JP4806059B2 - 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
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Description
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエネルギー管理システムの構成を説明する。本実施形態のエネルギー管理システムは、例えば、エネルギー需要家に対してエネルギーやサービスを供給するエネルギー供給元として、電力会社を例として実現されている。なお、本実施形態では、エネルギー供給元を電力会社として説明しているが、上述したように、これに限定されるものではない。例えば、ガス会社・地域熱供給事業者などのエネルギープロバイダ、排出権事業者、エネルギー管理代行サービス事業者、省エネ支援サービス事業者などのサービスプロバイダ等を適用することができる。また、エネルギー需要家としては、集合住宅、マンション等が挙げられるが、同様に、これに限定されるものではなく、工場やプラント等のエネルギー消費者、エネルギー負荷、サービス消費者等が考えられる。
1.負荷調整可能量(エネルギー利用量を増加減調整)
2、負荷シフト可能量(エネルギー利用を時間方向に移動)
3、負荷稼動時間・積算エネルギー調整可能量(エネルギーの利用時間あるいは積算値を調整)
4、負荷調整遮断可否(強制負荷遮断)
5、負荷の消費あるいは発生エネルギー量とその誤差量あるいは誤差率(非ネットワーク化負荷など需要予測不可能な負荷のエネルギー消費量変動幅、あるいは太陽光発電などの発電量予測不可能な分散電源の発電量変動幅などの特定値)
等がある。スコアカードには、これらの少なくとも一つ以上の属性値が記憶される。これらの属性値は、上述したように、エネルギー加減調整可能量に関するものである。また、スコアカードには、現在の瞬時値的なエネルギー加減量だけでなく、予測値を含めた時間軸でのエネルギー加減量などの属性値を記載可能とする。
(表示・編集、データベース、テンプレート、推論機能)
次に、図5は、各エネルギー管理システムが備えるスコアカード管理機能の構成を中心に模式的に示す図である。なお、図5では、一例として、エネルギー供給元10の上位系エネルギー管理システム11について説明するが、各エネルギー管理システム101、201も同様の構成を備えている。
次に、第1実施形態による階層型のエネルギー管理システムの動作・作用について説明する。
(双方向通信によるネゴシエーション、スコアカード:加減量とエコポイント)
本実施形態の階層型のエネルギー管理システムにおいて、各階層間のエネルギー管理システムどうしがエネルギーの加減量を調整する機能は、双方向の通信によるネゴシエーション機能により実現される。ネゴシエーション機能において、エネルギーの加減調整可能量とそれらの価値尺度を表現するエコポイントを対応付けたスコアカードを用いる。
(エネルギー加減量に関する5つの属性値、エコポイント表記、時間軸表記)
ネゴシエーションに用いるスコアカードの例を図6〜図10に示す。スコアカードには、上述したように、(1)負荷調整可能量、(2)負荷シフト可能量、(3)負荷稼動時間・積算エネルギー調整可能量、(4)負荷調整遮断可否、(5)負荷の消費あるいは発生エネルギー量とその誤差量あるいは誤差率の少なくとも一つ以上のエネルギー加減調整可能量に関する属性値が記載されている。
(ネゴシエーション方法)
本実施形態の階層型のエネルギー管理システムにおけるネゴシエーション機能は、以下に分類される。
制約条件:上位系からのエネルギー加減要求量
=Σ(第i番目の下位系に配分するエネルギー加減要求量)
最小化:Σ(第i番目の下位系のエコポイント要求量)となる最適化問題を解くことで最適配分を計算する。
制約条件:上位系からのエコポイント提供可能量
=Σ(第i番目の下位系に配分するエコポイント提供可能量)
最大化:Σ(第i番目の下位系のエネルギー加減可能量)となる最適化問題を解くことで最適配分を計算する。
制約条件:下位系のエネルギー加減可能量
=Σ(第j番目の上位系に配分するエネルギー加減可能量)
最大化:Σ(第j番目の上位系へのエコポイント要求量)となる最適化問題を解くことで最適配分を計算する。
制約条件:下位系のエコポイント提供可能量
=Σ(第j番目の上位系に配分するエコポイント提供可能量)
最小化:Σ(第j番目の上位系のエネルギー加減可能量)となる最適化問題を解くことで最適配分を計算する。
また、洗濯機(500W)は洗濯を延期するには25ポイントのエコポイントが必要とする。さらにTV(300W)の使用を中断するには60ポイントのエコポイントが必要とする。このとき、
<エネルギー加減要求量の下位系への最適配分>
制約条件としての上位系からのエネルギー加減要求量は800Wであったとする。このとき、下位系=エアコン+洗濯機+TVへ供給するエコポイント総和を最小とするには、
エアコン300W低減、洗濯の延期による洗濯機OFFで500W低減、TVは現状維持となる。結果として下位系に供給するエコポイント総和は30+25=55ポイントとなる。理由は、1エコポイントあたりの電力削減量がエアコン=10W/ポイント、
洗濯機=20W/ポイント、TV=5W/ポイントとなり、まず洗濯機をOFFにすることが最も効率的、次に可能な範囲でエアコンを削減することが効率的だからである。
制約条件として、上位系からのエコポイント提供可能量を50ポイントとする。その結果、下位系のエネルギー加減可能量を最大化するには、エアコン250W低減、洗濯の延期による洗濯機OFFで500W低減、TVは現状維持となる。これも上記と同様の理由で洗濯機が最も効率的、エアコンが2番目、TVが最後であるためである。一方、上位系からのエコポイント提供可能量を80ポイントとすると、エアコン500W低減、洗濯機OFFで500W低減、TVは現状維持で使用するエコポイントは75ポイントのみとなる。理由は、エアコンの調整幅が50%までの制約条件とTVをOFFにするために60ポイント使うより5ポイントあまらせてもエアコンを削減した方が得だからである。
制約条件として、前述のエアコンのみ考える。このとき、上位系へのエコポイント要求量が最大となるには、エアコンを最大の500W低減し、A社に300W分=30ポイント、B社に残り200W=10ポイント、合計40ポイントを得る。
下位系のエコポイント提供を最大35ポイントとすると、エネルギー削減量を最小限で済ませるには、エアコンを400W低減し、A社に300W分=30ポイント、B社に残り100W=5ポイント、合計35ポイントを得る。
さらに、本実施形態に係る階層型のエネルギー管理システムにおいては、図1に示されるように、上位系(第一階層)、中位系(第二階層〜第n−1階層)、下位系(第n階層)の3階層以上の構成において、中系位エネルギー管理システム(1)、・・・、(m)は、上系位エネルギー管理システム(1)、(2)とのネゴシエーションの周期と、下位系エネルギー管理システム(1)、・・・、(m)または負荷群(エネルギー需要家のエネルギー負荷あるいは分散電源あるいは電力貯蔵装置)とのネゴシエーションの周期が異なる場合を許容するものとする。ネゴシエーション周期の不一致により不整合が発生した場合は、ローカルなエネルギー負荷配分の加減調整や電力貯蔵装置の活用により解決する調整機能を有する。
上位系に対し1時間で満たすべきエネルギー加減調整量
=ΣΣ(i番目の下位系の時刻k分でのエネルギー加減調整量)
となるように調整が行われる。ここで、下位系の一部が電力貯蔵装置であれば、それに対する充放電量を調整する。また、下位系の一部が太陽効発電設備であれば、その発電量予測は困難なので、1時間の積算値を計算しながら、負荷や電力貯蔵装置の配分を調整し、1時間で上位系が要求するエネルギー加減調整量にマッチングするような需給制御あるいは同時同量制御が実施される。
上述した第1実施形態によれば、エネルギー需要家からエネルギー供給元へのリクエストを反映した双方向でのエネルギー管理を行うことができる。さらに、以下のような効果を奏することができる。
図15を参照して、本発明の第2実施形態に係るエネルギー管理システムの構成を説明する。本実施形態は、最も単純な一対一での構成においてエネルギー管理システム同士がネゴシエーションを行う実施形態について示したものである。
次に、第2実施形態による階層型エネルギー管理システムの動作・作用について図16および図17を参照して説明する。図16は、本実施形態における上位系エネルギー管理システム11からエネルギー加減要求を受信した下位系エネルギー管理システム201がエネルギー加減要求に対するエコポイント要求量を返信する場合について模式的に示した図である。図17は、本実施形態に係るエネルギー管理システムの手順を示したフローチャートである。
上述した第2実施形態を用いることにより、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。即ち、上位系エネルギー管理システム11と下位系エネルギー管理システム201の間でエネルギー削減量の提示と対応するエコポイントの要求(図20)、および提供可能なエコポイントと対応するエネルギー削減量の提示(図21)、といった形で双方向の意思を伝達しあうネゴシエーションが実現できる。これにより、双方のエネルギー調整に対する都合を加味した負荷制御が可能となる。
図23を参照して、本発明の第3実施形態に係るエネルギー管理システムの構成を説明する。本実施形態は、1つの上位系と複数の下位系とから構成されているエネルギー管理システム同士がネゴシエーションを行う実施形態について示したものである。
次に、第3実施形態による階層型エネルギー管理システムの動作・作用について説明する。図24に示されるように、まず、上位系エネルギー管理システム11がエネルギー加減要求量として、例えば10kWのエネルギー削減を下位系エネルギー管理システム201−1、201−2に要求(送信)する。これに対し、下位系エネルギー管理システム201−1は、例えば最大6kWまで1kW/ポイントで削減可能、下位系エネルギー管理システム201−2は、例えば最大10kWまで0.5kW/ポイントで削減可能である場合、上位系エネルギー管理システム11はエネルギーの要求削減量(10kWのエネルギー削減)を満たし、かつ下位系エネルギー管理システム201−1、201−2に提供する(代償)エコポイントを最小化する最適配分を算出してネゴシエーションを行う。この場合の計算は一般に線形計画法などの数理計画法で解が求められる。例えば、下位系エネルギー管理システム201−1に6kW、下位系エネルギー管理システム201−2に4kWを削減量として割り当て、合計10kWのエネルギー削減を達成するとともに、下位系エネルギー管理システム201−1に6ポイント、下位系エネルギー管理システム201−2に8ポイントの合計14ポイントのエコポイントを配分して提供するのが最適となる。
制約条件 1[kW/ポイント]×P1[ポイント]≦6kW
0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]≦10kW
1[kW/ポイント]×P1[ポイント]
+0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]=10kW
上述した数式を解くことで、最適解P1=6ポイント、P2=8ポイントを得る。
+0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]
制約条件 1[kW/ポイント]×P1[ポイント]≦6kW
0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]≦10kW
P1[ポイント]+P2[ポイント]=14ポイント
上述した数式を解くことで、最適解P1=6ポイント、P2=8ポイントを得る。
ただし、f1()は図28のスコアカードに基づく関数、f2()は図29のスコアカードに基づく関数、でエコポイントとエネルギー削減の割合[%]の関係を示す関数。
0≦P2≦5
P1+P2=10[ポイント]
上述した数式を解くことで、最適解P1=5ポイント、P2=5ポイントを得る。
上述した第3実施形態を用いることにより、第2実施形態と同様の効果を奏することができる。即ち、一つの上位系エネルギー管理システム11が複数の下位系エネルギー管理システム201とネゴシエーションを通じて、提供可能なエコポイントの範囲で最適なエネルギー削減量の配分を実現できる。また、必要なエネルギー削減量の条件で最適なエコポイントの配分を実現できる。さらに、スコアカードを用いたネゴシエーションにより、エネルギー削減方法として、エネルギー消費量そのものの削減やエネルギー消費の時間シフトなど異なる形態のエネルギー負荷調整が混在する場合でも、最適な調整の配分が実現できる。
図30を参照して、本発明の第4実施形態に係るエネルギー管理システムの構成を説明する。本実施形態は、複数の上位系と複数の下位系とから構成されているエネルギー管理システム同士がネゴシエーションを行う実施形態について示したものである。
次に、第4実施形態による階層型のエネルギー管理システムの動作・作用について説明する。図31に示されるように、まず、上位系エネルギー管理システム11−1が下位系エネルギー管理システム201に例えば最大6ポイントまで1kW/ポイントでエネルギー加減要求量を送信すると共に、上位系エネルギー管理システム11−2が下位系エネルギー管理システム201に例えば最大10ポイントまで0.5kW/ポイントでエネルギー加減要求量を送信する。これに対し、下位系エネルギー管理システム201では、例えば10kWのエネルギー削減が可能である場合、上位系エネルギー管理システム11−1に5kWの削減量を提供し、上位系エネルギー管理システム11−2に5kWの削減量を提供する場合が、上位系エネルギー管理システム11−1、11−2から提供されるエコポイントが最大となるため、最適であると算出される。この様に下位系エネルギー管理システム201の削減可能量の範囲で、上位系エネルギー管理システム11から提供されるエコポイントを最大化する最適配分を算出する。この計算は上述したように、一般に線形計画法などの数理計画法で解が求められる。
制約条件 P1≦6
P2≦10
1[kW/ポイント]×P1[ポイント]
+0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]≦10kW
上述した数式を解くことで、最適解P1=5ポイント、P2=10ポイントを得る。
+0.5[kW/ポイント]×P2[ポイント]
制約条件 P1≦6
P2≦10
P1+P2=12
上述した数式を解くことで、最適解P1=2ポイント、P2=10ポイントを得る。
制約条件 0≦P1≦3
0≦P2≦4
f1(P1)+f2(P2)≦f3(P1+P2)
ただし、f1()は図34のスコアカードに基づく関数、f2()は図35のスコアカードに基づく関数、f3()は図36のスコアカードに基づく関数、でエコポイントとエネルギー削減の割合[%]の関係を示す関数、
上述した数式を解くことで、最適解P1=2ポイント、P2=4ポイントを得る。
上述した第4実施形態を用いることにより、第3実施形態と同様の効果を奏することができる。即ち、一つの下位系エネルギー管理システム201が複数の上位系エネルギー管理システム11とネゴシエーションを通じて、必要なエコポイントの範囲でトータルが最小なエネルギー削減量の配分を実現できる。さらに、可能なエネルギー削減量の条件でトータルが最大となるエコポイント要求配分を実現できる。また、スコアカードを用いたネゴシエーションにより、エネルギー供給量の削減方法として、エネルギー供給量そのものの削減やエネルギー供給の時間シフトなど異なる形態のエネルギー供給調整が混在する場合でも、最適な調整の配分が実現できる。
Claims (10)
- エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減要求量を送信し、かつ、エネルギー消費の加減要求量及び代償指標量に基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたエネルギー消費の加減要求量に基づき代償指標量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費削減に対する提供可能な代償指標提供可能量を送信し、かつ、代償指標提供可能量及びエネルギー消費の加減可能量に基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信された代償指標提供可能量に基づきエネルギー消費の加減可能量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータ要求信号を送信し、かつ、エネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータに基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたデータ要求信号に基づきエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータを前記第1のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - 前記データは、エネルギー加減の調整可能量に関する属性値として、前記第2のエネルギー管理手段における負荷のエネルギー消費の加減調整可能量の情報、前記エネルギー消費が発生する時間帯のシフトを行う場合のシフト可能量の情報、前記負荷の稼動時間および前記負荷の積算エネルギーの加減調整可能量の情報、前記負荷のエネルギー消費の遮断可否の情報、前記負荷の消費または発生エネルギー量とその誤差量あるいは誤差率の情報の少なくとも一つ以上の前記属性値を含むことを特徴とする請求項3に記載のエネルギー管理システム。
- エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、複数のエネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される複数の第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段と前記複数の第2のエネルギー管理手段とネットワークを介して接続される第3のエネルギー管理手段を有し、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減要求量を送信する手段を有し、
前記第3のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたエネルギー消費の加減要求量に基づき第2のエネルギー消費の加減要求量を第2のエネルギー管理手段に送信し、かつ、エネルギー消費の加減要求量及び代償指標量に基づき加減調整量配分を算出して第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段から送信された第2のエネルギー消費の加減要求量に基づき代償指標量を算出して前記第3のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1乃至第3のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段と前記複数の第2のエネルギー管理手段とネットワークを介して接続される第3のエネルギー管理手段を有し、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費削減に対する提供可能な代償指標提供可能量を送信する手段を有し、
前記第3のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信された代償指標提供可能量及びエネルギー消費の加減可能量に基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段から送信された代償指標提供可能量に基づきエネルギー消費の加減可能量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1乃至第3のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムであって、
前記第1のエネルギー管理手段と前記複数の第2のエネルギー管理手段とネットワークを介して接続される第3のエネルギー管理手段を有し、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータ要求信号を送信する手段を有し、
前記第3のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたデータ要求信号に基づきエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータを前記第2のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第3のエネルギー管理手段から送信されたデータに基づきエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量に基づき加減調整量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信する手段を有し、
前記第1乃至第3のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理システム。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムに適用するエネルギー管理方法であって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減要求量を送信し、かつ、エネルギー消費の加減要求量及び代償指標量に基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたエネルギー消費の加減要求量に基づき代償指標量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理方法。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムに適用するエネルギー管理方法であって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費削減に対する提供可能な代償指標提供可能量を送信し、かつ、代償指標提供可能量及びエネルギー消費の加減可能量に基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信された代償指標提供可能量に基づきエネルギー消費の加減可能量を算出して前記第1のエネルギー管理手段に送信し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理方法。 - エネルギー供給側に設けられてコンピュータシステムから構成される第1のエネルギー管理手段と、エネルギー需要側に設けられてコンピュータシステムから構成される第2のエネルギー管理手段とがネットワークを介して接続されるエネルギー管理システムに適用するエネルギー管理方法であって、
前記第1のエネルギー管理手段は、
前記第2のエネルギー管理手段に対してエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータ要求信号を送信し、かつ、エネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータに基づき加減調整量を算出して前記第2のエネルギー管理手段に送信し、
前記第2のエネルギー管理手段は、
前記第1のエネルギー管理手段から送信されたデータ要求信号に基づきエネルギー消費の加減可能量と加減可能量に対する代償指標量とを含むデータを前記第1のエネルギー管理手段に送信し、
前記第1と第2のエネルギー管理手段との間でエネルギー負荷調整を行なうことを特徴とするエネルギー管理方法。
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