JP2016136807A

JP2016136807A - 発電量予測装置、発電量予測方法、及びプログラム

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Publication number: JP2016136807A
Application number: JP2015011245A
Authority: JP
Inventors: 祐志谷; Yushi Tani; 寿夫松田; Toshio Matsuda
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP6582418B2

Abstract

【課題】再生可能エネルギーに係る電源における発電量の予測誤差を低減する。
【解決手段】再生可能エネルギーに係る電源の発電量を予測する発電量予測装置であって、前記電源が設置された場所を含む複数の区画における気象予報値を示す予報情報に基づいて、前記気象予報値の発電量への換算値を算出する換算部と、所定の時刻より過去の所定の時間帯における前記換算部の算出結果と、前記過去の所定の時間帯における前記電源の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、前記電源における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する回帰式作成部と、前記生成された関係式と、前記所定の時刻以降の時間帯における前記換算部の算出結果と、に基づいて、前記電源における発電量の予測値を算出する算出部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電量予測装置、発電量予測方法、及びプログラムに関する。

太陽光発電や風力発電をはじめとする再生可能エネルギーに係る電源の導入が進んでおり、電力の需給運用を行ううえで、このような電源の出力を精度よく予測することは重要である。例えば、気象情報の予測値に基づいて太陽光発電装置の発電量を予測する手法が知られている（特許文献１）。

特許第５５０２２４３号公報

上述した気象情報は、例えば、気象庁から提供される数値予報データである。このような数値予報データは、通常、ある日時において１種類の気象条件（例えば日射量）につき１個の予報値を含む。数値予報には幾つかの種類（モデル）があるところ、例えば局地モデル（ＬＦＭ）では、日本周辺に及ぶ領域を２ｋｍ格子で覆い、各格子点（メッシュ）について気象予報値が提供される。

かかる気象予報情報には、基礎となる計算モデルの不完全性等に起因する誤差が内在することが知られている。例えばＬＦＭでは、メッシュの目が細かいため、あるメッシュにおける予報値が近隣の別のメッシュでの実測値に近かったという「予測の位置ずれ」や、あるメッシュにおける予報値がそのメッシュの別の時間帯における実測値に近かったという「時間ずれ」を起こすことがある。このような予報情報の誤差が大きいと、誤差が、発電量の予測値を算出する過程において蓄積されて、発電量の予測値の精度に大きな影響を及ぼす。

そこで、本発明は、再生可能エネルギーに係る電源における発電量の予測誤差を低減することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、再生可能エネルギーに係る電源の発電量を予測する発電量予測装置であって、前記電源が設置された場所を含む複数の区画における気象予報値を示す予報情報に基づいて、前記気象予報値の発電量への換算値を算出する換算部と、所定の時刻より過去の所定の時間帯における前記換算部の算出結果と、前記過去の所定の時間帯における前記電源の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、前記電源における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する回帰式作成部と、前記生成された関係式と、前記所定の時刻以降の時間帯における前記換算部の算出結果と、に基づいて、前記電源における発電量の予測値を算出する算出部と、を備える。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、再生可能エネルギーに係る電源における発電量の予測誤差を低減することが可能になる。

本発明の実施形態に係る発電量予測装置によって発電量が予測される太陽光発電システム及びその周辺領域を示す概略図である。本発明の実施形態に係る発電量予測装置の機能を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る発電量予測装置の動作を示すフローチャートである。発電量予測装置に入力される気象予報値の一例を示す図である。気象予報値の発電量への換算値の一例を示す図である。太陽光発電システムの発電実績の一例を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝太陽光発電システム及びメッシュ＝＝＝
図１を参照して、本発明の実施形態に係る発電量予測装置によって発電量が予測される太陽光発電システムと、その周囲に画成されるメッシュと、について説明する。

図１に示されるように、太陽光発電システム３が設置されている。太陽光発電システム３は、再生可能エネルギーに係る電源の一例であって、１台の太陽光発電装置でもよいし、複数台の太陽光発電装置を代表していてもよい。

本実施形態では、ＬＦＭに係る気象予報データに基づいて太陽光発電システム３の発電量を予測するので、太陽光発電システム３の設置場所を含む領域が、一辺２ｋｍのメッシュ（区画）で画成されている。もっとも、メソモデル（ＭＳＭ）などの他の気象予報データを用いてもよく、その場合、例えば一辺５ｋｍのメッシュが画成される。

ここでは、図１に示されるように、一辺２２ｋｍの正方形状の領域が、１１行１１列に配置された１２１個のメッシュＡ１−Ｋ１１に分けられ、この領域の中央に位置するメッシュＦ６に、太陽光発電システム３が設置されているものとする。このような区画及び配置の仕方は、互いに１０ｋｍ程度以内にあるメッシュにおける日射量の予測値の間には正の相関があるとされていることに基づく。

もっとも、太陽光発電システム３が設置されているメッシュＦ６から１０ｋｍ離れることが必ず必要であるわけではなく、例えばメッシュＦ６から２，４，６，８ｋｍそれぞれ離れた範囲に亘る９，２５，４９，８１個のメッシュにおける日射量の予測値に基づいて発電量を予測しても構わない。また、日射量の予報値を取得する領域は正方形状である必要はなく、例えば、メッシュＦ６を中心とする半径２−１０ｋｍの円に含まれるメッシュ群について日射量の予測値を得てもよい。あるいは、太陽光発電システム３が設置された地域の特性を考慮して、例えば、北側にはメッシュＦ６から１０ｋｍの範囲まで考慮するが、南側、東側及び西側にはメッシュＦ６から４ｋｍの範囲までしか考慮しないようにしてもよい。更に、選択された領域に属するメッシュにおける日射量の予測値を全て発電量の予測に用いる必要はなく、一部分のメッシュにおける日射量の予測値だけを用いて発電量を予測してもよい。なお、本実施形態では日射量の予報値が用いられるが、他の気象予報値、例えば雲量、湿度、気圧、風速などの予報値が併用されてもよい。

なお、本実施形態では、発電量予測装置１は、太陽光発電システム３の発電量を予測するが、発電量予測装置１は風力発電機の発電量を予測してもよい。その場合、日射量の予報値に代えて、例えば風速の予報値に基づいて発電量の予測値が求められることになる。

＝＝＝発電量予測装置の構成＝＝＝
図２、図４−図６を参照して、本実施形態における発電量予測装置の構成を説明する。図２は、発電量予測装置の機能を示すブロック図である。図４は、発電量予測装置に入力される気象予報値の一例を示す。図５は、気象予報値の発電量への換算値の一例を示す。図６は、太陽光発電システムの発電実績の一例を示す。

図２に示されるように、発電量予測装置１は、入力部１１、換算部１２、回帰式作成部１３、算出部１４、記憶部１５、及び出力部１６を備える。なお、説明の便宜上、２０１４年１２月２０日０時を現在の時刻とし、２０１４年１２月２０日０時より前の時刻を過去、２０１４年１２月２０日０時より後を将来とする（図４，図５参照）。

入力部１１は、発電量予測装置１と外部装置（不図示）との間のインターフェイスであるとともに、発電量予測装置１と使用者との間のインターフェイスでもある。具体的には、入力部１１は、例えば気象庁のサーバー（不図示）から、日射量などの気象予報値を示す予報情報を受信する。本実施形態において、予報情報は、１２１個のメッシュＡ１−Ｋ１１のそれぞれについて所定の時間間隔毎（例えば１時間毎）に配信されるものとし、例えば配信時刻から９時間先までの１時間毎の日射量の予報値を含む（図４参照）。また、入力部１１は、例えば太陽光発電システム３に設置された情報装置（不図示）から、太陽光発電システム３における発電実績を示す実績情報を受信する（図６参照）。本実施形態において、実績情報は、予報情報と同じ時間間隔（例えば１時間毎）に配信されるものとするが、異なる時間間隔（例えば３０分毎）に配信されても構わない。入力部１１は更に、例えば太陽光発電システム３の情報装置（不図示）から、太陽光発電パネルの総面積、傾斜角、方位角などを示す情報を受信してもよい。入力部１１が受信した各種情報は、図４に示されるように、例えば半年分、１年分あるいは５年分のように、所定の期間分だけ記憶部１５に記憶される。

なお、本実施形態において、予報情報は、上述したように所定の領域内の全てのメッシュについて提供されるが、予報情報が与えられるメッシュの範囲は、使用者によって、キーボードやタッチパネルスクリーンなどの入力装置（不図示）を介して適宜変更されてもよい。あるいは、入力部１１は、上述した入力装置を介した使用者の指示に応じて、発電量の予測に用いられる予報情報を、受信した予報情報のうち特定のメッシュに関する予報情報に制限することができるように設計されてもよい。

換算部１２は、入力部１１によって受信された予報情報に基づいて、気象予報値を発電量へ換算する。かかる発電量への換算は、本実施形態では、入力部１１が予報情報を受信する毎に実行される。また、予報情報は、上述したように、１２１個のメッシュ毎に現在時刻から９時間先までの１時間毎の予測値として与えられるから、標準設定では、１回の変換作業で１，２１０個（１２１個ｘ１０）の変換値が算出されることになる（図５参照）。換算部１２によって算出された発電量への換算値は、図５に示されるように、例えば半年分、１年分あるいは５年分のように、所定の期間分だけ記憶部１５に記憶される。なお、日射量の予測値から発電量への換算は、例えばＪＩＳＣ８９０７にしたがって行われてもよい。

回帰式作成部１３は、所定の時刻より過去の所定の時間帯における換算部１２の算出結果と、過去の所定の時間帯における実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する。ここで、所定の時刻とは、例えば回帰式作成部１３が回帰分析を実行する時刻でもよく、あるいは、最新の予報情報が配信された時刻でもよい。回帰式作成部１３は、このような基準となる時刻よりも過去の時間帯における１２１個のメッシュでの日射量の発電量換算値を説明変数ｘ１−ｘ１２１とし、同じ時間範囲における発電実績を目的変数ｙとして、回帰分析を実行する。そして、次の式１として示される回帰式（関係式）における係数ａ０−ａ１２１を決定する。
ｙ＝ａ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋・・・＋ａ１２１・ｘ１２１（式１）
かかる１２２個の係数あるいは回帰式は、記憶部１５に記憶される。使用者の指示により、日射量の予報値が与えられるメッシュの範囲が制限された場合には、相応して係数の少ない回帰式が得られることとなる。このようなメッシュの範囲の制限は、計算量の減少に繋がるから、予測値の算出時間の短縮が求められる場合に有効である。なお、回帰式作成部１３による回帰式の作成は、換算部１２が新たな発電量換算値を算出する毎に行われてもよいし、例えば１日に１回、１週間に１回のように、換算部１２とは異なる時間間隔で行われてもよい。

算出部１４は、上述のように生成された関係式と、所定の時刻以降（将来）の時間帯における換算部１４の算出結果（日射量予報値の発電量への換算値）と、に基づいて、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出する。例えば、図４に示すような２０１４年１２月２０日０時の時点での予報情報において、同日９時におけるメッシュＡ１，Ａ２，・・・Ｋ１１での日射量が０．２０［ＭＪ／ｍ^２］，０．６１［ＭＪ／ｍ^２］，・・・０．４４［ＭＪ／ｍ^２］で与えられ、これら予報値が、例えば図５に示されるように２００［ｋＷ］，８９０［ｋＷ］，・・・７１０［ｋＷ］へ変換されるとする。算出部１４は、これら変換された値を上記関係式１のｘ１，ｘ２，・・・ｘ１２１に代入し、２０１４年１２月２０日９時における発電量の予測値ｙを得る。そして、算出部１４は、このようにして求めた各時間帯における発電量の予測値ｙを記憶部１５に記憶する。

なお、本実施形態のように太陽光発電システム３の発電量を予測する場合、算出部１４は、例えば、夜間帯に属する０時−５時及び１９時−２３時における発電量の予測値を算出することなく０［ｋＷ］としてもよい。あるいは、季節に応じて予測値を算出する時間帯を変化させてもよい。例えば、夏季には０時−５時及び１９時−２３時における予測値の算出を省略し、冬季には０時−７時及び１７時−２３時における予測値の算出を省略するようにしてもよい。

記憶部１５は、入力部１１が受信した予報情報や実績情報を記憶するとともに、換算部１２が算出した換算値、回帰式作成部１３が作成した回帰式、算出部１４が算出した発電量の予測値などを記憶する。その他、記憶部１５は、発電量予測装置１の各機能を実行するためのプログラムを格納する。

出力部１６は、算出部１４が算出した発電量の予測値を表示装置２に出力する。出力部１６は、発電量の予測値の時間推移が運用者に視覚的に把握されるように、表やグラフの形式で予測値を出力してもよい。

なお、上述した入力部１１，換算部１２，回帰式作成部１３，算出部１４，記憶部１５，及び出力部１６の各機能は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭを備えたコンピュータによって実現される。

＝＝＝発電量予測装置の動作＝＝＝
図３を参照して、発電量予測装置１の動作を説明する。図３は、発電量予測装置の動作を示すフローチャートである。

発電量予測装置１が起動され、あるいは、予測対象となる太陽光発電システムが設定されると、まず、ステップＳ１において、日射量の予測値が発電量の予測のために用いられるメッシュが選択される。上述したとおり、本実施形態では、選択されるメッシュは、通常、太陽光発電システム３が設置されるメッシュＦ６の周囲１０ｋｍに亘る領域に属する１２１個のメッシュＡ１−Ｋ１１である。この設定が運用者によって変更されてもよいことは、上述したとおりである。

次いで、ステップＳ２において、選択されたメッシュにおける気象予報値が発電量に換算される。このような発電量への換算は、換算部１２において実行される。上述したように、記憶部１５には、図４のように、入力部１１によって受信された、１２１個のメッシュにおける過去から将来に亘る１時間毎の日射量の予報値が記憶されている。このような予報値のそれぞれが、換算部１２において発電量に換算され、例えば図５に示すような形式で記憶部１５に記憶される。

予報値が発電量に換算されると、ステップＳ３において、回帰式（関係式）が作成される。回帰式の作成は回帰式作成部１３において実行される。回帰式は、上述したとおり、選択されたメッシュにおける所定の過去の時間帯での換算値と、当該過去の時間帯における発電実績と、に基づいて作成される。回帰式作成部１３は、該当する過去の時間帯における換算値及び発電実績を記憶部１５から取得して重回帰分析を実行し、その結果得られた回帰式（式１）を記憶部１５に記憶する。

回帰式が作成されると、ステップＳ４において、太陽光発電システム３における発電量の予測値が算出される。予測値の算出は、算出部１４において実行される。発電量の予測値は、ステップＳ３において作成された回帰式に、選択されたメッシュにおける将来の発電量の換算値を代入することによって算出される。算出された発電量の予測値は、記憶部１５に記憶されるとともに、出力部１６を介して表示装置２に出力される。

このように、本実施形態では、太陽光発電システム３が設置されたメッシュにおける気象予報値だけでなく、そのメッシュから一定の距離だけ離れた場所に位置するメッシュでの気象予報値を用い、これら予報値に統計的処理を施すことによって、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出している。そのため、気象予報値の位置ずれや時間ずれに由来する予測値の誤差が低減し、予測の精度が向上する。よって、発電計画の効率的かつ安定的な運用が可能となる。

以上説明したように、再生可能エネルギーに係る電源の一例としての太陽光発電システム３の発電量を予測する発電量予測装置は、太陽光発電システム３の設置場所を含む１２１個のメッシュＡ１−Ｋ１１における日射量の予報値を示す予報情報に基づいて、予報値の発電量への換算値を算出する換算部１２と、所定の時刻より過去の所定の時間帯における換算部１２の算出結果と、過去の所定の時間帯における太陽光発電システム３の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する回帰式作成部１３と、生成された関係式と、所定の時刻以降（将来）の時間帯における換算部１２の算出結果と、に基づいて、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出する算出部１４と、を備える。かかる実施形態では、太陽光発電システム３が設置された場所（メッシュ）における気象予報値だけでなく、そのメッシュとは別のメッシュにおける気象予報値を用い、これら予報値に統計的処理を施すことによって、太陽光発電システム３における発電量の予測値を算出している。そのため、気象予報値の位置ずれや時間ずれに由来する予測値の誤差が低減し、予測の精度が向上する。よって、発電計画の効率的かつ安定的な運用が可能となる。

また、メッシュＡ１−Ｋ１１が、太陽光発電システム３の設置場所から１０ｋｍ程度までの所定の距離に亘る領域内に画成されることで、太陽光発電システム３の設置場所における日射量と相関性の大きい日射量の予測値に基づいて発電量の予測を行うことができるから、予測の精度が向上する。

また、換算部１２は所定の時間間隔毎に換算値を算出し、算出部１４は、換算部１２が換算値を算出すると、予測値を算出することとしてもよい。これにより、最新の、より精度の高い気象予報値に基づいて発電量の予測を行うことができるから、予測の精度が向上する。

尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、入力部１１が予報情報や実績情報を受信する時間間隔は３０分でもよい。換算部１２，回帰式作成部１３，及び算出部１４が、それぞれ発電量換算値を算出し、回帰式を作成し、及び予測値を算出する時間間隔もまた、３０分でもよい。

また、太陽光発電システム３や風力発電所は、複数のメッシュに亘って設置されてもよい。例えば、メガソーラーと呼ばれる大規模な太陽光発電施設や、ウィンドファームと呼ばれる大規模な風力発電所では、このような状況が生じ得る。このような場合、日射量や風速等に関する予測値の位置ずれや時間ずれが発電量の予測値に及ぼす影響は大きいと考えられるが、本発明は、このような大規模発電所における発電量の予測にも有効である。

１発電量予測装置
２表示装置
３太陽光発電システム
１１入力部
１２換算部
１３回帰式作成部
１４算出部
１５記憶部
１６出力部

Claims

再生可能エネルギーに係る電源の発電量を予測する発電量予測装置であって、
前記電源が設置された場所を含む複数の区画における気象予報値を示す予報情報に基づいて、前記気象予報値の発電量への換算値を算出する換算部と、
所定の時刻より過去の所定の時間帯における前記換算部の算出結果と、前記過去の所定の時間帯における前記電源の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、前記電源における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する回帰式作成部と、
前記生成された関係式と、前記所定の時刻以降の時間帯における前記換算部の算出結果と、に基づいて、前記電源における発電量の予測値を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする発電量予測装置。
前記複数の区画は、前記電源が設置された前記場所から所定の距離に亘る領域内に画成される
ことを特徴とする請求項１に記載の発電量予測装置。
前記換算部は、所定の時間間隔毎に前記換算値を算出し、
前記算出部は、前記換算部が前記換算値を算出すると、前記予測値を算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電量予測装置。
前記電源は太陽光発電装置であり、
前記予報情報は日射量に関する情報を含む
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の発電量予測装置。
前記電源は風力発電機であり、
前記予報情報は風速に関する情報を含む
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の発電量予測装置。
再生可能エネルギーに係る電源の発電量を予測する発電量予測方法であって、
前記電源が設置された場所を含む複数の区画における気象予報値を示す予報情報に基づいて、前記気象予報値の発電量への換算値を算出し、
所定の時刻より過去の所定の時間帯における前記換算値と、前記過去の所定の時間帯における前記電源の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、前記電源における発電量の予測値を算出するための関係式を生成し、
前記生成された関係式と、前記所定の時刻以降の時間帯における前記換算値と、に基づいて、前記電源における発電量の予測値を算出する
ことを特徴とする発電量予測方法。
再生可能エネルギーに係る電源の発電量を予測するべく、コンピュータに対して、
前記電源が設置された場所を含む複数の区画における気象予報値を示す予報情報に基づいて、前記気象予報値の発電量への換算値を算出する第１機能と、
所定の時刻より過去の所定の時間帯における前記第１機能の算出結果と、前記過去の所定の時間帯における前記電源の発電実績を示す実績情報と、に基づいて回帰分析を実行して、前記電源における発電量の予測値を算出するための関係式を生成する第２機能と、
前記生成された関係式と、前記所定の時刻以降の時間帯における前記第１機能の算出結果と、に基づいて、前記電源における発電量の予測値を算出する第３機能と、
を実行させるプログラム。