JP2007129873A - エネルギー需要管理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散型エネルギーコミュニティーにおいて、エネルギー供給コストの最小化が可能なエネルギー需要管理装置を提供する。
【解決手段】エネルギー需要管理装置４４の協調制御部４４Ｃは、予測消費量を閾値とした場合、例えば、９時５０分の時間帯において実績消費量が閾値を超えたことを検出し、残りの時間帯において、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、負荷情報データベース４４Ｂに需要家の協調許可（遠隔操作の可）が事前に登録されているすべての負荷装置、例えば空調設備、照明設備の設定温度や光度などを、エネルギー消費量が下がるように制御することにより、エネルギー消費量を抑制し誤差を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散電源および／またはエネルギー蓄積手段と、熱および電力の負荷装置とを有する複数の需要者宅を含み、該需要者宅間のエネルギー融通および該需要者宅と電力会社との間の売買電が可能な分散型エネルギーコミュニティーのためのエネルギー需要管理装置に関するものである。

ここで、「需要者宅間のエネルギー融通」とは、例えば、２軒の需要者宅にそれぞれ燃料電池があるとした場合、１軒では電力が余り、熱が不足し、もう一軒ではその逆の需要である場合、それぞれエネルギーを融通し合うことあり、また、「電力会社との間の売買電」とは、分散電源と蓄電池の出力では電力が足りない場合、電力会社から買電し、蓄電池が満充電で電力が余ったら、電力会社に売電するという意味である。

近年、エネルギー需要の増加や電力自由化を背景に、分散電源を利用したエネルギー供給が注目されており、電力会社の系統から供給される商用電力と比較して、分散電源の発電による電力供給のコストメリットが生じるように分散電源を制御することが検討されている。分散電源の制御方法として、複数の需要者宅に設置された分散電源を統合管理する分散型エネルギーコミュニティーにおいて、需要者の負荷装置のエネルギー消費量を考慮するとともに、需要者間においてエネルギーを融通することによって、エネルギー供給コストの低減を図る技術が特許文献１に開示されている。

また、上記のような分散型エネルギーコミュニティーにおける分散電源の制御は、事前に予測された負荷装置のエネルギー消費量を基に計画される。このエネルギー消費量を予測する方法として、過去の曜日別エネルギー消費と気象情報の相関や、気温予測値からエネルギー消費量を予測する重回帰モデル等が特許文献２に開示されている。
特開２００２−４４８７０号公報 特開平７−１２３５８９号公報

上記したように分散型エネルギーコミュニティーにおけるエネルギー供給コストの低減の効果は、エネルギー消費量の予測精度に影響を受ける。例えば、エネルギー消費量の予測が外れ、実績消費量と乖離がある場合、本来不要なエネルギーを余剰に出力することなどが起こり、エネルギー供給コストの低減効果が減少する。エネルギー消費量の予測は、気温予報など天気予報の精度に依存するため、天気予報が外れた場合など予測精度は低くなる。また、需要者の不規則な生活行動によるエネルギー消費量の変動まで考慮した予測を実行することは困難である。

以上述べたように、従来の方法ではエネルギー消費量の予測が困難であることから、制御可能な分散電源について、大雑把なスケジュール運転での運用がほとんどである。また、熱電供給可能な分散電源について、電力消費に追従する運転と熱消費に追従する運転が統計的な予測情報のみで決定されているため、エネルギー供給コストの最小化が真に達成されているか否かにつき不明確となっている。

上記したような従来の欠点を鑑み、本発明の目的は、エネルギー供給コストの最小化が可能なエネルギー需要管理装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のエネルギー需要管理装置は、各需要者宅に設置された各負荷装置の、少なくとも単位時間当たりのエネルギー消費量の情報を蓄積する負荷情報データベースと、各需要者宅の負荷装置の運転状態を監視し、負荷データベースに蓄積された情報を基に、各需要者宅の負荷装置の時間帯別の実績エネルギー消費量の積算量と、各需要者宅の負荷装置によるエネルギー消費量を時間帯別に予測する需要予測装置で予測された予測エネルギー消費量の積算量の誤差が小さくなるように負荷装置を遠隔制御する制御手段と、を有する。

本発明によれば、エネルギーの予測消費量に実績消費量を協調させるように負荷装置を制御することにより、予測と実績の誤差を補完するための分散電源およびエネルギー蓄積装置の余剰出力や、エネルギー不足による比較的高価なエネルギー調達が不要となり、エネルギー供給コストの最小化が計画どおり可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態による分散型エネルギーコミュニティーの構成図である。図１に示すように、分散型エネルギーコミュニティーは複数の需要者宅１Ａ、１Ｂ、・・・、１Ｘと、分散型エネルギーコミュニティーを運用管理する運用管理装置４から構成されて、需要者宅間のエネルギー融通および電力会社（不図示）との間の売買電が可能である。

需要者宅１Ａは、電力負荷１１および熱負荷１２に加え、分散電源である、熱電供給が可能な燃料電池１３と、貯湯槽１４を所有している。需要者宅１Ａ、１Ｂは、電力負荷１１および熱負荷１２に加え、蓄電池１５を所有している。電力負荷１１と燃料電池１３と蓄電池１５は商用系統受電点３を介して商用系統２に接続されている。なお、これらの需要者の他に熱電供給が可能な発電装置、蓄電装置、蓄熱装置を組み合わせ所有する需要者、熱負荷および電力負荷のみ所有する需要者等、様々な需要者が複数存在する。分散電源として、燃料電池以外に、太陽電池、風力発電装置がある。また、それぞれの需要家１Ａ〜１Ｘには負荷情報を運用管理装置４のエネルギー需要管理装置４４から需要者用情報を受信し、需要者によって変更された需要者用情報をエネルギー需要管理装置４４に送信する需要確認装置１６が設置されている。需要者用情報については後述する。

運用管理装置４は気象情報受信部４１と需要予測装置４２と最適運転計画装置４３とエネルギー需要管理装置４４から構成され、各装置間および各需要者宅設備と通信線を介して接続されている。

需要予測装置４２は気象情報受信部４１により気象予報会社５から配信される天気予報の気温情報を受信し、目的変数をエネルギー消費量、説明変数を気温とした回帰分析から導出した予測式を用い、時間帯別エネルギー消費量を予測する。エネルギー消費量の予測の例を図２に示す。

最適運転計画装置４３は、需要予測装置４２にて予測された予測エネルギー消費量（以下、予測消費量）に加え、蓄電池１５の充電状態、電力会社に対する買電単価、売電単価、ガス会社のガス料金単価の情報を基に、時間帯別の燃料電池１３の出力エネルギー量（発電量および排熱量）、蓄電池１５の充放電量、電力会社に対する売買電力量のスケジュールを計画する。ここで、関数形である数理計画法や、発電パターン、充放電パターン等の組み合わせを、タブーサーチや遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティック法を用いて、コミュニティー内のエネルギー供給コストが最小となるように計画する。例えば、１日のエネルギーコスト、すなわち燃料コストにエネルギーコミュニティー内の熱電コストを加減算したコストを目的関数として、この目的関数が最小となるように各設備の運転スケジュールを検索する。最適運転計画装置４３によって計画される運転スケジュールの例を図３に示す。最適運転計画装置４３はこの運転スケジュールを基に分散電源である燃料電池１３や蓄電池１５の充放電を制御する。分散電源、負荷装置（電力負荷１１、熱負荷１２）等の各種設備の監視制御は接点信号や４−２０ｍＡの電流信号などにより実現可能である。

エネルギー需要管理装置４４は需要情報送受信部４４Ａと負荷情報データベース４４Ｂと協調制御部４４Ｃから構成され、各需要者の所有する空調機や洗濯機などの負荷装置（電力負荷１１）における電力消費量および運転状態を、直接または負荷装置内部にある電力計を介して監視するとともに、これら負荷装置の遠隔制御を行う。負荷情報データベース４４Ｂには、図４下の表に示すように、監視される負荷装置毎の、負荷名、単位時間当たりのエネルギー消費量、１日当りの平均使用時間、遠隔操作の可否、スタンバイ、運転状態、および制御履歴の情報（負荷情報）が保存される。「遠隔操作の可否」とは需要者により登録される、当該負荷装置が、エネルギー需要管理装置４４が遠隔操作できる負荷装置かどうかという情報である。例えば、需要者の生活環境などの都合により扇風機は強弱制御や起動停止してもよい場合は、扇風機は「可」であり、照明は調光してほしくない場合、照明は「否」の負荷装置となる。「スタンバイ」とは洗濯機や炊飯器のように需要者によって事前に運転準備されているか否かという情報である。「運転状態」は、負荷装置が起動または停止している、空調の場合は温度設定などの負荷装置の状態である。「制御履歴」とは、エネルギー需要家管理装置４４による制御の内容（起動／停止等）の履歴である。需要情報送受信部４４Ａは、需要予測装置４２にて予測された時間帯別の予測消費量（積算量）と、負荷情報データベース４４Ｂの情報を基に時間帯別に使用頻度の高い負荷装置を予測消費量に対応させた情報、負荷情報データベース４４Ｂの内容を含む需要者用情報を需要確認装置１６に送信する。需要者用情報は需要者によって確認され、変更することも可能である。需要者用情報の例を図４に示す。この需要者用情報は需要者が何を何時頃使用するのか、また全体の消費エネルギーのグラフも参考に表示したものであり、ある意味需要者の生活スケジュールを予測するものとなっている。ここで、確認作業はこの通りの負荷消費の使用予定であるかどうか確認し、もし、需要予測装置４２で予測不可能な、有給休暇取得による昼間の在宅などがあれば、それに伴う昼間の空調使用予定などを入力変更したりするものである。変更された情報は需要情報送受信部４４Ａによって受信され、需要予測装置４２に送信されて、予測消費量の修正に利用される。協調制御部４４Ｃは、実績エネルギー消費量（以下、実績消費量）と予測消費量の誤差を低減させる（実績消費量を予測消費量に協調させる）制御を実行する。需要予測に沿って分散電源の運転スケジュールを最適に決定するため、需要予測が外れるとその最適効果が低減する。その最適効果を維持するために、需要予測が外れないように協調（負荷装置を調整）することが協調制御である。

予測消費量と実績消費量の誤差があり、協調制御しなかった場合のエネルギー消費量の例を図５に示す。図５において、９時の時間帯における実績消費量と予測消費量の誤差が大きくなっている。

まず、１時間の時間帯内において協調制御を実行した場合の例を図６に示す。図６に示すように、協調制御部４４Ｃは、予測消費量を閾値とした場合、９時５０分の時間帯において実績消費量が閾値を超えたことを検出し、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、残りの時間帯において、負荷情報データベース４４Ｂに需要家の協調許可（遠隔操作の可）が事前に登録されているすべての負荷装置、たとえば空調設備や照明設備の設定温度、光度などを、消費量が下がるように制御することにより、消費量を抑制し誤差を低減させる。

次に、誤差が発生した時間帯の次の時間帯に協調制御を実行した例を図７に示す。図７に示すように、協調制御部４４Ｃは、９時の時間帯に実績消費量が予測消費量を超過したことを検出すると、９時の時間帯においては、誤差量を蓄電池１５による放電により補填し、１０時の時間帯において、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、負荷情報データベース４４Ｂに需要家の協調許可が事前に登録されている負荷装置の消費量が、当初予測されていた１０時の時間帯における消費量から９時の時間帯における誤差量を差し引いた消費量となるように、例えば空調設備の設定温度や照明設備の光度などを下げる制御を実行することにより、消費量を抑制し誤差を低減させる。

本実施形態によれば、エネルギーの予測消費量に実績消費量を協調させるように負荷装置を制御することにより、予測と実績の誤差を補完するための分散電源およびエネルギー蓄積装置の余剰出力やエネルギー不足による比較的高価なエネルギー調達が不要となり、エネルギー供給コストの最小化が計画どおり可能となる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態として、予測消費量と実績消費量の誤差があり、協調制御しなかった場合の例を図８に示す。図８において、９時の時間帯における実績消費量と予測消費量の誤差が大きくなっている。

まず、１時間の時間帯内において協調制御を実行した場合の例を図９に示す。例えば、実績消費量が時間帯別予測消費量の６０％に、時間帯内経過時間の７５％の時点で到達していない場合に協調制御する設定をした場合、図９に示すように、協調制御部４４Ｃは、９時４５分の時間帯において、実績消費量が閾値（予測消費量の６０％）に到達していないことを検出し、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、残りの時間帯において、負荷情報データベース４４Ｂに事前に需要者の協調許可が登録されているとともに、需要家によって運転準備（スタンバイ登録）されている負荷装置、例えば洗濯機や炊飯器の運転、つまり洗濯の開始や炊飯の開始を実行することにより、消費量を増加させ誤差を低減させる。

次に、誤差が発生した時間帯の次の時間帯に協調制御を実行した例を図１０に示す。図１０に示すように、協調制御部４４Ｃは、実績消費量が９時の時間帯に予測消費量を超過したことを検出すると、９時の時間帯においては、誤差量を蓄電池１５による放電により補填し、１０時の時間帯において、負荷情報データベース４４Ｂに需要者の協調許可が事前に登録されているとともに、需要者によって運転準備（スタンバイ登録）されている負荷装置の消費量が、９時の時間帯における誤差量と合うように、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、例えば洗濯機や炊飯器の運転を実行することにより、消費量を増加させ誤差を低減させる。

本実施形態も第１の実施形態と同様の効果がある。

［第３の実施形態］
本実施形態では、協調制御部４４Ｃは、需要予測装置４２にて予測された各時間帯の予測消費量の、前後の時間帯における予測消費量との変動量が、燃料電池１３の定格出力の５０％を超える場合、変動量が少なくなるように、負荷情報データベース４４Ｂに需要家の協調許可が事前に登録されているとともに、需要家によって運転準備（スタンバイ登録）されている負荷装置の消費量と変動量が可能なかぎり一致するように、各負荷装置の単位時間当たりのエネルギー消費量、平均使用時間、制御履歴等を考慮して、負荷装置の運転スケジュールを設定する。この負荷装置の運転スケジュールによるエネルギー消費量の増減を反映した平準化予測消費量を最適運転計画装置４３に送信する。最適運転計画装置４３は、負荷装置の運転スケジュールどおりに負荷装置を制御する。

本実施形態では、負荷消費量を平準化させることにより、分散電源のエネルギー変換効率の向上が期待できる。

［第４の実施形態］
図１１は本発明の第４の実施形態による分散型エネルギーコミュニティーの構成図である。本実施形態の分散型エネルギーコミュニティーでは、エネルギー管理装置４４が協調ポイント管理部４４Ｄをさらに備えている点が第１から第３の実施形態と異なる。

協調ポイント管理部４４Ｄは、第１から第３の実施形態において実行される負荷装置の制御に対して、負荷装置の消費量、制御時間、制御時間帯などの制御履歴を負荷情報データベース４４Ｂに記録するとともに、制御によって増加または削減された消費量に比例したポイント、制御時間に比例したポイントの付与、第１の実施形態で説明した、需要者用情報の、該需要者によって行われた確認および／または修正の作業に対するポイントの付与、および図１２に示すように生活パターンによって協調困難な時間帯を高ポイント提供時間帯とし、それ以外を低ポイント提供時間帯としたポイントの付与および集計管理を需要者毎に実行する。

本実施形態によれば、負荷装置の制御履歴から需要者にポイントを付与、集計、管理し、協調させたことによるエネルギー供給コストの削減利益の還元など、料金的インセンティブを需要者に与え、需要者の手間となる負荷情報の確認や修正などを促進させることが期待できる。

本発明の第１の実施形態による分散型エネルギーコミュニティの構成を示す図である。 エネルギー消費量の予測の例を示す図である。 最適運転計画装置による運転スケジュールの例を示す図である。 需要者用情報の例を示す図である。 第１の実施形態において協調制御しなかった場合のエネルギー消費量の例を示す図である。 第１の実施形態において時間帯内に協調制御した場合のエネルギー消費量の例を示す図である。 第１の実施形態において次の時間帯に協調制御した場合の電力量の例を示す図である。 第１の実施形態において協調制御しなかった場合のエネルギー消費量の他の例を示す図である。 第１の実施形態において時間帯内に協調制御した場合のエネルギー消費量の他の例を示す図である。 第１の実施形態において次の時間帯に協調制御した場合の電力量の他の例を示す図である。 本発明の第４の実施形態による分散型エネルギーコミュニティーの構成を示す図である。 第４の実施形態における、負荷平準化と協調ポイントの関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、・・・、１Ｘ 需要者宅
１１ 電力負荷
１２ 熱負荷
１３ 燃料電池
１４ 貯湯槽
１５ 蓄電池
１６ 需要確認装置
２ 商用系統
３ 商用系統受電点
４１ 気象情報受信部
４２ 需要予測装置
４３ 最適運転計画装置
４４ エネルギー需要管理装置
４４Ａ 需要情報受信部
４４Ｂ 負荷情報ＤＢ
４４Ｃ 協調制御部
４４Ｄ 協調ポイント管理部

Claims (12)

1. 分散電源および／またはエネルギー蓄積手段と、熱および電力の負荷装置とを有する複数の需要者宅を含み、該需要者宅間のエネルギー融通および該需要者宅と電力会社との間の売買電が可能な分散型エネルギーコミュニティーのためのエネルギー需要管理装置であって、
   前記各需要者宅に設置された各負荷装置の、少なくとも単位時間当たりのエネルギー消費量の情報を蓄積する負荷情報データベースと、
   前記各需要者宅の負荷装置の運転状態を監視し、前記負荷データベースに蓄積された情報を基に、前記各需要者宅の負荷装置の時間帯別の実績エネルギー消費量の積算量と、前記各需要者宅の負荷装置によるエネルギー消費量を時間帯別に予測する需要予測装置で予測された予測エネルギー消費量の積算量の誤差が小さくなるように前記負荷装置を遠隔制御する制御手段と、を有するエネルギー需要管理装置。
2. 気象情報および前記負荷装置の使用履歴を基に前記需要予測装置にて予測された予測エネルギー消費量の積算量、予測時間帯別の使用頻度の高い負荷装置、前記負荷情報データベースの内容を含む需要者用情報を前記需要者宅に送信する手段と、該需要者による前記需要者用情報の確認情報および／またはその修正情報を受信する手段と、該修正情報を前記需要予測装置に送信する手段をさらに有する、請求項１に記載のエネルギー需要管理装置。
3. 前記負荷情報データベースに、前記各負荷装置を前記制御手段が遠隔制御することの可否の情報がさらに保存される、請求項１に記載のエネルギー需要管理装置。
4. 前記制御手段は、前記予測エネルギー消費量の積算量と実績エネルギー消費量の積算量の誤差量が事前に設定した値を超えた場合、前記需要者にて事前に遠隔制御が許可されている該負荷装置に対して、その起動または停止、該負荷装置のエネルギー消費量の抑制または増加となる動作設定の変更のいずれかの制御を行う、請求項１に記載のエネルギー需要管理装置。
5. 前記制御手段は、前記各需要者宅の実績エネルギー消費量の積算量が、時間帯別に予測された前記予測エネルギー消費量の積算量を超えた場合、前記負荷情報データベースの情報を基に、前記予測エネルギー消費量を超えた時間帯内に該負荷装置を停止し、または該負荷装置のエネルギー消費量の抑制となるように該負荷装置の動作設定を変更する、請求項４に記載のエネルギー需要管理装置。
6. 前記制御手段は、前記各需要者宅の実績エネルギー消費量の積算量が、時間帯別に予測された前記予測エネルギー消費量の積算量を超えた場合、その誤差量を前記エネルギー蓄積手段によって補填し、前記予測エネルギー消費量を超えた時間帯の次の時間帯において前記負荷情報データベースの情報を基に該負荷装置を停止し、または該負荷装置のエネルギー消費量の抑制となるように該負荷装置の動作設定の変更を行う、請求項４に記載のエネルギー需要管理装置。
7. 前記制御手段は、前記時間帯内の任意時間経過後において、前記各需要者宅の実績エネルギー消費量の積算量が前記予測エネルギー消費量の積算量の任意の割合となる量に到達しない場合、前記負荷情報データベースの情報を基に前記予測エネルギー消費量を超えた時間帯内に該負荷装置を起動し、または該負荷装置のエネルギー消費量の増加となるように該負荷装置の動作設定の変更を行う、請求項４に記載のエネルギー需要管理装置。
8. 前記制御手段は、前記各需要者宅の実績エネルギー消費量の積算量が前記予測エネルギー消費量の積算量よりも低い時間帯の場合、その誤差量を前記エネルギー蓄積手段によって補填し、前記予測消費量を超えた時間帯の次の時間帯において前記負荷情報データベースの情報を基に該負荷装置を起動し、または該負荷装置のエネルギー消費量の増加となるように該負荷装置の動作設定の変更を行う、請求項４に記載のエネルギー需要管理装置。
9. 前記制御手段は、前記各需要者宅の各時間帯の前記予測エネルギー消費量の積算量の、前後の時間帯における予測エネルギー消費量の積算量に対する変動量が所定の値を超える場合、変動量が少なくなり、エネルギー消費量が平準化されるように当該需要者にて事前に遠隔制御が許可されている該負荷装置に対して、その起動または停止、該負荷装置のエネルギー消費量の抑制または増加となる動作設定の変更のいずれかの制御を行う、請求項１に記載のエネルギー需要管理装置。
10. 前記制御手段は、事前に遠隔制御が許可されている該負荷装置に対して行われた、その制御内容毎に事前に設定したポイントを需要者ごとに付与、集計する、請求項４または９に記載のエネルギー需要管理装置。
11. 前記制御手段は、気象情報および前記負荷装置の使用履歴を基に前記需要予測装置にて予測された予測エネルギー消費量の積算量および／または予測時間帯別の使用頻度の高い負荷装置を含む需要者用情報の、該需要者によって行われた確認および／または修正の作業に対してもポイントを付与する、請求項１０に記載のエネルギー需要管理装置。
12. 分散電源および／またはエネルギー蓄積手段と、熱および電力の負荷装置とを有する複数の需要者宅を含み、該需要者宅間のエネルギー融通および該需要者宅と電力会社との間の売買電が可能な分散型エネルギーコミュニティーのためのエネルギー需要管理方法であって、
    前記各需要者宅の負荷装置の運転状態を監視し、前記各需要者宅に設置された各負荷装置の、少なくとも単位時間当たりのエネルギー消費量の情報を蓄積する負荷情報データベー蓄積された情報を基に、前記各需要者宅の負荷装置の時間帯別の実績エネルギー消費量の積算量と、前記各需要者宅の負荷装置のエネルギー消費量を時間帯別に予測する需要予測装置で予測された予測エネルギー消費量の積算量の誤差が小さくなるように前記各負荷装置を制御するエネルギー需要管理方法。

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