JP5025834B2 - 運転計画方法、運転計画装置、ヒートポンプ式給湯システムの運転方法、及びヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法 - Google Patents
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Description
図2は、本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ式給湯システムを示す図である。図2に示されるエネルギー供給業者(電力供給元)208は、住宅に対して、電力系統を通じて電力を供給している。電力系統は、安定的に電力が供給される電力系統である。電力メーター207は、電力系統を通じて供給され、住宅で消費される電力の消費量を計測する。また、電力メーター207は、太陽光発電装置211で発電された電力を宅内で消費し、余った電力を系統へ売電できるようになっている。
まず蓄積手段301は、需要家の負荷電力量、給湯熱量、PV発電力量、及び日射量の各値を蓄積する。より具体的には、蓄積手段301は、図14の履歴表に示されるように、負荷電力の1時間毎の計測値(負荷電力量)と、給湯熱量の1時間毎の計測値と、PV発電力の1時間毎の計測値(PV発電力量)と、日射量の1時間毎の計測値とを、それぞれ負荷電力履歴、給湯熱量履歴、PV発電力履歴、及び日射量履歴として所定の期間(図14の例では、4週間分)だけ保持している。この履歴表は、4週間分の各曜日の履歴情報(負荷電力、給湯熱量、PV発電力、日射量)を保持しているが、さらに詳細には、各曜日の各時刻の履歴情報を保持している。時刻が0、1、2、・・・とは、0時台、1時台、2時台、・・・を示している。またその時刻における履歴情報は、積算情報となっている。時刻0の負荷電力履歴は、0時台の負荷電力の積算電力量である。
負荷予測手段302は、電力負荷206で消費される1時間毎の負荷電力量の予測値(予測負荷電力量)と、ヒートポンプ式給湯装置200で消費される1時間毎の給湯熱量の予測値(予測給湯熱量)と、太陽光発電装置211で発電される1時間毎のPV発電力量の予測値(予測PV発電力量)とを算出する。
運転計画手段303は、逆潮電力量が最小となるように、ヒートポンプ式給湯装置200の運転計画を立案し、ヒートポンプ式給湯装置200に対する制御パラメータを算出する。
運転制御手段304は、運転計画手段303で生成された制御パラメータに基づきヒートポンプ式給湯装置200の運転を制御する。運転制御手段304は、運転計画手段303から逆潮電力閾値と、運転時間帯と、給湯タンク202の目標蓄熱温度とを取得し、電力分配装置205から現在の負荷電力量と現在のPV発電力量とを取得し、ヒートポンプ式給湯装置200から現在の給湯タンク202の温度(給湯タンク温度)を取得する。運転制御手段304は、PV発電力から負荷電力を減算した値である逆潮電力を算出する。これらの処理は、例えば、1分毎に実行される。
以下、ヒートポンプ式給湯システムの本実施の形態における動作の一例について説明する。前提として、現在時刻を0時とし、ヒートポンプ式給湯暖房システムは、4週間(28日間)以上運転を行っているとする。設定は、設定給湯温度が「45℃」となっている。また、給湯タンク202内の温度は0時に50℃で均一とする。
図6は、運転計画装置210で毎日0時に処理される運転計画処理のフローチャートである。まず、運転計画装置210は、現在時刻が0時となると、1日に1回の「運転計画処理」を開始する(S601)。
次に、運転計画装置210は、運転計画手段303で制御パラメータの算出処理を行う(S604)。図8は、運転計画手段303で処理される制御パラメータの算出処理(S604)のフローチャートである。まず、運転計画手段303は、制御パラメータの算出処理を開始する(S801)。
実施形態1では、ヒートポンプ式給湯システムについて説明したが、この実施形態のシステムは、給湯装置に加えて、暖房機能をもつ暖房装置を搭載したヒートポンプ式給湯暖房システムである。
運転計画手段303は、設定給湯温度が50℃未満の場合、以下の式(3)で逆潮中にヒートポンプ901で生熱される熱量である「逆潮中HP生熱量」を算出し、以下の式(4)で逆潮中に給湯ヒータ903hで生熱される熱量である「逆潮中ヒータ生熱量」を算出する。
逆潮中ヒータ生熱量=(目標蓄熱温度−50)*給湯タンク容量 ・・式(4)
運転計画装置910は、設定給湯温度が50℃以上の場合、以下の式(5)で給湯ヒータ903hで生熱される熱量である逆潮中ヒータ生熱量を算出する。
t(HP)=(逆潮中HP生熱量/0.86/1000)/HP平均能力・・式(6)
t(HT)=(逆潮中ヒータ生熱量/0.86/1000)/ヒータ加熱能力・式(7)
優先運転モード、優先設定給湯温度共に「なし」を算出する。この場合、リモコン1101からの設定でヒートポンプ式給湯暖房システム9000は運転される。
(i)給湯タンク温度が50℃未満の場合
優先運転モードとして「給湯」を、優先設定給湯温度として「目標蓄熱温度」を算出する。この場合、ヒートポンプ901のみで生熱可能な温度のため、ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、運転モードを「給湯」とし、ヒートポンプ901を用いて給湯タンク903a内の水の加熱を行う。
優先運転モードとして「なし」を、優先設定給湯温度として「目標蓄熱温度」を算出する。この場合、ヒートポンプ901で生熱可能な温度(50℃)を超えているため、ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、運転モードをリモコン1101のまま変更せず、給湯ヒータ903hを用いて給湯タンク903a内の水の加熱を行う。ユーザのリモコン設定が、「暖房」になっていても「給湯」になっていても、いずれにしても給湯タンク903a内の水は、給湯ヒータ903hを用いて加熱するしかない。
以下、実施の形態2に係るヒートポンプ式給湯暖房システム9000の動作について説明する。前提として、現在時刻を0時とし、ヒートポンプ式給湯暖房システム9000は、28日間以上運転を行っているとする。また、リモコン1101の設定は、運転モード情報が「暖房」、設定暖房温度が「50℃」、設定給湯温度が「45℃」となっているとする。また、給湯タンク903a内の温度は0時に50℃で均一とする。
以上、本発明の発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システム、およびヒートポンプ式給湯暖房システムの実施形態について説明したが、以下の形態であってもよい。
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
201,901 ヒートポンプ
202,901t,903a 給湯タンク
203,903 給湯装置
205,905 電力分配装置
206,906 電力負荷
207,907 電力メーター
208,908 エネルギー供給業者
209,909 サーバ
210,910 運転計画装置
211,911 太陽光発電装置
301 蓄積手段
302 負荷予測手段
303 運転計画手段
304 運転制御手段
900 ヒートポンプ式給湯暖房装置
901a ヒートポンプ部
902 熱交換器
903h 給湯ヒータ
904 暖房装置
904a 暖房回路
1001 給湯暖房制御装置
1010 三方弁
1101 リモコン
2000 ヒートポンプ式給湯システム
9000 ヒートポンプ式給湯暖房システム
Claims (21)
- 発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する第1の電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成する第2の電力負荷とを備えるシステムにおいて、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画方法であって、
単位時間に区切られた各時間帯において、前記発電装置で発電される発電電力量と、前記第1の電力負荷で消費される消費電力量とを予測する予測ステップと、
前記発電電力量から前記消費電力量を減算して得られる逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に前記第2の電力負荷を動作させるように、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画ステップとを含み、
前記発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記第2の電力負荷は、前記発電装置で発電される電力を用いて熱を生成する生熱部と、前記生熱部で生成された熱を蓄熱する蓄熱部と、前記蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する放熱部とを備え、
前記予測ステップでは、さらに、前記消費電力量が前記発電電力量を上回る時間帯である逆潮停止時間帯に前記放熱部で放熱される逆潮停止中放熱量を予測し、
前記運転計画ステップでは、前記予測ステップで予測された逆潮停止中放熱量に相当する熱量が前記蓄熱部に蓄熱されるように、前記運転時間帯における前記生熱部の運転計画を立案する
運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量を前記生熱部が生成するのに必要な時間を超えるまで、前記逆潮電力量の大きい順に1以上の前記時間帯を選択することによって前記運転時間帯を決定し、決定した前記運転時間帯における前記運転計画を立案する
請求項1に記載の運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、
選択された前記1以上の時間帯各々における前記逆潮電力量のうちの最小値を、逆潮電力閾値として決定し、
前記運転時間帯において、実際に計測された逆潮電力が前記逆潮電力閾値以上になったタイミングで前記生熱部の運転を開始するように、前記運転計画を立案する
請求項2に記載の運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、さらに、前記運転時間帯において、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量が生成されたタイミングで前記生熱部の運転を停止するように、前記運転計画を立案する
請求項3に記載の運転計画方法。 - 前記蓄熱部は、蓄熱している熱量に応じて温度が変化する蓄熱材を備え、
前記生熱部は、前記蓄熱材の温度を第1の温度まで上昇させることのできるヒートポンプと、前記蓄熱材の温度を前記第1の温度より高い温度まで上昇させることのできるヒータとを備え、
前記運転計画ステップでは、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量のうち、前記蓄熱材が前記第1の温度に達するまでの熱量を前記ヒートポンプに生成させ、前記蓄熱材が前記第1の温度に達した後の熱量を前記ヒータに生成させるように、前記運転計画を立案する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 前記予測ステップでは、前記逆潮電力量が正の値から0以下の値に変化した時刻である逆潮停止時刻から、前記放熱部からの放熱が停止すると考えられる予め定められた時刻までの間の時間帯である前記逆潮停止時間帯に前記放熱部で放熱される熱量を、前記逆潮停止中放熱量として予測する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 前記予測ステップでは、
各時間帯の前記消費電力量を、同じ曜日で且つ同じ時間帯に計測された過去の複数の消費電力量の平均値に相当すると予測し、
各時間帯の前記逆潮停止中放熱量を、同じ曜日で且つ同じ時間帯に計測された過去の複数の逆潮停止中放熱量の平均値に相当すると予測する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 前記予測ステップでは、予測当日の各時間帯の予測日射量を取得し、各時間帯の前記発電電力量を、過去に計測された発電電力量のうち、日射量が当日の予測日射量に最も近い時間帯の発電電力量に相当すると予測する
請求項1〜7のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する第1の電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成する第2の電力負荷とを備えるシステムにおいて、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画装置であって、
単位時間に区切られた各時間帯において、前記発電装置で発電される発電電力量と、前記第1の電力負荷で消費される消費電力量とを予測する予測部と、
前記発電電力量から前記消費電力量を減算して得られる逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に前記第2の電力負荷を動作させるように、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画部とを備え、
前記発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記第2の電力負荷は、前記発電装置で発電される電力を用いて熱を生成する生熱部と、前記生熱部で生成された熱を蓄熱する蓄熱部と、前記蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する放熱部とを備え、
前記予測部は、さらに、前記消費電力量が前記発電電力量を上回る時間帯である逆潮停止時間帯に前記放熱部で放熱される逆潮停止中放熱量を予測し、
前記運転計画部は、前記予測部で予測された逆潮停止中放熱量に相当する熱量が前記蓄熱部に蓄熱されるように、前記運転時間帯における前記生熱部の運転計画を立案する
運転計画装置。 - 太陽光発電装置と、ヒートポンプ式給湯装置とを備えたヒートポンプ式給湯システムの運転方法であって、
前記システムは運転計画装置をさらに備え、
前記運転計画装置は、
前記発電装置で発電される発電電力量と、電力負荷で消費される消費電力量とを予測する予測ステップと、
前記発電電力量から前記消費電力量を減算して得られる逆潮電力量を算出するステップと、
前記逆潮電力量がゼロとなる逆潮停止時間帯に必要な熱量を予測するステップと、
前記逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に、前記予測した熱量を蓄熱するように、前記ヒートポンプ式給湯装置を動作させる計画を立案する運転計画ステップと、を含む制御をする、
ヒートポンプ式給湯システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップは、
予測した熱量を蓄熱するための目標蓄熱温度と、選択された前記1以上の時間帯各々における前記逆潮電力量のうちの最小値を、逆潮電力閾値として決定する、
請求項10に記載のヒートポンプ式給湯システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップで決定された前記目標蓄熱温度と、前記逆潮電力閾値とを受けて、
前記運転時間帯において、実際に計測された逆潮電力が前記逆潮電力閾値以上になったタイミングで前記ヒートポンプ式給湯装置の運転を開始し、
前記運転時間帯において、前記予測した熱量が生成されたタイミングで前記ヒートポンプ式給湯装置の運転を停止する、
運転制御ステップをさらに備えた、
請求項11に記載のヒートポンプ式給湯システムの運転方法。 - 前記発電電力量の予測、前記消費電力量の予測、及び前記熱量の予測は、蓄積手段に蓄積された履歴情報を用いて行う、
請求項12に記載のヒートポンプ式給湯システムの運転方法。 - 前記運転計画装置は、ヒートポンプ式給湯装置の内部に設置されている、
請求項13に記載のヒートポンプ式給湯システムの運転方法。 - 太陽光発電装置と、ヒートポンプ式給湯暖房装置とを備えたヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法であって、
前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は、給湯タンクと暖房装置とを備え、
前記システムは運転計画装置を備え、
前記運転計画装置は、
前記発電装置で発電される発電電力量と、電力負荷で消費される消費電力量とを予測する予測ステップと、
前記発電電力量から前記消費電力量を減算して得られる逆潮電力量を算出するステップと、
前記逆潮電力量がゼロとなる逆潮停止時間帯に必要な熱量を予測するステップと、
前記逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に、前記予測した熱量を蓄熱するように、前記ヒートポンプ式給湯暖房装置を動作させる計画を立案する運転計画ステップと、を含む制御をする、
ヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップは、
予測した熱量を蓄熱するための目標蓄熱温度と、選択された前記1以上の時間帯各々における前記逆潮電力量のうちの最小値を、逆潮電力閾値として決定する、
請求項15に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップで決定された前記目標蓄熱温度と、前記逆潮電力閾値とを受けて、
前記運転時間帯において、実際に計測された逆潮電力が前記逆潮電力閾値以上になったタイミングで前記ヒートポンプ式給湯装置の運転を開始し、
前記運転時間帯において、前記予測した熱量が生成されたタイミングで前記ヒートポンプ式給湯装置の運転を停止する
運転制御ステップをさらに備えた、
請求項16に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップは、予測した熱量を給湯タンクに蓄熱するための目標蓄熱温度を決定し、
前記ヒートポンプ式給湯暖房装置のヒートポンプにより第1の温度まで前記給湯タンク内の蓄熱材を加熱し、その後、前記給湯タンク内に設置されたヒータにより第1の温度よりも高い第2の温度まで前記蓄熱材を加熱するよう制御する、
請求項17に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は、給湯暖房制御装置を備え、
前記給湯暖房制御装置は、
前記運転計画装置から前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転情報を受けるとともに、リモコンから前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転情報を受けるように設定されており、
前記運転計画装置からの前記運転情報を取得した場合には、前記リモコンからの前記運転情報に優先して、前記運転計画装置からの前記運転情報に基づいて前記ヒートポンプ式給湯暖房装置を制御する、
請求項17に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転情報は、前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転モード及び給湯タンクの設定給湯温度である、
請求項19に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は熱交換器を備え、
熱交換器から供給される蓄熱材は、切替装置により、給湯タンクまたは暖房装置へ供給されるように制御される、
請求項17に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
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