WO2024058142A1

WO2024058142A1 - 電力管理装置

Info

Publication number: WO2024058142A1
Application number: PCT/JP2023/033092
Authority: WO
Inventors: 裕哉岩崎; 靖国田中
Original assignee: 三浦工業株式会社
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2023-09-11
Publication date: 2024-03-21
Also published as: JP7490180B1

Abstract

電力管理装置１０は、電力系統４からの電力に基づいて水素を生成する水素生成装置６の運転状態を取得する運転状態取得部１１と、水素生成装置６で生成された水素を貯蔵する貯蔵装置７の水素貯蔵率を取得する水素貯蔵率取得部１２と、運転状態と水素貯蔵率とに基づいて、デマンドレスポンスの要請に応じるか否かを判定する判定部１３と、を備える。

Description

電力管理装置

　本願は、２０２２年９月１４日に日本に出願された特願２０２２－１４５９８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　本開示は、電力管理装置に関する。

　近年、夏場及び冬場において、供給電力に対して需要電力が高く、電力不足になることが多い。また、近年の日本の電源構成の割合の傾向として、太陽光発電の割合が増加している。太陽光発電は、二酸化炭素を排出しないメリットがあるものの、天候の影響を受け易く系統電力の変動に弱いというデメリットがある。つまり、太陽光発電で発電した電力を売電していると、系統電力の波形が変動した際、系統問題が起こり易くなり、近年の売電価格と固定価格買い取り制度（ＦＩＴ制度）との関係から、需要者にとって売電のメリットが低くなっている。一般的に、系統電力が不足すると周波数が低下し、系統電力が過多になると周波数が上昇する。上記に挙げた問題点により、近年、電力供給過多及び電力供給不足が起こりやすくなっている。この問題を解決するために、デマンドレスポンス、という仕組みがある。

特開２０１９－１７００９７号公報

　カーボンニュートラルの実現のために、燃料として化石燃料の代わりに水素を使用することが様々な技術分野において検討されている。最適な電力コストで水素を生成できる技術が要望される。

　本開示は、最適な電力コストで水素を生成することを目的とする。

　本開示に従えば、電力系統からの電力に基づいて水素を生成する水素生成装置の運転状態を取得する運転状態取得部と、水素生成装置で生成された水素を貯蔵する貯蔵装置の水素貯蔵率を取得する水素貯蔵率取得部と、運転状態と水素貯蔵率とに基づいて、デマンドレスポンスの要請に応じるか否かを判定する判定部と、を備える、電力管理装置が提供される。

　本開示によれば、最適な電力コストで水素が生成される。

第１実施形態に係る電力管理システムを示す図である。第１実施形態に係る電力管理装置を示すブロック図である。第１実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。第２実施形態に係る電力管理装置を示すブロック図である。第２実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。第３実施形態に係る需要家を示すブロック図である。第３実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。

　以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［第１実施形態］
　第１実施形態について説明する。

＜電力管理システム＞
　図１は、実施形態に係る電力管理システム１を示す図である。電力管理システム１は、アグリゲータ２と、複数の需要家３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、電力系統４と、通信ネットワーク５とを備える。

　電力管理システム１においては、アグリゲータ２から需要家３へのデマンドレスポンス（ＤＲ：Demand　Response）の要請により、電力の需給バランスが図られる。デマンドレスポンスとは、需要家３が保有するエネルギーリソースを制御することにより、電力需要のパターンを変化させることをいう。デマンドレスポンスには、電力需要の増加を要請する上げデマンドレスポンスと、電力需要の抑制を要請する下げデマンドレスポンスとがある。以下の説明において、デマンドレスポンスを適宜、ＤＲ、と称し、上げデマンドレスポンスを適宜、上げＤＲ、と称し、下げデマンドレスポンスを適宜、下げＤＲ、と称する。

　電力系統４は、発電所において発生した電力を需要家３に供給する。アグリゲータ２は、電力会社からの電力需給指令に基づいて、契約している需要家３に、通信ネットワーク５を介してＤＲを要請する。需要家３は、ＤＲの要請に応じることにより、アグリゲータ２から報酬を受け取る。

　上述のように、ＤＲとは、需要家３が保有するエネルギーリソースを制御することにより、電力需要のパターンを変化させることをいう。実施形態において、需要家３が保有するエネルギーリソースは、水素生成装置６を含む。水素生成装置６は、電力系統４からの電力に基づいて水素を生成する。水素生成装置６として、アルカリ水電解装置、固体高分子型水電解装置、又は高温水電解装置が例示される。

　水素生成装置６で生成された水素は、貯蔵装置７に貯蔵される。貯蔵装置７は、タンクを含む。貯蔵装置７に貯蔵されている水素の少なくとも一部は、水素消費装置８に供給される。水素消費装置８は、貯蔵装置７から供給された水素を消費する。実施形態において、水素消費装置８は、燃料として水素を燃焼して蒸気を発生するボイラ（水素炊きボイラ）である。なお、水素消費装置８は、水素を使用して電力を発生する燃料電池でもよい。

　電力管理システム１は、電力管理装置１０を有する。電力管理装置１０は、コンピュータシステムを含む。電力管理装置１０は、少なくとも水素生成装置６に供給される電力を制御する。電力管理装置１０は、水素生成装置６、貯蔵装置７、及び水素消費装置８のそれぞれを制御してもよい。電力管理装置１０は、需要家３に保有されてもよいし、需要家３とは別の第三者に保有されてもよい。

＜電力管理装置＞
　図２は、実施形態に係る電力管理装置１０を示すブロック図である。電力管理装置１０は、運転状態取得部１１と、水素貯蔵率取得部１２と、判定部１３とを有する。

　運転状態取得部１１は、水素生成装置６の運転状態を取得する。水素生成装置６の運転状態は、水素の生成量が定格値である定格出力運転状態と、水素の生成量が定格値よりも小さい規定値である部分出力運転状態と、水素を生成せずに電力系統４からの電力を消費するホットスタンバイ状態と、を含む。

　水素生成装置６がアルカリ水電解装置である場合、アルカリ水電解装置は、セルと、セルの内部に配置されるアノード及びカソードと、アノードとカソードとの間に配置される多孔質材料からなる隔膜とを有する。水電解反応により、アノードにおいて水酸化物イオンから酸素と水とが生成され、カソードにおいて水から水素と水酸化物イオンとが生成される。また、アルカリ水電解装置は、セルの温度を調整するセルヒータ又は電解液の温度を調整する電解液ヒータのような電気ヒータを有する。ホットスタンバイ状態とは、水電解反応は生じていないものの、電気ヒータのような電気機器が作動して電力を消費している状態をいう。

　水素貯蔵率取得部１２は、貯蔵装置７の水素貯蔵率を取得する。貯蔵装置７のタンクの圧力を検出する圧力センサがタンクに設けられている場合、水素貯蔵率取得部１２は、圧力センサの検出データに基づいて、水素貯蔵率を取得することができる。

　判定部１３は、水素生成装置６の運転状態と貯蔵装置７の水素貯蔵率とに基づいて、アグリゲータ２からのＤＲの要請に応じるか否かを判定する。

　水素生成装置６の電力需要の増加を要請する上げＤＲの要請があった場合、判定部１３は、運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第１閾値以下である場合、上げＤＲの要請に応じると判定する。第１閾値は、予め定められた値である。一例として、第１閾値は９０％である。

　水素生成装置６の電力需要の抑制を要請する下げＤＲの要請があった場合、判定部１３は、運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合、下げＤＲの要請に応じると判定する。第２閾値は、予め定められた値である。一例として、第２閾値は２０％である。

＜電力管理方法＞
　図３は、実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。判定部１３は、上げＤＲの要請があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、上げＤＲの要請がないと判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、判定部１３は、下げＤＲの要請があるか否かを判定する（ステップＳ２）。

　ステップＳ２において、下げＤＲの要請があると判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、判定部１３は、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であると判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、判定部１３は、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上であると判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、判定部１３は、下げＤＲに応じると判定する（ステップＳ５）。

　ステップＳ１において、上げＤＲの要請があると判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、判定部１３は、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であると判定した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、判定部１３は、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下であると判定した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、判定部１３は、上げＤＲに応じると判定する（ステップＳ８）。

　ステップＳ２において、下げＤＲの要請がないと判定した場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ３において、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態でないと判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ４において、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上でないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ６において、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態でないと判定した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ７において、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下でないと判定した場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、判定部１３は、ＤＲの要請に応じないと判定する。電力系統４から水素生成装置６に電力が供給される。水素生成装置６は、電力系統４から供給された電力に基づいて水素を生成する。水素生成装置６で生成された水素は、貯蔵装置７を介して水素消費装置８に供給される。

　水素貯蔵率が第２閾値よりも小さい第３閾値以下である場合、判定部１３は、下げＤＲの要請に応じないと判定してもよい。第３閾値は、予め定められた値である。一例として、第３閾値は１０％である。電力系統４から水素生成装置６に電力が供給される。水素生成装置６は、電力系統４から供給された電力に基づいて水素を生成する。水素生成装置６で生成された水素は、貯蔵装置７を介して水素消費装置８に供給される。

＜効果＞
　以上説明したように、実施形態によれば、電力管理装置１０は、電力系統４からの電力に基づいて水素を生成する水素生成装置６の運転状態を取得する運転状態取得部１１と、水素生成装置６で生成された水素を貯蔵する貯蔵装置７の水素貯蔵率を取得する水素貯蔵率取得部１２と、水素生成装置６の運転状態と貯蔵装置７の水素貯蔵率とに基づいて、ＤＲの要請に応じるか否かを判定する判定部１３と、を備える。

　実施形態によれば、水素生成装置６の運転状態と貯蔵装置７の水素貯蔵率とに基づいて、ＤＲの要請に応じるか否かが判定されるので、最適な電力コストで水素が生成される。ＤＲの要請に応じることにより、需要家３は、アグリゲータ２から報酬を受け取ることができる。下げＤＲの要請に応じることにより、水素生成装置６の電力使用量が抑制される。水素生成装置６の運転状態と貯蔵装置７の水素貯蔵率とに基づいて、ＤＲの要請に応じることが不適切である状況においては、ＤＲの要請に応じないことにより、水素が適正に生成される。これにより、水素消費装置８は、水素を使用して安定して駆動することができる。

　水素生成装置６の電力需要の増加を要請する上げＤＲの要請があった場合、判定部１３は、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であり、且つ、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下である場合、上げＤＲの要請に応じると判定する。水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態である場合、水素生成装置６の電力需要を増加させることができるので、上げＤＲの要請に応じることができる。貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下である場合、水素生成装置６の電力需要が増加して水素の発生量が増加しても、貯蔵装置７は、水素生成装置６において生成された水素を貯蔵することができる。

　水素生成装置６の電力需要の抑制を要請する下げＤＲの要請があった場合、判定部１３は、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であり、且つ、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上である場合、下げＤＲに応じると判定する。水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態である場合、水素生成装置６の電力需要を減少させることができるので、下げＤＲの要請に応じることができる。貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上である場合、水素生成装置６の電力需要が減少して水素の発生量が減少しても、貯蔵装置７は、水素消費装置８に水素を供給することができる。

　貯蔵装置７の水素貯蔵率が第３閾値（１０％）以下である場合、判定部１３は、下げＤＲの要請に応じないと判定してもよい。貯蔵装置７の水素貯蔵率が少ない場合に下げＤＲの要請に応じてしまうと、水素生成装置６における水素の発生量が減少又は無くなった場合、貯蔵装置７から水素消費装置８に水素を供給することが困難となる。貯蔵装置７の水素貯蔵率が第３閾値（１０％）以下である場合、下げＤＲの要請に応じず、電力系統４から水素生成装置６に電力が供給されることにより、水素生成装置６で生成された水素が貯蔵装置７を介して水素消費装置８に供給される。これにより、水素消費装置８の駆動が停止してしまうことが抑制される。

［第２実施形態］
　第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

　電力管理装置１０Ｂは、実際にＤＲの要請を取得する前に、将来におけるＤＲの要請を事前取得することができる。将来におけるＤＲの要請を事前取得することは、ＤＲの要請を予測すること及びＤＲの要請の事前通知を取得することの少なくとも一方を含む。

　将来におけるＤＲの要請は、様々な予測要因に基づいて予測可能である。将来におけるＤＲの要請を予測するための予測要因として、現在の発電所の発電能力、現在の電力の需給バランス、季節、時間帯、及び過去におけるＤＲの要請の実績が例示される。また、アグリゲータ２が需要家３にＤＲの要請を事前通知する場合がある。このように、電力管理装置１０Ｂは、実際にＤＲの要請を取得する前に、将来におけるＤＲの要請を事前取得することができる。

　実施形態において、電力管理装置１０Ｂは、ＤＲの要請を事前取得した場合、ＤＲの要請に応じることができるように、実際にＤＲの要請を取得する時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率を予め調整する。電力管理装置１０Ｂは、上げＤＲの要請を事前取得した場合、上げＤＲの要請に応じることができるように、実際に上げＤＲの要請を取得する時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率を予め減らしておく。電力管理装置１０Ｂは、下げＤＲの要請を事前取得した場合、下げＤＲの要請に応じることができるように、実際に下げＤＲの要請が有る時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率を予め増やしておく。

＜電力管理装置＞
　図４は、実施形態に係る電力管理装置１０Ｂを示すブロック図である。電力管理装置１０Ｂは、運転状態取得部１１と、水素貯蔵率取得部１２と、判定部１３と、要請取得部１４と、運転制御部１５とを有する。

　上述の第１実施形態と同様、運転状態取得部１１は、水素生成装置６の運転状態を取得する。水素貯蔵率取得部１２は、貯蔵装置７の水素貯蔵率を取得する。判定部１３は、水素生成装置６の運転状態と貯蔵装置７の水素貯蔵率とに基づいて、アグリゲータ２からのＤＲの要請に応じるか否かを判定する。

　要請取得部１４は、実際にＤＲの要請が取得される前に、将来におけるＤＲの要請を事前取得する。上述のように、ＤＲの要請を事前取得することは、ＤＲの要請を予測すること及びＤＲの要請の事前通知を取得することの少なくとも一方を含む。実施形態において、要請取得部１４は、上述の予測要因に基づいて、ＤＲの要請を予測する。

　以下の説明においては、実際にＤＲの要請が取得される前に、電力管理装置１０が将来におけるＤＲの要請を予測した時点を適宜、予測時点、と称する。また、電力管理装置１０が実際にＤＲの要請を取得した時点を適宜、取得時点、と称する。

　運転制御部１５は、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する。水素生成装置６は、貯蔵装置７に貯蔵する水素を生成する。水素消費装置８は、貯蔵装置７の水素を消費する。運転制御部１５は、将来におけるＤＲの要請が予測（事前取得）され、判定部１３がＤＲの要請に応じると判定した場合、実際にＤＲの要請が取得される取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率がＤＲに基づいて決定される目標値になるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する。

　運転制御部１５は、予測されたＤＲの要請が上げＤＲの要請である場合、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率の目標値を第１目標値とする。運転制御部１５は、予測されたＤＲの要請が下げＤＲの要請である場合、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率の目標値を第１目標値よりも高い第２目標値とする。

　第１目標値は、上述の第１実施形態において説明した第１閾値（９０％）よりも低い値である。第２目標値は、上述の第１実施形態において説明した第２閾値（２０％）よりも高い値である。第１目標値は、例えば２０％以上５５％以下の任意の値でもよい。第２目標値は、例えば５５％以上９０％以下の任意の値でもよい。

　すなわち、運転制御部１５は、予測されたＤＲの要請が上げＤＲの要請である場合、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が減るように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する。運転制御部１５は、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、水素生成装置６による水素の生成量が少なくなるように水素生成装置６を制御したり、水素消費装置８による水素の消費量が多くなるように水素消費装置８を制御したりする。

　運転制御部１５は、予測されたＤＲの要請が下げＤＲの要請である場合、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が増えるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する。運転制御部１５は、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、水素生成装置６による水素の生成量が多くなるように水素生成装置６を制御したり、水素消費装置８による水素の消費量が少なくなるように水素消費装置８を制御したりする。

＜電力管理方法＞
　図５は、実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。

　要請取得部１４は、実際にＤＲの要請が取得される前に、ＤＲの要請を予測する。予測されたＤＲの要請が上げＤＲの要請である場合（ステップＳ１１）、上述の第１実施形態において説明したステップＳ６からステップＳ８の処理を含む上げＤＲ応動判定処理が実施される。すなわち、判定部１３は、上げＤＲの要請が予測された後、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下である第１条件を満足する否かを判定する（ステップＳ１２）。

　ステップＳ１２において、第１条件を満足すると判定した場合、判定部１３は、上げＤＲの要請に応じると判定する（ステップＳ１３）。

　上げＤＲの要請に応じる場合、運転制御部１５は、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１目標値になるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する（ステップＳ１４）。

　予測されたＤＲの要請が下げＤＲの要請である場合（ステップＳ１５）、上述の第１実施形態において説明したステップＳ３からステップＳ５の処理を含む下げＤＲ応動判定処理が実施される。すなわち、判定部１３は、下げＤＲの要請が予測された後、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上である第２条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１６）。

　ステップＳ１６において、第２条件を満足すると判定した場合、判定部１３は、下げＤＲの要請に応じると判定する（ステップＳ１７）。

　下げＤＲの要請に応じる場合、運転制御部１５は、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２目標値になるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する（ステップＳ１８）。

＜効果＞
　以上説明したように、実施形態によれば、電力管理装置１０Ｂは、実際にＤＲの要請を取得する前に、将来におけるＤＲの要請の有無を事前取得する。ＤＲの要請が事前取得されるので、電力管理装置１０Ｂは、実際にＤＲの要請が有ったときに、ＤＲの要請に応じることができるように、貯蔵装置７の水素貯蔵率を予め調整することができる。

［第３実施形態］
　第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

＜電力管理装置＞
　図６は、実施形態に係る需要家３Ｃを示すブロック図である。実施形態において、需要家３Ｃは、水素消費装置として、水素ボイラ９を保有する。また、需要家３Ｃは、化石燃料ボイラ１６と、蒸気集合ヘッダ１７と、蒸気使用機器１８とを保有する。

　水素ボイラ９の燃料は、水素である。化石燃料ボイラ１６の燃料は、化石燃料である。水素ボイラ９は、貯蔵装置７からの水素を燃焼して蒸気を発生する。化石燃料ボイラ１６は、化石燃料を燃焼して蒸気を発生する。化石燃料として、石油、石炭、及び液化天然ガス（ＬＮＧ）が例示される。

　水素ボイラ９と化石燃料ボイラ１６とが蒸気集合ヘッダ１７に接続される。水素ボイラ９において発生した蒸気及び化石燃料ボイラ１６において発生した蒸気は、蒸気集合ヘッダ１７に供給される。蒸気使用機器１８は、蒸気集合ヘッダ１７からの蒸気を使用する。

　蒸気集合ヘッダ１７に圧力センサ１９が配置される。圧力センサ１９は、蒸気集合ヘッダ１７の圧力を検出する。圧力センサ１９の検出データは、電力管理装置１０Ｂに送信される。

　上述の第２実施形態と同様、電力管理装置１０Ｂは、運転状態取得部１１と、水素貯蔵率取得部１２と、判定部１３と、要請取得部１４と、運転制御部１５とを有する。実施形態において、運転制御部１５は、水素生成装置６、水素ボイラ９、及び化石燃料ボイラ１６を制御する。

　運転制御部１５は、貯蔵装置７の水素貯蔵率がＤＲに基づいて決定される目標値になるように水素生成装置６及び水素ボイラ９の少なくとも一方を制御し、且つ、蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力になるように、水素ボイラ９及び化石燃料ボイラ１６の少なくとも一方の燃焼量を制御する。

　すなわち、貯蔵装置７の水素貯蔵率を目標値にするために、水素生成装置６及び水素ボイラ９の一方又は両方が制御される。蒸気集合ヘッダ１７の圧力を目標圧力にするために、水素ボイラ９及び化石燃料ボイラ１６の一方又は両方が制御される。

　蒸気集合ヘッダ１７の目標圧力は、目標とする蒸気集合ヘッダ１７の圧力値、及び上限圧力値と下限圧力値との間の圧力範囲の一方又は両方を含む概念である。

　燃焼量［ｋｃａｌ／ｈ］とは、ボイラの燃焼室において単位時間当たりに発生する熱量をいう。ボイラのバーナに供給される燃料流量が多いほど、燃焼量は高くなる。バーナに供給される燃料流量が少ないほど、燃焼量は低くなる。燃焼量が高いほど、ボイラによる蒸気の生成量は多くなり、ボイラから蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が多くなる。燃焼量が低いほど、ボイラによる蒸気の生成量は少なくなり、ボイラから蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が少なくなる。

　蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力となるように、蒸気集合ヘッダ１７の圧力とボイラの必要燃焼量との関係を示す相関データが予め求められている。ボイラの必要燃焼量とは、蒸気集合ヘッダ１７を目標圧力にするためにボイラに要求される燃焼量をいう。ボイラの燃焼量が高い場合、ボイラから蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が多くなる。ボイラの燃焼量が低い場合、ボイラから蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が少なくなる。

　蒸気集合ヘッダ１７に複数のボイラ（水素ボイラ９及び化石燃料ボイラ１６）が接続されている場合、蒸気集合ヘッダ１７の圧力は、一定の圧力値又は一定の圧力範囲になるように制御される。ボイラから蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が変動したり、蒸気使用機器１８の蒸気使用量が変動したりした場合、蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力と目標圧力との差が大きくなる可能性がある。蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力と目標圧力との差が大きくなった場合、運転制御部１５は、蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力（圧力センサ１９の検出データ）と上述の相関データとに基づいて、蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力と目標圧力との差が小さくなるように、ボイラの必要燃焼量を決定する。運転制御部１５は、決定した必要燃焼量に基づいて、ボイラの燃焼量を変更する制御を実施する。

　上述の第２実施形態と同様、上げＤＲの要請が予測され、判定部１３が上げＤＲの要請に応じると判定した場合、運転制御部１５は、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１目標値になるように、水素生成装置６による水素の生成量を少なくする制御、及び水素ボイラ９による水素の消費量を多くする制御の一方又は両方を実施する。

　下げＤＲの要請が予測され、判定部１３が下げＤＲの要請に応じると判定した場合、運転制御部１５は、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２目標値になるように、水素生成装置６による水素の生成量を多くする制御、及び水素ボイラ９による水素の消費量を少なくする制御の一方又は両方を実施する。

　上げＤＲの要請が予測され、判定部１３が上げＤＲの要請に応じると判定した場合、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１目標値になるように水素ボイラ９による水素の消費量を多くすると、水素ボイラ９の燃焼量が高くなるため、水素ボイラ９から蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が多くなる。下げＤＲの要請が予測され、判定部１３が下げＤＲの要請に応じると判定した場合、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１目標値よりも高い第２目標値になるように水素ボイラ９による水素の消費量を少なくすると、水素ボイラ９の燃焼量が低くなるため、水素ボイラ９から蒸気集合ヘッダ１７への蒸気供給量が少なくなる。

　このように、貯蔵装置７の水素貯蔵率が目標値になるように水素ボイラ９の燃焼量が制御されると、蒸気集合ヘッダ１７の圧力が変動することになる。そのため、実施形態においては、蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力と目標圧力との差があれば、蒸気集合ヘッダ１７の実際の圧力を目標圧力にするために、運転制御部１５は、専ら化石燃料ボイラ１６の燃焼量を制御する。すなわち、運転制御部１５は、ＤＲの要請が予測され、判定部１３がＤＲの要請に応じると判定した場合、蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力になるように、水素ボイラ９に優先して化石燃料ボイラ１６を制御する。

＜上げＤＲの要請が予測される場合＞
　上げＤＲの要請が予測される場合、実際に上げＤＲの要請を取得する取得時点までに、貯蔵装置７の水素貯蔵率を減らす（第１目標値にする）必要がある。

　上げＤＲの要請が予測され、貯蔵装置７の水素貯蔵率が減るように（第１目標値になるように）、水素生成装置６による水素の生成量及び水素ボイラ９の燃焼量の一方又は両方が設定された後、上げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの間に蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力よりも低くなって、ボイラの必要燃焼量が増えた場合、運転制御部１５は、水素ボイラ９の燃焼量を変更せず、必要燃焼量が得られるように、化石燃料ボイラ１６の燃焼量を高くする制御を行う。このように、水素ボイラ９の制御に優先して、化石燃料ボイラ１６を制御するので、運転制御部１５は、水素貯蔵率を早く第１目標値にすることができるとともに、蒸気集合ヘッダ１７の圧力を目標圧力に近付けることができる。なお、水素貯蔵率は、上げＤＲの要請の取得時点までに第１目標値になっていればよい。そのため、上げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの期間が長く、化石燃料ボイラ１６を最大燃焼量に制御してもボイラの必要燃焼量にならない場合、運転制御部１５は、その期間において、水素ボイラ９の燃焼量を高くしてもよい。

　上げＤＲの要請が予測され、貯蔵装置７の水素貯蔵率が減るように（第１目標値になるように）、水素生成装置６による水素の生成量及び水素ボイラ９の燃焼量の一方又は両方が設定された後、上げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの間に蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力よりも高くなってボイラの必要燃焼量が減った場合、運転制御部１５は、水素ボイラ９の燃焼量を変更せず、必要燃焼量が得られるように、化石燃料ボイラ１６の燃焼量を低くする制御を行う。このように、水素ボイラ９の制御に優先して、化石燃料ボイラ１６を制御するので、運転制御部１５は、水素貯蔵率を早く第１目標値にすることができるとともに、蒸気集合ヘッダ１７の圧力を目標圧力に近付けることができる。なお、水素貯蔵率は、上げＤＲの要請の取得時点までに第１目標値になっていればよい。そのため、上げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの期間が長く、化石燃料ボイラ１６を停止してもボイラの必要燃焼量にならない場合、運転制御部１５は、その期間において、水素ボイラ９の燃焼量を低くしてもよい。

＜下げＤＲの要請が予測される場合＞
　下げＤＲの要請が予測される場合、実際に下げＤＲの要請を取得する取得時点までに、貯蔵装置７の水素貯蔵率を増やす（第２目標値にする）必要がある。

　下げＤＲの要請が予測され、貯蔵装置７の水素貯蔵率が増えるように（第２目標値になるように）、水素生成装置６による水素の生成量及び水素ボイラ９の燃焼量の一方又は両方が設定された後、下げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの間に蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力よりも低くなってボイラの必要燃焼量が増えた場合、運転制御部１５は、水素ボイラ９の燃焼量を変更せず、必要燃焼量が得られるように、化石燃料ボイラ１６の燃焼量を高くする制御を行う。このように、水素ボイラ９の制御に優先して、化石燃料ボイラ１６を制御するので、運転制御部１５は、水素貯蔵率を早く第２目標値にすることができるとともに、蒸気集合ヘッダ１７の圧力を目標圧力に近付けることができる。なお、水素貯蔵率は、下げＤＲの要請の取得時点までに第２目標値になっていればよい。そのため、下げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの期間が長く、化石燃料ボイラ１６を最大燃焼量に制御してもボイラの必要燃焼量にならない場合、運転制御部１５は、その期間において、水素ボイラ９の燃焼量を高くしてもよい。

　下げＤＲの要請が予測され、貯蔵装置７の水素貯蔵率が増えるように（第２目標値になるように）、水素生成装置６による水素の生成量及び水素ボイラ９の燃焼量の一方又は両方が設定された後、下げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの間に蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力より高くなってボイラの必要燃焼量が減った場合、運転制御部１５は、水素ボイラ９の燃焼量を変更せず、必要燃焼量が得られるように、化石燃料ボイラ１６の燃焼量を低くする制御を行う。このように、水素ボイラ９の制御に優先して、化石燃料ボイラ１６を制御するので、運転制御部１５は、水素貯蔵率を早く第２目標値にすることができるとともに、蒸気集合ヘッダ１７の圧力を目標圧力に近付けることができる。なお、水素貯蔵率は、下げＤＲの要請の取得時点までに第２目標値になっていればよい。そのため、下げＤＲの要請の予測時点から取得時点までの期間が長く、化石燃料ボイラ１６を停止してもボイラの必要燃焼量にならない場合、運転制御部１５は、その期間において、水素ボイラ９の燃焼量を低くしてもよい。

＜電力管理方法＞
　図７は、実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。

　要請取得部１４は、実際にＤＲの要請が取得される前に、ＤＲの要請を予測する。予測されたＤＲの要請が上げＤＲの要請である場合（ステップＳ２１）、上述の第１実施形態において説明したステップＳ６からステップＳ８の処理を含む上げＤＲ応動判定処理が実施される。すなわち、判定部１３は、上げＤＲの要請が予測された後、水素生成装置６の運転状態がホットスタンバイ状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第１閾値（９０％）以下である第１条件を満足する否かを判定する。また、実施形態において、判定部１３は、水素ボイラ９の燃料量が予め定められている第４閾値以上である第３条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ２２）。

　ステップＳ２２において、第１条件及び第３条件を満足すると判定した場合、判定部１３は、上げＤＲの要請に応じると判定する（ステップＳ２３）。

　上げＤＲの要請に応じる場合、運転制御部１５は、上げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第１目標値になるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する（ステップＳ２４）。

　運転制御部１５は、圧力センサ１９の検出データと上述の相関データとに基づいて、蒸気集合ヘッダ１７の圧力が目標圧力になるように、水素ボイラ９の燃焼量を変更することなく、化石燃料ボイラ１６の燃焼量を変更する（ステップＳ２５）。

　予測されたＤＲの要請が下げＤＲの要請である場合（ステップＳ２６）、上述の第１実施形態において説明したステップＳ３からステップＳ５の処理を含む下げＤＲ応動判定処理が実施される。すなわち、判定部１３は、下げＤＲの要請が予測された後、水素生成装置６の運転状態が定格出力運転状態又は部分出力運転状態であり、且つ、水素貯蔵率が第２閾値（２０％）以上である第２条件を満たすか否かを判定する。また、実施形態において、判定部１３は、水素ボイラ９の燃料量が予め定められている第５閾値以下である第４条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ２７）。第５閾値は、第４閾値よりも小さい値である。

　ステップＳ２７において、第２条件及び第４条件を満足すると判定した場合、判定部１３は、下げＤＲの要請に応じると判定する（ステップＳ２８）。

　下げＤＲの要請に応じる場合、運転制御部１５は、下げＤＲの要請の取得時点までの間に、貯蔵装置７の水素貯蔵率が第２目標値になるように、水素生成装置６及び水素消費装置８の少なくとも一方を制御する（ステップＳ２９）。

［国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）への貢献］
　本開示は、ＳＤＧｓ（Sustainable　Development　Goals）の目標７「エネルギーをみんなにそしてクリーンに」の実現に貢献する事項を含む。

　１…電力管理システム、２…アグリゲータ、３…需要家、３Ｃ…需要家、４…電力系統、５…通信ネットワーク、６…水素生成装置、７…貯蔵装置、８…水素消費装置、９…水素ボイラ、１０…電力管理装置、１０Ｂ…電力管理装置、１１…運転状態取得部、１２…水素貯蔵率取得部、１３…判定部、１４…要請取得部、１５…運転制御部、１６…化石燃料ボイラ、１７…蒸気集合ヘッダ、１８…蒸気使用機器、１９…圧力センサ。

Claims

　電力系統からの電力に基づいて水素を生成する水素生成装置の運転状態を取得する運転状態取得部と、
　前記水素生成装置で生成された水素を貯蔵する貯蔵装置の水素貯蔵率を取得する水素貯蔵率取得部と、
　前記運転状態と前記水素貯蔵率とに基づいて、デマンドレスポンスの要請に応じるか否かを判定する判定部と、を備える、
　電力管理装置。
　前記運転状態は、前記水素の生成量が定格値である定格出力運転状態と、前記水素の生成量が前記定格値よりも小さい規定値である部分出力運転状態と、前記水素を生成せずに前記電力を消費するホットスタンバイ状態と、を含み、
　前記水素生成装置の電力需要の増加を要請する上げデマンドレスポンスの要請があった場合、
　前記判定部は、前記運転状態が前記ホットスタンバイ状態又は前記部分出力運転状態であり、且つ、前記水素貯蔵率が第１閾値以下である場合、前記上げデマンドレスポンスの要請に応じると判定する、
　請求項１に記載の電力管理装置。
　前記水素生成装置の電力需要の抑制を要請する下げデマンドレスポンスの要請があった場合、
　前記判定部は、前記運転状態が前記定格出力運転状態又は前記部分出力運転状態であり、且つ、前記水素貯蔵率が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以上である場合、前記下げデマンドレスポンスの要請に応じると判定する、
　請求項２に記載の電力管理装置。
　前記運転状態は、前記水素の生成量が定格値である定格出力運転状態と、前記水素の生成量が前記定格値よりも小さい規定値である部分出力運転状態と、前記水素を生成せずに前記電力を消費するホットスタンバイ状態と、を含み、
　前記水素生成装置の電力需要の抑制を要請する下げデマンドレスポンスの要請があった場合、
　前記判定部は、前記運転状態が前記定格出力運転状態又は前記部分出力運転状態であり、且つ、前記水素貯蔵率が第２閾値以上である場合、前記下げデマンドレスポンスの要請に応じると判定する、
　請求項１に記載の電力管理装置。
　前記水素貯蔵率が前記第２閾値よりも小さい第３閾値以下である場合、前記下げデマンドレスポンスの要請に応じず、前記電力系統から前記水素生成装置に電力が供給され、前記水素生成装置で生成された水素が前記貯蔵装置を介して水素消費装置に供給される、
　請求項４に記載の電力管理装置。
　将来における前記デマンドレスポンスの要請が事前取得され、前記判定部が前記デマンドレスポンスの要請に応じると判定した場合、実際に前記デマンドレスポンスの要請が取得される時点までの間に、前記水素貯蔵率が前記デマンドレスポンスに基づいて決定される目標値になるように、前記水素生成装置及び前記貯蔵装置の水素を消費する水素消費装置の少なくとも一方を制御する運転制御部と、を備える、
　請求項１に記載の電力管理装置。
　前記運転制御部は、事前取得された前記デマンドレスポンスの要請が上げデマンドレスポンスの要請である場合、前記目標値を第１目標値とし、事前取得された前記デマンドレスポンスの要請が下げデマンドレスポンスの要請である場合、前記目標値を前記第１目標値よりも高い第２目標値とする、
　請求項６に記載の電力管理装置。
　前記運転制御部は、
　事前取得された前記デマンドレスポンスの要請が前記上げデマンドレスポンスの要請である場合、前記水素生成装置による前記水素の生成量が少なくなるように又は前記水素消費装置による前記水素の消費量が多くなるように制御し、
　事前取得された前記デマンドレスポンスの要請が前記下げデマンドレスポンスの要請である場合、前記水素生成装置による前記水素の生成量が多くなるように又は前記水素消費装置による前記水素の消費量が少なくなるように制御する、
　請求項７に記載の電力管理装置。
　前記運転状態は、前記水素の生成量が定格値である定格出力運転状態と、前記水素の生成量が前記定格値よりも小さい規定値である部分出力運転状態と、前記水素を生成せずに前記電力を消費するホットスタンバイ状態と、を含み、
　前記判定部は、
　前記上げデマンドレスポンスの要請が事前取得された後、前記運転状態が前記ホットスタンバイ状態又は前記部分出力運転状態であり、且つ、前記水素貯蔵率が第１閾値以下であると判定した場合、前記上げデマンドレスポンスの要請に応じると判定し、
　前記下げデマンドレスポンスの要請が事前取得された後、前記運転状態が前記定格出力運転状態又は前記部分出力運転状態であり、且つ、前記水素貯蔵率が第２閾値以上であると判定した場合、前記下げデマンドレスポンスの要請に応じると判定する、
　請求項８に記載の電力管理装置。
　前記水素消費装置は、前記貯蔵装置からの水素を燃焼して蒸気を発生する水素ボイラであり、
　前記水素ボイラと化石燃料を燃焼して蒸気を発生する化石燃料ボイラとが蒸気集合ヘッダに接続され、
　前記蒸気集合ヘッダからの蒸気が蒸気使用機器により使用され、
　前記運転制御部は、前記水素貯蔵率が前記目標値になるように前記水素生成装置及び前記水素ボイラの少なくとも一方を制御し、且つ、前記蒸気集合ヘッダの圧力が目標圧力になるように前記水素ボイラ及び前記化石燃料ボイラの少なくとも一方を制御する、
　請求項６に記載の電力管理装置。
　前記運転制御部は、前記デマンドレスポンスの要請が事前取得され、前記判定部が前記デマンドレスポンスの要請に応じると判定した場合、前記蒸気集合ヘッダの圧力が目標圧力になるように前記水素ボイラに優先して前記化石燃料ボイラを制御する、
　請求項１０に記載の電力管理装置。