JP2011166884A - エネルギー需給制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】自律的に制御されている負荷機器で用いる電力量を予測し、住宅内に設けた機器によるエネルギーの需給を制御する。
【解決手段】負荷機器１は、センサ１１により検出された情報を用いて自律的に制御される。住宅内には複数の負荷機器１が配置される。また、分電盤２は、各負荷機器１で使用する電力量を計測する電気使用量計測装置２１を備える。センサ１１で検出した情報と電気使用量計測装置２１で計測した使用電力量とが対応付けられ、履歴記憶部３１に履歴情報として記憶される。予測処理部３２は、履歴記憶部３１における複数の負荷機器１の履歴情報とセンサ１１により検出された情報とを用いることにより、所定の予測期間内において負荷機器１が使用すると推定される使用電力量を予定使用量として求め、予定使用量に基づいて住宅内の機器における電力の需給を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のエリア内に設けた機器に対するエネルギーの需給制御を行うエネルギー需給制御システムに関するものである。
近年、環境意識の高まりとともに、電気やガスのように供給事業者が供給するエネルギーを購入するだけではなく、需要家においてエネルギーの創出や蓄積を行ったり、購入したエネルギーの利用効率を高めたりすることによって、環境負荷を低減させる技術が種々提案されている。
たとえば、特許文献１には、発電機器、蓄電機器、蓄熱機器、水素貯蔵機器を含む分散エネルギー機器を用い、エネルギーの需要および供給の実績に基づいて、エネルギーの需要および供給を予測し、予測値に基づいて分散エネルギー機器を制御する技術が記載されている。この技術を採用すれば、エネルギーの供給量の変動やエネルギーの需要量の変動に応じたエネルギーの不足や無駄の発生を抑制し、結果的に、エネルギーの購入費用を低減させ、かつ環境負荷を低減させることが可能になる。
特開２００４−３１２７９８号公報
ところで、特許文献１に記載の技術では、電気エネルギーおよび熱エネルギーの創出と蓄積とを行う装置を複数組み合わせるとともに、全体としてのエネルギーの供給と需要とのバランスを制御することによって、エネルギーの需給における過不足を抑制している。ただし、特許文献１に記載の構成では、エネルギーを消費する負荷機器の使用条件や動作状態を考慮してエネルギーの需給制御を行う構成は採用されていない。
一方、住宅内にはエネルギーを利用する多種類の負荷機器が存在している。各負荷機器は、使用条件と動作状態との少なくとも一方を検出するセンサを備えるものが多く提供されており、これらの負荷機器では、センサで検出した情報を用いることにより動作が自律的に制御されている。
たとえば、負荷機器が照明器具である場合、使用条件として机上面の照度を計測するセンサを備えたものがあり、設定した目標照度を維持するように光源からの光出力を自律的に制御している。また、負荷機器が空調装置である場合、使用条件として、空気温度や空気湿度を計測するセンサ、フィルタの汚れ度を計測するセンサ、室内における人の存否や場所を計測するセンサなどを備えるものがある。空調装置では、これらのセンサで検出した情報を用いることにより、出力や風向のような動作を自律的に制御している。
さらに、負荷機器が洗濯機である場合、投入された洗濯物の重量や汚れ度を使用条件として計測するセンサを備え、動作状態として注水量を計測するセンサなどを備えており、これらのセンサで検出した情報を用いて運転モードとして設定されている動作状態を選択するものがある。さらにまた、負荷機器が食洗機である場合、食器分量や食器の汚れ度を計測するセンサを備えたものがあり、洗濯機と同様に、運転モードとして設定されている動作状態を選択するものがある。
上述のように、住宅内にはセンサを備えるとともにセンサで計測した情報に基づいて動作が自律的に制御される負荷機器が多数存在している。ただし、多くの負荷機器では、利用者が設定した環境を維持する目的や、運転条件（洗濯物や食器の投入量など）に応じて動作を最適化する目的でセンサの情報が各負荷機器ごとに個別に用いられている。
言い換えると、各負荷機器において検出されたセンサの情報は、検出した時点の情報としてのみ用いられ、しかも当該負荷機器の動作制御のためにのみ用いられている。したがって、負荷機器の使用条件や動作状態の実績に基づいて住宅のような所定のエリア内の機器でのエネルギーの需給制御を行うことはできない。また、いずれかの負荷機器に設けたセンサで検出した情報を他の機器のエネルギーの需給制御に用いることもできない。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、所定のエリアに設けた複数の機器を関連付けてエネルギーの需給を制御するエネルギー需給制御システムを提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、所定のエリア内で使用され使用条件と動作状態との少なくとも一方を検出するセンサを備えセンサにより検出された情報を用いて動作が自律的に制御される複数の負荷機器と、負荷機器のそれぞれにおける電気使用量を計測する電気使用量計測装置と、センサにより検出された情報および電気使用量計測装置により計測された電気使用量の情報を通信により取得する制御装置とを備え、制御装置は、センサにより検出された情報および電気使用量計測装置から取得した情報を履歴情報として記憶する履歴記憶部と、履歴記憶部に蓄積された負荷機器に関する複数の履歴情報とセンサにより検出された使用条件と動作条件との少なくとも一方の情報とを用いることにより、所定の予測期間内において負荷機器が使用すると推定される電気使用量を予定使用量として求める予測処理部とを備え、予測処理部は、当該予定使用量に基づいて前記所定のエリア内の機器に対して電力に関する需給管理の制御を行うことを特徴とする。
また、予測処理部は、負荷機器のうちのいずれかについて使用開始の指示を検出すると、当該負荷機器の使用条件と動作状態との少なくとも一方の情報をセンサから取得し、前記予測期間を当該負荷機器の運転の開始から終了までの期間とし、当該予測期間に当該負荷機器が消費すると推定される電気使用量を予定使用量として求めることが望ましい。
この場合、前記機器として、自然エネルギーにより発電する発電装置を備える分散電源と、分散電源と商用電源との少なくとも一方により蓄電される蓄電池を備え蓄電池の電力を負荷機器に供給可能である蓄電装置と、負荷機器ごとに運転の可否を報知する報知装置とを備え、蓄電装置は、蓄電池の残容量を計測する残容量検知部を備え、予測処理部は、負荷機器のうちのいずれかについて使用開始の指示を検出すると、予定使用量を求め、他に運転中の負荷機器がないときには、求めた予定使用量を蓄電池の残容量から差し引いて予約残容量として求め、他に運転中の負荷機器があるときには、他の負荷機器について求めた予定使用量から既使用量を差し引いた残余と使用開始の指示が検出された負荷機器について求めた予定使用量との和を算出するとともに当該和を蓄電池の残容量から差し引いて予約残容量として求め、予約残容量が規定の閾値以下になる場合は、使用開始の指示が検出された負荷機器の運転開始を後の時刻に変更するように報知装置により指示することが望ましい。
本発明の構成によれば、所定のエリアに設けた複数の機器を関連付けて機器によるエネルギーの需給を制御することができる。
実施形態１を示すブロック図である。 同上の動作説明図である。 実施形態２を示すブロック図である。 同上におけるエネルギーの需要予測の一例を示す図である。 同上におけるエネルギーの需要予測の他例を示す図である。
以下に説明する実施形態では、複数の負荷機器が配置されるエリアとして戸建て住宅を想定しているが、エリアとしては、集合住宅における１住戸、オフィスビルにおける１事業所、店舗ビルにおける１店舗などであってもよい。要するに、エリアとしては、複数の負荷機器を管理する主体（住居の住人、事業所や店舗の管理者など）が同じである範囲を想定している。また、本発明では、エネルギーの需給制御は、負荷機器でのエネルギー需要や負荷機器へのエネルギーの供給を各機器に指示する制御のほか、エリア内の機器に関して奨励する動作を利用者に報知する場合も含む。
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、住宅において使用する負荷機器１の制御について本発明を適用する場合を例として説明する。負荷機器１を制御する目的では、エネルギーの創出や蓄積を行う機器は必須というわけではない。ただし、本実施形態では、住宅で使用する電力を創出するために自然エネルギーを利用して発電する発電装置（図示せず）を備えた分散電源４を備える構成を例として説明する。また、本実施形態の構成では、商用電源と分散電源４との少なくとも一方の電力を蓄電する蓄電装置５を設けている。
分散電源４に用いる発電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置などを想定している。分散電源４には、出力を調節する機能や発電効率を調節する機能を有したパワーコンディショナ（図示せず）が含まれる。また、蓄電装置５は、蓄電池（図示せず）と、蓄電池に対する充電および放電を行う充放電回路（図示せず）とを含む。蓄電池を充電する電力は、商用電源と分散電源４との少なくとも一方から得ることが可能であるが、本実施形態では、分散電源４に設けた発電装置の電力を用いて蓄電池を充電する場合を想定する。
自然エネルギーを利用して発電する発電装置では、時間経過に伴って出力が大きく変動するが、発電装置の出力を蓄電池に蓄電することにより、出力変動が緩和されることになる。この蓄電池に蓄電した電力をパワーコンディショナを通して出力することにより、商用電源とともに負荷機器１に給電することが可能になる。
なお、本実施形態は、分散電源４を商用電源の電力系統に連系させることを想定していないが、分散電源４を商用電源の電力系統に連系させる構成を採用することを妨げない。また、商用電源の電力により蓄電池を充電することにより、商用電源に対する電力需要の平準化を行う構成を採用することも可能である。この場合、蓄電装置５を分散電源４と商用電源とで共用する構成を採用することが可能である。
以下の説明では、分散電源４が発電装置として太陽光発電装置を用い、蓄電装置５に設けた蓄電池は、太陽光発電装置の出力により蓄電されるものとする。また、太陽光発電装置で送出された直流電力と蓄電池に蓄積された直流電力とが、パワーコンディショナを通して分散電源４から交流電力として出力されるものとする。さらに、負荷機器１へは商用電源と分散電源４との一方から選択的に電力が供給され、分散電源４は商用電源への逆潮流を行わないものとする。蓄電装置５には、蓄電池の残容量を計測する残容量検知部（図示せず）が設けられる。残容量検知部は、蓄電池の充電および放電の電流を監視することにより蓄電池の残容量を計測する。
住宅には、複数の負荷機器１と、負荷機器１を接続した負荷系統のそれぞれに電力を分配する分電盤２とが配置される。分電盤２には商用電源からの電力と分散電源４からの電力とが入力される。分電盤２には、各負荷系統（分岐された各系統）の電気使用量を計測する電気使用量計測装置２１が設けられる。各負荷系統には複数の負荷機器１が接続されることがあるが、原則として各負荷系統にはそれぞれ１つの負荷機器１が接続されるものとする。
電気使用量計測装置２１は、たとえば、ロゴスキーコイルを用いて負荷系統ごとの電流を計測するとともに負荷系統ごとの線間電圧を計測することにより、電力を算出する電子式の電力量計測装置を用いることができる。この場合、電気使用量計測装置２１は、電流、電圧、電力を電気使用量として計測することができる。以下の説明では、電気使用量として電力を計測する場合について説明する。
負荷機器１は、電気エネルギーを消費する機器を想定しており、空調機器、暖房機器、照明機器、調理機器、映像機器、冷蔵庫・冷凍庫、給湯機器など種々のものがある。各負荷機器１は、使用条件と動作状態とを検出するセンサ１１と、負荷機器１としての機能を担う機能部１２と、センサ１１の出力に基づいて機能部１２を制御する制御部１０とを備える。すなわち、負荷機器１は、センサ１１で検出した情報に基づいて機能部１２を自律的に制御する。
制御部１０は、学習機能を備えていてもよい。学習機能を備える場合は、センサ１１により検出された情報を蓄積して実績を学習し、学習結果に適宜のルールを適用することにより省エネルギー化を図るように、負荷機器１の動作を指示する。すなわち、負荷機器１はセンサ１１で検出した情報を用いて自律的かつ適応的に動作を制御する。学習機能を設けて適応的に制御するのは、負荷機器１の動作をセンサ１１の出力に対して定式化して制御すると、使用条件や利用者の生活パターンによっては必ずしも省エネルギーにならないからである。
センサ１１で検出する使用条件は、負荷機器１が空調装置であれば温度・湿度などであり、負荷機器１が洗濯機であれば洗濯物の質量・汚れ度などであり、利用者が指示した内容以外であって、負荷機器１に対して外的に与えられる情報を意味する。また、センサ１１で検出する動作状態は、負荷機器１が空調装置であれば設定温度などであり、負荷機器１が洗濯機であれば運転モードなどであって、負荷機器１について利用者が指示した情報を意味する。したがって、センサ１１は、スイッチのように利用者の指示を受け付ける手段をを含む。
負荷機器１は複数種類のセンサ１１を備え、使用条件をセンサ１１で監視し、利用者に指示された動作状態に応じて負荷機器１を動作させる。たとえば、負荷機器１が空調装置であれば、制御部１０は、センサ１１で検出された使用条件としての気温が、利用者から動作状態としてセンサ１１に与えられた温度となるように機能部１２を運転する。また、負荷機器１が洗濯機であれば、制御部１０は、センサ１１で検出された使用条件としての洗濯物の重量および汚れ度に応じて、水量や洗濯時間などの洗濯に必要なパラメータを決定して機能部１２を動作させる。
同様に、負荷機器１が食洗機であれば、洗濯機と同様に、食器の分量および汚れ度が使用条件としてセンサ１１で検出され、負荷機器１が照明装置であれば、動作状態として調光レベルや照度が指示され、輝度や照度が使用条件として検出される。制御部１０では、センサ１１で検出されたこれらの使用条件や動作状態の情報を用いて機能部１２の動作を制御する。
各負荷機器１に設けたセンサ１１で検出された負荷機器１の使用条件と動作状態との少なくとも一方の情報と、分電盤２に設けた電気使用量計測装置２１で計測した電気使用量とは、住宅に設けた制御装置３に与えられる。
制御装置３は、通信機能を有しており、センサ１１および電気使用量計測装置２１との間で通信を行うことにより、必要な情報を取得する。通信規格に関しては、とくに制限はなく、専用通信路による有線通信、電力線を通信路に用いる電力線搬送通信、無線通信のいずれを用いてもよい。図１において、破線は通信を含む情報の伝達経路を示し、実線は電力の経路を示している。
制御装置３は、分電盤２に付設することができる。ただし、住宅内に宅内サーバを設けている場合には、宅内サーバに制御装置３の機能を持たせることが可能である。あるいはまた、コンピュータを内蔵し通信機能を有する多機能な電力メータを用いる場合には、電力メータに制御装置３としての機能を付加することが可能である。
制御装置３には、センサ１１からの情報および電気使用量計測装置２１からの情報を取得して履歴として記憶する履歴記憶部３１が設けられる。履歴記憶部３１は、現在日時を計時する時計部を備えており、計測単位期間（たとえば、５分、１０分、３０分などの期間）ごとにセンサ１１および電気使用量計測装置２１から取得した情報を、取得した日時とともに履歴情報として記憶する。また、履歴情報には、負荷機器１の種類も含まれる。履歴情報は、負荷機器１の種類に応じて異なる。負荷機器１が、空調装置、洗濯機、照明機器、給湯装置（電気式）である場合の履歴情報の項目を表１に示す。
Figure 2011166884
表１において、空調装置における「人の存在」は、人の存否のみではなく人の位置を含める場合がある。また、照明装置における「人の存在」は、人の存否でよく、給湯装置における「人の存在」は、風呂、洗面所、台所のように給湯装置から湯を供給する場所での人の存否の情報に加えて、風呂では湯船に浸かっているか否かの情報も含めてもよい。洗濯機の「重量」「汚れ度」は洗濯物に関する値であり、食洗機の「食器量」は食器の個数および重量、「汚れ度」は食器の汚れの程度である。給湯装置における「湯温」は出湯温度を意味する。
消費電力は、負荷系統ごとに検出している。表１に示した負荷機器１は、宅内では比較的多くの電力を消費する機器であり、負荷系統ごとに１台の負荷機器１を設けているか、複数の負荷系統で同種類の負荷機器１を設けていることが多い。したがって、負荷系統ごとに電力を計測すれば、負荷機器１の消費電力に代用することができる。この種の負荷機器１には、他に冷蔵庫、電子レンジ、暖房機器、映像機器、情報機器、温水洗浄便座、食器洗い乾燥機、掃除機などもある。
上述のように負荷系統によって負荷機器１の種類が判明している場合には、負荷系統ごとに負荷機器１の種類を対応付けておくことによって、履歴情報に負荷機器１の種類を含めることができる。ただし、掃除機やアイロンなど、使用時にのみコンセントに差し込んで用いる負荷機器１では、負荷系統に対応付けることができない。したがって、負荷機器１の動作に伴う電圧・電流の変動特性を用いて負荷機器１の種類を判断する機能を電気使用量計測装置２１に付加しておくことが望ましい。あるいはまた、この種の負荷機器１で消費されるエネルギーについては、履歴情報に含めずに、一定のエネルギー量として損失と同様に扱ってもよい。
ところで、センサ１１で検出した情報、電気使用量計測装置２１で検出した情報、履歴情報などを、そのままで表示したり、加工して表示したりするために、表示器および操作部（スイッチ、タッチパネル）を備えたモニター６が設けられている（図示例では分電盤２に接続しているが、接続関係はとくに限定されない）。モニター６では、操作部の操作により表示内容を選択することができる。モニター６を設置する場所について、とくに制限はないが、キッチンやダイニングのように、１日のうちで滞在時間が長く、かつモニター６を見る機会の多い部屋に設けることが望ましい。
制御装置３は、履歴記憶部３１に格納された履歴情報を組み合わせて用いることによって、住宅に設けた負荷機器１の動作と、各負荷系統での電力の使用パターンとから、住宅において、将来発生するエネルギー需要を予測する予測処理部３２を備える。
予測処理部３２は、所定の予測期間内において負荷機器１が使用すると推定される電気使用量を予定使用量として求める機能と、求めた予定使用量に基づいて住宅内の機器に対して電力に関する需給管理の制御を行う機能とを有する。予定使用量の推定には、履歴記憶部３１に蓄積された負荷機器１に関する複数の履歴情報と、センサ１１により検出された使用条件と動作条件との少なくとも一方の情報とを用いる。
電力に関する需給管理の制御としては、本実施形態で説明する負荷機器１での電力需要に関する制御と、実施形態２で説明する分散電源（燃料電池を例示する）などの供給電力に関する制御とがある。
本実施形態では、負荷機器１での電力需要を見積もるために、負荷機器１ごとに運転の開始から終了までの期間を予測期間とし、予測期間に消費すると推定される電気使用量（消費電力量）を予定使用量として求める。
予定使用量は、センサ１１で検出された使用条件と動作状態との少なくとも一方の情報を履歴情報に照らし合わせることにより、センサ１１で得られた情報に近い条件を持つ履歴情報を複数抽出し、抽出した履歴情報を用いて補間して算出する。また、補間以外の技術としては、履歴情報を用いてファジイ演算を行う技術、履歴情報を用いて学習させたニューラルネットワークを用いる技術などを用いてもよい。
予定使用量を求めるタイミングは、負荷機器１の使用開始が指示された時点であり、負荷機器１の使用開始が指示されたことを制御装置３が検出すると、予測処理部３２において予定使用量を求める。ここに、使用開始の指示は、利用者が電源スイッチをオンにする操作、負荷機器１に内蔵したタイムスイッチのオンなどを意味する。
たとえば、負荷機器１が洗濯機である場合、洗濯機に洗濯物が投入され、電源スイッチをオンにする操作がなされると、利用者による洗濯機の使用開始の指示と認識し、制御装置３に通知する。予測処理部３２では、制御装置３に対するこの通知をトリガとして、予定使用量を求める。予定使用量を求めるには、センサ１１により使用条件として検出される洗濯物の重量および洗濯物の汚れ度と、履歴記憶部３１に記憶された履歴情報とを用いる。
本実施形態の予測処理部３２では、負荷機器１の運転の開始から終了までの１回の使用に係る予定使用量（使用電力量）を求めた後、蓄電装置５の残容量検知部から取得した蓄電池の残容量から予定使用量を減算する。減算結果は、当該負荷機器１を使用することによって蓄電池の電力を使用したときに蓄電池に残される残容量であって、当該負荷機器１により予約される容量であるから、以下では予約残容量と呼ぶ。
予約残容量が負である場合は、当該負荷機器１を運転するのに必要な電力が蓄電池に残されていないことを意味する。つまり、予約残容量を評価すれば、負荷機器１を蓄電池の残容量で運転できるか否かを判断することができる。ただし、蓄電池から負荷機器１に電力を供給する際には種々の損失を考慮する必要があるから、損失に見合う程度の閾値を規定しておき、予約残容量が閾値以下になる場合は、蓄電池の残容量では負荷機器１を運転することができないと判断する。
予約処理部３２において予約残容量が閾値以下になると判断された場合は、負荷機器１に対して商用電源から電力を供給する。ところで、電力会社との契約によっては、一定時間（たとえば、３０分）ごとの電力使用量のピーク値が規定値を超えると電気料金の単価が高くなる場合、時間帯別に電気料金が設定されている場合などがある。このような場合には、予約残容量が閾値以下になると判断された時点で、ただちに商用電源から負荷機器１に給電すると電気料金が高くなる可能性がある。
そこで、本実施形態では、当該負荷機器１の運転開始を後の時刻に変更する指示をモニター６を通して利用者に提示する。モニター６による提示方法としては、画面上に表示する文字や図形を用いる視覚的提示のほか、警報音や音声メッセージを用いる聴覚的提示を行うようにしてもよい。
具体例を説明する。電力会社との契約により平日の７〜１０時と１７〜２３時との電気料金を基準価格として、１０〜１７時には割高の電気料金が設定され、２３〜翌７時には割安の電気料金が設定されているものとする。すなわち、電気料金の単価が３段階に設定されている場合を前提とする。
ここで、８時に洗濯機に洗濯物を投入し洗濯機の電源スイッチをオンにする操作を行った場合を想定する。上述したように、制御装置３に設けた予測処理部３２は、センサ１１から取得した洗濯物の重量および汚れ度と、履歴記憶部３１が記憶している履歴情報とを用いることにより、洗濯機を運転した場合の予定使用量を推定する。また、この時点での蓄電池の残容量を残容量検知部から取得し、残容量と予定使用量とから予約残容量を算出する。
一方、８時には空調装置が運転中であって、空調装置は１１時まで運転する予定であるとする。この場合、空調装置の運転を開始する時点で蓄電池の残容量に対する予定使用量をすでに算出していると考えられる。そこで、まず、空調装置の運転開始の時点での蓄電池の残容量から空調装置について求めた予定使用量を減算した予約残容量のうち、既使用の電力量を減算した残余を求める。この残余に洗濯機について求めた予定使用量を加算した和を求めるとともに、この和を蓄電池の残容量から減算すれば予約残容量を求めることができる。この予約残容量を閾値と比較するのである。
この予約残容量は、空調装置の運転開始の時点で求めた蓄電池の残容量から空調装置の予定使用量を差し引いた値を洗濯機の運転開始の時点での蓄電池の残容量とみなし、この残容量から洗濯機について求めた予定使用量を差し引いて求めた値と等価である。
ここで、予約残容量が閾値以下であるときは、予測処理部３２は、現状の蓄電池の残容量では洗濯機を運転できず、商用電源からの電力供給が必要になると判断する。このような場合に、電気料金の単価が安い時間帯（たとえば、２３〜翌７時までの時間帯）に洗濯機を運転するというように、洗濯機の運転開始を後の時刻に変更するという提案などをモニター６に提示する。また、予測処理部３２は、蓄電池が発電装置４に充電されることにより洗濯機の運転が可能になった時点で、洗濯機の運転が可能になったことをモニター６に提示することも可能である。
上述した予測処理部３２の処理手順を図２に簡単にまとめる。まず、負荷機器１の使用開始の指示を検出すると（Ｓ１）、検出時点での負荷機器１のセンサ１１の出力を取得するとともに（Ｓ２）、履歴記憶部３１から履歴情報を取得する（Ｓ３）。次に、センサ１１から取得した情報を履歴情報に突き合わせることによって、負荷機器１の運転開始から運転終了までの予測期間における使用電力量（予定使用量）を推定する（Ｓ４）。また、蓄電装置５から蓄電池の残容量を取得し、当該負荷機器１で予約使用量に相当する電力を使用した場合の予約残容量を算出する（Ｓ５）。算出した予約残容量を規定の閾値と比較し（Ｓ６）、閾値を超えていれば（Ｓ６：ｙｅｓ）、運転可能であることをモニター６により提示し、閾値以下であれば（Ｓ６：ｎｏ）、運転時刻を変更するほうがよい旨の提示をモニター６により行う。
（実施形態２）
実施形態１では発電装置４および蓄電装置５を設け、負荷機器１の運転を制御しているが（図１参照）、本実施形態では、図３に示すように、発電装置４および蓄電装置５に代えて燃料電池７を設ける場合を例示しており、燃料電池７の動作を制御する例について説明する。すなわち、本実施形態では、住宅において使用するエネルギーを創出するエネルギー創出機器として、電気エネルギーと熱エネルギーとを併せて創出するコージェネレーション装置を用いる場合について例示する。ここでは、燃料電池７を用いて電気エネルギーと熱エネルギーとを創出するコージェネレーション装置を想定するが、ガスエンジンにより発電機を駆動するコージェネレーション装置を用いることも可能である。
この種のコージェネレーション装置では、熱エネルギーを蓄積するために貯湯タンクを用いており、熱エネルギーを湯量に代えて蓄積する。また、電気エネルギーを蓄積するために蓄電池を併用することもできる。すなわち、エネルギー創出機器は、貯湯タンクや蓄電池を含むことがある。
エネルギー創出機器としては、太陽光発電装置や風力発電装置を用いてもよい。このような自然エネルギーを利用した発電装置は、エネルギーの供給変動を抑制するために蓄電池を含む。
分電盤２の１次側電力は、燃料電池７を用いて発電された電力を含む。ただし、住宅用の燃料電池７は単独の使用で住宅内の全電力を供給する容量を備えていないことが多いから、電気事業者が電力を供給する電力系統との系統連系を行って１次側電力に用いることが望ましい。
本実施形態の予測処理部３２は、予測単位期間（通常は１日であるが、１週間の周期性や年間の周期性も考慮される。また、負荷機器１の）ごとにエネルギー需要を予測する。本実施形態では、エネルギー創出機器として燃料電池７を用いているから、エネルギー需要として、電気エネルギーの需要と熱エネルギーの需要とを併せて予測する必要がある。
このように、２種類のエネルギーについて需要予測を行う場合に、燃料電池７により発電する電気エネルギーの量と、その量の電気エネルギーを発電する際に得られる熱エネルギーの量との一方について需要を満足させようとすると、他方については過不足が生じることが多い。
この種の問題に対応するために、電気エネルギーと熱エネルギーとの一方について需要予測を満足させるように燃料電池７の動作を制御し、他方については不足が生じるようにして、不足分のエネルギーを別途に購入することが考えられている。燃料電池７について言えば、通常は、電気エネルギーの需要を満足させ、熱エネルギーについては貯湯タンクを用いて蓄熱するとともに不足分を追い焚きにより補っている。追い焚きに要するエネルギーは、電力系統から電力を購入するか、燃料ガスを購入することになる。
予測処理部３２では、履歴記憶部３１に保存した履歴情報を用いることによって、予測単位期間ごとの電気エネルギーおよび熱エネルギーの需要を予測するから、たとえば、前日までの履歴情報から当日の需要を予測することにより、当日の電気エネルギーや熱エネルギーに過不足が生じないように、運転スケジュールを決定することが可能になる。
ここに、履歴記憶部３１には、個々の負荷機器１に設けたセンサ１１での検出情報および負荷系統ごとの電力の情報が含まれるから、複数の負荷機器１の使用条件および利用者の生活パターンを考慮することができ、エネルギーの需要予測を正確に行うことが可能になる。したがって、運転スケジュールの最適化が可能になり、結果的にエネルギーの需給バランスの高精度化が可能になる。なお、運転スケジュールを最適化するための手順ないし規則は、あらかじめ設定しておく必要がある。
上述の例では、予測単位期間を原則として１日としているが、１日において複数の時間区間（３０分単位、１時間単位など）を設定しておき、時間区間を予測単位期間として、負荷機器１の動作制御を、ほぼリアルタイムに行うようにしてもよい。図４、図５は、予測単位期間を１時間とした例であって、１時間毎の電気エネルギー（右下がりのハッチングで示す領域）と熱エネルギー（左下がりのハッチングで示す領域）との推移を示している。また、図４は冬季、図５は夏季を表している。
上述したように、貯湯タンクを用いて熱エネルギーを蓄熱している場合には、熱エネルギーの需要が大きくなる時間帯（図では６〜８時、１８〜１９時、２１〜２３時など）に必要な熱エネルギーが蓄熱されていればよい。
本実施形態の予測処理部３２では、複数の負荷機器１の使用条件と動作状態と複数の負荷機器１での使用電力とを履歴情報として用いているから、図４や図５のように予測した電気エネルギーと熱エネルギーとについて住宅全体での需要を予測することができる。したがって、この需要予測により、熱エネルギーの需要が増大する時間帯に不足が生じないように、エネルギーの購入量および購入のタイミングを決定することが可能になる。要するに、予測単位期間ごとに、電気エネルギーおよび熱エネルギーの需要を予測し、エネルギーの購入量が少なくなるように燃料電池７の運転スケジュールを決定することが可能になる。
ところで、燃料電池７では、熱エネルギーを蓄熱する貯湯タンクを併用しており、貯湯タンク内に蓄熱する熱エネルギーの量については上限値が設定されるようになっている。すなわち、貯湯タンクに蓄熱できる熱エネルギーの最大値は、貯湯タンクの内容積によって決まるが、実使用にあたっては最大値まで蓄熱するのではなく、最大値よりも熱エネルギー量が小さい上限値を設定し、通常は蓄熱される熱エネルギー量が上限値を超えないように管理している。
上限値は、通常使用時には、熱エネルギー量の需要予測に応じて一定値に設定される。ただし、来客などで熱エネルギー量の需要が一時的に増加する場合に備えて、利用者が上限値を高く設定できるように設定部（図示せず）が設けられている。この場合、予測処理部３２による熱エネルギーの需要予測では対応できない。そこで、貯湯タンクに蓄熱可能な熱エネルギー量の上限値を、予測処理部３２に与えるように構成してある。このことにより、上限値の変化に追従した需要予測が可能になり、購入するエネルギー量の調節がなされることになる。
ところで、上述したように、モニター６を設けているから、負荷機器１の動作や履歴情報を視覚的に確認することが可能になっている。すなわち、電気エネルギーおよび熱エネルギーの需要・供給の「見える化」が可能になり、利用者に対して省エネルギーへの意識付けを行うことが可能になる。
また、上述のようにエネルギー創出機器として燃料電池７を用いている場合に、一般には、電気エネルギーの需要を満足させると熱エネルギーの供給に不足が生じる。したがって、熱エネルギーの需要を低減させることができれば、熱エネルギーの不足分が低減され、購入するエネルギー量を低減させることが可能になる。あるいはまた、エネルギーの購入単価が時間帯によって変動する場合には、必要なエネルギーを購入単価の安い時間帯に購入しておけば、エネルギーの購入金額を低減させることが可能になる。
負荷機器１の動作や貯湯タンクの上限値の設定が変更された場合（たとえば、空調装置の設定温度が変更された場合）には、モニター６で報知するようにし、エネルギーの使用状況が需要予測に対して変化したことを利用者に通知するのが望ましい。とくに、負荷機器１の設定についてエネルギーの需要量が増加する変更がなされた場合と、エネルギー創出機器（燃料電池７）においてエネルギーの供給量が増加する変更がなされた場合とは、必ず報知するようにするのが望ましい。このような報知により、利用者にはエネルギーの購入料金の変化などとして認識させることができ、結果的に、省エネルギーを考慮した負荷機器１の使用を意識付けることが可能になる。
モニター６では、履歴情報を参照するとともに、リアルタイムでセンサ１１および電気使用量計測装置２１からの情報を取得することができるから、これらの情報を用いることによって、購入エネルギーを低減させる提案や、エネルギー購入金額を低減させる提案を行うことが可能になる。
上述の例では、エネルギー創出機器として、燃料電池を例示したが、ガスエンジンにより発電するコージェネレーション装置においても上述した技術を採用することができる。また、太陽光発電装置あるいは風力発電装置のような自然エネルギーによる発電装置をエネルギー創出装置として用い、蓄電池を備える蓄電装置をエネルギー蓄積装置として用いる場合には、センサ１１および電気使用量計測装置２１からの情報と履歴記憶部３１に保存した履歴情報とを用いることにより、発電装置の出力と蓄電池の充放電との関係を、精度よく制御することが可能になる。あるいはまた、電力系統との系統連系を行うとともに逆潮流が許容されている分散電源では、需要予測により分散電源と売買電との関係の適正化も可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
１ 負荷機器
２ 分電盤
３ 制御装置
４ 分散電源（機器）
５ 蓄電装置（機器）
６ モニター（機器）
７ 燃料電池（機器）
１０ 制御部
１１ センサ
１２ 機能部
２１ 電気使用量計測装置
３１ 履歴記憶部
３２ 予測処理部

Claims (3)

  1. 所定のエリア内で使用され使用条件と動作状態との少なくとも一方を検出するセンサを備え前記センサにより検出された情報を用いて動作が自律的に制御される複数の負荷機器と、前記負荷機器のそれぞれにおける電気使用量を計測する電気使用量計測装置と、前記センサにより検出された情報および前記電気使用量計測装置により計測された電気使用量の情報を通信により取得する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記センサにより検出された情報および前記電気使用量計測装置から取得した情報を履歴情報として記憶する履歴記憶部と、前記履歴記憶部に蓄積された前記負荷機器に関する複数の履歴情報と前記センサにより検出された使用条件と動作条件との少なくとも一方の情報とを用いることにより、所定の予測期間内において前記負荷機器が使用すると推定される電気使用量を予定使用量として求める予測処理部とを備え、前記予測処理部は、当該予定使用量に基づいて前記所定のエリア内の機器に対してエネルギーの需給制御を行うことを特徴とするエネルギー需給制御システム。
  2. 前記予測処理部は、前記負荷機器のうちのいずれかについて使用開始の指示を検出すると、当該負荷機器の使用条件と動作状態との少なくとも一方の情報を前記センサから取得し、前記予測期間を当該負荷機器の運転の開始から終了までの期間とし、当該予測期間に当該負荷機器が消費すると推定される電気使用量を予定使用量として求めることを特徴とする請求項１記載のエネルギー需給制御システム。
  3. 前記機器として、自然エネルギーにより発電する発電装置を備える分散電源と、前記分散電源と商用電源との少なくとも一方により蓄電される蓄電池を備え前記蓄電池の電力を前記負荷機器に供給可能である蓄電装置と、前記負荷機器ごとに運転の可否を報知する報知装置とを備え、前記蓄電装置は、前記蓄電池の残容量を計測する残容量検知部を備え、前記予測処理部は、前記負荷機器のうちのいずれかについて使用開始の指示を検出すると、予定使用量を求め、他に運転中の負荷機器がないときには、求めた予定使用量を前記蓄電池の残容量から差し引いて予約残容量として求め、他に運転中の負荷機器があるときには、他の負荷機器について求めた予定使用量から既使用量を差し引いた残余と使用開始の指示が検出された前記負荷機器について求めた予定使用量との和を算出するとともに当該和を前記蓄電池の残容量から差し引いて予約残容量として求め、予約残容量が規定の閾値以下になる場合は、使用開始の指示が検出された前記負荷機器の運転開始を後の時刻に変更するように報知装置により指示することを特徴とする請求項２記載のエネルギー需給制御システム。
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