JP6428093B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システムに関する。

電力供給システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。電力供給システムは、特許文献１の図１に示すように、各時間帯Ｔ_ｎに設定されているエネルギー利用価格Ｐ_Ｔｎや利用者Ｕが享受できる追加サービスＳ_Ｔｎを提示し、利用者Ｕが希望する時間帯Ｔ_ｎに利用予約を変更した場合に、変更後の時間帯Ｔ_ｎに設定されているエネルギー利用価格Ｐ_Ｔｎおよび追加サービスＳ_Ｔｎのいずれか一方または両方を利用予約変更した利用者Ｕに割り当てる調整装置、および、エネルギー利用価格Ｐ_Ｔｎや利用者Ｕが享受できる追加サービスＳ_Ｔｎを受信した場合に、利用者Ｕが希望する時間帯Ｔ_ｎへの利用予約の変更を受け付け、その変更情報を調整装置に送る利用者装置を備える。

特開２００７−３３４５４２３号公報

上述した特許文献１に記載の電力供給システムにおいては、エネルギー利用の時間帯の変更に利用者が応じた場合には、実際に利用者がエネルギーを使用した時間帯におけるエネルギー代金の割引を行うといったインセンティブを提供することにより、利用者に対してエネルギー利用時間帯の変更を促すことが可能となる。

しかし、この電力供給システムにおいては、利用者が希望通りの時間に家電製品を使用できなかったり、また、利用者にピークカット要請があった場合、利用者が利用時間帯を変更しないため、消費電力ピークを効果的に抑制できなかったりするという問題があった。

そこで、本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、電力供給システムにおいて、利用者に不便さを感じさせず、かつ、消費電力ピークを効果的に抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電力供給システムは、系統電源と、系統電源に主電線を介して電気的に接続されている負荷と、再生可能なエネルギーを使用して電力を生成して主電線に送電する第一分散型電源と、化石燃料を利用して電力を生成して主電線に送電する第二分散型電源と、系統電源、第一分散型電源、第二分散型電源、および負荷と接続可能に配置され、蓄えている電力を負荷に供給可能な蓄電池と、第一分散型電源および第二分散型電源を制御する制御装置と、を備えている電力供給システムであって、制御装置は、第一分散型電源の発電量を、事前に取得した気象情報に基づいて推定する推定部と、推定部によって推定された発電量が負荷の必要電力量に対して小さい場合、その不足電力量を第二分散型電源の発電によって補う第二分散型電源運転制御部と、第二分散型電源運転制御部による第二分散型電源の発電の開始時刻を、少なくともピークカット要請に係る情報に基づいて決定する決定部と、を備え、決定部は、ピークカット要請に係る情報のうちピークカット時間帯に第二分散型電源を発電させたときに、利用者が受ける第一利益と、ピークカット時間帯とは異なるピークシフト時間帯に第二分散型電源を発電させたときに、利用者が受ける第二利益と、を比較することにより、第二分散型電源の発電の開始時刻を決定し、ピークシフト時間帯に第二分散型電源を発電させる場合は、ピークカット時間帯における不足電力量を蓄電池に蓄えられている電力で賄うとする。

これによれば、気象情報に基づいて推定された第一分散型電源の発電量が、負荷の必要電力量（利用者が使用を希望する家電製品の総消費量に相当する）に対して小さい場合、その不足電力量は第二分散型電源の発電によって補うことができる。よって、利用者にピークカット要請があった時間帯と重なったとしも、利用者は希望通りの時間に家電製品を使用できる。さらに、第二分散型電源の発電開始時刻は、少なくともピークカット要請に係る情報に基づいて決定される。よって、第二分散型電源はピークカット時間帯に発電することができ、系統電源から買電しなくてすむため、消費電力ピークを効果的に抑制することができる。このように、電力供給システムは、利用者に不便さを感じさせず、かつ、消費電力ピークを効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態における電力供給システムの概要図である。 図１に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。

以下、本発明による電力供給システムの一実施形態について図１に示す電力供給システム概要図に基づいて説明する。電力供給システム１０は、系統電源１１、負荷１２、主電線１３、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５、蓄電池１６、分電盤１７および制御装置１８を備えている。

系統電源１１は、負荷１２に主電線１３を介して電気的に接続されており、負荷１２に電力（交流電力）を供給している。負荷１２は、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５および蓄電池１６とは別体に配設されている電力負荷であり、例えば家庭内に配設されているテレビなどの家電製品である。

第一分散型電源１４、第二分散型電源１５および蓄電池１６は、主電線１３に対して並列に接続されている。主電線１３には、分電盤１７が配設されている。系統電源１１、負荷１２、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５および蓄電池１６は、分電盤１７に接続されている。本実施形態の電力供給システム１０は、１つの第一分散型電源１４と、１つの第二分散型電源１５とから構成されているが、第一分散型電源１４および第二分散型電源１５はいずれも少なくとも１つ以上で構成されるようにしてもよい。

第一分散型電源１４は、分電盤１７内において主電線１３に接続されている。第一分散型電源１４は、再生可能なエネルギーを使用して電力を生成して主電線１３に送電する。第一分散型電源１４は、自然環境の中で繰り返し起こる現象から作り出すエネルギーである再生可能なエネルギー（例えば太陽光、水力、風力など）を使用した分散型電源である。本実施形態では、第一分散型電源１４は、太陽光発電装置を備えており、太陽光発電装置によって発電された電力を所定の電力・電圧に変換して主電線１３に出力するように構成されている。

第二分散型電源１５は、分電盤１７内において主電線１３に接続されている。第二分散型電源１５は、化石燃料を利用して電力を生成して主電線１３に送電する。第二分散型電源１５は、供給されるガス（化石燃料の一種であるガス、例えば天然ガス、液化石油ガス）によって発電を行うガス発電装置を有する分散型電源である。ガス発電装置は、例えば、燃料電池発電装置（固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）発電装置、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）発電装置など）、ガスエンジン方式発電装置、ガスタービン方式発電装置などである。本実施形態では、ガス発電装置は、燃料電池発電装置（固体高分子形燃料電池発電装置が好適である）である。第二分散型電源１５は、ガス発電装置（固体高分子形燃料電池発電装置）によって発電された電力を所定の電力・電圧に変換して主電線１３に出力するように構成されている。

蓄電池１６は、分電盤１７内において主電線１３に接続されている。蓄電池１６は、例えばリチウムイオン電池である。蓄電池１６は、系統電源１１、第一分散型電源１４、および第二分散型電源１５からの電力を蓄えたり、蓄えている電力を負荷１２に供給したりする。なお、蓄電池１６と、各電源１１，１４，１５との間の接続・開放の切り替えは、制御装置１８の指示にしたがって分電盤１７が行っている。

分電盤１７は、系統電源１１、負荷１２、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５および蓄電池１６に接続されている。分電盤１７は、制御装置１８の指示にしたがって、系統電源１１、負荷１２、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５、蓄電池１６の間の接続・開放の切り替えを行っている。

制御装置１８は、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５、蓄電池１６および分電盤１７と互いに通信可能に接続されている。制御装置１８は、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５、蓄電池１６および分電盤１７を制御する。制御装置１８は、インターネット２０を介して、天気予報などの気象情報、電気料金、ガス料金、およびピークカット要請を取得する。制御装置１８は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、第一分散型電源１４、第二分散型電源１５、蓄電池１６および分電盤１７を制御する。ＲＡＭはＣＰＵが実行するプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

次に上述した電力供給システム１０の作動について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。制御装置１８は、そのフローチャートに沿ったプログラムを所定時間毎に繰り返し実行する。

制御装置１８は、ステップＳ１０２において、インターネット２０経由で動的電気料金を取得する。動的電気料金は、通常の電気料金と同様に時間帯別に電気料金が設定されているが、通常の電気料金より割高に設定されている時間帯がある。例えば、午後１：００〜午後３：００の時間帯の料金は、通常の昼間料金と比較して高く（例えば５倍）設定されている。

制御装置１８は、ステップＳ１０４において、取得した動的電気料金からピークカット要請（ピークシフト要請）があるか否かを判定する。制御装置１８は、動的電気料金の時間帯のなかに、通常の昼間料金より高く設定された時間帯があれば、ピークカット要請があると判定する。また、制御装置１８は、インターネット２０経由で電気事業者からピークカット要請情報を直接受け取った場合、ピークカット要請があると判定してもよい。ピークカットは、最大電気消費量そのものを下げることをいう。ピークカットは、系統電源１１から供給される電力量を下げることでもある。ピークシフトは、昼間の電力需要ピーク時の電力消費を抑え、余力のある夜間に電力消費を分散させることをいう。ピークシフトは、昼間での分散型電源の発電を抑え、夜間に分散型電源の発電を分散させることでもある。
なお、動的電気料金、および電気事業者からのピークカット要請は、ピークカット要請に係る情報である。

制御装置１８は、ピークカット要請があると判定した場合（ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」）、ステップＳ１０６にてピークカット時間帯を取得する。具体的には、ステップＳ１０６において、制御装置１８は、通常の昼間料金より高く設定された時間帯をピークカット時間帯として取得する。また、制御装置１８は、電気事業者からピークカット要請情報を直接受け取った場合、その情報に含まれているピークカット時間帯をそのまま利用してもよい。

制御装置１８は、ピークカット要請がないと判定した場合（ステップＳ１０４にて「ＮＯ」）、または、ステップＳ１０６の処理が終了した後、プログラムをステップＳ１０８に進めて、第一分散型電源１４の発電量を、事前に取得した気象情報に基づいて推定する（推定部）。具体的には、最初に、制御装置１８は、ステップＳ１０８において、インターネット２０経由で天気予報などの気象情報を取得する。気象情報は、翌日以降の予想される気象情報である。電力供給システムが設置されている場所の、時間帯毎の天気、晴天率、日照時間を含むのが好ましい。次に、制御装置１８は、ステップＳ１１０において、先にステップＳ１０８にて取得した気象情報から、太陽光発電装置による発電量を推定する。例えば、翌日の太陽光発電装置による発電量は、翌日の日照時間に、太陽光発電装置の単位時間あたりの発電量を乗じて算出することができる。

なお、風力発電装置である場合、気象情報は、風向き、風の強さを含むのが好ましい。この場合、翌日の風力発電装置による発電量は、翌日の時間帯毎の風量に、風力発電装置の単位時間あたりの発電量を乗じ、一日分の発電量（各時間帯の発電量）を積算して算出することができる。

制御装置１８は、ステップＳ１１０（推定部）によって推定された発電量（推定発電量）が負荷１２の必要電力量に対して小さい場合、その不足電力量を第二分散型電源１５の発電によって補う（第二分散型電源運転制御部：ステップＳ１１２，１２２）。負荷１２の必要電力量は、負荷１２の一日の電力消費パターン（時間帯毎）であり、記憶部（図示しない）に記憶されている。この電力消費パターンは、常に学習・更新されている。不足電力量は、一日の電力消費パターンから推定電力量を減算することで算出することができる。不足電力量は、時間帯毎に算出することができる。
ステップＳ１１２において、制御装置１８は、推定発電量が負荷１２の必要電力量に対して小さいか否かを判定する。なお、推定発電量が負荷１２の必要電力量の所定割合（例えば８０％）に対して小さいか否かを判定するようにしてもよい。

制御装置１８は、時間帯毎において不足電力量がある場合、ステップＳ１１２にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１１４〜１２２において第二分散型電源の運転（発電）を制御する。一方、制御装置１８は、時間帯毎において不足電力量がない場合、ステップＳ１１２にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１２４において第二分散型電源の運転（発電）を行わない。

ピークカット要請がない場合には、制御装置１８は、ステップＳ１１４にて「ＮＯ」と判定し、ピークカット時間帯に基づいて第二分散型電源１５の発電時間帯を決定する。すなわち、制御装置１８は、動的電気料金（ピークカット要請に係る情報）から電気料金の割高な時間帯を選択し、その時間帯をピークカット時間帯に設定し、ピークカット時間帯を発電時間帯に決定する。これにより、利用者は、割高な電気を購入しなくても、第二分散型電源１５の発電により負荷１２に必要な電力を賄うことができる。
なお、発電時間帯は、発電運転の開始時刻から終了時刻までの時間帯である。なお、発電時間帯の代わりに運転時間帯を決定するようにしてもよい。運転時間帯は、起動運転の開始時刻から停止運転の終了時刻までの時間帯である。

ピークカット要請がある場合には、制御装置１８は、ピークカット時間帯に第二分散型電源１５を発電させたときに、利用者が受ける第一利益と、ピークカット時間帯とは異なるピークシフト時間帯に第二分散型電源１５を発電させたときに、利用者が受ける第二利益と、を比較することにより、第二分散型電源１５の発電時間帯を決定する（決定部）。

具体的には、制御装置１８は、ステップＳ１１６において、第一利益および第二利益を算出し、それぞれ算出した第一利益と第二利益とを比較する。第一利益は、ピークシフトに協力することにより利用者が受け取る利益（ピークシフト協力費。例えば、電気料金のキャッシュバック）と、ピークカット時間帯に第二分散型電源を発電させたときに使用されるガスのガス料金との差分として算出することができる。第二利益は、ピークシフトに協力することにより利用者が受け取る利益と、ピークシフト時間帯に第二分散型電源を発電させたときに使用されるガスのガス料金との差分として算出することができる。

なお、第二分散型電源を運転させた際に発生する熱エネルギー（貯湯水）も、利用者の利益として考慮するのが好ましい。また、ピークシフト時間帯は、不足電力量を賄うことができる発電量（すなわち出力電力量と発電時間との積）、その発電量に必要なガス量、発電時間帯のガス料金から設定されている。

制御装置１８は、第二利益（ピークシフト時間帯に第二分散型電源１５を発電）が、第一利益（ピークカット時間帯に第二分散型電源１５を発電）より大きい場合、ステップＳ１１６にて「ＹＥＳ」と判定し、ピークシフト時間帯に基づいて第二分散型電源１５の発電時間帯を決定する（ステップＳ１１８）。具体的には、制御装置１８は、ピークシフト時間帯の開始時刻より所定時間（例えば１時間）前の時刻を起動運転の開始時刻に決定し、ピークシフト時間帯の終了時刻を停止運転の開始時刻に決定する。なお、ピークシフト時間帯と発電時間帯は一致する。

一方、制御装置１８は、第二利益が第一利益より小さい場合、ステップＳ１１６にて「ＮＯ」と判定し、ピークカット時間帯に基づいて第二分散型電源１５の発電時間帯を決定する（ステップＳ１２０）。具体的には、制御装置１８は、ピークカット時間帯の開始時刻より所定時間（例えば１時間）前の時刻を起動運転の開始時刻に決定し、ピークカット時間帯の終了時刻を停止運転の開始時刻に決定する。なお、ピークカット時間帯と発電時間帯は一致する。

制御装置１８は、ステップＳ１２２において、上述のように決定された発電時間帯において第二分散型電源１５の発電運転を行う。ひいては、起動運転、停止運転も、決定された時間に沿って行われる。

上述した説明から明らかなように、本実施形態に係る電力供給システム１０は、系統電源１１と、系統電源１１に主電線１３を介して電気的に接続されている負荷１２と、再生可能なエネルギーを使用して電力を生成して主電線１３に送電する第一分散型電源１４と、化石燃料を利用して電力を生成して主電線１３に送電する第二分散型電源１５と、第一分散型電源１４および第二分散型電源１５を制御する制御装置１８と、を備えている電力供給システム１０であって、制御装置１８は、第一分散型電源１４の発電量を、事前に取得した気象情報に基づいて推定する推定部（制御装置１８：ステップＳ１１０）と、推定部によって推定された発電量が負荷１２の必要電力量に対して小さい場合、その不足電力量を第二分散型電源１５の発電によって補う第二分散型電源運転制御部（制御装置１８：ステップＳ１１２，１２２）と、第二分散型電源運転制御部による第二分散型電源１５の発電の開始時刻を、少なくともピークカット要請に係る情報に基づいて決定する決定部（制御装置１８：ステップＳ１１６−１２０）と、を備えている。

これによれば、気象情報に基づいて推定された第一分散型電源１４の発電量が、負荷１２の必要電力量（利用者が使用を希望する家電製品の総消費量に相当する）に対して小さい場合、その不足電力量は第二分散型電源１５の発電によって補うことができる。よって、利用者にピークカット要請があった時間帯と重なったとしも、利用者は希望通りの時間に家電製品を使用できる。さらに、第二分散型電源１５の発電開始時刻は、少なくともピークカット要請に係る情報に基づいて決定される。よって、第二分散型電源１５はピークカット時間帯に発電することができ、系統電源１１から買電しなくてすむため、消費電力ピークを効果的に抑制することができる。このように、電力供給システム１０は、利用者に不便さを感じさせず、かつ、消費電力ピークを効果的に抑制することができる。

また、電力供給システム１０において、決定部（制御装置１８：ステップＳ１１６−１２０）は、ピークカット要請に係る情報のうちピークカット時間帯に第二分散型電源１５を発電させたときに、利用者が受ける第一利益と、ピークカット時間帯とは異なるピークシフト時間帯に第二分散型電源１５を発電させたときに、利用者が受ける第二利益と、を比較することにより、第二分散型電源１５の発電の開始時刻を決定する。
これによれば、利用者の受ける利益が大きい時間帯に、第二分散型電源１５の発電が実行されるので、利用者は経済的なメリットを享受する。

また、電力供給システム１０において、第一分散型電源１４は、太陽光発電装置を有する分散型電源であり、第二分散型電源１５は、供給されるガスによって発電を行うガス発電装置を有する分散型電源である。
これによれば、一般的に安価にて普及している分散型電源を使用することにより、安価な電力供給システム１０を提供することができる。

また、電力供給システム１０において、ガス発電装置は、固体高分子形燃料電池、ガスエンジン方式発電装置、およびガスタービン方式発電装置のいずれかを有する発電装置である。
これによれば、起動運転にかかる時間が比較的短時間であるため、省エネを実現することができる。

なお、上述した実施形態においては、発電時間帯の決定は、少なくとも第二分散型電源１５の発電が開始される前日以前に行われるのが好ましく、深夜の時間帯に第二分散型電源１５の発電が行われることを考慮して深夜の時間帯より前に行われるのがより好ましい。

また、上述した実施形態において、不足電力を第二分散型電源１５による発電だけでなく、蓄電池１６に蓄えられている電力によって賄うようにしてもよい。蓄電池１６に蓄えられている電力は、第一および第二分散型電源１４，１５の発電を事前に蓄えたものでもよく、系統電源１１から購入したものでもよい。系統電源１１から購入したものは、電気料金に割安な深夜電力が好ましい。

１０…電力供給システム、１１…系統電源、１２…負荷、１３…主電線、１４…第一分散型電源、１５…第二分散型電源、１６…蓄電池、１７…分電盤、１８…制御装置（推定部、第二分散型電源運転制御部、決定部）。

Claims (6)

1. 系統電源と、
   前記系統電源に主電線を介して電気的に接続されている負荷と、
   再生可能なエネルギーを使用して電力を生成して前記主電線に送電する第一分散型電源と、
   化石燃料を利用して電力を生成して前記主電線に送電する第二分散型電源と、
   前記系統電源、前記第一分散型電源、前記第二分散型電源、および前記負荷と接続可能に配置され、蓄えている電力を前記負荷に供給可能な蓄電池と、
   前記第一分散型電源および前記第二分散型電源を制御する制御装置と、
   を備えている電力供給システムであって、
   前記制御装置は、
   前記第一分散型電源の発電量を、事前に取得した気象情報に基づいて推定する推定部と、
   前記推定部によって推定された発電量が前記負荷の必要電力量に対して小さい場合、その不足電力量を前記第二分散型電源の発電によって補う第二分散型電源運転制御部と、
   前記第二分散型電源運転制御部による前記第二分散型電源の発電の開始時刻を、少なくともピークカット要請に係る情報に基づいて決定する決定部と、
   を備え、
   前記決定部は、前記ピークカット要請に係る情報のうちピークカット時間帯に前記第二分散型電源を発電させたときに、利用者が受ける第一利益と、前記ピークカット時間帯とは異なるピークシフト時間帯に前記第二分散型電源を発電させたときに、前記利用者が受ける第二利益と、を比較することにより、前記第二分散型電源の発電の開始時刻を決定し、前記ピークシフト時間帯に前記第二分散型電源を発電させる場合は、前記ピークカット時間帯における前記不足電力量を前記蓄電池に蓄えられている前記電力で賄うとする電力供給システム。
2. 前記制御装置は、前記第二利益が、前記第一利益より大きい場合、前記ピークシフト時間帯に基づいて前記第二分散型電源の起動運転の開始時刻を決定する請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御装置は、前記第二利益が前記第一利益より小さい場合、前記ピークカット時間帯に基づいて前記第二分散型電源の起動運転の開始時刻に決定する請求項１または請求項２記載の電力供給システム。
4. 前記制御装置は、前記第二利益が、前記第一利益より大きい場合、前記ピークシフト時間帯に基づいて前記第二分散型電源の起動運転の開始時刻及び停止運転の開始時刻を決定し、前記第二利益が前記第一利益より小さい場合、前記ピークカット時間帯に基づいて前記第二分散型電源の起動運転の開始時刻及び停止運転の開始時刻を決定する請求項１に記載の電力供給システム。
5. 前記第一分散型電源は、太陽光発電装置を有する分散型電源であり、前記第二分散型電源は、供給されるガスによって発電を行うガス発電装置を有する分散型電源である請求項１または請求項２記載の電力供給システム。
6. 前記ガス発電装置は、固体酸化物形燃料電池、固体高分子形燃料電池、ガスエンジン方式発電装置、およびガスタービン方式発電装置のいずれかを有する発電装置である請求項５記載の電力供給システム。

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