JP4164347B2 - コジェネシステムの制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電力機器に電力供給するコジェネを運転スケジュールに基づいて制御するコジェネシステムの制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コジェネシステムは、次世代省エネ機器として大規模施設のみならず家庭への普及も期待され、開発されている。しかし、コジェネシステムは、定格運転による効率性のみが一般的に強調され、その普及が期待されているが、需要家の電力と熱を効果的に供給しないと、期待する省エネ性や経済性を得られない。特に、一般家庭のように電力負荷変動が激しく、電力負荷と熱負荷の発生時刻のアンバランスがあるケースにおいては、コジェネの発電効率或いは熱回収効率は低く、コジェネをきめ細やかに制御する必要がある。
【０００３】
コジェネシステムの制御方式としては、例えば電力負荷追従方式がある。電力負荷追従方式は、家庭用電力機器製品（以下、「家電機器」という。）のＯＮ／ＯＦＦ等による電力負荷変動を追いかけてコジェネを稼働し、コジェネの発電電力を家電機器に供給するものである。そのため、例えば、家電機器が短時間に小電力を消費する場合であっても、コジェネを低負荷で運転させることとなり、運転効率が悪い。仮にコジェネを電力負荷に追従させて効率的に運転できたとしても、コジェネを短時間に起動・停止させたり、発電出力を上下させることになり、コジェネの早期劣化、不安定化、高コスト化をまねくものとなる。また、現状のコジェネシステムでは、電力や熱を適切なタイミングで供給するためにリードタイムを必要とし、前もってコジェネを運転しておく必要があるため、電力追従方式は適さない。
【０００４】
このことより、現状のコジェネシステムは、電力追従方式ではなく、スケジュール運転方式を一般的に採用している。スケジュール運転方式は、予め決定した運転スケジュールに従ってコジェネの運転を制御するものである。もっとも、各利用者に対し、コジェネの出力レベルをどの程度に設定するか、コジェネをいつ運転するか、過剰電力や熱をどのように消費すべきか、不足分をどのように補うか等の意思決定を、コジェネシステム設置前から決定することは非常に難しい問題である。そのため、コジェネシステムの設置当初に予め運転スケジュールを決定する場合には、かなりアバウトな運転スケジュールになってしまっていた。
【０００５】
そうした不具合を解消するために、コジェネシステムには、例えば、利用者の過去の電力負荷に基づいて予測対象日（例えば、翌日）の電力負荷を予測し、予測した電力負荷に対応できるようにコジェネの運転スケジュールを決定する機能を備える制御装置を設けている。このコジェネシステムによれば、設置先の個々の事情に応じて運転スケジュールを決定し、コジェネを稼働させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８２８８９号公報（第４頁、第１１〜１２頁、第６図、第７図）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコジェネシステムの制御装置では、コジェネシステムの省エネ性や経済性を十分に得ることができなかった。
すなわち、従来のコジェネシステムの制御方法では、過去の電力負荷をトータル的に把握して、平均化処理などによって予測対象日の電力負荷を予測しているため、各家電機器の有する特性（例えば、電子レンジは利用者が希望するときのみしか使用されない等）や各家電機器を使用する利用者の属性（例えば、平日の日中はエアコンを使用しない等）などが隠蔽され、予測対象日の電力負荷を精度良く予測することが困難であった。そのため、予測対象日の電力負荷予測に基づいて決定した運転スケジュールが、利用者が家電機器を使用する事実からかけ離れ、コジェネの発電電力に過不足を生じる場合があった。コジェネが余剰電力を発生すると、その余剰電力は殆ど廃棄或いは非効率に消費され、余剰電力発生時に消費された都市ガス等の燃料が無駄になる。また、コジェネの発電電力が不足すると、商用電力を購入するためコジェネシステムの特性を十分に発揮できない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、省エネ性と経済性を向上させることができるコジェネシステムの制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のコジェネシステムの制御装置及びその制御方法は以下の特徴を有する。
（１）複数の電力機器に供給する電力を発生するとともに発電に伴う熱を回収して熱機器に供給するコジェネの運転スケジュールを決定し、コジェネの運転を時系列で制御するコジェネシステムの制御装置において、複数の電力機器とコジェネとにデータの送受信を行う通信手段を介して接続し、電力機器から通信手段を介して使用情報を入力し、使用情報を電力機器毎に記憶する使用履歴記憶部と、使用履歴記憶部から各電力機器の使用情報を各々読み出して時系列解析し、各電力機器毎に使用パターンを作成する使用パターン作成部と、使用パターンを電力機器毎に記憶する使用パターン記憶部と、使用パターン記憶部から使用パターンを読み出して電力機器毎に発電出力パターンを作成し、作成した発電出力パターンを時系列で加算して運転スケジュールを作成する運転スケジュール決定部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
（２）（１）に記載の発明において、コジェネに対して、外部との情報のやりとり及び蓄積を行う情報通信制御装置から、運転スケジュールとともに制御プログラムを通信手段を介して送信することを特徴とする。
【００１１】
（３）（１）又は（２）に記載の発明において、電力機器の使用に影響を与える外乱情報を入力する外部情報入力部を有し、使用パターン作成部は、特定の電力機器の使用情報から外乱情報を取り除いて標準使用パターンを作成し、外部情報入力部から入力された予測対象日に係る外乱情報を標準使用パターンに付加することにより使用パターンを作成することを特徴とする。
【００１２】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の発明において、運転スケジュール決定部は、熱機器の熱負荷に基づいて入浴時間を予測し、入浴時間前に熱回収を完了するよう運転スケジュールを調整することを特徴とする。
【００１３】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載の発明において、電力機器が使用パターンとずれた時間帯に使用されたときに、ずれを生じた家電機器を特定して使用パターンを修正し、運転スケジュールの見直しを行う運転スケジュール見直部を有することを特徴とする。
【００１４】
（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載の発明において、複数の電力機器が消費する電力を調整する電力制御部を有することを特徴とする。
【００１５】
（７）（１）乃至（６）に記載の発明において、使用パターンから利用者の電力消費パターンを想定し、電力機器を使用する時間帯を推奨する使用時間推奨部を有することを特徴とする。
【００１６】
（８）コジェネシステムの制御方法は、（１）乃至（７）の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置を用いて、コジェネの運転スケジュールを決定することを特徴としている。
【００１７】
上記構成を有する発明では、各々の電力機器から使用情報を入力し、電力機器毎に使用履歴記憶部に記憶する。使用情報としては、例えば、電力負荷、使用日、使用開始時間、使用終了時間などが考えられる。それから、使用履歴記憶部から使用情報を電力機器毎に読み出して時系列解析し、各電力機器毎に使用パターンを作成して使用パターン記憶部に記憶する。このとき、各電力機器の特性や利用者の属性が使用パターンに反映されるので、各電力機器の電力負荷が精度よく予測される。そして、各電力機器の使用パターンに基づいて発電出力パターンを電力機器毎に作成し、全ての電力機器の発電出力パターンを一定時間帯域で加算することにより運転スケジュールを作成する。運転スケジュールは通信手段を介してコジェネに送信され、コジェネは運転スケジュールに従って起動、停止、出力調整を行って、電力や熱を電力機器や熱機器に供給する。
従って、本発明のコジェネシステムの制御装置によれば、コジェネの発電電力を各電力機器に、また、回収熱を熱機器に適宜供給し、コジェネシステムの省エネ性や経済性を向上させることができる。
【００１８】
また、コジェネシステムの制御装置は、運転スケジュールを決定すると、その運転スケジュールを制御プログラムとともに情報通信制御装置（例えば、ホームサーバなど）からコジェネに送信し、コジェネの運転を制御しており、コジェネの運転に関する情報を制御装置側で持つことにより、コジェネ側に持たせる情報を減らすとともに、運転スケジュールの決定などに必要な情報量をコジェネ側に情報を持たせる場合より増やすことができる。
【００１９】
ここで、電力機器の使用情報を時系列解析した後に季節、天候、利用者の嗜好、社会環境変化などの外乱情報を除くことにより、利用者の当該家電機器を使用する平均的な水準を示す標準使用パターンを作成し、外部情報入力部から運転スケジュールを決定する予測対象日に係る外乱情報を標準使用パターンに付加することにより予測対象日の使用環境を考慮した使用パターンを作成するので、予測対象日における各電力機器の電力消費量を精度良く予測することができる。
【００２０】
そして、運転スケジュールは、熱機器が消費する熱量から予測される入浴時間前に熱回収を完了するよう調整されるので、熱回収を完了してから入力時間までに発生する未回収熱を減らし、放熱ロスを抑えることができる。また、電力の使用量が熱の使用量に比べ、特に大きくなる利用者においては、熱の使用量に合わせた運転を行うと、コジェネの稼働時間や発電出力が小さくなり、利用者の光熱費メリットが小さくなることがある。その場合には、電力の使用量をできるだけ賄う運転を行うことによって、利用者の商用電力の使用量を低減したり、契約電力の低減により、光熱費を下げることができる。
【００２１】
また、利用者が予測対象日に電力機器（例えば、エアコン）を使用パターン（例えば、１５時〜１９時まで使用）とずれた時間帯（例えば、１３時〜１９時）に使用したときに、ずれを生じた電力機器を特定し、当該電力機器の過去の使用情報をもとに運転スケジュールを見直すので、運転スケジュールを修正をすることができる。
【００２２】
また、利用者が一の電力機器を使用パターンと異なる時間帯に使用したためにコジェネの発電電力に過不足を生じた場合には、他の電力機器による発電電力の消費を制限して、その分の発電電力を一の電力機器に供給することにより、電力機器の間で電力消費量の調整を行うので、電力消費量を平準化して、商用電力の使用量を減らすことができる。
【００２３】
さらに、各家電機器の使用パターンから利用者の電力消費パターンを想定し、電力機器を効率的に使用する時間帯を利用者に知らしめ、より省エネ性、経済性を向上することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコジェネシステムの制御装置及びその制御方法に関し、一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、コジェネシステム１のブロック図である。
コジェネシステム１は、コジェネ２と、家庭に設置された複数の家電機器（「電力機器」に相当するもの。）、例えばテレビＤ１、エアコンＤ２、冷蔵庫Ｄ３、ホットカーペットＤ４、浴槽Ｄ５、洗濯機Ｄ６、パーソナルコンピュータ（以下「パソコン」と略称する。）Ｄ７、電子レンジＤ８、掃除機Ｄ９と、ホームサーバ（「コジェネシステムの制御装置」、「情報通信制御装置」に相当するもの。）１０とがネットワーク（「通信手段」に相当するもの。）２０を介して接続され、データの送受信を行うことができるようになっている。ホームサーバ１０は、コントローラ１７と接続して情報の入出力を可能にするとともに、ネットワーク２０、インターネット２２を介してエネルギー会社２１と接続してエネルギー会社２１と情報交換しうるようになっている。
【００２５】
また、ホームサーバ１０には、コジェネ２の運転スケジュール等を決定するための運転スケジュール決定プログラムや、各家電機器の受電電力を制御する受電電力制御プログラム、コジェネ２の運転を制御する制御プログラムなどが格納されている。ホームサーバ１０は、運転スケジュール決定プログラムにより所定の演算処理を行うコジェネ運転決定部１１と、受電電力制御プログラムにより所定の演算処理を家電運転決定部１２を有し、さらに運転スケジュール決定部１１と家電運転決定部１２が演算処理を行う際に共通で使用するデータを蓄積する複数のデータベース（以下、「ＤＢ」と略記する。）を有する。
【００２６】
コジェネ運転決定部１１は、使用パターン作成部１１Ａ、運転スケジュール決定部１１Ｂ、運転スケジュール見直部１１Ｃ、外部情報入力部１１Ｄなどを備える。
使用パターン作成部１１Ａは、ホームサーバ１０の制御対象となる家電機器について使用パターンを作成するものである。
運転スケジュール決定部１１Ｂは、コジェネ２の運転スケジュールを決定するものである。
運転スケジュール見直部１１Ｃは、予測対象日の運転スケジュールを見直すものである。
外部情報入力部１１Ｄは、エネルギー会社２１等から外乱情報を入力するものである。ここで、外乱情報は、利用者の家電機器の使用に影響を与えると考えられる情報であって、例えば、季節、曜日、天候、気温などによるノイズデータや、地域性（例えば、コジェネシステム設置先近郊の電力消費傾向等）やコジェネシステム１の性能（例えば、燃料電池の最大出力、耐久年数等）など過去の履歴データなどが含まれる。
【００２７】
また、家電運転決定部１２は、電力制御部１２Ａや使用時間推奨部１２Ｂなどを備える。
電力制御部１２Ａは、各家電機器が消費する電力を調整するものである。
使用時間推奨部１２Ｂは、利用者の電力消費パターンを予測して、各家電機器の使用時間帯を推奨するものである。
【００２８】
さらに、データベースとしては、例えば、家電登録ＤＢ１３、使用履歴ＤＢ（「使用履歴記憶部」に相当するもの。）１４、使用パターンＤＢ（「使用パターン記憶部」に相当するもの。）１５、エネルギー消費ＤＢ１６などを備える。
家電登録ＤＢ１３は、利用者が登録した家電機器の機器名や機種名などを蓄積するものである。
使用履歴ＤＢ１４は、登録された家電機器の使用情報を各家電機器毎に蓄積するものである。使用情報としては、例えば、使用開始時刻、使用停止時刻、電力消費量、給湯量、給湯温度などがある。
使用パターンＤＢ１５は、使用パターン作成部１１Ａにより作成された使用パターンを各家電機器毎に記憶するものである。
エネルギー消費ＤＢ１６は、家電機器全体の消費エネルギー（例えば、電力消費量、給湯量など）を記憶するものである。
【００２９】
図２は、電力制御システムの概略構成図である。
電力制御システムでは、コジェネ２がホームサーバ１０、ネットワーク２０を介して分電装置２３に接続している。ホームサーバ１０は、各家電機器の使用パターンに基づいてコジェネ２が発電した電力を分電装置２３に供給する供給量を管理している。分電装置２３は、商用交流電源に接続される電力積算計やブレーカ等を含み、さらに、コジェネ２の発電電力と商用電力とを切り換える切換器などを有している。そして、分電装置２３には、家電機器Ｄ１〜Ｄ９が家庭内に配線される電灯線２４を介して並列に接続されている。
【００３０】
続いて、ホームサーバ１０の動作について説明する。図３は、運転スケジュール決定処理の手順を示すフローチャートである。
ホームサーバ１０は、家電機器の登録プロセス、データ蓄積プロセス、運転スケジュール決定プロセスを、パラレルに行っている。ホームサーバ１０は、共通のＤＢ１３〜１６（図１参照）を利用して各プロセスの処理を行うことにより、所有するデータ量を極力少なくしている。
【００３１】
家電機器の登録プロセスでは、制御対象となる家電機器を登録する。すなわち、図３のステップ１（以下、「Ｓ１」と略記する。）において、利用者は家庭内にある家電機器をホームサーバ１０に登録する。例えば、利用者は、家電機器Ｄ１〜Ｄ９の中から家電機器Ｄ１〜Ｄ８の機器名や機種名などをコントローラ１７やパソコンＤ７から入力し、ホームサーバ１０の家電登録ＤＢ１３に記憶させることにより家電機器Ｄ１〜Ｄ８を登録する。登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８は、ホームサーバ１０に制御対象として認識される。
【００３２】
データ蓄積プロセスでは、利用者による家電機器の使用に関する情報を蓄積する。すなわち、Ｓ２において、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用情報を使用履歴ＤＢ１４に蓄積する。家電機器Ｄ１〜Ｄ９は、電力使用量、給湯量、給湯温度、使用開始時刻、使用終了時刻などの使用情報をネットワーク２０を介して一定間隔（例えば、５分間隔）でホームサーバ１０に送信しており、ホームサーバ１０は登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用情報を各家電機器Ｄ１〜Ｄ８毎に使用履歴ＤＢ１４に蓄積する。
そして、Ｓ３において、未登録の掃除機Ｄ９を含めて家電機器全体の消費エネルギーをエネルギー消費ＤＢ１６に蓄積する。すなわち、家電機器全体の電力消費量や熱消費量などの消費エネルギーを全体量としてエネルギー消費ＤＢ１６に蓄積する。
【００３３】
運転スケジュール決定プロセスでは、利用者が各家電機器を使用する時刻を予測し、コジェネ２の運転スケジュールを決定する。そのために、まず、Ｓ４において、予測対象日の消費エネルギーを予測する。図４は、予測対象日の消費エネルギーを予測する処理の手順を示すサブフローチャートである。図５は、標準使用パターンのイメージ図であり、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示している。図６は、使用パターンのイメージ図であり、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示している。図７は、使用電力、従来のコジェネシステムの制御装置を用いて決定した運転スケジュール、本実施の形態のホームサーバ１０を用いて決定した運転スケジュールを比較した図であって、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示している。
【００３４】
予測対象日の消費エネルギーの予測では、図４のＳ４１において、使用履歴ＤＢ１４から登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用情報を１つずつ読み込む。ここでは、エアコンＤ２の使用情報を読み込んだものとする。そして、Ｓ４２において、読み込んだエアコンＤ２の使用情報を日、月、年で時系列解析し、エアコンＤ２の使用に影響を与える外乱情報（例えば、季節、曜日、天候、気温などによるノイズデータ等）や長期旅行などによる非日常的生活行動等を取り除いて、例えば、図５に示すような標準使用パターンを時系列で作成する。外乱情報を取り除くのは、利用者がエアコンＤ２を使用することに伴う電力消費量の偏向のない平均的な水準を把握するためである。それから、Ｓ４３において、予測対象日（ここでは、翌日）を入力して特定する。この予測対象日は、利用者がコントローラ１７やパソコンＤ７から設定したものであってもよいし、自動的に定められるようにしてもよい。
【００３５】
それから、Ｓ４４において、標準使用パターンに翌日の外乱情報（例えば、季節、曜日、天候、気温等のノイズデータや、地域性やコジェネシステム１の特性などの履歴データなど）を付加することにより、例えば図６に示すような使用パターンを作成し、使用パターンＤＢ１５に蓄積する。外乱情報は、エネルギー会社２１がホームサーバ１０に配信したものでも、利用者がコントローラ１７やパソコンＤ７からホームサーバ１０に入力したものでもよい。従って、図６の実線で示す使用パターンは、図６の点線で示す標準使用パターンと比較して電力量の変動が激しく、予測対象日の気温等の影響を受けて利用者がエアコンＤ２を使用する状況を細かく予想している。
【００３６】
そして、Ｓ４５において、登録した家電機器の全てについて使用パターンを作成したか否かを判断する。登録された冷蔵庫Ｄ３などの使用パターンを未だ作成していない場合には（Ｓ４５：ＮＯ）、冷蔵庫Ｄ３などの使用パターンを作成するためＳ４１以降の処理を繰り返す。
一方、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の全てについて使用パターンを作成した場合には（Ｓ４５：ＹＥＳ）、Ｓ４６において、使用パターンＤＢ１５から登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用パターンを各々読み出して時系列で加算する。これにより、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全体の電力消費量又は熱消費量が時系列で把握される。
【００３７】
そして、Ｓ４７において、未登録の家電機器があるか否かを判断する。未登録の家電機器の有無は、例えば、エネルギー消費ＤＢ１６に記憶される電力消費量から登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全体の電力消費量を差し引いた結果により判断される。ここでは、未登録の掃除機Ｄ９があるので（Ｓ４６：ＹＥＳ）、Ｓ４７において、エネルギー消費ＤＢ１６に記憶される電力消費量から登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全体の電力消費量を差し引いたものを時系列解析して、その解析結果を未登録の掃除機Ｄ９の電力消費量と認定し、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用パターンに未登録の掃除機Ｄ９の電力消費量を加算する。これにより、図７の実線に示すように、予測対象日における家電機器全体の電力消費量が時系列で予測される。それから、図４に示す処理を終了して図３のＳ５に進む。尚、未登録の家電機器がないと判断した場合には（Ｓ４６：ＮＯ）、そのまま図４の処理を終了して、図３のＳ５に進む。
【００３８】
そして、図３のＳ５において、運転スケジュールを決定する。図８は、運転スケジュールの決定処理の手順を示すサブフローチャートである。
コジェネ２の運転スケジュールは、図８に示すように、家電機器の電力消費量に基づいて決定され、さらに放熱ロスを考慮して運転スケジュールを調整している。ここで、電力消費量を中心に運転スケジュールを決定するのは、発電電力の貯蔵が殆ど不可能だからである。
【００３９】
運転スケジュールの決定処理では、まず、図８のＳ５１において、使用パターンＤＢ１５から登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用パターンを１つずつ読み出し、発電出力パターンを決定する。例えば、洗濯機Ｄ６について、電力消費量の凹凸を考慮せず、５０分間５００Ｗ一定出力するように発電出力パターンを設定する。それから、Ｓ５２において、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全てについて発電出力パターンを決定したか否かを判断する。パソコンＤ７等について発電出力パターンを決定していない場合には（Ｓ５２：ＮＯ）、Ｓ５１以降の処理を繰り返す。
【００４０】
一方、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全てについて発電出力パターンを決定したと判断した場合には（Ｓ５２：ＹＥＳ）、Ｓ５３において、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の発電出力パターンを時刻毎に整理して、一定時間幅毎に加算する。これにより、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８を予測対象日に稼働させるために必要な発電電力が一定時間毎に把握される。ここで、一定時間毎に発電電力を把握するのは、コジェネ２の負荷を小さくするためである。
【００４１】
そして、Ｓ５４において、未登録の家電機器があるか否かを判断する。ここでは、未登録の掃除機Ｄ９があるので（Ｓ５４：ＹＥＳ）、Ｓ５５において、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８全体の電力出力パターンに未登録の掃除機Ｄ９の電力消費量を時間毎に加算する。これにより、コジェネ２が予測対象日に家電機器全体に供給するために必要な発電電力が、時系列で把握される。それから、Ｓ５６において、加算した電力消費量の凹凸を一定化する。凹凸を一定化するのは、加算した電力消費量の凹凸に合わせてコジェネ２を運転すると、運転効率が悪いからである。そして、発電に伴う熱回収量を計算する。
【００４２】
それから、Ｓ５７に進み、コジェネ２の出力調整を行う。すなわち、発電電力の余剰電力はバッテリに蓄電し、発電に伴う排熱は貯湯タンクに給湯水として回収するようにした場合、バッテリの蓄電量と貯湯タンクの貯湯量からコジェネ２の出力を考慮する。より具体的には、例えば、図７に示すＡ部の時間帯では、使用電力（実線）の増加率が小さいため、バッテリの容量を超えて余剰電力を発生する確率が高い。そこで、コジェネ２の出力（点線）を使用電力（実線）と同程度として発電電力の余裕を少なくする。また、例えば、図７に示すＢ部の時間帯では、使用電力（実線）の増加率が大きいため、コジェネ２の発電電力やバッテリの蓄電を効率的に消費して余剰電力を発生する確率が低い。そこで、コジェネ２の出力（点線）を大きくして発電電力の余裕を多くする。
【００４３】
そして、Ｓ５８において、放熱ロスは最小か否かを判断する。放熱ロスは最小でないと判断した場合には（Ｓ５８）において、Ｓ５９に進み、スケジュール調整を行う。放熱ロスの発生の有無は、例えば、貯湯タンクに貯湯を完了した時点から入浴時点までの時間が長いか否かによって判断する。入浴時間を基準とするのは、熱需要が最も高いからである。入浴時間は、浴槽７の使用パターン又は熱負荷がピークとなる時間などから予測される。従って、例えば、入浴時間が午後８時であると予測される場合には、午前９時に熱を貯めても入浴時間までに放熱して無駄を生じるので、入浴時間直前に貯湯タンクの貯湯を完了するように、他の給湯需要や放熱ロスなどを考慮してスケジュール調整を行う。スケジュール調整を完了したら、図３のＳ６に進む。
一方、放熱ロスが最小であると判断した場合には（Ｓ５８：ＹＥＳ）、そのまま図３のＳ６に進む。
【００４４】
そして、図３のＳ６において、利用者の承認あるか否かを判断する。承認は、例えば、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用パターン（図６参照）を予測対象日の光熱費予測や従来のシステムとの省エネ効果、経済効果とともにコントローラ１７に表示し、利用者がその表示を確認して承認するか否かをコントローラ１７に入力することにより行われる。利用者が承認する旨の意思表示を入力した場合や、使用パターン等が表示されてから所定時間（例えば、日付が変わるまでの時間）に何ら意思表示されない場合には、利用者により運転スケジュールが承認されたと判断して処理を終了し、運転スケジュールを確定させる。
【００４５】
一方、例えば、利用者が表示を確認して洗濯機Ｄ６の使用パターン（例えば、使用時間帯）を変更したい場合には、コントローラ１７に変更内容（例えば、使用時間を午前６時から午後２１時に変更する等）を入力する。これにより、ホームサーバ１０では、利用者による承認がないと判断し（Ｓ６：ＮＯ）、Ｓ７において、入力された変更内容を登録した後、Ｓ１以降の処理を繰り返して運転スケジュールを決定し、利用者の承認を仰ぐ。
また、例えば、利用者が旅行等に出かけるため、予測対象日が非定常の電力消費パターンになる場合には、利用者が各家電機器の使用時間帯を予めコントローラ１７やパソコンＤ７などから入力しておけば、予約内容に応じて使用パターンを変更し、運転スケジュールを作成することも可能である。この場合にも、Ｓ７において変更内容を登録した後、Ｓ１以降の処理を繰り返して運転スケジュールを決定し、利用者の承認を仰ぐ。
そして、利用者が変更内容に応じた運転スケジュールを承認すると（Ｓ６：ＹＥＳ）、処理を終了して運転スケジュールを確定させる。
【００４６】
確定した運転スケジュールは、制御プログラム等とともにホームサーバ１０からネットワーク２０を介してコジェネ２に送信され、コジェネ２は、運転スケジュールで決められた時間帯に所定の出力で稼働する。コジェネ２が発電した電力は、ホームサーバ１０で供給量を制御された後、分電装置２３を介して各家電機器Ｄ１〜Ｄ９に需要に応じて供給される。
【００４７】
ここで、図７に基づいて、本実施の形態のホームサーバ１０で決定された運転スケジュール（点線）と、従来のコジェネシステムの制御装置で決定された運転スケジュール（二点鎖線）とを比較する。
ホームサーバ１０では、使用電力（実線）に追従してコジェネ２を起動、停止、出力制御するよう運転スケジュール（点線）が決定されているのに対して、従来のコジェネシステムの制御装置では、使用電力（実線）に対してコジェネの起動・停止・出力制御が追従するよう運転スケジュール（二点鎖線）が決定されていない。これは、ホームサーバ１０は、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８毎に予測対象日の使用パターンを作成し、その使用パターンに基づいてコジェネ２の運転スケジュール（図中点線）を決定するため、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の特性や利用者の属性などが予測対象日の運転スケジュールに十分に反映されているためと考えられる。
従って、本実施の形態のホームサーバ１０によれば、従来のコジェネシステムの制御装置より余剰電力の発生率が低く、エネルギー的な無駄を排除して省エネ性を向上させることができるとともに、コジェネ２で使用する都市ガス等の燃料を減らして経済性を向上させることができる。また、コジェネ２の起動、停止、出力制御を適宜行って各家電機器Ｄ１〜Ｄ９に発電電力を供給するので、商用電力の使用量を減らすことができ、コジェネシステム１の省エネ性・経済性を十分に発揮させることができる。
【００４８】
また、ホームサーバ１０は、運転スケジュールを決定すると、その運転スケジュールを制御プログラムとともにコジェネ２に送信し、コジェネ２の運転を制御しており、コジェネ２の運転に関する情報をホームサーバ１０側で持つことにより、コジェネ２側に持たせる情報を減らすとともに、運転スケジュールの決定などに必要な情報量をコジェネ２側に情報を持たせる場合より増やすことができる。
【００４９】
ここで、ホームサーバ１０によれば、使用パターンを作成するときに、外乱情報を除いた標準使用パターンを作成した後、予測対象日の外乱情報を付加して使用パターンを作成するので、予測対象日における各家電機器Ｄ１〜Ｄ９の電力消費量を精度良く予測することができる。
【００５０】
更に、ホームサーバ１０では、入浴時間を予測して、その入浴時間までに貯湯タンクへの貯湯を完了するように運転スケジュールを調整するので、貯湯タンクへの貯湯を完了してから入浴時間までに発生する未回収熱を減らし、放熱ロスを抑えることができる。また、電力の使用量が熱の使用量に比べ、特に大きくなる利用者においては、熱の使用量に合わせた運転を行うと、コジェネ２の稼働時間や発電出力が小さくなり、利用者の光熱費メリットが小さくなることがある。その場合には、電力の使用量をできるだけ賄うようにコジェネ２を運転することによって、利用者の商用電力の使用量を低減したり、契約電力の低減により、光熱費を下げることができる。
【００５１】
ところが、予測対象日当日は、利用者が使用パターン通り各家電機器を使用するとは限らない。例えば、予測対象日当日の気温が運転スケジュール作成時に予測した気温より高い場合には、エアコンＤ２は使用パターンの使用時間帯以外で使用されることもありうる。この状態で、運転スケジュールに従ってコジェネ２を運転させ続けても、コジェネ２の発電電力が不足して、商用電力を購入する等、不経済となる。そこで、本実施の形態のホームサーバ１０では、予測対象日当日に一定時間間隔（例えば、５分間隔）で運転スケジュールを見直している。図９は、運転スケジュールの見直し処理の手順を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、Ｓ８１において、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ９の使用パターンと利用者が予測対象日当日に登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８を使用した実行パターンとにずれを生じたか否かを判断する。ずれを生じていない場合には（Ｓ８１：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。
【００５３】
一方、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８の使用パターンと利用者の実行パターンとにずれを生じたと判断する場合には（Ｓ８１：ＹＥＳ）、Ｓ８２において、ずれを生じた家電機器を特定する。使用パターンは、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８毎に作成され、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８からは使用情報を入力しているので、それらを照合することによりずれを生じた家電機器（ここでは、エアコンＤ２）を簡単に特定することができる。
【００５４】
それから、Ｓ８３において、エアコンＤ２の使用情報を使用履歴ＤＢ１４から読み出す。そして、Ｓ８４において、ずれの原因となった使用情報も含めて使用情報を時系列解析し、季節や曜日などのノイズデータなどを含む外乱情報を取り除いて、エアコンＤ２の標準使用パターンを再作成する。そして、Ｓ８５において、実行日の気温などの外乱情報をネットワーク２０、インターネット２２を介してエネルギー会社２１等から外部情報入力部１１Ｄに入力し、入力した外乱情報を再作成した標準使用パターンに付加することによりエアコンＤ２の使用パターンを再作成して、使用パターンＤＢ１５の既存の使用パターンを再作成した使用パターンに書き換える。
【００５５】
そして、Ｓ８６において、書き換えた使用パターンに基づいてエアコンＤ２の発電出力パターンを再作成し、Ｓ８７において、登録された他の家電機器Ｄ１，Ｄ３〜Ｄ８の発電出力パターンに再作成した発電出力パターンを時系列で加算し、さらに未登録の家電機器の電力消費量を時間ごとに加算してコジェネ２の運転スケジュールを再決定する。
【００５６】
それから、Ｓ８８において、再決定した運転スケジュールが既存の運転スケジュールより優位性（例えば、省エネ性や経済性の向上）があるか否かを判断する。優位性があると判断した場合には、再作成した運転スケジュールを制御プログラム等と一緒にネットワーク２０を介してコジェネ２に送信する。従って、コジェネ２は、その後再作成された運転スケジュールに従って稼働し、エアコンＤ２の使用パターンと実行パターンとのずれを解消する。一方、優位性がないと判断した場合には（Ｓ８８：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。優位性のない運転スケジュールに変更しても、無意味だからである。
【００５７】
従って、本実施の形態のホームサーバ１０によれば、利用者が使用パターンとずれた時間帯に家電機器を使用したり又は使用パターンの時間帯に家電機器を使用しないことにより、コジェネ２の発電電力に過不足が生じても、その原因となる家電機器を特定し、特定した家電機器の過去の使用情報をもとに運転スケジュールを見直すので、運転スケジュールを修正することができる。
【００５８】
ここで、上記運転スケジュールは、利用者が家電機器を使用するパターンに基づいて決定されており、利用者が家電機器を使用する時間帯を変更することにより、更に省エネ性や経済性を向上させることができる場合もありうる。そこで、本実施の形態のホームサーバ１０では、家電機器の使用時間帯を推奨する機能を有している。図１０は、家電機器の使用時間帯を推奨する機能の一例を示す図である。
【００５９】
例えば、図１０では、家電機器の使用が６時〜１０時の時間帯と１７時〜２３時の夜間に集中し（図中点線グラフ）、コジェネ２の運転も６時〜１０時の時間帯と１７時〜２３時の夜間に片寄っている（図中実線グラフ）。この場合、コジェネ２の最大出力が１ｋＷであるため、１ｋＷを超える電力需要については、商用電力を購入しなければならない。また、コジェネ２は、電力需要が大きくなる１７時以降に負荷が大きくなって、熱回収率が向上するため、２０時の入浴予定時間までに給湯量を貯湯タンクに十分に確保できない（棒グラフの斜線部参照）。そこで、使用電力に基づいて利用者の電力消費パターンを予測する。具体的には、１７時から２３時の間に利用者が使用する家電機器を予測し、それらの家電機器が消費する電力を予測する。
【００６０】
そこで、ホームサーバ１０は、洗濯機Ｄ６、食器洗い乾燥機、掃除機等の家電用バッテリーＤ９など自動で運転が可能であり、使用時間帯を変えても差し支えない家電製品について、夜間の使用時間帯を電力需要が増加する前の時間帯にトレードした場合の貯湯量を算出する。そして、洗濯機Ｄ６、食器洗い乾燥機、掃除機等の家電用バッテリーＤ９などの使用時間帯を所定の時間帯にトレードすれば、コジェネ２の発電電力により使用電力を賄うことができる量が増えるとともに、入浴予定時間である２０時までに給湯水を貯湯タンクに必要量確保できること（例えば、図中格子部）を示す画面をコントローラ１７に表示する。
【００６１】
従って、本実施の形態のホームサーバ１０によれば、利用者は、コントローラ１７等の表示からどの家電機器をどの時間帯に使用すれば、コジェネ２を効率的に運転できるか知ることができ、より省エネ性、経済性を向上することができる。
【００６２】
また、本実施の形態のホームサーバ１０は、受電電力制御プログラムを実行して、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８のＯＮ／ＯＦＦ制御やパワー制御を行っている。登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８には、ホームサーバ１０側で融通がきかない非融通型機器（「一の電力機器」に相当するもの。）と、使用時間に融通性がある融通型機器（「他の電力機器」に相当するもの。）とがある。非融通型機器には、例えば、利用者が使いたい時に使う電子レンジＤ８があり、融通型機器には、例えば、庫内温度をある設定温度幅（例えば、１０℃±２℃）に保つために適宜ＯＮ／ＯＦＦする冷蔵庫Ｄ３がある。ホームサーバ１０は、登録された家電機器Ｄ１〜Ｄ８から入力する使用情報に基づいて非融通型機器（例えば、電子レンジＤ８）と融通型機器（例えば、冷蔵庫Ｄ３）とが一緒に電力を消費すると判断した場合に、融通型機器の冷蔵庫Ｄ３が設定温度幅にまだ余裕があるなど融通できる状況にあるか否かを判断する。融通できる状態にある場合には、冷蔵庫Ｄ３の運転を停止して電力消費を制限し、その分の発電電力を電子レンジＤ８に供給し、電子レンジＤ８の使用が終わった頃に発電電力を冷蔵庫Ｄ３に再び供給して庫内温度設定温度に調整することにより、冷蔵庫Ｄ３と電子レンジＤ８との間で電力消費量を調整する。
【００６３】
また、この場合に、冷蔵庫Ｄ３が融通できる状態になくても、コジェネ２の発電電力がバッテリに蓄電されていれば、そのバッテリから電子レンジＤ８に発電電力を供給したり、バッテリへの蓄電を制限し、その分の発電電力を電子レンジＤ８に供給することにより、バッテリと電子レンジＤ８との間で電力消費量の調整を行うようにしてもよい。
【００６４】
従って、本実施の形態のホームサーバ１０によれば、利用者が非融通型機器である電子レンジＤ８を使用パターンと異なる時間に使用したためにコジェネ２の発電電力に過不足を生じた場合には、融通型機器である冷蔵庫Ｄ３やバッテリなどによる電力消費を制限して、その分の発電電力を電子レンジ７に供給することにより、家電機器Ｄ１〜Ｄ８の間で消費される電力を調整するので、電力使用量の平準化して、商用電力の使用量を減らすことができる。
【００６５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６６】
（１）例えば、上記実施の形態では、複数のＤＢ１３〜１６や各種プログラム等を家庭に設置されたホームサーバ１０に格納して運転スケジュールを作成したり、電力制御するようにした。それに対して、それらのＤＢ１３〜１６やプログラム等をエネルギー会社に設置したサーバに持たせ、各家庭の使用情報などをインターネットなどを介してエネルギー会社に送信して運転スケジュールを個々に作成し、その運転スケジュールをインターネットなどを介して各家庭のコジェネに送信して稼働させるようにして、コジェネシステムの記憶容量の縮小や制御内容の単純化を図っても良い。
【００６７】
（２）例えば、上記実施の形態では、電力消費量を基準にして運転スケジュールを作成した。それに対して、例えば、熱消費量を基準にして運転スケジュールを作成してもよい。具体的には、例えば、家庭に電気の使用負荷があっても熱の用途がなければコジェネを運転しないことを前提に、各家電機器の使用パターンや１０日分の給湯と電力のデータの平均値などから熱需要がピークになる時間帯を求めて入浴時間と予測する一方、ピーク時の熱量、他の給湯用途、放熱ロスなどを考慮して熱需要予測を時系列で立案し、１０日分の電力のデータの平均値からコジェネの発電効率を高めるようにコジェネの発電時間帯を判定する（例えば、電力負荷の比較的小さい時間帯には稼働させず、電力負荷の比較的大きい時間帯に稼働させるなど）。そして、発電に伴う熱回収が入浴時間までに完了するようコジェネの発電時間を調整して運転スケジュールを決定する。これによれば、発電に伴う未回収熱を減らして、エネルギー的な無駄を少なくすることができる。
【００６８】
（３）また、上記実施の形態では、運転スケジュールの見直しで既存の運転スケジュールを再作成した運転スケジュールに変更するか否かを優位性に基づいて判断するようにした。それに対して、バッテリや電気ヒータに発電電力を回収しているか否かを基準とし、回収している場合には、運転スケジュールを変更せず、回収していない場合には、運転スケジュールを変更するようにしてもよい。
【００６９】
（４）また、上記実施の形態では、コジェネ２と別体のホームサーバ１０に「コジェネシステムの制御装置」を組み込んでいる。それに対して、「コジェネシステムの制御装置」とホームサーバとを切り離し、「コジェネシステムの制御装置」を単独で設けたり、コジェネ２側に組み込むようにしてもよいし、或いは、インターネット２２を介してエネルギー会社２１側に単独で設けたり、エネルギー会社２１のサーバに組み込むようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコジェネシステムの制御装置によれば、複数の電力機器に供給する電力を発生するとともに発電に伴う熱を回収して熱機器に供給するコジェネの運転スケジュールを決定し、コジェネの運転を時系列で制御するコジェネシステムの制御装置において、複数の電力機器とコジェネとにデータの送受信を行う通信手段を介して接続し、電力機器から通信手段を介して使用情報を入力し、使用情報を電力機器毎に記憶する使用履歴記憶部と、使用履歴記憶部から各電力機器の使用情報を各々読み出して時系列解析し、各電力機器毎に使用パターンを作成する使用パターン作成部と、使用パターンを電力機器毎に記憶する使用パターン記憶部と、使用パターン記憶部から使用パターンを読み出して電力機器毎に発電出力パターンを作成し、作成した発電出力パターンを時系列で加算して運転スケジュールを作成する運転スケジュール決定部と、を有しており、コジェネの発電電力を各電力機器に適宜供給するので、コジェネシステムの省エネ性や経済性を向上させることができる。
【００７１】
また、本発明のコジェネシステムの制御方法によれば、請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置を用いて、前記コジェネの運転スケジュールを決定するので、コジェネシステムの省エネ性や経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において、コジェネシステムのブロック図である。
【図２】同じく、電力制御システムの概略構成図である。
【図３】同じく、運転スケジュール決定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】同じく、予測対象日の消費エネルギーを予測する処理の手順を示すサブフローチャートである。
【図５】同じく、標準使用パターンのイメージ図であり、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示してる。
【図６】同じく、使用パターンのイメージ図であり、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示している。
【図７】同じく、使用電力、従来のコジェネシステムの制御装置を用いて決定した運転スケジュール、本発明の実施の形態のホームサーバを用いて決定した運転スケジュールを比較した図であって、縦軸に電力量を示し、横軸に時間を示している。
【図８】同じく、運転スケジュールの決定処理の手順を示すサブフローチャートである。
【図９】同じく、運転スケジュールの見直しの処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】同じく、電力機器の使用時間帯を推奨する機能の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ コジェネシステム
２ コジェネ
１０ ホームサーバ
１１ コジェネ運転決定部
１１Ａ 使用パターン作成部
１１Ｂ 運転スケジュール決定部
１１Ｃ 運転スケジュール見直部
１１Ｄ 外部情報入力部
１２ 家電運転決定部
１２Ａ 電力制御部
１２Ｂ 使用時間推奨部
１４ 使用履歴ＤＢ
１５ 使用パターンＤＢ
２０ ネットワーク
Ｄ１〜Ｄ９ 家電機器

Claims (8)

1. 複数の電力機器に供給する電力を発生するとともに発電に伴う熱を回収して熱機器に供給するコジェネの運転スケジュールを決定し、前記コジェネの運転を時系列で制御するコジェネシステムの制御装置において、
   前記複数の電力機器と前記コジェネとにデータの送受信を行う通信手段を介して接続し、
   前記電力機器から前記通信手段を介して使用情報を入力し、前記使用情報を前記電力機器毎に記憶する使用履歴記憶部と、
   前記使用履歴記憶部から各電力機器の使用情報を各々読み出して時系列解析し、各電力機器毎に使用パターンを作成する使用パターン作成部と、
   前記使用パターンを前記電力機器毎に記憶する使用パターン記憶部と、
   前記使用パターン記憶部から前記使用パターンを読み出して前記電力機器毎に発電出力パターンを作成し、作成した発電出力パターンを時系列で加算して運転スケジュールを作成する運転スケジュール決定部と、を有することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
2. 請求項１に記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記コジェネに対して、外部との情報のやりとり及び蓄積を行う情報通信制御装置から、前記運転スケジュールとともに制御プログラムを前記通信手段を介して送信することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記電力機の使用に影響を与える外乱情報を入力する外部情報入力部を有し、
   前記使用パターン作成部は、
   前記特定の電力機器の使用情報から外乱情報を取り除いて標準使用パターンを作成し、前記外部情報入力部から入力された予測対象日に係る外乱情報を前記標準使用パターンに付加することにより前記使用パターンを作成することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記運転スケジュール決定部は、
   前記熱機器の熱負荷に基づいて入浴時間を予測し、前記入浴時間前に前記熱回収を完了するよう前記運転スケジュールを調整することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記電力機器が前記使用パターンとずれた時間帯に使用されたときに、ずれを生じた家電機器を特定して前記使用パターンを修正し、前記運転スケジュールの見直しを行う運転スケジュール見直部を有することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記複数の電力機器が消費する電力を調整する電力制御部を有することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６に記載するコジェネシステムの制御装置において、
   前記使用パターンから利用者の電力消費パターンを想定し、前記電力機器を使用する時間帯を推奨する使用時間推奨部を有することを特徴とするコジェネシステムの制御装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載するコジェネシステムの制御装置を用いて、前記コジェネの運転スケジュールを決定することを特徴とするコジェネシステムの制御方法。

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