JP7428078B2 - エネルギーマネジメントシステム - Google Patents

Description

この明細書における開示は、エネルギーマネジメントシステムに関する。

特許文献１は、水素供給部と都市ガス供給部とを含むエネルギー供給部を有するエネルギーシステム最適化装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２０１９－８０４００号公報

先行技術文献の構成では、水素をメタンに変換して都市ガスに合流させ、需要部に供給している。しかしながら、都市ガスに合流させる水素の量などの詳細については、開示されていない。ここで、都市ガスに合流させる水素の量が多すぎる場合、未燃水素によって需要部に悪影響を及ぼす恐れがある。また、都市ガスに合流させる水素の量が少なすぎる場合、水素を適切に活用できないこととなる。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、エネルギーマネジメントシステムにはさらなる改良が求められている。

開示される１つの目的は、効率的なエネルギー管理を実行可能なエネルギーマネジメントシステムを提供することにある。

ここに開示されたエネルギーマネジメントシステムは、熱機器（５１）と、熱機器に都市ガスを供給する都市ガス供給装置（５５）と、電気機器（１１）と、電気機器に電力を供給する燃料電池（４７）と、水素を製造する水素製造装置（４３）と、水素を貯蔵する水素貯蔵装置（４４）と、燃料電池に水素を供給する水素供給装置（４５）と、熱機器に供給する都市ガスに水素を混合する水素混合器（４６）と、再生可能エネルギーを用いて発電された電力を受電して電気機器および水素製造装置に電力を供給する外部受電装置（１５）と、熱機器への燃料供給と電気機器への電力供給を制御する制御部（７０）とを備え、制御部は、再生可能エネルギーを用いた発電量と電気機器の電力消費量とを含む変動情報と、水素製造装置の水素製造能力と熱機器の水素上限とを含む固定情報とを取得する取得部（７１）と、変動情報と固定情報とに基づいて、都市ガスへの水素の混合量を示す水素混合量を算出する算出部（７３）と、水素混合量に基づいて、都市ガスへの水素混合を実行する実行部（７４）とを備え、算出部は、水素上限が高いほど水素混合量が多くなるように算出する。

開示されたエネルギーマネジメントシステムによると、変動情報と固定情報とに基づいて、都市ガスへの水素の混合量を示す水素混合量を算出する算出部を備え、算出部は、水素上限が高いほど水素混合量が多くなるように算出する。このため、変動情報と固定情報とのどちらか一方のみの情報に基づいて水素混合量を算出する場合に比べて、細かな状況に応じて水素混合量を算出できる。したがって、効率的なエネルギー管理を実行可能なエネルギーマネジメントシステムを提供できる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

エネルギーマネジメントシステムの構成を示す構成図である。 エネルギーマネジメントシステムの制御に関するブロック図である。 エネルギーマネジメントシステムの制御に関するフローチャートである。 第２実施形態におけるエネルギーマネジメントシステムの構成を示す構成図である。 第２実施形態におけるエネルギーマネジメントシステムの制御に関するブロック図である。 第２実施形態におけるエネルギーマネジメントシステムの制御に関するフローチャートである。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、エネルギーマネジメントシステム１は、外部受電装置１５と電気機器１１とを備えている。外部受電装置１５は、外部発電装置１３で発電した電力を受電する装置である。外部受電装置１５は、外部受電装置１５の受電能力の上限以下に設定されている契約電力を超えない範囲で電力を受電することとなる。外部発電装置１３は、火力発電などによって安定して発電可能な発電装置と、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを用いて発電可能な発電装置とを備えている。ここで、太陽光発電装置や風力発電装置などの再生可能エネルギーを用いた発電装置は、天候などの自然環境に大きく影響されるため発電量が安定しにくい発電装置である。このため、外部発電装置１３の発電量は季節、天候、時刻といった時間とともに変動する外部要因によって変動し得る。

外部受電装置１５は、交流電力を受電する交流受電装置１５ａと、直流電力を受電する直流受電装置１５ｄとを備えている。交流受電装置１５ａは、直流受電装置１５ｄよりも電圧の高い電力を受電する。例えば、交流受電装置１５ａは、数千ボルトの電圧の交流電力を受電する。一方、直流受電装置１５ｄは、数百ボルトの電圧の直流電力を受電する。交流受電装置１５ａは、交流電力の電圧を変圧する変圧器を備えている。直流受電装置１５ｄは、直流電力の電圧を変圧する変圧器を備えている。

交流受電装置１５ａは、外部受電装置１５から遠く離れた位置で外部発電装置１３が発電した電力を受電する。直流受電装置１５ｄは、外部受電装置１５に近い位置で外部発電装置１３が発電した電力を受電する。例えば、交流受電装置１５ａは、送電線を経由して外部受電装置１５から３ｋｍよりも遠く離れた位置で発電された電力を受電する。一方、直流受電装置１５ｄは、自営線を経由して外部受電装置１５から３ｋｍ以内の位置で発電された電力を受電する。まとめると、外部受電装置１５は、外部発電装置１３で発電され、各地に送電された系統電力を受電し、必要な電圧に変圧して出力する装置である。

電気機器１１は、電力を消費して駆動する機器である。電気機器１１としては、照明装置や空調装置やアクチュエータ装置などの機器を採用可能である。ここで、照明装置や空調装置やアクチュエータ装置は、電力を消費するタイミングとユーザに機能を提供するタイミングとが略一致する機器である。例えば照明装置は、基本的に照明機能を発揮している間のみ電力を消費する機器である。照明装置などの電力消費タイミングとユーザへの機能提供タイミングとをずらすことができない機器は、不変消費機器である。

電気機器１１としては、圧縮空気を送るためのエアコンプレッサや水を冷却あるいは加熱する冷温水製造装置などを採用可能である。ここで、エアコンプレッサや冷温水製造装置は、電力を消費するタイミングとユーザに機能を提供するタイミングとが必ずしも一致しない機器である。例えばエアコンプレッサは、圧縮空気を溜めておき、ユーザが任意のタイミングで圧縮空気を使用することができる機器である。エアコンプレッサなどの電力消費タイミングとユーザへの機能提供タイミングとをずらすことができる機器は、可変消費機器である。

エネルギーマネジメントシステム１は、蓄電池２５を備えている。蓄電池２５は、電力の蓄電と放電とが可能な二次電池で構成されている。蓄電池２５としては、据え置き型の電池装置を採用可能である。また、蓄電池２５としては、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されている車載電池を採用可能である。特に、複数の車両の車載電池を組み合わせて蓄電池２５を構成することで蓄電池２５全体の電池容量を多く確保することができる。例えば、エネルギーマネジメントシステム１を工場に適用した場合には、社用車や従業員の自動車における車載電池を蓄電池２５として活用することができる。

エネルギーマネジメントシステム１は、水素製造装置４３と水素貯蔵装置４４と水素供給装置４５と燃料電池４７とを備えている。水素製造装置４３は、水素を製造する装置である。水素の製造方法としては、メタンなどの炭化水素系燃料と水蒸気とを反応させて水素と一酸化炭素を得る水蒸気改質法と呼ばれる方法を採用可能である。ただし、水素の製造方法は、上述の方法に限られず、水を電気分解する方法など様々な方法を採用可能である。

水素貯蔵装置４４は、水素を低温高圧な状態で貯蔵可能なタンクである。水素供給装置４５は、水素貯蔵装置４４に貯蔵されている水素を所望の様々な装置に供給するための装置である。燃料電池４７は、水素と酸素とを反応させることで電力を得る発電装置である。燃料電池４７の発電時には、電気とともに水と熱が発生することとなる。燃料電池４７で発電した電力は、電気機器１１に供給可能である。燃料電池４７としては、据え置き型の燃料電池装置や車載型の燃料電池自動車を採用可能である。

エネルギーマネジメントシステム１は、熱機器５１と都市ガス供給装置５５とを備えている。熱機器５１は、都市ガスなどの燃料を燃やして熱エネルギーを得る加熱器である。熱機器５１としては、様々な用途の加熱炉を採用可能である。加熱炉としては、加熱対象物である製品を焼成するための焼成炉や表面処理を行うための脱脂炉や金属材料を溶かすための溶解炉などが挙げられる。ただし、熱機器５１としては、加熱炉に限られず給湯器などの様々な機器を採用可能である。熱機器５１で加熱される製品の材料としては、アルミやセラミックが想定される。熱機器５１は、燃料を燃やすことで高温の排熱が発生することとなる。排熱の温度は、熱機器５１の種類や設定温度などによって異なるが、例えば３００℃を超える温度である。都市ガス供給装置５５は、熱機器５１に都市ガスを供給するための装置である。

熱機器５１が利用可能な燃料は、都市ガスに限られず、都市ガスに水素や炭化水素系燃料を混合した燃料も利用可能である。熱機器５１は、第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとを備えている。第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとは、設定温度や用途が互いに異なる機器を採用可能である。

エネルギーマネジメントシステム１は、水素混合器４６を備えている。水素混合器４６は、熱機器５１に供給する都市ガスに水素を混合するための装置である。水素混合器４６は、都市ガスに水素を混合しない状態と混合する状態とに切り替える。また、水素混合器４６は、都市ガスに水素を混合する場合に、混合する水素の量である水素混合量を制御する。都市ガスに水素を混合することで燃料を燃やした場合に得られる熱エネルギーの大きさが変化する。都市ガスに混合された水素の割合が多いほど、燃焼時に得られる熱エネルギーが低下しやすく、熱機器５１から出力される温度が低下しやすい。

熱機器５１には、水素混合量の上限値である水素上限があらかじめ設定されている。水素上限は、熱機器５１の用途や状態などによって異なる。例えば、熱機器５１として加熱炉を採用した場合に、加熱雰囲気中に未燃焼の水素ガスである未燃水素が一部含まれることとなる。ここで、未燃水素は、都市ガスに混合された水素の割合が高いほど多くなりやすい。製品に対する未燃水素の影響が大きい場合には水素上限が低く、影響が小さい場合には水素上限が高く設定される。

水素上限は、製品を加熱する加熱処理を実行中の水素上限である加熱水素上限と、加熱処理を実行する前の予熱処理の実行中の水素上限である予熱水素上限とを備えている。予熱処理には、熱機器５１が停止した状態から駆動を開始する場合の予熱だけでなく、熱機器５１の加熱処理を一時停止しているアイドリング状態の予熱も含まれる。加熱水素上限は、例えば２％であり、予熱水素上限は、例えば１５％である。加熱水素上限は、予熱水素上限よりも低い値である。これにより、加熱処理中に発生する未燃水素の量を予熱処理中に発生する未燃水素の量よりも少なくしている。

図２において、制御部７０は、外部受電装置１５と蓄電池２５とに接続している。制御部７０は、外部発電装置１３から受電している電力や受電可能な電力などの情報を取得する。制御部７０は、外部受電装置１５を制御して外部発電装置１３から受電する電力を制御する。制御部７０は、蓄電池２５の現在の蓄電量などの情報を取得する。制御部７０は、蓄電池２５を制御して蓄電池２５に蓄える電力を制御する。蓄電池２５に複数の車載電池が含まれる場合には、制御部７０が複数の車載電池ごとの蓄電量を取得および制御することとなる。

制御部７０は、電気機器１１と熱機器５１とに接続している。制御部７０は、電気機器１１で消費する電力の量である電力消費量を取得する。制御部７０は、電気機器１１に電力供給を行い、電気機器１１の駆動を制御する。制御部７０は、熱機器５１で消費する燃料の量である燃料消費量を取得する。制御部７０は、熱機器５１に燃料供給を行い、熱機器５１の駆動を制御する。ただし、制御部７０は、電気機器１１の駆動と熱機器５１の駆動とを制御せず、電力消費量や燃料消費量の取得のみを行ってもよい。

制御部７０は、通信装置６１に接続している。通信装置６１は、エネルギーマネジメントシステム１におけるエネルギー管理に用いる情報である管理情報を取得するための装置である。管理情報の一例は、再生可能エネルギーの発電予測の情報である。管理情報の一例は、当日から１週間程度の天気予報の情報である。管理情報の一例は、電気機器１１や熱機器５１を用いて生産する製品の生産計画の情報である。生産計画とは、生産する製品の種類と１つの製品の生産に要するエネルギーと生産する製品の数量などを含む情報である。管理情報の一例は、電気や都市ガスの取引価格の情報である。

管理情報の一例は、デマンドレスポンス指令の情報である。ここで、デマンドレスポンス指令とは、電力の需要と供給のバランスをとる目的で、電力の供給を行う電力会社などから電力の消費を行う工場などの需要家側に出力される指令である。例えば、発電量が需要家全体の消費量を下回りそうな場合には、一部の需要家に電力の受電量を一時的に低下させるよう要求する指令が出力されることとなる。あるいは、再生可能エネルギーでの発電量が過剰となる場合には、一部の需要家に受電量を一時的に増加させるよう要求する指令が出力されることとなる。このように、デマンドレスポンス指令とは、電力の供給側の発電状況と電力の需要家側の受電状況とに基づいて変動する情報である。

制御部７０は、水素製造装置４３と水素貯蔵装置４４と水素供給装置４５と燃料電池４７とに接続している。制御部７０は、水素製造装置４３を駆動制御して水素製造量を制御する。制御部７０は、水素貯蔵装置４４の水素貯蔵量を制御する。制御部７０は、水素供給装置４５を駆動制御して燃料電池４７や水素混合器４６への水素供給量を制御する。制御部７０は、燃料電池４７を駆動制御して発電量を制御する。

制御部７０は、水素混合器４６と都市ガス供給装置５５とに接続している。制御部７０は、水素混合器４６を駆動制御して、熱機器５１に供給する都市ガスへの水素混合量を制御する。制御部７０は、都市ガス供給装置５５を駆動制御して、熱機器５１への都市ガスの供給量を制御する。

制御部７０は、取得部７１と記憶部７２と算出部７３と実行部７４とを備えている。取得部７１は、管理情報などの情報を取得する。記憶部７２は、取得した管理情報やあらかじめ設定された管理情報などの情報を記憶する。算出部７３は、管理情報などの情報に基づいて水素製造量などのエネルギー管理の実行に使用する値を算出する。実行部７４は、算出部７３で算出した値などに基づいてエネルギー管理を実行する。

エネルギーマネジメントシステム１を工場に適用した場合を例に、都市ガスへの水素混合に関するエネルギー管理について、以下に説明する。図３において、エネルギーマネジメントシステム１がエネルギー管理を開始するとステップＳ１０１において、変動情報を取得する。ここで、変動情報とは、管理情報のうち時間経過によって変化する情報のことである。変動情報の一例は、電気機器１１で消費する電力を示す電力消費量の情報である。変動情報の一例は、熱機器５１で消費する燃料量を示す燃料消費量の情報である。変動情報の一例は、外部発電装置１３で発電する再生可能エネルギー発電量の情報である。変動情報の一例は、天気予報の情報である。変動情報の一例は、デマンドレスポンス指令の情報である。変動情報の一例は、水素貯蔵装置４４に貯蔵されている水素貯蔵量の情報である。変動情報の一例は、蓄電池２５に蓄電されている蓄電量の情報である。変動情報の一例は、電気や都市ガスの取引価格の情報である。

変動情報の一例は、生産計画の情報である。この生産計画に基づき、製品を１つ生産する際に要するエネルギーと生産する製品の数量とを掛け合わせることで、生産活動全体で消費するエネルギーを概ね算出することができる。また、生産を開始する時刻と生産を終了する時刻を取得することで、予熱処理や加熱処理を行う時刻や排熱が多く発生する時刻などを把握することができる。

変動情報には、現在の情報だけでなく今後の予測の情報が含まれる。制御部７０は、変動情報として現在の電力消費量を取得するとともに、今後１週間の電力消費量の予測や１年間の電力消費量の予測などを取得することとなる。例えば、平日の昼間に生産活動を行い、夜間や休日には生産活動を行わない場合には、平日の昼間の電力消費量が多く、夜間と休日は電力消費量が少なくなる。また、冷房や暖房で電力を多く消費する夏や冬は、春や秋に比べて電力消費量が多くなりやすい。変動情報を取得した後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、固定情報を取得する。ここで、固定情報とは、管理情報のうち時間経過によっては変化しない情報のことである。固定情報の一例は、水素製造装置４３の水素製造能力である。水素製造能力は、単位時間あたりに製造可能な水素の量を示す情報である。水素製造能力は、水素製造装置４３の種類や性能に応じて異なる。固定情報の一例は、予熱水素上限や加熱水素上限を含む水素上限の情報である。水素上限は、生産する製品や処理の種類に応じて異なる。固定情報の一例は、外部受電装置１５の受電能力の情報である。固定情報の一例は、契約電力の情報である。固定情報を取得した後、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、水素製造量を算出する。水素製造量は、余剰電力から蓄電池２５の充電可能量を引いた電力で製造可能な水素量である。ここで、余剰電力とは、外部受電装置１５で受電する電力から電気機器１１で消費する電力を引いた電力である。デマンドレスポンス指令に基づき受電する電力を増加させた場合には、余剰電力が多くなりやすい。また、夜間や休日などの電気機器１１での消費電力が少ない場合には、受電する電力を多くすることで余剰電力を多く確保しやすい。余剰電力が多く蓄電池２５の充電可能量が少ないほど水素製造量が多くなる。

水素製造量の算出方法は、上述の方法に限られない。例えば、蓄電池２５の充電可能量を考慮せず、余剰電力で生成可能な水素量を水素製造量としてもよい。また、生産計画の情報から休日に余剰電力が多く発生することが予想される場合には、金曜日における水素製造量を平日の他の曜日に比べて少なくしてもよい。あるいは、天気予報の情報から晴天と雨天とが予想される場合には、雨天時の水素製造量を晴天時の水素製造量よりも少なくしてもよい。

算出した水素製造量が水素貯蔵装置４４に貯蔵可能な水素量と燃料電池４７などで消費する水素量の合計を超えている場合がある。この場合には、水素貯蔵装置４４に貯蔵可能な水素量と燃料電池４７などで消費する水素量の合計を水素製造量としてもよい。このように算出された水素製造量が、水素製造装置４３の水素製造能力を超えている場合には、水素製造能力の範囲で製造可能な量を水素製造量とする。水素製造量を算出した後、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、水素混合量を算出する。水素混合量は、水素上限と水素製造量とのうち、少ない方の値を採用可能である。予熱処理中のように水素上限が高い場合や、再生可能エネルギーの発電量が少なく水素製造量が少ない場合には、水素混合量として水素製造量を採用することとなりやすい。水素混合量として水素製造量を採用した場合、製造した水素を全て都市ガスに混合して消費する状態である。一方、加熱処理中のように水素上限が低い場合や、再生可能エネルギーの発電量が多く水素製造量が多い場合には、水素混合量として水素上限を採用することとなりやすい。水素混合量として水素上限を採用した場合、製造した水素の一部を都市ガスに混合し、残りを水素貯蔵装置４４に貯蔵、または燃料電池４７に供給する状態である。

水素混合量の算出方法は、上述した方法に限られない。水素混合量の算出において、水素貯蔵装置４４に貯蔵されている水素貯蔵量を考慮してもよい。この場合、水素貯蔵量が所定量になるように水素混合量を算出する。より詳細には、水素貯蔵量が所定量以上である場合には、水素上限で水素を混合する。一方、水素貯蔵量が所定量未満である場合には、水素混合量をゼロとして製造した水素を貯蔵する。

水素混合量の算出において、燃料電池４７に供給する水素の量を考慮してもよい。この場合、水素製造量から燃料電池４７に供給する水素量を引いた水素量と上限水素との大小関係を比較することとなる。水素混合量を算出した後、ステップＳ１２９に進む。

ステップＳ１２９では、水素混合を実行する。より詳細には、算出した水素混合量に基づき、水素混合器４６の開度を制御して都市ガスに水素を混合する。ただし、水素混合量がゼロである場合には、水素混合器４６を閉じて都市ガスに水素を混合しない状態とする。水素混合を実行した後、ステップＳ１９１に進む。

ステップＳ１９１では、熱機器５１が全て停止しているか否かを判定する。熱機器５１が全て停止している場合には、都市ガスへの水素混合に関するエネルギー管理を終了する。一方、熱機器５１が１つでも稼働している場合には、ステップＳ１０１に戻って一連の制御を繰り返す。これにより、最新の変動情報に基づいて都市ガスへの水素混合を適切に制御することができる。

上述した実施形態によると、算出部７３は、水素上限が高いほど水素混合量が多くなるように算出している。このため、変動情報と固定情報とを用いて水素混合量を適切に制御できる。したがって、許容可能な範囲で水素混合量を多く確保することで、水素をより多く活用することができる。よって、効率的なエネルギー管理を実行可能なエネルギーマネジメントシステム１を提供できる。

再生可能エネルギーを用いた発電においては、天候等の影響を大きく受けるため発電量が安定しにくい。しかしながら、再生可能エネルギーを用いて発電された電力によって水素を製造することで、水素としてエネルギーを安定的に蓄えることができる。このため、エネルギー管理において水素を活用可能なタイミングや、水素を活用可能な量を多く確保することで、水素を介して多くの再生可能エネルギーを活用できることとなる。したがって、再生可能エネルギーを多く活用したエネルギー管理によって、環境負荷を低減しやすい。

取得部７１は、熱機器５１における加熱処理の実行前における水素上限である予熱水素上限を取得する。さらに、取得部７１は、熱機器５１における加熱処理の実行中における水素上限である加熱水素上限を取得する。このため、予熱処理と加熱処理とで未燃水素の発生量を調整することができる。したがって、熱機器５１の設定温度や加熱対象物の有無の違いに基づき、水素上限を適切に切り替えることができる。

予熱水素上限は、加熱水素上限よりも高い値である。このため、加熱対象物が加熱雰囲気中に存在せず、加熱対象物が未燃水素の影響を受けにくい予熱処理中に多くの水素を消費しやすい。また、加熱対象物が加熱雰囲気中に存在し、加熱対象物が未燃水素の影響を受けやすい加熱処理中に未燃水素の発生量を少なくすることができる。したがって、加熱対象物への未燃水素の影響を低く抑えつつ、製造した水素を熱機器５１への燃料として利用することができる。

制御部７０は、再生可能エネルギーを電気機器１１に供給させ、電気機器１１に供給されなかった余剰電力を蓄電池２５に蓄電させ、蓄電池２５に蓄電されなかった余剰電力を水素製造装置４３に供給させる。このため、外部受電装置１５で受電した再生可能エネルギーを複数の装置を用いて処理することができる。また、電気エネルギーを電気エネルギーのまま蓄える場合、電気エネルギーを水素に変換して蓄えるよりも損失が出にくい。このため、水素製造装置４３よりも蓄電池２５に優先的に余剰電力を供給することで、効率よくエネルギーを管理しやすい。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、都市ガスにプロパンガスを混合するプロパン混合器２６６を備えている。

図４において、エネルギーマネジメントシステム１は、プロパン供給装置２６５とプロパン混合器２６６とを備えている。プロパン供給装置２６５は、熱機器５１にプロパンガスを供給するための装置である。プロパン混合器２６６は、熱機器５１に供給する都市ガスにプロパンガスを混合するための装置である。プロパン混合器２６６は、都市ガスにプロパンガスを混合しない状態と混合する状態とに切り替える。また、プロパン混合器２６６は、都市ガスにプロパンガスを混合する場合に、混合するプロパンガスの量であるプロパンガス混合量を制御する。都市ガスにプロパンガスを混合することで燃料を燃やした場合に得られる熱エネルギーの大きさが変化する。都市ガスに混合されたプロパンガスの割合が多いほど、燃焼時に得られる熱エネルギーが増加しやすく、熱機器５１から出力される温度が上昇しやすい。

第１熱機器５１ａには、水素混合器４６を経由した都市ガスが供給される。言い換えると、第１熱機器５１ａにはプロパンガスを含まない燃料が供給される。第２熱機器５１ｂは、水素混合器４６およびプロパン混合器２６６を経由した都市ガスが供給される。言い換えると、第２熱機器５１ｂには水素とプロパンガスとを含む燃料が供給され得る。このため、第２熱機器５１ｂに供給する燃料の熱エネルギーを、第１熱機器５１ａに供給する燃料の熱エネルギーよりも大きくしやすい。

プロパン混合器２６６は、燃料の流れにおいて、水素混合器４６よりも下流側に設けられている。言い換えると、プロパン混合器２６６は、水素混合器４６よりも熱機器５１に近い位置に設けられている。これにより、水素が混合された後の都市ガスに対してプロパンガスが混合されることとなる。言い換えると、熱機器５１に流入する直前の燃料にプロパンガスが混合されることとなる。

図５において、制御部７０は、プロパン供給装置２６５とプロパン混合器２６６とに接続している。制御部７０は、プロパン供給装置２６５を制御して熱機器５１へのプロパンガスの供給量を制御する。制御部７０は、プロパン混合器２６６を制御して都市ガスへのプロパンガス混合量を制御する。

図６において、エネルギーマネジメントシステム１がエネルギー管理を開始するとステップＳ１０１において、変動情報を取得する。変動情報には、第１熱機器５１ａの燃料消費量と第２熱機器５１ｂの燃料消費量とが含まれる。変動情報を取得した後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、固定情報を取得する。固定情報には、第１熱機器５１ａにおける予熱水素上限や加熱水素上限を含む水素上限の情報が含まれる。第１熱機器５１ａの水素上限は、第１水素上限である。固定情報には、第２熱機器５１ｂにおける予熱水素上限や加熱水素上限を含む水素上限の情報が含まれる。第２熱機器５１ｂの水素上限は、第２水素上限である。固定情報を取得した後、ステップＳ１１０に進み、水素製造量を算出した後、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、水素混合量を算出する。水素混合量の算出に用いる水素上限には、第１水素上限と第２水素上限とのうち、高い方の水素上限を採用可能である。ここで、基本的に第１水素上限は、第２水素上限よりも高く設定されている。このため、第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとを同時に駆動する場合には、基本的に第１熱機器５１ａの水素上限を水素上限として採用することとなる。第１熱機器５１ａのみを駆動する場合には、第１熱機器５１ａの水素上限を水素上限として採用することとなる。第２熱機器５１ｂのみを駆動する場合には、第２熱機器５１ｂの水素上限を水素上限として採用することとなる。水素混合量を算出した後、ステップＳ１２９に進み、水素混合を実行した後、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２３０では、プロパン混合量を算出する。プロパン混合量は、第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂのうち、水素上限の低い方の熱機器５１に基づいて算出することとなる。第２水素上限は、第１水素上限よりも低く設定されているため、第２熱機器５１ｂの設定温度と水素混合量とに基づいてプロパン混合量を算出する。都市ガスに水素が混合された燃料で必要な熱エネルギーを確保できない場合には、不足する熱エネルギーを賄う量をプロパン混合量とする。都市ガスに水素が混合された燃料で必要な熱エネルギーを確保できる場合には、プロパン混合量をゼロとする。第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとのどちらか一方のみが駆動している場合には、プロパン混合量をゼロとする。プロパン混合量を算出した後、ステップＳ２３９に進む。

ステップＳ２３９では、プロパン混合を実行する。より詳細には、算出したプロパン混合量に基づき、プロパン混合器２６６の開度を制御して都市ガスにプロパンガスを混合する。ただし、プロパン混合量がゼロである場合には、プロパン混合器２６６を閉じて都市ガスにプロパンを混合しない状態とする。プロパン混合を実行した後、ステップＳ１９１に進む。

ステップＳ１９１では、熱機器５１が全て停止しているか否かを判定する。熱機器５１が全て停止している場合には、都市ガスへの水素混合とプロパン混合に関するエネルギー管理を終了する。一方、熱機器５１が１つでも稼働している場合には、ステップＳ１０１に戻って一連の制御を繰り返す。これにより、最新の変動情報に基づいて都市ガスへの水素混合とプロパン混合を適切に制御することができる。

上述した実施形態によると、算出部７３は、第１水素上限と第２水素上限とのうち高い方の水素上限を用いて水素混合量を算出する。このため、第１水素上限と第２水素上限とのうち低い方の水素上限を用いて水素混合量を算出する場合に比べて、水素混合量を多くすることができる。したがって、多くの水素を活用して熱機器５１を駆動することができる。

制御部７０は、水素混合後の都市ガスで不足する分の熱量を補うようにプロパン混合器２６６を制御する。このため、第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとで、供給される燃料の熱エネルギーを変えることができる。したがって、第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとを別々の温度に制御することができる。また、一般的に水素よりもプロパンガスの方が取り扱いやすい。このため、複数の水素混合器４６を備えて第１熱機器５１ａと第２熱機器５１ｂとに供給する燃料の熱エネルギーを変える場合に比べて、容易に熱エネルギーを変えることができる。

プロパン混合器２６６は、水素混合器４６よりも燃料の流れの下流に設けられている。このため、プロパンガスが混合されてから熱機器５１に供給されるまでの間において、燃料に含まれるプロパンガスが低温高圧となり液化することを抑制しやすい。したがって、プロパンガスを適切に燃焼可能な状態で熱機器５１に供給しやすい。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置およびその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置およびその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと１つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１ エネルギーマネジメントシステム、 １１ 電気機器、 １３ 外部発電装置、 １５ 外部受電装置、 １５ａ 交流受電装置、 １５ｄ 直流受電装置、 ２５ 蓄電池、 ４３ 水素製造装置、 ４４ 水素貯蔵装置、 ４５ 水素供給装置、 ４６ 水素混合器、 ４７ 燃料電池、 ５１ 熱機器、 ５１ａ 第１熱機器、 ５１ｂ 第２熱機器、 ５５ 都市ガス供給装置、 ６１ 通信装置、 ７０ 制御部、 ７１ 取得部、 ７２ 記憶部、 ７３ 算出部、 ７４ 実行部、 ２６５ プロパン供給装置、 ２６６ プロパン混合器

Claims (7)

1. 熱機器（５１）と、
   前記熱機器に都市ガスを供給する都市ガス供給装置（５５）と、
   電気機器（１１）と、
   前記電気機器に電力を供給する燃料電池（４７）と、
   水素を製造する水素製造装置（４３）と、
   水素を貯蔵する水素貯蔵装置（４４）と、
   前記燃料電池に水素を供給する水素供給装置（４５）と、
   前記熱機器に供給する都市ガスに水素を混合する水素混合器（４６）と、
   再生可能エネルギーを用いて発電された電力を受電して前記電気機器および前記水素製造装置に電力を供給する外部受電装置（１５）と、
   前記熱機器への燃料供給と前記電気機器への電力供給を制御する制御部（７０）とを備え、
   前記制御部は、
   再生可能エネルギーを用いた発電量と前記電気機器の電力消費量とを含む変動情報と、前記水素製造装置の水素製造能力と前記熱機器の水素上限とを含む固定情報とを取得する取得部（７１）と、
   前記変動情報と前記固定情報とに基づいて、都市ガスへの水素の混合量を示す水素混合量を算出する算出部（７３）と、
   前記水素混合量に基づいて、都市ガスへの水素混合を実行する実行部（７４）とを備え、
   前記算出部は、前記水素上限が高いほど前記水素混合量が多くなるように算出するエネルギーマネジメントシステム。
2. 前記熱機器は、加熱対象物を加熱処理する加熱炉であり、
   前記取得部は、前記加熱炉における加熱処理の実行前における前記水素上限である予熱水素上限と、前記加熱炉における加熱処理の実行中における前記水素上限である加熱水素上限とを取得する請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
3. 前記予熱水素上限は、前記加熱水素上限よりも高い値である請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステム。
4. 前記熱機器は、第１熱機器（５１ａ）と、第２熱機器（５１ｂ）とを備え、
   前記取得部は、前記第１熱機器における前記水素上限である第１水素上限と、前記第２熱機器における前記水素上限である第２水素上限とを取得し、
   前記算出部は、前記第１水素上限と前記第２水素上限とのうち高い方の前記水素上限を用いて前記水素混合量を算出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステム。
5. 前記熱機器にプロパンガスを供給するプロパン供給装置（２６５）と、
   前記熱機器に供給する都市ガスにプロパンガスを混合するプロパン混合器（２６６）とを備え、
   前記熱機器は、
   第１熱機器（５１ａ）と、
   前記プロパン供給装置からプロパンガスを供給可能な第２熱機器（５１ｂ）とを備え、
   前記制御部は、水素混合後の都市ガスで不足する分の熱量を補うように前記プロパン混合器を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステム。
6. 前記プロパン混合器は、前記水素混合器よりも燃料の流れの下流に設けられている請求項５に記載のエネルギーマネジメントシステム。
7. 前記外部受電装置で受電した電力を蓄電する蓄電池（２５）を備え、
   前記制御部は、再生可能エネルギーを用いて発電された電力を前記電気機器に供給させ、前記電気機器に供給されなかった余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、前記蓄電池に蓄電されなかった余剰電力を前記水素製造装置に供給させる請求項１から請求項６のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステム。

Images