JP2021117895A - エネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地域における変動再生可能エネルギーの需給バランスの協調を例えば水道等の基盤サービスのインフラの運用によって実現する。【解決手段】プロセッサと、記憶装置と、を有するエネルギー管理システムであって、プロセッサは、所定の地域内の再生可能エネルギーを利用した電力供給量を予測し、地域内の電力需要量を予測し、電力サービスとは異なる基盤サービスの地域内における需要量を予測し、予測した基盤サービスの地域内における需要量に基づいて、基盤サービスに対応する電力需要量を予測し、地域内の電力需要量が電力供給量に近づくように、基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定する。【選択図】図５

Description

本発明は、変動再生可能エネルギーの導入が拡大された地域内のエネルギー需給を最適化する技術に関する。

近年、温室効果ガスの削減に向けた再生可能エネルギーの普及拡大が続いている。再生可能エネルギーのうち、特に風力発電及び太陽光発電といった変動再生可能エネルギー（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，ＶＲＥ）はエネルギー供給の変動に伴い、従来の火力発電といった化石燃料に頼らない形式での需給バランスの調整が必要であると指摘されている。

また、変動再生可能エネルギーの需給バランス調整のためには、従来の火力発電をはじめとする集中型変動電源だけではなく、需要家の電力協調による調整が不可欠になっている。特に太陽光発電は特定地域において需給をバランスさせることによって、地域内で安価な電力調達が可能となるとともに、地域配電の維持管理にも有用である。

地域内でインフラ稼働に伴う消費電力を最小化する試みとしては、水道需要のデータを読み取り、そのデータに基づいて浄水施設や配水ポンプの稼働を連動させて消費電力量を最小化する事例がある（特許文献１）。

また、電力の需給バランスを調整するために、電力需要だけではなく、変動再生可能エネルギー（ＶＲＥ）の供給予測技術が検討されており（特許文献２）、電力需要のスケジュールに基づく計画や天気予報による需要予測の精度向上と、ＶＲＥの共住予測技術を組み合わせることによって、電力の需給バランスの予測向上に寄与することが検討されている。

特開２０１３−２０９１号公報 特開２００２−１３５９７７号公報

このように、地域内でＶＲＥと電力需要を協調することは地域内の電力の安定供給において重要であるが、電力協調するためには電力の規模と数時間にわたる電力量の吸収や放出という規模と時間への対応が必要である。しかし、従来のシステムは規模と時間の両者の対応には及んでいなかったのが現状である。

また、水道需要を一定時間ごとに取得する水道スマートメーターなどの導入が検討されているが、スマートメーターのデータは水道施設の制御に活用が主であり、水道施設の電力協調運用は事例が出始めた段階である。水道施設の電力協調運用は主として水道の大規模施設、すなわち電力の規模に対応するものであって、時間への対応はできなかった。

このように地域における電力システムと需要との協調は電力規模と時間への両方の対応が必要であり、地域内でバランスよく賄う必要があるという課題があった。

上記の課題の少なくとも一つを解決するため、本発明は、プロセッサと、記憶装置と、を有するエネルギー管理システムであって、前記プロセッサは、所定の地域内の再生可能エネルギーを利用した電力供給量を予測し、前記地域内の電力需要量を予測し、電力サービスとは異なる基盤サービスの前記地域内における需要量を予測し、予測した前記基盤サービスの前記地域内における需要量に基づいて、前記基盤サービスに対応する電力需要量を予測し、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、地域における変動再生可能エネルギーの需給バランスの協調を基盤サービスのインフラの運用によって実現することができる。

上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明の実施例に係る、地域エネルギー管理システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理システムを構成する地域エネルギー管理装置２００の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置のハードウェア構成のブロック図である。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が保持する情報の説明図である。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が実行する電力調整発生予測処理のフローチャートである 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が実行する電力需要の予測処理のフローチャートである。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が実行する電力供給の予測処理のフローチャートである。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が実行する給湯沸き上げ時刻決定処理のフローチャートである。 本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置が実行する水道設備ポンプ稼働時刻決定処理のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。以下の実施形態は一例であって、本実施形態によって、本発明が何ら制限されるものではない。

（システムの構成）
図１は、本発明の実施例に係る、地域インフラ協調電力需給管理システム（以下、地域エネルギー管理システムとも記載する）の全体構成を示すブロック図である。

本実施例の地域エネルギー管理システム１００は、種々の発電事業者等と、電力事業者１０１と、種々の需要家とによって構成される。図１には、発電事業者として、火力発電事業者１０２、太陽光発電事業者１０３及び風力発電事業者１０４を示している。電力事業者１０１は、これらの発電事業者によって発電された電力を需要家に供給する。電力事業者１０１は、後述するように、需給を管理する機能を有している。

太陽光発電事業者１０３及び風力発電事業者１０４は、変動再生可能エネルギー（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，ＶＲＥ）の供給者の例であり、これら以外のＶＲＥの発電事業者がシステムに含まれてもよい。また、電力事業者１０１は、卸電力事業者１０５から電力を購入したり、余剰の電力を卸電力事業者１０５に販売したりすることもできる。図１の例では、電力事業者１０１、各発電事業者及び卸電力事業者１０５をそれぞれ別の事業者として示しているが、それらの少なくともいくつかが同一の事業者であってもよい。

図１には、需要家として、家庭１０６、ビル１０７及び水道事業者１０８を示している。家庭１０６は、居住者の生活のための照明、空調、調理、給湯等の電力を消費する需要家である。ビル１０７は例えば商業施設又はオフィス等が入居し、主に業務目的で電力を消費する需要家である。水道事業者１０８は、浄水等を行い、家庭１０６及びビル１０７に水を供給するための電力を消費する需要家である。

図１には例として家庭１０６、ビル１０７及び水道事業者１０８それぞれ一つずつ示しているが、一般には、地域エネルギー管理システム１００内に多数の家庭１０６、多数のビル１０７及び一つ又は複数の水道事業者１０８が存在しうる。また、家庭１０６、ビル１０７及び水道事業者１０８は、上記のように電力の需要家であるだけでなく、水道事業者１０８によって供給される水の需要家でもある。

本実施例の電力事業者１０１は、家庭１０６及びビル１０７から、水道の需給情報を取得する。例えば、電力事業者１０１は、家庭１０６及びビル１０７に設置された水道スマートメーターからの情報を取得してもよい。一方、電力事業者１０１は、水道事業者１０８からは浄水場及び配水場の稼働データ等を取得する。さらに、電力事業者１０１は、各需要家から電力需要情報（例えば電力スマートメータからの情報等）を取得してもよい。そして、電力事業者１０１は、各需要家に電力調整要求を出力する。

図２は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理システム１００を構成する地域エネルギー管理装置２００の構成を示すブロック図である。

地域エネルギー管理装置２００は、電力需要エネルギー需要監視部２０１、水道需要制御監視部２０２、外部データ収集管理部２０３、給湯・熱源需要エネルギー制御監視部２０４および処理データ記憶部２０５を有する。

電力需要エネルギー需要監視部２０１は、需要家の電力需要を監視する。図２に示す電力需要エネルギー需要監視部２０１は、家庭１０６の電力需要を監視する家庭電力需要監視部２１１、ビル１０７等の業務用の電力需要を監視する業務電力需要監視部２１２及び水道事業者１０８の電力需要を監視する水道設備電力需要監視部２１３を有する。

水道需要制御監視部２０２は、水道需要の制御及び監視を行う。図２に示す水道需要制御監視部２０２は、家庭１０６における水道需要の制御及び監視を行う家庭水道制御監視部２１４、ビル１０７等の業務用の水道需要の制御及び監視を行う業務水道需要制御監視部２１５、及び、水道事業者１０８の設備における水道需要の制御及び監視を行う水道設備需要制御監視部２１６を有する。

外部データ収集管理部２０３は、外部データを収集して、地域エネルギー管理装置２００内に格納する。収集される外部データは、例えば、気象データ２１７及び施設運用カレンダー２１８等を含む。気象データ２１７は、例えば、地域エネルギー管理システム１００による管理対象である地域の天候、外気温および湿度といったデータを含んでもよい。また、施設運用カレンダー２１８は、需要家のイベントのスケジュールである。

例えば、施設運用カレンダー２１８は、ビル１０７に関しては、そのビル１０７に入居しているオフィスの営業日、営業時間、および、特別な行事が行われる日などの情報を含んでもよいし、そのビル１０７に入居している商業施設の営業日及び特売日などの情報を含んでもよい。あるいは、施設運用カレンダー２１８は、家庭１０６に関しては、居住者の在宅予定日及び在宅中の行動予定等の情報を含んでもよい。あるいは、施設運用カレンダー２１８は、水道事業者１０８に関しては、水道事業者１０８の設備の運用予定等の情報を含んでもよい。

給湯・熱源需要エネルギー制御監視部２０４は、需要家における主に給湯等の熱源の需要の制御及び監視を行う。図２に示す給湯・熱源需要エネルギー制御監視部２０４は、家庭１０６における給湯需要の監視を行う家庭給湯需要監視部２１９、及び、ビル１０７等における業務用の給湯需要の監視を行う業務給湯需要監視部２２０を有する。

処理データ記憶部２０５には、地域エネルギー管理装置２００による処理に用いられるデータ、および、処理の結果として得られるデータ等が格納される

図３は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００のハードウェア構成のブロック図である。

本実施例の地域エネルギー管理装置２００は、プロセッサ３０１、メモリ３０２、記憶装置３０３、入力装置３０４、出力装置３０５および通信装置３０６からなる。

プロセッサ３０１は、メモリ３０２に格納されたプログラムに従って、地域エネルギー管理装置２００を制御する。

メモリ３０２は、例えば半導体メモリであり、プロセッサ３０１によって実行されるプログラム、プロセッサ３０１によって参照されるデータ、およびプロセッサ３０１が実行する処理の結果として取得されたデータ等を格納する。記憶装置３０３に格納されたプログラム及びデータの少なくとも一部が、必要に応じてメモリ３０２にコピーされてもよいし、取得されたデータが必要に応じてメモリ３０２から記憶装置３０３にコピーされてもよい。

図２の例では、メモリ３０２に電力需給管理プログラム３０７、電力需要エネルギー制御監視プログラム３０８、水道需要制御監視プログラム３０９、外部データ収集管理プログラム３１０、給湯・熱源需要エネルギー制御監視プログラム３１１及び需要エネルギー処理プログラム３１２が格納される。これは、図２に示した電力需要エネルギー需要監視部２０１、水道需要制御監視部２０２、外部データ収集管理部２０３及び給湯・熱源需要エネルギー制御監視部２０４の処理を実現するためのプログラムである。本実施例において上記の各部が実行する処理は、実際には上記のプログラムに記述された命令に従って、プロセッサ３０１が実行する。

記憶装置３０３は、例えばフラッシュメモリまたはハードディスクのような不揮発性の記憶媒体を有する。図２に示した処理データ記憶部２０５は、記憶装置３０３の記憶領域に相当する。

入力装置３０４は、地域エネルギー管理装置２００のユーザからの入力を受ける。具体的には、入力装置３０４は、例えばキーボード、ボタンまたはポインティングデバイス等を含んでもよい。例えば記憶装置３０３に格納される情報の少なくとも一部が入力装置３０４を介して入力されてもよい。

出力装置３０５は、地域エネルギー管理装置２００のユーザに情報を出力する。具体的には、出力装置３０５は、例えば画像表示装置等を含んでもよい。

通信装置３０６は、有線又は無線のネットワーク３２０を介して地域エネルギー管理装置２００と外部の機器（例えば後述する気象データ提供者３２１及び需要家群３２２等）とのデータのやり取りを可能とするための装置であり、例えばＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）アダプタ等を含んでもよい。例えば記憶装置３０３に格納される情報の少なくとも一部が通信装置３０６を介して入力されてもよいし、上記のプログラムに従う処理の結果として生成された情報の少なくとも一部が通信装置３０６を介して出力されてもよい。

ネットワーク３２０には、気象データ提供者３２１及び需要家群３２２が接続される。気象データ提供者３２１は、気象データ２１７の提供者であり、例えば公的な又は民間の気象情報サービス事業者等であってもよい。需要家群３２２は、例えば、家庭１０６、ビル１０７及び水道事業者１０８等を含む。需要家からの水道スマートメーター等の情報、及び、地域エネルギー管理装置２００からの電力調整要求等は、ネットワーク３２０を介して通信される。

図４は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が保持する情報の説明図である。

図４は、地域エネルギー管理装置２００が保持する情報をまとめて記載したものであり、気象データ２１７又は施設運用カレンダー２１８として保持される情報と、処理データ記憶部２０５に保持される情報とを含む。

図４には、地域エネルギー管理装置２００が保持するデータの種別、名称、形式及び利用用途等を示している。データの種別としては、気象データ、電力需要、運用カレンダー、蓄熱・熱需要、水道設備需要、再生可能エネルギー及び水道需要等がある。

データ種別が「気象データ」であるデータとしては、例えば、気温、日照及び湿度等の過去の実測値が保持される。これらは、例えば１０分ごとなど、所定の時間ごとのデータである。さらに、気象データは、気温、日照及び湿度等の予測値を含んでもよい。これらは、例えば、現在時刻から２４時間後までの１時間ごとのデータ等であってもよい。上記の気象データの実測値及び予測値は、例えば気象データ提供者３２１から提供される。

データ種別が「電力需要」であるデータとしては、家庭電力需要実績、業務電力需要実績及び水道設備電力需要実績が保持される。これらは、例えば、１０分ごとの積算データであり、それぞれの需要家の電力スマートメーターから送られたデータに基づいて生成されてもよい。

データ種別が「運用カレンダー」であるデータは、例えば、ビル１０７に入居している業務部門の空調設備の運用カレンダー等を含んでもよい。これは、例えば１時間ごとの空調の制御（ＯＮ／ＯＦＦ、温度設定など）の情報を含んでもよい。

データ種別が「蓄熱・熱需要」であるデータは、家庭において給湯機で湯沸かしをして貯めるスケジュールに関する家庭給湯機貯湯カレンダー、及び、業務部門において給湯機で湯沸かしをして貯めるスケジュールに関する業務給湯機貯湯カレンダーを含んでもよい。これらは、実績値に基づく予測であってもよいし、予定として入力されたであってもよい。

データ種別が「水道設備需要」であるデータは、例えば、水道設備の稼働実績を含む。これは、例えば、１０分ごとの過去の実績値を含んでもよい。

データ種別が「再生可能エネルギー」であるデータは、発電事業者による発電実績のうち、再生可能エネルギーによる発電実績を含む。例えば、このデータは、太陽光発電事業者１０３による発電実績、及び、風力発電事業者１０４による発電実績を含んでもよい。これらは、例えば１分ごとの過去の実績値を含んでもよい。

データ種別が「水道需要」であるデータは、水道の需要家の需要の実績を含む。例えば、このデータは、家庭１０６における水道需要実績、及び、ビル１０７における業務用の水道需要実績を含んでもよい。これらは、例えば、１分ごとの過去の実績値を含んでもよい。

本実施例では後述するように上記のデータに基づく需要予測が行われる。

次に、本実施例の地域エネルギー管理装置２００の処理の概要を説明する。

（変動再生可能エネルギーの発電状況と発電量予測）
ＶＲＥの発電状況は地域エネルギー管理装置２００に伝達される。地域エネルギー管理装置２００は、気象情報と過去の発電実績に基づき、向こう２４時間から４８時間の発電量の予測が可能である。ＶＲＥの発電予測に関する技術は気象情報による予測、過去の発電実績との比較による精度の向上など種々知られた方法があり、特に制限はない。

ＶＲＥの発電量が需要に対して不足する際には、電力事業者１０１は、系統電力からの供給を受けて、それを需要家に供給する。ここでは系統電力と表示しているが、火力発電又はコジェネレーションをはじめとする変動分散電源であって、系統と独立してあったとしても機能としては同様である。図１の例では、火力発電事業者１０２又は卸電力事業者１０５からの電力が、系統電力に相当する。

（水道インフラに関する説明）
本実施例における水道事業者１０８が管理する水道インフラは、浄水施設および配水ポンプ等の大規模施設を指す。浄水施設および配水ポンプ施設には施設ごとの個別の制御システムが組み込まれている。これらの施設は水道の需要に基づいて運用されており、その需要情報は各需要家の水道スマートメーターから提供されている。

本実施例では、水道インフラとして浄水施設および配水ポンプを事例としているが、これ以外でも下水道の終末処理施設など特に制限はない。水道インフラの多くは過去の稼働実績を基にした運用を行っており、水道需要情報が付与されると、よりきめ細かい施設運用が可能となる。

（需要家の水道データについて）
需要家の水道需要は、各需要家に水道スマートメーターを設置することで把握される。水道スマートメーターは時刻ごとの水道需要を把握することが可能であり、本発明では水道の需要のほか、風呂および炊事等に利用する給湯の貯湯量を把握するためにも利用される。

（電力協調制御システムの説明）
地域エネルギー管理システムの稼働について説明する。地域エネルギー管理システムは電力供給の予測に基づき、電力の大幅な需給バランスの偏りを把握し、発電量の余剰時を中心に水道インフラの稼働を行い、夜間の給湯需要を日中に行うピークシフトを実施するシステムである。

本実施例によれば、電力供給の４８時間後までの予測は気象情報と過去の発電実績に基づいて算出される。算出方法は気象情報に基づく種々のＶＲＥの発電予測手法が提案されており、その地域に最適な手法を選択すればよく、特に制限はない。

次いで、電力需要の４８時間後までの予測は、過去２４時間の電力需要、水道需要、および気象情報に基づいて、過去の需要実績と比較して実施される。電力需要の把握は各需要家のスマートメーター等を活用したデータ取集によって実施できる。水道インフラの需要は各インフラ施設の稼働実績によって把握することができる。これらの電力需要は気象状況によって大きく変動するため、収集した需要データと気象情報から、過去の需要実績と比較して、もっとも近い需要を予測データとして算出する。

電力供給と需要の協調は規模および時間への振り分けを実施した後、規模の運用は水道インフラへ、時間の運用は各需要家の給湯による蓄エネルギーに振り分ける。規模と時間の振り分けは既存の電力需給システムと同様の構成であってよく、特に制限はない。

短時間の需要をシフトさせる場合は、水道インフラの稼働を調整する。まず、位置エネルギーを利用できる配水ポンプの稼働時間のシフトを検討し、その電力量で賄いきれない場合は浄水施設等の稼働を検討する。

浄水施設は水道の需要に基づいて運用されているため、必ずしも水道の需要が電力需給バランスの協調タイミングと一致しているとは限らない。その場合は水道需要を優先し、電力協調としては利用しない選択をする。

続いて、時間にわたる需要調整について説明する。時間による需要調整は次の４つのステップを経て行われる。

（１）水道スマートメーターによる水道需要の把握
（２）過去の水道需要と比較した給湯エネルギー分の算出
（３）給湯を実施する時間帯の算出
（４）給湯沸き上げを実施する指示

水道スマートメーターは時刻ごとの水道需要を把握することができる。水道需要は炊事、トイレ、給湯等の各需要があるが、これらの需要のうち、給湯に伴う熱需要を把握する必要がある。給湯に関わる需要は炊事および風呂が概要し、おおむねトイレの需要を取り除いた需要分の５割〜７割が標準的である。トイレの需要は１回当たりの需要がトイレタンクから流れる一定量であるため、スマートメーターのデータから推測しやすく、したがってトイレ分を差し引いた形で給湯需要を推計する。

上記給湯需要の検証において、同日の気象状況と曜日（スケジュール）に対応する過去の水道の需要と給湯需要の比較によって、給湯需要の算出の精度を高めることができる。

続いて、電力供給の余剰が発生する時間帯において、沸き上げる給湯の蓄エネルギーの地域総量を求める。この需要に基づいて、実際の沸き上げを各需要家の給湯施設に指示を出す。

以上の運用によって、電力供給と水道インフラに伴う需要との協調運用が可能である。

次に、本実施例の地域エネルギー管理装置２００の処理の具体例を、フローチャートに基づいて説明する。

図５は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が実行する電力調整発生予測処理のフローチャートである。

地域エネルギー管理装置２００は、電力調整（以下、ＤＥＭＡＮＤ ＲＥＳＰＯＮＳＥ（ＤＲ）とも記載する）発生予測の処理を開始すると、電力需要の予測（ステップ５０１）及び電力供給の予測（ステップ５０２）を行い、それらの結果を照合して、電力調整を行うか、及び、電力調整を行う場合にはどのような電力調整を行うかを判定する（ステップ５０３）。電力需要の予測（ステップ５０１）及び電力供給の予測（ステップ５０２）の詳細については、それぞれ図６及び図７を参照して後述する。

地域エネルギー管理装置２００は、ステップ５０３において電力調整を行わないと判定した場合、電力調整を行わずに処理を終了する。一方、地域エネルギー管理装置２００は、ステップ５０３において電力調整を行うと判定した場合、さらに、電力調整の種類を判定する。具体的には、地域エネルギー管理装置２００は、給湯沸き上げ時刻の調整による電力調整又は水道設備ポンプ稼働時刻の調整による電力調整のいずれを行うかを判定する。本実施例では、前者の調整は主に長時間の供給電力の余剰に対応するために行われ、後者の調整は主に短時間周期の余剰に対する調整（ピークシフト）のために行われる。ここで、ステップ５０３の判定のいくつかの例を説明する。

第１の例として、日中の天候がおおむね良好で、太陽光発電の電力供給が潤沢であるが、夕方の需要ピークが大きく、太陽光発電の落ち込みと電力需要ピークがミスマッチする場合について説明する。この場合、大きなピークシフトを伴う必要がある。すなわち、短時間ではあるが大きな需要ピークシフトを必要とするため、大型機器制御が可能となる水道設備を利用した電力調整を行うと判定する。

第２の例として、ピークは見られないが、例えば夏場の蒸暑期又は冬場の厳冬期の空調需要のように、日中、夜間に渡って長時間に及ぶ電力需要に対応したい場合について説明する。この場合、給湯等の蓄熱で暖房需要を日中に確保したり、大規模ビルなどの蓄熱槽を利用したりして夜間エネルギーの日中調達を図る。目安として夜間と日中の消費電力差が非常に小さい、または日中消費電力より夜間消費電力の方が過多になる場合が想定される。

この場合の判断基準として、例えば、太陽光発電の急速な落ち込み（ダックカーブ）が発生する日没前２時間の中で、電力需要のピークとなる需要の増大が見られた場合、その需要ピーク自体をより太陽光発電の多い日中にシフトさせる、といったものが挙げられる。

第３の例として、著しい供給過多が発生する場合について説明する。例えば５月の大型連休など気候が温暖で工業需要が著しく減少する場合は、電力の供給過多が見込まれる。この場合は短期需要ピークと長期需要の両方のモードを発動して、日中の電力を積極的に利用するモードにて運用する。現在は時刻別料金ではないが、将来的に著しい供給過多状態では電力卸価格はゼロ円に近づくため、消費者側には経済的メリットも見込める。

次に、それぞれの電力調整について説明する。地域エネルギー管理装置２００は、ステップ５０３において長時間余剰に対する調整を行うと判定した場合、給湯沸き上げ時刻決定の処理を実行する（ステップ５０４）。この処理の詳細については図８を参照して後述する。一方、地域エネルギー管理装置２００は、ステップ５０３において短時間周期の変動に対する調整（ピークシフト）を行うと判定した場合、水道設備ポンプ稼働時刻決定の処理を実行する（ステップ５０５）。この処理の詳細については図９を参照して後述する。

図６は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が実行する電力需要の予測処理のフローチャートである。

地域エネルギー管理装置２００は、気象データ実績６０１、天気予報６０２、電力需要実績６０３及び運用カレンダー６０４を取得して、それらに基づいて電力需要のパターン照合を行う（ステップ６０５）。

気象データ実績６０１は過去の気象の実績を示すデータであり、天気予報６０２は未来の天気の予測を示すデータである。これらは、気象データ２１７から取得されてもよい。電力需要実績６０３は地域エネルギー管理装置２００による管理対象の地域の過去の電力需要の実績を示すデータである。運用カレンダー６０４は、地域エネルギー管理装置２００による管理対象の地域の施設等の運用スケジュールを示す情報であり、過去の実績と未来の予定の両方を含んでもよい。これは、施設運用カレンダー２１８から取得されてもよい。

ステップ６０５において、地域エネルギー管理装置２００は、未来の（例えば現在時刻から３６時間後まで、または４８時間後までなど、所定の期間の）天気予報６０２及び運用カレンダー６０４と、過去の気象データ実績６０１及び運用カレンダー６０４とを照合して、類似する組み合わせを発見した場合に、その期間の電力需要実績６０３を読み出して、それを未来の電力需要の予測結果として保持してもよい（ステップ６０６）。

一方、類似する組み合わせを発見しなかった場合には、地域エネルギー管理装置２００は、天気予報６０２に基づいて、未来の電力需要の新しいパターンを設定してもよい（ステップ６０７）。

図７は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が実行する電力供給の予測処理のフローチャートである。

地域エネルギー管理装置２００は、気象データ実績７０１及び天気予報７０２を参照して、日照量の推計を行い（ステップ７０３）、その結果に基づいて太陽光発電供給量を予測する（ステップ７０４）。これは、例えば太陽光発電事業者１０３による電力の供給量の予測である。気象データ実績７０１及び天気予報７０２は、図６に示した気象データ実績６０１及び天気予報６０２と同様のものであってもよいが、太陽光発電施設が存在する地域に関する情報を含んでいることが望ましい。ステップ７０４では、太陽光発電施設が存在する地域に関するが推計される。

さらに、地域エネルギー管理装置２００は、推計した日照量と地形条件７０５とに基づいて風力の推計を行い（ステップ７０６）、その結果に基づいて風力発電供給量を予測する（ステップ７０７）。これは、例えば風力発電事業者１０４による電力の供給量の予測である。地形条件７０５は、風力発電施設が存在する地域又は風力発電施設の風量に影響を与える地域の地形に関する情報を含んでいることが望ましい。

例えば図６の処理において現在時刻から３６時間後までまたは４８時間後までの電力需要が予測される場合、図７の処理では同様に現在時刻から３６時間後までまたは４８時間後までの電力需要を予測することが望ましい。

図８は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が実行する給湯沸き上げ時刻決定処理のフローチャートである。

最初に、地域エネルギー管理装置２００は、水道需要実績８０１を参照して、需要のパターン照合を行い（ステップ８０２）、その結果に基づいて給湯需要の水容量及び非給湯需要の水容量を推計する（ステップ８０３、８０４）。給湯需要は、例えば炊事、入浴、暖房等のための湯沸かしを伴う水需要であり、非給湯需要は、例えば水洗トイレ等のための、湯沸かしを伴わない水需要である。

地域エネルギー管理装置２００は、給湯需要の水容量の推計結果に基づいて、給湯の熱容量を推計する（ステップ８０５）。さらに、地域エネルギー管理装置２００は、ステップ８０２のパターン照合の結果に基づいて、水需要が発生する時刻の解析を行い（ステップ８０６）、非給湯需要が発生する時刻及び給湯需要が発生する時刻を推計する（ステップ８０７、８０８）。

そして、地域エネルギー管理装置２００は、給湯の熱容量の推計結果（ステップ８０５）及び給湯需要が発生する時刻の推計結果（ステップ８０８）に基づいて、沸き上げ時間帯（すなわち給湯のための湯沸かしを行うのに適した時間帯）を推計し（ステップ８０９）、その結果に基づいて、沸き上げ時刻（すなわち給湯のための湯沸かしを開始する時刻）及びその湯沸かしによって消費する電力量を決定する（ステップ８１０）。

例えば、トイレの水需要は、給湯を必要とせず、かつ、１回当たりの消費量が決まっている。このため、地域エネルギー管理装置２００は、まずトイレの水需要を判断し、電力需要と関係しない水需要を区別してもよい。残りの需要が給湯需要となるが、そのうち最も大きい部分を占めるのは入浴に必要な浴槽の給湯の需要であるため、その需要が生じる時間帯を解析する。一般には入浴のための給湯需要は夜に発生するため、そのための湯をあらかじめ昼間に沸かしておくことで電力需要を調整することも可能である。

また、入浴のための給湯需要は、短時間に大量の消費があるため、その他の（例えば炊事等のための）給湯需要と区別しやすい。これに基づいて、給湯需要を入浴のための需要とそれ以外のための需要に分類して判断してもよい。一般に、炊事のための給湯需要は、入浴のための給湯需要の１割程度である。

例えば各家庭１０６又はビル１０７の給湯需要の場合、沸かした湯を保温して貯蔵する設備があれば、実際の給湯需要が発生するより前に沸かした湯を貯蔵することで、湯沸かしのための電力需要を前方（すなわち時間が早い方向）にシフトすることができる。例えば先に電力供給が電力需要に対して過剰になり、その後、電力供給が電力需要に対して不足することが予測される場合には、上記のように電力需要を前方にシフトすることで需要と供給のバランスを図ることができる。地域エネルギー管理装置２００は、そのようにして決定した沸き上げ時刻を各家庭１０６又はビル１０７に通知する、または、その時刻に沸き上げの開始の指示を送信するなどの方法によって、その時刻に沸き上げを開始させてもよい。

図９は、本発明の実施例に係る地域エネルギー管理装置２００が実行する水道設備ポンプ稼働時刻決定処理のフローチャートである。

最初に、地域エネルギー管理装置２００は、水道需要実績９０１を参照して、水需要が発生する時刻を解析する（ステップ９０２）。この処理は、図８に示したように水道需要実績８０１に基づいて需要のパターン照合を行い（ステップ８０２）、水需要時刻解析を行う（ステップ８０６）処理と同様に行われてもよい。

地域エネルギー管理装置２００は、水需要時刻解析結果と地域別需要９０３とに基づいて、常時ポンプ稼働需要の推計（ステップ９０４）及び位置エネルギー活用需要の推計（ステップ９０５）を行う。ここで、地域別需要９０３とは、例えば工場などの大規模需要家の稼働状況及び高台のポンプ場の稼働など設備稼働システムに関する需要の情報を含む。

そして、地域エネルギー管理装置２００は、位置エネルギー活用需要の推計結果に基づいて、ポンプ稼働時間帯を推計し（ステップ９０６）、ポンプ稼働時刻及びそのポンプ稼働によって消費する電力量を決定する（ステップ９０７）。

ここで、常時ポンプ稼働需要は、例えば平地の水圧確保のためのポンプ稼働の需要であり、ポンプが停止すると安定した水供給ができなくなるため、電力調整の対象にならない。一方、位置エネルギー活用需要は、例えば高台等に設置されたタンクに水を貯蔵するためのポンプ稼働の需要であり、ポンプを停止しても貯蔵した水がある間は位置エネルギーを利用して水供給が可能であるため、電力調整の対象となる。例えば、実際の水需要が発生する前にポンプを稼働させて水を貯蔵することによって、ポンプを稼働するための電力需要を前方（すなわち時間が早い方向）にシフトすることができる。例えば先に電力供給が電力需要に対して過剰になり、その後、電力供給が電力需要に対して不足することが予測される場合には、上記のように電力需要を前方にシフトすることで需要と供給のバランスを図ることができる。地域エネルギー管理装置２００は、そのようにして決定したポンプ稼働時刻を水道事業者１０８に通知する、または、その時刻にポンプ稼働の開始の指示を送信するなどの方法によって、その時刻にポンプの稼働を開始させてもよい。

上記の通り、地域においてＶＲＥと電力需要が協調するためには、電力の規模と時間の両方に対する対応が必要である。本実施例によると、地域において水道インフラと需要家の給湯に伴うエネルギーを活用して、地域内の変動再生可能エネルギーと協調することができる。

また、本実施例によると、需要家の水道スマートメーターのデータを活用して、水道の需要状況を把握し、このデータとＶＲＥの供給予測と協調し、浄水場や配水ポンプといった大規模水道施設の運転を制御することが可能となる。

また、本実施例によると、需要家の水道スマートメーターのデータを活用して、各需要家の給湯にかかる需要を予測することが可能であり、この給湯のエネルギー需要予測とＶＲＥが日中余剰する時間帯に協調し、余剰電力を吸収する時間運用することが可能となる。

すなわち、本発明の一態様によれば、地域内のＶＲＥの電力変動と地域の電力需要として水道のスマートメーターを活用して、水道の全体の需要を把握した水道設備の協調運転の実現と、ＶＲＥの余剰時に電力を吸収できる需要家の給湯エネルギーとして蓄エネルギーが可能となる。これらによって、電力の安定供給が責務となる地域電力事業者にとっては安定供給の実現が、水道事業運営者は安価な電力の利用が可能となり、一般需要家は電力が余剰となる安価な電力が入手できるときに給湯として蓄エネルギーすることが可能となる。

以上の本発明の代表的な例を列挙すれば、次の通りである。

（１）プロセッサ（例えばプロセッサ３０１）と、記憶装置（例えばメモリ３０２及び記憶装置３０３の少なくともいずれか）と、を有するエネルギー管理システム（例えば地域エネルギー管理装置２００又はそれを含む地域エネルギー管理システム１００）であって、プロセッサは、所定の地域内の再生可能エネルギーを利用した電力供給量を予測し（例えばステップ５０２）、地域内の電力需要量を予測し（例えばステップ５０１）、電力サービスとは異なる基盤サービスの地域内における需要量を予測し（例えばステップ８０３、ステップ９０４又はステップ９０５）、予測した基盤サービスの地域内における需要量に基づいて、基盤サービスに対応する電力需要量を予測し（例えばステップ８０３、ステップ９０４又はステップ９０５）、地域内の電力需要量が電力供給量に近づくように、基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定する（例えばステップ８１０又はステップ９０７）。

これによって、地域における変動再生可能エネルギーの需給バランスの協調を基盤サービスのインフラの運用によって実現することができる。

（２）上記（１）において、基盤サービスは、水道サービスであり、基盤サービスの地域内における需要量は、地域内における水道需要量であり、基盤サービスに対応する電力需要量は、水道サービスのための配水ポンプの稼働のための電力需要量であり、プロセッサは、配水ポンプの稼働のための電力需要のうち、位置エネルギーを利用した配水のための電力需要が発生する時期を、基盤サービスの地域内における需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、地域内の電力需要量が電力供給量に近づくように、基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、決定した使用時期に配水ポンプを稼働することを示す情報を、水道サービスを提供する水道事業者に対して出力する。

これによって、地域における変動再生可能エネルギーの需給バランスの協調を、水道事業者の設備の運用によって実現することができる。

（３）上記（１）において、基盤サービスは、水道サービスであり、基盤サービスの前記地域内における需要量は、地域内における給湯需要量であり、基盤サービスに対応する電力需要量は、湯沸かしのための電力需要量であり、プロセッサは、湯沸かしのための電力需要が発生する時期を、地域内における給湯需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、地域内の電力需要量が電力供給量に近づくように、基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、決定した使用時期に湯沸かしを行うことを示す情報を、湯沸かしを行う電力の需要家に対して出力する。

これによって、地域における変動再生可能エネルギーの需給バランスの協調を、水道と電力を利用する需要家における湯沸かしの運用によって実現することができる。

（４）上記（３）において、記憶装置は、地域の過去の気象実績情報（例えば気象データ２１７）、地域の未来の気象予報情報（例えば気象データ２１７）及び地域内の施設の運用スケジュール情報（例えば施設運用カレンダー２１８）を保持し、プロセッサは、気象実績情報、気象予報情報及び施設の運用スケジュール情報に基づいて地域内における給湯需要量を予測する。

これによって、地域における給湯のための電力需要を適切に予測することができる。

（５）上記（１）において、基盤サービスは、水道サービスであり、基盤サービスの前記地域内における需要量は、地域内における水道需要量であり、プロセッサは、水道サービスの需要家の水道スマートメーターからの情報に基づいて、地域内における水道需要量を予測する。

これによって、地域内における水道需要を適切に予測することができる。

（６）上記（１）において、記憶装置は、地域の過去の電力需要の実績情報（例えば電力需要実績６０３）、地域の過去の気象実績情報（例えば気象データ実績６０１）、地域の未来の気象予報情報（例えば天気予報６０２）及び地域内の施設の運用スケジュール情報（例えば運用カレンダー６０４）を保持し、プロセッサは、電力需要の実績情報、気象実績情報、気象予報情報及び施設の運用スケジュール情報に基づいて地域内における電力需要量を予測する。

これによって、地域における電力需要を適切に予測することができる。

（７）上記（１）において、記憶装置は、地域の過去の気象実績情報（例えば気象データ実績７０１）、地域の未来の気象予報情報（例えば天気予報７０２）及び地域に関連する地形情報（例えば地形条件７０５）を保持し、再生可能エネルギーを利用した電力供給量は、太陽光発電による電力供給量又は風力発電による電力供給量の少なくとも一方であり、プロセッサは、地域の過去の電力需要の実績情報、地域の過去の気象実績情報及び地域の未来の気象予報情報に基づいて、太陽光発電による電力供給量を予測し（例えばステップ７０４）、地域の過去の気象実績情報、地域の未来の気象予報情報及び地域に関連する地形情報に基づいて、風力発電による電力供給量を予測する（例えばステップ７０７）。

これによって、再生可能エネルギーによる電力供給を適切に予測することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によってハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。

また、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線及び情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００ 地域エネルギー管理システム
１０１ 電力事業者
１０２ 火力発電事業者
１０３ 太陽光発電事業者
１０４ 風力発電事業者
１０５ 卸電力事業者
１０６ 家庭
１０７ ビル
１０８ 水道事業者
２００ 地域エネルギー管理装置

Claims (14)

1. プロセッサと、記憶装置と、を有するエネルギー管理システムであって、
   前記プロセッサは、
   所定の地域内の再生可能エネルギーを利用した電力供給量を予測し、
   前記地域内の電力需要量を予測し、
   電力サービスとは異なる基盤サービスの前記地域内における需要量を予測し、
   予測した前記基盤サービスの前記地域内における需要量に基づいて、前記基盤サービスに対応する電力需要量を予測し、
   前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定することを特徴とするエネルギー管理システム。
2. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記基盤サービスは、水道サービスであり、
   前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における水道需要量であり、
   前記基盤サービスに対応する電力需要量は、前記水道サービスのための配水ポンプの稼働のための電力需要量であり、
   前記プロセッサは、
   前記配水ポンプの稼働のための電力需要のうち、位置エネルギーを利用した配水のための電力需要が発生する時期を、前記基盤サービスの前記地域内における需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、
   前記決定した使用時期に前記配水ポンプを稼働することを示す情報を、前記水道サービスを提供する水道事業者に対して出力することを特徴とするエネルギー管理システム。
3. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記基盤サービスは、水道サービスであり、
   前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における給湯需要量であり、
   前記基盤サービスに対応する電力需要量は、湯沸かしのための電力需要量であり、
   前記プロセッサは、
   前記湯沸かしのための電力需要が発生する時期を、前記地域内における給湯需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、
   前記決定した使用時期に湯沸かしを行うことを示す情報を、湯沸かしを行う電力の需要家に対して出力することを特徴とするエネルギー管理システム。
4. 請求項３に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記記憶装置は、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域内の施設の運用スケジュール情報を保持し、
   前記プロセッサは、前記気象実績情報、前記気象予報情報及び前記施設の運用スケジュール情報に基づいて前記地域内における給湯需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理システム。
5. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記基盤サービスは、水道サービスであり、
   前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における水道需要量であり、
   前記プロセッサは、前記水道サービスの需要家の水道スマートメーターからの情報に基づいて、前記地域内における水道需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理システム。
6. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記記憶装置は、前記地域の過去の電力需要の実績情報、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域内の施設の運用スケジュール情報を保持し、
   前記プロセッサは、前記電力需要の実績情報、前記気象実績情報、前記気象予報情報及び前記施設の運用スケジュール情報に基づいて前記地域内における電力需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理システム。
7. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記記憶装置は、前記地域の過去の電力需要の実績情報、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域に関連する地形情報を保持し、
   再生可能エネルギーを利用した電力供給量は、太陽光発電による電力供給量又は風力発電による電力供給量の少なくとも一方であり、
   前記プロセッサは、
   前記地域の過去の気象実績情報及び前記地域の未来の気象予報情報に基づいて、前記太陽光発電による電力供給量を予測し、
   前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域に関連する地形情報に基づいて、前記風力発電による電力供給量を予測することを特徴とするエネルギー管理システム。
8. プロセッサと、記憶装置と、を有するエネルギー管理システムが実行するエネルギー管理方法であって、
   前記プロセッサが、所定の地域内の再生可能エネルギーを利用した電力供給量を予測する第１手順と、
   前記プロセッサが、前記地域内の電力需要量を予測する第２手順と、
   前記プロセッサが、電力サービスとは異なる基盤サービスの前記地域内における需要量を予測する第３手順と、
   前記プロセッサが、予測した前記基盤サービスの前記地域内における需要量に基づいて、前記基盤サービスに対応する電力需要量を予測する第４手順と、
   前記プロセッサが、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定する第５手順と、を含むことを特徴とするエネルギー管理方法。
9. 請求項８に記載のエネルギー管理方法であって、
   前記基盤サービスは、水道サービスであり、
   前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における水道需要量であり、
   前記基盤サービスに対応する電力需要量は、前記水道サービスのための配水ポンプの稼働のための電力需要量であり、
   前記第５手順において、前記プロセッサは、
   前記配水ポンプの稼働のための電力需要のうち、位置エネルギーを利用した配水のための電力需要が発生する時期を、前記基盤サービスの前記地域内における需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、
   前記決定した使用時期に前記配水ポンプを稼働することを示す情報を、前記水道サービスを提供する水道事業者に対して出力することを特徴とするエネルギー管理方法。
10. 請求項８に記載のエネルギー管理方法であって、
    前記基盤サービスは、水道サービスであり、
    前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における給湯需要量であり、
    前記基盤サービスに対応する電力需要量は、湯沸かしのための電力需要量であり、
    前記第５手順において、前記プロセッサは、
    前記湯沸かしのための電力需要が発生する時期を、前記地域内における給湯需要が発生する時期より前の方向に変更することによって、前記地域内の電力需要量が前記電力供給量に近づくように、前記基盤サービスに対応する電力の使用時期を決定し、
    前記決定した使用時期に湯沸かしを行うことを示す情報を、湯沸かしを行う電力の需要家に対して出力することを特徴とするエネルギー管理方法。
11. 請求項１０に記載のエネルギー管理方法であって、
    前記記憶装置は、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域内の施設の運用スケジュール情報を保持し、
    前記第３手順において、前記プロセッサは、前記気象実績情報、前記気象予報情報及び前記施設の運用スケジュール情報に基づいて前記地域内における給湯需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理方法。
12. 請求項８に記載のエネルギー管理方法であって、
    前記基盤サービスは、水道サービスであり、
    前記基盤サービスの前記地域内における需要量は、前記地域内における水道需要量であり、
    前記第３手順において、前記プロセッサは、前記水道サービスの需要家の水道スマートメーターからの情報に基づいて、前記地域内における水道需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理方法。
13. 請求項８に記載のエネルギー管理方法であって、
    前記記憶装置は、前記地域の過去の電力需要の実績情報、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域内の施設の運用スケジュール情報を保持し、
    前記第２手順において、前記プロセッサは、前記電力需要の実績情報、前記気象実績情報、前記気象予報情報及び前記施設の運用スケジュール情報に基づいて前記地域内における電力需要量を予測することを特徴とするエネルギー管理方法。
14. 請求項８に記載のエネルギー管理方法であって、
    前記記憶装置は、前記地域の過去の電力需要の実績情報、前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域に関連する地形情報を保持し、
    再生可能エネルギーを利用した電力供給量は、太陽光発電による電力供給量又は風力発電による電力供給量の少なくとも一方であり、
    前記第１手順において、前記プロセッサは、
    前記地域の過去の気象実績情報及び前記地域の未来の気象予報情報に基づいて、前記太陽光発電による電力供給量を予測し、
    前記地域の過去の気象実績情報、前記地域の未来の気象予報情報及び前記地域に関連する地形情報に基づいて、前記風力発電による電力供給量を予測することを特徴とするエネルギー管理方法。
    

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