JP2011234570A - 消費電力管理装置および消費電力管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 限定的な時間範囲における供給電力量の変動に対し、消費電力量を効率的に制御することが可能な消費電力管理装置および消費電力管理方法を提供する。
【解決手段】 管理対象の建物内の設備負荷の、消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間を入力する負荷調整可能量入力部１１と、入力された情報から消費電力削減予測量を算出する消費電力削減予測量算出部１２と、算出された消費電力削減予測量を表示する消費電力削減予測量表示部１３と、消費電力削減要求が送信されたときに、設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間を決定する削減レベル決定部１５と、決定された情報に基づいて各設備負荷に対する制御量を決定する負荷制御量決定部１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、大型ビルや工場などの施設の消費電力を管理する消費電力管理装置および消費電力管理方法に関する。

近年、温暖化の原因とされる二酸化炭素などの温室効果ガスを削減するため、ビルや工場などの施設において更なる省エネルギー化が求められている。これに伴って、発電時に温室効果ガスを排出しない太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入が加速している。

この再生可能エネルギーは、太陽光や風力など、自然環境の中で繰り返し起こる現象から取り出す自然エネルギーを活用するため、気象状況により発電量が減る等の変動が起こってしまうという欠点がある。

現在は火力発電などの出力で補うことによりその変動量を吸収しているが、再生可能エネルギーの導入比率が高まるにつれ、変動量を吸収しきれなくなることが懸念されている。

この変動量を吸収する他の手段として、蓄電池や予備発電機を利用することが考えられるが、蓄電池は単位蓄電量あたりのコストが高いという問題があり、予備発電機はアセットを保有するための費用がかかるとともに、起動した状態で待機する時にエネルギーを消費し非効率的であるという問題がある。

特開２００９−１７７８５８号公報 特開２００９−７７４９８号公報

そこで、再生可能エネルギーの変動量を吸収するための、経済的且つ環境設備負荷の低い手段として、デマンドレスポンスが考えられる。

デマンドレスポンスとは、再生可能エネルギーの変動量（特に発電量不足）を電力供給側で吸収しきれなくなったときに、電力を消費する設備負荷側（デマンド側）が供給電力量の変動に合わせて消費電力量を低減させる等の調整を行うことである。

この設備負荷側で動的に消費電力量を削減する制御はデマンド制御と呼ばれており、優先順位の低い設備負荷から選択的に遮断する選択設備負荷遮断が一般的である。

しかし、この従来のデマンド制御は、予め設定された契約電力量を超過しないように、設備負荷のＯＮ／ＯＦＦをデマンド側で制御するものであり、気象状態などにより限定的な時間範囲において再生可能エネルギーの供給量が少なくなるようなデマンドレスポンスに対応することができないという問題があった。

また、夏季昼間のように消費電力量の設備負荷が高くなるときには、電力系統運用者である電力会社からの電話連絡等により限定的な時間範囲において消費電力量を減らすようにビル管理者に通知し、これに基づいてビル管理者が経験的な判断で設備負荷の制御を行っているが、近年の大型ビルでは設備負荷のエネルギーソースが複数組み合わされて構成されており、設備負荷の制御を行うビル管理者への負担が大きいという問題があった。

大型ビル内の負荷制御システムの、設備負荷およびそれらのエネルギーソースの一例を、図８に示す。図８の負荷制御システムでは、ビル内の設備負荷である照明負荷２１、動力・ＯＡ負荷２２、空調負荷２３、および給湯負荷２４で利用する電力３１、冷温水３２、および蒸気３３等のエネルギーの供給元として、外部から供給される電力を取得する受電端４１、外部から供給される蒸気を取得する蒸気源４２、および冷外部から供給される温水を取得する冷温水源４３に加え、ビル内でエネルギーを供給するＣＧＳ（Cogeneration System）５１、ボイラ５２、非常用多電機５３、燃料電池５４、太陽光／風力発電５５、蓄電５６、冷凍機／温水器５７、太陽熱給湯５８、蓄熱５９等が設置されている。

このように多数のエネルギーソースが存在する場合、ビル管理者は、負荷の動作を調整することによりどの程度消費電力の削減に寄与できるのかを見積もることが困難であり、安定した制御ができないことがあるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、限定的な時間範囲における供給電力量の変動に対し、消費電力量を効率的に制御することが可能な消費電力管理装置および消費電力管理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態の消費電力管理装置は、建物内の設備負荷の消費電力削減レベルごとの、消費電力量を削減した制御を継続可能な削減継続可能時間を入力する負荷調整可能量入力部と、前記負荷調整可能量入力部から入力された消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間により予測される消費電力削減予測量を算出する消費電力削減予測量算出部と、前記消費電力削減予測量算出部で算出された消費電力削減予測量を表示する消費電力削減予測量表示部とを備えることを特徴とする。

また、この消費電力管理装置は、外部から送信された消費電力削減要求が送信されたときに、この消費電力削減要求で要求されている消費電力削減量と、前記消費電力削減予測量算出部で算出された消費電力削減予測量とから、当該設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間を決定する削減レベル決定部と、前記削減レベル決定部で決定された消費電力削減レベルおよび削減継続時間に基づいて、当該ビル内の各設備負荷に対する制御量を決定する負荷制御量決定部と、前記負荷制御量決定部で決定された各設備負荷に対する制御量に基づいて、各設備負荷に制御量情報を出力する負荷制御量出力部とをさらに備えていてもよい。

一実施形態による消費電力管理装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態による消費電力管理装置で実行される消費電力削減可能量の算出処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態による消費電力管理装置に入力される消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間の一例を示す説明図である。 一実施形態による消費電力管理装置で実行される設備負荷の制御量の調整処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態による消費電力管理装置で決定された消費電力削減レベルの削減継続時間の一例を示す説明図である。 一実施形態による消費電力管理装置で決定された消費電力削減レベルの削減継続時間およびシフトされた動作時間の一例を示す説明図である。 一実施形態による消費電力管理装置で決定された消費電力削減レベルの削減継続時間およびシフトされた動作時間の一例を示す説明図である。 一実施形態による消費電力管理装置で管理される建物内の設備負荷および設備負荷へのエネルギーソースの一例を示す説明図である。

本発明の一実施形態として、図２に示すような照明負荷、動力・ＯＡ負荷、空調負荷、給湯負荷が設置されたビル内の、これらの設備負荷で消費される電力を管理する消費電力管理装置について説明する。

〈一実施形態による消費電力管理装置の構成〉
本実施形態による消費電力管理装置の構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態による消費電力管理装置１は、複数の建物への供給電力を管理する中央供給電力管理装置２にネットワーク３を介して接続された状態で管理対象のビル内に設置されており、負荷調整可能量入力部１１と、消費電力削減予測量算出部１２と、消費電力削減予測量表示部１３と、消費電力削減可能量出力部１４と、削減レベル決定部１５と、負荷制御量決定部１６と、負荷制御量出力部１７と、これらの機能部で利用する情報を記憶する記憶部１８とを有する。

負荷調整可能量入力部１１は、ビル管理者により操作され、照明負荷、動力・ＯＡ負荷、空調負荷、給湯負荷等の各種負荷について、制御に関する設定値のうち少なくとも１つに関し、負荷の消費電力削減レベルごとの、消費電力量を削減した制御を継続可能な時間である削減継続可能時間を入力する。

消費電力削減予測量算出部１２は、負荷調整可能量入力部１１から入力された消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間により予測される、消費電力削減予測量を算出する。

消費電力削減予測量表示部１３は、消費電力削減予測量算出部１２で算出された消費電力削減予測量を表示する。

消費電力削減可能量出力部１４は、消費電力削減予測量算出部１２で算出された消費電力削減予測量を、消費電力削減可能量として、中央供給電力管理装置２に送信する。

削減レベル決定部１５は、中央供給電力管理装置２から消費電力削減要求が送信されたときに、この消費電力削減要求で要求されている消費電力削減量と消費電力削減予測量算出部１２で算出された消費電力削減予測量とから、設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間を決定する。

負荷制御量決定部１６は、削減レベル決定部１５で決定された消費電力削減レベルおよび削減継続時間に基づいて、管理対象のビル内の各設備負荷に対する制御量を決定する。

負荷制御量出力部１７は、負荷制御量決定部１６で決定された各設備負荷に対する制御量に基づいて、各設備負荷に制御量情報を出力する。

〈一実施形態による消費電力管理装置の動作〉
次に、本実施形態の消費電力管理装置１において実行される、（１）消費電力削減可能量の算出処理、および、（２）中央供給電力管理装置２から消費電力削減要求が送出されたときの管理対象のビル内の設備負荷の制御量の調整処理について、図２〜７を参照して説明する。

（１）消費電力削減可能量の算出処理
消費電力管理装置１における消費電力削減可能量の算出処理の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、ビルの管理者により負荷調整可能量入力部１１が操作され、照明負荷、動力・ＯＡ負荷、空調負荷、給湯負荷等の各種負荷について、制御に関する設定値のうち少なくとも１つに関し、負荷の消費電力削減レベルごとの、消費電力量を削減した制御を継続可能な時間である削減継続可能時間が入力される（Ｓ１）。

この負荷の消費電力削減レベルの削減継続可能時間はビル管理者が理解しやすい設定値、例えば、設備負荷が空調負荷であるときは、空調制御対象エリアごとの設定温度値、設定湿度値、および快適性指数値のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間が入力され、設備負荷が給湯負荷であるときは、給湯温度値、給湯量、蒸気温度値、蒸気圧力値、および蒸気量のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間が入力され、設備負荷が照明負荷であるときは、照明制御対象エリアごとの点灯照明装置数、および照度のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間が入力される。

入力された負荷の消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間の一例を、図３に示す。

ここでは、予め消費電力管理装置１に、空調負荷の冷房モードにおける温度設定値に関し、消費電力削減レベルのレベル１として設定温度を０．５℃上げる制御情報が設定され、レベル２として設定温度を１℃上げる制御情報が設定され、・・・レベル１０として設定温度を４℃上げる制御情報が設定されているものとする。

このように設定されている状態で、図３では、レベル１による制御は２４時間継続可能であり、レベル２による制御は１２時間であれば継続可能であり、レベル１０による制御は２時間であれば継続可能であることが入力された状態が示されている。

このレベル別の継続可能時間は、時間帯ごと、または日にちや曜日ごと等により、異なる情報を入力するようにしてもよい。

例えばオフィスビルにおける平日の昼間の時間帯にはレベル１０による制御は短時間しか許容できないが、休日や夜間の時間帯には長時間許容するなど、ビルの使用状況に応じて設定可能である。

入力された負荷の消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間は、記憶部１８に記憶される。

次に、消費電力削減予測量算出部１２により負荷調整可能量入力部１１から入力され記憶された消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間の情報に基づいて、消費電力削減予測量が算出される（Ｓ２）。

この消費電力削減予測量は、管理対象のビルの設備負荷のスペックや動作状態、蓄熱・蓄電状態、または運用条件などの設備負荷の環境に基づいて構成されたシミュレータにより算出されるか、予め各設備負荷の環境ごとの消費電力予測量が格納されたテーブルが参照されて算出されるか、またはオンラインで接続された、これらの算出処理を実行する装置から取得されることにより、算出される。

またここで算出される消費電力削減予測量には、当該建物内の内部電力供給設備により供給可能な電力量を、内部電力供給設備のシミュレータ、または予め内部電力供給設備の環境ごとの供給電力予測量が格納されたテーブルを用いて算出された内部供給電力量を加えてもよい。

消費電力削減予測量算出部１２において算出された消費電力削減予測量は、記憶部１８に記憶されるとともに消費電力削減予測量表示部１３により表示され（Ｓ３）、操作中のビル管理者に提示される。ビル管理者は、入力した情報に基づいて算出された消費電力削減予測量を消費電力削減予測量表示部１３の表示で確認しながら、入力した情報を更新することができる。

また、この消費電力削減予測量算出部１２において算出された消費電力削減予測量を、ネットワーク３を介して中央供給電力管理装置２に送信しておくことで、中央供給電力管理装置２で各建物に消費電力削減要求を送出する際の削減要求量を決定するために利用させることができる。

尚、負荷調整可能量については、次のように設定することも可能である。

例えば、一度削減した負荷を何度も削減することがないように、図５に示すように、決定された一の削減継続時間p1（時刻t1〜t2）の後に、消費電力量を削減した制御を禁止する所定の削減制御禁止時間p2（時刻t2〜t3）を設定することにより、頻繁に設定値が変化して設備負荷の動作が不安定な状態になることを防ぐことができる。

また、設備負荷の種類によっては、決定された消費電力削減レベルで示される設定値に急激に変更することが不可能な場合もあるため、このような場合には、遅れ時間を付加するようにしてもよい。

例えば図５に示すように、消費電力削減量がaであり、削減継続時間が時刻t1から時刻t2で示される時間である場合において、当該設備負荷の設定値を、予め設定された単位時間あたりの削減量の変化率の上限値を超えない範囲内でレベルaに変更するには、調整時間p3が必要であるとすると、段階的に変化させるように設定された調整ランプに従って変更するように、削減量を設定することができる。

また削減継続可能時間に削減される分の設備負荷の動作を、当該削減継続時間より後の時間にシフトさせて実行させるように、負の削減量を設定するようにしてもよい。

このように削減量を決定することにより、例えば給湯負荷において、図６に示すように、時刻t4からt5の間は消費電力量削減要求により給湯温度の設定値を下げて消費電力量を削減させ、この下げた分の給湯温度を、夜間などの他の設備負荷における消費電力量が少ない時刻t5からt6の間に動作時間をシフトさせて戻すことで、設備負荷を正常に動作させることができる。

このとき、図７に示すように、時刻t5からt7の短時間で急激に設定値を変化させることで動作時間をシフトさせてもよいし、時刻t5からt8の長時間で設定値の変化が少ない状態で動作時間をシフトさせるようにしてもよい。

このように、負荷調整可能量入力部１１から予めビルの管理者の操作によりきめ細かい設定を入力しておくことで、ビルごとの設備稼働状況に応じたさらに精度の高い制御を行うことができる。

（２）中央供給電力管理装置２から消費電力削減要求が送出されたときの管理対象のビル内の設備負荷の制御量の調整処理
次に、中央供給電力管理装置２から消費電力削減要求が送信され、管理対象のビル内の設備負荷の制御量を調整するときの動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、中央供給電力管理装置２から消費電力削減要求が送信されると、削減レベル決定部１５において受信され（Ｓ１１）、この消費電力削減要求で要求されている消費電力削減量が削減可能になるように、消費電力削減予測量算出部１２で算出された消費電力削減予測量に基づいて、設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間が決定される（Ｓ１２）。

次に、負荷制御量決定部１６において、削減レベル決定部１５で決定された消費電力削減レベルおよび削減継続時間に基づいて、管理対象のビル内の各設備負荷に対する制御量が決定される（Ｓ１３）。決定された制御量の情報は、記憶部１８に記憶される。

そして、負荷制御量出力部１７において、負荷制御量決定部１６で決定された各設備負荷に対する制御量に基づいて各設備負荷に制御量情報が出力され（Ｓ１４）、各設備負荷がこの制御量情報に基づいて制御される。

以上の本実施形態によれば、ビル管理者が入力する建物内の設備負荷の消費電力削減レベルごとの消費電力量を削減した制御を継続可能な削減継続可能時間に基づいて、消費電力削減予測量を予測して表示することで、ビル管理者が消費電力削減量を見積もる作業を支援することができる。

また、この予測した消費電力削減予測量に基づいて、消費電力量削減要求が受信されたときの建物内の各設備負荷の制御量を決定するため、限定的な時間範囲における供給電力量の変動に対し、効率的に消費電力量を制御することができる。

上記の本実施形態においては、消費電力管理装置１と中央供給電力管理装置２との間で取得される情報がネットワーク３を介した送受信により実行される場合について説明したが、これには限定されず、消費電力管理装置１および中央供給電力管理装置２の管理者間で例えば電子メールや電話等を利用して当該情報が伝達され、それぞれの管理者により消費電力管理装置１または中央供給電力管理装置２に入力されることにより、取得されるようにしてもよい。

１…消費電力管理装置
２…中央供給電力管理装置
３…ネットワーク
１１…負荷調整可能量入力部
１２…消費電力削減予測量算出部
１３…消費電力削減予測量表示部
１４…消費電力削減可能量出力部
１５…削減レベル決定部
１６…負荷制御量決定部
１７…負荷制御量出力部
１８…記憶部

Claims (8)

1. 建物内の設備負荷の消費電力削減レベルごとの、消費電力量を削減した制御を継続可能な削減継続可能時間を入力する負荷調整可能量入力部と、
   前記負荷調整可能量入力部から入力された消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間により予測される消費電力削減予測量を算出する消費電力削減予測量算出部と、
   前記消費電力削減予測量算出部で算出された消費電力削減予測量を表示する消費電力削減予測量表示部と
   を備えることを特徴とする消費電力管理装置。
2. 前記負荷調整可能量入力部は、
   前記設備負荷が空調負荷であるときは、空調制御対象エリアごとの設定温度値、設定湿度値、および快適性指数値のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間を入力し、
   前記設備負荷が給湯負荷であるときは、給湯温度値、給湯量、蒸気温度値、蒸気圧力値、および蒸気量のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間を入力し、
   前記設備負荷が照明負荷であるときは、照明制御対象エリアごとの点灯照明装置数、および照度のうち少なくとも１つについて予め設定された前記消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間を入力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の消費電力管理装置。
3. 前記消費電力削減予測量算出部では、各設備負荷の環境に基づいて構成された各設備負荷のシミュレータ、または予め各設備負荷の環境ごとの消費電力予測量が格納されたテーブルを用いて、前記消費電力削減予測量を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の消費電力管理装置。
4. 前記消費電力削減予測量算出部では、当該建物内の内部電力供給設備により供給可能な電力量を、前記内部電力供給設備のシミュレータ、または予め前記内部電力供給設備の環境ごとの供給電力予測量が格納されたテーブルを用いて内部供給電力量を算出し、算出した内部供給電力量を加えた前記消費電力削減予測量を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の消費電力管理装置。
5. 前記負荷調整可能量入力部は、
   前記削減継続可能時間の後に、消費電力量を削減した制御を禁止する削減制御禁止時間を設定させるための情報、
   当該ビル内の各設備負荷に対する単位時間あたりの変化率の情報、および
   前記消費電力削減レベルごとの削減継続時間に削減される分の設備負荷の動作を、当該削減継続時間より後の時間に実行させるための情報
   をさらに入力する
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の消費電力管理装置。
6. 前記消費電力削減予測量算出部で算出された消費電力削減予測量を、消費電力削減可能量として出力する消費電力削減可能量出力部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の消費電力管理装置。
7. 外部から送信された消費電力削減要求が受信されたときに、この消費電力削減要求で要求されている消費電力削減量と、前記消費電力削減予測量算出部で算出された消費電力削減予測量とから、当該設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間を決定する削減レベル決定部と、
   前記削減レベル決定部で決定された消費電力削減レベルおよび削減継続時間に基づいて、当該ビル内の各設備負荷に対する制御量を決定する負荷制御量決定部と、
   前記負荷制御量決定部で決定された各設備負荷に対する制御量に基づいて、各設備負荷に制御量情報を出力する負荷制御量出力部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の消費電力管理装置。
8. 管理対象の建物ごとに設置された消費電力管理装置が、
   当該建物内の設備負荷の消費電力削減レベルごとの、消費電力量を削減した制御を継続可能な削減継続可能時間を入力する負荷調整可能量入力ステップと、
   前記負荷調整可能量入力ステップで入力された消費電力削減レベルごとの削減継続可能時間により予測される消費電力削減予測量を算出する消費電力予測量算出ステップと、
   前記消費電力予測量算出ステップで算出された消費電力削減予測量を表示する消費電力削減予測量表示ステップと、
   外部から送信された消費電力削減要求が受信されたときに、この消費電力削減要求で要求されている消費電力削減量と、前記消費電力削減予測量算出ステップで算出された消費電力削減予測量とから、当該設備負荷について消費電力削減レベルおよび削減継続時間を決定する削減レベル決定ステップと、
   前記削減レベル決定ステップで決定された消費電力削減レベルおよび削減継続時間に基づいて、当該ビル内の各設備負荷に対する制御量を決定する負荷制御量決定ステップと、
   前記負荷制御量決定ステップで決定された各設備負荷に対する制御量に基づいて、各設備負荷に制御量情報を出力する負荷制御量出力ステップと
   を有することを特徴とする消費電力管理方法。

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