JP6512503B2 - 電力調整装置、電力調整方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、需要家に設置された電力供給設備から電力系統に電力を供給する電力調整装置、この電力調整装置の電力調整方法、電力調整装置を実現するプログラムに関する。

従来から、蓄電池の電力を、電力系統と電気負荷との双方に供給可能とする技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、深夜料金で蓄電池を充電し、充電した電力を昼間料金で電力会社に販売することによって、差額に相当する収益を需要家が獲得可能になることが記載されている。また、需要家が蓄電池からの電力を電力系統に供給することによって、負荷平準化、急峻需要への対応、配電線電力の品質向上などのメリットが得られることが記載されている。さらに、電力会社がメリットの一部をインセンティブとして需要家に還元してもよいことが記載されている。

特開２０００−２２４７６９号公報

特許文献１には、需要家に設けられた蓄電池の充電と放電とを行うことによって、需要家が電力会社にメリットをもたらすことが記載されている。しかしながら、引用文献１に記載された需要家にとってのメリットは、充電時と放電時との電気料金の差額と、電力会社が得たメリットに対するインセンティブとであり、需要家がより積極的に利益を得る構成は想定されていない。

本発明は、蓄電設備を備える需要家が電力系統に電力を供給した場合の利益を向上させる電力調整装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この電力調整装置の電力調整方法、電力調整装置を実現するプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る電力調整装置は、需要家が備える電力供給設備から電気事業者の電力系統に電力を供給するか否かの取引を、取引装置との間で取引条件に従って行う電力調整装置であって、前記電力供給設備は、発電設備と、蓄電池を備えた蓄電設備とを含んでおり、前記発電設備が対象期間に発電する第１の電力を予測する第１の予測部と、前記需要家において電気負荷が前記対象期間に消費する第２の電力を予測する第２の予測部と、前記第１の予測部が予測した前記第１の電力が、前記第２の予測部が予測した前記第２の電力に対して不足する場合に、前記需要家が前記電力系統から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を算定する買電費用算定部と、前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に給電する第２の状態とを選択する制御部と、前記第１の状態が選択された場合に前記取引条件に応じて前記需要家が受取可能である第１の金額と、前記買電費用算定部が算定した費用である第２の金額とを比較する判断部とを備え、前記制御部は、前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額以下であるときに、前記第２の状態を選択することを特徴とする。

この電力調整装置において、前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額を超えるときに、前記取引装置に入札を行い、約定が成立したか否かの判断結果を前記取引装置から受け取る取引参加部をさらに備え、前記制御部は、前記約定が成立すると前記第１の状態を選択することが好ましい。

この電力調整装置において、前記蓄電設備は、前記第１の電力が前記第２の電力に対して不足することが予測される前記対象期間が開始されるまでに、残容量が前記第３の電力を超えているように充電されることが好ましい。

この電力調整装置において、前記第１の予測部は、前記発電設備が発電している電力を第１の計量装置から受け取り、前記第１の計量装置が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて前記対象期間において前記発電設備が発電する電力を予測し、前記第２の予測部は、前記需要家において前記電気負荷が消費している電力を第２の計量装置から受け取り、前記第２の計量装置が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて前記対象期間において前記電気負荷が消費する電力を予測することが好ましい。

この電力調整装置において、前記発電設備は太陽光発電設備であって、前記第１の予測部は、天候を予測する情報を取得する天候取得部と、前記天候取得部が取得した前記情報と前記太陽光発電設備が発電する電力の時間経過に伴う推移とを対応付けて記憶する第１の履歴記憶部と、前記第１の履歴記憶部に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第１の分類部とを備え、前記第１の計量装置から受け取った電力の時間経過に伴う推移と前記第１の分類部が分類した変化パターンとを照合することにより、前記対象期間において前記太陽光発電設備が発電する電力を予測し、前記第２の予測部は、前記電気負荷が消費する電力の時間経過に伴う推移を記憶する第２の履歴記憶部と、前記第２の履歴記憶部に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第２の分類部とを備え、前記第２の計量装置から受け取った電力の時間経過に伴う推移と前記第２の分類部が分類した変化パターンとを照合することにより、前記対象期間において前記電気負荷が消費する電力を予測することが好ましい。

本発明に係る電力調整方法は、需要家が備える電力供給設備から電気事業者の電力系統に電力を供給するか否かの取引を、取引装置との間で取引条件に従って行う電力調整方法であって、前記電力供給設備は、発電設備と、蓄電池を備えた蓄電設備とを含んでおり、前記発電設備が対象期間に発電する第１の電力を第１の予測部が予測し、前記需要家において電気負荷が前記対象期間に消費する第２の電力を第２の予測部が予測し、前記第１の予測部が予測した前記第１の電力が、前記第２の予測部が予測した前記第２の電力に対して不足する場合に、前記需要家が前記電力系統から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を買電費用算定部が算定し、前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態が選択された場合に前記取引条件に応じて前記需要家が受取可能である第１の金額と、前記買電費用算定部が算定した費用である第２の金額とを判断部が比較し、前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額以下であるときに、前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に給電する第２の状態を制御部が選択することを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述したいずれかの電力調整装置として機能させるものである。

本発明の構成によれば、蓄電池のような電力供給設備を備える需要家が電力系統に電力を供給した場合に、需要家にもたらされる利益を向上させるという利点を有する。

実施形態を示すブロック図である。 同上における対価の設定例を示す図である。 同上における対価の設定例を示す図である。 同上における取引例を示す図である。 同上における取引例を示す図である。 同上において約定の成立例を示す図である。

図１に示すように、以下に説明する電力調整装置１０は、需要家１が備える電力供給設備２０から電力系統３０に電力を供給するか否かの取引を、取引装置４０との間で取引条件に従って行う。取引装置４０は、たとえば、電気事業者が運営するウェブサーバあるいはクラウドコンピュータシステムにより構築される。電力供給設備２０は、発電設備２１と、蓄電池を備えた蓄電設備２２とを含んでいる。電力調整装置１０は、第１の予測部１１と第２の予測部１２と買電費用算定部１３と制御部１５と判断部１６とを備える。発電設備２１は、太陽光発電設備、風力発電設備、燃料電池などから選択可能である。ただし、以下に説明する実施形態では、発電設備２１が太陽光発電設備である場合を想定して説明する。また、取引条件における電力は、電力の瞬時値（単位時間の電力量）と、電力の供給が要求される期間における電力量とのいずれかで表される。

第１の予測部１１は、発電設備２１が対象期間に発電する第１の電力を予測する。第２の予測部１２は、需要家１において電気負荷２が対象期間に消費する第２の電力を予測する。買電費用算定部１３は、第１の予測部１１が予測した第１の電力が、第２の予測部１２が予測した第２の電力に対して不足する場合に、需要家１が電力系統３０から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を算定する。

制御部１５は、蓄電設備２２から電力系統３０に電力を供給する第１の状態と、蓄電設備２２から電気負荷２に給電する第２の状態とを選択する。判断部１６は、第１の状態が選択された場合に取引条件に応じて需要家１が受取可能である第１の金額と、買電費用算定部１３が算定した費用である第２の金額とを比較する。制御部１５は、判断部１６の比較結果において、第１の金額が第２の金額以下であるときに、第３の電力を充足させるように第２の状態を選択する。

電力調整装置１０は、判断部１６の比較結果において、第１の金額が第２の金額を超えるときに、取引装置４０に入札を行い、約定が成立したか否かの判断結果を取引装置４０から受け取る取引参加部１７をさらに備えることが好ましい。制御部１５は、約定が成立すると第１の状態を選択する。

蓄電設備２２は、第１の電力が第２の電力に対して不足することが予測される対象期間が開始されるまでに、残容量が第３の電力を超えているように充電されることが好ましい。

第１の予測部１１は、発電設備２１が発電している電力を第１の計量装置３１１から受け取り、第１の計量装置３１１が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて対象期間において前記発電設備２１が発電する電力を予測することが好ましい。第２の予測部１２は、需要家１において電気負荷２が消費している電力を第２の計量装置３１２から受け取り、第２の計量装置３１２が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて対象期間において電気負荷２が消費する電力を予測することが好ましい。

また、発電設備２１は、太陽光発電設備であり、第１の予測部１１は、天候取得部１１１と第１の履歴記憶部１１２と第１の分類部１１３とを備えることが好ましい。天候取得部１１１は、天候を予測する情報を取得する。第１の履歴記憶部１１２は、天候取得部１１１が取得した情報と太陽光発電設備２１が発電する電力の時間経過に伴う推移とを対応付けて記憶する。第１の分類部１１３は、第１の履歴記憶部１１２に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する。第１の予測部１１は、第１の計量装置３１１から受け取った電力の時間経過に伴う推移と第１の分類部１１３が分類した変化パターンとを照合することにより、対象期間において太陽光発電設備２１が発電する電力を予測する。

第２の予測部１２は、第２の履歴記憶部１２１と第２の分類部１２２とを備える。第２の履歴記憶部１２１は、電気負荷２が消費する電力の時間経過に伴う推移を記憶する。第２の分類部１２２は、第２の履歴記憶部１２１に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する。第２の予測部１２は、第２の計量装置３１２から受け取った電力の時間経過に伴う推移と第２の分類部１２２が分類した変化パターンとを照合することにより、対象期間において電気負荷２が消費する電力を予測する。

以下に説明する電力調整方法は、需要家が備える電力供給設備から前記電力系統に電力を供給するか否かの取引を、取引装置との間で取引条件に従って行う。この電力調整方法において、発電設備２１が対象期間に発電する第１の電力を第１の予測部１１が予測し、需要家１において電気負荷が前記対象期間に消費する第２の電力を第２の予測部１２が予測する。さらに、第１の予測部１１が予測した第１の電力が、第２の予測部１２が予測した第２の電力に対して不足する場合に、需要家１が電力系統３０から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を買電費用算定部１３が算定する。蓄電設備２２から電力系統３０に電力を供給する第１の状態が選択された場合に取引条件に応じて需要家１が受取可能である第１の金額と、買電費用算定部１３が算定した費用である第２の金額とを判断部１６が比較する。判断部１６の比較結果において、第１の金額が第２の金額以下であるときに、第３の電力を充足させるように蓄電設備２２から電気負荷２に給電する第２の状態を制御部１５が選択する。

以下に説明するプログラムは、コンピュータを、電力調整装置１０として機能させるさせる。このプログラムは、インターネットのような電気通信回線ＮＴを通して提供されるか、あるいは、コンピュータで読み取りが可能な記憶媒体により提供される。

以下、本実施形態について詳述する。本実施形態は、電力系統３０から電力を受電する需要家１が電力供給設備２０を備え、かつ電力供給設備２０から供給される電力が、電力系統３０に供給される第１の状態と、需要家１の電気負荷２に供給される第２の状態とが選択されることを前提とする。

電力供給設備２０は、発電設備である太陽光発電設備２１と、蓄電池を備える蓄電設備２２とを備える構成を想定する。太陽光発電設備２１は、太陽光のエネルギーにより発電し、発電される電力は、日射量、外気温を含む天候により変動する。蓄電設備２２は、電力系統３０から受電した電力と太陽光発電設備２１が発電した電力との少なくとも一方を用いて蓄電池を充電する。太陽光発電設備２１および蓄電設備２２は、直流電力を電力系統３０から需要家１が受電する交流電力と等価な交流電力に変換する電力変換器（図示せず）を備える。蓄電設備２２は、蓄電池に代えて、大容量のキャパシタを備える構成、電力を他のエネルギーに変換して蓄える構成などでもよい。

需要家１は、病院、ホテル、工場などを想定する。また、需要家１は、集合住宅、オフィスビル、商業ビルなどであって複数の需要家１が建物内に存在する場合であっても、建物全体の電力をまとめて扱える場合には、以下に説明する技術を適用可能である。たとえば、個々の需要家に分電盤が配置され、建物全体の配電を行う主分電盤が管理人室あるいは電気室などに配置されていてもよい。あるいは、建物において、高圧一括受電が行われる場合、高圧一括受電を行うための電力量計が計量装置３１として設置されるから、建物全体で受電した電力を計量可能である。さらに、戸建て住宅であっても、地域内の複数の需要家１を集合として一括して扱うことができる場合、それぞれの需要家１が備える蓄電設備２２の電力をまとめて扱う電力アグリゲータが存在すれば以下に説明する技術を採用可能である。

需要家１が病院、ホテル、工場、集合住宅、オフィスビル、商業ビルなどであれば、太陽光発電設備２１の出力電力は１００ｋＷ以上になり、蓄電設備２２の電力容量は１００ｋＷｈ以上になる。蓄電設備２２の電力容量は１０００ｋＷｈを超える場合もある。同様に、複数の戸建て住宅が集合している地域において、電力供給設備２０が共有される場合、大容量の電力供給設備２０を設置することが可能である。

複数の需要家１の集合が電力供給設備２０を共用する場合、電力系統３０を通して需要家１に電力を供給する電気事業者が集合内の需要家１を一括して１つの需要家１として扱えるように、複数の需要家１を統括するサービス事業者が存在することが望ましい。この種のサービス事業者は、発電事業を行う電気事業者の代行として複数の需要家１の集合に対してサービスを提供する。この種のサービス事業者は、たとえば、電力アグリゲータを含むデマンドレスポンス事業者が考えられる。

電気事業者は、一般電気事業者（いわゆる電力会社）のほか、卸供給事業者、特定電気事業者、特定規模電気事業者などから選択される電気事業者、発電事業を行わずに他社から電力を購入して需要家１に販売するサービス事業者であってもよい。

なお、需要家１が戸建て住宅の場合、太陽光発電設備２１の出力電力は１〜５ｋＷであり、蓄電設備２２の電力容量は１〜１０ｋＷｈ程度である。この程度の小規模の太陽光発電設備２１および蓄電設備２２であっても、電力取引が可能である場合には、以下に説明する技術を採用可能である。

需要家１は、電力を消費する電気負荷２を備えるだけではなく、上述のように、電力系統３０への電力供給を可能にした太陽光発電設備２１と蓄電設備２２とを備える。また、需要家は分電盤３２を備え、分電盤３２に電力系統３０と太陽光発電設備２１と蓄電設備２２と電気負荷２とが接続される。分電盤３２は、電力系統３０から受電する主幹回路（図示せず）と、主幹回路から複数系統に分岐された分岐回路（図示せず）とを形成する。すなわち、分電盤３２は、電力系統３０から受電した電力を複数系統の電気負荷２に供給する配線網を需要家１の建物内に形成する。

太陽光発電設備２１は、発電した電力を電気負荷２に供給し、太陽光発電設備２１が発電した電力が電気負荷２で消費される電力を超える余剰電力が発生する場合には、蓄電設備２２の蓄電池を余剰電力により充電するか、電力系統３０に余剰電力を供給する。このように、太陽光発電設備２１は、余剰電力が生じる場合に、余剰電力を電力系統３０に供給することが可能であるが、以下に説明する実施形態では、余剰電力を蓄電設備２２の充電用に優先的に用いる例について説明する。ただし、蓄電設備２２の残容量が予定された電力量に達している場合、余剰電力は電力系統３０に供給される。

太陽光発電設備２１の発電量は、日射量、外気温を含む天候に依存するから、上述した規則に従う限り、余剰電力は、蓄電設備２２に充電されるか、電力系統３０に供給される。なお、太陽光発電設備２１の余剰電力が、蓄電設備２２の充電に用いることができず、かつ電力系統３０に供給することもできない場合には、太陽光発電設備２１から電力系統３０への電力供給は停止される。

一方、蓄電設備２２が備える蓄電池の充電と放電との期間および電力量は制御部１５が制御する。蓄電設備２２から電力系統３０に電力を供給（逆潮流）する第１の状態と、蓄電設備２２から電気負荷２に電力を供給する第２の状態との選択は、分電盤３２に内蔵した切替器（図示せず）を制御部１５が切り替えることによって行われる。

第１の状態は、主として電気事業者などからの要求に応じて、電力系統３０に電力を逆潮流させる目的で用いられる。ここに、需要家１は、蓄電設備２２から電力系統３０に逆潮流を行った電力量に見合う対価を電気事業者あるいはサービス事業者から受け取ることが可能である。

第２の状態は、主として電力系統３０から受電する電力量を低減させる目的で用いられる。すなわち、太陽光発電設備２１が発電する電力量が、電気負荷２で消費される電力量に対して不足する場合に、不足する電力量を蓄電設備２２から電気負荷２に供給することによって、電力系統３０から受電せずに電気負荷２に電力を供給することが可能になる。また、電力系統３０から受電する電力について電力量に制限値が設定されている場合がある。この場合、電力系統３０から受電する電力量が制限値を超えないように、蓄電設備２２から電気負荷２に電力を供給するようにしてもよい。

分電盤３２には、主幹回路と複数系統の分岐回路とのそれぞれを通過した電力量を計量する計量装置３１が付設される。計量装置３１は、太陽光発電設備２１が発電した電力量を計量する第１の計量装置３１１と、電気負荷２が消費している電力量を計測する第２の計量装置３１２とを備える。それぞれの分岐回路を通過した電力量の値は、分電盤３２とは別に設けられる計測ユニット（図示せず）で計量された値でもよい。

計量装置３１は、着目する回路を通過する電流を計測する電流センサ（図示せず）と、着目する回路の線間の電圧値と電流センサが計測した電流値とを用いて電力量を算出する算出部（図示せず）とを備えた電子式の電力量計であることが望ましい。なお、本実施形態の計量装置３１は、分岐回路ごとに通過した電力量を計量することは必須ではなく、少なくとも太陽光発電設備２１が発電した電力量と、電気負荷２が消費した総電力量とを計量できればよい。

ところで、太陽光発電設備２１が発電する電力量と、電気負荷２が消費する電力量とは時々刻々と変化するから、太陽光発電設備２１の発電量だけでは、電気負荷２が消費する電力量を充足させることができない期間が生じる。たとえば、夜間には太陽光発電設備２１は発電せず、また、曇天であると晴天の場合よりも太陽光発電設備２１が発電する電力量は少なくなる。

したがって、電気負荷２が消費する電力量に対して、太陽光発電設備２１が発電する電力量が不足する時間帯には、電力系統３０あるいは蓄電設備２２から電気負荷２に電力を供給する必要がある。ただし、電力系統３０から受電すると、買電に伴う費用が発生するから、可能であれば蓄電設備２２から電気負荷２に電力を供給することが望ましい。

太陽光発電設備２１が単位時間に発電する電力量は、日の出頃から徐々に増加し、日中に最大になった後、日没に向かって減少するという傾向を示す。一方、電気負荷２が単位時間に消費する電力量は、需要家１における電気負荷２の使用状況によって異なり、単位時間当たりの電力量が、朝方と夜とに極大になる場合、さらに日中にも極大になる場合などがある。

そこで、１日が比較的短い期間（１０分、３０分、１時間などから選択する）に分割され、分割された各期間が対象期間に定められ、対象期間ごとに電力量が比較される。対象期間は、１日の全期間について設定する必要はなく、１日のうち日の出から日没までの期間などの限定された期間について設定してもよい。たとえば、日の出が６：００であり日没が１８：００であって、３０分ごとの対象期間を設定する場合、１日当たり対象期間は２４期間になる。

対象期間は、太陽光発電設備２１が発電する電力量と電気負荷２が消費する電力量とを比較するために設定される。ただし、対象期間において計量装置３１が計量した電力量について過不足を求めたとしても、求められた過不足は過去の事象であって、今後、蓄電設備２２から電力を供給すべきか否かは決められない。

そのため、太陽光発電設備２１が対象期間に発電する電力量（第１の電力量）を予測する第１の予測部１１と、需要家１において電気負荷２が対象期間に消費する電力量（第２の電力量）を予測する第２の予測部１２とが設けられる。第１の予測部１１と第２の予測部１２とは、同じ対象期間における電力量を予測する。

第１の電力量が第２の電力量に対して不足する場合、不足する電力量（第３の電力量＝第２の電力量−第１の電力量）を充足するには、電力系統３０から受電するか、蓄電設備２２から電力を供給しなければならない。

ここで、第３の電力量を電力系統３０から受電する場合には、需要家１は受電した電力量に対する対価を支払うことになる。また、電力系統３０から受電する電力量に制限値が設定されている場合、受電した電力量に対する対価以外に超過金の支払いが必要になる場合もある。そのため、電力調整装置１０は、第３の電力量を電力系統３０から受電することになった場合に支払う費用を算定する買電費用算定部１３を備える。要するに、買電費用算定部１３は、いずれかの対象期間において、太陽光発電設備２１が発電する予定の電力量が電気負荷２で消費する予定の電力量に対して不足する場合、当該対象期間において、電力系統３０から受電したときの費用を算定する。

ところで、需要家１に設けられた電力供給設備２０は、電力系統３０に電力を供給することが可能であり、電気事業者からは逆潮流に対する対価を受け取ることができる。逆潮流によって得られる対価は、一定値に定められる場合もあるが、ここでは、逆潮流によって得られる対価が、電力の需要と供給との関係に応じて定められる場合を想定している。

この場合、電力の需要があると、要求される電力量（以下、「取引電力量」という）、電力の単位量に対する対価（以下、「単価」という）、電力の供給が要求される期間（以下、「対象期間」という）の情報が得られ、この情報に基づいて電力の売買が行われる。これらの情報は、電気事業者が運営する取引装置４０に登録される。取引装置４０に登録される情報（以下、「取引条件」という）は時々刻々と更新される。取引条件の更新は、対象期間が開始される前日までか、あるいは対象期間が開始される当日の午前中までに行われることが望ましい。また、取引装置４０は、電力の需要に緊急性がある場合に、対象期間の開始直前に取引条件を登録することを許容していてもよい。なお、取引装置４０を運営する電気事業者は、電力の取引に関するサービスを提供するサービス事業者であることが望ましい。

電力調整装置１０は、インターネットのような電気通信回線ＮＴを通して取引装置４０と通信する情報取得部１４を備える。情報取得部１４は、取引電力量と単価と対象期間とを含む取引条件を取引装置４０から取得する。取引装置４０に登録される取引条件は時々刻々と更新されるから、情報取得部１４は取引条件の変化を監視し、必要な取引条件を取得する。

上述したように太陽光発電設備２１が発電する電力量が電気負荷２で消費される電力量に対して不足する場合、不足分である第３の電力量を電力系統３０から受電すれば、需要家１には費用が発生する。一方、第３の電力量を蓄電設備２２から電気負荷２に供給すれば、費用は発生しないが蓄電設備２２に蓄えた電力量を電力系統３０に供給した場合に得られる対価が得られない。

本実施形態は、第３の電力量を電力系統３０から受電する場合の費用と、第３の電力量を蓄電設備２２から供給した場合に可能性が失われる対価とを比較し、需要家１にとってより損失が少なくなるほうを選択する。すなわち、電力調整装置１０は、蓄電設備２２の電力を電力系統３０に供給する第１の状態と電気負荷２に給電する第２の状態とを選択する制御部１５と、第１の状態と第２の状態との選択による損得を判断する判断部１６とを備える。

判断部１６は、制御部１５が第１の状態を選択し蓄電設備２２から電力系統３０に第３の電力料の電力を供給した場合に受取可能である収益（第１の金額）と、電力系統３０から第３の電力量の電力を受電した場合に支払う費用（第２の金額）とを比較する。制御部１５は、判断部１６が、第１の金額が第２の金額以下であるときに、蓄電設備２２から電気負荷２に給電する第２の状態を選択する。要するに、制御部１５は、蓄電設備２２から電力系統３０に電力を供給する第１の状態を選択した場合に期待される第１の金額が、電力系統３０から受電する第２の状態を選択した場合に支払う第２の金額以下であるとき、第２の状態を選択する。第２の状態が選択されると、電気負荷２が消費する電力量は、蓄電設備２２の電力により充足される。

判断部１６の判断結果において、第１の金額が第２の金額を超えるときには、取引参加部１７が電気通信回線ＮＴを通して取引装置４０に応募する。すなわち、取引装置４０が募集している取引条件で、蓄電設備２２から第３の電力量の電力を電力系統３０に供給するほうが需要家１にとって利益が生じることが期待されるときには、取引参加部１７が取引に入札する。

取引装置４０は、取引条件に対する応募があると、応募に対応する蓄電設備２２が１台の場合には、当該蓄電設備２２を備える需要家１との約定を成立させる。一方、取引条件に対して複数の応募があると、取引装置４０は、取引参加部１７との間で対価を協議し、対価が妥当な金額になると、該当する取引条件に対する約定を成立させる。取引装置４０は、約定が成立したか否かの判断結果を、電気通信回線ＮＴを通して取引参加部１７に通知する。

取引参加部１７は、約定が成立したか否かの判断結果を取引装置４０から受け取り、約定が成立した場合には、蓄電設備２２から電力系統３０に電力を供給する第１の状態を選択するように制御部１５に指示する。この場合、需要家１は、蓄電設備２２から第３の電力量の電力を電力系統３０に供給することにより、電気事業者から対価を受け取ることが可能になる。一方、約定が成立しなければ、取引参加部１７は、蓄電設備２２の電力を電気負荷２に供給する第２の状態を選択するように制御部１５に指示する。

ところで、上述した第２の金額を見積もるために、太陽光発電設備２１が対象期間に発電する電力量を第１の予測部１１が予測し、電気負荷２が対象期間に消費する電力量を第２の予測部１２が予測している。第１の予測部１１および第２の予測部１２は、実測した電力量の時間経過に伴う推移を用いて対象期間における電力量を予測する。

そのため、太陽光発電設備２１が発電している電力量を計量する第１の計量装置３１１と、電気負荷２が消費している電力量を計量する第２の計量装置３１２とが設けられる。第１の計量装置３１１および第２の計量装置３１２は、比較的短い時間間隔（たとえば、３０秒、１分、５分などから選択される）で電力量を計量する。この電力量の１秒当たりの平均値を瞬時電力とみなしてもよい。

第１の予測部１１は第１の計量装置３１１から電力の推移を受け取り、太陽光発電設備２１が対象期間において発電する電力量を予測する。また、第２の予測部１２は第２の計量装置３１２から電力の推移を受け取り、電気負荷２が対象期間において消費する電力量を予測する。第１の計量装置３１１および第２の計量装置３１２で電力量を計量した期間が対象期間に近接している場合、第１の予測部１１および第２の予測部１２は、線形予測などの簡易な予測技術を用いて、対象期間において消費される電力量を推定可能である。

ただし、線形予測は、条件が大きく変化する場合には誤差が大きくなるから、第１の予測部１１および第２の予測部１２は、線形予測ではなく、電力量の時間経過に伴う推移を用いて対象期間における電力量を予測することが望ましい。

第１の予測部１１は、天候を予測する情報を取得する天候取得部１１１と、天候取得部１１１が取得した情報と太陽光発電設備が発電する電力の時間経過に伴う推移とを対応付けて記憶する第１の履歴記憶部１１２とを備える。さらに、第１の予測部１１は、第１の履歴記憶部１１２に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第１の分類部１１３を備える。

天候取得部１１１は、インターネットのような電気通信回線ＮＴを通して天候を予測する情報を取得することが望ましい。なお、天候取得部１１１は、過去の実際の天候に関する情報を取得できる場合には、予測される情報だけではなく、過去の実際の天候の情報も併せて取得するようにしてもよい。また、天候の情報は、少なくとも日射量、外気温の情報を含んでいることが望ましい。

第１の履歴記憶部１１２は、予測された天候の情報を、第１の計量装置３１１が計量した電力および時間帯の履歴に対応付けて記憶する。第１の履歴記憶部１１２に記憶されているデータにより、太陽光発電設備２１で実際に発電された電力の時間経過に伴う推移と、予測された天候の情報との関係が抽出可能になる。第１の分類部１１３は、第１の履歴記憶部１１２が記憶している情報を用いることにより、対象期間に対応した日々の時間帯ごとに電力の変化パターンを分類する。たとえば、１１：３０〜１２：００、１２：００〜１２：３０などの時間帯ごとに、電力の変化の傾向と天候の情報との関係が分類される。第１の予測部１１は、第１の計量装置３１１から受け取った電力の時間経過に伴う推移と、第１の分類部１１３が分類した変化パターンとを照合し、対象期間において太陽光発電設備２１が発電する電力を予測する。

第２の予測部１２は、電気負荷が消費する電力の時間経過に伴う推移を記憶する第２の履歴記憶部１２１と、第２の履歴記憶部に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第２の分類部１２２を備える。すなわち、第１の予測部１１は予測された天候の情報を取得する天候取得部１１１を備えるのに対して、第２の予測部１２は、天候に関する情報を用いない点で相違する。

第２の履歴記憶部１２１は、第２の計量装置３１２が計量した電力および時間帯の履歴に対応付けて記憶する。また、第２の分類部１２２は、第２の履歴記憶部１２１が記憶している情報を用いることにより、対象期間に対応した日々の時間帯ごとに電力の変化パターンを分類する。第２の予測部１２は、第２の計量装置３１２から受け取った電力の時間経過に伴う推移と、第２の分類部１２２が分類した変化パターンとを照合し、対象期間において電気負荷２が消費する電力量を予測する。

ところで、蓄電設備２２が電力系統３０に電力を供給する第１の状態を選択する場合、蓄電設備２２から第３の電力量を供給可能であることが保証されていなければならない。そのため、蓄電設備２２は、第１の電力量が第２の電力量に対して不足することが予測される対象期間の開始までに、残容量が第３の電力量を超えているように充電されていることが望ましい。つまり、電気負荷２が消費する電力量を太陽光発電設備２１の発電する電力量では充足できない対象期間が開始されるまでに、蓄電設備２２に設けられた蓄電池の残容量が第３の電力量を超えるように充電する。

ここに、電気負荷２が消費する電力量を太陽光発電設備２１の発電する電力量では充足できない対象期間は連続して生じる可能性があるから、必要な電力量を見積もって蓄電設備２２に蓄える電力量を決定する。加えて、蓄電設備２２に電力を蓄える際に太陽光発電設備２１が発電した電力を用いる場合には、充電に伴う費用は発生しないが、電力系統３０から受電した電力を蓄電設備２２に蓄える場合には、受電した電力量に対する対価も考慮する必要がある。

すなわち、太陽光発電設備２１が発電した電力のみで、必要な電力量を蓄電設備２２に蓄えることができる場合は、太陽光発電設備２１のみを用い、太陽光発電設備２１の発電では充足できない場合には、電力系統３０から受電した電力も併用する。この場合、電力系統３０から受電した電力量を第３の電力量に含めるようにし、買電費用算定部１３で費用を算定する。買電費用算定部１３で算定する費用は、受電時の買電単価を考慮して算定する。なお、買電費用算定部１３は、電力系統３０から受電した電力を蓄電設備２２に蓄える場合であっても、第３の電力量に含めないようにし、受電した電力量に対する対価は無視するようにルールを定めてもよい。

以下に取引装置４０について簡単に説明する。取引装置４０は、取引条件を登録するために、たとえば図２に示すような構成の情報記憶部（取引テーブル）を備える。図示する情報記憶部は、対象期間、単価、取引電力量の３種類のデータを組み合わせた取引条件を記憶している。単価と取引電力量とは対応付けられて対として情報記憶部に登録され、対象期間ごとに複数の対が登録可能になっている。言い換えると、情報記憶部は、対象期間ごとに、単価と取引電力量との対を複数ずつ登録するための複数（たとえば、１５あるいは３０）の記憶領域を備える。記憶領域は、すべてを埋める必要はなく、単価と取引電力量との対が登録されない対象期間が存在していてもよい。

図３では、３０分を単位とする対象期間を設定しており、図示例では、１日が４８個の対象期間に区分されている。また、図３では、上段が単価を示し、下段が取引電力量を示している。取引電力量は１時間当たり１０００ｋＷｈを単位とし、単価は円を単位として１ｋＷｈ当たりの価格を表している。したがって、下段の値は、３０分間については２分の１の数値になる。電力の取引を行うことを希望する参加者は、電力量と単価とを情報記憶部に登録する。

情報記憶部には、電力の買い取りを希望する参加者は、必要な電力量および単価を登録し、電力の売り渡しを希望する参加者は、供給可能な電力量と単価とを登録する。取引電力量は、買い取りの場合に正の値になり、売り渡しの場合に負の値になる。図３において、「▲」を付加した数値が負の値を表す。すなわち、「▲」が付加されている対象期間は逆潮流が可能であることを示している。

１つの対象期間に取引電力量と単価との対が複数登録される場合、買い取りを希望する参加者は、単価が高額になるほど取引電力量を減少するように対を設定し、売り渡しを希望する参加者は、単価が高額になるほど取引電力量を増加させるように対を設定する。すなわち、電力の買い手は、単価が高額になるほど買い取る電力量を少なくして費用を低減しようとし、電力の売り手は、単価が高額になるほど売り渡す電力量を多くして利益を増加させようとする。

取引装置４０は、電力取引への参加者ごとに割り当てた情報記憶部を備える。ここでは、簡単に説明するために、参加者は、Ａ、Ｂ、Ｃの３者であると仮定する。図４に示す例において、参加者Ａおよび参加者Ｂは、取引電力量が正の値であるから買い取りを希望しており、参加者Ｃは、取引電力量が負の値であるから売り渡しを希望している。また、図示例では、対象期間は１４：００〜１４：３０の３０分間のみを示している。

上述したように、電力の買い手は費用を低減しようとし、電力の売り手は利益を増加させようとする。したがって、情報記憶部に設定された取引電力量は、電力の買い手にとっては、対である単価以下の場合に買い取る電力量を意味し、電力の売り手にとっては、対である単価以上の場合に売り渡す電力量を意味する。

図示例では、電力の買い手は参加者Ａと参加者Ｂとであるから、取引電力量と単価との関係は、参加者Ａの情報記憶部と参加者Ｂの情報記憶部との値を用いて定められる。参加者Ａと参加者Ｂとを合わせた取引電力量と単価との関係は図５のようになる。

すなわち、単価が７．００円以下であれば、１時間当たりに買い取り可能である取引電力量は２８０００ｋＷｈであり、単価が７．００円を超え７．５０円以下であれば、１時間当たりに買い取り可能な取引電力量は２２０００ｋＷｈである。以下同様に、単価が７．５０円を超え８．１０円以下では、取引電力量は１３０００ｋＷｈ、単価が８．１０円を超え８．５０円以下では、取引電力量は７０００ｋＷｈ、単価が８．５０円を超え９．００円以下では、５０００ｋＷｈである。単価が９．００円を超えると、電力の買い取りは断念される。

一方、売り手である参加者Ｃは、単価が７．００円を超え７．２０円以下であれば、１時間当たりに売り渡し可能である取引電力量は７０００ｋＷｈまでである。同様に、単価が７．２０円を超え９．００円以下では、取引電力量は１２０００ｋＷｈまで、単価が９．００円を超えれば、取引電力量は２５０００ｋＷｈまでである。単価が７．００円以下の場合には、参加者Ｃは電力の売り渡しを行わない。

上述した関係をまとめると、買い手である参加者Ａおよび参加者Ｂが買い取る取引電力量に対する単価の関係と、売り手である参加者Ｃが売り渡す取引電力量に対する単価の関係とは、図６に示すように変化する。以下では、取引電力量と単価との関係を表すグラフのうち、買い手を表すグラフを需要線Ｌ１と呼び、売り手を表すグラフを供給線Ｌ２と呼ぶ。このグラフを用いると、買い手が要求する取引電力量と売り手が供給可能な取引電力量とが一致する点は、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２との交点Ｐ１で表される。すなわち、図６に示す関係では、約定が成立する取引電力量は１時間当たり１２０００ｋＷｈであり、このときの１ｋＷｈ当たりの単価は８．１０円である。

すなわち、参加者Ａ、参加者Ｂ、参加者Ｃの３者の間では、１４：００〜１４：３０の時間帯において、１時間当たり１２０００ｋＷｈの取引電力量を、１ｋＷｈ当たり８．１０円で売買するという約定が成立する。ここに、買い手である参加者Ａと参加者Ｂとが要求する取引電力量の合計は、１時間当たり１３０００ｋＷｈであって、参加者Ｃが売り渡し可能な電力量は１２０００ｋＷｈであるから、１０００ｋＷｈだけ不足しているが、この不足分は別途に調達される。

上述した取引例は一例であり、実際にはさらに多数の参加者が存在することが想定されるから、約定を成立させる組み合わせは、膨大な数になる可能性がある。そのため、確率的アルゴリズムあるいは遺伝的アルゴリズムのように、比較的良好な解を有限時間で求めることが可能なアルゴリズムによって、適切な組み合わせを抽出することが望ましい。

また、上述した例では、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２とが、ともに直線の組み合わせによる不連続線で表現されているが、滑らかに連続した曲線で表現されていてもよい。また、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２との関係は、買い手と売り手とのそれぞれの環境条件に応じて様々に設定される。ここでの環境条件は、買い手あるいは売り手の資金力、電力需要の緊急度などを意味する。

上述の例において、取引電力量が比較的大きい場合について説明しているが、戸建住宅のように、５ｋＷｈ程度の小規模の蓄電設備２２を備える需要家が電力の取引に参加する場合には、電力アグリゲータが複数の需要家の電力を一括して扱うことが望ましい。あるいはまた、上述のように買い手が買い取りを要求する取引電力量に対して売り手が引き渡し可能な取引電力量に不足が生じる場合に、不足分に充当する電力を小規模の蓄電設備２２から供給するようにしてもよい。

上述した構成例において、第１の予測部１１、第２の予測部１２、買電費用算定部１３、情報取得部１４、制御部１５、判断部１６、取引参加部１７は、需要家１に設けることが可能である。ただし、制御部１５を除く構成を需要家１とは別に設けるか、あるいは買電費用算定部１３、情報取得部１４、取引参加部１７を需要家１とは別に設けることも可能である。需要家１とは別に設けられる構成は、ウェブサーバあるいはクラウドコンピュータシステムに設けてもよい。この場合、需要家１に設けた構成と需要家１とは別に設けた構成との間で情報を伝送するために、通信インターフェイス部が設けられる。

なお、上述した実施形態において、電力の取引を希望する参加者が、電力量と単価とを取引装置４０の情報記憶部に登録しているが、電力値と単価とを情報記憶部に登録する構成でもよい。この場合、情報記憶部に登録された電力値は、対象期間において電力供給設備２０から単位時間に供給可能な電力を表す。上述した構成例では、蓄電設備２２は、需要家に据え置かれる構成を想定しているが、蓄電設備２２の蓄電池は、電動車両に搭載された蓄電池であってもよい。

上述した構成例は、対象期間において、蓄電設備２２の電力を電力系統３０に供給した場合に受取可能である収益が、電力系統３０から受電することにより支払う費用以下であるという条件の下に、蓄電設備２２から電気負荷２に電力を供給している。なお、蓄電設備２２の動作状態、および蓄電設備２２から電力を供給する場合の供給先を最終的に判断するには、他の条件が考慮される場合もある。

１ 需要家
２ 電気負荷
１０ 電力調整装置
１１ 第１の予測部
１２ 第２の予測部
１３ 買電費用算定部
１４ 情報取得部
１５ 制御部
１６ 判断部
１７ 取引参加部
２０ 電力供給設備
２１ 発電設備
２２ 蓄電設備
３０ 電力系統
４０ 取引装置
１１１ 天候取得部
１１２ 第１の履歴記憶部
１１３ 第１の分類部
１２１ 第２の履歴記憶部
１２２ 第２の分類部
３１１ 第１の計量装置
３１２ 第２の計量装置

Claims (7)

1. 需要家が備える電力供給設備から電気事業者の電力系統に電力を供給するか否かの取引を、取引装置との間で取引条件に従って行う電力調整装置であって、
   前記電力供給設備は、発電設備と、蓄電池を備えた蓄電設備とを含んでおり、
   前記発電設備が対象期間に発電する第１の電力を予測する第１の予測部と、
   前記需要家において電気負荷が前記対象期間に消費する第２の電力を予測する第２の予測部と、
   前記第１の予測部が予測した前記第１の電力が、前記第２の予測部が予測した前記第２の電力に対して不足する場合に、前記需要家が前記電力系統から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を算定する買電費用算定部と、
   前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に給電する第２の状態とを選択する制御部と、
   前記第１の状態が選択された場合に前記取引条件に応じて前記需要家が受取可能である第１の金額と、前記買電費用算定部が算定した費用である第２の金額とを比較する判断部とを備え、
   前記制御部は、前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額以下であるときに、前記第２の状態を選択する
   電力調整装置。
2. 前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額を超えるときに、前記取引装置に入札を行い、約定が成立したか否かの判断結果を前記取引装置から受け取る取引参加部をさらに備え、
   前記制御部は、前記約定が成立すると前記第１の状態を選択する
   請求項１記載の電力調整装置。
3. 前記蓄電設備は、前記第１の電力が前記第２の電力に対して不足することが予測される前記対象期間が開始されるまでに、残容量が前記第３の電力を超えているように充電される
   請求項１又は２記載の電力調整装置。
4. 前記第１の予測部は、
   前記発電設備が発電している電力を第１の計量装置から受け取り、前記第１の計量装置が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて前記対象期間において前記発電設備が発電する電力を予測し、
   前記第２の予測部は、
   前記需要家において前記電気負荷が消費している電力を第２の計量装置から受け取り、前記第２の計量装置が計量している電力の時間経過に伴う推移に基づいて前記対象期間において前記電気負荷が消費する電力を予測する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力調整装置。
5. 前記発電設備は太陽光発電設備であって、
   前記第１の予測部は、
   天候を予測する情報を取得する天候取得部と、
   前記天候取得部が取得した前記情報と前記太陽光発電設備が発電する電力の時間経過に伴う推移とを対応付けて記憶する第１の履歴記憶部と、
   前記第１の履歴記憶部に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第１の分類部とを備え、
   前記第１の計量装置から受け取った電力の時間経過に伴う推移と前記第１の分類部が分類した変化パターンとを照合することにより、前記対象期間において前記太陽光発電設備が発電する電力を予測し、
   前記第２の予測部は、
   前記電気負荷が消費する電力の時間経過に伴う推移を記憶する第２の履歴記憶部と、
   前記第２の履歴記憶部に記憶された電力の推移に基づいて電力の変化パターンを分類する第２の分類部とを備え、
   前記第２の計量装置から受け取った電力の時間経過に伴う推移と前記第２の分類部が分類した変化パターンとを照合することにより、前記対象期間において前記電気負荷が消費する電力を予測する
   請求項４記載の電力調整装置。
6. 需要家が備える電力供給設備から電気事業者の電力系統に電力を供給するか否かの取引を、取引装置との間で取引条件に従って行う電力調整方法であって、
   前記電力供給設備は、発電設備と、蓄電池を備えた蓄電設備とを含んでおり、
   前記発電設備が対象期間に発電する第１の電力を第１の予測部が予測し、
   前記需要家において電気負荷が前記対象期間に消費する第２の電力を第２の予測部が予測し、
   前記第１の予測部が予測した前記第１の電力が、前記第２の予測部が予測した前記第２の電力に対して不足する場合に、前記需要家が前記電力系統から不足分である第３の電力を受電することに対して支払う費用を買電費用算定部が算定し、
   前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態が選択された場合に前記取引条件に応じて前記需要家が受取可能である第１の金額と、前記買電費用算定部が算定した費用である第２の金額とを判断部が比較し、
   前記判断部の比較結果において、前記第１の金額が前記第２の金額以下であるときに、前記蓄電設備に蓄えた電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に給電する第２の状態を制御部が選択する
   電力調整方法。
7. コンピュータを、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力調整装置として機能させる
   プログラム。

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