JP6141750B2

JP6141750B2 - 熱電供給装置の制御方法および熱電供給システム

Info

Publication number: JP6141750B2
Application number: JP2013220502A
Authority: JP
Inventors: 拓人一色; 洋介渡部
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: JP2015081740A

Description

本発明は、熱電供給装置の制御方法および熱電供給システムに関するものである。

近年、例えばエネファーム（登録商標）やエコウィル（登録商標）などのように、発電とともに熱を利用することが可能な住宅用の熱電供給装置が利用されている。発電とともに熱を利用可能な、このような熱電供給システムは、発電時に生じる熱を有効に利用することができるとともに、発電した電力が家庭でそのまま利用されるため、送電ロスもなく効率的である。

熱電供給装置で生成された熱は、湯として蓄熱槽（貯湯槽）に貯められる。しかし、長時間お湯を貯めておくと、断熱されているものの放熱によってお湯の温度が低下する。したがって、回収した熱の利用効率が低下する。このため、実際の給湯需要に即したタイミングで、所定量のお湯を生成することが望ましい。すなわち、実際にお湯を使用する直前に、使用する量だけのお湯を貯めておくことが望ましい。したがって、電気需要とともに熱需要を考慮して熱電供給装置を稼働することが望ましい。

このように、熱電供給装置の稼働タイミングを、熱需要や電気需要を考慮して制御する方法としては、予測電力負荷と予測熱負荷を考慮して、熱電供給システムの稼働時間を制御し、稼働によって生じた熱を貯湯槽に貯湯する方法がある（特許文献１）。

特開２００８−２４１２０８号公報

特許文献１の方法によれば、電気需要とともに熱需要を考慮して熱電供給装置を稼働し、得られた熱は、貯湯槽に貯めておくことで、熱と電気とを有効に利用することができる。

一方、電力供給者（電力会社）からの電力供給量が不足することによる計画停電等が社会問題として認識されている。このため、電力需要家による節電の重要性が謳われている。これに対し、最近では、電力供給者が、電力の供給状況を公開し、電力不足時に電力需要家が節電することによる報酬を約束するデマンドレスポンスの取り組みが注目されている。

デマンドレスポンスとは、例えば電力不足の状況下において、電力会社が需要家に電力使用量の削減を要請し、需要家がこれに応えることで電力の需給バランスを確保するものである。電力供給量に対する電力削減量はネガワットと呼ばれている。すなわち、ネガワットとは、通常時（電力使用量の削減の要請がない場合）における、その時間帯の平均電力使用量（電力会社から供給される電力）から、電力消費量低減要請を受けた後に低減させた電力である。通常、デマンドレスポンスは、所定量のネガワットを発生させることが可能な工場などの比較的大規模な需要家が主に対象となる。

しかし、デマンドレスポンスは、このような大規模な需要家のみが対象ではなく、たとえば、アグリゲータと契約している小口需要家（例えば一般家庭）が個々に参加することも検討されている。ここで、アグリゲータとは、前述したネガワットを集める事業者を指す。

比較的大規模な需要家と比較すると、個々の小口需要家が発生させるネガワットは、さほど大きいわけではない。そこで、アグリゲータは、これらネガワットを発生させることが可能な小口需要家を予め多数取りまとめて事前に契約しておく。また、アグリゲータは、電力会社からの要請に応じて、これらの小口需要家に参加を募り、必要なネガワットを発生させる。この結果、アグリゲータは、ネガワットの売却益を、協力してくれた小口需要家に配分することができる。

このように、デマンドレスポンスは、必ずしも大口の需要家のみを対象とするのではなく、一般家庭であっても参加することが可能である。しかし、これまで、一般家庭がデマンドレスポンスに対応するための有効な方法は確立されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、例えば集合住宅を含む一般家庭などにおいてもデマンドレスポンスに対応可能な熱電供給装置の制御方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、熱電供給装置の制御方法であって、過去の所定期間における時間ごとの熱需要の情報から、所定時間毎の使用熱量の推移である熱需要データを取得する工程ａと、前記熱需要データに基づいて、将来の熱需要を予測し、当該熱需要の所定量以上を賄うように熱電供給装置の標準稼働時間を設定する工程ｂと、電力使用量低減要請情報を取得する工程ｃと、前記電力使用量低減要請情報と前記標準稼働時間とを比較する工程ｄと、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合に、前記標準稼働時間を補正し、前記電力使用量低減要請情報に基づく時間に前記熱電供給装置を稼働するように補正稼働時間を設定する工程ｅと、前記補正稼働時間での熱電供給装置の稼働によって生じた熱を、蓄熱槽に蓄熱する工程ｆと、を具備し、前記工程ｂは、前記熱需要データから、各日毎に、所定時間毎における使用熱量があらかじめ設定した基準熱量を超え、かつ、一日の最大使用量となるピーク時間を取得する工程ｇと、各日毎の前記ピーク時間から、時間毎の頻度であるピーク時間分布を算出する工程ｈと、前記ピーク時間分布に対し、予め設定された基準時刻から遡って時間毎の頻度を累積し、設定された基準頻度を超える時刻である目標時刻を設定する工程ｉと、前記基準熱量を超える使用熱量を有する日に対して、各日毎の一日の使用熱量の総量を取得し、各日毎の総量の分布から標準使用熱量を算出する工程ｊと、前記目標時刻に対して前記標準使用熱量を確保することができるだけの熱を、前記蓄熱槽に蓄熱するように、前記熱電供給装置の前記標準稼働時間を設定する工程ｋと、を具備することを特徴とする熱電供給装置の制御方法である。

このように、熱需要に応じて熱電供給装置を稼働するため、熱を有効に利用することができる。また、電力会社やアグリゲータからの電力使用量低減要請があった場合には、熱電供給装置の稼働時間を補正し、要請のあった時間に発電を行う。このため、発電電力に応じたネガワットを発生させることができる。

また前記工程ｂが工程ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを具備することで、各家庭における確率的に最も給湯需要が大きくなると判断されるタイミングに向けてお湯を貯めることができる。このため、高い確率でタイミング良く、お湯を利用することができる。各家庭において、最も大きな熱需要があるのは、風呂のタイミングであると考えられる。したがって、一日における時間毎の最大熱需要量が、風呂に必要な基準熱量未満である場合には、風呂を準備しなかった日であると判定することができる。したがって、風呂を使用しなかった日における熱需要のデータを排除することで、風呂を利用する際に最も良いタイミングを精度よく知ることができる。

また、前記工程ｃは、ネットワークを介して前記電力使用量低減要請情報を取得し、前記工程ｄは、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合に、電力使用量の低減要請に対して対応が可能であることを、ネットワークを介して送信することもできる。

このようにすることで、熱電供給システムが自動で電力使用量低減要請を取得することができる。また、対応の可否を自動でアグリゲータ等に送信することができる。

第２の発明は、熱電供給システムであって、熱電供給装置と、前記熱電供給装置の稼働時間を制御する制御部と、過去の所定期間における時間ごとの熱需要の実績である熱需要データを記憶する記憶部と、前記熱電供給装置で生じた熱を蓄熱する蓄熱槽と、を具備し、前記制御部は、前記熱需要データに基づいて、熱需要の所定量以上を賄うように前記熱電供給装置の標準稼働時間を設定し、前記制御部は、電力使用量低減要請情報を取得すると、前記電力使用量低減要請情報と前記標準稼働時間とを比較し、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合には、前記標準稼働時間を補正し、前記電力使用量低減要請情報に基づく時間に前記熱電供給装置を稼働するように補正稼働時間を設定し、前記補正稼働時間での前記熱電供給装置の稼働によって生じた熱は、前記蓄熱槽に蓄熱され、前記制御部は、前記熱需要データに対し、各日毎に、所定時間毎における使用熱量が、あらかじめ設定された基準熱量を超え、かつ、一日の最大使用量となるピーク時間を抽出し、各日毎の前記ピーク時間から、時間毎の頻度であるピーク時間分布を算出し、前記ピーク時間分布に対し、あらかじめ設定された基準時刻から遡って頻度を累積し、あらかじめ設定された基準頻度を超える時刻である目標時刻を設定し、前記基準熱量を超える使用熱量を有する日に対して、各日毎の一日の使用熱量の総量を取得し、各日毎の総量の分布から標準使用熱量を算出し、前記目標時刻に対して前記標準使用熱量を確保することができるだけの熱量を、前記蓄熱槽に貯めるように、前記熱電供給装置を制御するように、前記標準稼働時間を設定することを特徴とする熱電供給システムである。

このようにすることで、デマンドレスポンスに対応した熱電供給システムを提供することができる。

また、熱需要を高確率で予測可能であり、効率の良い制御が可能な熱電供給システムを提供することができる。

通信部をさらに具備し、前記制御部は、前記通信部によって前記電力使用量低減要請情報を受信し、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合には、前記制御部は、電力使用量の低減要請に対して対応が可能であることを、前記通信部によって送信してもよい。

このようにすることで、デマンドレスポンスへの参加可否を自動で受信及び送信可能な熱電供給システムを提供することができる。

本発明によれば、例えば集合住宅を含む一般家庭などにおいても熱電供給装置の本来の省エネ性を損なうことなくデマンドレスポンスに対応可能な熱電供給装置の制御方法等を提供することができる。

熱電供給システム１を示すブロック図。制御装置５を示すハードウェア構成図。熱電供給システムの制御方法を示すフローチャート。熱電供給システムの制御方法を示すフローチャート。家庭における熱需要の推移の一例を示す図。所定期間における、最大熱需要時間の分布の一例を示す図。図６において、目標時刻を設定する方法の一例を示す図。標準使用熱量を算出する方法の一例を示す図。目標時刻に向けて熱電供給システムの標準稼働時間を設定する一例を示す図。デマンドレスポンスに応じて標準稼働時間を補正する方法の一例を示す図。補正稼働時間をさらに補正する方法の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、熱電供給システム１を示すブロック図である。熱電供給システム１は、例えば一般家庭などの小口の電力使用者に設置される。なお、小口の電力使用者としては一般家庭には限られない。また、一般家庭には、集合住宅も含む。熱電供給システム１は、主に、燃料電池３、制御装置５、蓄熱槽９等からなる。燃料電池３は、ガスなどの燃料によって発電を行うとともに、発電に伴って発熱する熱を回収する部位である。なお、以下の実施の形態では、熱電供給装置として燃料電池３の例を示すが、燃料電池３以外のガスエンジンなどを用いた、他の熱電供給システムにも本発明は適用可能である。

燃料電池３で回収された熱は、お湯となって蓄熱槽９に貯められる。このようにして貯められたお湯は、各需要者（各家庭）で使用することができる。ここで、蓄熱槽９に貯められたお湯は、時間とともに温度が低下する。また、蓄熱槽９が満タンの状態では、それ以上お湯を作ることができない場合がある。この状態では、発電を行っても、その際の熱を有効に利用することができない。

一方で、蓄熱槽９に十分にお湯が貯められていない状態で、熱需要がある場合には、不足する熱量に対し、バックアップ用の給湯器等によってお湯を作る必要がある。したがって、エネルギー消費量が増大し、発電時に生成される熱が有効に利用されない。したがって、蓄熱槽９には、各家庭でのお湯の需要（本発明では熱需要とする）に合わせてお湯を貯めることが望ましい。

制御装置５は、燃料電池３の運転を制御する。図２は、制御装置５を示すハードウェア構成図である。制御装置５は、例えばコンピュータであり、制御部１３、記憶部１５、メディア入出力部１７、通信制御部１９、入力部２１、表示部２３、周辺機器Ｉ／Ｆ部２５等から構成され、それらがバス２７を介して接続される。

制御部１３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等で構成される。ＣＰＵは、記憶部１５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２７を介して接続された各装置を駆動制御し、制御装置５が行う処理を実現する。

ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１５、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１３が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部１５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（フラッシュＳＳＤ）（ソリッドステートドライブ）であり、制御部１３が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、制御部１３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。また、記憶部１５には、本発明において用いられる、各種データが保管される。

メディア入出力部１７（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。

通信制御部１９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、例えば、制御部１３によって熱使用量や電力使用量低減要請情報を取得し、または各種情報を送信することができる。

入力部２１は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。入力部２１を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。

表示部２３は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部２５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。

バス２７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。なお、制御装置５としては、上記構成をすべて含むものに限定されるものではなく、本発明の機能を奏するために必要な構成のみを有すればよい。

なお、燃料電池３で発電された電気は、家庭において利用することができる。また、燃料電池３には、図示を省略した水道配管が接続され、必要に応じて水が供給され、生成されたお湯が蓄熱槽９に貯められる。

次に、本発明の熱電供給システム１の制御方法について説明する。図２は、熱電供給システム１の制御方法を示すフローチャートである。まず、制御部１３は、１日の所定時間毎（例えば１時間毎）の使用熱量（使用湯量）の推移である熱需要データを日々取得する。得られた熱需要データは、記憶部１５に保存される。制御装置５は、記憶部１５に保存された、過去の所定期間（例えば１か月）の日々の熱需要データを取得する（ステップ１０１）。なお、使用開始から所定期間経過前は、予め設定された標準的な基準熱需要データを適用しても良い。

次に、制御部１３は、熱需要データに基づいて熱需要の所定量以上を賄うように、燃料電池３の標準稼働時間を設定する（ステップ１０２）。例えば、過去の熱需要データから、最も熱（湯）を使用する時刻を求め、この時刻までに所定量以上の熱（湯）を貯めることができるように、燃料電池３の標準稼働時間を設定する。ここで、標準稼働時間とは、燃料電池３の稼働を開始する時刻および稼働時間を含むものである。

具体的な、標準稼働時間の設定手順の一例を図４に示す。まず、制御部１３は、取得した日毎の熱需要データに対して、基準熱量を超え、かつ、１日の最大熱使用量となる時間を、日毎に抽出する（ステップ２０１）。図４は、家庭における熱需要の推移の一例を示す図であり、基準熱量を５ＭＪ（図中Ａ）とする例を示す。なお、以下の説明では、熱需要等を「ＭＪ」で示すが、使用お湯量「Ｌ」に置き換えても良い。

基準熱量は、各家庭における風呂の使用時に最低限必要な熱量とする。すなわち、通常、家庭において一度に最も多くの熱（お湯）を使用するのは、風呂の使用時である。したがって、風呂の使用に合わせて蓄熱槽９にお湯を貯めることで、効率良く熱を利用することができる。本発明では、風呂の容量と湯温とから風呂使用時に最低限必要な熱量を基準熱量として設定し、一日のいずれの時間でも基準熱量に達しなかった日は、風呂を使用しなかったものとして熱需要データから排除する。このようにすることで、風呂以外の比較的少量の熱利用の影響を省くことができる。

図５に示す例では、基準熱量を超え、かつ、一日の最大使用熱量（ピーク時間）となるのは、１８時〜１９時となる。このようにして、所定期間の日毎において、風呂を使用した日だけを判別し、風呂を使用した時間を抽出することができる。

次に、制御部１３は、得られた日毎のピーク時間の分布を算出する（ステップ２０２）。図６は、所定期間における、最大熱需要時間の分布の一例を示す図である。例えば、過去１カ月（３０日）の熱需要データから、風呂を使用した２８日分を判別し、２８日分のピーク時間の時間毎の頻度（風呂使用日全体に占める割合）を算出する。図６に示す例では、１８時〜１９時に風呂を使用する日が最も多いことを示す。

次に、制御部１３は、ピーク時間分布（図６）に対して、予め設定された基準時刻から遡って時間毎の頻度を累積し、設定された基準頻度を超える時刻を目標時刻として設定する（ステップ２０３）。図７は、図６に対して、基準時刻および目標時刻を設定する方法を示す図である。

図７では、基準時刻を４時（図中Ｂ）に設定した例を示す。基準時刻とは、日毎の熱の利用量が最も少なくなる領域で設定される。基準時刻は、予め設定してもよく、または、例えば、図５に示すように、日毎の熱需要を取得して、所定期間における時間毎の熱需要量を重ねた場合に、熱需要が最も小さくなる時刻を設定してもよい。すなわち、基準時刻は、一日の熱需要の基点となる時刻であり、基準時刻〜基準時刻までの２４時間を、熱需要に対する一日として定義することとなる。したがって、基準時刻前後において、熱需要量が大きいと、次に示す目標時刻を正確に算出することができなくなる。

制御部１３は、設定された基準時刻Ｂから、時間を遡ってピーク時間分布の時間毎の頻度を累積する。図７に示す例では、４時から遡って、０時〜１時の約５％、２２時〜２３時の約１０％・・・と累積する。本実施例では、全体の８０％を超えるまで時間を遡って累積を繰り返す。図７では、累積頻度が８０％を超えるのが１８時（図中Ｃ）となる。この累積頻度が所定値を超えた時刻を目標時刻として設定する。

なお、目標時刻を決める累積頻度は、８０％に限られるものではないが、累積頻度を小さくすると、実際に最も多くの熱需要がある時刻に対して目標時刻を遅い時間に誤って設定する恐れがあり（例えば図７では、１９時〜２０時に設定される恐れがある）、前述したように、バックアップ用の給湯器等を使用する可能性が増大する。一方、累積頻度を高くし過ぎると、イレギュラーな使用時刻までも考慮するため（例えば図７では、１６時に設定される恐れがある）、蓄熱槽９における熱損失が増大（回収した熱の利用効率を低く）する恐れがある。したがって、累積頻度は、各家庭における日々のばらつきや分布形状なども考慮して適宜設定する必要がある。

次に、制御部１３は、基準熱量を超える熱使用量がある日（すなわち風呂を使用した日）に対して、日毎の総使用熱量（給湯需要）を取得する。さらに、この総熱使用量の分布を算出する（ステップ２０４）。図８は、総熱使用量の分布の一例を示す図である。制御部１３は、この分布から標準使用熱量を算出する。標準使用熱量は、例えば、最小値または最大値から累積して５０％を超える量を標準使用熱量とすればよい（中央値）。または、分布の最頻値を標準使用熱量としても良く、分布の平均値を標準使用熱量としてもよい。図８は、最小値側から５０％を超える点を標準使用熱量Ｄ（２５ＭＪ／日）とした例を示す図である。

次に、制御部１３は、得られた目標時刻と標準使用熱量から、目標時刻に標準使用熱量の湯が貯まるように、燃料電池３の標準稼働時間を設定する（ステップ２０５）。図９は、目標時刻１８時（図中Ｃ）に標準使用熱量である２５ＭＪの熱需要（図中Ｄ）があるとして標準稼働時間（図中Ｅ）を設定した例を示す図である。制御部１３は、目標時刻に標準使用熱量を貯めることができるように、燃料電池３を制御する。具体的には、所定時間前に燃料電池３を起動し、必要熱量を蓄熱槽９に貯留する。

このようにすることで、最も熱使用量の大きいと考えられる時間までに、必要な量の熱を貯留することができる。なお、燃料電池３は、起動してすぐには、発電および熱回収を行うことができない。また、起動直後には大きなエネルギーを消費する。したがって、燃料電池３の起動と停止とを繰り返すよりも、一度に必要量を連続して生成する方が、燃料電池３は効率良く熱を貯めることができる。

一方、本発明によれば、特に熱使用量の大きな風呂使用を考慮し、この時間までに、一日の標準使用熱量を貯留するため、効率良く熱を利用することができる。なお、目標時刻前であっても、燃料電池３の起動後には、徐々に熱の回収によってお湯が生成される。このため、目標時刻前であっても、蓄熱槽９内に貯められた分のお湯は使用することができる。

なお、電力の逆潮流がない場合には、制御部１３は、稼働時間における家庭の電力需要をも考慮して、この電力需要を超えない範囲で燃料電池３を稼働して発電を行う。したがって、標準稼働時間は、熱需要とともに電力需要も考慮して設定する必要がある。一方、逆潮流がある場合には、燃料電池を最大出力となるように稼働すればよい。以上のようにして、熱需要データに基づいた燃料電池３の標準稼働時間が決定される（ステップ１０２）。

次に、制御部１３は、電力会社、電力小売事業者またはアグリゲータから電力消費量低減要請情報を取得する（ステップ１０３）。電力消費量低減要請情報は、通信制御部１９を介してネットワークから自動で取得してもよく、または、その他の方法で取得した情報を、制御装置５に人間又は他の装置等によって入力してもよい。ここで、電力消費量低減要請情報は、要請対象となる時間と電力量、地域などの情報を含む。デマンドレスポンスとは、電力消費量低減要請情報に対して電力使用量（電力会社から供給される電力）を低減することを指す。

制御部１３は、取得した電力消費量低減要請情報から、電力使用量低減の要請がある時間を特定し、標準稼働時間と比較する（ステップ１０５）。電力使用量低減の要請がある時間が、すでに標準稼働時間として、燃料電池が稼働予定である場合には、燃料電池３の制御によるネガワットの創出が困難である。このため、制御部１３は、デマンドレスポンスへの参加ができない旨を電力会社やアグリゲータ等に送信する。

一方、電力使用量低減の要請がある時間が、標準稼働時間とは異なっている場合には、制御部１３は、デマンドレスポンスへの参加が可能である旨を電力会社やアグリゲータ等に送信する。また、制御部１３は、電力使用量低減の要請がある時間に、燃料電池を稼働するように、標準稼働時間を補正し、補正稼働時間を設定する（ステップ１０６）。ここで、補正稼働時間とは、補正後における燃料電池３の稼働を開始する時刻および稼働時間を含むものである。

図１０は、１３時から１５時までの２時間に対して、電力使用量低減要請があった場合に、補正稼働時間を設定する一例を示す図である。前述した標準稼働時間（図中Ｅ）が、１５時〜１８時であった場合に、１３時〜１５時の電力使用量低減の要請があるとすると、電力使用量低減要請時間（図中Ｆ）には、標準稼働時間における非稼働時間が含まれる。すなわち、電力使用量低減要請時間は標準稼働時間とは異なっている。この場合には、制御部１３は、標準稼働時間を補正し、電力使用量低減要請時間に燃料電池が稼働するように補正稼働時間（図中Ｇ）を設定する。これにより、燃料電池３の稼働予定時間は、１３時から１６時に補正される。この際、発生熱量は補正前後で同一となるように、稼働時間帯を補正する。

制御部１３は、以上のようにして設定された補正稼働時間に燃料電池３を稼働する（ステップ１０７）。この際、標準稼働時間よりも燃料電池３の稼働開始時刻が前倒しとなったため、目標時刻よりも早くに標準使用熱量が発生する。したがって、本発明では、熱需要よりも先行されて得られた熱（湯）は、蓄熱槽９に貯められる。

なお、電力消費量低減要請情報が取得されなかった場合や、要請に応答することができない場合には、制御部１３は、標準稼働時間に燃料電池３を稼働する。このように、本発明では、デマンドレスポンスに対応した燃料電池３の制御を行うことができる。

ここで、本発明では、目標時刻に標準使用熱量を貯留するように標準稼働時間が設定されるため、目標時刻前にお湯が使用された場合であって、蓄熱槽９に蓄えられたお湯が不足する場合には、バックアップ用の給湯器等が用いられる。この際、当初の制御通りに蓄熱槽９にお湯が貯められると、すでに使用した熱量だけ、過剰に標準使用量を超えた量のお湯を貯めることとなる。したがって、本発明では、制御装置５が、時間毎の熱使用量を取得し、その日の累積熱使用量を算出し、目標時刻以前においてすでに使用した熱量を、標準使用熱量から差し引いて再補正を行うことが望ましい。

例えば、図１１に示す例では、図１０の制御を行う上で、目標時刻前に、燃料電池３により得られる熱量が不足して、約５ＭＪの熱をバックアップ用の給湯器等によって得た場合を示す。この場合には、目標時刻に貯留すべき熱量を再補正して制御する。具体的には、標準使用熱量が２５ＭＪであるのに対し、バックアップ用の給湯器で供給した５ＭJを差し引いて（図中矢印Ｈ）、目標時刻までに２０ＭＪの熱を貯留するように制御する。このようにすることで、過剰に熱を貯留することを防止することができる。

例えば、補正稼働時間（１３時〜１６時）をさらに補正して、必要な熱量が生成された段階で燃料電池３の稼働を停止する（図に示す例では、例えば約１５時半に停止する）。このようにすることで、過剰な熱を発生させることを抑制することができる。

なお、このような再補正は、電力使用量低減要請時間内には行わず、電力使用量低減要請時間には、必ず燃料電池３が稼働するように、上記補正が行われる。また、このような再補正は、時間毎に随時行っても良く、燃料電池の起動時に一度補正を行うようにしても良い。また、時間毎の熱使用量と基準熱量とを比較し、目標時刻前の風呂の使用の有無を判定してもよい。

この場合において、目標時刻前に風呂をすでに使用した場合には、目標時刻には、風呂を使用することがない。このため、前述した通り、すでに使用した熱量を標準使用熱量から単純に差し引けばよい。一方、目標時刻までに風呂がまだ使用されていないと判断された場合には、目標時刻に貯留される熱量が、少なくとも風呂の使用量（基準熱量）以下とならないように、標準使用熱量を再補正する。このようにすることで、より正確な熱需要の予測を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の熱電供給システム１によれば、デマンドレスポンスに対応可能な燃料電池３の制御が可能である。したがって、例えば一般家庭などの小口の電力需要者であっても、家庭用の燃料電池３を用いて、デマンドレスポンスに参加することができる。多数の家庭が参加することで、一定量以上のネガワットを発生させることができる。したがって、電力不足などの問題に対して、各家庭も参加可能な社会を構築可能である。

特に、通常、電力が不足するのは、工場や店舗などで電力を大量に消費する昼過ぎであることが多い。一方、例えば一般家庭では、この時間帯の電力需要はむしろ低い場合が多い。したがって、通常であれば、家庭での電力消費量および熱需要が増加する夕方から夜にかけての時間帯に、各家庭の燃料電池３が稼働することが多い。これに対し、本発明では、電力不足が予想される昼の時間帯に、燃料電池３をあえて稼働させることで、たとえ逆潮流がない場合であっても、少なくとも各家庭での電気需要を低減させることができる。このような対応を多数の需要者が行うことで、大きなネガワットを創出することができる。

また、各家庭における日々の熱需要ばらつきについて、特に風呂の使用時間を考慮して、最も適切なタイミングで燃料電池３を制御することができる。また、目標時刻前に使用した熱量を標準使用熱量から差し引いて、目標時刻に貯留すべき熱量を設定するため、過剰に熱を貯留することを防止することができる。

また、電力使用量低減要請に対して、各家庭の熱電供給システムが自動的に参加の可否を判断して、対応可能な電力量を送信するため、アグリゲータは、即座にネガワットの試算を行うことができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、前述の実施形態では、アグリゲータが多数の小口需要者と契約し、得られたネガワットを電力会社等（電力小売業者）に対して販売する形態について説明したが、本発明はこれに限られない。アグリゲータは、多数の小口需要者とともに、少数の大口需要者と契約し、小口需要者から得られたネガワットを大口需要者や他の電力小売事業者に販売することもできる。

また、標準稼働時間を設定する方法は、前述した例には限られず、公知の他の方法で、電気需要および熱需要を考慮して設定すればよい。

１………熱電供給システム
３………燃料電池
５………制御装置
９………蓄熱槽

Claims

熱電供給装置の制御方法であって、
過去の所定期間における時間ごとの熱需要の情報から、所定時間毎の使用熱量の推移である熱需要データを取得する工程ａと、
前記熱需要データに基づいて、将来の熱需要を予測し、当該熱需要の所定量以上を賄うように熱電供給装置の標準稼働時間を設定する工程ｂと、
電力使用量低減要請情報を取得する工程ｃと、
前記電力使用量低減要請情報と前記標準稼働時間とを比較する工程ｄと、
前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合に、前記標準稼働時間を補正し、前記電力使用量低減要請情報に基づく時間に前記熱電供給装置を稼働するように補正稼働時間を設定する工程ｅと、
前記補正稼働時間での熱電供給装置の稼働によって生じた熱を、蓄熱槽に蓄熱する工程ｆと、を具備し、
前記工程ｂは、
前記熱需要データから、各日毎に、所定時間毎における使用熱量があらかじめ設定した基準熱量を超え、かつ、一日の最大使用量となるピーク時間を取得する工程ｇと、
各日毎の前記ピーク時間から、時間毎の頻度であるピーク時間分布を算出する工程ｈと、
前記ピーク時間分布に対し、予め設定された基準時刻から遡って時間毎の頻度を累積し、設定された基準頻度を超える時刻である目標時刻を設定する工程ｉと、
前記基準熱量を超える使用熱量を有する日に対して、各日毎の一日の使用熱量の総量を取得し、各日毎の総量の分布から標準使用熱量を算出する工程ｊと、
前記目標時刻に対して前記標準使用熱量を確保することができるだけの熱を、前記蓄熱槽に蓄熱するように、前記熱電供給装置の前記標準稼働時間を設定する工程ｋと、
を具備することを特徴とする熱電供給装置の制御方法。
前記工程ｃは、ネットワークを介して前記電力使用量低減要請情報を取得し、
前記工程ｄは、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合に、電力使用量の低減要請に対して対応が可能であることを、ネットワークを介して送信することを特徴とする請求項１に記載の熱電供給装置の制御方法。
熱電供給システムであって、
熱電供給装置と、
前記熱電供給装置の稼働時間を制御する制御部と、
過去の所定期間における時間ごとの熱需要の実績である熱需要データを記憶する記憶部と、
前記熱電供給装置で生じた熱を蓄熱する蓄熱槽と、
を具備し、
前記制御部は、前記熱需要データに基づいて、熱需要の所定量以上を賄うように前記熱電供給装置の標準稼働時間を設定し、
前記制御部は、電力使用量低減要請情報を取得すると、前記電力使用量低減要請情報と前記標準稼働時間とを比較し、前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合には、前記標準稼働時間を補正し、前記電力使用量低減要請情報に基づく時間に前記熱電供給装置を稼働するように補正稼働時間を設定し、
前記補正稼働時間での前記熱電供給装置の稼働によって生じた熱は、前記蓄熱槽に蓄熱され、
前記制御部は、前記熱需要データに対し、各日毎に、所定時間毎における使用熱量が、あらかじめ設定された基準熱量を超え、かつ、一日の最大使用量となるピーク時間を抽出し、
各日毎の前記ピーク時間から、時間毎の頻度であるピーク時間分布を算出し、
前記ピーク時間分布に対し、あらかじめ設定された基準時刻から遡って頻度を累積し、あらかじめ設定された基準頻度を超える時刻である目標時刻を設定し、
前記基準熱量を超える使用熱量を有する日に対して、各日毎の一日の使用熱量の総量を取得し、各日毎の総量の分布から標準使用熱量を算出し、
前記目標時刻に対して前記標準使用熱量を確保することができるだけの熱量を、前記蓄熱槽に貯めるように、前記熱電供給装置を制御するように、前記標準稼働時間を設定することを特徴とする熱電供給システム。
通信部をさらに具備し、
前記制御部は、前記通信部によって前記電力使用量低減要請情報を受信し、
前記電力使用量低減要請情報において電力使用量の低減が要求された時間が、前記標準稼働時間と異なっている場合には、前記制御部は、電力使用量の低減要請に対して対応が可能であることを、前記通信部によって送信することを特徴とする請求項３に記載の熱電供給システム。