JP2022155272A - 電源管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源管理システムにおいて、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を無駄なく行いながら、各施設の受電点電力の下げ及び上げが適切に行えるように構成する。【解決手段】施設３の電源装置８は、電力を電力負荷部９に供給可能で、且つ、電力を電力系統７に供給可能な状態及び電力系統７から電力負荷部９に供給可能な状態で電力系統７と連系される。電源装置８の発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部２１，２２と、蓄熱部２１，２２の蓄熱量を検出する蓄熱検出部２３とが備えられる。管理装置２は、調整力の供出指令を受信すると共に、蓄熱検出部２３の検出値に基づいて、受信した供出指令の出力要請値を複数に分割し複数の電源装置８に割り当てて、割り当て値に応じた電源装置８の出力電力を定める出力制御指令を、複数の電源装置８に対して送信する指令送信処理を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の施設の夫々に設置されて電力を出力可能な電源装置と、複数の電源装置との間で施設の外部から通信を行うことができる管理装置とを備える電源管理システムに関する。

特許文献１に開示されているように、バーチャルパワープラント（ＶＰＰ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ）という概念に基づいて、複数の施設及び電源装置と管理装置とを有する電源管理システムが提案されている。

電源管理システムにおいて、調整力の供出指令を管理装置が受信すると、管理装置は、供出の当日に各施設の電源装置の調整力を電力系統に供出する。このように、分散して配置された複数の施設及び電源装置を管理装置によってまとめることにより、複数の施設及び電源装置を、一つの発電所や消費市場として機能させることができる。

特開２０１８－１２５９０７号公報

前述のような施設及び電源装置としては、発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部を有するものが多くある。例えば電源装置の一例である燃料電池装置では、蓄熱部として、排熱により水を加熱して給湯用の湯水として蓄えておき、蓄えた湯水を施設の各部に供給するように構成されたものがある。

この場合、蓄熱部の容量には限度があるので、電源管理システムにおいて、受電点電力を下げる場合、電源装置の出力電力の増加操作が行われて、蓄熱部での蓄熱が限度に達した後は、電源装置が発電を続行しても、蓄熱部での蓄熱ができない。受電点電力を上げる場合、蓄熱部での蓄熱が十分ではない状態で、電源装置の出力電力の減少操作が行われると、蓄熱部での蓄熱が不足する状態を招くことがある。

本発明は、電源管理システムにおいて、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を無駄なく行いながら、各施設の受電点電力の下げ及び上げが適切に行えるように構成することを目的としている。

本発明は、複数の施設の夫々に設置されて電力を出力可能な電源装置と、複数の前記電源装置との間で前記施設の外部から通信を行うことができる管理装置とを備える電源管理システムであって、前記電源装置は、電力を電力負荷部に供給可能で、且つ、電力を電力系統に供給可能な状態及び前記電力系統から前記電力負荷部に供給可能な状態で前記電力系統と連系されており、前記施設の夫々に設置され、前記電源装置の発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部と、前記蓄熱部の蓄熱量を検出する蓄熱検出部とが備えられ、前記管理装置は、調整力の供出指令を受信すると共に、前記蓄熱検出部の検出値に基づいて、受信した前記供出指令の出力要請値を複数に分割し複数の前記電源装置に割り当てて、割り当て値に応じた前記電源装置の出力電力を定める出力制御指令を、複数の前記電源装置に対して送信する指令送信処理を行う。

本発明によると、供出指令を管理装置が受信した場合、管理装置は、各施設における受点電力の下げ及び上げを行う為に、供出指令の出力要請値を複数の割り当て値に分割して各電源装置に割り当てる。
管理装置は、電源装置の各々において受電点電力の下げを行う際、電源装置に対して出力制御指令としての受電点電力下げ指令を送信することで、当該受電点下げ指令に含まれる割り当て値に基づいて電源装置の出力電力を増加させて調整力を創出させる。当該割り当て値に相当する電力（各施設の調整力）が電力系統に供出されることで、管理装置は供出指令の出力要請値に相当する電力（合計の調整力）を供出できたことになる。
管理装置は、電源装置の各々において受電点電力の上げを行う際、電源装置に対して出力制御指令としての受電点電力上げ指令を送信することで、当該受電点上げ指令に含まれる割り当て値に基づいて電源装置の出力電力を減少させて調整力を創出させる。当該割り当て値に相当する電力（各施設の調整力）が各施設に導入されることで、管理装置は供出指令の出力要請値に相当する電力（合計の調整力）を供出できたことになる。

本発明によると、供出指令の出力要請値を複数の割り当て値に分割して各電源装置に割り当てる際に、蓄熱部の蓄熱量に基づいて割り当て値を設定することにより、施設及び電源装置において、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を無駄なく行うことができる割り当て値を設定することができる。
これにより、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を無駄なく行いながら、各施設の受電点電力の下げ及び上げを適切に行うことができるのであり、電源管理システムの効率の向上を図ることができる。

本発明において、前記電源装置に、前記電源装置の出力電力が減少すると発電効率又は充放電効率が低下する電源装置が含まれていると好適である。

施設に設けられる電源装置としては、例えば燃料電池装置及び充放電装置等のように、電源装置の出力電力が減少すると発電効率又は充放電効率が低下する電源装置が含まれていることがある。
本発明によると、蓄熱部の蓄熱量に基づいて割り当て値を設定することにより、電源装置の排熱を無駄なく蓄熱しながら、電源管理システムの効率の向上を図ることができる。

本発明において、前記施設の受電点電力を下げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力下げ指令を指令する際、前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも低い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させると好適である。

本発明によると、管理装置が施設の受電点電力を下げるための受電点電力下げ指令を指令する際、蓄熱部の蓄熱量が低い電源装置に対して、割り当て値を、他の電源装置の割り当て値よりも増大させる操作が行われる。
これにより、前述の電源装置において、割り当て値に基づく出力電力の増加が行われ、電源装置の排熱を無駄なく蓄熱することができるので、蓄熱部での蓄熱が不足する状態を招くことは少ない。

本発明において、前記施設の受電点電力を下げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力下げ指令を指令した後、前記蓄熱検出部の検出値が事前に設定された設定値に達した前記電源装置に対しては、前記電源装置の出力電力が減少又は前記電源装置の発電が停止されると好適である。

蓄熱部の蓄熱量があまり低くない施設では、割り当て値に基づく電源装置の発電に伴って、蓄熱部の蓄熱量が増加していくと、電源装置が割り当て値に基づく電力の発電を完了していないのに、蓄熱部の蓄熱量が事前に設定された設定値に達して、蓄熱部での蓄熱が行えない状態になることがある。

本発明によると、管理装置が施設の受電点電力を下げるための受電点電力下げ指令を指令した後に、蓄熱部の蓄熱量が設定値に達した電源装置に対して、電源装置の出力電力の減少又は電源装置の発電の停止が行われるので、電源装置の排熱を無駄にしてしまう状態を抑えることができる。

本発明において、出力電力が減少された前記電源装置又は発電が停止された前記電源装置の前記割り当て値の残りが、前記蓄熱検出部の検出値が前記設定値に達していない前記電源装置に対して割り当てられると好適である。

前述のように、蓄熱部の蓄熱量が設定値に達して、出力電力が減少された電源装置又は発電が停止された電源装置が生じた場合、供出指令の出力要請値を全て賄えない可能性が生じる。

本発明によると、蓄熱部の蓄熱量が設定値に達して、出力電力が減少された電源装置又は発電が停止された電源装置が生じた場合、出力電力が減少された電源装置又は発電が停止された電源装置の割り当て値の残りが、蓄熱部の蓄熱量が設定値に達していない電源装置に対して割り当てられる。
これにより、蓄熱部の蓄熱量が設定値に達していない電源装置において、割り当て値が増加されることになるのであり、受電点電力の下げを行う際、供出指令の出力要請値を賄い易くなる。

本発明において、前記施設の受電点電力を上げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力上げ指令を指令する際、前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも高い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させると好適である。

蓄熱部の蓄熱量が低い電源装置では、電源装置の発電を行って、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を行う必要が高いので、蓄熱を行う余裕が大きく、電源装置の排熱を有効に利用できる。
これに対して、蓄熱部の蓄熱量が高い電源装置では、電源装置の排熱の回収及び蓄熱部の蓄熱を行う必要が低いので、蓄熱を行う余裕が小さく、電源装置の排熱を有効に利用でき難い。

本発明によると、管理装置が施設の受電点電力を上げるための受電点電力上げ指令を指令する際、蓄熱部の蓄熱量が高い電源装置に対して、割り当て値を、他の電源装置の割り当て値よりも増加させる操作が行われる。
これにより、前述の電源装置において、割り当て値に基づく電源装置の出力電力の減少が行われて、電源装置の排熱を無駄なく蓄熱することができる。

施設と、管理装置と、アグリゲーションコーディネーターとの関係を示す図である。 施設の構成を示す図である。 燃料電池装置の出力電力と電力負荷装置の負荷電力とが同じ値となる負荷追従制御が行われる状態を示す図である。 図３に示す状態から燃料電池装置の出力電力が増加操作された状態を示す図である。 貯湯タンクの予測蓄熱量（差分）を予測する状態を示す図である。 燃料電池装置の出力電力と電力負荷装置の負荷電力とが同じ値となる負荷追従制御が行われる状態を示す図である。 図６に示す状態から燃料電池装置の出力電力が減少操作された状態を示す図である。

（電源管理システムの概要）
図１及び図２に、管理装置２及び複数の施設３を有する電源管理システム１が示されている。電源管理システム１の外部に、アグリゲーションコーディネーター４、需給調整市場（図示せず）及び送配電事業者（図示せず）等が存在する。

管理装置２は、リソースアグリゲーター等とも呼ばれ、バーチャルパワープラント（ＶＰＰ、仮想発電所）サービス契約を締結した施設３に対して需要家側エネルギーリソースとしての燃料電池装置８及び電力負荷装置９への制御情報を伝達することで、その需要家側エネルギーリソースの制御を行う事業者である。

アグリゲーションコーディネーター４は、各管理装置２が制御する電力量を束ね、電気の取引市場（需給調整市場、卸電力市場、容量市場等）において一般送配電事業者や小売電気事業者と電力取引を行う事業者である。

図１及び図２に示すように、管理装置２は、複数の施設３から、燃料電池装置８の出力電力Ａ１、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１、施設３での電力メーター１０の受電点電力などの電力情報を逐次収集して記憶している。本実施形態で「電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１」と記載する場合、施設３に設けられている全ての電力負荷装置９の合計の負荷電力Ｂ１のことを意味する。

管理装置２は、将来の所定の時間帯に各施設３から供出可能な電力を予測し、アグリゲーションコーディネーター４に伝達する。この供出可能電力は、施設３の受電点電力を上げる能力又は下げる能力といった調整力である。
本実施形態において、「受電点電力を上げる」と言う場合、電力系統７から電力線１４への受電電力（順潮流電力）を増加させる、又は、電力線１４から電力系統７への逆潮流電力を減少させることを意味し、「受電点電力を下げる」と言う場合、電力系統７から電力線１４への受電電力（順潮流電力）を減少させる、又は、電力線１４から電力系統７への逆潮流電力を増加させることを意味する。

例えば、施設３の受電点電力を上げるためには、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を下げること、及び、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１を上げることのうちの少なくとも一方を行えばよいため、施設３の受電点電力を上げる場合の調整力は、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を下げる余力がどの程度あるかを示し、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１を上げる余力がどの程度あるかを示している。

施設３の受電点電力を下げるためには、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を上げること、及び、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１を下げることのうちの少なくとも一方を行えばよいため、施設３の受電点電力を下げる場合の調整力は、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を上げる余力がどの程度あるかを示し、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１を下げる余力がどの程度あるかを示している。

管理装置２は、自身が管理する複数の施設３におけるベースライン受電点電力を決定する。このベースライン受電点電力は、各施設３から調整力を供出させない場合に予測される各施設３の受電点電力の合計に相当する。

アグリゲーションコーディネーター４は、各管理装置２から受け取った供出可能調整力を集計し、需給調整市場，卸電力市場，容量市場等の取引市場への入札を行うなどして、一般送配電事業者や小売電気事業者と取引を行う。アグリゲーションコーディネーター４は、取引を行った一般送配電事業者や小売電気事業者から、将来の所定の制御対象期間での調整力の供出指令を受け取った場合、その供出指令で指定された調整力を各管理装置２に対して分配して伝達する。

管理装置２は、アグリゲーションコーディネーター４から供出指令を受け取った場合、その供出指令で指定された調整力を各施設３に対して分配して伝達する。各施設３は、将来の所定の制御対象期間において、需要家側エネルギーリソースとしての燃料電池装置８の調整力を供出する制御が行われる。その結果、前述の制御が行われなかった場合と比較して、施設３の受電点電力が増減するという調整力の供出が行われる。

（施設の構成）
図２に示すように、施設３の各々に、燃料電池装置８（電源装置に相当）、電力負荷装置９（電力負荷部に相当）、電力メーター１０、ゲートウェイ１１、ルーター１２、リモコン１３、電力測定部１５等が設けられている。

施設３において、電力線１４が設けられ、電力線１４が電力系統７と連系されており、電力メーター１０が電力線１４に設けられている。燃料電池装置８及び電力負荷装置９が電力線１４に接続されており、電力測定部１５が電力線１４に設けられている。電力負荷装置９は、例えば照明装置や空調装置等の装置であり、燃料電池装置８及び電力系統７のうちの少なくとも一方からの電力の供給を受けることができる。

リモコン１３が燃料電池装置８に接続されており、施設３の利用者がリモコン１３を操作することにより、燃料電池装置８に対して指令を行うことができる。電力メーター１０により施設３の受電点電力が検出されており、検出された受電点電力が、ゲートウェイ１１及びルーター１２を介して、管理装置２に送信されている。

（燃料電池装置の構成）
図２に示すように、燃料電池装置８に、電力変換部１６、燃料電池部１７、燃料改質部１８、燃料電池制御部１９及び記憶部２０等が設けられている。燃料電池部１７は、電力線１４を介して電力系統７と連系されており、燃料改質部１８により都市ガス等から生成された水素を燃料ガスとして発電する。

燃料電池部１７の発電した電力が、電力変換部１６により所定の電圧、周波数及び位相に変換されて、電力線１４に供給されるのであり、燃料電池制御部１９は、燃料電池部１７及び電力変換部１６の作動を制御する。燃料電池装置８で取り扱われる情報が、記憶部２０に記憶される。

燃料電池制御部１９は、電力測定部１５で検出される電力（電力系統７から供給される電力）の検出値がゼロとなるように（燃料電池装置８の出力電力Ａ１と電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１とが同じ値となるように）、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を増減させる負荷追従制御（図３参照）を行うことができる。
燃料電池制御部１９は、負荷追従制御とは別に、電力メーター１０により検出される施設３の受電点電力が所定の電力値になるように、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を増減させる制御を行うことができる。
燃料電池制御部１９は、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を上限値ＡＭ１に維持して連続運転（定格出力運転）させることができる。

以上の燃料電池装置８の３つの制御は、上限値ＡＭ１と下限値ＡＭ２との間において、燃料電池装置８から電力線１４への出力電力を調整する形態で行われる（図３及び図４参照）。一般に燃料電池装置８では、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が減少すると、燃料電池装置８の発電効率は低下する。

燃料電池制御部１９は、電力変換部１６から電力線１４に供給する出力電力Ａ１についての情報及び電力メーター１０での測定電力についての情報を有しているため、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１（＝出力電力Ａ１＋測定電力）を導出できる。電力メーター１０の測定電力の符号が正（順潮流）（受電）の場合は負荷電力Ｂ１が燃料電池装置８の出力電力Ａ１よりも大きい状態であることを意味し、電力メーター１０での測定電力の符号が負（逆潮流）の場合は燃料電池装置８の出力電力Ａ１が負荷電力Ｂ１よりも大きい状態であることを意味している。

電力測定部１５の検出値が正の値であると、電力系統７の電力が電力線１４に導入されている状態を意味し、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１よりも小さい状態であることを意味している。電力測定部１５の検出値が負の値であると、電力線１４の電力が電力系統７に供給されている状態を意味し、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１よりも大きい状態であることを意味している。

受電点電力を上げるということは、電力系統７から電力線１４への受電電力を増加させること、又は、電力線１４から電力系統７への逆潮流電力を減少させることを意味している。受電点電力を下げるということは、電力系統７から電力線１４への受電電力を減少させること、又は、電力線１４から電力系統７への逆潮流電力を増加させることを意味している。

（熱交換器及び貯湯タンクの構成）
図２に示すように、燃料電池装置８に熱交換器２１（蓄熱部に相当）及び貯湯タンク２２（蓄熱部に相当）が設けられており、燃料電池装置８（燃料電池部１７）の発電に伴う排熱が、以下の説明のように、熱交換器２１により回収され、湯水の形態で貯湯タンク２２に貯留される。

貯湯タンク２２の下部に、上水が供給されており、貯湯タンク２２の湯水が、ポンプ（図示せず）により熱交換器２１に供給される。燃料電池部１７の燃焼排ガスが熱交換器２１に供給されており、熱交換器２１に供給された湯水が燃焼排ガスの熱（排熱）を回収して加熱され、貯湯タンク２２に戻る。

これにより、相対的に低温の湯水が貯湯タンク２２の下部に貯留され、相対的に高温の湯水が貯湯タンク２２の上部に貯留されるのであり、貯湯タンク２２の上部の高温の湯水は、給湯用や暖房用等として熱負荷部（図示せず）に供給される。貯湯タンク２２の上部の高温の湯水が消費されても、前述のように貯湯タンク２２の下部に上水が供給されているので、貯湯タンク２２は満水の状態に維持される。

（蓄熱検出部の構成）
図２に示すように、燃料電池装置８に蓄熱検出部２３が設けられており、蓄熱検出部２３は、以下の説明のように、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを検出して、記憶部２０に伝達する。

貯湯タンク２２の内部が多数の領域に分けられて、湯水の温度を検出する温度センサー（図示せず）が、領域の各々に設けられている。一つの領域において、領域の温度センサーの検出値と領域の容積とを乗じた値を、この領域の蓄熱量とする。この処理を、貯湯タンク２２の領域の各々において行い、各領域の蓄熱量の合計を、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋとする。

これにより、全ての領域の温度センサーの検出値が、事前に設定された高温の設定温度（例えば５０℃）になると、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋは、事前に設定された上限である設定値ＫＭに達したことになり、貯湯タンク２２において、これ以上の蓄熱ができない状態となる。

燃料電池装置８において、燃料電池制御部１９は、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達し満蓄状態になると、燃料電池装置８の運転を停止させる、又は、貯湯タンク２２に蓄熱されている蓄熱量Ｋを減少させる処理を行うことができる。
蓄熱量Ｋを減少させる処理は、貯湯タンク２２の下部から熱交換器２１に供給される湯水を放熱ファン（図示せず）により冷却して貯湯タンク２２の上部に戻す処理、又は、貯湯タンク２２の下部から貯湯タンク２２内の湯水を外部に排出し、貯湯タンク２２の下部から貯湯タンク２２内に低温の上水を供給する処理を例示することができる。

貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達し満蓄状態になると、燃料電池装置８の運転を停止させる場合には、第１運転モードにおいて、出力制御指令に基づいて定まる出力電力Ａ１（割り当て値）を目標として運転しても、この出力電力Ａ１を供出することができないため、このような状況となる可能性のある燃料電池装置８には、割り当て値を割り当てることが適切ではなかったり、他の燃料電池装置８に割り当てる割り当て値よりも減少させた割り当て値を設定することが必要となる。

第１運転モードにおいて、出力制御指令に基づいて定まる出力電力Ａ１（割り当て値）を供出するために、貯湯タンク２２内の湯水を、冷却したり、排水することで、貯湯タンク２２内の蓄熱量Ｋを減少させると、冷却或いは排水した分の熱量が無駄になり、燃料電池装置８からの排熱を有効に利用しているとは言い難い。

そのため、本実施形態では、後述の（管理装置、アグリゲーションコーディネーター及び需給調整市場の間の流れ）～（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）に記載の処理を行っている。

（施設における調整力）
図３に示す状態は、燃料電池装置８の出力電力Ａ１と電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１とが、同じ値の状態で、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が上限値ＡＭ１よりも低い状態であり、図４に示すように、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を上限値ＡＭ１の付近まで増加操作が可能である。

図３から図４に示すように、燃料電池装置８の出力電力Ａ１の増加操作が行われて、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１よりも大きくなると、燃料電池装置８の出力電力Ａ１と電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１との差が、正の調整力Ａ２Ｐとなる。正の調整力Ａ２Ｐは、施設３の余剰の電力であり、施設３から電力系統７に供出可能である。

図６に示す状態は、燃料電池装置８の出力電力Ａ１と電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１とが同じ値の状態で、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が上限値ＡＭ１と略同じ状態であり、図７に示すように、燃料電池装置８の出力電力Ａ１の減少操作が可能である。

図６から図７に示すように、燃料電池装置８の出力電力Ａ１の減少操作が行われて、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が、電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１よりも小さくなると、燃料電池装置８の出力電力Ａ１と電力負荷装置９の負荷電力Ｂ１との差が、負の調整力Ａ２Ｍとなる。負の調整力Ａ２Ｍは、施設３の不足の電力であり、電力系統７から電力負荷装置９に導入可能な電力である。

施設３の各々において、燃料電池装置８の発電状態の変化や、電力負荷装置９の負荷状態の変化により、正の調整力Ａ２Ｐが発生したり、負の調整力Ａ２Ｍが発生したりする。施設３の正の調整力Ａ２Ｐの合計が、電源管理システム１として供出可能な電力（合計の調整力）となるのであり、施設３の負の調整力Ａ２Ｍの合計が、電源管理システム１として導入可能な電力（合計の調整力）となる。

（管理装置、アグリゲーションコーディネーター及び需給調整市場の間の流れ）
図１及び図２に示すように、管理装置２は、施設３の各々から、受電点電力、電力測定部１５の検出値、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋ（蓄熱検出部２３の検出値）、燃料電池装置８の情報等の各種の電力情報を、収集して記憶している。

管理装置２は、現在及び過去の電力情報に基づいて、施設３における今後の正及び負の調整力Ａ２Ｐ，Ａ２Ｍの発生状態を予測し、正の調整力Ａ２Ｐの合計や、負の調整力Ａ２Ｍの合計を予測して、これらを基に制御対象期間における供出可能電力を算出する。

管理装置２は、制御対象期間における供出可能電力がアグリゲーションコーディネーター４からの供出指令における制御対象期間での調整力（出力要請値）を満たすことができれば、アグリゲーションコーディネーター４に当該供出指令に応じることができる旨を送信する。なお、管理装置２は、供出可能電力が供出指令の出力要請値を満たしていない場合には、制御対象期間における供出可能電力をアグリゲーションコーディネーター４に送信するようにしてもよい。

供出可能電力としては、例えば、「〇日後の〇月〇日の〇時～〇時に〇ｋＷの電力を供出可能」というものや、「〇日後の〇月〇日の〇時～〇時に〇ｋＷの電力を導入可能」というものがある。他の電源管理システム１の管理装置２からも、同様の情報がアグリゲーションコーディネーター４に送信されている。

アグリゲーションコーディネーター４は、複数の電源管理システム１からの情報（供出可能電力など）に基づいて、需給調整市場に入札して、送配電事業者と取引を行う。
取引の結果、アグリゲーションコーディネーター４と送配電事業者との取引が成立すると、アグリゲーションコーディネーター４は、供出指令を電源管理システム１（管理装置２）の各々に送信する。

管理装置２は、複数の燃料電池装置８に対して燃料電池装置８の出力電力Ａ１を定める出力制御指令を指令する。管理装置２が施設３に指令する出力制御指令として、施設３の受電点電力を下げる受電点電力下げ指令があり、施設３の受電点電力を上げる受電点電力上げ指令がある。なお、管理装置２は、受電点電力を維持する出力制御指定を指令する場合もある。

燃料電池装置８は、管理装置２から出力制御指令を受け取ると、出力制御指令の対象となる制御対象期間の間、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋによる出力制御指令に基づいて定まる出力電力Ａ１の供出を目標とする第１運転モードで作動する。
出力制御対象期間以外の期間では、燃料電池装置８は、第１運転モードとは別の第２運転モードで作動する。燃料電池装置８の第２運転モードとしては、前述の（施設の構成）に記載の負荷追従制御や、定格出力運転がある。

（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）
管理装置２が正の調整力の供出指令を受信した場合（管理装置２が出力制御指令として受電点電力下げ指令を指令する場合）、例えば電力系統７への電力の供出当日の朝や、電力系統７への電力の供出の数時間前に、管理装置２は、以下の説明のように燃料電池装置８から、出力電力を供出可能な燃料電池装置８を選抜する。

図５に示すように、管理装置２は、現在及び過去の電力情報に基づく貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋと時刻との関係式Ｆ１により、各々の施設３において、仮に正の調整力の供出指令を実行しない状態において、今後の貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを予測するのであり、正の調整力の供出指令の実行終了時（制御対象期間の終了時の時刻ＴＥ）での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋの予測蓄熱量Ｋ１を予測する。

貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が予測されると、前述の（蓄熱検出部の構成）に記載の設定値ＫＭと、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１との差が、差分ＫＳとして得られる。
貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が低い燃料電池装置８（差分ＫＳが大きい燃料電池装置８）では、燃料電池装置８の排熱の回収及び貯湯タンク２２の蓄熱を行う余力が大きいことを意味しており、燃料電池装置８の発電を行う必要が高く、正の調整力を電力系統７に供出する余裕が大きいことを意味している。

貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が高い燃料電池装置８（差分ＫＳが小さい燃料電池装置８）では、燃料電池装置８の排熱の回収及び貯湯タンク２２の蓄熱を行う余力が小さいことを意味しており、燃料電池装置８の発電を行う必要が低く、正の調整力を電力系統７に供出する余裕が小さいことを意味している。

これにより、管理装置２は、全ての燃料電池装置８の貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１の平均値を算出して、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも低い燃料電池装置８を、出力電力を供出可能な燃料電池装置８として選抜する。貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも高い燃料電池装置８は、出力電力を供出不可の燃料電池装置８として選抜から外される。

（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その２）
管理装置２は、出力電力を供出可能な燃料電池装置８を選抜した後、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１（差分ＫＳ）に基づいて、以下の説明のように、正の調整力の供出指令の出力要請値を複数の割り当て値に分割し、割り当て値を、出力電力を供出可能な燃料電池装置８に割り当てる。

例えば、出力電力を供出可能な燃料電池装置８（Ａ），８（Ｂ），８（Ｃ），８（Ｄ），８（Ｅ）が存在したとする。燃料電池装置８（Ａ）～８（Ｅ）において、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１の大小関係が、燃料電池装置８（Ａ），８（Ｅ）＜燃料電池装置８（Ｃ）＜燃料電池装置８（Ｂ），８（Ｄ）であり、差分ＫＳの大小関係が、燃料電池装置８（Ａ），８（Ｅ）＞燃料電池装置８（Ｃ）＞燃料電池装置８（Ｂ），８（Ｄ）であったとする。

この場合、例えば、正の調整力の供出指令の出力要請値の３０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ａ）に割り当て、正の調整力の供出指令の出力要請値の３０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｅ）に割り当てる。

例えば、正の調整力の供出指令の出力要請値の２０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｃ）に割り当てる。
例えば、正の調整力の供出指令の出力要請値の１０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｂ）に割り当て、正の調整力の供出指令の出力要請値の１０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｄ）に割り当てる。

以上のように、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１（差分ＫＳ）の大小に基づいて、正の調整力の供出指令の出力要請値が複数の割り当て値に分割される。
施設３の受電点電力を下げるために、出力制御指令としての受電点電力下げ指令を複数の燃料電池装置８に指令する場合、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が低い燃料電池装置８（差分ＫＳが大きい燃料電池装置８）において、割り当て値が大きくなり、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が高い燃料電池装置８（差分ＫＳが小さい燃料電池装置８）において、割り当て値が小さくなる（前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも低い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させる状態に相当）。

（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）
燃料電池装置８に割り当て値が割り当てられた後に、電力系統７への電力の供出の際、管理装置２は、施設３の受電点電力を下げるために、出力制御指令としての受電点電力下げ指令を複数の燃料電池装置８に指令する（前記割り当て値に応じた前記電源装置の出力電力を定める出力制御指令を、複数の前記電源装置に対して送信する指令送信処理に相当）。

図３から図４に示すように、施設３において、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が、割り当て値に基づいて増加操作されて、正の調整力Ａ２Ｐが創出される。
管理装置２は、燃料電池装置８の各々において創出された正の調整力Ａ２Ｐが電力系統７に供出されることで、合計された正の調整力を供出指令の出力要請値に相当する電力として供出できたことになる。

燃料電池装置８の出力電力Ａ１が割り当て値に基づいて増加操作された場合、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１（差分ＫＳ）や割り当て値に含まれていた誤差により、割り当てられた割り当て値を賄う前に、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達した燃料電池装置８が発生したとする。

この場合、管理装置２は、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭ２に達した燃料電池装置８の発電を停止させる。
管理装置２は、停止された燃料電池装置８の割り当て値の残りを複数に分割し、分割された割り当て値の残りを、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達していない燃料電池装置８に対して割り当てる。従って、分割された割り当て値の残りが割り当てられた燃料電池装置８は、出力電力Ａ１が当初の予定よりも少し増加操作される。

（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）
管理装置２が負の調整力の供出指令を受信した場合（管理装置２が出力制御指令として受電点電力上げ指令を指令する場合）、管理装置２は、以下の説明のように施設３のうちから、電力を導入可能な施設３の燃料電池装置８を選抜する。

前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）の記載及び図５に示すように、管理装置２は、現在及び過去の電力情報に基づく貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋと時刻との関係式Ｆ１により、各々の施設３において、仮に負の調整力の供出指令を実行しない状態において、今後の貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを予測するのであり、負の調整力の供出指令の実行終了時（制御対象期間の終了時の時刻ＴＥ）での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋの予測蓄熱量Ｋ１を予測する。

貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が予測されると、前述の（蓄熱検出部の構成）に記載の設定値ＫＭと、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１との差が、差分ＫＳとして得られる。
貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が低い燃料電池装置８（差分ＫＳが大きい燃料電池装置８）では、燃料電池装置８の排熱の回収及び貯湯タンク２２の蓄熱を行う余力が大きいことを意味しており、燃料電池装置８の発電を行う必要が高く、負の調整力を供出する余裕が小さいことを意味している。

貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が高い燃料電池装置８（差分ＫＳが小さい燃料電池装置８）では、燃料電池装置８の排熱の回収及び貯湯タンク２２の蓄熱を行う余力が小さいことを意味しており、燃料電池装置８の発電を行う必要が低く、負の調整力を供出する余裕が大きいことを意味している。

これにより、管理装置２は、全ての燃料電池装置８の貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１の平均値を演算して、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも高い燃料電池装置８を、施設３に電力を導入可能な燃料電池装置８として選抜する。貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも低い燃料電池装置８は、施設３に電力を導入不可の燃料電池装置８として選抜から外される。

（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その２）
管理装置２は、施設３に電力を導入可能な燃料電池装置８を選抜した後、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１（差分ＫＳ）に基づいて、以下の説明のように、負の調整力の供出指令の出力要請値を複数の割り当て値に分割し、割り当て値を、施設３に電力を導入可能な燃料電池装置８に割り当てる。

例えば、施設３に電力を導入可能な燃料電池装置８（Ａ），８（Ｂ），８（Ｃ），８（Ｄ），８（Ｅ）が存在したとする。燃料電池装置８（Ａ）～８（Ｅ）において、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１の大小関係が、燃料電池装置８（Ａ），８（Ｅ）＜燃料電池装置８（Ｃ）＜燃料電池装置８（Ｂ），８（Ｄ）であり、差分ＫＳの大小関係が、燃料電池装置８（Ａ），８（Ｅ）＞燃料電池装置８（Ｃ）＞燃料電池装置８（Ｂ），８（Ｄ）であったとする。

この場合、例えば、負の調整力の供出指令の出力要請値の３０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｂ）に割り当て、負の調整力の供出指令の出力要請値の３０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｄ）に割り当てる。

例えば、負の調整力の供出指令の出力要請値の２０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｃ）に割り当てる。
例えば、負の調整力の供出指令の出力要請値の１０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ａ）に割り当て、負の調整力の供出指令の出力要請値の１０％を、割り当て値として燃料電池装置８（Ｅ）に割り当てる。

以上のように、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１（差分ＫＳ）の大小に基づいて、負の調整力の供出指令の出力要請値が複数の割り当て値に分割される。
施設３の受電点電力を上げるために、出力制御指令としての受電点電力上げ指令を複数の燃料電池装置８に指令する場合、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が低い燃料電池装置８（差分ＫＳが大きい燃料電池装置８）において、割り当て値が小さくなり、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が高い燃料電池装置８（差分ＫＳが小さい燃料電池装置８）において、割り当て値が大きくなる（前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも高い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させる状態に相当）。

（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）
燃料電池装置８に割り当て値が割り当てられた後、電力系統７からの電力の導入の際、管理装置２は、施設３の受電点電力を上げるために、出力制御指令としての受電点電力上げ指令を複数の燃料電池装置８に指令する（前記割り当て値に応じた前記電源装置の出力電力を定める出力制御指令を、複数の前記電源装置に対して送信する指令送信処理に相当）。

図６から図７に示すように、施設３において、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が、割り当て値に基づいて減少操作され、負の調整力Ａ２Ｍが創出される。
管理装置２は、燃料電池装置８の各々において創出された負の調整力Ａ２Ｍが電力系統７に供出されることで、合計された負の調整力を供出指令の出力要請値に相当する電力として供出できたことになる。

（発明の実施の第１別形態）
施設３において、複数の燃料電池装置８が設けられていてもよく、複数の電力負荷装置９が設けられていてもよい。

（発明の実施の第２別形態）
施設３において、熱交換器２１及び貯湯タンク２２が、燃料電池装置８に設けられるのではなく、燃料電池装置８から独立した機器として燃料電池装置８とは別に設けられてもよい。貯湯タンク２２に代えて、水とは別の熱媒体を使用する蓄熱部を使用してもよい。

（発明の実施の第３別形態）
前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その２）及び（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その２）において、正の調整力（負の調整力）の供出指令の出力要請値の割り当て値の数値（３０％、２０％、１０％）は、一例であり、これ以外の割り当て値の数値として、（３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％）等のように、多数の数値が存在する。

（発明の実施の第４別形態）
前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）において、割り当てられた割り当て値を賄う前に、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達した燃料電池装置８が発生した場合、この燃料電池装置８において、発電を停止させるのではなく、以下の説明のように出力電力Ａ１の減少操作が行われてもよい。

燃料電池装置８の出力電力Ａ１の減少操作を行う場合、出力電力Ａ１を一定値だけ減少操作してもよい。

貯湯タンク２２の設定値ＫＭに重きを置いた場合、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達した際の割り当て値の賄い状態を検出して、割り当て値の残りが多いと、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を大きく減少操作し、割り当て値の残りが少ないと、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を小さく減少操作すればよい。

割り当て値を賄うことに重きを置いた場合、貯湯タンク２２の実際の蓄熱量Ｋが設定値ＫＭに達した際の割り当て値の賄い状態を検出して、割り当て値の残りが多いと、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を小さく減少操作し、割り当て値の残りが少ないと、燃料電池装置８の出力電力Ａ１を大きく減少操作すればよい。

（発明の実施の第５別形態）
前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）において、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が割り当て値に基づいて増加操作された状態で、出力電力Ａ１が上限値ＡＭ１（図４参照）に達した燃料電池装置８が発生した場合、管理装置２が、以下の説明のような処理を行ってもよい。

前述の燃料電池装置８の出力電力Ａ１を上限値ＡＭ１に維持して、この燃料電池装置８の割り当て値の残りを複数に分割する。
前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）に記載の供給不可の燃料電池装置８として、選抜から外された燃料電池装置８のうち、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも僅かに高い燃料電池装置８に、前述の分割された割り当て値の残りを割り当て、受電点電力下げ指令を、この燃料電池装置８に指令する。

（発明の実施の第６別形態）
前述の（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その３）において、燃料電池装置８の出力電力Ａ１が割り当て値に基づいて減少操作された状態で、出力電力Ａ１が下限値ＡＭ２（図７参照）に達した燃料電池装置８が発生した場合、管理装置２が、以下の説明のような処理を行ってもよい。

前述の燃料電池装置８の出力電力Ａ１を下限値ＡＭ２に維持して、この燃料電池装置８の割り当て値の残りを複数に分割する。
前述の（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）に記載の導入不可の燃料電池装置８として、選抜から外された燃料電池装置８のうち、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１が平均値よりも僅かに低い燃料電池装置８に、前述の分割された割り当て値の残りを割り当て、受電点電力上げ指令を、この燃料電池装置８に指令する。

（発明の実施の第７別形態）
前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）において、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１を予測する場合、正の調整力の供出指令の実行開始時の時刻での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを、予測蓄熱量Ｋ１としてもよい。又は、正の調整力の供出指令の実行開始時と実行終了時との間の時刻での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを、予測蓄熱量Ｋ１としてもよい。

（発明の実施の第８別形態）
前述の（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）において、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１を予測する場合、負の調整力の供出指令の実行開始時の時刻での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを、予測蓄熱量Ｋ１としてもよい。又は、負の調整力の供出指令の実行開始時と実行終了時との間の時刻での貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋを、予測蓄熱量Ｋ１としてもよい。

この場合、前述の（正の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）及び（負の調整力の供出指令を受信した管理装置の処理）（その１）において、貯湯タンク２２の予測蓄熱量Ｋ１を予測する時刻が、互いに異なっていてもよい。

（発明の実施の第９別形態）
以上の実施形態において、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋは絶対値を意味しているが、貯湯タンク２２の満蓄状態に対する実際の蓄熱量の比（蓄熱率）を、貯湯タンク２２の蓄熱量Ｋとしてもよい。

（発明の実施の第１０別形態）
以上の実施形態では、本発明の電源管理システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更が可能である。
例えば、以上の実施形態では、電源装置が備える電源部が燃料電池部１７を備える例を説明したが、電源部は電力を出力できる他の装置であってもよい。例えば、電源部が、蓄電池などの充放電部を備える装置であってもよい。その場合、電源管理システムに用いられる電源装置の機能を備え、電源部が充放電部を備える充放電装置が実現される。
又は、電源部は、エンジンとエンジンによって駆動される発電機とを備える装置などであってもよい。

以上の実施形態（別形態を含む、以下同じ）において開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。

本発明は、調整力の供出が可能な電源管理システムに適用できる。

２ 管理装置
３ 施設
７ 電力系統
８ 燃料電池装置（電源装置）
９ 電力負荷装置（電力負荷部）
２１ 熱交換器（蓄熱部）
２２ 貯湯タンク（蓄熱部）
２３ 蓄熱検出部
Ａ１ 出力電力
Ａ２Ｐ 調整力
Ａ２Ｍ 調整力
Ｋ 蓄熱量
ＫＭ 設定値

Claims (6)

1. 複数の施設の夫々に設置されて電力を出力可能な電源装置と、複数の前記電源装置との間で前記施設の外部から通信を行うことができる管理装置とを備える電源管理システムであって、
   前記電源装置は、電力を電力負荷部に供給可能で、且つ、電力を電力系統に供給可能な状態及び前記電力系統から前記電力負荷部に供給可能な状態で前記電力系統と連系されており、
   前記施設の夫々に設置され、前記電源装置の発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部と、
   前記蓄熱部の蓄熱量を検出する蓄熱検出部とが備えられ、
   前記管理装置は、調整力の供出指令を受信すると共に、前記蓄熱検出部の検出値に基づいて、受信した前記供出指令の出力要請値を複数に分割し複数の前記電源装置に割り当てて、割り当て値に応じた前記電源装置の出力電力を定める出力制御指令を、複数の前記電源装置に対して送信する指令送信処理を行う電源管理システム。
2. 前記電源装置に、前記電源装置の出力電力が減少すると発電効率又は充放電効率が低下する電源装置が含まれている請求項１に記載の電源管理システム。
3. 前記施設の受電点電力を下げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力下げ指令を指令する際、前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも低い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させる請求項１又は２に記載の電源管理システム。
4. 前記施設の受電点電力を下げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力下げ指令を指令した後、前記蓄熱検出部の検出値が事前に設定された設定値に達した前記電源装置に対しては、前記電源装置の出力電力が減少又は前記電源装置の発電が停止される請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の電源管理システム。
5. 出力電力が減少された前記電源装置又は発電が停止された前記電源装置の前記割り当て値の残りが、前記蓄熱検出部の検出値が前記設定値に達していない前記電源装置に対して割り当てられる請求項４に記載の電源管理システム。
6. 前記施設の受電点電力を上げるために前記管理装置から複数の前記電源装置に前記出力制御指令としての受電点電力上げ指令を指令する際、前記蓄熱検出部の検出値が他の前記電源装置よりも高い前記電源装置に対しては、前記割り当て値を、他の前記電源装置の前記割り当て値よりも増加させる請求項１～５のうちのいずれか一項に記載の電源管理システム。

Images