JP2007336796A - ピークシフト管理サーバおよび電力需要量ピークシフト方法 - Google Patents

ピークシフト管理サーバおよび電力需要量ピークシフト方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
従来は、複数の電気機器を利用してピークシフトを行う場合に、電力需要がピークである期間に電力供給の切り替えを行うことができず、非効率的であった。
【解決手段】
ピークシフト管理サーバは、ピークシフト利用サーバから、電気機器毎のピークシフト可能時間、ピークシフト電力、充電必要時間を受信する。ピークシフト管理サーバは、総電力需要予測DBから、予想電力需要最大時間と最小時間を抽出し、電気機器毎にピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、充電開始時間、充電終了時間を算出する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電力需要量のピークシフトを制御する技術に関する。その中には、電気自動車用の充電スタンドにおけるピークシフトの制御が含まれる。
電力需要量は、季節および時間帯によって大きく変動する。電力需要量がピークである時間帯には電力が不足し、それ以外は余剰となる。そこで、電力需要量の平滑化は重要な課題である。
特許文献1には、電力ピーク時期をシフトすることを目的とし、バッテリを備えた電気機器のコントローラが、電力ピーク時期をシフトするピークシフト期間に該当するか否かを判断し、ピークシフト期間と判断した場合に、バッテリによる電力を負荷回路に対して供給するようにスイッチに対して指示をする技術が開示されている。
特開2002−271992号公報
昨今、蓄電装置の技術開発の分野においては、キャパシタと呼ばれる蓄電技術の大容量化が実用段階にきており、今後、多くの電気機器(情報機器)が蓄電機能をもち、またビル設備全体に蓄電装置を設置することが予想される。
特許文献1の技術は、ピークシフト期間・時刻DBにおいてどのように所定の時間帯が設定されているかについては開示されていないため、複数の電気機器においてピークシフトを行う場合には、予めピークシフト期間・時刻DBに格納されたピークシフト期間のみ、バッテリによる電力に切り替えることになる。
その場合には、予め定められたピークシフト期間のみ、電力需要量が減少することになる。予め定められたピークシフト期間が常に、電力需要量のピークであるとしたら、問題は無いが、実際は、電力需要がピークである期間に、大容量の蓄電装置からの発電に切り替えることにより、最大電力需要時間に変化が生じている。特許文献1の技術では、この変化に対応することが出来ないため、複数の電気機器を利用してピークシフトを行う場合に、結果として電力需要がピークである期間に電力供給の切り替えを行うことができず、非効率的である。
また、蓄電装置からの電気の供給量には制限があるため、電気機器毎にピークシフト可能な時間は異なるため、バッテリによる発電時間がピークシフト期間より短い場合には対応不可能となる問題点がある。逆に、発電時間がピークシフト期間より長い場合であっても、電気機器毎に異なる供給時間によって、バッテリからの電力供給時間を変化させることは出来ない。
特に、いわゆる充電スタンドについては、通常のピークシフトの制御とは内容が異なるため、更なるきめ細かな制御が必要になる。
本発明の目的は上記問題点を解決し、効率的により電力需要量を平滑化する方法およびシステムを提供することにある。
ピークシフト管理サーバは、ピークシフト利用サーバから、電気機器毎のピークシフト可能時間、ピークシフト電力、充電必要時間を受信する。ピークシフト管理サーバは、総電力需要予測DBから、予想電力需要最大時間と最小時間を抽出し、電気機器毎にピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、充電開始時間、充電終了時間を算出する。
また、本発明には、ピークシフト利用サーバを介さず各時間を算出することも含まれる。この場合、ピークシフト利用サーバとピークシフト管理サーバが一体の構成としてもよい。
本発明によれば、効率的に電力需要量(もしくは需要に対する供給量)を平滑化することができる。
はじめに、発明の概要を説明する。電力会社の給電制御システムでは、翌日以降の需要予測データについても管理を行っている。需要予測データは、図2に示す。需要予測データによって、需要予測電力の最小の時間帯と最大の時間帯が分かる。
そこで各電力・電気需要システムが各電気機器に蓄電装置を備え付け、電気機器毎の蓄電装置のピークシフト電力(消費電力)、ピークシフト可能時間、充電必要時間を電力会社システムに送信する。電力会社システムで電力機器毎に受信した情報をソートする。
ソート順に、各電気機器毎に該当日の総需要最大時間を中心にピークシフト可能時間を割り付け、該当日の総需要最小時間を中心に充電時間を割り付ける。各電気機器に対する割り付けの都度、総需要予測の総需要最大時間および総需要最小時間を再計算し、再計算された総需要最大時間および総需要最小時間を中心として、次の順序の電気機器のピークシフト可能時間および充電時間を割り付ける。割り付けられたピークシフト開始終了時間及び充電開始終了時間を電力・電気需要システムに送信する。
電力・電気需要システムは、各電気機器のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を受け取り、各機器にこれらの時間をセットする。
次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本実施形態におけるネットワーク構成図である。複数の電力・電気需要者システムA,B…は、ネットワークを介して電力会社システムに接続されている。
電気機器1A、2A、3Aとは、エアコンなどの空調機器やサーバなどの情報機器などの小規模な電気機器であっても、例えば、ビル設備全体の電気機器など、複数の電気機器を纏めてものであっても、よいものとする。電気機器にはそれぞれ図に示すように、蓄電部を備えているが、蓄電部は電気機器の内部に設置されても、外部に設置されてもよいものとする。また、図面上では、一つの電気機器に対し、一つの蓄電部を備えているが、複数の電気機器に対し、一つの蓄電部を備える設計にしてもよい。
ここで、以下の説明に使う言葉の定義を行っておくことにする。ここで「ピークシフト電力」とは、対象が蓄電機能付き電気機器の場合は、その機器の消費電力のことを意味し、ビルなどに設置する蓄電装置そのものであれば、その蓄電装置の供給能力(出力値)のことを意味している。
「ピークシフト可能時間」とは、蓄電部からの電力供給で当該電気機器の運用がまかなえる時間を指す。
「充電必要時間」とは、蓄電部への充電に必要な時間を意味している。
ピークシフト開始終了時間」とは、蓄電部による電源供給を開始する時間と終了する時間を意味している。
「充電開始終了時間」とは、蓄電部へ充電する時に必要とする時間を意味している。
電力・電気需要者A10は、複数の電力ピークシフト機能付き電気機器(情報機器)1A100、2A120、3A130をもっており、電気機器(情報機器)1A100は、CPU101、I/F102、通信手段103、メモリ104、I/O105、蓄電部106を備えており、その他の電気機器(情報機器)についても同様である。この場合のI/F102とは、ボタン類、ディスプレイ、各種キーボードなどの入出力インターフェースのことである。本発明の電力ピークシフト手法を実行する機能を実現すべく、書き換え可能なメモリなどのプログラムデータベース160に格納されたプログラム150をメモリ104に読み出し演算装置たるCPU101により実行する。前記、各種機能部と通信手段103の間では、I/O部105がデータのバッファリングや各種仲介処理を実行している。このプログラム150の中には、ピークシフト電力取得部111、ピークシフト可能時間計算部112、充電必要時間計算部113、蓄電制御部114、通信処理部115を備えている。
ピークシフト電力取得部111は、電気機器(情報機器)の消費電力又は蓄電装置における電気供給能力を取得する部分である。ピークシフト可能時間計算部112は、蓄電部106で、どのくらいの時間、電気機器を動かすことが出来るかを計算する機能である。この機能は、万が一電力会社からの電源供給が途絶えた場合に対応する緊急対応時間を蓄電部106の最大稼動時間から差し引きすることで、計算することが出来、この緊急対応時間は機器ごとに設定しても良い。充電必要時間計算部は113、蓄電部106に蓄電する時に必要とする所要時間を計算する機能で、蓄電部106の蓄電容量を確認し、蓄電を所定の容量まで行うために必要な所要時間を計算する機能である。蓄電制御部114は、電力会社20からの電源供給か、蓄電部106からの電源供給かを、指定された時間で切り替えるための制御機能である。通信処理部115は、通信手段103を使って、ピークシフト利用サーバ200とデータの受け渡しをする通信機能である。この通信を実現するために電気機器(情報機器)1A100とピークシフト利用サーバ200は、LAN107などでつながっている。その他の電気機器2A120、3A130についても同様ある。
次にピークシフト利用サーバ200について説明する。ピークシフト利用サーバ200は、CPU201、I/F202、通信手段203、メモリ204、I/O205、蓄電部206を備えている。この場合のI/F202とは、ボタン類、ディスプレイ、各種キーボードなどの入出力インターフェースのことである。本発明の電力ピークシフト手法を実行する機能を実現すべく、書き換え可能なメモリなどのプログラムデータベース255に格納されたプログラム250をメモリ204に読み出し演算装置たるCPU201により実行する。前記、各種機能部と通信手段203の間では、I/O部205がデータのバッファリングや各種仲介処理を実行している。DBとしては、申込DB260、時間割付DB270、実績DB280を備えている。プログラム250の中には、ピークシフト申込取得部211、ピークシフト割付時間取得部212、ピークシフト割付時間配布部213、実績取得部214、蓄電制御部215、通信処理部216を備えている。ピークシフト申込取得部211は、各電気機器(情報機器)1A100、2A120、3A130のピークシフト電力(消費電力)容量、ピークシフト可能時間、充電必要時間を各電気機器(情報機器)から入手し申込DB260に書き込み処理を行う。ピークシフト割付時間取得部212は、電力会社20から各電気機器(情報機器)のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を入手し、時間割付DB270に保存する。ピークシフト割付時間配布部213は、そのピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を各電気機器(情報機器)1A100、2A120、3A130に配布する。実績取得部214は、各電気機器(情報機器)1A100、2A120、3A130で動いたピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間の実績データを実績DB280に保存する機能である。蓄電制御部215は、ピークシフト利用サーバ200自身の蓄電部206の電源供給を、電力会社20から指定された時間で切り替えるための制御機能である。通信処理部216は、通信手段203を使って、各電気機器(情報機器)1A100、2A120、3A130や電力会社20のピークシフト管理サーバ300とデータの受け渡しをする通信機能である。
次に電力会社システム20のシステム構成について説明する。電力会社システム20では、電気を供給するための発電所システムA500、B600、C700を複数保持しており、原子力、火力、水力など様々な発電所を保持している。ベース電力に原子力、水力を使い、ピーク時の対応にCO2発生量の多い火力発電所の出力を大きくし対応しているのが、一般的である。そしてこれらの発電所システムのどの発電所システムにどのくらいの発電をさせるかを制御する機能を給電制御システム400の中に持っている。また、給電制御システム400は、給電需要予測DB450の中に、次の日以降の総電力需要予測データ(図2)も保持している。
ピークシフト管理サーバ300は、CPU301、I/F302、通信手段303、メモリ304、I/O305、蓄電部306を備えている。この場合のI/F302とは、ボタン類、ディスプレイ、各種キーボードなどの入出力インターフェースのことである。
本実施形態の電力ピークシフト手法を実行する機能を実現すべく、書き換え可能なメモリなどのプログラムデータベース345に格納されたプログラム340をメモリ304に読み出し演算装置たるCPU301により実行する。前記、各種機能部と通信手段303の間では、I/O部305がデータのバッファリングや各種仲介処理を実行している。DBとしては、総電力需要予測DB350、総電力需要最大最小DB360、受付DB370、時間割付DB380、実績DB390を備えている。プログラム340の中には、総電力需要予測データ取得部311、総需要最大最小時間取得部312、ピークシフト開始終了時間割付部313、充電開始終了時間割付部314、電力需要予測再計算部315、割付時間配布部316、実績取得部317、通信処理部318を備えている。総電力需要予測データ取得部311は、給電制御システム400から該当日(つまり、多くの場合は翌日)の総電力需要予測データを給電需要予測DB450から総電力需要予測DB350に設定する機能である。総需要最大最小時間取得部312は、総電力需要予測DBから該当日の総電力需要における最大時間とその需要量、最小時間とその需要量を抽出し総需要最大最小DB360に設定する機能である。ピークシフト開始終了時間割付部313は、受付DB370にある各電気機器のピークシフト電力(消費電力)、ピークシフト可能時間と総電力需要最大最小時間DB370の該当日の総電力最大時間を入力データとして、該当電気機器のピークシフト開始終了時間を設定し、時間割付DB380に該当電気機器のピークシフト開始終了時間を設定する機能である。また、各電気機器のピークシフト電力(消費電力)、充電必要時間と総電力需要最大最小時間DB370の該当日の総電力最小時間を入力データとして、該当電気機器の充電開始終了時間を設定する機能である。電力需要予測再計算部315は、該当電気機器のピークシフト開始終了時間及び充電開始終了時間が設定された後に、その電気機器の蓄電部に蓄えられる電気容量が割付られた時間ピークシフトすることを考慮して、該当日の総電力需要予測を再計算する機能である。割付時間配布部316は、時間割付DB380にある各電気機器のピークシフト開始終了時間及び充電開始終了時間を各電力・電気需要者のピークシフト利用サーバ200の時間割付DB270に設定する機能である。実績所得部317は、各電力・電気需要者の各電気機器(情報機器)で動いたピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間の実績保存している実績DB280の実績データを実績DB390に設定する機能である。通信処理部318は、通信手段303を使って、前記の機能を実現するために給電制御システム400やピークシフト利用サーバ200とデータの受け渡しをする通信機能である。
なお、本システム構成の実現方法としては、電力・電気需要者と電力会社との双方の了解の元に、ピークシフト利用サーバ200の機能をピークシフト管理サーバ300の中に包含するようにし、インターネットや専用線などの通信ネットワーク30で各電気機器1A100、2A120、3A130をつなぐ方法で、システム構成を組むことも可能である。
次に、データベースの説明をする。図2は、給電制御システムの総電力需要予測DB450を示している。該当日(多くの場合は翌日)の総電力需要値を10分単位で保持している。図3は、ピークシフト管理サーバ300の総電力需要予測DB350を示している。該当日(多くの場合は翌日)の総電力需要値を10分単位で保持している。図4は、ピークシフト管理サーバ300の総電力最大最小DB360を示している。該当日(多くの場合は翌日)の総電力最小時間とその時の需要値、総電力最大時間とその時の需要値を保持している。図5は、ピークシフト利用サーバ200の申込DB260を示している。電力・電気需要者ごとに持っている電気機器のピークシフト電力(消費電力)、ピークシフト可能時間、充電必要時間を保持している。
図6は、ピークシフト管理サーバ300の受付DB370を示している。図6の上段(ソート前)は、ピークシフト管理サーバが、ピークシフト利用サーバより、各電気機器の電力・電気需要者、ピークシフト可能時間、ピークシフト電力、充電必要時間の情報を申込順に格納している図である。そして、ピークシフト管理サーバは、申し込み順に格納された受け付けDBをソートする。ソートする項目は、図ではピークシフト可能時間の短い順にソートしている。また、他のソート項目としては、電力量の多い順(電力量は、ピークシフト可能時間とピークシフト電力を掛け合わせた量である)などがある。
図7は、ピークシフト管理サーバ300の時間割付DB380を示している。電力・電気需要者から申し込まれた各電気機器(情報機器)に対して電力会社側で割付を実施したピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、充電開始時間、充電終了時間を保持している。
図8は、ピークシフト利用サーバ200の時間割付DB270を示している。電力・電気需要者Aに対する各電気機器(情報機器)のピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、充電開始時間、充電終了時間を保持している。
図9は、ピークシフト利用サーバ200の実績DB280を示している。電力・電気需要者Aに対する各電気機器(情報機器)のピークシフト開始時間実績、ピークシフト終了時間実績、充電開始時間実績、充電終了時間実績を保持している。
図10は、ピークシフト管理サーバ300の実績DB390を示している。電力・電気需要者に対する各電気機器(情報機器)のピークシフト開始時間実績、ピークシフト終了時間実績、充電開始時間実績、充電終了時間実績を保持している。
以下に本発明の処理手順について図面を用いて詳細に説明する。図11は、本発明の処理手順を示している。左側は電量会社システムの処理、右側は電力・電気需要システムA,B,C…の処理を示している。
ステップ1000において、該当日(多くの場合、翌日)の総電力需要予測データを給電制御システム400の給電需要予測DB450からピークシフト管理サーバ300の総電力需要予測DB350に設定しておく。
次に総電力需要予測DB350から該当日の総電力需要予測の最大時間と最小時間を選出し、総電力需要最大最小DB360に、その時間と需要値を設定する(ステップ1005)。
次に所定の時間に、電力・電気需要システムからのピークシフトに対する申し込みを開始する(ステップ1010)。ここにおいて、当日の総電力需要がピークとなる時間帯が終わった後に、次の日の申込を受け付けるのが望ましい。申込の開始とは、電力・電気需要システムから、アクセスを受け付けるようにしてもいいし、電力・電気需要システムに対し、申込を開始した旨の通知を送信するようにしてもよい。
一方、電力・電気需要システムは、この申し込み開始時間になる前の所定時間(多くの場合は、申込み日の蓄電部による電源供給から、電力会社からの電源供給に切り替わった後)に、各電気機器に組み込まれた機器制御アプリケーション150のピークシフト電力取得部111の機能を使ってピークシフト電力(消費電力)値を取得し、ピークシフト可能時間計算部112を使って、各電気機器のピークシフト可能時間を算出し、充電必要時間計算部113を使って、充電必要時間を算出し、これらを申込DB260に設定する(ステップ2000、3000)。
次に電力会社システムのピークシフト申込み開始時間後に申込DB260の情報を電力会社システムに送信する(ステップ2005、3005)。送信された情報を、電力会社システムは、受付DBに格納する。
次に電力会社システムは、所定の時間で電力・電気需要者からのピークシフト申込みを終了する(ステップ1015)。
ステップ1020において、次にピークシフト管理サーバ300の受付DB370の情報をソートし、割付Noとしてn=1から、順番にナンバリングを行う。ソートする項目としては、ピークシフト可能時間の短い順、電力量の多い順(電力量は、ピークシフト可能時間とピークシフト電力を掛け合わせた量である)などがある。このように、ソートする方法はいくつかあるが、それぞれのソート方法において効果を奏する。以下に説明をする。
まず、ピークシフト可能時間の短い順にソートした場合の効果を説明する。総電力需要予測イメージ図は図13に示すようであるが、電力需要量にはピークが二つある。なぜならば、昼食時間には、電力を止める電気機器があるからである。また、電力需要予測を示すグラフのカーブは、ピークになればなるほど、急になる。そこで、ピークシフト可能時間を短い順にソートした場合は、ピークシフト可能時間の短い順に、ピークシフトするよう当てはめていくので、いわば、電力需要量のカーブの山の頂上から順に削っていくような形になり、そのためステップ1030〜1085を繰り返した場合であっても、総需要最大時間の変化が生じにくく、コントロールしやすい。
電力量の多い順にソートした場合には、電力需要量の多い順に、ピークシフトを行えるため、総電力需要量のピークを一定以下にしたい場合には、ステップ1030〜ステップ1090の繰り返し回数を少なくでき、コンピュータの負荷軽減がはかれる。
次に電気機器n(nは、ステップ1020において、ソート後に割り付けられた割付No)に対してピークシフト開始時間と終了時間及び充電開始と終了時間の割付を実施する(ステップ1030)。
この割付方法の詳細を、図12を用いて説明する。
ステップ1035において、ピークシフト管理サーバ300総電力需要最大最小DBの該当日に対する総電力最大時間をMaとし、総電力最小時間をMiとする。なお、nが2以上の場合は、Ma、Miは、ステップ1085で算出されたMa,Miを用いる。
電気機器nのピークシフト可能時間(分)をPnとし、電気機器nの充電必要時間(分)をCnとする(ステップ1040)。
電気機器nのピークシフト可能時間Pnの半分の時間PTnを算出(ステップ1045)。ピークシフト開始時間PSnは、該当日の総電力最大時間(Ma)からPTn(分)遡った時間を算出(ステップ1050)。
ピークシフト終了時間PFnは、該当日の総電力最大時間(Ma)からPTn(分)後の時間を算出する(ステップ1055)。
このPSnを時間割付DB380のピークシフト開始時間にセットし、PFnを時間割付DB380のピークシフト終了時間にセットする(ステップ1060)。
次に電気機器nの充電必要時間Cnの半分の時間CTnを算出する(ステップ1065)。充電開始時間CSnは、該当日の総電力最小時間(Mi)からCTn(分)遡った時間を算出する(ステップ1070)。
ピークシフト終了時間CFnは、該当日の総電力最小時間(Mi)からCTn(分)後の時間を算出(ステップ1075)。
このCSnを時間割付DB380の充電開始時間にセットし、CFnを時間割付DB380の充電終了時間にセットする(ステップ1080)。
ステップ1085において、電気機器nに対しての時間帯割付後の該当日の総電力需要予測を再計算し、ピークシフト管理サーバ300の総電力需要予測DB350を更新し、更にこの時の総電力最大最小時間とその需要値を総電力需要最大最小時間DBに格納する。具体的には、PSnからPFnの間は、該当電気機器はピークシフトを行う、即ち蓄電部から電力の供給を受けるので、その総電力需要量は減ることになる。そこで、総電力需要最大最小DB360の該当する時間の総電力需要量から、ピークシフトによって減る電力量を引き算し、新たな総電力需要量として、総電力需要予測DB360を書き換える。また、CSnからCFnの間は、蓄電部に電源を供給するので、その分、総電力需要量は増大する。そこで、CSnからCFnの間に増える電力量需要量を、該当する総電力需要予測DBの値に加算し、加算された値を新たな総電力需要量として書き換える。そして、書き換えられた総電力需要予測DB360から、総電力最大時間Maおよび最小時間Miを抽出する。
また、ステップ1085は、割付済みのピークシフト可能容量を積算しておき、積算値がある一定を超えた時に実施するように工夫をしても良い。
ステップ1090において、次に全ての機器(各機器)に対して割付済みならステップ1095に進み、まだなら、n=n+1(ステップ1025)として、ステップ1030の処理を続ける。ここにおいて、予め、総需要最大値の値を定めておき、ステップ1085で算出された総電力最大値が、一定値より下がった場合には、ステップ1095に進むようにしてもよい。特に、ステップ1020にて、電力量の多い順にソートを行った場合には、一定値より下がった場合にステップ1095に進むようにするのが望ましい。
ステップ1095において、各電気機器のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を各電力・電気需要システムに送信する(ステップ1095)。
ステップ2010(ステップ3010)において、電力・電気需要システムは、受信した各電気機器のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を、図8に示す時間割付DB270に格納し、各電気機器のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を各電気機器に配布する(ステップ2010)。
各電気機器は、各機器に組み込まれた機器制御アプリケーション150の蓄電制御部114の機能を使い、今回配布された充電開始時間で蓄電部への充電を開始し(ステップ2015)、今回配布された充電終了時間で、電力会社システムからの電源供給を実施する(ステップ2020)。
次に今回配布されたピークシフト開始時間で、蓄電部からの電源供給に切り替え(ステップ2025)、今回配布されたピークシフト終了時間で、電力会社からの電源供給に切替える(ステップ2030)。
これらのピークシフト処理が行われた後、各機器は、ピークシフト利用サーバ200の実績DB280に、各機器のピークシフト開始と終了時間及び充電開始と終了時間をセットし、この実績データを電力会社側のピークシフト管理サーバ300に送信(ステップ2035)、電力会社側でこの実績データをピークシフト管理サーバ300の実績DB390にセットし、この実績を電力会社側で確認することで各需要者に対してのインセンティブなどへ反映することが出来るのである(ステップ1100)。
電力供給者側でピークシフトの利用者側の予定と実績を正確に把握できることで、ピークシフトの利用がユーザの一方的なものではなく、電力供給者側と電力・電気需要者側とのインセンティブ等に反映可能となり、これを継続していくことで、電力供給社側の負荷平準化がなされ、総電力供給に対して環境にやさしいベース電力の利用比率を高める効果がある。また、電力・電気需要者側にとっては、オフピークの低コストな電気で電気機器を効率的に運用することが可能となると共に、合わせて環境にやさしい電力・電気需要者であることを公に示すことが出来る。
次に、このピークシフトの考え方を電気自動車など向けの充電スタンド向けに適用する事例について説明する。なお、充電スタンドは、電気自動車以外の自転車などの充電に用いられるものでであっても構わない。また、充電スタンドとは、電気自動車等への充電が可能であればよく、一般の家屋を利用しても構わない。
充電スタンドの必要性については、電気自動車の利用が、移動距離が想定できる業務用車両に留まるのか、一般家庭まで利用が進むかどうかで、大きく左右されると考えられるが、将来的には、いつでもどこでも充電できる環境を整えることを考えると、例えば、夏場の電力ピークの時間帯に、電気自動車の充電が急激に増えると、本来、CO2削減を目的として導入促進をされた電気自動車の目的からずれて行くこととなる。そこで、本発明においては、充電スタンド向けの蓄電装置に対しても負荷平準化を最大限に発揮する手法について以下に述べる。
図14は、充電スタンド向けピークシフトシステムを構成するネットワーク構成図を示している。
複数の充電スタンドに設置されている蓄電装置S1〜S4は、ネットワークを介して、電力会社が持っているピークシフト管理サーバに接続されている。また、ここで言う充電スタンドは電気自動車向けの充電スタンドをイメージしているが、自動車以外の電気機器(例えば、電気式バイク、バッテリー付きパーソナルコンピュータ、携帯電話)も同様にこの充電スタンドを利用しても良い。
各充電スタンドにおいては、電力会社のピークシフト管理サーバによって割付られた充電時間で充電を行い、電力会社のピークシフト管理サーバが割付を実施したピークシフト開始時間になるとこの蓄電装置からの電源供給がなされ、蓄電装置の電力が無くなった場合に、系統電源からの電源供給に切り替えて使うことをここでは想定している。
しかしながら、電気自動車を普及させたい目的が、CO2排出量の削減であれば、火力発電設備の稼動比率が高い電力ピークの時間帯に系統電源から直接電気供給を受けることは、CO2削減効果が薄く、CO2排出量の少ないオフピークの時間帯に作り出された電気を蓄電装置に蓄えておき、ピークの時間帯で利用することは、CO2削減効果を高めることに繋がる。
図15は、充電スタンド向けピークシフトシステムのシステム構成図を示している。
ここで、S1は充電スタンド事業者Aの充電スタンドA1に導入されている蓄電装置、S2は充電スタンド事業者Aの充電スタンドA2に導入されている蓄電装置を示している。蓄電装置S1は、CPU801、メモリ802、I/F803、通信手段804、I/O805、蓄電部880を備えており、その他の蓄電装置についても同様である。
この場合のI/F803とは、ボタン類、ディスプレイ、各種キーボードなどの入出力インターフェースのことである。本実施形態の電力ピークシフト手法を実行する機能を実現すべく、書き換え可能なメモリなどのプログラムデータベース860に格納されたプログラム850をメモリ802に読み出し演算装置たるCPU801により実行する。前記、各種機能部と通信手段804の間では、I/O部805がデータのバッファリングや各種仲介処理を実行している。このプログラム850の中には、ピークシフト電力取得部811、ピークシフト可能時間計算部812、充電必要時間計算部813、蓄電制御部814、通信処理部815を備えている。
ピークシフト電力取得部811は、蓄電装置における蓄電空き容量を取得する部分である。ピークシフト可能時間計算部812は、蓄電装置S1から電気自動車などに電気を供給するとしてどのくらいの時間、供給できるかを、ピークシフトDB870に蓄積された過去のデータなどを元にして算出する部分である。更に過去のデータの活用方法については、全体の平均値をピークシフト可能時間として計算する方法もあるし、例えば、特定の曜日を選んで平均を取る方法を用いてもよい。また、大型連休の期間は、過去の同様な期間を選出して平均する方法を用いてもよい。
充電必要時間計算部813は、蓄電部880に蓄電する時に必要とする所要時間を計算する機能で、蓄電部880の蓄電容量を確認し、蓄電を所定の容量まで行うために必要な所要時間を計算する機能である。蓄電制御部814は、電力会社20からの電源供給か、蓄電部880からの電源供給かを、指定された時間で切り替えるための制御機能である。通信処理部815は、通信手段103を使って、ピークシフト管理サーバ300とデータの受け渡しをする通信機能である。この通信を実現するために蓄電装置S1とピークシフト管理サーバ300は、PHS網や携帯電話網など通信網又は有線及び無線LANなどで繋がっている。電力会社システム30については、
図1の説明と同様である。
図16は、蓄電装置S1に搭載されているピークシフトDB870を示している。
ピークシフトDB870は、日付、曜日、ピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、ピークシフト合計時間を保持している。
各充電スタンドにおいては、電力会社のピークシフト管理サーバによって割付られた充電時間で充電を行い、電力会社のピークシフト管理サーバが割付を実施したピークシフト開始時間になったことを検知した場合、この蓄電装置からの電源供給がなされ、蓄電装置の電力が無くなるなど一定の条件を満たした場合に、系統電源からの電源供給に切り替えて使うことをここでは想定しており、ピークシフト終了時間とは、系統電源に切り替わった時間としてもいいし、何かの理由で蓄電装置の中に、電力を一部残し、終了時間を迎えるとしても良い。
ピークシフトDBには、日付、ピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、ピークシフト合計時間を保持(記憶)しており、このピークシフト合計時間の平均を計算しておき、この結果をピークシフト管理サーバ300の受付開始後に送信する。初期値については、蓄電装置の能力に応じて予めセットするとしても良い。なお、蓄電装置を充電スタンドの緊急用電源としても一部併用することを考慮し、その残量を一部残して、ピークシフト終了時間を送信するようにしても良い。
図17は、ピークシフト管理サーバの受付DBである。図17の上段(ソート前)は、ピークシフト管理サーバが、各蓄電装置のピークシフト可能時間、ピークシフト電力、充電必要時間の情報を申込順(受信順)に格納している図である。そして、ピークシフト管理サーバは、申し込み順に格納された受け付けDBをソートする。ソートする項目は、図ではピークシフト可能時間の短い順にソートしている。また、他のソート項目としては、電力量の多い順(電力量は、ピークシフト可能時間とピークシフト電力を掛け合わせた量である)などや、充電必要時間の短い順になどにソートする方法を用いてもよい。
図18は、ピークシフト管理サーバ300の時間割付DB380を示している。各蓄電装置に対して電力会社側で割付を実施したピークシフト開始時間、ピークシフト終了時間、充電開始時間、充電終了時間を保持している。ここでの電力・電気需要者とは、充電スタンド事業者のことを意味している。
図19は、ピークシフト管理サーバ300の実績DB390を示している。電力・電気需要者に対する各蓄電装置のピークシフト開始時間実績、ピークシフト終了時間実績、充電開始時間実績、充電終了時間実績を保持している。ここでの電力・電気需要者は、充電スタンド事業者(もしくは一般家屋での提供者)のことを意味している。
以下に、本実施形態を充電スタンド向けに適用する処理手順について図面を用いて詳細に説明する。図20は、本発明の処理手順を示している。左側は電力会社システムの処理、右側は充電スタンドシステムA,B,C…の処理を示している。
ステップ1000、1005、1010、1015は、上述した別例の場合と同様である。
一方、充電スタンドシステムは、この申し込み開始時間になる前の所定時間(多くの場合は、申込み日の蓄電部による電源供給から、電力会社からの電源供給に切り替わった後)に、各蓄電装置に組み込まれた機器制御アプリケーション850のピークシフト電力取得部811の機能を使ってピークシフト電力(蓄電容量)値を取得し、ピークシフト可能時間計算部812を使って、各蓄電装置のピークシフト可能時間を算出し、充電必要時間計算部813を使って、充電必要時間を算出する(ステップ5000、6000)。
次に電力会社システムのピークシフト申込み開始時間後に各蓄電装置の情報を電力会社システムに送信する(ステップ5005、6005)。送信された情報を、電力会社システムは、受付DBに格納する。
ステップ4020において、次にピークシフト管理サーバ300の受付DB370の情報をソートし、割付Noとしてn=1から、順番にナンバリングを行う。ソートする項目としては、ピークシフト可能時間の短い順、電力量の多い順(電力量は、ピークシフト可能時間とピークシフト電力を掛け合わせた量である)、充電必要時間の短い順などがある。このように、ソートする方法はいくつかあるが、それぞれのソート方法において効果を奏する。以下に説明をする。
まず、ピークシフト可能時間の短い順にソートした場合の効果を説明する。総電力需要予測イメージ図は図13に示すようであるが、電力需要量にはピークが二つある。なぜならば、昼食時間帯などには、電力を止める電気機器があるからである。また、電力需要予測を示すグラフのカーブは、ピークになればなるほど、急になる。そこで、ピークシフト可能時間を短い順にソートした場合は、ピークシフト可能時間の短い順に、ピークシフトするよう当てはめていくので、いわば、電力需要量のカーブの山の頂上から順に削っていくような形になり、そのためステップ4030〜1085を繰り返した場合であっても、総需要最大時間の変化が生じにくく、コントロールしやすい。
電力量の多い順にソートした場合には、電力需要量の多い順に、ピークシフトを行えるため、総電力需要量のピークを一定以下にしたい場合には、ステップ4030〜ステップ1090の繰り返し回数を少なくでき、コンピュータの負荷軽減がはかれる。
受電必要時間の短い順にソートする方法は、ピークシフトでは無く、単純に夜間電力の有効利用と平準化を目的とした場合に有効である。水力や原子力の出力を下げたくないような場合に有効である。
次に割付Noがnの蓄電装置(nは、ステップ4020において、ソート後に割り付けられた割付No)に対してピークシフト開始時間と終了時間及び充電開始と終了時間の割付を実施する(ステップ4030)。
この割付方法の詳細を、図21を用いて説明する。
ステップ1035において、ピークシフト管理サーバ300総電力需要最大最小DBの該当日に対する総電力最大時間をMaとし、総電力最小時間をMiとする。なお、nが2以上の場合は、Ma、Miは、ステップ1085で算出されたMa,Miを用いる。
割付Noがnの蓄電装置のピークシフト可能時間(分)をPnとし、割付Noがnの蓄電装置の充電必要時間(分)をCnとする(ステップ4040)。
割付Noがnの蓄電装置のピークシフト可能時間Pnの半分の時間PTnを算出(ステップ1045)。ピークシフト開始時間PSnは、該当日の総電力最大時間(Ma)からPTn(分)遡った時間を算出(ステップ1050)。
ピークシフト終了時間PFnは、該当日の総電力最大時間(Ma)からPTn(分)後の時間を算出する(ステップ1055)。
このPSnを時間割付DB380のピークシフト開始時間にセットし、PFnを時間割付DB380のピークシフト終了時間にセットする(ステップ1060)。
次に割付Noがnの蓄電装置の充電必要時間Cnの半分の時間CTnを算出(ステップ1065)。充電開始時間CSnは、該当日の総電力最小時間(Mi)からCTn(分)遡った時間を算出(ステップ1070)。
ピークシフト終了時間CFnは、該当日の総電力最小時間(Mi)からCTn(分)後の時間を算出(ステップ1075)。
このCSnを時間割付DB380の充電開始時間にセットし、CFnを時間割付DB380の充電終了時間にセットする(ステップ1080)。
ステップ1085において、電気機器nに対しての時間帯割付後の該当日の総電力需要予測を再計算し、ピークシフト管理サーバ300の総電力需要予測DB350を更新し、更にこの時の総電力最大最小時間とその需要値を総電力需要最大最小時間DBに格納する。より具体的には、PSnからPFnの間は、該当電気機器はピークシフトを行う、即ち蓄電部から電力の供給を受けるので、その総電力需要量は減ることになる。そこで、総電力需要最大最小DB360の該当する時間の総電力需要量から、ピークシフトによって減る電力量を引き算し、新たな総電力需要量として、総電力需要予測DB360を書き換える。また、CSnからCFnの間は、蓄電部に電源を供給するので、その分、総電力需要量は増大する。そこで、CSnからCFnの間に増える電力量需要量を、該当する総電力需要予測DBの値に加算し、加算された値を新たな総電力需要量として書き換える。そして、書き換えられた総電力需要予測DB360から、総電力最大時間Maおよび最小時間Miを抽出する。
また、ステップ1085は、割付済みのピークシフト可能容量を積算し記憶しておき、積算値がある一定を超えた場合に実施するようにしても良い。
ステップ1090において、次に各機器に対して割付済みならステップ1095に進み、まだなら、n=n+1(ステップ1025)として、ステップ4030の処理を続ける。
ステップ1095において、各電気機器のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を各電力・電気需要システムに送信する(ステップ1095)。
ステップ5010(ステップ6010)において、充電スタンドシステムAは、受信した各蓄電装置のピークシフト開始終了時間、充電開始終了時間を、各蓄電装置に配信する(ステップ5010)。
各蓄電装置は、各機器に組み込まれた機器制御アプリケーション850の蓄電制御部814の機能を使い、今回配信された充電開始時間で蓄電部への充電を開始し(ステップ5015)、今回配布された充電終了時間で、電力会社システムからの電源供給を実施する(ステップ5020)。
次に今回配信されたピークシフト開始時間で、蓄電部からの電源供給に切り替え(ステップ5025)、今回配信されたピークシフト終了時間で、電力会社からの電源供給に切替えるよう制御する(ステップ5030)。
これらのピークシフト処理が行われた後、各機器は、ピークシフト利用サーバ200の実績DB280に、各機器のピークシフト開始と終了時間及び充電開始と終了時間をセットし、この実績データを電力会社側のピークシフト管理サーバ300に送信(ステップ5035)、電力会社側でこの実績データをピークシフト管理サーバ300の実績DB390にセットし、この実績を電力会社側で確認することで各需要者に対してのインセンティブなどへ反映することが出来るのである(ステップ1100)。
電力供給者側で充電スタンド側に配備した蓄電装置の稼動を実績を正確に把握できることで、ピークシフトの利用がユーザの一方的なものではなく、電力供給者側と充電スタンド事業者側とのインセンティブ等に反映可能となり、これを継続していくことで、電力供給社側の負荷平準化がなされ、充電スタンドが普及した場合でも総電力供給に対して環境にやさしいベース電力の利用比率を高める効果がある。また、充電スタンド事業者側にとっては、オフピークの低コストな電気で電気機器を効率的に運用することが可能となると共に、合わせて環境にやさしい充電スタンド事業者であることを公に示すことが出来る。
更に付け加えると、今回の充電スタンド向け蓄電装置の展開を、例えばオール電化住宅向けの蓄電装置と読み変えても同様な手法を取ることが可能である。また、蓄電装置からの電源供給を開始時間を本発明のピークシフト開始時間とせず、必要なタイミング(例えば、充電スタンドの営業開始時間など)で、開始することも可能で、この場合は、オフピーク電力の効率的な利用のみ推進したモデルとなるのである。
システム構成図 給電制御システムの総電力需要予測データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの総電力需要予測データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの総電力最大最小データベースのデータ構造例 ピークシフト利用サーバの申込データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの受付データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの時間割付データベースのデータ構造例 ピークシフト利用サーバの時間割付データベースのデータ構造例 ピークシフト利用サーバの実績データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの実績データベースのデータ構造例 処理フロー図 ピークシフト時間および充電時間の割付処理フロー図 給電制御システムの総電力需要予測DBイメージ図 充電スタンド向けピークシフトシステムのネットワーク構成図 充電スタンド向けピークシフトシステムのシステム構成図 充電スタンド向け蓄電装置内のピークシフトデータベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの受付データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの時間割付データベースのデータ構造例 ピークシフト管理サーバの実績データベースのデータ構造例 充電スタンド向けピークシフトシステムの処理フロー図 充電スタンド向けピークシフト時間および充電時間の割付処理フロー図
符号の説明
10 電力・電気需要システムA
11 電力・電気需要システムB
20 電力会社システム
30 ネットワーク

Claims (6)

  1. 蓄電装置からの電力供給が可能な電気機器に対する電力供給を管理するピークシフト利用サーバと伝送路を介して接続され、時間毎の予測電力需要量をあらわす給電需要予測DBおよび受付DBを格納する記憶装置に接続されたピークシフト管理サーバにおける電力需要量ピークシフト方法であって、
    前記ピークシフト利用サーバから、電気機器毎の消費電力であるピークシフト電力情報および、当該電気機器において蓄電装置からの電力供給が可能な時間であるピークシフト可能時間情報を含む複数のピークシフト申込情報を受信し、
    受信した前記複数のピークシフト申込情報を、前記受付DBに格納し、
    前記受付DBに格納された前記複数のピークシフト申込情報から、申込情報リストを作成し、
    前記申込情報リストから、電気機器におけるピークシフト電力情報およびピークシフト可能時間情報を含むピークシフト申込情報を抽出し、
    前記給電需要予測DBから、予測電力需要量が最大である時間を抽出し、
    抽出された前記時間に基づいて、前記電気機器の蓄電装置からの電力供給開始時間および終了時間を算出し、
    前記予測電力需要量から、前記ピークシフト電力情報および前記ピークシフト可能時間情報から算出されるピークシフト電力量を差し引き、新たな予測電力需要量を算出し、
    前記給電需要予測DBに時間毎の前記新たな予測電力需要量を、予測電力需要量として置き換えて格納し、
    前記申込情報リストから得られる他の電気機器のピークシフト申込情報と、前記新たな予測電力需要量に基づいて、前記他の電気機器の蓄電装置からの電力供給開始時間および終了時間を算出し、
    算出された前記電気機器毎の電力供給開始時間および終了時間を、ピークシフト利用サーバに送信することを特徴とする電力需要量ピークシフト方法。
  2. 請求項1に記載の電力需要量ピークシフト方法において、
    前記作成された申込情報リストの前記複数のピークシフト申込情報をソートし、
    ソート順に、前記ピークシフト申込情報の抽出をすることを特徴とする電力需要量ピークシフト方法。
  3. 請求項2に記載の電力需要量ピークシフト方法において、
    前記ソートは、前記申込情報に含まれる前記ピークシフト電力情報および前記ピークシフト可能時間情報から算出される電気機器毎のピークシフト電力量の大きい順にソートすることを特徴とする電力需要量ピークシフト方法。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の電力需要量ピークシフト方法において、
    算出された前記新たな予測電力需要量が予め定められた値以上か否かを判断し、
    予め定められた値以上である場合に、前記他の電気機器の電力供給開始時間および終了時間を算出することを特徴とする電力需要量ピークシフト方法。
  5. 蓄電装置からの電力供給が可能な電気機器に対する電力供給を管理するピークシフト利用サーバと伝送路を介して接続され、時間毎の予測電力需要量をあらわす給電需要予測DBおよび受付DBを格納する記憶装置に接続されたピークシフト管理サーバであって、
    前記ピークシフト利用サーバから、電気機器毎の消費電力であるピークシフト電力情報および、当該電気機器において蓄電装置からの電力供給が可能な時間であるピークシフト可能時間情報を含む複数のピークシフト申込情報を受信する受信手段と、
    受信した複数の前記ピークシフト申込情報を前記受付DBに格納し、前記給電需要予測DBに時間毎の予測電力需要量を格納する格納手段と、
    前記受付DBに格納された複数の前記ピークシフト申込情報を申込情報リストとし、前記申込情報リストから、電気機器におけるピークシフト電力情報およびピークシフト可能時間情報を含む申込情報を抽出し、前記給電需要予測DBから予測電力需要量が最大である時間を抽出する抽出手段と、
    抽出された前記時間に基づいて、前記電気機器の蓄電装置からの電力供給開始時間および終了時間を算出し、前記予測電力需要量から、ピークシフト電力情報およびピークシフト可能時間情報から算出されるピークシフト電力量を差し引き、新たな予測電力需要量を算出する算出手段と、
    算出された前記新たな予測電力需要量を、予測電力需要量として、前記給電需要予測DBの予測電力需要量を置き換える置き換え手段と、
    算出された前記電気機器毎の電力供給開始時間および終了時間を、前記電力・電気需要システムに送信する送信手段とを具備することを特徴とするピークシフト管理サーバ。
  6. 蓄電装置と伝送路を介して接続され、時間毎の予測電力需要量をあらわす給電需要予測DBおよび受付DBを格納する記憶装置に接続されたピークシフト管理サーバにおける電力需要量ピークシフト方法であって、
    前記蓄電装置から、電気機器毎の消費電力であるピークシフト電力情報および、当該電気機器において蓄電装置からの電力供給が可能な時間であるピークシフト可能時間情報を含む複数のピークシフト申込情報を受信し、
    受信した前記複数のピークシフト申込情報を、前記受付DBに格納し、
    前記受付DBに格納された前記複数のピークシフト申込情報から、申込情報リストを作成し、
    前記申込情報リストから、電気機器におけるピークシフト電力情報およびピークシフト可能時間情報を含むピークシフト申込情報を抽出し、
    前記給電需要予測DBから、予測電力需要量が最大である時間を抽出し、
    抽出された前記時間に基づいて、前記電気機器の蓄電装置からの電力供給開始時間および終了時間を算出し、
    前記予測電力需要量から、前記ピークシフト電力情報および前記ピークシフト可能時間情報から算出されるピークシフト電力量を差し引き、新たな予測電力需要量を算出し、
    前記給電需要予測DBに時間毎の前記新たな予測電力需要量を、予測電力需要量として置き換えて格納し、
    前記申込情報リストから得られる他の電気機器のピークシフト申込情報と、前記新たな予測電力需要量に基づいて、前記他の電気機器の蓄電装置からの電力供給開始時間および終了時間を算出することを特徴とする電力需要量ピークシフト方法。
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