JP6393242B2 - Power storage system, energy storage management system - Google Patents
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Description
本発明は、電力貯蔵システムおよびエネルギー貯蔵管理システムに関する。 The present invention relates to a power storage system and an energy storage management system.
近年、地球温暖化問題の観点から、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用して発電を行う電力システムを導入する重要性が増している。しかし、こうした再生可能エネルギーを用いた発電では、気象条件の変化により秒から分単位での電力変動が生じることで、送電網に流れる電力の周波数や電圧の安定性に悪影響を与えることが懸念される。 In recent years, from the viewpoint of global warming, the importance of introducing a power system that generates power using renewable energy such as sunlight and wind power has been increasing. However, in power generation using such renewable energy, there is a concern that power fluctuations in seconds to minutes due to changes in weather conditions will adversely affect the frequency and voltage stability of power flowing through the power grid. The
上記に関して、送電網に対する電力安定化サービスを送電網の運営管理者に有償で提供するサービス事業者の存在が知られている。サービス事業者は、電池を用いて電力を貯蔵および放出することができる、電力貯蔵システム(Battery Energy Storage System:BESS)を利用して、必要に応じて送電網との間で充放電を行う。これにより、送電網に流れる電力の周波数や電圧の変動を抑えて、電力安定化サービスを提供し、金銭的利益を得ている。 With respect to the above, there is known a service provider that provides a power stabilization service for a power transmission network to an operation manager of the power transmission network for a fee. A service provider uses a power storage system (Battery Energy Storage System: BESS) that can store and release power using a battery, and performs charging / discharging with a power transmission network as necessary. This suppresses fluctuations in the frequency and voltage of power flowing through the power transmission network, provides a power stabilization service, and obtains a monetary profit.
BESSに用いられる電池は、BESSの動作条件や、BESSが置かれる環境条件に応じて、その容量が徐々に減少すると共に、その内部抵抗が徐々に増加する。電池容量の減少はBESSが充放電可能な電力量の低下につながり、内部抵抗の増加は発熱量の増加につながる。その結果、BESSの有用性が年々低下すると共に、電池の温度調節を行う冷却システムの運用コストが年々増加する。そのため、サービス事業者は、電池の寿命期間を通してBESSの有用性を維持すると共に、冷却システムによる効率的な温度調節を実現できる手法を求めている。 The battery used for BESS gradually decreases its capacity and gradually increases its internal resistance according to the operating conditions of BESS and the environmental conditions where BESS is placed. A decrease in battery capacity leads to a decrease in the amount of power that BESS can charge and discharge, and an increase in internal resistance leads to an increase in the amount of heat generated. As a result, the usefulness of BESS decreases year by year, and the operating cost of a cooling system that adjusts the temperature of the battery increases year by year. For this reason, service providers are demanding a technique that can maintain the usefulness of BESS throughout the lifetime of the battery and that can realize efficient temperature adjustment by the cooling system.
従来、自然エネルギーを電力に変換して出力する分散型電源から電力系統へ供給される電力の変動を抑制する分散型電源の出力平準化システムにおいて、空調設備による熱エネルギーを蓄えるための熱蓄積手段を備えたものが提案されている(特許文献1参照)。この熱蓄積手段に過剰となった熱エネルギーを一旦蓄えておき、将来的に熱蓄積手段からその熱エネルギーを放出させることで、空調設備から放出される熱エネルギーを有効に利用することができる。 Conventionally, in an output leveling system of a distributed power source that suppresses fluctuations in power supplied to a power system from a distributed power source that converts natural energy into electric power and outputs it, heat storage means for storing thermal energy by air conditioning equipment There has been proposed (see Patent Document 1). By temporarily storing excess heat energy in the heat storage means and releasing the heat energy from the heat storage means in the future, the heat energy released from the air conditioning equipment can be used effectively.
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、熱蓄積手段を用いて熱エネルギーの有効利用を図ることはできるが、BESSの有用性維持や運用コスト低減を図ることはできない。
However, the apparatus described in
本発明による電力貯蔵システムは、送電網に対する電力安定化のサービスを提供するものであって、充放電可能な電池と、前記電池と前記送電網の間で入出力される電力を相互に変換する電力変換装置と、前記電池の温度を調節する空調システムと、前記電力貯蔵システムの動作を制御するエネルギー管理装置と、を備え、前記空調システムは、冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー貯蔵システムと熱的に結合可能であり、前記エネルギー管理装置は、前記電池の充電状態および前記熱エネルギー貯蔵システムの冷熱エネルギー貯蔵状態に基づいて、前記空調システムおよび前記熱エネルギー貯蔵システムの動作を制御すると共に、前記電池の充放電を制御し、前記熱エネルギー貯蔵システムは、水または氷が貯蔵された断熱タンクと、前記断熱タンクに貯蔵された水を冷却して氷に変化させる冷却器と、前記断熱タンクと前記空調システムを熱的に結合するための第1の冷媒配管と、前記第1の冷媒配管内で冷媒を循環させる冷媒ポンプと、を備え、前記空調システムは、第2の冷媒配管と、前記第2の冷媒配管を流れる冷媒を減圧して気化させることにより冷気を生成するエバポレーターと、前記エバポレーターで気化された冷媒を圧縮するコンプレッサーと、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒を放熱して液化する放熱器と、前記第2の冷媒配管を流れる冷媒の経路を前記放熱器または前記第1の冷媒配管のいずれかに切り替えるためのバルブと、を備え、前記エネルギー管理装置は、氷貯蔵モードまたは氷冷却モードのいずれかの動作モードにより前記熱エネルギー貯蔵システムを動作させると共に、通常モードまたは蓄熱モードのいずれかの動作モードにより前記空調システムを動作させ、前記氷貯蔵モードで動作する場合、前記熱エネルギー貯蔵システムは、前記冷却器を動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された水を冷却して氷に変化させ、前記氷冷却モードで動作する場合、前記熱エネルギー貯蔵システムは、前記冷媒ポンプを動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された氷により冷却された冷媒が前記第1の冷媒配管を介して前記空調システムに流れるようにし、前記通常モードで動作する場合、前記空調システムは、前記第2の冷媒配管から前記放熱器に冷媒が流れるように前記バルブを動作させると共に、前記エバポレーター、前記コンプレッサーおよび前記放熱器を動作させることで、前記冷気を生成し、前記蓄熱モードで動作する場合、前記空調システムは、前記第2の冷媒配管から前記第1の冷媒配管に冷媒が流れるように前記バルブを動作させると共に、前記コンプレッサーおよび前記放熱器を動作させずに前記エバポレーターを動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された氷により冷却された冷媒を用いて前記冷気を生成する。
本発明によるエネルギー貯蔵管理システムは、上記の電力貯蔵システムと、前記空調システムと熱的に結合可能であって冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー貯蔵システムと、を備える。
The power storage system according to the present invention provides a power stabilization service for a power transmission network, and mutually converts a chargeable / dischargeable battery and power input / output between the battery and the power transmission network. A power conversion device, an air conditioning system that adjusts the temperature of the battery, and an energy management device that controls the operation of the power storage system, the air conditioning system including a thermal energy storage system capable of storing cold energy and a heat The energy management device controls operations of the air conditioning system and the thermal energy storage system based on a charge state of the battery and a cold energy storage state of the thermal energy storage system, and and controls charging and discharging of the battery, the thermal energy storage system includes a heat insulating tank water or ice is stored, A cooler that cools the water stored in the heat insulation tank and converts it into ice, a first refrigerant pipe for thermally coupling the heat insulation tank and the air conditioning system, and the first refrigerant pipe. A refrigerant pump for circulating the refrigerant, and the air conditioning system includes: a second refrigerant pipe; an evaporator that generates cold air by depressurizing and evaporating the refrigerant flowing through the second refrigerant pipe; and the evaporator A compressor that compresses the vaporized refrigerant; a radiator that radiates and liquefies the refrigerant compressed by the compressor; and a path of the refrigerant that flows through the second refrigerant pipe of the radiator or the first refrigerant pipe. A valve for switching to one of the above, and the energy management device is configured to operate the thermal energy in one of an ice storage mode and an ice cooling mode. When operating the storage system, operating the air conditioning system in either the normal mode or the heat storage mode, and operating in the ice storage mode, the thermal energy storage system operates the cooler. When the water stored in the heat insulation tank is cooled to change into ice and is operated in the ice cooling mode, the thermal energy storage system is stored in the heat insulation tank by operating the refrigerant pump. When the refrigerant cooled by ice flows to the air conditioning system through the first refrigerant pipe and operates in the normal mode, the air conditioning system causes the refrigerant to flow from the second refrigerant pipe to the radiator. Operate the valve to flow and operate the evaporator, compressor and radiator. When the cold air is generated and operated in the heat storage mode, the air conditioning system operates the valve so that the refrigerant flows from the second refrigerant pipe to the first refrigerant pipe, and the compressor In addition, by operating the evaporator without operating the radiator, the cold air is generated using the refrigerant cooled by the ice stored in the heat insulating tank .
An energy storage management system according to the present invention includes the above-described power storage system and a thermal energy storage system that can be thermally coupled to the air conditioning system and can store cold energy.
本発明によれば、冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー蓄積装置を用いて、BESSの有用性維持や運用コスト低減を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the usefulness maintenance of BESS and operation cost reduction can be aimed at using the thermal energy storage device which can store cold energy.
以下の実施形態では、前述のようにBESSと呼ばれる電力貯蔵システムについて説明する。 In the following embodiments, a power storage system called BESS will be described as described above.
米国などの国や地域では、送電網の運営や維持管理を行う運営管理者として、RTO(Regional Transmission Organization)やISO(Independent Transmission Operator)と呼ばれる機関が存在する。こうした送電網の運営管理者には、多様な発電設備で発電された電力を利用しつつ、送電網から消費者に供給される電力の周波数や電圧を一定の範囲内に維持する責務がある。さらに、送電網の運営管理者に対して、供給電力の安定化のために、周波数調整、無効電力の供給および電圧制御、系統再起動などの補助的なサービスを提供するサービス事業者の存在が知られている。こうしたサービス事業者は、前述のようにBESSを利用して、上記のような電力安定化サービスを提供し、その内容や提供時間に応じた対価を送電網の運営管理者から得ることで収益を上げている。 In countries and regions such as the United States, there are organizations called RTO (Regional Transmission Organization) and ISO (Independent Transmission Operator) as operation managers who operate and maintain the transmission network. The operation manager of such a power transmission network is responsible for maintaining the frequency and voltage of power supplied from the power transmission network to consumers within a certain range while using the power generated by various power generation facilities. In addition, there are service providers that provide auxiliary services such as frequency adjustment, reactive power supply and voltage control, system restart, etc. Are known. As mentioned above, these service providers use BESS to provide the power stabilization service as described above, and obtain revenue from the operation manager of the power grid by obtaining compensation according to the content and provision time. Raised.
上記のような送電網への電力安定化サービスの提供に利用されるBESSは、一般に、充放電可能な複数の電池、電力変換装置、BESSが設置される施設内の温度を調節する空調システム、電池の充放電を含めたBESS全体の動作を制御する電池管理システムなどから構成される。電池の特性は、容量(Ah)、内部抵抗(Ω)、充電状態(State Of Charge:SOC)(%)などによって表される。また、電池の劣化が進むと、その容量が減少すると共に内部抵抗が増加していく。電池を劣化させる要因は、電池の充放電に用いられるSOCの範囲、充放電サイクルの数や周期、充放電電流、外気温などを含む。 BESS used for providing power stabilization services to the power transmission network as described above is generally a plurality of batteries that can be charged and discharged, a power conversion device, an air conditioning system that adjusts the temperature in a facility where the BESS is installed, The battery management system is configured to control the entire operation of the BESS including charging and discharging of the battery. The characteristics of the battery are represented by capacity (Ah), internal resistance (Ω), state of charge (SOC) (%), and the like. As the battery deteriorates, its capacity decreases and the internal resistance increases. Factors that degrade the battery include the SOC range used for charging and discharging the battery, the number and period of charge and discharge cycles, the charge and discharge current, and the outside air temperature.
図1は、本発明の一実施形態に係るエネルギー貯蔵管理システムの概略構成図である。図1に示すエネルギー貯蔵管理システム1は、BESS2と、BESS2に接続された熱エネルギー貯蔵システム(Thermal Energy Storage System:TESS)3により構成される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an energy storage management system according to an embodiment of the present invention. An energy
BESS2は、電池4、電力変換装置(Power Conditioning System:PCS)5、空調システム6、エネルギー管理装置7および通信端末8を有する。
The BESS 2 includes a
電池4は、電気化学反応を用いて化学エネルギーと電気エネルギーを相互に変換することで充放電可能な二次電池であり、1または複数の電池セルによって構成される。電池4は、PCS5を介して送電網9と接続されている。PCS5は、電池4からの直流電力を交流電力に変換して送電網9に出力したり、反対に送電網9からの交流電力を直流電力に変換して電池4に出力したりする。電池4およびPCS5の動作は、エネルギー管理装置7によって制御される。
The
空調システム6は、BESS2が設置された施設内の温度を電池4の動作条件に応じた適切な温度範囲内に維持するための空調制御を行う。これにより、BESS2の動作中に電池4の温度が適切となるように調節される。空調システム6は、エネルギー管理装置7によってその動作が制御される。空調システム6の詳細については後述する。
The
エネルギー管理装置7は、管理センター10から送信された情報を通信端末8を介して受信する。管理センター10は、送電網9の運営や維持管理などを行う機関である前述のRTOやISOに設置されており、これらの機関がBESS2に対して要求するサービスの内容を示す情報をBESS2に送信する。また、エネルギー管理装置7は、不図示の電圧、電流、温度の各センサからの出力信号を受信する。受信したこれらの情報に基づいて、エネルギー管理装置7は、電池4およびPCS5に対する充放電制御や、空調システム6の制御などを行う。
The
TESS3は、冷熱エネルギーを貯蔵可能なシステムである。TESS3は、エネルギー管理装置7によってその動作が制御されることで、空調システム6と熱的に結合可能である。TESS3の詳細については後述する。
The TESS 3 is a system capable of storing cold energy. The operation of the TESS 3 is controlled by the
図2は、本発明の一実施形態に係る熱エネルギー貯蔵システム(TESS)3および空調システム6の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a thermal energy storage system (TESS) 3 and an
空調システム6は、放熱器61、コンプレッサー62、エバポレーター63、冷媒配管64、バルブ65a、65b、65cおよび65d、ブロワー66、ファン67および制御部68を備える。TESS3は、断熱タンク31、冷媒配管32、冷媒ポンプ33、冷却器34および制御部35を備える。
The
空調システム6において、冷媒配管64は、放熱器61、コンプレッサー62およびエバポレーター63の間に設けられている。また、冷媒配管64は、TESS3に設けられた冷媒配管32と接続されている。冷媒配管64を流れる冷媒の経路は、バルブ65a〜65dによって制御される。
In the
エバポレーター63は、冷媒を減圧して気化させることにより冷気を生成する。ブロワー66およびファン67は、エバポレーター63で生成された冷気を送風する。これにより、BESS2が設置された施設の冷却が行われる。コンプレッサー62は、エバポレーター63で気化された冷媒を圧縮する。放熱器61は、コンプレッサー62で圧縮された冷媒を放熱して液化する。制御部68は、図1のエネルギー管理装置7からの指令に応じて、これら空調システム6の各構成要素の動作を制御する。
The
空調システム6は、エネルギー管理装置7からの指令に従い、通常モードまたは蓄熱モードのいずれかの動作モードで動作することができる。通常モードで動作する場合、制御部68は、バルブ65aおよび65bを閉じて、バルブ65cおよび65dを開くように各バルブを制御する。また、図1の送電網9から供給される電力を用いて、放熱器61、コンプレッサー62およびエバポレーター63を動作させる。これにより、冷媒配管64を介して冷媒を放熱器61、コンプレッサー62およびエバポレーター63に循環させ、施設の冷却が行われるようにする。
The
一方、蓄熱モードで動作する場合、制御部68は、バルブ65aおよび65bを開いて、バルブ65cおよび65dを閉じるように各バルブを制御する。また、放熱器61およびコンプレッサー62の動作を停止し、エバポレーター63のみを動作させる。これにより、空調システム6の冷媒配管64およびTESS3の冷媒配管32を通して冷媒が流れるようにする。
On the other hand, when operating in the heat storage mode, the
TESS3において、断熱タンク31には、温度に応じてその構造(形態)が変化する相変化物質、たとえば水(氷)等が貯蔵されている。断熱タンク31は、冷媒配管32と接続されていると共に、冷却器34が取り付けられている。冷媒配管32には、冷媒配管32内で冷媒を循環させるための冷媒ポンプ33が設けられている。制御部35は、図1のエネルギー管理装置7からの指令に応じて、これらTESS3の各構成要素の動作を制御する。
In the
TESS3は、エネルギー管理装置7からの指令に従い、氷貯蔵モードまたは氷冷却モードのいずれかの動作モードで動作することができる。氷貯蔵モードで動作する場合、制御部35は、BESS2の電池4からPCS5を介して供給される電力、または図1の送電網9から供給される電力を用いて、冷却器34を動作させる。これにより、断熱タンク31内の水を冷却器34で冷却して氷に変化させる。
The
一方、氷冷却モードで動作する場合、制御部35は、BESS2の電池4からPCS5を介して供給される電力、または図1の送電網9から供給される電力を用いて、冷媒ポンプ33を動作させる。このとき同時に空調システム6を蓄熱モードで動作させることにより、前述のように、空調システム6の冷媒配管64およびTESS3の冷媒配管32を通して冷媒が流れるようにする。これにより、断熱タンク31内に貯蔵されている氷により冷却された冷媒が、冷媒配管64および冷媒配管32を介して空調システム6のエバポレーター63に流れるようにして、施設の冷却を行うようにする。なお、断熱タンク31内に貯蔵されている氷は、冷媒から熱を吸収することで溶けて水になる。
On the other hand, when operating in the ice cooling mode, the
図3は、エネルギー管理装置7の入出力信号および機能構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing input / output signals and a functional configuration of the
エネルギー管理装置7には、図1の管理センター10から通信端末8を介して、BESS2が送電網9に対して充放電すべき電力の要求値を表す充放電要求信号P_RTOおよび電気料金の情報が入力される。また、不図示の電流センサおよび電圧センサから、電池4の入出力電流を表す電池電流信号I_Batteryおよび電池4の電圧を表す電池電圧信号V_Batteryがそれぞれ入力される。また、不図示の温度センサから、BESS2の周囲温度を表す周囲温度情報T_ambientおよび電池4の温度を表す電池温度情報T_cellsが入力される。また、図2に示したTESS3の制御部35から、TESS3の状態を表すTESS状態信号TESS_stateが入力される。
The
エネルギー管理装置7は、電池容量計算部71、SOC計算部72、電力配分計算部73、動作モード設定部74および記憶部75の機能モジュールを有する。エネルギー管理装置7は、所定のプログラムをコンピュータで実行することにより、これらの機能モジュールを実現することができる。
The
電池容量計算部71は、電池電流信号I_Battery、電池電圧信号V_Batteryおよび電池温度情報T_cellsに基づいて、電池4の現在の充電容量を計算する。SOC計算部72は、電池容量計算部71により計算された電池4の現在の充電容量と、電池電流信号I_Battery、電池電圧信号V_Batteryおよび電池温度情報T_cellsに基づいて、電池4のSOCを計算する。電力配分計算部73は、SOC計算部72により計算された電池4のSOCと、充放電要求信号P_RTOおよびTESS状態信号TESS_stateに基づいて、冷媒ポンプ33や冷却器34を動作させるためのTESS3の消費電力と電池4の充放電電力の間での電力配分を計算する。電力配分計算部73による電力配分の計算結果は、TESS電力信号P_TESS、電池電力信号P_Batteryとして、TESS3の制御部35とBESS2の電池4およびPCS5にそれぞれ出力される。動作モード設定部74は、電力配分計算部73により計算された電力配分に基づいて、空調システム6の動作モードおよびTESS3の動作モードを設定する。動作モード設定部74によるこれらの動作モードの設定結果は、空調システム6の制御部68とTESS3の制御部35にそれぞれ出力される。記憶部75には、電池容量計算部71、SOC計算部72、電力配分計算部73、動作モード設定部74においてそれぞれ用いられる各種のデータが記憶されている。
The battery
エネルギー管理装置7は、電池4のSOCが所定のSOC範囲内に維持されるように、電池4とPCS5をそれぞれ制御する。このときのSOC範囲の最小値と最大値をそれぞれSOC_min(%)、SOC_max(%)と表すと、これらの値は、電池4の劣化特性や安全面を考慮して、以下の式(1)の関係を満たすように設定される。
0≦SOC_min<SOC_max≦100 ・・・(1)
The
0 ≦ SOC_min <SOC_max ≦ 100 (1)
電池4が充電される場合、電池4のSOCは次第に増加してSOC_maxに近づいていく。SOCが最大値SOC_maxに到達すると、エネルギー管理装置7はPCS5に対して、電池4が放電可能となるまで充電を停止するように指示する。一方、電池4が放電される場合、電池4のSOCは次第に減少してSOC_minに近づいていく。SOCが最小値SOC_minに到達すると、エネルギー管理装置7はPCS5に対して、電池4が充電可能となるまで放電を停止するように指示する。このとき、劣化により電池4の充電容量が低下していると、新品の場合に比べて、電池4のSOCがSOC_maxまたはSOC_minに到達しやすくなる。
When the
送電網9に対するエネルギー貯蔵管理システム1全体での入出力電力をP_sysと表すと、この入出力電力P_sysの値が充放電要求信号P_RTOと一致していれば、管理センター10からの要求に対するエネルギー貯蔵管理システム1の稼働率は100%となる。しかし、入出力電力P_sysの値が充放電要求信号P_RTOと一致していなければ、稼働率は0%以上100%未満となり、その差が大きくなるほど稼働率が低下することになる。
When the input / output power of the entire energy
一般的に、BESSが提供する電力安定化サービスによって得られる利益は、BESSの稼働率の値に比例して変化する。そのため、稼働率をなるべく高い値に維持することが好ましいが、上記のように劣化により電池の充電容量が低下すると、充放電可能なSOC範囲が狭くなるため、稼働率の維持が困難となる。そこで本実施形態によるエネルギー貯蔵管理システム1では、BESS2とTESS3を併用して用いることで、システム全体での稼働率を維持すると共に、運営コストを低減するようにしている。
In general, the profit obtained by the power stabilization service provided by the BESS varies in proportion to the value of the operation rate of the BESS. For this reason, it is preferable to maintain the operating rate as high as possible. However, if the battery charge capacity decreases due to deterioration as described above, the SOC range that can be charged and discharged becomes narrow, and it becomes difficult to maintain the operating rate. Therefore, in the energy
図4は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システム(BESS)2および熱エネルギー貯蔵システム(TESS)3の動作例を示すタイムチャート図である。図4において、実線101と破線102は、ある制御対象日(d日目とする)における電池4の充放電電力とTESS3の消費電力をそれぞれ表す。また、実線103は、d日目における電池4のSOCを表す。また、図形104、105は、d日目における空調システム6とTESS3の動作モードをそれぞれ表す。また、実線106、107は、d日目におけるエネルギー貯蔵管理システム1の運用コストと稼働率をそれぞれ表す。一方、実線201と破線202は、翌日(d+1日目とする)における電池4の充放電電力とTESS3の消費電力をそれぞれ表す。また、実線203は、d+1日目における電池4のSOCを表す。また、図形204、205は、d+1日目における空調システム6とTESS3の動作モードをそれぞれ表す。また、実線206、207は、d+1日目におけるエネルギー貯蔵管理システム1の運用コストと稼働率をそれぞれ表す。
FIG. 4 is a time chart showing an operation example of the power storage system (BESS) 2 and the thermal energy storage system (TESS) 3 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the solid line 101 and the
d日目において、送電網9からの充電を要求する充放電要求信号P_RTOが管理センター10から入力されると、エネルギー管理装置7は、送電網9から電力を吸収して電池4を充電する指令をPCS5に対して出力する。このとき、実線101のように電池4の充放電電力は充電側となり、破線102のようにTESS3の消費電力は0となる。また、実線103のように電池4のSOCは徐々に増加する。図形104、105のように、空調システム6は通常モードで動作しており、TESS3は停止している。その結果、実線106のように、エネルギー貯蔵管理システム1の運用コストは、空調システム6での消費電力に応じた金額となる。また、実線107のように、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率は、電池4が充電されることで100%となる。
When the charge / discharge request signal P_RTO for requesting charging from the
時刻t1において、実線103のように電池4のSOCが最大値SOC_maxに達すると、エネルギー管理装置7は、電池4の充電を停止する指令をPCS5に対して出力する。これにより、実線101のように電池4の充放電電力は0となる。このとき、TESS3において断熱タンク31内に水が残っており、TESS3が氷貯蔵モードで動作可能であったとする。この場合、エネルギー管理装置7は、TESS3の制御部35に対して、送電網9からの電力を用いて冷却器34を動作する指令を出力する。これにより、図形105のようにTESS3が氷貯蔵モードで動作する。このときの冷却器34の消費電力をP_compressorと表すと、以下の式(2)の関係が成り立つ。
P_TESS=P_compressor=P_RTO ・・・(2)
When the SOC of the
P_TESS = P_compressor = P_RTO (2)
上記のようにすることで、電池4の充電を停止しても、送電網9からの電力吸収を継続することができる。そのため、実線107のように、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率を100%に維持することができる。
As described above, even when charging of the
その後、時刻t2において、送電網9への放電を要求する充放電要求信号P_RTOが管理センター10から入力されたとする。この場合、エネルギー管理装置7は、電池4を放電して送電網9に電力を放出する指令をPCS5に対して出力する。これにより、実線101のように電池4の充放電電力は放電側となり、実線103のように電池4のSOCは徐々に低下する。また、エネルギー管理装置7は、TESS3の制御部35に対して、氷貯蔵モードでの動作を停止する指令を出力する。これにより、図形105のようにTESS3の動作が停止する。
Thereafter, it is assumed that a charge / discharge request signal P_RTO for requesting discharge to the
上記のようにすることで、充放電要求信号P_RTOが充電側から放電側に切り替わった場合にも、実線107のように、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率を100%に維持することができる。
As described above, even when the charge / discharge request signal P_RTO is switched from the charge side to the discharge side, the operating rate of the energy
その後は、翌日まで上記の状態を維持した後、d+1日目の時刻t3において、送電網9からの充電を要求する充放電要求信号P_RTOが管理センター10から入力されたとする。この場合、エネルギー管理装置7は、送電網9から電力を吸収して電池4を充電する指令をPCS5に対して出力する。これにより、実線201のように電池4の充放電電力は充電側となり、実線203のように電池4のSOCは徐々に増加する。また、エネルギー管理装置7は、TESS3の制御部35に対して、TESS3の動作を停止する指令を出力する。これにより、破線202のようにTESS3の消費電力は0となり、図形205のようにTESS3は停止状態を維持する。その結果、前日の時刻t1までの期間と同様に、実線206のように、エネルギー貯蔵管理システム1の運用コストは、空調システム6での消費電力に応じた金額となる。また、実線207のように、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率は、電池4が充電されることで100%となる。
Thereafter, after maintaining the above state until the next day, it is assumed that a charge / discharge request signal P_RTO for requesting charging from the
時刻t4において、実線203のように電池4のSOCが最大値SOC_maxに達すると、エネルギー管理装置7は、電池4の充電を停止する指令をPCS5に対して出力する。これにより、実線201のように電池4の充放電電力は0となる。このとき、TESS3において断熱タンク31内には前日に貯蔵された氷が残っており、TESS3が氷冷却モードで動作可能であったとする。この場合、エネルギー管理装置7は、TESS3の制御部35に対して、送電網9からの電力を用いて冷媒ポンプ33を動作する指令を出力する。また、空調システム6の制御部68に対して、放熱器61およびコンプレッサー62の動作を停止すると共に、バルブ65aおよび65bを開いて、バルブ65cおよび65dを閉じるように各バルブを制御する指令を出力する。これにより、図形204、205のように、空調システム6が蓄熱モードで動作すると共に、TESS3が氷冷却モードで動作する。
When the SOC of the
上記のようにすることで、電池4の充電を停止しても、送電網9からの電力吸収を継続することができる。そのため、実線207のように、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率を100%に維持することができる。さらに、空調システム6において放熱器61およびコンプレッサー62の動作を停止することで、空調システム6の消費電力を減らすことができる。そのため、実線206のように、エネルギー貯蔵管理システム1の運用コストを大幅に低減することができる。
As described above, even when charging of the
エネルギー貯蔵管理システム1は、TESS3の断熱タンク31内に貯蔵されている氷が全て溶けて水になる時刻t5までの間は、以上説明したような空調システム6とTESS3の動作状態を継続することができる。
The energy
なお、送電網9への放電を要求する充放電要求信号P_RTOが管理センター10から入力された場合でも、その重要性が低く、かつ電池4のSOCが最大値SOC_maxに近いような場合には、上記とは異なる制御をエネルギー管理装置7が行ってもよい。具体的には、エネルギー管理装置7は、要求された値よりも大きな放電電力で電池4を放電し、これにより送電網9に電力を放出すると共にTESS3へ電力を供給する指令をPCS5に対して出力する。また同時に、エネルギー管理装置7は、TESS3の制御部35に対して、電池4からPCS5を介して供給される電力を用いて、冷却器34または冷媒ポンプ33を動作する指令を出力する。このときに冷却器34と冷媒ポンプ33のどちらを動作させるかは、TESS状態信号TESS_stateに基づいて決定すればよい。さらに、冷媒ポンプ33を動作させる場合には、空調システム6の制御部68に対して、放熱器61およびコンプレッサー62の動作を停止すると共に、バルブ65aおよび65bを開いて、バルブ65cおよび65dを閉じるように各バルブを制御する指令を出力する。その結果、電池4のSOCを減少させて充電可能な電力量を増大しつつ、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率を高い値に維持することができる。さらに、空調システム6を蓄熱モードで動作させることができる場合には、空調システム6の消費電力を減らして運用コストの低減を図ることもできる。なお、送電網9への放電が要求されていないときに同様の制御を行ってもよい。
Even when the charge / discharge request signal P_RTO for requesting discharge to the
以上説明したように、本実施形態のエネルギー貯蔵管理システム1によれば、電池4のSOCが最大値SOC_maxに到達した場合でも、システム全体での稼働率を最大限に維持することができる。さらに、TESS3の断熱タンク31内に氷が貯蔵されている場合には、運用コストの低減を図ることもできる。したがって、劣化によって電池4の充電容量が低下したとしても、システム運用期間の全体において高い稼働率を維持することができると共に、システム運用コストを減少することができる。
As described above, according to the energy
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention described above, the following operational effects are obtained.
(1)BESS2は、送電網9に対する電力安定化のサービスを提供するものであり、充放電可能な電池4と、電池4と送電網9の間で入出力される電力を相互に変換するPCS5と、電池4の温度を調節する空調システム6と、BESS2の動作を制御するエネルギー管理装置7とを備える。空調システム6は、冷熱エネルギーを貯蔵可能なTESS3と熱的に結合可能である。エネルギー管理装置7は、電池4の充電状態およびTESS3の冷熱エネルギー貯蔵状態に基づいて、空調システム6およびTESS3の動作を制御すると共に、電池4の充放電を制御する。このようにしたので、冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー蓄積装置であるTESS3を用いて、BESS2の有用性維持や運用コスト低減を図ることができる。
(1) The
(2)TESS3は、水または氷が貯蔵された断熱タンク31と、断熱タンク31に貯蔵された水を冷却して氷に変化させる冷却器34と、断熱タンク31と空調システム6を熱的に結合するための冷媒配管32と、冷媒配管32内で冷媒を循環させる冷媒ポンプ33とを備える。エネルギー管理装置7は、氷貯蔵モードまたは氷冷却モードのいずれかの動作モードによりTESS3を動作させる。氷貯蔵モードで動作する場合、TESS3は、冷却器34を動作させることで、断熱タンク31に貯蔵された水を冷却して氷に変化させる。一方、氷冷却モードで動作する場合、TESS3は、冷媒ポンプ33を動作させることで、断熱タンク31に貯蔵された氷により冷却された冷媒が冷媒配管32を介して空調システム6に流れるようにする。このようにしたので、状況に応じて、TESS3に冷熱エネルギーを蓄積したり、TESS3に蓄積された冷熱エネルギーを空調システム6で利用したりすることができる。
(2) The
(3)空調システム6は、冷媒配管64と、冷媒配管64を流れる冷媒を減圧して気化させることにより冷気を生成するエバポレーター63と、エバポレーター63で気化された冷媒を圧縮するコンプレッサー62と、コンプレッサー62で圧縮された冷媒を放熱して液化する放熱器61と、冷媒配管64を流れる冷媒の経路を放熱器61または冷媒配管32のいずれかに切り替えるためのバルブ65a〜65dとを備える。エネルギー管理装置7は、通常モードまたは蓄熱モードのいずれかの動作モードにより空調システム6を動作させる。通常モードで動作する場合、空調システム6は、冷媒配管64から放熱器61に冷媒が流れるようにバルブ65a〜65dを動作させると共に、エバポレーター63、コンプレッサー62および放熱器61を動作させることで、冷気を生成する。一方、蓄熱モードで動作する場合、空調システム6は、冷媒配管64から冷媒配管32に冷媒が流れるようにバルブ65a〜65dを動作させると共に、コンプレッサー62および放熱器61を動作させずにエバポレーター63を動作させることで、断熱タンク31に貯蔵された氷により冷却された冷媒を用いて冷気を生成する。このようにしたので、空調システム6内の冷凍サイクルまたはTESS3に蓄積された冷熱エネルギーのどちらかを利用して、空調システム6を動作させることができる。
(3) The
(4)図4の時刻t1〜t2の期間のように、断熱タンク31に水が貯蔵されており、かつ電池4のSOCが所定の最大値SOC_maxのときに、送電網9からの充電を要求された場合、エネルギー管理装置7は、送電網9からの電力を用いて、TESS3を氷貯蔵モードで動作させると共に、空調システムを通常モードで動作させる。また、図4の時刻t4〜t5の期間のように、断熱タンク31に氷が貯蔵されており、かつ電池4の充電状態が最大値SOC_maxのときに、送電網9からの充電を要求された場合、エネルギー管理装置7は、TESS3を氷冷却モードで動作させると共に、空調システム6を蓄熱モードで動作させる。このようにしたので、電池4がそれ以上充電できない場合にも、送電網9からの電力吸収を継続し、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率を維持することができる。さらに加えて、エネルギー貯蔵管理システム1の運用コストを低減することもできる。
(4) Requesting charging from the
(5)エネルギー管理装置7は、電池4からの電力を用いて、TESS3を氷貯蔵モードまたは氷冷却モードで動作させることもできる。このようにしても、エネルギー貯蔵管理システム1の稼働率の維持および運用コストの低減を図ることができる。
(5) The
(6)エネルギー管理装置7は、電池4の充電容量を計算する電池容量計算部71と、電池4のSOCを計算するSOC計算部72と、TESS3の消費電力と電池4の充放電電力の間での電力配分を計算する電力配分計算部73と、空調システム6の動作モードおよびTESS3の動作モードを設定する動作モード設定部74とを備える。このようにしたので、エネルギー貯蔵管理システム1の制御に必要な機能をエネルギー管理装置7において実現することができる。
(6) The
以上説明した実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The embodiment and various examples described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 エネルギー貯蔵管理システム
2 電力貯蔵システム(BESS)
3 熱エネルギー貯蔵システム(TESS)
4 電池
5 電力変換装置(PCS)
6 空調システム
7 エネルギー管理装置
8 通信端末
9 送電網
10 管理センター
31 断熱タンク
32 冷媒配管
33 冷媒ポンプ
34 冷却器
35 制御部
61 放熱器
62 コンプレッサー
63 エバポレーター
64 冷媒配管
65a、65b、65c、65d バルブ
66 ブロワー
67 ファン
68 制御部
71 電池容量計算部
72 SOC計算部
73 電力配分計算部
74 動作モード設定部
75 記憶部
1 Energy
3 Thermal energy storage system (TESS)
4
6
Claims (5)
充放電可能な電池と、
前記電池と前記送電網の間で入出力される電力を相互に変換する電力変換装置と、
前記電池の温度を調節する空調システムと、
前記電力貯蔵システムの動作を制御するエネルギー管理装置と、を備え、
前記空調システムは、冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー貯蔵システムと熱的に結合可能であり、
前記エネルギー管理装置は、前記電池の充電状態および前記熱エネルギー貯蔵システムの冷熱エネルギー貯蔵状態に基づいて、前記空調システムおよび前記熱エネルギー貯蔵システムの動作を制御すると共に、前記電池の充放電を制御し、
前記熱エネルギー貯蔵システムは、水または氷が貯蔵された断熱タンクと、前記断熱タンクに貯蔵された水を冷却して氷に変化させる冷却器と、前記断熱タンクと前記空調システムを熱的に結合するための第1の冷媒配管と、前記第1の冷媒配管内で冷媒を循環させる冷媒ポンプと、を備え、
前記空調システムは、第2の冷媒配管と、前記第2の冷媒配管を流れる冷媒を減圧して気化させることにより冷気を生成するエバポレーターと、前記エバポレーターで気化された冷媒を圧縮するコンプレッサーと、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒を放熱して液化する放熱器と、前記第2の冷媒配管を流れる冷媒の経路を前記放熱器または前記第1の冷媒配管のいずれかに切り替えるためのバルブと、を備え、
前記エネルギー管理装置は、氷貯蔵モードまたは氷冷却モードのいずれかの動作モードにより前記熱エネルギー貯蔵システムを動作させると共に、通常モードまたは蓄熱モードのいずれかの動作モードにより前記空調システムを動作させ、
前記氷貯蔵モードで動作する場合、前記熱エネルギー貯蔵システムは、前記冷却器を動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された水を冷却して氷に変化させ、
前記氷冷却モードで動作する場合、前記熱エネルギー貯蔵システムは、前記冷媒ポンプを動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された氷により冷却された冷媒が前記第1の冷媒配管を介して前記空調システムに流れるようにし、
前記通常モードで動作する場合、前記空調システムは、前記第2の冷媒配管から前記放熱器に冷媒が流れるように前記バルブを動作させると共に、前記エバポレーター、前記コンプレッサーおよび前記放熱器を動作させることで、前記冷気を生成し、
前記蓄熱モードで動作する場合、前記空調システムは、前記第2の冷媒配管から前記第1の冷媒配管に冷媒が流れるように前記バルブを動作させると共に、前記コンプレッサーおよび前記放熱器を動作させずに前記エバポレーターを動作させることで、前記断熱タンクに貯蔵された氷により冷却された冷媒を用いて前記冷気を生成する電力貯蔵システム。 A power storage system that provides a power stabilization service for a power grid,
A chargeable / dischargeable battery;
A power converter that mutually converts power input and output between the battery and the power grid, and
An air conditioning system for adjusting the temperature of the battery;
An energy management device for controlling the operation of the power storage system,
The air conditioning system can be thermally coupled to a thermal energy storage system capable of storing cold energy,
The energy management device, based on the cooling energy storage state of the charge state and the thermal energy storage system of the battery, controls the operation of the air conditioning system and the thermal energy storage system to control the charging and discharging of the battery ,
The thermal energy storage system includes a heat insulating tank in which water or ice is stored, a cooler that cools the water stored in the heat insulating tank into ice, and the heat insulating tank and the air conditioning system are thermally coupled. A first refrigerant pipe for circulating the refrigerant and a refrigerant pump for circulating the refrigerant in the first refrigerant pipe,
The air conditioning system includes: a second refrigerant pipe; an evaporator that generates cold air by depressurizing and evaporating the refrigerant flowing through the second refrigerant pipe; a compressor that compresses the refrigerant vaporized by the evaporator; A radiator that radiates and liquefies the refrigerant compressed by the compressor; and a valve that switches a path of the refrigerant flowing through the second refrigerant pipe to either the radiator or the first refrigerant pipe. ,
The energy management device operates the thermal energy storage system in an operation mode of either an ice storage mode or an ice cooling mode, and operates the air conditioning system in an operation mode of a normal mode or a heat storage mode,
When operating in the ice storage mode, the thermal energy storage system operates the cooler to cool the water stored in the heat insulation tank and convert it into ice,
When operating in the ice cooling mode, the thermal energy storage system operates the refrigerant pump so that the refrigerant cooled by the ice stored in the heat insulation tank passes through the first refrigerant pipe. Flow to the system,
When operating in the normal mode, the air conditioning system operates the valve so that the refrigerant flows from the second refrigerant pipe to the radiator, and operates the evaporator, the compressor, and the radiator. Produce the cold,
When operating in the heat storage mode, the air conditioning system operates the valve so that the refrigerant flows from the second refrigerant pipe to the first refrigerant pipe, and without operating the compressor and the radiator. The electric power storage system which produces | generates the said cold using the refrigerant | coolant cooled with the ice stored in the said heat insulation tank by operating the said evaporator .
前記断熱タンクに水が貯蔵されており、かつ前記電池の充電状態が所定の最大値のときに、前記送電網からの充電を要求された場合、前記エネルギー管理装置は、前記送電網からの電力を用いて、前記熱エネルギー貯蔵システムを前記氷貯蔵モードで動作させると共に、前記空調システムを前記通常モードで動作させ、
前記断熱タンクに氷が貯蔵されており、かつ前記電池の充電状態が前記最大値のときに、前記送電網からの充電を要求された場合、前記エネルギー管理装置は、前記熱エネルギー貯蔵システムを前記氷冷却モードで動作させると共に、前記空調システムを前記蓄熱モードで動作させる電力貯蔵システム。 The power storage system according to claim 1 ,
When water is stored in the heat insulation tank and the state of charge of the battery is a predetermined maximum value, when the charging from the power transmission network is requested, the energy management device And operating the thermal energy storage system in the ice storage mode and operating the air conditioning system in the normal mode,
When the ice is stored in the heat insulation tank and when the charging state of the battery is the maximum value, when the charging from the power grid is requested, the energy management device sets the thermal energy storage system to the thermal energy storage system. An electric power storage system that operates in an ice cooling mode and operates the air conditioning system in the heat storage mode.
前記エネルギー管理装置は、前記電池からの電力を用いて、前記熱エネルギー貯蔵システムを前記氷貯蔵モードまたは前記氷冷却モードで動作させる電力貯蔵システム。 The power storage system according to claim 1 or 2 ,
The energy management device uses the power from the battery to operate the thermal energy storage system in the ice storage mode or the ice cooling mode.
前記エネルギー管理装置は、前記電池の充電容量を計算する電池容量計算部と、前記電池の充電状態を計算するSOC計算部と、前記熱エネルギー貯蔵システムの消費電力と前記電池の充放電電力の間での電力配分を計算する電力配分計算部と、前記空調システムの動作モードおよび前記熱エネルギー貯蔵システムの動作モードを設定する動作モード設定部と、を備える電力貯蔵システム。 In the electric power storage system according to any one of claims 1 to 3 ,
The energy management device includes a battery capacity calculation unit that calculates a charge capacity of the battery, an SOC calculation unit that calculates a charge state of the battery, a power consumption of the thermal energy storage system, and a charge / discharge power of the battery. An electric power storage system comprising: an electric power distribution calculation unit that calculates electric power distribution in the unit; and an operation mode setting unit that sets an operation mode of the air conditioning system and an operation mode of the thermal energy storage system.
前記空調システムと熱的に結合可能であって冷熱エネルギーを貯蔵可能な熱エネルギー貯蔵システムと、を備えるエネルギー貯蔵管理システム。 The power storage system according to any one of claims 1 to 4 ,
An energy storage management system comprising: a thermal energy storage system capable of being thermally coupled to the air conditioning system and capable of storing cold energy.
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