低碳社會的實現(xiàn)方法之一就是太陽能發(fā)電等可再生能源的大量導(dǎo)入。北九州智能社區(qū)創(chuàng)造事業(yè)的計劃是將太陽能發(fā)電等可再生能源的導(dǎo)入率提高到區(qū)域用電總量的10%。
然而，由于可再生能源的發(fā)電量受到天氣等自然環(huán)境的影響，所以在大量導(dǎo)入時面臨許多需要解決的課題。例如，當(dāng)提高發(fā)電量時會產(chǎn)生電力逆向流動，有大量的電力“逆流”到配電網(wǎng)，造成系統(tǒng)電網(wǎng)“電壓不穩(wěn)定”，在電力需求較少的黃金周等，會有電力剩余，需要找出充分利用“剩余電力”的對策。
作為解決配電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的對策，安川電機進(jìn)行的實證是通過對多個PCS（功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)）的集中管理以抑制電壓上升。而作為充分利用剩余電力的對策，巖谷產(chǎn)業(yè)的實證是通過氫和燃料電池進(jìn)行蓄電。
以PCS的一元化集中管理實現(xiàn)整體優(yōu)化
在位于北九州市東田地區(qū)的北九州市立自然史?歷史博物館“生命之旅博物館”中，面向PCS集中管理的實證系統(tǒng)構(gòu)建已經(jīng)進(jìn)入尾聲（照片1）。計劃在2013年3月前完成實驗系統(tǒng)構(gòu)建，開始實驗并進(jìn)行結(jié)果匯總。
【照片1】進(jìn)行PCS集中控制實證的北九州市立“生命之旅博物館”
（出處：北九州市）
PCS通常安裝于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的各處，而各處則根據(jù)PCS的監(jiān)測情況防止電壓上升，所以就會發(fā)生由于設(shè)置地點不同，有的地點能夠發(fā)電，有的地點不能夠發(fā)電。在本次實證中，將通過PLC（可編程控制器）對PCS的集中管理，實現(xiàn)配電網(wǎng)中分散電源的整體優(yōu)化。
具體來說就是，由PCL對從PCS得到的電壓進(jìn)行監(jiān)控、匯總，通過向各PCS注入無效電力（在電源、電線、負(fù)荷之間來回流動，但不作為能源進(jìn)行使用），從總體上抑制電壓上升。與此同時也將使由于發(fā)電裝置的連接位置不同，造成有的能夠發(fā)電，有的不能夠發(fā)電這一狀況得以糾正。
安川電機逆變器事業(yè)部環(huán)境能源機器事業(yè)總括部部長山田達(dá)哉介紹道，“通過外部指令對PCS的電壓進(jìn)行控制，這在日本也是一個新的嘗試”。
目標(biāo)為通過太陽能使總發(fā)電量提高10%
在實證對象生命之旅博物館中設(shè)置的太陽能發(fā)電系統(tǒng)總計容量為160kW。在本次實證實驗中，將使用其中的90kW。實驗系統(tǒng)的構(gòu)建是通過對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造，將總?cè)萘繛?0kW的太陽能發(fā)電系統(tǒng)以10kW為單位模擬成接入低壓配電線的電源（照片2）。
【照片2】博物館樓頂?shù)奶柲馨l(fā)電板（左）和安川電機產(chǎn)PCS的外觀
（出處：太陽能發(fā)電板為北九州市、PCS為安川電機）
但是在實驗系統(tǒng)中，并沒有實際配電線的負(fù)荷。所以通過配線長度取得阻抗，以接近實際配電線的狀態(tài)。上述實驗系統(tǒng)和PCS一元化集中控制的基本設(shè)計，通過與九州大學(xué)研究生院系統(tǒng)信息科學(xué)研究院電氣系統(tǒng)工程學(xué)的合田忠弘教授合作，共同進(jìn)行研究。
多個PCS的集中控制技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛。例如，在大規(guī)模太陽能發(fā)電站中，雖然將太陽能發(fā)電板進(jìn)行分割，分別由各個PCS進(jìn)行控制，但是還是會發(fā)生電壓各不相同。如果能對其進(jìn)行整體控制，就可以提高發(fā)電總量。本次實證實驗的目標(biāo)是將連接于同一配線中的太陽能發(fā)電的發(fā)電總量提高10%。
該技術(shù)也得到了海外的高度關(guān)注。安川電機計劃在泰國工業(yè)園區(qū)的可行性研究（FS）中，充分利用在本實證中所取得的經(jīng)驗成果，以解決在太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置中所遇到的課題。
與CEMS聯(lián)動，將剩余電力轉(zhuǎn)換成氫進(jìn)行儲存
另外，在東田地區(qū)的老年人護(hù)理設(shè)施“愛香苑”設(shè)置了將太陽能發(fā)電等可再生能源的剩余電力轉(zhuǎn)換成氫進(jìn)行儲存的實證系統(tǒng)（照片3）。通過與CEMS（區(qū)域能源管理系統(tǒng)）聯(lián)動，在區(qū)域內(nèi)發(fā)生電力剩余時，將電力轉(zhuǎn)換成氫進(jìn)行儲存，而在需求增加時則啟動燃料電池進(jìn)行供電。本實證實驗計劃從2013年度開始正式實施。
【照片3】開展以氫進(jìn)行電力儲存實證的老年人護(hù)理設(shè)施“愛香苑”外觀（左）和儲氫罐
（出處：太陽能發(fā)電板為北九州市、PCS為安川電機）
實證系統(tǒng)由水電解裝置、儲氫罐和燃料電池組成。包括送氫管線在內(nèi)的整個系統(tǒng)由巖谷產(chǎn)業(yè)構(gòu)建。水電解裝置的規(guī)格為2Nm3/h，燃料電池為高分子固體電解質(zhì)型，功率約為5kW，儲氫罐容量為20Nm3。水電解裝置和燃料電池全部采用加拿大Hydrogenics公司的產(chǎn)品。燃料電池為熱電聯(lián)供式，可同時向愛香苑提供電力和熱能。
在北九州智能社區(qū)創(chuàng)造事業(yè)中，以蓄電池作為剩余電力的儲存手段一直都在研究之中（相關(guān)報道詳見“通過CEMS和智能電表進(jìn)行區(qū)域能源管理”）。然而，在蓄電池的應(yīng)用中，也面臨著充放電過程中的電力損耗，蓄電容量越大則體積越大等課題。
而如果以氫作為儲存手段，則可以通過將氫進(jìn)行壓縮或者液化使裝置實現(xiàn)小型化。巖谷產(chǎn)業(yè)氫能源部經(jīng)理梶原昌高介紹道，“氫儲存方法很適宜大容量電力的長期儲存”。
然而，在氫儲存方法中，伴隨著從電到氫，然后又從氫到電的轉(zhuǎn)換，也有能源轉(zhuǎn)換效率下降的問題。期望通過與蓄電池等其他手段進(jìn)行綜合比較，從包括轉(zhuǎn)換效率等基本性能在內(nèi)，總結(jié)出最適宜氫儲存系統(tǒng)的使用條件。
將燃料電池充分應(yīng)用于區(qū)域供需平衡調(diào)節(jié)
在氫儲存實證的同時，巖谷產(chǎn)業(yè)還開展了通過燃料電池進(jìn)行區(qū)域供需平衡調(diào)節(jié)的實證。該實證為在北九州市實施的“北九州氫能市街實證事業(yè)”的協(xié)同實驗，開始于2012年度。
在北九州氫能市街實證事業(yè)中，在生命之旅博物館設(shè)置了100kW的磷酸燃料電池（照片4）。通過管線將煉鋼廠的副產(chǎn)氫氣輸送給博物館，在向博物館供電的同時，發(fā)電時所產(chǎn)生的熱能也將用于空調(diào)。實證中，燃料電池還與CEMS和BEMS（樓宇能源管理系統(tǒng)）聯(lián)動，在區(qū)域內(nèi)用電需求增加時，以比平常更高的輸出功率進(jìn)行運轉(zhuǎn)，幫助實現(xiàn)削峰。
【照片4】生命之旅博物館設(shè)置的100kW磷酸燃料電池（富士電機產(chǎn)）
（攝影：巖谷產(chǎn)業(yè)）
平常的運轉(zhuǎn)輸出為35%。而在電力需求緊張時，根據(jù)從CEMS傳來的信號，可以將輸出提高到最大的100%。而且，通過在災(zāi)害等情況下可以進(jìn)行自主運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)的設(shè)置，使其在需要時能夠進(jìn)入100%滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)模式。
如果能夠開發(fā)出對多個燃料電池進(jìn)行集中管理、控制的系統(tǒng)，就可以在區(qū)域?qū)用媸苟鄠€燃料電池進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)動，各燃料電池以額定功率進(jìn)行運轉(zhuǎn)，從而提高其運轉(zhuǎn)率，實現(xiàn)區(qū)域整體優(yōu)化。巖谷產(chǎn)業(yè)的梶原經(jīng)理介紹說，“通過將氫能源導(dǎo)入智能社區(qū)，可以進(jìn)一步提高區(qū)域整體的能源運用效率”。
