システム（ＥＭＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）９０は、地区電力系統遠隔監視制御所（ＳＣＣ：Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ）の地区遠隔監視制御システム９１を介して各電気所を最適に運用する。電力系統運用自動化システム９０の監視制御情報データはＷＡＮ又はＬＡＮ経由で、ＬＦＣ（Ｌｏａｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、ＥＤＣ（Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御信号は、より信頼度の高い専用ＩＴＣ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｅｌｅｍｅｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を使って伝達される。
（２）水力発電所や変電所は全て無人で、運転は地区電力系統遠隔監視制御所から遠隔監視操作自動制御が実施されている。
【００２２】
電力系統運用自動化システム９０が、本発明の電力需給平準化を実施する場合、送電損失が少なく、電圧変動も少なく、電力系統安定度も良く、コストも最小の電力系統潮流分布になるよう各地の発電所出力を最適化し、複数の電気所に装備された電力需給平準化システムは地区遠隔監視制御システム９１によって自動的に遠隔制御される。本発明の電力需給平準化システムが連繋する電力系統の中央給電指令所の電力系統運用自動化システム９０は、１日２４時間分の全系統総需要（ＭＷ）カーブを予想し、全発電所の最適な発電出力分担を自動的に決定する。
本発明の電力需給平準化システムは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号を受信し、電力需給平準化システムが備える「制御装置７０」のＳＣＡＤＡ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ：制御用信号およびデータの送信、受信、伝達などのデータリンクをＬＡＮ、ＷＡＮ、ＩＴＣ等を使って実施するインターフェース）で、電力系統運用自動化システム９０からの指令、制御信号を受信し、計測データ、制御操作、事故発生・検出等の事象発生時刻をミリ秒単位の精度でスタンピングしているので事故現象解析を的確に、且つ、敏速に事故現象を究明できる。これらのデータは、「制御装置７０」のＳＣＡＤＡでデータ処理され、上位の制御所や指令所にアップロードされる。
【００２３】
（発電装置の方式）
本発明の電力需給平準化システムに用いる発電方式として、次の四つが考えられる。
（１）水素燃料電池方式（数百ｋＷ以下の電気所）
水素燃料電池にも種々な方式と特性があるが、騒音がなく、環境性に優れているがコストは高くなる。貯蔵できるエネルギーも少なく小規模発電向きである。
（２）水素燃料ロータリーエンジン発電方式（数万ｋＷ以下の電気所）
水素ガス、ガソリン、ＬＮＧガス等を使用できる。発電効率は少々劣るが電力需要の直近位置で発電できるので送電損失を大幅に減少できる。補修、運転等は容易、且つ、機器は丈夫である。同期調相機運転やフライホイール調相機運転も容易である。電力系統の軽負荷時に発生する様々な課題（軽負荷時のフェランチ現象による異常電圧、系統安定度等）の解決に有効である。
（３）ガスタービン発電方式（数１０万ｋＷ未満の電気所）
水素ガスタービン発電方式で２０〜８０ＭＷ級の中規模の発電向きである。極低温の液体水素貯蔵装置を保有し、大量の水素ガスを燃焼して高温度ガスでタービンを駆動し発電するので、発電に係わる熱管理が重要である。単体の水素ガスタービンだけでは熱効率が悪い。液体水素や液体酸素の極低温とタービンの廃熱を地域冷暖房と組み合わせて、熱効率を上げることができる（都市内立地のケース）。
（４）コンバイドサイクル発電方式（数１００万ｋＷ以上の電気所）
上記のガスタービン発電装置３台の高温廃熱ガスを蒸気ボイラー（１台）に導き発生した蒸気を利用して蒸気タービン発電機（１台）で発電する。このコンバイドサイクル発電方式が、現在一番熱効率が高い。
なお、（２）〜（４）の発電装置は、ＬＮＧガスに水素ガス１０〜３０％程度混合した燃料を用いて発電してもよい。
【００２４】
（運用形態）
本発明の電力需給平準化システムの運転モードは以下の５種類ある。
（１）発電（揚水発電所代替）モード：
平日の電力需要ピーク時間帯に最大出力で４〜６時間程度の発電を行う。運転時間は事前に生成・貯蔵した水素ガス量で決まる。発電中は電力需給平準化、送電損失減少、二次系統送電電圧安定化を行う。
（２）系統電圧制御専用モード：
前記の電力系統に連繋した発電機（＝同期機）の原動機を切離して連繋系統の同期調相機運転を行い、平日深夜および特異日の軽負荷時の異常電圧を防止する役目を分担する。
（３）電力変動抑制運転モード：
風力発電や鉄鋼所のコールドストリップミル使用により送電線のＰ、Ｑ、Ｖに発生する秒オーダの変動をフラィホィールと同期調相機運転で平滑化する。
（４）水素生成モード：
水電気分解、液体水素生成と液体水素貯蔵を行う一連の運転操作を実行する。
（５）試験モード：
各装置単位に装置の状態をオフラインで試験、チェックする。
（６）停止モード：
運転中の機器を停止させる。
（その他）
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置は、ユニット数を増減することで必要な容量を確保し、制御装置とリンクできる。
現地電気所の制御装置７０および地区遠隔監視制御システム９１の制御装置デスプレー上に運転モードと状態を表示し、運転モード選択操作、実施および停止操作を実行する。
【実施例１】
【００２５】
図１に示す本発明の実施例１は、電力需要が集中する都市内又は都市近郊の多数の電気所に設置され、主として二次系統（６６ｋＶ又は１５４ｋＶ）又は配電系統（６．６ｋＶ）に連繋される小型電力需給平準化システム１００を示す。
【００２６】
（設備構成）
水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させる水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、液体水素をガス化する水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、水素ガスで発電する発電装置５０を備えるが、全て１対１の必要はない。例えば、５セットの水電気分解装置１０と発電装置５０が、２セットの液体水素貯蔵装置３０と水素ガス化装置４０と水素ガスタンク４１を共有して使用するように設計することでコストを低減できる。
発電装置５０は水素ロータリーエンジンに直結された交流同期発電機（発電容量１１０ｋＷ、マツダ水素ロータリーエンジンＲＸ−８、ハイドロエンジンＲＥ、高圧水素ガスタンク３５ＭＰａ）２５台分（２．７５ＭＷ）を１セットとし、将来、４セット程度まで増設可能である。これに加えて、風力発電・太陽光発電等のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力を平滑化し水電気分解装置１０が安定に水を電気分解できるようにするＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、販売する液体水素を出荷する液体水素出荷装置３２、酸素を必要とする病院や工場のために液体酸素を出荷する液体酸素出荷装置３３を設けてもよい。風力発電・太陽光発電等の自然エネルギー発電に良好な地点であれば、風力発電・太陽光発電等の発電装置を設けてもよい。実施例１では、風力発電装置１とＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２とを設けて、風力発電装置１と一般商用電力送電網８０からの電力がＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２で平滑される。
なお、酸素の供給、販売の予定が無い場合は水電気分解直後に空気中に放出するので、この場合は酸素関係の液体酸素貯蔵装置３１、バルブＶ２０２、Ｖ３１１等の関連バルブを閉鎖する。
【００２７】
（設備運用）
各装置配管の自動バルブは全て初期状態では閉となっている。本装置の起動、停止、発電量又は電力受電量等は全て中央給電指令所の電力系統運用自動化システム９０からの指令、制御信号を地区遠隔監視制御システム９１経由で受信して制御装置７０により自動的に運転される。制御装置７０は、上記の一連の機器を備えた電気所内の全装置の運転状況を的確に監視制御する。
水素生成モードでは、制御装置７０は、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１を稼動させ、電力系統連繋装置６０（電気所の母線、保護リレー、遮断器等々）を制御して一般商用電力送配電網８０から深夜電力を受電する。次に、バルブＶ１０１（水素用）とバルブＶ１０２（酸素用）を開いて、深夜電力を使って水電気分解装置１０で水素及び酸素ガスを分離生成する。循環する冷媒と熱交換させることにより、生成された水素ガスと酸素ガスを液化させる冷凍極低温交換器と前記冷媒を圧縮するリサイクル圧縮機で圧縮された冷媒を膨張させる膨張タービンを備えた液体水素・液体酸素製造装置２０で液体水素及び液体酸素を生成する。次に、バルブＶ２０１を開いて、液体水素を液体水素貯蔵装置３０に貯蔵し、バルブＶ２０２を開いて、液体酸素を液体酸素貯蔵装置３１に２４時間以内程度貯蔵する。また、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２で平滑化された風力発電装置１の電力も、水電気分解装置１０の電力として使用する。
発電モードでは、制御装置７０は、電力需要ピーク時に地区遠隔監視自動制御システム９１から発電指令と運転開始指示のデータを受信すると、バルブＶ３０１を開いて、液体水素を水素ガス化装置４０で発電装置５０の廃熱と海水、湖水、河川水等の潜熱等を使ってガス化し、バルブＶ４０１を開いて、水素ガスタンク４１に収納し、バルブＶ４１１を開いて、水素ガスを発電装置５０に供給し、水素ロータリーエンジンを起動、規定回転数に到達すると発電機の自動並列装置が回転数及び電圧を適切に調整して発電機を電力系統に並列する。水素ロータリーエンジン発電機は最大１００台あるが全発電機を数分以内に全て並列できる。発電装置５０で発電された電力は電力系統連繋装置６０により一般商用電力送配電網８０に送電される。
発電を停止する時は電力系統連繋装置６０で当該発電セットの遮断器を制御装置７０から自動又は手動等で開路すると当該セットの全発電機（２５台分）が解列され、当該セットのバルブＶ４１１も自動的に閉鎖され、水素ロータリーエンジンも全てを停止する。また、この系列の全発電機が解列された場合はバルブＶ３０１、Ｖ４０１、Ｖ４１１は自動的に閉鎖される。電力系統の事故で当該セットの遮断器がオフされると当該セットの全発電機（２５台分）も停止され電力系統の事故波及を防止する。
【００２８】
離島用の小規模な単独電力系統に風力発電を導入し、出来るだけ安価にＰ、Ｑ、Ｖの短周期変動を平滑化するケースに適用するＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２は、図８Ａと図８Ｂに示す小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置である。しかし、多くの風力発電機（ＩＧ：Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒを用いるものが一般的である。）を有する風力発電所を大電力系統に並列するケースに適用するＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２は、図８Ｃに示すＥＤＬＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）装置を使って平滑化を行う大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置である。
図８Ａに示す小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置は台座２１上に設置した同期機２２とフライホイール２３と、同期機２２の軸とフライホイール２３の軸を連結／切離可能に連結するクラッチ２４と、同期機起動並列用サイリスタ励磁装置２５とで構成され、送電線からの電力を用いる同期機並列用サイリスタ励磁装置２５からの直流電流パルスが電源線を通して同期機２２に供給され直流電流パルス・モータとして駆動する。また、図８Ｂに、この小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動に用いる均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式の同期機起動並列用サイリスタ励磁装置２５を示す。均一ブリッジ型サイリスタ励磁方式はサイリスタ２７、励磁用変圧器（ＰＰＴ）２８、自動電圧調整装置（ＡＶＲ）２９から構成されるサイリスタ逆変換装置を用いて電源周波数を変えることで、周波数に同期して電動機の速度を停止状態から定格速度まで上昇させる起動方式である。サイリスタ２７は、同期機が電源と常に同期を保つように電動機回転位置に同期した点弧信号によって動作する。この小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置の起動は先ず、同期機だけをサイリスタ起動して系統に並列後、クラッチでフライホイール軸を接続する。
大電力系統に並列される多くの風力発電機を有する風力発電所の場合は、前記のフライホイールを用いる小電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置では効果が少ないため、図８Ｃに示す大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置を使用する。図８Ｃに示す大電力系統用のＰ、Ｑ、Ｖ平滑化装置は、遮断器（ＣＢ：Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）２０１−２０３と、ＤＣ／ＡＣ変換装置２０４、２０５と、高速に充電、放電可能な蓄電池であるＥＤＬＣ装置（Ｂａｔｔｅｒｙ）２０６−２０７とで構成されコンパクトに収容された装置で、ＥＤＬＣ装置２０６−２０７を用いて電気エネルギーを一時的にコンデンサーに蓄電し、この直流電源エネルギーをＰ、Ｑ、Ｖを平滑するようにＤＣ／ＡＣ変換装置２０４、２０５を使って交流変換して電力系統に電力を供給することでＰ、Ｑ、Ｖを平滑するものである。図に示す様にこの運用はＰ、Ｑ、Ｖの目標値を時間のカーブとして目標値を与えることにより時々刻々の目標値からの偏差値（ΔＰ：Ｐの変動量観測値、ΔＶ：Ｖの変動量観測値）を小さくするように制御される。Ｐ、Ｑ、Ｖの目標値を与えるソフトウェアを様々な制御目的に応じた目標値を与えることで、対象とする電力系統に適切な運転を行える。
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２の起動と停止はオペレータの判断により遠隔制御で実施できる。しかし、最新のＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ：人工知能、Ｅｘｐｅｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、Ｆｕｚｚｙ、フラクタル等の総称）理論を使って起動／停止を全自動で実施することもできる。一番簡単な方法は、ｔ１秒間で測定されたＰ、Ｑ、Ｖについてそれぞれｎ個分（通常２〜４個）の最新の観測データから算出したｔ１秒先の予測値に基づいてＰ、Ｑ、Ｖの調整の有無と調整量を求めて制御する。Ｐ、Ｑ、Ｖの観測値が一定の時間、例えば２０分以上、閾値内に留まっている安定な場合はＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を自動的に停止するなど適切なソフトウェアを作ることで自動運転が可能となる。
【００２９】
揚水発電所には無い、または揚水発電所では簡単に実施できない便利な機能を本発明の発電装置５０に持たせることができる。その機能の一つは、電圧調整用同期調相機の機能である。発電装置５０の発電機軸と原動機軸を自動的に切り離して、発電装置５０に、自動的に電力系統の電圧を調整する同期調相機を兼用させることができる。
図９に、支持基礎５３上に設置された水素ガス・ロータリー・エンジン５１と三相交流同期発電機５２とを備える同期調相機兼用の発電装置５０を示す。その動作は次の通りである。先ず、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を起動し、エンジン５１の軸に自動クラッチＡで自動的に連結／切り離し可能な軸を有する三相交流同期発電機を回転させる。この発電機５２を電力系統に並列後、自動クラッチＡの結合を解除し、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を停止させる。以後、電力系統に並列した発電機５２の励磁電流を増やすと有効電力Ｐは零であるが無効電力Ｑを系統側に送出すると、系統電圧が上昇する。逆に、発電機５２の励磁電流を減少させると有効電力Ｐは殆ど零であるが無効電力は−Ｑ（発電機側に吸収）となり、発電機側の電圧が低下する。この励磁電流を自動的に制御することでこの発電機母線の電圧を一定にすることができる。この発電セットの発電機２５台が全て並列後、ロータリーエンジンは全て切り離されているので水素ガスは不要であり、バルブＶ４１１は自動的に閉鎖する。
この同期調相機群を停止するときは回転している同期調相機群を一括又は数台ずつ解列することで同期調相機群を停止できる。
専用の電圧調整用同期調相機を設けるのでなく、電力需要ピーク時には発電機として使用し、軽負荷時にはフェランチ現象の発生防止対策として地区遠隔監視自動制御システム９１から制御装置７０の運転モードを切換えて必要な台数を並列し、同期調相機運転することで電力系統の電圧を所定の範囲に平滑化することができる。事前の予測解析結果から電圧制御が必要との判断がある場合は事前に必要台数を同期調相機として待機させておくこともできる。電力系統の異常な電圧上昇や降下が始まると同期調相機として自動的に無効電力を吸収／送出させることで系統電圧が一定に保たれる。
【００３０】
図１０は、さらに、この発電機５２の他端の軸と同様、自動クラッチで自動的に連結／切り離し可能な軸を有するフライホイール５４を支持基礎５３上に設置した軸受台に取り付けた同期調相機、フライホイール調相機兼用の発電装置５０を示す。水素ガス・ロータリー・エンジン５１と三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４の軸を自動クラッチＡ、Ｂで結合している。先ず、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を起動し、三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４を回転させる。この発電機５２を系統に並列後、自動クラッチＡの結合を解除し、水素ガス・ロータリー・エンジン５１を停止させる。三相交流同期発電機５２及びフライホイール５４は並列した電力系統の周波数に同期して回転を続ける。系統周波数が加速上昇しようとすると、その分の電気エネルギーを系統側から吸収することでフライホイール５４の回転も上昇する。他方、系統周波数が減速するとフライホイール５４の回転エネルギーが減少した分を電気エネルギーとして系統側に放出する。このフライホイール効果は離島用の小規模な単独電力系統のみ有効であるが、装置を安価にできる。
通常は、発電機として使用し、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時だけ、地区遠隔監視自動制御システムから制御装置７０の運転モードを同期調相機モードに切換えて必要な台数を並列し、同期調相機として運転することで電圧を所定の範囲に平滑化することができる。また、地区遠隔監視自動制御システム９１から制御装置７０の運転モードを切換えて必要な台数を、フライホイール調相機運転することで電圧や周波数を所定の範囲に平滑化するなど多目的な役割を分担する。
【００３１】
風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーにあまり変動が無い地点ではＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を備える必要はない。
【００３２】
（効 果）
（１）個々のシステムが小型であっても多数分散配置することで、従来の揚水発電所以上の電力需給平準化能力がえられる。更に、電力需給平準化システムを標準化すれば大量生産による生産コスト削減が可能である。また、高額の費用を要するＥＨＶ、ＵＨＶなどの大容量長距離送電線の建設も必要なくなる。且つ、送電損失を大幅に低減できる。
（２）揚水発電所の建設による自然環境破壊もなくＣＯ２排出もない。更に、風力発電・太陽光発電等による電力系統擾乱現象を完全に無縁化するだけでなく、従来利用できなかった領域のエネルギーを吸収して貯蔵後、電力需要のピーク時に安定した良質の電力として高付加価値のクリーンエネルギーとして販売できる。
（３）小型電力需給平準化システム１００は、都市内及び都市近郊の二次送電系統変電所に多数分散配置し、深夜、余剰電力を液体水素生成に使用し、貯蔵することは深夜の都心や都市近郊の電力負荷を増加させることを意味する。従って、深夜の軽負荷時の対策に貢献することになる。また、本方式の装置を深夜に同期調相機運転することで、高価なＳＶＣ、ＳｈＲなどの電圧調相設備を購入設置する必要もなく、且つ、大きい容量の電圧調相設備を得ることができる。深夜や特異日等の軽負荷時に電力系統の異常な電圧上昇防止、不安定化による停電事故防止等の効果がある。
（４）電力系統の質（周波数、電圧、安定供給、コスト等）を改善し、電力系統の安定性も改善して、高付加価値の電力を供給できる。
（５）フェランチ現象による電力系統の異常な電圧上昇だけでなく、風力発電・太陽光発電等からの送電や需要家側の特殊負荷（例えばコールド鉄板圧延、コールドストリップミル使用工場）等による送電線のＰ、Ｑ、Ｖの短周期変動を平滑化することにより、安定した電力で水電気分解を行うことができる。（非特許文献１参照）
【実施例２】
【００３３】
図２に示す本発明の実施例２は、電力需要が集中する都市郊外又は大都市郊外から少々離れたＬＮＧ基地に隣接して設置された大型電気所内に設置され、水素ガスをＬＮＧガス中に１０〜３０％程度まで混入した混合ガスを使用して大型のコンバインドサイクル発電装置で発電する大型電力需給平準化システムである。
図２は水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０と、ＬＮＧガス受入装置Ｌ２０及びＬＮＧを供給するＬＮＧ基地Ｌ５０との関係をも示している。また、近辺に、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギー発電に良好な地点があれば、風力発電・太陽光発電等の発電装置を設けてもよい。この実施例２では、海岸、港湾に面しているので風力発電装置１を構内に設置した。
【００３４】
（設備構成）
この実施例２の電力系統連繋装置６０、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、制御装置７０の機能は実施例１の各装置の機能と同じであるが設備容量の規模が格段に大きい。また、この大型電力需給平準化システム２００はＬＮＧ基地に隣接して設置され、この発電所は運転員及び機器補修要員が常駐する。発電装置５０は、高効率のコンバインドサイクル発電装置（第１系列：１４８ＭＷガスタービン発電機３台、２１８ＭＷ蒸気タービン発電機１台で構成、認可発電容量は５４５ＭＷ、第２系列：第１系列と同じ、発電所としてはこのコンバインドサイクル発電装置の認可出力は１，０９０ＭＷ）である。また、ＬＮＧ基地は、専用港湾、ＬＮＧ陸揚げ装置、ＬＮＧ貯蔵タンク、ＬＮＧ気化装置を保有し、隣接する大型電力需給平準化システム２００に気化したＬＮＧガスをガスパイプで供給している。
【００３５】
（設備運用）
深夜、水電気分解装置１０で余剰電力を使って得た水素や酸素と、風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを使って得た水素や酸素を液化して、液体水素を貯蔵装置３０に貯蔵し、液体酸素は貯蔵装置３１に貯蔵する。電力需要ピーク時に合わせ水素ガス化装置４０で海水、河川・湖水等の潜熱や発電装置５０の廃熱を利用して水素をガス化しておく。この水素ガスは水素ガスタンク４１に入った後、水素ガス用バルブＶ４１１を閉鎖したままで、バルブ４１２を開いて水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０に入れる。他方、ＬＮＧガスはＬＮＧ基地Ｌ５０から本システムのＬＮＧガス受入装置（計量装置）Ｌ２０とバルブＬＶ５２１を経由して水素ガス・ＬＮＧガス混合装置Ｌ１０に入り、水素ガスが１０〜３０％程度混合したＬＮＧ・水素ガス燃料をガスタービンの発電装置５０で燃焼させて発電し、電力系統連繋装置６０を経由して送電線で送電する。
発電中の大型電力需給平準化システム２００を停止するためには、停止モードを選択して該当する大型電力需給平準化システム２００を自動的に停止し、各バルブを閉鎖する。
【００３６】
風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーの発電所がないケースでは大型電力需給平準化システム２００にＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２を備える必要はない。
【００３７】
（効 果）
１０〜３０％程度の水素ガスをＬＮＧガスに混合したガスを使ってガスタービン式コンバインドサイクル発電装置で発電することで熱効率が高い（約５５％）。また、液化ＬＮＧ貯蔵とガス化に関する技術と管理は、液体水素貯蔵とガス化に関する技術と管理と共通することが多いので、隣設するＬＮＧ基地に、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１を設置し、ＬＮＧ火力と同様に通常、関連企業となっているＬＮＧ会社の極低温液化ガス装置の運用とメインテナンス技術に精通した要員の知識と技能を有効に活用して、運転、補修、管理等の業務を委託することで要員の削減も可能である。
【実施例３】
【００３８】
図３に示す実施例３は、製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システム３００である。
製鉄所のコークス製造炉Ｆ１０で石炭をコークスへ変換する工程では、コークスガス（ＣＯＧ）に約５５％含まれる水素を排出ガスや廃熱を伴わない圧力スイング（ＰＳＡ法）による吸着分離操作で精製する。また、分離後の残ガスはＣＯＧ或いは他副生ガス系統へ回収し製鉄プロセスの燃料に利用される。
【００３９】
（設備構成）
この実施例３の小型電力需給平準化システム３００は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、液体水素・液体酸素製造装置２０に水素ガスを供給するバルブＦＶ４００、Ｖ２０３を介して水素ガスタンクＦ３０を結合し、さらに液体酸素貯蔵装置３１から液体酸素を供給するバルブＶ３１１、ＦＶ３１２を介して液体酸素貯蔵装置Ｆ３１に結合して構成される。
【００４０】
（設備運用）
小型電力需給平準化システム３００から製鉄所へは、液体酸素貯蔵装置３１のバルブＶ３１１とＦＶ３１２を経由して製鉄所の液体酸素貯蔵装置Ｆ３１に製造した液体酸素を供給する。製鉄所では、液体酸素を酸素ガス化装置Ｆ４０によってガス化して、酸素ガスを酸素ガスタンクに貯蔵し、鉄精錬工程Ｆ４２に役立てる。逆に、製鉄所から小型電力需給平準化システム３００へは、コークス製造炉Ｆ１０の高熱により水分解により生成した高温の水素ガスを、小型電力需給平準化システム３００からパイプで輸送した液体酸素の冷熱を使って高温の水素ガスを水素ガス冷却装置Ｆ２０で冷却後、一端、バルブＦＶ２０１を経由して水素ガスタンクＦ３０に貯蔵してから、バルブＦＶ４００とＶ２０３を経由して小型電力需給平準化システム３００の液体水素・液体酸素製造装置２０に水素ガスを供給する。小型電力需給平準化システム３００では、液体水素として液体水素貯蔵装置３０に貯蔵する。
小型電力需給平準化システム３００の起動から停止までの操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４１】
（効 果）
製鉄所に隣接又は近接して小型電力需給平準化システム３００を設置した発電事業者は、製鉄所から不要の水素ガスの供与を受け、液体水素として貯蔵し、電力需要ピーク時に発電に役立て、他方、製鉄所は、発電事業者から水の電気分解で得た不要の酸素ガスの供与を受けて鉄精錬に役立てることができる。
このように、コンビナート立地型小型電力需給平準化システム３００を設置した発電事業者と隣接した他企業とが水素、酸素、熱（高熱及び冷熱）等を相互に供給する等の様々なコンビナート立地企業間相互協力により、相互に大きなメリットを享受できると共に、ＣＯ２排出も大幅に削減できる。
【実施例４】
【００４２】
石油・天然ガス資源涸渇の対策は全世界の緊急の課題である。この対策として水素自動車の研究開発が進められ、実際の道路での実証試験に入っている。しかし、水素自動車開発が進んできたのに、我国では水素ガスを補給する水素販売スタンドは東京と大阪の実験用スタンド数箇所しかないので、安価に、且つ、安全な水素販売スタンドの開発が課題となっている。
地球温暖化防止のため全地球規模で化石燃料の節約を推進する有力な方策の一つである水素燃料自動車の実用化には水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドの普及が不可欠である。液体水素をタンクローリーで水素燃料販売スタンドに輸送する方法は液体水素輸送途中のタンクローリーが交通事故や大規模地震災害に遭遇した場合には、大変な災害をもたらす可能性が大きいという問題がある。また、大規模地震の復旧では、重要拠点（県庁、警察、病院、通信・電話局等）の電気は数日〜１週間以内に、水道は１〜２ヶ月程度で、都市ガスは２〜３ヶ月程度で再開されている。
図４に示す本発明の実施例４は、簡易、且つ安全な水素燃料自動車用水素燃料販売スタンド網を実現し、以上の課題を解決する水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム４００である。
【００４３】
（設備構成）
実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、水素ガスタンク４１にバルブＶ４０１を介して水素ガス販売メータＳ４１を結合し、さらに制御装置７０に通信ネットワークを介して水素燃料販売会社本社システムＳ４００を結合して構成される。主要な設備は簡易で経済的な免震対策を施す。
【００４４】
（設備運用）
水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム４００の起動から停止までの操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
（効 果）
電気と水さえあれば水素燃料自動車用水素を製造できるのでタンクローリーで運搬する必要が無く、平常時にはタンクローリー車の液体水素輸送コストやタンクローリー車が関係した交通事故を皆無にでき、大規模地震時にも早期復旧が可能な災害に強い水素燃料販売スタンドを提供できる。しかも、販売需要に応じて水素を１〜２日分程度、自所で安価な深夜の余剰電力や風力発電・太陽光発電等の自然エネルギーを利用して製造・貯蔵するので、無駄が無く、水素を安価に供給できる。この結果、水素燃料自動車が普及することで自動車から排出されるＣＯ２の総量を減少させる効果もある。
【実施例５】
【００４６】
人工衛星打上げ頻度が多くなると、離島の人口衛星打上げ基地では、ロケット燃料である液体水素と液体酸素の供給及び基地用非常電源が不足する。
図５に示す本発明の実施例５は、そのような人口衛星打上げ基地用の液体水素・液体酸素補給システム５００である。
【００４７】
（設備構成）
実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様の風力発電装置１、Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２、水電気分解装置１０、液体水素・液体酸素製造装置２０、液体水素貯蔵装置３０、液体酸素貯蔵装置３１、水素ガス化装置４０、水素ガスタンク４１、発電装置５０、電力系統連系装置６０、制御装置７０を備え、液体水素貯蔵装置３０及び液体酸素貯蔵装置３１をそれぞれ人工衛星打上げ基地用の液体水素貯蔵装置Ｒ３０及び液体酸素貯蔵装置Ｒ３１と断熱パイプで結合し、制御装置７０に通信ネットワークを介してロケット点検・整備サイトＲ４０や人工衛星打上げ基地管制センターＲ１００を結合して構成する。
【００４８】
（設備運用）
人工衛星打上げ準備期間はそれぞれ液体水素貯蔵装置３０及び液体酸素貯蔵装置３１から酸素及び水素を何時でも断熱パイプで輸送できる様に準備する。液体水素及び液体酸素の出荷はバルブＶ３０２及びＶ３１１を開くことで開始する。貯蔵された液体水素及び液体酸素の出荷はそれぞれのバルブを閉じることで終了する。人口衛星打上げ基地用の液体水素・液体酸素補給システム５００のその他の操作制御は、実施例１の小型電力需給平準化システム１００と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００４９】
（効 果）
本発明によって、離島の人工衛星打上げ基地でも、人工衛星打上げに必要な多量の液体水素と液体酸素を確保するだけでなく、風力発電・太陽光発電との組合せで無公害の電源を確保できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 風力発電装置
２ Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置
１０ 水電気分解装置
２０ 液体水素・液体酸素製造装置
３０ 液体水素貯蔵装置
３１ 液体酸素貯蔵装置
３２ 液体水素出荷装置
３３ 液体酸素出荷装置
４０ 水素ガス化装置
４１ 水素ガスタンク
５０ 発電装置
５１ 水素ガス・ロータリー・エンジン
５２ 三相交流同期発電機
５３ 支持基礎
５４ フライホイール
６０ 電力系統連繋装置
７０ 制御装置
８０ 一般商用電力送配電網
９０ 電力系統運用自動化システム
９１ 地区遠隔監視自動制御システム
１００ 小型電力需給平準化システム
２００ 大型電力需給平準化システム
３００ 製鉄所に隣接又は近接したコンビナート立地型小型電力需給平準化システム
４００ 水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム
５００ 人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システム
Ｌ１０ 水素ガス・ＬＮＧガス混合装置
Ｌ２０ ＬＮＧガス受入装置
Ｌ５０ ＬＮＧ基地
Ｆ１０ コークス製造炉
Ｆ２０ 水素ガス冷却装置
Ｆ３０ 水素ガスタンク
Ｆ３１ 液体酸素貯蔵装置
Ｆ４０ 酸素ガス化装置
Ｆ４１ 酸素ガスタンク
Ｆ４２ 鉄精錬工程
ＦＶ１０１、ＦＶ２０１、ＦＶ３１１、ＦＶ３１２、ＦＶ４００、ＦＶ４０１、ＦＶ４１１ 製鉄所構内のバルブ
Ｒ４０ ロケット点検・整備サイト
Ｒ１００ 人工衛星打上げ基地管制センター
ＲＶ３１２、ＲＶ３０３ ロケット点検・整備サイトのバルブ
Ｓ４１ 水素ガス販売メータ
Ｓ４００ 水素燃料販売会社本社システム
ＬＶ５００、ＬＶ５１１、ＬＶ５２１、Ｖ１０１、Ｖ１０２、Ｖ２０１、Ｖ２０２、Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３１１、Ｖ４０１、Ｖ４１１、Ｖ４１２ 電力供給平準化システムのバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気所に分散配置し、運用する電力需給平準化システムであって、
風力発電装置（１）と、
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置（２）と、
水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生する水電気分解装置（１０）と、
前記水電気分解装置（１０）が発生する水素ガスと酸素ガスを液化する液体水素・液体酸素製造装置（２０）と、
前記液体水素・液体酸素製造装置（２０）で製造された液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵装置（３０）と、
前記液体水素・液体酸素製造装置（２０）で製造された液体酸素を貯蔵する液体酸素貯蔵装置（３１）と、
液体水素をガス化する水素ガス化装置（４０）と、
その水素ガスを貯蔵する水素ガスタンク（４１）と、
その水素ガスを用いて発電する発電装置（５０）と、
一般商用電力送配電網（８０）から電力を受電する電力系統連繋装置（６０）と、
上位の電力系統運用自動化システム（９０）及び地区遠隔監視自動制御システム装置（９１）とデータリンクし、上記の一連の機器を備えた電気所内の全装置の運転状況を的確に監視制御する制御装置（７０）と、
から構成され、
前記水電気分解装置（１０）は、風力発電装置（１）及び電力系統連繋装置（６０）からのＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力をＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２によって平滑化した電力で水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生し、
電力需要ピーク時に、前記液体水素貯蔵装置（３０）に貯蔵された液体水素を前記水素ガス化装置（４０）でガス化し、その水素ガスを水素ガスタンク（４１）に貯蔵し、前記発電装置（５０）がその水素ガスを用いて発電する電力需給平準化システム。
【請求項２】
請求項１に記載された電力需給平準化システムにおいて、
さらに、ＬＮＧ基地（Ｌ５０）からＬＮＧガスと前記水素ガスタンク（４１）に貯蔵された水素ガスとを混合する混合装置（Ｌ１０）を備え、前記発電装置（５０）でこの混合ガスを用いて発電する電力需給平準化システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電力需給平準化システムにおいて、
製鉄所に隣接又は近接した前記電気所に配置され、
製鉄所で生成される水素ガスを取り入れ、酸素ガスを製鉄所に供給する電力需給平準化システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電力需給平準化システムにおいて、
コンビナートに立地する前記電気所に設置され、隣接する他企業と水素、酸素、熱（高熱及び冷熱）等を相互に供給する電力需給平準化システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電力需給平準化システムの前記水素ガスタンク（４１）に水素ガス販売メータ（Ｓ４１）を結合して構成した水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の電力需給平準化システムの前記液体水素貯蔵装置（３０）及び液体酸素貯蔵装置（３１）を、それぞれ人工衛星打上げ基地用の液体水素貯蔵装置（Ｒ３０）及び液体酸素貯蔵装置（Ｒ３１）と断熱パイプで結合して構成した人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力需給平準化システムにおいて、
前記発電装置（５０）は、水素ガス燃焼原動機（５１）と発電機（５２）とを備え、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な水素ガス燃焼エンジン発電機装置であって、
前記発電装置（５０）は、前記水素ガス燃焼原動機（５１）で駆動し、自動並列装置を使って発電機を電力系統に並列後、水素ガス燃焼原動機軸を切り離し、前記水素ガス燃焼原動機（５１）を停止させることにより、同期調相機として電圧を平滑化させる電力需給平準化システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力需給平準化システムにおいて、
前記発電装置（５０）は、水素ガス燃焼原動機（５１）と発電機（５２）とを備え、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な水素ガス燃焼エンジン発電機装置であって、
前記発電装置（５０）は、前記水素ガス燃焼原動機（５１）で駆動し、この発電機を電力系統に並列後、水素ガス燃焼原動機軸との結合を切り離し、前記水素ガス燃焼原動機（５１）を停止させることにより、前記発電装置（５０）は、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時に電力系統に並列された同期調相機として電力系統の電圧を平滑化させる電力需給平準化システム。
【請求項１】
複数の電気所に分散配置し、運用する電力需給平準化システムであって、
風力発電装置（１）と、
Ｐ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置（２）と、
水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生する水電気分解装置（１０）と、
前記水電気分解装置（１０）が発生する水素ガスと酸素ガスを液化する液体水素・液体酸素製造装置（２０）と、
前記液体水素・液体酸素製造装置（２０）で製造された液体水素を貯蔵する液体水素貯蔵装置（３０）と、
前記液体水素・液体酸素製造装置（２０）で製造された液体酸素を貯蔵する液体酸素貯蔵装置（３１）と、
液体水素をガス化する水素ガス化装置（４０）と、
その水素ガスを貯蔵する水素ガスタンク（４１）と、
その水素ガスを用いて発電する発電装置（５０）と、
一般商用電力送配電網（８０）から電力を受電する電力系統連繋装置（６０）と、
上位の電力系統運用自動化システム（９０）及び地区遠隔監視自動制御システム装置（９１）とデータリンクし、上記の一連の機器を備えた電気所内の全装置の運転状況を的確に監視制御する制御装置（７０）と、
から構成され、
前記水電気分解装置（１０）は、風力発電装置（１）及び電力系統連繋装置（６０）からのＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動が激しい電力をＰ、Ｑ、Ｖ短周期変動平滑化装置２によって平滑化した電力で水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生し、
電力需要ピーク時に、前記液体水素貯蔵装置（３０）に貯蔵された液体水素を前記水素ガス化装置（４０）でガス化し、その水素ガスを水素ガスタンク（４１）に貯蔵し、前記発電装置（５０）がその水素ガスを用いて発電する電力需給平準化システム。
【請求項２】
請求項１に記載された電力需給平準化システムにおいて、
さらに、ＬＮＧ基地（Ｌ５０）からＬＮＧガスと前記水素ガスタンク（４１）に貯蔵された水素ガスとを混合する混合装置（Ｌ１０）を備え、前記発電装置（５０）でこの混合ガスを用いて発電する電力需給平準化システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電力需給平準化システムにおいて、
製鉄所に隣接又は近接した前記電気所に配置され、
製鉄所で生成される水素ガスを取り入れ、酸素ガスを製鉄所に供給する電力需給平準化システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電力需給平準化システムにおいて、
コンビナートに立地する前記電気所に設置され、隣接する他企業と水素、酸素、熱（高熱及び冷熱）等を相互に供給する電力需給平準化システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電力需給平準化システムの前記水素ガスタンク（４１）に水素ガス販売メータ（Ｓ４１）を結合して構成した水素燃料自動車用水素燃料販売スタンドシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の電力需給平準化システムの前記液体水素貯蔵装置（３０）及び液体酸素貯蔵装置（３１）を、それぞれ人工衛星打上げ基地用の液体水素貯蔵装置（Ｒ３０）及び液体酸素貯蔵装置（Ｒ３１）と断熱パイプで結合して構成した人口衛星打上げ基地用液体水素・液体酸素補給システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力需給平準化システムにおいて、
前記発電装置（５０）は、水素ガス燃焼原動機（５１）と発電機（５２）とを備え、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な水素ガス燃焼エンジン発電機装置であって、
前記発電装置（５０）は、前記水素ガス燃焼原動機（５１）で駆動し、自動並列装置を使って発電機を電力系統に並列後、水素ガス燃焼原動機軸を切り離し、前記水素ガス燃焼原動機（５１）を停止させることにより、同期調相機として電圧を平滑化させる電力需給平準化システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力需給平準化システムにおいて、
前記発電装置（５０）は、水素ガス燃焼原動機（５１）と発電機（５２）とを備え、発電機軸と水素ガス燃焼原動機軸を自動的に連結／切り離し可能な水素ガス燃焼エンジン発電機装置であって、
前記発電装置（５０）は、前記水素ガス燃焼原動機（５１）で駆動し、この発電機を電力系統に並列後、水素ガス燃焼原動機軸との結合を切り離し、前記水素ガス燃焼原動機（５１）を停止させることにより、前記発電装置（５０）は、フェランチ現象の発生防止対策が必要な時に電力系統に並列された同期調相機として電力系統の電圧を平滑化させる電力需給平準化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８２５１６（Ｐ２０１１−１８２５１６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２６０５（Ｐ２０１０−４２６０５）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（５１００５５１３８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（５１００５５１３８）
【Ｆターム（参考）】
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