JP5272545B2

JP5272545B2 - 店舗用電力供給装置

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Publication number: JP5272545B2
Application number: JP2008175171A
Authority: JP
Inventors: 洋津倉
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2010016999A

Description

本発明は、コンビニやスーパー等の中小規模電力多消費における電力供給装置
に関するものである。

１店の店舗面積100〜200ｍ²を有するコンビニエンスストア（以下コンビニという）は国内に4万件以上存在し、その面積中に照明装置（単相100Ｖ／200Ｖ電灯契約）、空調装置、冷蔵装置、冷凍装置（三相200Ｖ低圧契約）を備え、一般に２４時間営業する開店時間中電力を消費している。10,000MJ／ｍ²・年のエネルギー消費原単位の200ｍ²店舗のコンビにでは、年間200MWｈの電力を消費し、ＣＯ₂を排出しており、ＣＯ₂排出量は111ｔＣＯ₂／年となっている。
また、スーパー・マーケット（以下スーパーという）では店舗面積により、500〜5,000ｍ²は小規模、5,000〜15,000ｍ²は中規模、15,000ｍ²以上は大規模と分類され、それぞれ照明装置（単相100Ｖ／200Ｖ電灯契約）、空調装置、冷蔵装置、冷凍装置（三相200Ｖ低圧契約）を備えて多くは約１４時間営業となっている。5,710MJ／ｍ²・年のエネルギー消費原単位の3,500ｍ²の平均的スーパー店舗では、年間約2,034MWhの電力を消費しており、ＣＯ₂排出量は741ｔＣＯ₂／年となっている。

なお、コンビになどを対象とした電力管理システムとしては特許文献１が公知となっている。
特開２００４−９６９０６号公報

（１）店舗に電力を供給する電力系統の瞬時停電等による短期停電発生は、年間合計１時間以下となっており営業上の問題は殆んどないのが現状である。しかし、地球温暖化の進行に伴って気候変動が拡大し、台風・震災等によって１時間〜１日〜１週間程度といった中長期停電の発生が懸念され、地域の「食と生活のライフライン」であるコンビニやスーパーでは中長期停電に対しては無力に近い。
中長期停電時にでは、販売可能な食品が供給されたとしても、停電のために「最低限の照明下でのレジスタ会計」が不能となり短時間でも店舗を開店することができない。また、要冷蔵の生鮮食品の最低限の冷蔵・冷凍保存も出来なくなる。
（２）エネルギー多消費店舗であるコンビニやスーパーでの中小規模店では、一般にエネルギーの使用実態の把握は殆んど行わずに大量の電力を試用しており、有効な省エネ対策が実施されにくい状況である。
（３）中小規模店向けの有効で安価なエネルギー計測・制御装置が殆んどなく、装置導入による省エネ効果も殆んど期待できない。したがって、コンビニ等でのエネルギー（電力）管理装置が普及していないのが現状である。また、店舗室内温度や、冷凍庫／冷蔵庫の各温度、店内照明器具の照度を合理的な方法で調整実施が出来ず、実施のためには機器の設置や配線工事等を含む工事費が嵩むことで普及していない。さらに、電力、温湿度、照度の計測信号を利用して、電力デマンド管理や動力機器の発停制御、照明機器の減光制御などの省エネ制御が技術的にも、費用的にも難しいものとなっている。
（４）中小規模店の屋根に太陽光発電装置を設置して店舗内の空調負荷を削減し、発電電力で電力量／料金を削減してＣＯ₂を削減しようとすると、投資回収年が１５年以上の長期間となることから、その導入は進んでいない。
（５）コンビニやスーパーのように長時間営業の施設では、台風や地震で数日〜１週間停電した場合でも、ＡＴＭ利用や冷凍機運転等の重要設備を運転する必要最低限の電力が確保できればある程度の営業は可能となるが、その対応もできていない。停電時、太陽光発電設備を設置している一般家庭では、専用コンセントで冷蔵庫等に給電できるが、家庭内全てのコンセントへの給電は規制等によりできず、コンビニやスーパーの場合も同様になっている。
（６）エネルギー多消費店舗での電力料金負担が大きい。例えば、コンビニでは電気容量５０ｋＷ以下の単相（電灯）＋３相（低圧電力）の両電力契約が必要となり、これが高価（年間200〜300万円）となっている。

そこで、本発明が目的とするとこは、停電時における電力供給機能付きのエネルギー管理システムを用いた店舗用電力供給装置を提供することにある。

本発明は、食品を保存する冷蔵、冷凍設備や照明機器を有する中小規模店舗の電力供給装置において、
前記店舗に太陽光発電装置と電力貯蔵装置を設け、当該店舗を管理する中央管理部に中央処理装置を設けると共に、前記店舗に、店内照明度、冷蔵・冷凍設備の温度、及び使用電力量を含む管理用データを検出する検出器と、各検出器の計測データを収集し、且つ店舗設備の制御を実行する制御部を設け、この制御部での収集データを伝送路を介して前記中央管理部に伝送するよう構成したことを特徴とするものである。

本発明は、請求項２の検出器により検出されたデータは、無線方式で検出した後にデータ変換し、ＬＡＮを介して前記制御部に送信するよう構成したことを特徴とするものである。

本発明の前記制御部は、停電発生時に予め定められた店舗内の重要設備に継続給電する切換手段を有し、前記太陽光発電装置の発電量、若しくは電力貯蔵装置の蓄電量をもとに重要設備に対する発停制御手段を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の前記制御部は、入力された日照時間と太陽光発電量の関係から翌日の太陽光発電量を演算する太陽光発電演算手段と、この太陽光発電量をもとに翌日の使用可能な電力量を算出する翌日電力量演算手段と、電力貯蔵装置における本日の残留電圧と翌日電力量演算手段による使用可能な電力量から供給可能な電力量を演算して翌日電力量演算手段に知らせる蓄電池電力演算手段と、翌日電力量演算手段による使用可能電力量に基づき翌日の運転可能な設備を選択して発停制御を行う発停制御手段を備えたことを特徴とするものである。

以上のとおり、本発明によれば次のような効果が生じる。
（１）店舗の電力管理装置としてエネルギー計測・制御装置を設けたことにより、最適な電力デマンド容量の管理が実現でき、動力機器の発停制御と照明の減光制御で１０〜２０％程度の電力量の削減が期待できるものである。
（２）温湿度計、温度計、ＣＯ₂濃度計、照度計はZigbeeなどによる無線方式のModbus（汎用フィールドバス）データ伝送を用いた場合にはModbusプロトコルでドライバソフトが不要となり、これにより配線が不要となって工事費の削減と測定箇所選択の自由度が拡大すねものである。
（３）太陽光発電装置と電力貯蔵装置の採用で1週間程度の中短停電発生時でも、最低限の食生活ライフラインの維持が確保でき、且つ通常時でもカーボンフリー的な発電電力により店舗使用電力量の削減、ＣＯ₂排出量の削減が可能となる。
また、太陽光発電部採用の場合、店舗屋根に防水／断熱塗装を施すことにより屋根の長寿命化と断熱機能強化による店舗の空調負荷低減が可能となり、空調機器の省エネが期待できる。

本発明は、コンビニやスーパーなど中小規模の店舗における給電装置で、1時間〜1週間程度の中短期間停電時にも給電して営業可能とし、停電発生時における食生活のライフライン維持を可能とする店舗用電力供給装置である。以下図に基づいて説明する。

図１は、コンビニやスーパーなど中小規模の店舗における電力供給装置の構成図で、停電時に店舗の重要設備へ非常供給する部分の構成図を示したものである。したがって、商用系統については省略している。ＰＳは電源部で、停電時には非常用として使用されるが、通常時においては後述のように貯蔵エネギーを考慮しながら電力供給する。この電源部ＰＳは、例えば、２０ｋＷ程度の太陽光発電装置１と、鉛蓄電池などからなる１４ｋＷｈ程度の蓄電能力を有する電力貯蔵装置２、及び電力変換部３を有している。電力変換部３は、３相のＤＣ／ＡＣ変換部３ａと単相のAC／ＡＣ変換部３bを有している。ＤＣ／ＡＣ変換部３ａは、冷蔵庫、冷凍庫等の停電時に重要と認識される３相の重要負荷４に接続されて３相電力を供給する。また、電力変換部３bで変換された単相電力は、停電時に重要と認識されるＡＴＭや会計機等の単相負荷５に供給される。

太陽光発電装置１で２０ｋＷ程度の発電力を得るためには、店舗屋根に配置する太陽光パネル面積は１５０m²程度となる。パネル設置に当たっては、店舗屋上部に太陽光発電を設置すると屋根の保守が困難となることを勘案して、屋根の防水と断熱機能を強化するために断熱塗装を施す。これにより、夏冬の空調負荷低減を可能とし、且つ長期使用に耐える構造とすることで、省エネ、ＣＯ₂削減の寄与を図る。

図２は商用系統を含めた電力系統を示し、低圧高負荷契約／高圧受電契約として電力メニューの選定可能の場合を示している。低圧高負荷契約では電灯＋低圧の合算計算の選定をし、高圧受電契約では電灯＋低圧に変圧し、安価な電力利用を可能としている。６は商用系統に設置された電力会社の電力メータ部分で、３相の電力は６ａを通して店舗の３相負荷に給電し、単相の電力は６ｂを通して単相負荷に給電する。なお、図で示す開閉器接点接続は、停電発生時の重要負荷への給電状態を示したものである。
太陽光発電装置１による発電電力は電力需要の多い電灯系に給電し、不足分を商用系統購入する等、その発電電力の利用形態は任意であるが、太陽光発電装置１の設置目的の一つは非常用電源である。すなわち、商用系統による夜間電力メニューが選定できる場合、安価な夜間電力や太陽光発電装置１の余剰電力で電力貯蔵装置２に電力貯蔵する。電力貯蔵装置２に使用される蓄電池容量が１４ｋＷｈ程度の蓄電能力を有する場合、その７０％の充放電深度で１０ｋＷｈ分を翌日の電力需要ピーク時の１０〜15時の5時間で使用したとすると、各時２ｋＷｈ×５ｈを放電することで電力デマンドを削減し、契約電力の削減が可能となる。

図３は電源部ＰＳの停電時における重要負荷制御のためのエネルギー計測・制御装置の機能を示したものである。１０は太陽光発電演算手段で、発電量演算部１１、発電量推定部１２、及び天気条件部１３を有している。発電量演算部１１は、太陽光パネルが発電する本日の太陽光発電量（ｋＷｈ／ｄ）を演算する。また、天気条件部１３は、入力された天気予報などに基づき翌日の雨／曇り／晴れかの天気と季節等の条件を勘案し、その天気・気候条件により日照時間を発電量推定部１２に出力する。
発電量推定部１２は、天気条件部１３が推定した天気条件に基づいて翌日の太陽光発電量を推定し、翌日の電力量演算手段１４に出力する。電力量演算手段１４は、余剰電力演算部１５、翌日の電力供給量推定部１６、及び翌日の使用可能電力量推定部１７を有している。余剰電力演算部１５は、発電量演算部１１から入力された本日の太陽光発電量を基に本日の太陽光発電量の余剰電力量（ｋＷｈ−ＤＣ）を演算し、余剰が生じる場合には余剰電力を蓄電池に充電すべく蓄電池電力演算手段１８に対して充電指令を出力する。電力供給量推定部１６は、発電量推定部１２が演算した翌日の太陽光発電量の推定値を基に翌日の供給可能な３相分、単相分の電力量を推定演算し、その推定値を使用可能電力量推定部１７と蓄電池電力演算手段１８に出力する。

蓄電池電力演算手段１８は、残電力量演算部１９、実績充電量演算部２０、放電可能電力量演算部２１を有している。残電力量演算部１９は、蓄電池２の蓄電量を監視し、蓄電量と余剰電力演算部１５による本日の太陽光発電量の余剰分に応じて本日の充放電後の残電力量を演算する。実績充電量演算部２０は、本日の蓄電池における充電実績を演算する。放電可能電力量演算部２１は、実績充電量演算部１６からの充電実績値と、電力供給量推定部２０が算出した翌日供給可能な推定電力量を参照して翌日の蓄電池２の放電可能電力量を推定演算する。この演算値は使用可能電力量推定部１７に出力されて使用可能電力量が演算され、発停制御手段２２に出力される。

発停制御手段２２は貯蔵電力量に応じて翌日の重要負荷設備を選択し制御を実行する。選択演算部２３は、使用可能電力量推定部１７で求めた使用可能電力量に基づいて翌日稼動する重要設備の選択演算をし、可動時間演算部２４で重要負荷の可動時間演算をする。電力デマンド制御監視部２５は、停電時に選択された
重要設備に対する運転・停止制御を行う。運転された設備による電力は、電力センサによって検出されて当日の電力使用量として使用可能電力量推定部１７に出力される。使用可能電力量推定部１７は、入力された電力量を勘案して翌日の使用可能電力量を推定する。

上記構成において、太陽光発電装置１の発電量を２０ｋＷ（日平均発電量：５４ｋＷｈ／ｄ．晴天時発電量：８０〜１３０ｋＷｈ／ｄ）とし、且つ停電全日に１４ｋＷｈを蓄電池に蓄電した電力を利用して店舗の重要負荷に給電し、昼間時間の限定営業をした場合を例にすると、エネルギー計測・制御装置は次ぎのような運転制御を行う。
＜通常時（非停電時）の運転方法＞
通常は太陽光発電で全天候平均５５ｋＷｈ／ｄ発電し、１０ｋＷｈ分を夜間蓄電池に蓄電して翌日の電力需要ピーク時の１０〜15時に２ｋＷｈ／時放電し、約２ｋＷの電力デマンド低減を行う。また、深夜料金の安価な電力メニューがある場合には、その電力を利用して蓄電池を充電する。
＜1時間程度の短時間停電発生時の運転方法＞
短時間の停電では昼間と夜間が存在し、その発生が昼間の場合には、停電発生が昼間で太陽光発電と蓄電池が電源として利用できる場合にはその両者で対応する。この場合、停電時当日には、太陽光発電で平均５５ｋＷｈ／ｄ発電した電力と、夜間を含めて前日蓄電して当日放電予定の１０ｋＷｈの計６５ｋＷｈの電力で予め設定された重要負荷の必要電力量を算定して、店舗での昼間の営業時間をエネルギー計測・制御装置によって求める。

短時間停電で夜間発生の場合、電源としては蓄電池のみが利用可能対象となる。この場合、夜間の充電モードを停止して放電モードに切り替えて重要負荷に給電して短時間停電に対応する。停電時間が1時間以上継続して蓄電池の電位が一定値にまで低下したときには、アラーム等に基づいて店舗を閉店とすると共に、重要負荷をさらに第2次重要負荷に限定し、弁当などの食品保存用冷蔵庫やショーケースにのみ給電する。
＜1時間〜1週間程度の長時間停電発生時の運転方法＞
長時間停電の場合でも、停電発生時刻が昼間の場合と夜間発生の場合があり、停電発生時の利用電源は短時間の場合と同様になる。
昼間停電発生時には、停電時当日には、太陽光発電で平均５５ｋＷｈ発電して夜間を含めた前日に蓄電し、当日放電予定の６５ｋＷｈの電力利用が可能であることを翌日電力演算手段１４が求め、発停制御手段２２で利用可能電力を用いて店舗閉店後の重要設備の必要電力量を算定して当該設備の運転・停止制御を実行する。

エネルギー計測・制御装置における停電翌日の対応としては、停電当日に翌日の天気予報を入力して翌日の日照時間を太陽光演算手段１０で予測（日照時間＝Ａ１×翌日天気予報値＋Ｂ１）し、翌日太陽光発電量を予測（翌日の発電量ＳＷ(kWh/d)＝Ａ２×翌日日照時間＋Ｂ２）する。ここで、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は係数で、太陽光発電量実績値とアメダスデータからの算出値である。
翌日電力演算手段１４は、翌日の電力供給量推定部１６を介して蓄電池充電分１０ｋＷｈ／ｄを除く翌日の供給可能な電力量を発停制御手段２２に知らせる。発停制御手段２２では、昼夜間の必要電力量をもとに重要設備への電力供給量から昼間の営業時間を算出し、夜間を閉店して蓄電池の蓄電分で夜間の弁当食品などを保存する第2次重要負荷に限定して給電する。

例えば、翌日が晴天で翌日太陽光発電予測値＝１００ｋＷｈ／ｄ、翌日夜間使用蓄電池電力量＝１０ｋＷｈ／ｄとすると、翌日の昼間利用可能電力量は９０ｋＷｈ／ｄ（＝１００ｋＷｈ−１０ｋＷｈ）となり、昼間時間帯電力実績量から９０ｋＷｈを消費できる昼間営業時間を算出し、太陽光発電量の時間変動にはエネルギー計測・制御装置を用いて最適制御する。復電するまでの次の日以降も同様である。

この実施例によれば、台風、地震等による中短時間の停電に対応でき、停電発生時でも生鮮食品を腐敗させることなく最低限の営業継続が可能となり、且つ電気料金の削減、ＣＯ₂削減などが可能となるものである。

図４は、エネルギー計測・制御装置の構成図を示したものである。
３０は制御部（データ収集・制御部）で、計測データの収集と設置設備によって図2で示す発停止制御手段等を備えて店舗設備の制御を実行する。制御部３０で算出された制御信号はＬＡＮを介して制御信号変換装置３１に送出され、変換信号はエアコン室外機や冷蔵庫、冷凍庫等の３相機器群３２と、照明、ＡＴＭ機、レジスタ等の単相機器群３３にそれぞれ出力して制御する。３４は単相計測部で、照度計や単相電力センサ等よりなる。３５は３相計測部で３相電力センサ、温湿度計（温度と湿度）、ＣＯ₂濃度計、温度計等よりなり、これら３４、３５の各計測データはそれぞれ制御部３０で収集された後、インターネットを介して中央管理部５０の計測データ管理システムのサーバに送出される。

図５は、エネルギー計測・制御システムにおける計測データの具体的な授受関係を示したもので、温度、湿度、照度などの各検出器は市販の無線方式によるセンサが使用され、店内の任意箇所に設置された無線センサの子機によって各信号を検出し、その検出信号は無線により親局に送信される。親局では無線ＲＳ４８５信号でModbus/TCP変換器３６に無線伝送する。
一方、冷蔵庫等のように電力センサにより検出された電力データはパルス／TCP変換器３７に出力する。制御部３０は、各変換器３６，３７が収集したデータをVPNルータを通してインターネットに送出する。このように、温度、照明などの計測データはZigbee等による無線伝送で授受しているので、計測のための配線工事が不必要となる。なお、店舗内での信号の授受は無線伝送のみではなく、各電力負荷の電力計測は電力センサで計測し、計測データはＬＡＮ経由で店舗内の制御部３０で収集し、演算する。
中央監視部５０では、インターネットを介して送信された各店舗の1次収集データはVPNルータ５１を通して取り込み、中央サーバ５２の記憶部DBに一旦記憶した後、中央処理装置５３で監視、帳票、グラフ、及び解析などを実行する。

図６は店舗における制御系統を示したもので、点線太線が制御部３０からの制御系統である。制御部３０は、３相機器に対する起動停止（発停）制御手段３９と、空調エアコン、冷蔵庫、冷凍庫に対する最適温湿度管理を実行するための温度制御手段４０、及び店内照明に対する減光制御機能４１を備え、それぞれの目的のための制御を実行する。そのために、計測された冷蔵庫、冷凍庫の温度や照度、温湿度、ＣＯ₂は、無線、もしくは有線で第１の計測部４２と第２の計測部４３を介して制御部３０に入力し、この計測信号などに基づいて各機器を制御する。
なお、図示省略しているが、制御系等には契約電力以下の電力抑制のために電力計測デマンド管理機能を備えている。

図６の機器配置によれば、店内の温度や湿度、店内照明の明るさを示す照度、及び店内の換気指標、混雑度を示すＣＯ₂濃度に必要な計測項目は１６点であり、電力信号は３相系統と単相系統の１０点となる。また、警報出力はＤＩ信号で４点程度であるので合計の計測項目は３０点あればよく、これにより、高圧受電の場合、３０分同時同量制御に対応できる
また、温度、照明などの計測データはZigbee等の無線伝送で行っているので、計測のための配線工事は不必要となり、中央管理部５０での管理データはインターネットなどの伝送路を通して中央管理部５０に伝送される。したがって、エネルギーの有効管理とＣＯ₂削減が可能となる。

本発明の実施形態を示す電力供給装置の構成図。商用の電力系統を含む電力供給装置の構成図。本発明によるエネルギー計測・制御装置の機能構成図。店舗内の計測・制御の概略機能構成図。店舗内の計測データ収集説明図。店舗の電力管理システム図。

符号の説明

１… 太陽光発電装置
２… 電力貯蔵装置
３… 電力変換部
４… ３相負荷
５… 単相負荷
１０… 太陽光発電演算手段
１４… 翌日の電力量演算手段
１８… 残電力量演算手段
２２… 発停制御手段
３０… 制御部
５０… 中央管理部

Claims

食品を保存する冷蔵、冷凍設備や照明機器を有する中小規模店舗の電力供給装置において、
前記店舗に太陽光発電装置と電力貯蔵装置を設け、当該店舗を管理する中央管理部に中央処理装置を設けると共に、前記店舗に、店内照明度、冷蔵・冷凍設備の温度、及び使用電力量を含む管理用データを検出する検出器と、各検出器の計測データを収集し、且つ店舗設備の制御を実行する制御部を設け、この制御部での収集データを伝送路を介して前記中央管理部に伝送するよう構成したことを特徴とする店舗用電力供給装置。
前記検出器により検出されたデータは、無線方式で検出した後にデータ変換し、ＬＡＮを介して前記制御部に送信するよう構成したことを特徴とする請求項1記載の店舗用電力供給装置。
前記制御部は、停電発生時に予め定められた店舗内の重要設備に継続給電する切換手段を有し、前記太陽光発電装置の発電量、若しくは電力貯蔵装置の蓄電量をもとに重要設備に対する発停制御手段を備えたことを特徴とする請求項1又は２記載の店舗用電力供給装置。
前記制御部は、入力された日照時間と太陽光発電量の関係から翌日の太陽光発電量を演算する太陽光発電演算手段と、この太陽光発電量をもとに翌日の使用可能な電力量を算出する翌日電力量演算手段と、電力貯蔵装置における本日の残留電圧と翌日電力量演算手段による使用可能な電力量から供給可能な電力量を演算して翌日電力量演算手段に知らせる蓄電池電力演算手段と、翌日電力量演算手段による使用可能電力量に基づき翌日の運転可能な設備を選択して発停制御を行う発停制御手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の店舗用電力供給装置。