JP7491206B2 - 制御装置、制御方法、コンピュータプログラムおよび水素製造システム - Google Patents

Description

本開示は、制御装置、制御方法、コンピュータプログラムおよび水素製造システムに関する。

近年、ＣＯ_２（以下、ＣＯ２と記載）排出量削減のためのエネルギー源として水素に注目が集まっている。

例えば、特許文献１には、太陽光発電機などで発電された電力と、電力系統から供給された電力とを受電して水素を製造する水素製造装置への入力電力を制御する制御装置が開示されている。

国際公開第２０２０／１２１４３６号

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置は、水素製造装置に関する電力需給調整の確実性を高めることを目的としている。このため、水素製造時のＣＯ２排出量を制御することができないという課題がある。

特に、脱炭素化社会に向けて水素製造時のＣＯ２排出量によって水素を分類する世界的な動きが見られるが、特許文献１に記載の制御装置では、このような動きに対応して水素を製造することは困難である。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水素製造時のＣＯ２排出量を削減しつつ、効率的な水素製造を可能とする制御装置、制御方法、コンピュータプログラムおよび水素製造システムを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る制御装置は、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置であって、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部と、前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部と、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部とを備える。

本開示の他の一態様に係る制御方法は、コンピュータにより、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御方法であって、前記コンピュータが、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得するステップと、前記コンピュータが、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得するステップと、前記コンピュータが、前記発電機による発電電力量を取得するステップと、前記コンピュータが、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定するステップとを含む。

本開示の他の一態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部、前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部、および、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部として機能させる。

本開示の他の一態様に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機と、前記発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置を制御する上述の制御装置とを備える。

なお、コンピュータプログラムを、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。また、本開示は、制御装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現することもできる。

本開示によると、水素製造時のＣＯ２排出量を削減しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

図１は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図２は、本開示の実施形態１に係る制御装置のハードウェア構成および機能構成を示すブロック図である。 図３は、本開示の実施形態１に係る表示制御部による画面表示の一例を示す図である。 図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図６は、電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）との関係を示す図である。 図７は、本開示の実施形態２に係る表示制御部による画面表示の一例を示す図である。 図８は、本開示の実施形態２に係る制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る制御装置は、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置であって、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部と、前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部と、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部とを備える。

この構成によると、二酸化炭素（ＣＯ２）排出量の目標値と、発電電力および受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力量とに基づいて、水素製造装置に入力される受電電力量が決定される。このため、発電電力と受電電力とをバランスよく利用しつつ、目標値に合わせて水素製造時の二酸化炭素排出量を決定することができる。これにより、水素製造時の二酸化炭素排出量を削減しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

（２）好ましくは、前記決定部は、前記水素製造装置に入力される前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量の合計が前記目標値を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、前記受電電力量を決定する。

この構成によると、水素製造装置への入力電力の製造における二酸化炭素排出量が目標値を超えないようにしつつ、所定の目的関数を最適化することができる。例えば、水素製造量の最大化を目的関数の最適化とすることにより、水素製造時の二酸化炭素排出量を削減しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

（３）さらに好ましくは、前記制御装置は、さらに、前記発電電力および前記受電電力を充電する蓄電池を制御し、前記排出量取得部は、さらに、前記蓄電池の充電電力の製造における二酸化炭素排出量を取得し、前記決定部は、前記目標値と、前記発電電力、前記受電電力および前記充電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記受電電力量を決定する。

この構成によると、蓄電池を備える構成においても、発電電力と受電電力とをバランスよく利用しつつ、目標値に合わせて水素製造時の二酸化炭素排出量を決定することができる。

（４）また、前記排出量取得部は、前記蓄電池への充電前の状態における前記蓄電池に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量と、前記蓄電池に充電される電力の製造における二酸化炭素排出量とに基づいて、前記蓄電池への充電後の状態における前記蓄電池に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量を算出してもよい。

この構成によると、蓄電池に発電電力および受電電力の双方が充電される場合であっても、蓄電池に充電されている電力の製造における二酸化炭素排出量を正確に算出することができる。

（５）また、前記制御装置は、前記目標値に対する、前記水素製造装置による水素製造において消費される電力の製造における二酸化炭素排出量の割合を画面に表示させる表示制御部をさらに備えてもよい。

この構成によると、水素製造において、どのくらいの割合の二酸化炭素が排出されているかを知ることができる。

（６）また、前記表示制御部は、さらに、前記水素製造装置に入力される前記発電電力および前記受電電力を前記画面に表示させてもよい。

この構成によると、どのくらいの量の発電電力および受電電力が水素製造に利用されているかを知ることができる。

（７）また、前記表示制御部は、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を前記画面に表示させてもよい。

この構成によると、発電電力および受電電力の値と合わせて、発電電力および受電電力の製造における二酸化炭素排出量が画面に表示される。これにより、水素製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。例えば、受電電力の値と受電電力の製造における二酸化炭素排出量とを乗算することにより、受電電力による水素製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。

（８）本開示の他の実施形態に係る制御方法は、コンピュータにより、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御方法であって、前記コンピュータが、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得するステップと、前記コンピュータが、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得するステップと、前記コンピュータが、前記発電機による発電電力量を取得するステップと、前記コンピュータが、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定するステップとを含む。

この構成は、上述の制御装置における特徴的な処理をステップとして含む。このため、上述の制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。

（９）本開示の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部、前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部、および、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部として機能させる。

この構成によると、コンピュータを、上述の制御装置として機能させることができる。このため、上述の制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。

（１０）本開示の他の実施形態に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機と、前記発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置と、前記水素製造装置を制御する上述の制御装置とを備える。

この構成は、上述の制御装置を構成として備える。このため、上述の制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

また、同一の構成要素には同一の符号を付す。それらの機能および名称も同様であるため、それらの説明は適宜省略する。

＜実施形態１＞
〔水素製造システムの全体構成〕
図１は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。

水素製造システム１は、電力供給エリア２、配管エリア３、水素製造エリア４および制御エリア５に配置された設備により構成される。ただし、各エリアは、他のエリアと同一のエリアであってもよいし、重複するエリアであってもよい。

電力供給エリア２には、太陽光発電機２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ２４と、外部Ｉ／Ｆ装置２５とが設置される。

太陽光発電機２１は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機の一例であり、太陽光エネルギーを直流の電力に変換する。なお、本実施形態では、再生可能エネルギー発電機として太陽光発電機２１を用いる例について説明するが、太陽光発電機２１の代わりに、または太陽光発電機２１とともに、風力発電機などの他の再生可能エネルギー発電機を用いてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力線を介して太陽光発電機２１に接続され、太陽光発電機２１の出力電力の電圧を変換し、電圧変換後の電力を出力する。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２４は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続される。ＤＣ／ＡＣコンバータ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。

外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（太陽光発電機２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、およびＤＣ／ＡＣコンバータ２４）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、太陽光発電機２１から太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。

配管エリア３には、バルブ３１、３３およびバルブ３４と、水素貯蔵タンク３２と、外部Ｉ／Ｆ装置３５とが設置される。

バルブ３１は、給水管の途中に設置される給水用のバルブであり、水素製造エリア４に設置された後述する水素製造装置４２に供給する水の量を調整する。バルブ３１を開くほど、より多くの量の水が水素製造装置４２に供給され、バルブ３１を閉じるほど、水素製造装置４２に供給される水の量が制限される。

水素貯蔵タンク３２は、水素導管を介して水素製造装置４２と接続され、水素製造装置４２で発生した水素を貯蔵するタンクである。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を高圧で圧縮して貯蔵するタンクである。ただし、水素貯蔵タンク３２による水素貯蔵方法はこれに限定されるものではない。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を低温で液化して貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵するタンクであってもよいし、カーボンナノチューブなどに水素を吸着させて貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素とトルエンとを反応させてメチルシクロヘキサンに変換するなど、水素を他の物質に変換して貯蔵するタンクであってもよい。

バルブ３３は、水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素製造装置４２で発生した水素の水素貯蔵タンク３２への貯蔵量を調整する。バルブ３３を開くほど、より多くの量の水素が水素貯蔵タンク３２に貯蔵され、バルブ３３を閉じるほど、水素貯蔵タンク３２に貯蔵させる水素の量が制限される。

バルブ３４は、水素製造装置４２と水素貯蔵タンク３２とを接続する水素導管から分岐した水素導管の途中に接続され、水素製造装置４２で発生した水素の大気外への放出量を調整する。バルブ３４を開くことにより、より多くの量の水素が大気外へ放出され、バルブ３４を閉じるほど、大気外へ放出される水素の量が制限される。

外部Ｉ／Ｆ装置３５は、図示しない通信線を介して配管エリア３に設置された各設備（バルブ３１、バルブ３３および３４、水素貯蔵タンク３２）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置３５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置３５は、水素貯蔵タンク３２から水素の貯蔵量情報を取得し、取得した貯蔵量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置３５は、制御装置５１からバルブ３１の開閉量の指令データを受信し、受信した指令データをバルブ３１に与える。これにより、バルブ３１の開閉量が制御される。

水素製造エリア４には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、水素製造装置４２と、バルブ４３と、外部Ｉ／Ｆ装置４４とが設置される。

ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力供給エリア２に設置されたＤＣ／ＡＣコンバータ２４と電力線を介して接続され、ＤＣ／ＡＣコンバータ２４から出力される交流電力を直流電力に変換して出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力系統６に接続され、電力系統６から電力を受電し、受電電力を直流電力に変換して出力する。つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２４から出力される交流電力と、電力系統６からの受電電力とを混合した電力を直流電力に変換して出力する。

水素製造装置４２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１から出力される直流電力を用いて、配管エリア３から供給される水を水素と酸素に電気分解して、水素を取り出す。水素製造装置４２は、例えば、固体高分子型水電解方式を採用し、正極側に水を供給することにより酸素と水素イオンとを発生させ、水素イオンをフッ素樹脂系カチオン膜などを通過させ陰極側に移動させることにより、電子を得た水素を発生させる。ただし、水の電気分解方式は上記したものに限定されるものではない。水の電気分解方式として、アルカリ水電解、高温水蒸気電解などの他の方式を用いてもよい。また、水素製造装置４２は、水の電気分解以外にもトルエン電解還元などの方式を用いて水素を発生させてもよい。トルエン電解還元方式の場合には、水の代わりにトルエンが用いられる。

なお、水素製造装置４２の台数は１台に限定されるものではなく、水素製造エリア４に複数設置されていてもよい。

バルブ４３は、対応する水素製造装置４２と水素貯蔵タンク３２とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素製造装置４２で発生した水素の出力量を調整する。バルブ４３を開くことにより、より多くの量の水素が水素製造装置４２から出力され、バルブ４３を閉じることにより、水素製造装置４２から出力される水素の量が制限される。

外部Ｉ／Ｆ装置４４は、図示しない通信線を介して水素製造エリア４に設置された各設備（ＡＣ／ＤＣコンバータ４１、水素製造装置４２およびバルブ４３）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、各設備と水素製造エリア４の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、水素製造装置４２から水素発生量情報を取得し、取得した水素発生量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、制御装置５１から水素製造装置４２の起動および停止の指令データを受信し、受信した指令データを水素製造装置４２に与える。これにより、水素製造装置４２の起動および停止が制御される。

制御エリア５には、制御装置５１が設置される。

制御装置５１は、通信線を介して各エリアに設置された外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４と接続される。制御装置５１は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４から、各エリアに設置された設備の各種情報を取得する。制御装置５１は、取得した情報に基づいて、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４を介して各設備を制御する。また、制御装置５１は、電力系統６からの電力の受電点７における電力量を、電力量計等を用いて監視する。

特に、制御装置５１は、二酸化炭素（以下、ＣＯ２と記載）排出量の目標値と、太陽光発電機２１による発電電力および電力系統６からの受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量と、太陽光発電機２１の発電電力量とに基づいて、水素製造装置４２に入力される電力系統６からの受電電力の値を決定する。制御装置５１は、受電点７の受電電力が決定した受電電力の値に一致するように、水素製造装置４２への入力電力を制御する。

また、制御装置５１は、水素製造システム１の稼働状況を表示装置５２に表示する。表示装置５２の表示例については後述する。

〔制御装置５１の構成〕
図２は、本開示の実施形態１に係る制御装置５１のハードウェア構成および機能構成を示すブロック図である。
制御装置５１は、制御部５３と、通信部５４と、記憶部５５とを備える。

制御部５３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、記憶部５５にあらかじめ記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される機能的な処理部として、目標値取得部５６と、排出量取得部５７と、発電電力量取得部５８と、決定部５９と、指令送信部６０と、表示制御部６１とを備える。

通信部５４は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４との通信処理を実行する通信装置より構成される。つまり、通信部５４は、制御部５３から与えられた情報を、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４に送信するとともに、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４から受信した情報を制御部５３に与える。

記憶部５５は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性のメモリ素子、フラッシュメモリ若しくはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性のメモリ素子、または、ハードディスクなどの磁気記憶装置などにより構成されている。記憶部５５は、制御部５３が実行するコンピュータプログラム、およびその実行に必要なデータなどを記憶する。

目標値取得部５６は、水素製造装置４２による水素製造時のＣＯ２排出量の目標値を取得する。具体的には、目標値取得部５６は、記憶部５５にあらかじめ記憶されている、基準のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅ［ｋｇ／Ｎｍ^３］と、ＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅ［％／１００］とを、記憶部５５から目標値として読み出す。

ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅは、例えば、天然ガス改質により水素を１Ｎｍ^３製造した場合に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］を示す。

ＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅは、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅを基準としたときの水素製造装置４２によるＣＯ２排出量の許容率を示す。つまり、ＣＯ２許容率ＣＯ２_ＲａｔｅにＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅを掛けた値（ＣＯ２_Ｒａｔｅ×ＣＯ２_Ｂａｓｅ）が、水素製造装置４２により水素を１Ｎｍ^３製造した場合に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値を示す。

排出量取得部５７は、太陽光発電機２１による発電電力および電力系統６からの受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量を取得する。具体的には、排出量取得部５７は、記憶部５５にあらかじめ記憶されている、太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］と、電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］とを、記憶部５５から読み出す。ここで、ｔは対象期間を示し、例えば、３０分単位の期間を示す。

発電電力量取得部５８は、太陽光発電機２１による発電電力量を取得する。具体的には、発電電力量取得部５８は、記憶部５５にあらかじめ記憶されている太陽光発電機２１の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を、記憶部５５から読み出す。

決定部５９は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）と、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）およびＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）と、発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とに基づいて、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を決定する。

以下、決定部５９による受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］の決定方法についてより詳細に説明する。

決定部５９は、水素製造装置４２に入力される発電電力および受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量の合計がＣＯ２排出量の目標値を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。

例えば、決定部５９は、以下の式１４から式１８に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）の決定には、所定の数理最適化手法が用いられる。

次に、各式について説明する。
＜＜目的関数＞＞
水素製造量［Ｎｍ^３］：Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最大化 …（式１）
式１は、決定部５９が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置４２によるトータルの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最大化を目的関数とする。

＜＜パラメータ＞＞
太陽光発電機２１の発電電力量（予測値）［ｋＷｈ］：Ｐ_Ｐｖ（ｔ） …（式２）
系統電力のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式３）
太陽光発電機２１のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ） …（式４）
基準のＣＯ２排出量［ｋｇ／Ｎｍ^３］：ＣＯ２_Ｂａｓｅ …（式５）
ＣＯ２許容率［％／１００］：ＣＯ２_Ｒａｔｅ …（式６）
水素製造効率［Ｎｍ^３／ｋＷｈ］：ξ …（式７）
水素製造装置４２の定格入力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ} …（式８）

式２から式８は、目的関数または後述の制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式２は、発電電力量取得部５８が取得した太陽光発電機２１の対象期間ｔにおける発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）は、例えば、当日の天候や気温等の気象情報に基づく予測値である。

式３は、排出量取得部５７が取得した、対象期間ｔにおける電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式４は、排出量取得部５７が取得した、対象期間ｔにおける太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式５は、目標値取得部５６が取得した基準のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅ［ｋｇ／Ｎｍ^３］を示す。

式６は、目標値取得部５６が取得したＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅ［％／１００］を示す。

式７に示す水素製造効率ξは、水素製造装置４２への入力電力１ｋＷｈ当たりの水素製造量［Ｎｍ^３］を示す。

式８は、水素製造装置４２の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}［ｋＷｈ］を示す。

式７および式８の値は予め記憶部５５に記憶されており、決定部５９がこれらの値を記憶部５５から読み出す。

＜＜変数＞＞
対象期間：ｔ［０，１，…，ｔｍａｘ］ …（式９）
受電電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式１０）
水素製造装置４２の入力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_ＷＥ（ｔ） …（式１１）
水素製造時の総ＣＯ２排出量［ｋｇ］：Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ） …（式１２）
水素製造量［Ｎｍ^３］：Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ） …（式１３）

式９から式１３は、目的関数または制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式９は、対象期間ｔを表す変数であり、ｔは０からｔｍａｘまでのｔｍａｘ＋１の期間を示す。各期間は、例えばデマンド時限に対応した３０分間である。ただし、期間の長さは３０分間に限定されるものではない。

式１０は、対象期間ｔにおける電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式１１は、対象期間ｔにおける水素製造装置４２への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式１２は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２による水素製造時の総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）［ｋｇ］を示す。

式１３は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２による水素製造量［Ｎｍ^３］を示す。

＜＜制約条件＞＞
Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）＋Ｐ_Ｐｖ（ｔ）＝Ｐ_ＷＥ（ｔ） …（式１４）
Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）＝Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１） …（式１５）
Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）＝Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）×ξ
…（式１６）
ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ≧Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ_ｍａｘ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ） …（式１７）
Ｐ_ＷＥ（ｔ）≦Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ} …（式１８）

式１４から式１８は、式１に示す目的関数を最大化する際の制約条件を示す。

式１４は、対象期間ｔにおける電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）と対象期間ｔにおける太陽光発電機２１の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とを加算した値が、対象期間ｔにおける水素製造装置４２への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）と等しいことを示す。

式１５は、対象期間０から対象期間ｔまでの総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ－１）に、電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）と、太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１）とを加算した値と等しいことを示す。

式１６は、対象期間０からｔまでの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）は、対象期間０からｔ－１までの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ－１）に、入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）と水素製造効率ξとの乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式１７は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造時の１Ｎｍ^３あたりのＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ_ｍａｘ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置４２による１Ｎｍ^３の水素製造時に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ以下であることを示す。

式１８は、対象期間ｔにおける水素製造装置４２の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）は、水素製造装置４２の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}以下であることを示す。

再び図１および図２を参照して、指令送信部６０は、受電点７を流れる電力量を監視し、当該電力量が決定部５９により決定された受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）に一致するように、水素製造装置４２への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を式１４に従い決定する。指令送信部６０は、外部Ｉ／Ｆ装置４４に対して入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を送信する。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、指令送信部６０から指令を受信し、指令が示す入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）に一致するように、対象期間ｔにおける水素製造装置４２の入力電力量を制御する。

表示制御部６１は、ＣＯ２排出量の目標値に対する、水素製造装置４２による水素製造において消費される電力（水素製造装置４２の入力電力）の製造におけるＣＯ２排出量の割合（以下、基準ＣＯ２排出比率と記載）を表示装置５２の画面に表示させる。また、表示制御部６１は、水素製造装置４２に入力される発電電力および受電電力を表示装置５２の画面に表示させる。また、表示制御部６１は、発電電力および受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量を表示装置５２の画面に表示させる。

図３は、本開示の実施形態１に係る表示制御部６１による画面表示の一例を示す図である。

例えば、グラフ７１では、水素製造装置４２により製造された水素の基準ＣＯ２排出比率がハッチング領域により示されており、ＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅ［％／１００］を％表示した値が４０％であることが示されている。また、水素製造装置４２による水素製造時に発生するＣＯ２排出量がＡＡＡ［ｋｇ／Ｎｍ^３］であり、基準ＣＯ２排出比率が３５［％］であることが数値で示されている。

また、グラフ７２では、水素貯蔵タンク３２への水素の貯蔵割合がハッチング領域により示されている。また、水素製造量がＮＮＮ［Ｎｍ^３］であることが数値により示されている。

また、水素製造装置４２に入力される電力系統６からの受電電力がＰ［ｋＷ］であり、水素製造装置４２に入力される太陽光発電機２１の発電電力がＱ［ｋＷ］であることが示されている。また、水素製造装置４２の入力電力がＷ［ｋＷ］であることが示されている。

また、電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量がｘｘｘ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。また、太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量がｙｙｙ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。

〔制御装置５１の処理の流れ〕
図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置５１の処理手順の一例を示すフローチャートである。

目標値取得部５６は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ１）。

排出量取得部５７は、電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ２）。

排出量取得部５７は、太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ３）。

発電電力量取得部５８は、太陽光発電機２１の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）を、記憶部５５から読み出す（Ｓ４）。

決定部５９は、式１４から式１８に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する（Ｓ５）。

指令送信部６０は、受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）に基づいて、水素製造装置４２への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定し、外部Ｉ／Ｆ装置４４に対して入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を送信する（Ｓ６）。

〔実施形態１の効果等〕
以上説明したように、本開示の実施形態１によると、ＣＯ２排出量の目標値と、太陽光発電機２１の発電電力および電力系統６からの受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量と、太陽光発電機２１による発電電力量とに基づいて、水素製造装置４２に入力される受電電力量が決定される。このため、発電電力と受電電力とをバランスよく利用しつつ、目標値に合わせて水素製造時のＣＯ２排出量を決定することができる。これにより、水素製造時のＣＯ２排出量を削減しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

また、決定部５９は、水素製造装置４２に入力される発電電力および受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量の合計がＣＯ２排出量の目標値を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、電力系統６からの受電電力量を決定している。これにより、水素製造装置４２への入力電力の製造におけるＣＯ２排出量が目標値を超えないようにしつつ、所定の目的関数を最適化することができる。例えば、水素製造量の最大化を目的関数の最適化とすることにより、水素製造時のＣＯ２排出量を削減しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

また、表示制御部６１は、ＣＯ２排出量の目標値に対する、基準ＣＯ２排出比率を表示装置５２の画面に表示させる。このため、ユーザは、水素製造において、どのくらいの割合のＣＯ２が排出されているかを知ることができる。

また、表示制御部６１は、水素製造装置４２に入力される発電電力および受電電力を表示装置５２の画面に表示させる。このため、ユーザは、どのくらいの量の発電電力および受電電力が水素製造に利用されているかを知ることができる。

また、表示制御部６１は、発電電力および受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量を表示装置５２の画面に表示させる。つまり、発電電力および受電電力の値と合わせて、発電電力および受電電力の製造におけるＣＯ２排出量が画面に表示される。このため、ユーザは、水素製造のためのＣＯ２排出量がどの程度かを知ることができる。例えば、受電電力の値と受電電力の製造におけるＣＯ２排出量とを乗算することにより、受電電力による水素製造のためのＣＯ２排出量がどの程度かを知ることができる。

＜変形例１＞
上述の実施の形態では、決定部５９は、水素製造量を最大化することにより（式１）、受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定したが、目的関数は式１に示したものに限定されない。例えば、目的関数として、以下の式１９または式２０に示すサブ目的関数を用いてもよい。

決定部５９は、式１４から式１８に示した制約条件と、以下の式３１から式３９に示すサブ制約条件とのもとで、式１９または式２０に示すサブ目的関数を最適化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。

次に、各式について説明する。
＜＜サブ目的関数＞＞
水素製造総コスト［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最小化…（式１９）
水素製造装置４２の稼働率［％／１００］：ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）の最大化
…（式２０）

式１９は、決定部５９が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置４２によるトータルの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最小化を目的関数の最適化とする。

式２０は、決定部５９が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置４２の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）の最大化を目的関数の最適化とする。

＜＜サブパラメータ＞＞
系統電力単価［円／ｋＷｈ］：Ｃｏｓｔ（ｔ） …（式２１）
タンク容量上限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＨＬ …（式２２）
タンク容量下限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＬＬ …（式２３）
水素製造装置４２の稼働率上限［％／１００］：Ｒ_ＨＬ …（式２４）
水素製造装置４２の稼働率下限［％／１００］：Ｒ_ＬＬ …（式２５）

式２１から式２５は、サブ目的関数またはサブ制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式２１は、対象期間ｔにおける電力系統６からの受電電力の単価である系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ）［円／ｋＷｈ］を示す。

式２２は、水素貯蔵タンク３２の容量の上限であるタンク容量上限Ｔ_ＨＬ［Ｎｍ^３］を示す。

式２３は、水素貯蔵タンク３２の容量の下限であるタンク容量下限Ｔ_ＬＬ［Ｎｍ^３］を示す。

式２４は、水素製造装置４２の稼働率の上限Ｒ_ＨＬ［％／１００］を示す。

式２５は、水素製造装置４２の稼働率の下限Ｒ_ＬＬ［％／１００］を示す。

式２１から式２５の値は予め記憶部５５に記憶されており、決定部５９がこれらの値を記憶部５５から読み出す。

＜＜サブ変数＞＞
水素貯蔵タンク残量［Ｎｍ^３］：ＴＡＮＫ（ｔ） …（式２６）
購入電力金額［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式２７）
水素製造装置４２の総入力電力［ｋＷｈ］：ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ） …（式２８）
水素製造総コスト［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ） …（式２９）
水素製造装置４２の稼働率［％／１００］：ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ） …（式３０）

式２６から式３０は、サブ目的関数またはサブ制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式２６は、対象期間ｔにおける水素貯蔵タンク３２の残量ＴＡＮＫ（ｔ）［Ｎｍ^３］を示す。

式２７は、対象期間０から対象期間ｔまでの電力系統６からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［円］を示す。

式２８は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式２９は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２による水素製造に要する総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）［円］を示す。

式３０は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）［％／１００］を示す。

＜＜サブ制約条件＞＞
ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）＝ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋Ｃｏｓｔ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１） …（式３１）
ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）＝ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ－１）
＋Ｃｏｓｔ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
…（式３２）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）＝ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）
／（ｔ×Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}） …（式３３）
ＴＡＮＫ（ｔ）＝ＴＡＮＫ（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）×ξ …（式３４）
ＴＡＮＫ（ｔ）≧Ｔ_ＬＬ …（式３５）
ＴＡＮＫ（ｔ）≦Ｔ_ＨＬ …（式３６）
ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）＝ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）
…（式３７）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）≧Ｒ_ＬＬ …（式３８）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）≦Ｒ_ＨＬ …（式３９）

式３１から式３９は、式１９または式２０に示すサブ目的関数を最適化する際の制約条件を示す。

式３１は、対象期間０から対象期間ｔまでの電力系統６からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの電力系統６からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）に、系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ－１）と電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）の乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式３２は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ－１）に、系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ－１）と電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）の乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式３３は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２の総入力電力を対象期間ｔと水素製造装置４２の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}の乗算値で除算した値と等しいことを示す。

式３４は、対象期間ｔにおける水素貯蔵タンク残量ＴＡＮＫ（ｔ）は、対象期間ｔ－１における水素貯蔵タンク残量ＴＡＮＫ（ｔ－１）に、水素製造装置４２の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）と水素製造効率ξとの乗算値を加算した値に等しいことを示す。

式３５は、対象期間ｔにおける水素貯蔵タンク残量ＴＡＮＫ（ｔ）は、タンク容量下限Ｔ_ＬＬ以上であることを示す。

式３６は、対象期間ｔにおける水素貯蔵タンク残量ＴＡＮＫ（ｔ）は、タンク容量上限Ｔ_ＨＬ以下であることを示す。

式３７は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置４２の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの水素製造装置４２の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ－１）に水素製造装置４２の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）を加算した値であることを示す。

式３８は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置４２の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置４２の稼働率下限Ｒ_ＬＬ以上であることを示す。

式３９は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置４２の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置４２の稼働率上限Ｒ_ＨＬ以下であることを示す。

＜変形例２＞
式１７の制約条件の代わりに、以下の式１７Ａの制約条件を用いてもよい。
ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ≧Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）
…（式１７Ａ）

式１７Ａは、対象期間０からｔｍａｘまでの各対象期間ｔについて、対象期間０からｔまでの水素製造時の１Ｎｍ^３あたりのＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）は、水素製造装置４２による１Ｎｍ^３の水素製造時に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ以下であることを示す。

＜変形例３＞
式２に示した太陽光発電機２１の発電電力量として予測値の代わりに実測値を用い、リアルタイムで電力系統６からの受電電力量を決定するようにしてもよい。

＜実施形態２＞
実施形態１では、水素製造システム１は蓄電池を備えない構成としたが、実施形態２では水素製造システム１が蓄電池を備える構成について説明する。

〔水素製造システムの全体構成〕
図５は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。
図５に示す水素製造システム１は、実施形態１に係る水素製造システム１の構成において、ＤＣ／ＡＣコンバータ２４の代わりにパワーコンディショナー２６を備え、さらに、蓄電池２３を備える。

蓄電池２３は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２およびパワーコンディショナー２６に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で電圧が変換された太陽光発電機２１の出力電力を充電する。また、蓄電池２３は、パワーコンディショナー２６で直流に変換された電力系統６からの受電電力を充電する。また、蓄電池２３は、充電された電力を放電する。蓄電池２３は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。

パワーコンディショナー２６は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２および蓄電池２３に接続される。パワーコンディショナー２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２または蓄電池２３から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。また、パワーコンディショナー２６は、電力系統６からの受電電力を直流電力に変換して蓄電池２３に出力する。

外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（太陽光発電機２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、蓄電池２３およびパワーコンディショナー２６）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、太陽光発電機２１から太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、制御装置５１から蓄電池２３の充放電量を制御するための指令データを受信し、受信した指令データを蓄電池２３に与える。これにより、蓄電池２３の充放電量が制御される。

制御装置５１の構成は、図２に示した実施形態１に係る制御装置５１の構成と同様である。ただし、一部の機能が異なる。
制御装置５１は、外部Ｉ／Ｆ装置２５を介して蓄電池２３を制御する。

排出量取得部５７は、蓄電池２３に充電される電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を取得する。つまり、排出量取得部５７は、蓄電池２３への充電前の状態における蓄電池２３に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量と、蓄電池２３に充電される電力の製造における二酸化炭素排出量とに基づいて、蓄電池２３への充電後の状態における蓄電池２３に充電済みの電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を算出する。ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）は、後述の式５４により算出される。

決定部５９は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）と、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）、ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）およびＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）と、発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とに基づいて、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を決定する。

以下、決定部５９による受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］の決定方法についてより詳細に説明する。

例えば、決定部５９は、式１４から式１８に示す制約条件と、以下の式５１から式５８に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）の決定には、所定の数理最適化手法が用いられる。

次に、各式について説明する。
＜＜パラメータ＞＞
充放電効率［％／１００］：μ …（式４０）
ＳＯＣ上限［ｋＷｈ］：ＳＯＣ_ＨＬ …（式４１）
ＳＯＣ下限［ｋＷｈ］：ＳＯＣ_ＬＬ …（式４２）

式４０から式４２は、目的関数または制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式４０は、パワーコンディショナー２６での変換ロスを考慮した蓄電池２３の充放電効率［％／１００］を示す。

式４１は、蓄電池２３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の上限ＳＯＣ_ＨＬ［ｋＷｈ］を示す。

式４２は、蓄電池２３のＳＯＣの下限ＳＯＣ_ＬＬ［ｋＷｈ］を示す。

＜＜変数＞＞
蓄電池ＡＣ出力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ） …（式４３）
蓄電池ＤＣ出力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ） …（式４４）
蓄電池放電運転：Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ） ［０，１］ …（式４５）
蓄電池充電運転：Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ） ［０，１］ …（式４６）
蓄電池残量［ｋＷｈ］：ＳＯＣ（ｔ） …（式４７）
蓄電池のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ） …（式４８）
蓄電池電力によるＣＯ２排出量［ｋｇ］：Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）…（式４９）
系統と太陽光のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_ｉｎ（ｔ） …（式５０）
式４３から式５０は、目的関数または制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式４３は、対象期間ｔにおいて、蓄電池２３から出力され、パワーコンディショナー２６により変換された交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式４４は、対象期間ｔにおいて、蓄電池２３から出力された直流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

図６は、電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）との関係を示す図である。蓄電池２３からの放電電力を正の値とし、蓄電池２３への充電電力を負の値とする。蓄電池２３から出力される電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）の電力が充放電効率μで交流の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）に変換される。

式４５は、蓄電池２３が放電運転をしているか否かを示す変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）であり、変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）が１の場合には蓄電池２３が放電運転をしていることを示し、０の場合には放電運転をしていないことを示す。

式４６は、蓄電池２３が充電運転をしているか否かを示す変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）であり、変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）が１の場合には蓄電池２３が充電運転をしていることを示し、０の場合には充電運転をしていないことを示す。

式４７は、対象期間ｔにおける蓄電池２３の残量ＳＯＣ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式４８は、対象期間ｔにおける蓄電池２３から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式４９は、対象期間ｔにおける蓄電池２３から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）［ｋｇ］を示す。

式５０は、電力系統６からの受電電力と太陽光発電機２１の発電電力を合計した電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

＜＜制約条件＞＞
Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）＝Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）×（Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）／μ）
＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）×（Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）×μ）
…（式５１）
ＳＯＣ（ｔ）＝ＳＯＣ（ｔ－１）－Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１） …（式５２）
ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）＝（ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１））
／（Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）＋Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１）） …（式５３）
ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）＝Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ－１）×ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ－１）
＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ－１）×
｛（ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ－１）×ＳＯＣ（ｔ－１）
－ＣＯ２_ｉｎ（ｔ－１）×Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１））／ＳＯＣ（ｔ） …（式５４）
Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）＝ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）×Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）
…（式５５）
Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）＝１ …（式５６）
ＳＯＣ（ｔ）＞＝ＳＯＣ_ＬＬ …（式５７）
ＳＯＣ（ｔ）＜＝ＳＯＣ_ＨＬ …（式５８）

式５１から式５８は、式１に示す目的関数を最大化する際の制約条件を示す。

式５１は、対象期間ｔにおける蓄電池２３から出力された直流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）は、放電時の交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）を充放電効率μで除算した値と、充電時の交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と充放電効率μとを乗算した値との加算値であることを示す。

式５２は、対象期間ｔにおける蓄電池２３の残量ＳＯＣ（ｔ）は、対象期間ｔ－１における蓄電池２３の残量ＳＯＣ（ｔ－１）から出力電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１）を減算した値であることを示す。

式５３は、対象期間ｔにおけるＣＯ２排出量ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）は、電力系統６からの受電電力および太陽光発電機２１の発電電力の製造時のＣＯ２排出量を、受電電力および発電電力の合計で除算した値であることを示す。

式５４は、対象期間ｔにおける蓄電池２３の充電電力のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）は、放電時の蓄電池２３の出力の製造におけるＣＯ２排出量と、充電時の蓄電池２３の出力の製造におけるＣＯ２排出量との和であることを示す。

式５５は、対象期間ｔにおける蓄電池２３から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）は、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）と蓄電池２３の出力電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）との積であることを示す。

式５６は、対象期間ｔにおいては、蓄電池２３は放電運転または充電運転を行うことを示す。

式５７は、対象期間ｔにおける蓄電池２３の蓄電池残量ＳＯＣ（ｔ）は下限ＳＯＣ_ＬＬ以上であることを示す。

式５８は、対象期間ｔにおける蓄電池２３の蓄電池残量ＳＯＣ（ｔ）は上限ＳＯＣ_ＨＬ以下であることを示す。

図７は、本開示の実施形態２に係る表示制御部６１による画面表示の一例を示す図である。

図７に示す表示画面は、図３に示した実施形態１に係る表示画面と同様である。ただし、蓄電池２３に関する情報が加えられている。

つまり、電力系統６および太陽光発電機２１から蓄電池２３に充電される電力がＲ［ｋＷ］であることが示されている。なお、蓄電池２３から電力が放電される場合には、矢印が逆向きとなり、放電電力が表示される。

また、蓄電池２３に充電されている電力の製造におけるＣＯ２排出量がｚｚｚ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。

〔制御装置５１の処理の流れ〕
図８は、本開示の実施形態２に係る制御装置５１の処理手順の一例を示すフローチャートである。

目標値取得部５６は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ１）。

排出量取得部５７は、電力系統６からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ２）。

排出量取得部５７は、太陽光発電機２１の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）を記憶部５５から読み出す（Ｓ３）。

排出量取得部５７は、式５４に従い、蓄電池２３に充電される電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を算出する（Ｓ１１）。

発電電力量取得部５８は、太陽光発電機２１の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）を、記憶部５５から読み出す（Ｓ４）。

決定部５９は、式１４から式１８に示す制約条件と、式５１から式５８に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統６からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する（Ｓ１２）。

指令送信部６０は、受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）に基づいて、水素製造装置４２への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定し、外部Ｉ／Ｆ装置４４に対して入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を送信する（Ｓ６）。

〔実施形態２の効果等〕
以上説明したように、本開示の実施形態２によると、蓄電池２３を備える構成においても、太陽光発電機２１の発電電力と電力系統６からの受電電力とをバランスよく利用しつつ、目標値に合わせて水素製造時のＣＯ２排出量を決定することができる。

また、式５４によれば、蓄電池２３に発電電力および受電電力の双方が充電される場合であっても、蓄電池２３に充電されている電力の製造におけるＣＯ２排出量を正確に算出することができる。

［付記］
上記の制御装置５１を構成する構成要素の一部または全部は、１または複数のシステムＬＳＩなどの半導体装置から構成されていてもよい。

また、上記したコンピュータプログラムを、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させてもよい。また、コンピュータプログラムを、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送して流通させてもよい。

また、制御装置５１は、複数のコンピュータまたは複数のプロセッサにより実現されてもよい。

また、制御装置５１の一部または全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。つまり、制御装置５１の一部または全部の機能がクラウドサーバにより実現されていてもよい。

さらに、上記実施形態および上記変形例の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 水素製造システム
２ 電力供給エリア
３ 配管エリア
４ 水素製造エリア
５ 制御エリア
６ 電力系統
７ 受電点
２１ 太陽光発電機
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電池
２４ ＤＣ／ＡＣコンバータ
２５ 外部Ｉ／Ｆ装置
２６ パワーコンディショナー
３１ バルブ
３２ 水素貯蔵タンク
３３ バルブ
３４ バルブ
３５ 外部Ｉ／Ｆ装置
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ 水素製造装置
４３ バルブ
４４ 外部Ｉ／Ｆ装置
５１ 制御装置
５２ 表示装置
５３ 制御部
５４ 通信部
５５ 記憶部
５６ 目標値取得部
５７ 排出量取得部
５８ 発電電力量取得部
５９ 決定部
６０ 指令送信部
６１ 表示制御部
７１ グラフ
７２ グラフ

Claims (10)

1. 再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置であって、
   前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部と、
   前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部と、
   前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部と、
   前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部とを備える、制御装置。
2. 前記決定部は、前記水素製造装置に入力される前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量の合計が前記目標値を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、前記受電電力量を決定する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御装置は、さらに、前記発電電力および前記受電電力を充電する蓄電池を制御し、
   前記排出量取得部は、さらに、前記蓄電池の充電電力の製造における二酸化炭素排出量を取得し、
   前記決定部は、前記目標値と、前記発電電力、前記受電電力および前記充電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記受電電力量を決定する、請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記排出量取得部は、前記蓄電池への充電前の状態における前記蓄電池に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量と、前記蓄電池に充電される電力の製造における二酸化炭素排出量とに基づいて、前記蓄電池への充電後の状態における前記蓄電池に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量を算出する、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記目標値に対する、前記水素製造装置による水素製造において消費される電力の製造における二酸化炭素排出量の割合を画面に表示させる表示制御部をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記表示制御部は、さらに、前記水素製造装置に入力される前記発電電力および前記受電電力を前記画面に表示させる、請求項５に記載の制御装置。
7. 前記表示制御部は、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を前記画面に表示させる、請求項６に記載の制御装置。
8. コンピュータにより、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御方法であって、
   前記コンピュータが、前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記発電機による発電電力量を取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定するステップとを含む、制御方法。
9. コンピュータを、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置を制御する制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記水素製造装置による水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値を取得する目標値取得部、
   前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を取得する排出量取得部、
   前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部、および、
   前記目標値と、前記発電電力および前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定する決定部として機能させる、コンピュータプログラム。
10. 再生可能エネルギーを利用した発電機と、
    前記発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置と、
    前記水素製造装置を制御する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の制御装置とを備える、水素製造システム。

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