JP7378251B2 - 制御装置、エネルギー管理システム、エネルギー管理方法及びプログラム - Google Patents

制御装置、エネルギー管理システム、エネルギー管理方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、エネルギー管理システム、エネルギー管理方法及びプログラムに関する。
住宅に設置された発電設備による翌日の余剰電力を予測し、予測した余剰電力に応じて給湯機のわき上げ運転を制御する給湯システムが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０１３－１４８２８７号公報
また、近年、電気自動車の需要が高まり、電気自動車に登載される蓄電池を余剰電力によって充電する技術も広く知られている。しかしながら、このような余剰電力を活用した蓄電池等の蓄電機器の充電に加え、上記のように余剰電力を活用した給湯機等の蓄熱機器を動作させる場合、急な買電の発生等により蓄電機器の放電が余儀なくされ、ユーザが設定した残容量の下限値を下回ってしまい、電気自動車の随時の利用が妨げられるという懸念がある。
一方、給湯機のように圧縮機を備える蓄熱機器は、例えば、始動と停止を頻繁に繰り返すと、製品寿命が短くなるというリスクがあり、安易に動作計画を作成できないという問題がある。
本発明は、上記問題を解決するためのなされたものであり、蓄電機器の残容量を下限残容量以上に維持できると共に、余剰電力を活用した蓄熱機器の蓄熱動作を低リスク且つ効率的に実施することが可能となる制御装置等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る制御装置は、
住宅に設置され、自然エネルギーによって発電する発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段と、
前記住宅における消費電力を予測する消費電力予測手段と、
前記予測された発電電力と、前記予測された消費電力と、前記住宅に設置される蓄電機器と蓄熱機器の各々に付与されている各機器の動作特性に基づく優先順位と、予め定めた前記蓄電機器の下限残容量とに基づいて、予め定めた対象時間帯において、前記各機器を余剰電力を活用して動作させるための動作計画を作成する計画作成手段と、を備え、
前記計画作成手段は、前記対象時間帯において、前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、当該時間帯より後に前記蓄熱機器が余剰電力で動作するように前記動作計画を再作成する。
本発明によれば、蓄電機器の残容量を下限残容量以上に維持できると共に、余剰電力を活用した蓄熱機器の蓄熱動作を低リスク且つ効率的に実施することが可能となる。
本発明の実施の形態に係るエネルギー管理システムの全体構成を示す図 本実施の形態の給湯機が備えるヒートポンプユニットのハードウェア構成を示すブロック図 本実施の形態の情報収集ユニットのハードウェア構成を示すブロック図 本実施の形態のクラウドサーバのハードウェア構成を示すブロック図 本実施の形態において、給湯機が備える給湯コントローラ、ＥＶ－ＰＣＳ及び情報収集ユニットの各機能構成を示すブロック図 本実施の形態のクラウドサーバの機能構成を示すブロック図 本実施の形態に係るエネルギー管理システムが実行する余剰活用処理の流れを示す図 本実施の形態の蓄エネルギー計画処理の手順を示すフローチャート 本実施の形態における余剰活用処理の効果を説明するための図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るエネルギー管理システム１の全体構成を示す図である。エネルギー管理システム１は、住宅Ｈにおいて使用される電力の管理を行うシステムである。エネルギー管理システム１は、エネルギー計測ユニット２と、発電設備３と、給湯機４と、ＥＶ－ＰＣＳ５と、情報収集ユニット６と、クラウドサーバ７と、気象サーバ８とを備える。
図１に示すように、住宅Ｈには、電力線ＰＬ１～ＰＬ４，ＰＬ５ａ，ＰＬ５ｂ，…が配設されている。電力線ＰＬ１は、商用電力系統９と分電盤１０との間に配設され、電力線ＰＬ２は、発電設備３と分電盤１０との間に配設され、電力線ＰＬ３は、分電盤１０と給湯機４との間に配設され、電力線ＰＬ４は、分電盤１０とＥＶ－ＰＣＳ５との間に配設されている。また、電力線ＰＬ５ａ，ＰＬ５ｂ，…が、それぞれ分電盤１０と機器１１ａ，１１ｂ，…との間に配設されている。機器１１ａ，１１ｂ，…は、当該住宅Ｈにおいて電力を消費する、例えば、エアコン、照明器、床暖房システム、冷蔵庫、ＩＨ（Induction Heating）調理器、テレビ等の電気機器である。
＜エネルギー計測ユニット２＞
エネルギー計測ユニット２は、電力線ＰＬ１～ＰＬ３のそれぞれを介して送電される電力を計測する。エネルギー計測ユニット２は、電力線ＰＬ１～ＰＬ３のそれぞれに接続される、何れも図示しないＶＴ（Voltage Transformer）とＣＴ（Current Transformer）とにより、線間電圧と相電流とを計測する。そして、エネルギー計測ユニット２は、各計測値をマイコン（図示せず）で演算することで、電力線ＰＬ１～ＰＬ３のそれぞれにおける瞬時電力と、予め設定された時間に亘って積算した積算電力とを計測する。
電力線ＰＬ１における電力は、商用電力系統９から供給された電力、即ち、電力供給事業者から買った電力（以下、買電電力という。）を示す。電力線ＰＬ２における電力は、発電設備３から出力される電力（以下、発電電力と称する。）を示す。電力線ＰＬ３における電力は、給湯機４の消費電力を示す。
エネルギー計測ユニット２は、無線通信インタフェースを備え、住宅Ｈに構築された無線ネットワーク（以下、宅内ネットワークという。）を介して、情報収集ユニット６と通信可能に接続される。宅内ネットワークは、例えば、エコーネットライト（ECHONET Lite）に準じたネットワークである。なお、エネルギー計測ユニット２は、外付けの通信アダプタ（図示せず）を介して、宅内ネットワークに接続されてもよい。
エネルギー計測ユニット２は、情報収集ユニット６からの要求に応答して、現在時刻（計測時刻を意味する。）と、電力線ＰＬ１～ＰＬ３の計測値とが格納された電力情報を情報収集ユニット６に送信する。各計測値には、瞬時電力と積算電力の値が含まれている。なお、エネルギー計測ユニット２は、電力情報を自発的に一定の時間間隔（例えば、１分間隔）で情報収集ユニット６に送信してもよい。
＜発電設備３＞
発電設備３は、本発明に係る発電設備の一例である。発電設備３は、ＰＶ（photovoltaic）パネル３０と、パワーコンディショニングシステムであるＰＶ－ＰＣＳ３１とを備えた太陽光発電設備である。ＰＶパネル３０は、例えば多結晶シリコン型のソーラパネルであり、住宅Ｈの屋根の上に設置され、自然エネルギーである太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電する。ＰＶ－ＰＣＳ３１は、ＰＶパネル３０の発電により生じた直流電力を交流電力に規定の変換効率で変換することで、発電電力を生成し、電力線ＰＬ２を介して、分電盤１０に供給する。
＜給湯機４＞
給湯機４は、本発明に係る蓄熱機器の一例である。給湯機４は、ヒートポンプユニット４０とタンクユニット４１とを備える貯湯式の給湯機である。ヒートポンプユニット４０とタンクユニット４１とは、湯水が流れる水配管４２で接続されている。給湯機４は、分電盤１０により分岐された電力線ＰＬ３を介して商用電力系統９と電気的に接続され、電力の供給を受ける。
ヒートポンプユニット４０は、ＣＯ２（二酸化炭素）又はＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を冷媒として用いたヒートポンプ式の熱源器である。ヒートポンプユニット４０は、周辺の空気を熱源として、貯湯タンク４１０内の低温水を高温水にわき上げる。図２に示すように、ヒートポンプユニット４０は、圧縮機４００と、第１熱交換器４０１と、膨張弁４０２と、第２熱交換器４０３と、送風機４０４とを備える。
圧縮機４００と、第１熱交換器４０１と、膨張弁４０２と、第２熱交換器４０３とは、冷媒配管４０５により環状に接続される。これにより、冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。冷媒回路は、ヒートポンプ又は冷凍サイクルともいう。水配管４２は、貯湯タンク４１０の下部を起点に、循環ポンプ４２０及び第１熱交換器４０１を経て貯湯タンク４１０の上部に戻るように配設されている。これにより、湯水が循環するわき上げ回路が形成されている。
圧縮機４００は、冷媒を圧縮して温度及び圧力を上昇させる。圧縮機４００は、駆動周波数に応じて、単位当たりの送り出し量である容量を変化させることができるインバータ回路を備える。圧縮機４００は、タンクユニット４１（詳細には、給湯コントローラ４４０）からの指示に従って上記の容量を変更する。
第１熱交換器４０１は、市水を目標のわき上げ温度まで昇温加熱するための加熱源である。わき上げ温度は、貯湯温度ともいう。第１熱交換器４０１は、プレート式、二重管式等の熱交換器であり、冷媒配管４０５を循環する冷媒と貯湯タンク４１０から送られてきた水との間で熱交換を行う。第１熱交換器４０１における熱交換により、冷媒は放熱して温度が下降し、水は吸熱して温度が上昇する。
膨張弁４０２は、冷媒を膨張させて温度及び圧力を下降させる。膨張弁４０２は、圧縮機４００が備える図示しないマイコンと図示しない通信線を介して通信可能に接続され、当該マイコンからの指示に従って弁開度を変更する。
第２熱交換器４０３は、送風機４０４により送られてきた、即ち、取り込まれた外気と冷媒との間で熱交換を行う。第２熱交換器４０３における熱交換により冷媒は吸熱して温度が上昇し、取り込まれた外気は放熱して温度が下降する。送風機４０４は、圧縮機４００が備える上記のマイコンと図示しない通信線を介して通信可能に接続され、当該マイコンからの指示に従って回転数を変更する。
図１に戻り、タンクユニット４１は、貯湯タンク４１０と、循環ポンプ４２０と、混合弁４３０と、給湯コントローラ４４０とを備える。これらの構成部品は、金属製の外装ケースに収められている。貯湯タンク４１０は、ステンレス等の金属、樹脂等で形成されている。貯湯タンク４１０の外側には断熱材が配置されている。これにより、貯湯タンク４１０内で、高温の湯を長時間に亘って保温することができる。
循環ポンプ４２０は、貯湯タンク４１０の下部からの低温水をヒートポンプユニット４０へ搬送する。循環ポンプ４２０は、インバータ回路を備え、給湯コントローラ４４０から指示される制御値に従って駆動回転数を変更することにより、搬送する水の流量を変化させる。
混合弁４３０は、シャワー４３、蛇口４４等の給湯端末に供給される高温水が、ユーザが所望する温度となるように、貯湯タンク４１０上部の高温水と市水とを混合するために設けられている。
給湯コントローラ４４０は、何れも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、通信インタフェースと、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリで構成される二次記憶装置とを備え、給湯機４を統括的に制御する。
給湯コントローラ４４０は、タンクユニット４１に設けられた、制御に必要な情報を計測する複数のセンサ（図示せず）と通信線を介して通信可能に接続し、これらの計測値を定期的に取得する。これらのセンサには、例えば、出湯する湯量を計測する流量センサ、出湯する湯の温度を計測する出湯温度センサ、貯湯タンク４１０内の高さ方向にほぼ等間隔で配置された貯湯温度を計測する複数の貯湯温度センサ等が含まれる。なお、貯湯量は、これらの貯湯温度センサの計測値に基づいて導出される。
また、給湯コントローラ４４０は、循環ポンプ４２０と図示しない通信線を介して通信可能に接続し、搬送する水の流量を調整するための制御値を循環ポンプ４２０に送信する。また、給湯コントローラ４４０は、ヒートポンプユニット４０の圧縮機４００と図示しない通信線を介して通信可能に接続し、ヒートポンプユニット４０に動作に関する指示を与えると共に、ヒートポンプユニット４０の状態を取得する。ヒートポンプユニット４０の状態には、圧縮機４００を含む各構成部の動作状態、ヒートポンプユニット４０が備える各種センサの計測値等が含まれる。
また、給湯コントローラ４４０は、図示しない専用リモコンと有線又は無線にて通信可能に接続され、ユーザは、当該専用リモコンを介して、わき上げ、浴槽への湯張り、追焚き等の運転の開始又は停止の指示を給湯機４に与えることができる。なお、スマートフォン、タブレット端末等の図示しない操作端末を介したユーザの操作により、上記の指示が給湯機４に与えられるようにしてもよい。
さらに、給湯コントローラ４４０は、前述した宅内ネットワークを介して情報収集ユニット６と無線通信する。給湯コントローラ４４０の機能の詳細については後述する。なお、給湯コントローラ４４０が、外付けの通信アダプタ（図示せず）を介して、宅内ネットワークに接続される構成であってもよい。
＜ＥＶ－ＰＣＳ５＞
ＥＶ－ＰＣＳ５は、ＥＶ（電気自動車）１２用のパワーコンディショニングシステムであり、ＥＶ１２に搭載されている蓄電池１２０の充電及び放電の制御を行う。蓄電池１２０は、本発明に係る蓄電機器の一例である。ＥＶ－ＰＣＳ５は、何れも図示しないが、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、通信インタフェースと、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリで構成される二次記憶装置とを備える。
ＥＶ－ＰＣＳ５には、商用電源系統９からの電力（即ち、買電電力）が、電力線ＰＬ１、分電盤１０及び電力線ＰＬ４を介して供給され、ＰＶ－ＰＣＳ３１からの電力（即ち、発電電力）が、電力線ＰＬ２、分電盤１０及び電力線ＰＬ４を介して供給される。ＥＶ－ＰＣＳ５は、蓄電池１２０の充電時には、商用電源系統９及び／又はＰＶ－ＰＣＳ３１からの電力を蓄電池１２０に供給する。また、ＥＶ－ＰＣＳ５は、蓄電池１２０の放電時には、蓄電池１２０からの電力を電力線ＰＬ４を介して分電盤１０に供給する。
ＥＶ－ＰＣＳ５は、前述の宅内ネットワークを介して、情報収集ユニット６と無線通信し、情報収集ユニット６からの要求に応答して、現在時刻と、充電電力又は放電電力の値と、蓄電池１２０の残容量（即ち、蓄電量）とが格納された蓄電池状態情報を情報収集ユニット６に送信する。なお、ＥＶ－ＰＣＳ５は、蓄電池状態情報を自発的に一定の時間間隔（例えば、１分間隔）で情報収集ユニット６に送信してもよい。
＜情報収集ユニット６＞
情報収集ユニット６は、エネルギー計測ユニット２及びＥＶ－ＰＣＳ５から、前述した電力情報及び蓄電池状態情報を通信により取得し、取得した電力情報及び蓄電池状態情報をクラウドサーバ７に送信すると共に、クラウドサーバ７から通信により取得した情報をＥＶ－ＰＣＳ５及び給湯コントローラ４４０に送信する機器である。情報収集ユニット６は、一例として、住宅Ｈで使用される電力の管理を行うＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラである。
図３に示すように、情報収集ユニット６は、通信インタフェース６０と、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、二次記憶装置６４とを備える。これらの構成部は、バス６５を介して相互に接続される。通信インタフェース６０は、宅内ネットワークを介して、エネルギー計測ユニット２、給湯コントローラ４４０及びＥＶ－ＰＣＳ５と無線通信するためのネットワークカードと、インターネットに接続してクラウドサーバ７等の他の装置と通信するためのネットワークカードとを備える。
ＣＰＵ６１は、情報収集ユニット６を統括的に制御する。ＲＯＭ６２は、複数のファームウェア及びこれらのファームウェアの実行時に使用されるデータを記憶する。ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１の作業領域として使用される。
二次記憶装置６４は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んで構成される。二次記憶装置６４は、電力情報、蓄電池状態情報等の情報の収集に係るプログラム（以下、情報収集プログラム）を含む複数のプログラムと、各プログラムの実行時に使用されるデータとを記憶する。情報収集ユニット６の機能の詳細については後述する。
＜クラウドサーバ７＞
クラウドサーバ７は、本発明に係る制御装置の一例である。クラウドサーバ７は、給湯機４、ＥＶ－ＰＣＳ５又は情報収集ユニット６のメーカ又は販売会社によって設置され、運用されるサーバコンピュータであり、インターネットに接続される。クラウドサーバ７は、図４に示すように、通信インタフェース７０と、ＣＰＵ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、二次記憶装置７４とを備える。これらの構成部は、バス７５を介して相互に接続される。
通信インタフェース７０は、インターネットに接続して他の装置と通信するためのインタフェースである。ＣＰＵ７１は、クラウドサーバ７を統括的に制御する。ＲＯＭ７２は、複数のファームウェア及びこれらのファームウェアの実行時に使用されるデータを記憶する。ＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１の作業領域として使用される。
二次記憶装置７４は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ、ＨＤＤ等で構成される記憶装置である。二次記憶装置７４には、住宅Ｈにおいて、発電設備３による余剰電力を活用して蓄電及び蓄熱を行えるようにするためのプログラム（以下、余剰活用プログラムという。）を含む各種のプログラムと、これらのプログラムの実行時に使用されるデータとが記憶される。クラウドサーバ７の機能の詳細については後述する。
＜気象サーバ８＞
気象サーバ８は、気象庁、気象事業者等によって設置され、運用されるサーバコンピュータであり、インターネットに接続され、気象情報を一般に利用可能に提供する。気象サーバ８は、クラウドサーバ７とインターネットを介して通信可能に接続され、インターネットを介してクラウドサーバ８に気象情報を配信する。気象情報には、住宅Ｈを含む地域における天気、日射量、日照時間、気温等の予報である気象予報が含まれている。
続いて、給湯機４の給湯コントローラ４４０、ＥＶ－ＰＣＳ５及び情報収集ユニット６の各機能について詳細に説明する。図５は、給湯コントローラ４４０、ＥＶ－ＰＣＳ５及び情報収集ユニット６の機能構成を示すブロック図である。図５に示すように、給湯コントローラ４４０は、時間帯情報取得部４４１と、わき上げ計画作成部４４２と、運転制御部４４３とを備える。給湯コントローラ４４０のこれらの機能部は、給湯コントローラ４４０のＣＰＵが、給湯コントローラ４４０の二次記憶装置に記憶されている給湯制御プログラムを実行することで実現される。
ＥＶ－ＰＣＳ５は、蓄電池状態情報送信部５００と、充放電計画取得部５０１と、充放電制御部５０２とを備える。ＥＶ－ＰＣＳ５のこれらの機能部は、ＥＶ－ＰＣＳ５のＣＰＵが、ＥＶ－ＰＣＳ５の二次記憶装置に記憶されている充放電制御プログラムを実行することで実現される。
情報収集ユニット６は、宅内情報収集部６００と、宅内情報送信部６０１と、計画情報受信部６０２と、充放電計画送信部６０３と、時間帯情報送信部６０４とを備える。情報収集ユニット６のこれらの機能部は、ＣＰＵ６１が二次記憶装置６４に記憶されている上述した情報収集プログラムを実行することで実現される。
情報収集ユニット６において、宅内情報収集部６００は、定期的（例えば、１分毎）に、住宅Ｈの電力状況に関する宅内情報を収集する。詳細には、宅内情報収集部６００は、定期的にエネルギー計測ユニット２に対して、電力情報の通知を要求するデータを送信し、かかるデータに応答してエネルギー計測ユニット２から送信された電力情報を受信して取得する。上述したように、電力情報には、現在時刻と、当該住宅Ｈにおける、買電電力の計測値と、発電電力の計測値と、給湯機４の消費電力の計測値とが格納されている。
また、宅内情報収集部６００は、定期的にＥＶ－ＰＣＳ５に対して、蓄電池状態情報の通知を要求するデータを送信する。ＥＶ－ＰＣＳ５の蓄電池状態情報送信部５００は、かかるデータを受信すると、現在時刻と、充電電力又は放電電力の値と、蓄電池１２０の残容量とが格納された蓄電池状態情報を情報収集ユニット６に送信する。宅内情報収集部６００は、ＥＶ－ＰＣＳ５から送信された蓄電池状態情報を受信して取得する。宅内情報収集部６００は、それぞれ取得した電力情報及び蓄電池状態情報を宅内情報送信部６０１に供給する。
宅内情報送信部６０１は、クラウドサーバ７からの要求に応答して、電力情報をクラウドサーバ７に送信する。また、宅内情報送信部６０１は、クラウドサーバ７からの要求に応答して、蓄電池状態情報をクラウドサーバ７に送信する。なお、宅内情報送信部６０１は、電力情報及び蓄電池状態情報を自発的に一定の時間間隔（例えば、１分間隔）でクラウドサーバ７に送信してもよい。
情報収集ユニット６の計画情報受信部６０２は、クラウドサーバ７から送信された計画情報を受信して取得する。計画情報には、詳細については後述する、充放電計画と時間帯情報とが格納されている。計画情報受信部６０２は、取得した計画情報から充放電計画と、時間帯情報とを抽出し、充放電計画を充放電計画送信部６０３に供給し、時間帯情報を時間帯情報送信部６０４に供給する。
情報収集ユニット６の充放電計画送信部６０３は、計画情報受信部６０２から供給された充放電計画をＥＶ－ＰＣＳ５に送信する。また、時間帯情報送信部６０４は、計画情報受信部６０２から供給された時間帯情報を給湯コントローラ４４０に送信する。
ＥＶ－ＰＣＳ５の充放電計画取得部５０１は、情報収集ユニット６から送信された充放電計画を受信して取得し、取得した充放電計画を充放電制御部５０２に供給する。充放電制御部５０２は、充放電計画取得部５０１から供給された充放電計画に基づいて蓄電池１２０の充放電を制御する。充放電計画には、昼間時間帯（電気料金が安くなる、いわゆる深夜時間帯と称される時間帯の終了時刻（例えば、７時）から日没時刻（例えば、１８時）までの時間帯）における予め定めた時間（例えば３０分）毎の蓄電池１２０の目標残容量が設定されている。
また、給湯コントローラ４４０の時間帯情報取得部４４１は、情報収集ユニット６から送信された時間帯情報を受信して取得し、取得した時間帯情報をわき上げ計画作成部４４２に供給する。わき上げ計画作成部４４２は、時間帯情報取得部４４１から供給された時間帯情報と、ユーザにより予め設定された情報等とに基づいて、夜間のわき上げスケジュールと、昼間のわき上げスケジュールとを作成する。夜間のわき上げスケジュールとは、上記の深夜時間帯（例えば、２３時～翌日の７時）のわき上げ運転に関するスケジュールであり、昼間のわき上げスケジュールとは、上記の昼間時間帯のわき上げ運転に関するスケジュールである。時間帯情報には、余剰電力で給湯機４のわき上げ運転が可能な時間帯の開始時刻と終了時刻とが格納されている。
運転制御部４４３は、わき上げ計画作成部４４２により作成された、夜間のわき上げスケジュールと、昼間のわき上げスケジュールとに則って給湯機４によるわき上げ運転を制御する。
続いて、クラウドサーバ７の機能について詳細に説明する。図６は、クラウドサーバ７の機能構成を示すブロック図である。図６に示すように、クラウドサーバ７は、電力情報取得部７００と、蓄電池状態情報取得部７０１と、気象情報取得部７０２と、発電電力予測部７０３と、消費電力予測部７０４と、動作計画部７０５と、計画情報送信部７０６とを備える。これらの機能部は、ＣＰＵ７１が、二次記憶装置７４に記憶されている上述した余剰活用プログラムを実行することで実現される。
電力情報取得部７００は、定期的（例えば、１分毎）に住宅Ｈの情報収集ユニット６から電力情報を取得する。詳細には、電力情報取得部７００は、定期的に情報収集ユニット６に対して、電力情報の通知を要求するデータを送信し、かかるデータに応答して情報収集ユニット６から送信された電力情報を受信することで取得する。上述したように、電力情報には、住宅Ｈにおける、買電電力の計測値と、発電電力の計測値と、給湯機４の消費電力の計測値とが格納されている。電力情報取得部７００は、取得した電力情報を顧客ＤＢ７４０に格納する。
顧客ＤＢ７４０は、ユーザ登録を行ったユーザ（即ち、顧客）に対して、余剰活用サービスを提供するための各種の情報を管理するためのデータベースであり、二次記憶装置７４に記憶される。
蓄電池状態情報取得部７０１は、定期的（例えば、１分毎）に住宅Ｈの情報収集ユニット６から蓄電池状態情報を取得する。詳細には、蓄電池状態情報取得部７０１は、定期的に情報収集ユニット６に対して、蓄電池状態情報の通知を要求するデータを送信し、かかるデータに応答して情報収集ユニット６から送信された蓄電池状態情報を受信することで取得する。上述したように、蓄電池状態情報には、充電電力又は放電電力の値と、蓄電池１２０の残容量とが格納されている。蓄電池状態情報取得部７０１は、取得した蓄電池状態情報を顧客ＤＢ７４０に格納する。
気象情報取得部７０２は、気象サーバ８から定期的に翌日の気象予報が含まれる気象情報を取得する。詳細には、気象情報取得部７０２は、毎日１７時になると、気象サーバ８に対して、気象情報の通知を要求するデータを送信し、かかるデータに応答して気象サーバ８から送信された気象情報を受信して取得する。気象情報取得部７０２は、取得した気象情報を顧客ＤＢ７４０に格納する。
顧客ＤＢ７４０には、顧客毎に、予め定めた期間（例えば、１年）分の電力情報、蓄電池状態情報及び気象情報の履歴が保存される。また、顧客ＤＢ７４０には、設定情報が登録されている。設定情報とは、当該余剰活用サービスを受けるためのアプリケーションプログラムがインストールされた操作端末を介したユーザの操作により設定される情報である。設定情報には、蓄電池１２０における、定格容量、残容量の下限値（以下、下限残容量という。）、目標残容量、ＥＶの使用スケジュール等が含まれる。目標残容量とは、深夜時間帯の終了時刻（例えば、午前７時）において、蓄電池１２０が蓄えておくべき目標の残容量を意味する。
発電電力予測部７０３は、本発明に係る発電電力予測手段の一例である。発電電力予測部７０３は、予め定めた時刻（例えば、２０時３０分）になると、住宅Ｈの発電設備３の翌日の昼間時間帯における発電電力の推移を予測する。詳細には、発電電力予測部７０３は、過去の気象情報及び発電電力に基づいて、発電予測モデルを作成する。発電予測モデルは、発電電力を予測するためのモデルであって、本日以前の過去の予め定めた対象期間（例えば、２週間～１ヶ月等）分の発電電力の計測値を時刻（例えば、１分単位で示される時刻）及び天気でグループ化し、各グループにおいて、発電電力を平均化したモデルである。
具体的には、発電電力予測部７０３は、過去の上記対象期間における気象情報を参照して、その対象期間における各時刻の発電電力の計測値を、晴れ、曇り、雨等のような天気別にグループ化し、各グループにおける発電電力の計測値の平均値を算出する。そして、発電電力予測部７０３は、算出した発電電力の計測値の平均値を、各時刻及び天気に対応付けることによって、発電予測モデルを作成する。
発電電力予測部７０３は、最新の気象情報から、住宅Ｈを含む地域における翌日の天気を取得する。そして、発電電力予測部７０３は、発電予測モデルを参照して、翌日の天気に対応する各時刻の発電電力の計測値の平均値を、翌日の各時刻における発電電力の予測値とする。このようにして、発電電力予測部７０３は、発電設備３の翌日の昼間時間帯における発電電力の推移を予測する。
消費電力予測部７０４は、本発明に係る消費電力予測手段の一例である。消費電力予測部７０４は、予め定めた時刻（例えば、２０時３０分）になると、住宅Ｈの翌日の昼間時間帯における機器消費電力の推移を予測する。機器消費電力とは、住宅Ｈで消費される総消費電力から、給湯機４の消費電力と、蓄電池１２０の充電電力とを除いた電力、即ち、機器１１ａ，１１ｂ，…の消費電力の総計を意味する。詳細には、消費電力予測部７０４は、本日以前の過去の予め定めた対象期間（例えば、１５日）における各時刻（例えば、１分単位で示される時刻）の機器消費電力の最大値をピックアップすることで、住宅Ｈの翌日の昼間時間帯における機器消費電力の推移を予測する。
動作計画部７０５は、本発明に係る計画作成手段の一例である。動作計画部７０５は、発電電力予測部７０３により予測された発電電力の推移と、消費電力予測部７０４により予測された機器消費電力の推移と、設定情報とに基づいて、昼間時間帯における蓄エネルギー機器の動作計画、即ち、蓄電池１２０の充放電計画と、給湯機４のわき上げ計画とを作成する。昼間時間帯は、本発明に係る対象時間帯の一例である。
先ず、動作計画部７０５は、蓄電池１２０と給湯機４の内、優先順位の高い方から順に、その動作計画を作成する。優先順位は、当該蓄エネルギー機器の動作特性に基づいて定められる。詳細には、その動作においてより制限が厳しい方の蓄エネルギー機器に対して、より高い優先順位が付与される。例えば、給湯機４では、ヒートポンプユニット４０の圧縮機４００は、始動と停止を頻繁に繰り返すと製品寿命が低減するというリスクがあるが、蓄電池１２０では、充電の始動と停止、放電の始動と停止、充電と放電の切り替え等を頻繁に行っても問題は生じない。このため、本実施の形態では、給湯機４に対して、蓄電池１２０より高い優先順位が付与される。
動作計画部７０５は、翌日の発電電力の推移と、翌日の機器消費電力の推移とに基づいて、発電電力が機器消費電力を上回る余剰分の電力（即ち、余剰電力）の推移を導出する。そして、動作計画部７０５は、余剰電力の推移と、給湯機４のわき上げ時の消費電力とに基づいて、余剰電力で給湯機４のわき上げ運転が可能な連続する最長の時間帯をわき上げ可能時間帯として導出することで、給湯機４のわき上げ計画を作成する。なお、動作計画部７０５は、給湯機４のわき上げ時の消費電力として、給湯機４の仕様に基づく予め定められた定格電力を使用する。なお、給湯機４のわき上げ時の消費電力は、外気温、水温等により変動するため、クラウドサーバ７は、定期的に給湯機４から、当該給湯機４のわき上げ時の消費電力に関する情報を情報収集ユニット６を介して取得してもよい。
次に、動作計画部７０５は、上記のわき上げ可能時間帯に給湯機４のわき上げ運転が行われることを見込んで余剰電力の推移を再度導出する。そして、動作計画部７０５は、再度導出した余剰電力の推移と、設定情報とに基づいて、最終の余剰電力が発生する時刻に、蓄電池１２０の残容量が目標残容量に達するように、昼間時間帯における蓄電池１２０の充放電計画を作成する。
次に、動作計画部７０５は、昼間時間帯において、蓄電池１２０の残容量が下限残容量を下回る時間帯があるか否かを判定し、下限残容量を下回る時間帯がある場合には、当該時間帯より後に、余剰電力で給湯機４のわき上げ運転が可能な連続する最長の時間帯をわき上げ可能時間帯として導出することで、給湯機４のわき上げ計画を再作成する。
給湯機４のわき上げ計画を再作成しても、蓄電池１２０の残容量が下限残容量を下回る時間帯がある場合には、動作計画部７０５は、下限残容量に足りない分だけ目標残容量を増加し、昼間時間帯における蓄電池１２０の充放電計画を再作成する。
動作計画部７０５は、以上のように作成した蓄電池１２０の充放電計画と、給湯機４のわき上げ計画に基づく時間帯情報とを計画情報送信部７０６に供給する。時間帯情報には、わき上げ可能時間帯の開始時刻と終了時刻とが格納されている。計画情報送信部７０６は、動作計画部７０５から供給された充放電計画及び時間帯情報が格納された計画情報を情報収集ユニット６に送信する。これにより、翌日の昼間時間帯において、余剰電力を活用して、給湯機４がわき上げ運転を行うと共に、蓄電池１２０は、下限残容量以上の残容量を維持しつつ、目標残容量まで充電される。
図７は、エネルギー管理システム１で実行される余剰活用処理の流れを示す図である。予め定めた時刻（例えば、１７時）になると、クラウドサーバ７は、気象サーバ８から気象情報を取得する（ステップＳ１０１）。
その後、予め定めた時刻（例えば、２０時３０分）になると、クラウドサーバ７は、蓄エネルギー計画処理を実行する（ステップＳ１０２）。蓄エネルギー計画処理の詳細は後述する。蓄エネルギー計画処理が終了すると、クラウドサーバ７は、蓄電池１２０の充放電計画と、給湯機４のわき上げ計画に基づく時間帯情報とが格納された計画情報を情報収集ユニット６に送信する（ステップＳ１０３）。
計画情報を受信すると、情報収集ユニット６は、充放電計画をＥＶ－ＰＣＳ５に送信し（ステップＳ１０４）、時間帯情報を給湯機４に送信する（ステップＳ１０５）。
給湯機４は、情報収集ユニット６から受信した時間帯情報に基づいて、夜間のわき上げ計画と、昼間のわき上げ計画とを作成する（ステップＳ１０６）。その後、給湯機４は、作成した夜間のわき上げ計画及び昼間のわき上げ計画に則って、わき上げ運転を実施する（ステップＳ１０７）。
ＥＶ－ＰＣＳ５は、情報収集ユニット６から受信した充放電計画に則って、蓄電池１２０の充放電制御を実施する（ステップＳ１０８）。
図８は、クラウドサーバ７が実行する蓄エネルギー計画処理の手順を示すフローチャートである。クラウドサーバ７は、発電設備３の翌日の昼間時間帯における発電電力の推移を予測する（ステップＳ２０１）。
クラウドサーバ７は、住宅Ｈの翌日の昼間時間帯における機器消費電力の推移を予測する（ステップＳ２０２）。クラウドサーバ７は、優先順位が蓄電池１２０より高い給湯機４の昼間時間帯におけるわき上げ計画を作成する（ステップＳ２０３）。
クラウドサーバ７は、昼間時間帯における蓄電池１２０の充放電計画を作成する（ステップＳ２０４）。クラウドサーバ７は、昼間時間帯において、蓄電池１２０の残容量が下限残容量を下回る時間帯があるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。
下限残容量を下回る時間帯がない場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）、クラウドサーバ７は、蓄エネルギー計画処理を終了する。一方、下限残容量を下回る時間帯がある場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、クラウドサーバ７は、当該時間帯より後に、給湯機４がわき上げ運転を行うようにわき上げ計画を再作成する（ステップＳ２０６）。
クラウドサーバ７は、昼間時間帯において、蓄電池１２０の残容量が下限残容量を下回る時間帯があるか否かを再度判定する（ステップＳ２０７）。下限残容量を下回る時間帯がない場合（ステップＳ２０７；ＮＯ）、クラウドサーバ７は、蓄エネルギー計画処理を終了する。一方、下限残容量を下回る時間帯がある場合（ステップＳ２０７；ＹＥＳ）、クラウドサーバ７は、当該不足分だけ目標残容量を増加して充放電計画を再作成し（ステップＳ２０８）、蓄エネルギー計画処理を終了する。
以上説明したように、本実施の形態のエネルギー管理システム１によれば、クラウドサーバ７は、余剰電力を活用した蓄エネルギー機器の動作計画、即ち、蓄電池１２０の充放電計画と、給湯機４のわき上げ計画とを作成する。その際、クラウドサーバ７は、蓄電池１２０と給湯機４の内、その動作においてより制限が厳しい給湯機４に高い優先順位を付与し、先ず給湯機４のわき上げ計画を作成し、その後に優先順位の低い蓄電池１２０の充放電計画を作成する。
このため、余剰電力を活用した蓄電池１２０の充電を可能にしつつ、余剰電力を活用した蓄熱動作、即ち、給湯機４のわき上げ運転を低リスク且つ効率的に実施することが可能となる。
また、当初の蓄エネルギー機器の動作計画（即ち、当初のわき上げ計画及び充放電計画）によって、蓄電池１２０の残容量が下限残容量に満たない時間帯がある場合、当該時間帯より後に、余剰電力で給湯機がわき上げ運転を行うように動作計画を見直す。これにより、蓄電池１２０の残容量を下限残容量以上に維持することができ（図９参照）、ＥＶの利用促進が図れ、ユーザの利便性が向上する。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。
例えば、上記実施の形態では、制御対象の蓄エネルギー機器として、給湯機４と蓄電池１２０とを例示したが、蓄熱槽を有する空調機器、冷蔵庫（製氷、霜取り時など）、定置型蓄電池等が、制御対象の蓄エネルギー機器に含まれるようにしてもよい。この場合、定格電力、消費電力の可変性、始動／停止回数、動作時間、放電有無等の各項目で採点し、総合点の大きい順に高い優先順位を付与してもよい。例えば、定格電力が大きい機器ほど点数が高くなり（但し、定格電力が予め定めた値以下の場合は、制御対象外とする。）、消費電力の可変性が低い機器ほど点数が高くなり、始動／停止回数の制限が厳しい機器ほど点数が高くなり、連続動作できる時間が長いほど点数が高くなる。また、放電する機器の点数は、放電しない機器の点数より低くなる。
上記の場合、クラウドサーバ７は、蓄エネルギー計画処理において、優先順位の高い順番で、動作計画を作成する。また、クラウドサーバ７は、蓄電池１２０の残容量が下限残容量に満たない時間帯がなくなるまで、優先順位の高い蓄熱機器から順に当該時間帯より後に動作するように動作計画を見直す。そして、全ての蓄熱機器の動作計画を見直しても、蓄電池１２０の残容量が下限残容量に満たない時間帯がある場合、クラウドサーバ７は、下限残容量に足りない分だけ目標残容量を増加し、蓄電池１２０の充放電計画を再作成する。
また、本発明に係る給湯機は、ヒートポンプ方式の給湯機に限定されず、貯湯タンク内に設置されたヒータによって湯をわかす電気温水器であってもよい。
また、給湯機４の給湯コントローラ４４０は、タンクユニット４１ではなく、ヒートポンプユニット４０又は専用リモコンに内蔵されるようにしてもよい。また、ユーザが専用リモコンを介して、設定情報をクラウドサーバ７に登録できるようにしてもよい。
また、情報収集ユニット６が、図６に示すクラウドサーバ７と同様の機能を備えるようにしてもよい。この場合、情報収集ユニット６は、本発明に係る制御装置の一例となる。
また、クラウドサーバ７の機能部（図６参照）の全部又は一部が、専用のハードウェアで実現されるようにしてもよい。専用のハードウェアとは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はこれらの組み合わせである。
また、クラウドサーバ７により実行される余剰活用プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、光磁気ディスク（Magneto-Optical Disc）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、メモリカード、ＨＤＤ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することも可能である。
また、余剰活用プログラムをインターネット上の他のサーバが有する記憶装置に格納しておき、当該サーバからクラウドサーバ７に余剰活用プログラムがダウンロードされるようにしてもよい。
１ エネルギー管理システム、２ エネルギー計測ユニット、３ 発電設備、４ 給湯機、５ ＥＶ－ＰＣＳ、６ 情報収集ユニット、７ クラウドサーバ、８ 気象サーバ、９ 商用電源系統、１０ 分電盤、１１ａ，１１ｂ 機器、１２ ＥＶ、３０ ＰＶパネル、３１ ＰＶ－ＰＣＳ、４０ ヒートポンプユニット、４１ タンクユニット、４２ 水配管、４３ シャワー、４４ 蛇口、６０，７０ 通信インタフェース、６１，７１ ＣＰＵ、６２，７２ ＲＯＭ、６３，７３ ＲＡＭ、６４，７４ 二次記憶装置、６５，７５ バス、１２０ 蓄電池、４００ 圧縮機、４０１ 第１熱交換器、４０２ 膨張弁、４０３ 第２熱交換器、４０４ 送風機、４０５ 冷媒配管、４１０ 貯湯タンク、４２０ 循環ポンプ、４３０ 混合弁、４４０ 給湯コントローラ、４４１ 時間帯情報取得部、４４２ わき上げ計画作成部、４４３ 運転制御部、５００ 蓄電池状態情報送信部、５０１ 充放電計画取得部、５０２ 充放電制御部、６００ 宅内情報収集部、６０１ 宅内情報送信部、６０２ 計画情報受信部、６０３ 充放電計画送信部、６０４ 時間帯情報送信部、７００ 電力情報取得部、７０１ 蓄電池状態情報取得部、７０２ 気象情報取得部、７０３ 発電電力予測部、７０４ 消費電力予測部、７０５ 動作計画部、７０６ 計画情報送信部、７４０ 顧客ＤＢ

Claims (8)

  1. 住宅に設置され、自然エネルギーによって発電する発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段と、
    前記住宅における消費電力を予測する消費電力予測手段と、
    前記予測された発電電力と、前記予測された消費電力と、前記住宅に設置される蓄電機器と蓄熱機器の各々に付与されている各機器の動作特性に基づく優先順位と、予め定めた前記蓄電機器の下限残容量とに基づいて、予め定めた対象時間帯において、前記各機器を余剰電力を活用して動作させるための動作計画を作成する計画作成手段と、を備え、
    前記計画作成手段は、前記対象時間帯において、前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、当該時間帯より後に前記蓄熱機器が余剰電力で動作するように前記動作計画を再作成する、制御装置。
  2. 前記蓄電機器は、電気自動車に登載される蓄電池である、請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記蓄熱機器は、給湯機であり、
    前記計画作成手段は、前記給湯機のわき上げ運転に関する動作計画を作成する、請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 前記蓄熱機器の優先順位は、前記蓄電機器の優先順位より高く、
    前記計画作成手段は、前記蓄熱機器の動作計画を前記蓄電機器の動作計画より先に作成する、請求項１から３の何れか１項に記載の制御装置。
  5. 前記計画作成手段は、最終の余剰電力が発生する時刻に前記蓄電機器の残容量が目標残容量に達するように前記動作計画を作成し、
    前記動作計画を再作成しても前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、前記計画作成手段は、前記下限残容量に足りない分だけ前記目標残容量を増加して前記動作計画を再作成する、請求項１から４の何れか１項に記載の制御装置。
  6. 住宅に設置され、自然エネルギーによって発電する発電設備と、
    前記住宅に設置される蓄電機器と、
    前記住宅に設置される蓄熱機器と、
    前記発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段と、
    前記住宅における消費電力を予測する消費電力予測手段と、
    前記予測された発電電力と、前記予測された消費電力と、前記蓄電機器と前記蓄熱機器の各々に付与されている各機器の動作特性に基づく優先順位と、予め定めた前記蓄電機器の下限残容量とに基づいて、予め定めた対象時間帯において、前記各機器を余剰電力を活用して動作させるための動作計画を作成する計画作成手段と、を備え、
    前記計画作成手段は、前記対象時間帯において、前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、当該時間帯より後に前記蓄熱機器が余剰電力で動作するように前記動作計画を再作成する、エネルギー管理システム。
  7. 住宅に設置され、自然エネルギーによって発電する発電設備の発電電力を予測し、
    前記住宅における消費電力を予測し、
    前記予測された発電電力と、前記予測された消費電力と、前記住宅に設置される蓄電機器と蓄熱機器の各々に付与されている各機器の動作特性に基づく優先順位と、予め定めた前記蓄電機器の下限残容量とに基づいて、予め定めた対象時間帯において、前記各機器を余剰電力を活用して動作させるための動作計画を作成し、
    前記対象時間帯において、前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、当該時間帯より後に前記蓄熱機器が余剰電力で動作するように前記動作計画を再作成する、エネルギー管理方法。
  8. コンピュータを、
    住宅に設置され、自然エネルギーによって発電する発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段、
    前記住宅における消費電力を予測する消費電力予測手段、
    前記予測された発電電力と、前記予測された消費電力と、前記住宅に設置される蓄電機器と蓄熱機器の各々に付与されている各機器の動作特性に基づく優先順位と、予め定めた前記蓄電機器の下限残容量とに基づいて、予め定めた対象時間帯において、前記各機器を余剰電力を活用して動作させるための動作計画を作成する計画作成手段、として機能させる、プログラムであって、
    前記計画作成手段は、前記対象時間帯において、前記蓄電機器の残容量が前記下限残容量を下回る時間帯があることが見込まれる場合、当該時間帯より後に前記蓄熱機器が余剰電力で動作するように前記動作計画を再作成する、プログラム。
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