JP6775360B2 - マイクログリッドの運転計画システムおよび方法 - Google Patents
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Description
マイクログリッドはエネルギー供給設備を有するエネルギーセンターと複数の需要家から成るサイトから構成される。マイクログリッドの規模が大きくなる場合は、複数のサイトから構成され、各サイトは配電系統または自営線で電力が相互融通される。各サイトのエネルギーセンターには、発電機または熱源機、さらに発電機と熱源機を組み合わせたコージェネレーションシステムが設置され、需要家に電力および熱(冷水、温水、蒸気)を供給している。また、マイクログリッドまたはサイト内には、再生可能エネルギー(PV、風力発電設備)や蓄電池が設置されている。
このような要請に対し、特許文献1ではマイクログリッド内の複数サイトの運転計画を実施する方法が開示されている。
図2に本実施例におけるAEMS11の構成例を示す。AEMS11は、一般的には計算機システムにより構成されており、入力部21、出力部22、表示部23、処理部24、電力融通調停部25、データ記憶部26などで構成されている。
図3に本実施例におけるEMS 10の構成例を示す。入力部13は、気象情報を取得する。運転計画演算部14は、入力情報およびデータ記憶部16に記憶された過去実績情報を用いてサイト内の発電機および熱源機の運転計画を行う。運転計画を立案後、表示部15で結果を表示し、出力部17でAEMSへ電力要求量および電力融通可能量を送信する。処理部12は各機能の処理を管理する。
図4にAEMSとEMSの処理フローの一実施例を示す。
EMSが、サイト内の再生可能エネルギー機器の発電予測および電力・熱の需要予測を実施する。電力需要予測から再エネ機器の発電量を差し引いた正味の電力需要を予測する。正味の電力需要予測結果と熱需要予測結果に基づき、発電機、熱源機、蓄電池および蓄熱槽の運転コスト最小化を目的とした最適運転計画を実施する。運転計画結果に基づき、電力需要の範囲内における各時間帯の単位出力毎の電力調達コスト(発電コストおよび商用系統からの買電コスト)、および電力需要の範囲外における各時間帯の単位出力毎の電力融通可能量とその発電コストを評価する。
次にEMSが、上記の電力需要の範囲内における電力調達コストの高い時間帯の電力量を、調達コスト付の電力要求量としてAEMSに送信する。
次にEMSが、上記の電力需要の範囲外の電力量を、発電コスト付の電力融通可能量としてAEMSに送信する。このとき、発電機および熱源機の起動特性や劣化特性を考慮するため、連続して同一の発電コストで融通可能な時間の情報を付加することも可能である。
次にAEMSが、各サイトのEMSから送信された電力要求量と電力融通可能量を集計し、電力要求量に対して電力融通可能量を割当てる電力融通の調停を行う。調停方法としては、卸電力取引所での電力取引で行うシングルプライスオークションやザラバ取引などの調停方式を用いる。
次にAEMSが、上記の電力融通の調停結果を各EMSに配信する。
ここで、電力融通の調停結果で更なる電力融通の可能性がある場合、AEMSはEMSに対して運転計画修正の要求を送信する。
次にEMSが、AEMSから配信された電力融通量に基づき発電計画を修正し、その計画に基づき熱源機の最適運転計画を実施する。
そしてEMSが、修正した発電機および熱源機の運転計画をAEMSに送信する。AEMSは、マイクログリッド内のエネルギーコストを評価する。
さらに、電力融通の可能性がある場合、以上の手順を繰返す。
[数1]
発電単価(¥/kWh)G(x) = A・Fg(x)/Pg(x) (1)
なお(1)式において、Aはガス単価[¥/kWh]、Fgは発電機ガス消費量[kW]、Pgは発電機出力[kW]、xは負荷率[−](出力/定格出力)である。
[数2]
コージェネのガス消費量 Fc(x) = Fm(x) - Fw(x) (2)
なお(2)式において、Fmはモノジェネ時のガス消費量[kW]、Fwはコージェネ排熱のガス消費量[kW]である。また、コージェネ排熱のガス消費量Fwは、次式で求められる。
[数3]
コージェネ排熱のガス消費量 Fw = W(x)/η (3)
なお(3)式において、Wは発電機の排熱量[kW]、ηはサイト内で発電機の排熱を代替するボイラの効率[−]である。これより、排熱が利用され、コージェネ運転が可能な最大負荷率をxaとすると、発電機のガス消費量は次式で表される。
[数4]
発電機のガス消費量 Fg(x) = Fm(x) - Fw(x) (0≦x≦xa)
= Fm(x) - Fw(xa) (xa<x≦1) (4)
(1)〜(4)式を実行するうえで、上記各値はサイトごとに予め得られているものとする。
対象とするマイクログリッドの構成を図6に示す。マイクログリッドは2つのサイトで構成される。サイトA、Bは発電機(ガスエンジン)4、排熱利用吸収冷凍機18、ガス焚きボイラ19から成るコージェネレーションシステムであり電力系統とガスエンジンから電力、排熱利用吸収冷凍機18から冷水9を需要家6に供給する。発電機4からの排熱7供給がない場合、ガス焚きボイラ19から排熱7としての蒸気を供給する。
サイトAの最適運転計画の実施例を図7に示す。電力需要は6時〜20時に発生しているのに対して、熱需要は0時〜18時で発生しており、電力需要と熱需要の時間帯にずれが生じている。また、10時〜14時で電力需要は最大発電出力を超えている。その結果、6時〜10時、10時〜14時の一部、14時〜18時では、発電コストの安いコジェネ(7\/kWh)で電力需要を賄っているが、10時〜14時の一部で調達コストの高い買電(15\/kWh)、18時〜20時で発電コストの高いモノジェネ(12\/kWh)で電力需要を賄っている。電力需要の範囲外で発電した場合、図7に示すように、白抜き部分はコージェネ(7\/kWh)、グレー部分はモノジェネ(12\/kWh)となる。
サイトAの電力要求量および電力融通可能量の実施例を図8に示す。電力要求量に関しては、10時〜14時で買電コスト(15\/kWh)より安い電力、18時〜20時でモノジェネの発電コスト(12\/kWh)より安い電力を要求する。一方、電力融通可能量に関しては、熱需要がある部分はコージェネ(7\/kWh)、熱需要がない部分はモノジェネ(12\/kWh)の発電コストの融通量を提示する。この際、発電機および熱源機の起動特性や劣化特性を考慮するため、連続して同一の発電コストで融通可能な時間の情報を付加することも可能である。
サイトBの最適運転計画の実施例を図9に示す。電力需要は2時〜18時に発生しているのに対して、熱需要は0時〜24時で発生しており、電力需要と熱需要の時間帯にずれが生じている。また、4時〜8時、14時〜18時で電力需要は最大発電出力を超えている。その結果、4時〜8時の一部、14時〜18時の一部で調達コストの高い買電(15\/kWh)、2時〜6時の一部で発電コストの高いモノジェネ(12\/kWh)で電力需要を賄っている。電力需要の範囲外で発電した場合、図9に示すように、白抜き部分はコージェネ(7\/kWh)、グレー部分はモノジェネ(12\/kWh)となる。
サイトBの電力要求量および電力融通可能量の実施例を図10に示す。電力要求量に関しては、2時〜6時でモノジェネの発電コスト(12\/kWh)より安い電力、4時〜8時および14時〜18時で買電コスト(15\/kWh)より安い電力を要求する。一方、電力融通可能量に関しては、熱需要がある部分はコージェネ(7\/kWh)、熱需要がない部分はモノジェネ(12\/kWh)の発電コストの融通量を提示する。
AEMSでは、各サイトのEMSから送信された電力要求量と電力融通可能量を集計し、電力要求量に対してコストの安い電力融通可能量を割当てる電力融通の調停を行う。電力融通の調停後の各サイトの電力調達量を図11に示す。サイトAおよびサイトBともに、他サイトからのコージェネ(7\/kWh)やモノジェネ(12\/kWh)による安い発電コストの電力量を融通された結果、図7や図9に比べて電力需要は低コストの電力で賄うことができる。
安い電力を購入、または電力取引価格の高い時間帯に安い発電を行えるように、蓄電池や蓄熱槽を活用したり、空調需要や生産計画の変更によるデマンドレスポンスを行うために、AEMSとEMSの間で運転計画の処理を繰返すことも可能である。
Claims (10)
- 複数サイトを有するマイクログリッドにおいて、前記複数サイトを管理するAEMSと各サイトをそれぞれ管理するEMSの2階層構成を備え、
AEMSは、
各サイトのEMSから、調達コスト付の電力要求量と発電コスト付の電力融通可能量とを取得する入力部と、
前記電力要求量に対して前記調達コストよりも安い前記発電コストの前記電力融通可能量を割り当てて、各サイト間の電力融通量を決定する調停を行う電力融通調停部と、
前記電力融通量の調停結果に基づきマイクログリッド内のエネルギーコストを低減する各サイトの運転計画を出力する出力部とを備えることを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項1に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
EMSは、発電コストと連続して電力融通可能な時間の情報を付加した電力融通可能量と、電力の調達コスト情報を付加した電力要求量を、サイト間の電力融通量を調停するAEMSに送信する出力部を備えることを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項2に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、発電機の発電コストは、各発電機から回収した排熱のコストを減じて評価することを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。
- 請求項3に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
AEMSの電力融通の調停において、各サイトから要求された時間毎の単位電力量に対して、単位電力量の割当てが不足し、かつ、前記サイトの少なくとも1つが蓄熱槽を有する場合、前記蓄熱槽を有するサイトの熱需要を増加させることを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項3に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
AEMSの電力融通の調停において、各サイトから要求された時間毎の単位電力量に対して、単位電力量の割当てが不足する場合、各サイト内の工場の生産計画を変更して熱需要を増加させることを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項1に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
蓄熱槽を有するサイトの熱需要を増加する、または蓄電池を有するサイトの電力を放電するように前記運転計画を修正することを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項1に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
空調需要又はサイト内の工場の生産計画の変更を含むデマンドレスポンスに基づいて、前記運転計画を修正することを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 請求項1に記載のマイクログリッドの運転計画システムにおいて、
AEMSは、前記電力要求量に基づく購入電力の入札と、前記電力融通可能量に基づく販売電力の入札とによる卸電力取引により電力融通量の取引を調停することを特徴とするマイクログリッドの運転計画システム。 - 複数サイトを有するマイクログリッドにおいて、前記複数サイトを管理するAEMSと各サイトをそれぞれ管理するEMSの2階層で構成され、
AEMSは、
各サイトのEMSから調達コスト付の電力要求量と発電コスト付の電力融通可能量とを取得し、
前記電力要求量に対して前記調達コストよりも安い前記発電コストの前記電力融通可能量を割り当てて、各サイト間の電力融通量を決定する調停を行い、
前記電力融通量の調停結果に基づきマイクログリッド内のエネルギーコストを低減する各サイトの運転計画を出力することを特徴とするマイクログリッドの運転計画方法。 - 請求項9に記載のマイクログリッドの運転計画方法において、
EMSは、発電コストと連続して電力融通可能な時間の情報を付加した電力融通可能量と、電力の調達コスト情報を付加した電力要求量を、サイト間の電力融通量を調停するAEMSに提示することを特徴とするマイクログリッドの運転計画方法。
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