JP6121755B2 - エネルギー制御装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Description
[A.グリッド]
[1.全体構成]
まず、本実施形態が適用される環境であるグリッドSを、図1〜図3を参照して説明する。このグリッドSは、例えば、エネルギー供給設備として、既存の大規模発電所ではなく、小規模の分散電源等を用いて、特定の域内での需要家の電力需要を賄うマイクログリッドである。
CGS1は、一次エネルギーを電力及び熱に変換して供給する電熱併給システムである。CGS1としては、例えば、一次エネルギーとしてガスを用いて電力を供給するガスエンジンと、排熱を回収して蒸気を供給する排熱回収ボイラーにより構成されたガスエンジンシステムを用いる。このCGS1は、複数台設置されている。
バックアップボイラー2は、ガス等の一次エネルギーを熱(蒸気)に変換する第1の熱源である。バックアップボイラー2は、複数台設置され、各バックアップボイラー2は、熱系統8に接続されている。
需要家3は、電力系統7、熱系統8を介して、CGS1、バックアップボイラー2から電力、熱の供給を受ける設備群である。各需要家3を構成する設備は、所定のまとまりとして管理されている複数の電気、熱の消費機器及びこれに付随する設備である。例えば、需要家3は、電力の供給を受ける電力設備31を備えている(図3参照)。この所定のまとまりは、例えば、工場、建物、プラント等を単位としても、CGS1からエネルギーの供給を受ける契約者を単位としてもよい。
通信系統9は、情報の送受信を行う通信ネットワークである。この通信系統9には、CGS1、バックアップボイラー2、需要家3、ユーザ所有ボイラー4の制御部が接続されるとともに、後述するエネルギー制御装置100が接続されている。これにより、エネルギー制御装置100は、CGS1、バックアップボイラー2、需要家3、ユーザ所有ボイラー4との情報の送受信が可能となる。
エネルギー制御装置100は、通信系統9を介して、CGS1、バックアップボイラー2、ユーザ所有ボイラー4の最適制御を行うEMS(Energy Management System)である。
送受信部110は、通信系統9に接続され、外部との情報の送受信を行う処理部である。記憶部120は、エネルギー制御装置100の処理に必要な各種の情報を記憶する処理部である。
需要取得部130は、各需要家3のRTUから送信され、送受信部110を介して受信した需要情報を取得する処理部である。例えば、需要取得部130は、取得した各日の各時刻における各需要家3の需要情報を合計することにより、グリッドS全体における需要情報を時系列で求める。需要情報には、電力と熱の需要情報が含まれる。
需要予測部140は、記憶部120が記憶した需要情報に基づいて、制御対象となる日である対象日の需要予測情報を作成する処理部である。需要の予測は、例えば、次のように行う。まず、過去の需要情報に基づいて、季節、曜日、天候別の時刻毎の需要パターンを作成する。そして、対象日と同じ季節、同じ曜日、同じ天候の需要パターンを、対象日のグリッドS全体の需要予測情報とする。
運転計画作成部150は、電力需要予測情報、熱需要予測情報に応じた電力及び熱の供給量が得られるように、CGS1、バックアップボイラー2、ユーザ所有ボイラー4の対象日の運転計画を作成する処理部である。運転計画は、CGS1、バックアップボイラー2、ユーザ所有ボイラー4のそれぞれの対象日の運転パターンを合わせたものである。
CGS出力決定部151は、電力需要予測部141が作成した電力需要予測情報に応じて、CGS1からの電力の出力値を決定する処理部である。本実施形態では、対象日の電力需要予測情報における各時刻の電力需要を満たすように、CGS1の電力の出力値を決定する。
電力需要判定部151aは、電力需要予測情報に基づいて、対象日の各時刻における電力予測需要のレベルを判定する処理部である。
CGS運転パターン作成部151bは、電力需要判定部151aにより判定された電力予測需要のレベルに対応する出力が得られるように、運転するCGS1のパターンを作成する処理部である。
上記のように、CGS運転パターンにより電力の出力値が決定すると、CGS1の熱の出力値も決まる。しかし、電力需要予測情報を満たすようにCGS1を運転させても、熱需要予測情報を満たす熱量が得られるとは限らない。つまり、CGS1の運転のみでは、熱の供給量が不足する時間帯が発生する場合があるため、バックアップボイラー2を起動し不足分を補う必要がある。
不足熱量演算部152aは、対象日におけるCGS運転パターンに従ったCGS1の各時刻における熱の出力値では、熱需要予測部142が作成した熱需要予測情報の各時刻の熱量に不足する熱量を演算する処理部である。
バックアップボイラー運転パターン作成部152bは、不足熱量演算部152aにより演算された不足分の熱量に対応して、運転するバックアップボイラー2の運転パターンを作成する処理部である。
全てのバックアップボイラー2による熱の出力値によっても、不足分の熱量のレベルに達しない場合もある。つまり、CGS1及びバックアップボイラー2の運転のみでは、熱の供給量が不足する時間帯が発生する場合があるため、ユーザ所有ボイラー4を起動し不足分を補う必要がある。
不足熱量演算部153aは、CGS運転パターン及びバックアップボイラー運転パターンに従った熱の出力値が、熱需要予測部142が作成した熱需要予測情報の各時刻の熱量に不足する熱量を演算する処理部である。なお、ユーザ所有ボイラー4は、設置した需要家3のみに熱を供給することができる場合が多い。この場合には、ユーザ所有ボイラー4により不足を補うことが可能な需要家3の熱量が演算の対象となる。
ユーザ所有ボイラー運転パターン作成部153bは、不足熱量演算部153aにより演算された不足分の熱量に対応して、運転するユーザ所有ボイラー4の運転パターンを作成する処理部である。
起動タイミング決定部153cは、ユーザ所有ボイラー4の起動から蒸気出力までにかかる時間に応じて、起動タイミングを決定する処理部である。つまり、起動タイミング決定部153cは、熱を供給する必要がある時刻に、ユーザ所有ボイラー4が熱出力を開始できるように、ユーザ所有ボイラー4の起動から熱出力までの時間だけ、起動タイミングを早く設定する。
制御情報出力部160は、運転計画作成部150が作成した運転計画に従って、制御情報を、送受信部110に出力する処理部である。送受信部110は、制御情報を各CGS1、各バックアップボイラー2、各ユーザ所有ボイラー4に送信する。
[1.処理の概要]
本実施形態による運転計画作成処理の手順を、図6のフローチャートに沿って説明する。まず、需要取得部130は、各需要家4に設置されているRTUから送信され、送受信部110が受信した需要情報を取得し、グリッドS全体の需要情報を求める。この需要情報は、記憶部120が記憶し、過去の需要実績データとして蓄積される。需要情報には、上記のように、電力需要情報、熱需要情報が含まれる。
以上のように蓄積されたグリッドS全体の電力需要情報に基づいて、電力需要予測部141が需要予測を行う(ステップ101)。つまり、電力需要予測部141は、あらかじめ記憶部120に記憶された予測の対象日について、電力需要予測情報を作成する。
また、熱需要予測部142は、マイクログリッドS全体の熱需要情報に基づいて、需要予測を行う(ステップ102)。つまり、熱需要予測部142は、対象日について、熱需要予測情報を作成する。例えば、熱需要予測部142は、図7の点線の曲線に示すように、対象日における時刻毎の予測熱量に従った熱需要予測図(蒸気の予測日負荷曲線)を作成する。
そして、CGS出力決定部151は、電力需要予測情報及び性能情報に基づいて、CGS1の電力の出力値を決定する(ステップ103)。つまり、電力需要判定部151aが、対象日の時刻毎の電力需要を判定する。そして、CGS運転パターン作成部151bが、時刻毎の電力需要に応じて、各CGS1の起動及び停止タイミング、制御出力値を決定する。なお、図7における黒色の棒は、電力需要に応じて、時刻毎に決定されたCGS1の熱の出力値を示している。
バックアップボイラー出力決定部152は、熱需要予測情報及び性能情報に基づいて、バックアップボイラー2の熱の出力値を決定する。つまり、不足熱量演算部152aが、電力需要に応じて決定されたCGS1の運転による熱の出力値では、熱需要予測情報に足りない分の熱量を演算する(ステップ104)。
ユーザ所有ボイラー出力決定部153は、熱需要予測情報及び性能情報に基づいて、ユーザ所要ボイラー4の熱の出力値を決定する。つまり、不足熱量演算部153aが、CGS1及びバックアップボイラー2の熱出力では、熱需要予測情報に足りない分の熱量を演算する(ステップ106)。
対象日において、制御情報出力部160は、作成された運転計画に基づく制御情報を出力する。例えば、起動の時刻に合わせて起動指令を出力し、停止の時刻に合わせて停止指令を出力する。送受信部110は、制御情報を、通信系統9を介して、CGS1、バックアップボイラー2、ユーザ所有ボイラー4に送信する。
以上のように、本実施形態では、電力需要に合わせてCGS1を運転させる電主熱従型の運転を行う。この場合、CGS1のみでは、電力需要を満たすことはできても、熱需要に不足が生じる場合が生じる。そこで、本実施形態では、追加設置したバックアップボイラー2によって不足の熱需要を補うとともに、さらに不足する場合にのみ、ユーザ所有ボイラー4を起動させている。
本実施形態は、上記の態様に限定されるものではなく、以下に例示する態様も構成可能である。上記のエネルギー制御装置100は、単独のグリッドSにおける電力需要、熱需要を、当該グリッドS内のCGS1、バックアップボイラー2及びユーザ所有ボイラー4で賄う制御を行なっていた。但し、エネルギー制御装置100は、この態様には限定されず、所定の領域に設置された制御対象機器を制御する装置として、広く適用可能である。例えば、エネルギー制御装置100は、複数のグリッドが連系して電力需要、熱需要を賄うように制御する態様とすることも可能である。
1A、2A…制御盤
2…バックアップボイラー
3…需要家
4…ユーザ所有ボイラー
5…蓄電池
6…吸収式冷温水器・冷凍機
7…電力系統
8…熱系統
9…通信系統
31…電力設備
100…エネルギー制御装置
110…送受信部
120…記憶部
130…需要取得部
131…電力需要取得部
132…熱需要取得部
140…需要予測部
141…電力需要予測部
142…熱需要予測部
150…運転計画作成部
151…CGS出力決定部
151a…電力需要判定部
151b…CGS運転パターン作成部
152…バックアップボイラー出力決定部
152a…不足熱量演算部
152b…バックアップボイラー運転パターン作成部
153…ユーザ所有ボイラー出力決定部
153a…不足熱量演算部
153b…ユーザ所有ボイラー運転パターン作成部
153c…起動タイミング決定部
160…制御情報出力部
Claims (8)
- 電力とともに熱を出力するコージェネレーションシステムの性能情報に基づき、電力需要を予測した電力需要予測情報に応じてコージェネレーションシステムの電力の出力値を決定するコージェネレーションシステム出力決定部と、
前記コージェネレーションシステム出力決定部が決定した電力の出力値に対応する熱の出力値では、熱需要を予測した熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第1の不足熱量演算部と、前記第1の不足熱量演算部により演算された不足分の熱量がある場合には、熱を出力する第1の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第1の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第1の熱源を起動させない第1の熱源運転パターン作成部と、を有する第1の熱源出力決定部と、
前記コージェネレーションシステム出力決定部及び前記第1の熱源出力決定部が決定した熱の出力値では、前記熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第2の不足熱量演算部と、前記第2の不足熱量演算部により演算された不足分の熱量がある場合には、前記第1の熱源よりも起動から熱の出力までの時間が遅い第2の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第2の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第2の熱源を起動させない第2の熱源運転パターン作成部と、を有する第2の熱源出力決定部と、
を有することを特徴とするエネルギー制御装置。 - 前記第2の熱源の起動から熱の出力までの時間に基づいて、前記第2の熱源の起動タイミングを決定する起動タイミング決定部を有することを特徴とする請求項1記載のエネルギー制御装置。
- 前記コージェネレーションシステム出力決定部は、複数台のコージェネレーションシステムのうち、可能な限り少ない台数のコージェネレーションシステムを稼働させる運転パターンを作成することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のエネルギー制御装置。
- 前記第1の熱源運転パターン作成部及び前記第2の熱源運転パターン作成部は、複数の第1の熱源及び第2の熱源のうち、可能な限り少ない台数の第1の熱源及び第2の熱源を稼働させる運転パターンを作成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー制御装置。
- 前記第2の熱源は、前記熱需要の対象となる需要家側に設置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエネルギー制御装置。
- 電力需要の実績に基づいて、前記電力需要予測情報を作成する電力需要予測部と、
熱需要の実績に基づいて、前記熱需要予測情報を作成する熱需要予測部と、
を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエネルギー制御装置。 - コンピュータ又は電子回路が、
電力とともに熱を出力するコージェネレーションシステムの性能情報に基づき、電力需要を予測した電力需要予測情報に応じてコージェネレーションシステムの電力の出力値を決定するコージェネレーションシステム出力決定処理と、
前記コージェネレーションシステム出力決定処理により決定された電力の出力値に対応する熱の出力値では、熱需要を予測した熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第1の不足熱量演算処理と、前記第1の不足熱量演算処理により演算された不足分の熱量がある場合には、熱を出力する第1の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第1の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第1の熱源を起動させない第1の熱源運転パターン作成処理と、を含む第1の熱源出力決定処理と、
前記コージェネレーションシステム出力決定処理及び前記第1の熱源出力決定処理が決定した熱の出力値では、前記熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第2の不足熱量演算処理と、前記第2の不足熱量演算処理により演算された不足分の熱量がある場合には、
前記第1の熱源よりも起動から熱の出力までの時間が遅い第2の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第2の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第2の熱源を起動させない第2の熱源運転パターン作成処理と、を含む第2の熱源出力決定処理と、
を実行することを特徴とするエネルギー制御方法。 - コンピュータに、
電力とともに熱を出力するコージェネレーションシステムの性能情報に基づき、電力需要を予測した電力需要予測情報に応じてコージェネレーションシステムの電力の出力値を決定するコージェネレーションシステム出力決定処理と、
前記コージェネレーションシステム出力決定処理により決定された電力の出力値に対応する熱の出力値では、熱需要を予測した熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第1の不足熱量演算処理と、前記第1の不足熱量演算処理により演算された不足分の熱量がある場合には、熱を出力する第1の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第1の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第1の熱源を起動させない第1の熱源運転パターン作成処理と、を含む第1の熱源出力決定処理と、
前記コージェネレーションシステム出力決定処理及び前記第1の熱源出力決定処理が決定した熱の出力値では、前記熱需要予測情報に不足する熱量を演算する第2の不足熱量演算処理と、前記第2の不足熱量演算処理により演算された不足分の熱量がある場合には、
前記第1の熱源よりも起動から熱の出力までの時間が遅い第2の熱源の性能情報に基づいて、不足分の熱量に応じて起動する第2の熱源の運転パターンを作成し、不足分の熱量がない場合に第2の熱源を起動させない第2の熱源運転パターン作成処理と、を含む第2の熱源出力決定処理と、
を実行させることを特徴とするエネルギー制御プログラム。
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