JP2004312798A - 分散エネルギーシステムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器等を統合制御し、最適なエネルギー運用を行うことのできる分散エネルギーシステムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】少なくとも発電機器２、蓄電機器４、蓄熱機器５および水素貯蔵機器３からなる分散エネルギー機器と、エネルギー需要実績データベース１２、エネルギー需要予測手段１１、エネルギー供給実績データベース１４およびエネルギー供給予測手段１３を備え前記エネルギー需要予測手段１１が出力するエネルギー需要予測値と前記エネルギー供給予測手段１３が出力するエネルギー供給予測値に基づいて前記分散エネルギー機器を制御する分散エネルギー制御装置１とを備えている構成とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器等とそれらを制御する制御装置を備え、最適なエネルギー運用を行う分散エネルギーシステムおよびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在世界にはいろいろな発電機器、蓄電機器、蓄熱機器、水素貯蔵機器が存在し使用されているが、それらは必ずしも適切なエネルギー運用がなされているとはいえない。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載されているカレンダータイマを内蔵した太陽電池のコントローラの場合、発電できる電力量は、その地域の日照量としてあらかじめ与えられたデータのみを用いて推定している。そのため、その推定値から算出される許容負荷量も、あらかじめ与えられたデータと関係しており、実際に、天候不順により日照量が予測を下回った場合は負荷量が正確に判明していても、許容できる負荷との誤差が大きくなってしまう。
【０００４】
また、太陽電池を一般家庭の電力源として使用した場合、負荷は常時変化しており、負荷量が増大したからといって、負荷を切り離すことはできない。そのため、負荷量が太陽電池の発電量を上回った場合には、商用電力系統より買電をする必要がある。
【０００５】
さらに、電気温水器などは、夜間の価格が安い電力をエネルギー源として使用し、温水を貯蔵しておく機器であるが、温水の需要がなくても、高い温度の温水を貯蔵タンクに満水になるまで生成するため、温水の使用がない場合には、放熱によってエネルギーのロスが発生する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２３５６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先述した太陽電池を電源とするシステムでは、天候の予想が外れる可能性が高く、天候が不順の場合には電気エネルギーの供給不足が発生する。また、電気温水器は夜間電力を利用した経済性の高い熱源供給システムであるが、熱源の利用が少ない場合には、放熱などにより、エネルギーロスが発生する。
【０００８】
そこで本発明は、種々の発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器等を統合制御し、最適なエネルギー運用を行うことのできる分散エネルギーシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、少なくとも発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器からなる分散エネルギー機器と、エネルギー需要実績データベース、エネルギー需要予測手段、エネルギー供給実績データベースおよびエネルギー供給予測手段を備え前記エネルギー需要予測手段が出力するエネルギー需要予測値と前記エネルギー供給予測手段が出力するエネルギー供給予測値に基づいて前記分散エネルギー機器を制御する分散エネルギー制御装置とを備えている分散エネルギーシステムとする。
【００１０】
請求項２の発明は、前記エネルギー需要予測手段は、翌日の天候予測情報と月別または曜日別の過去のエネルギー需要実績を用いて翌日のエネルギー需要を予測する構成とする。
【００１１】
請求項３の発明は、前記エネルギー供給予測手段は、翌日の天候予測情報と過去のエネルギー供給実績を用いて前記発電機器にて発生する翌日の発電電力と前記蓄熱機器にて蓄熱する翌日の貯熱量を予測する構成とする。
【００１２】
請求項４の発明は、前記分散エネルギー機器の運転状態と翌日のエネルギー需要予測および当日のエネルギー需要量を配信する有線または無線の通信手段を備えている構成とする。
【００１３】
請求項５の発明は、前記分散エネルギー制御装置は、前記発電機器の発電電力と負荷の消費電力が均衡しており前記蓄電機器の充電深度が浅いときは、前記発電機器の発電電力を増加させ前記蓄電機器の充電を行って、突発的な負荷変動に対応する制御を行う構成とする。
【００１４】
請求項６の発明は、前記分散エネルギー制御装置は、前記エネルギー需要予測手段の出力に対して補正を行うエネルギー需要予測補正手段を備えている構成とする。
【００１５】
請求項７の発明は、温度計および湿度計および気圧計を備え、前記分散エネルギー制御装置は、前記温度計、湿度計および気圧計の測定値を用いて翌日の天候予測情報を出力する天気予報手段を備えている構成とする。
【００１６】
請求項８の発明は、前記分散エネルギー機器は、一般商用電源または単一電圧の直流電源で作動し、あるいは単一電圧の直流電圧出力が可能である構成とする。
請求項９の発明は、前記蓄電機器は、鉛蓄電池、銀・亜鉛蓄電池、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル・金属水酸化物蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、電気２重層キャパシタおよびコンデンサの少なくとも１つである構成とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、前記蓄電機器は、電気自動車の蓄電池またはハイブリッド自動車の蓄電池である構成とする。
請求項１１の発明は、前記蓄熱機器は、太陽熱温水器、電気温水器および氷蓄熱装置の少なくとも１つである構成とする。
【００１８】
請求項１２の発明は、前記水素貯蔵機器は、電気分解式水素発生装置と水素吸蔵合金、水素吸蔵カーボン、水素タンクの少なくとも１つである構成とする。
請求項１３の発明は、発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器を備えエネルギーを貯蔵し供給する分散エネルギーシステムにおいて、翌日のエネルギー需要予測とエネルギー供給予測に基づいて夜間電力を用いてエネルギー貯蓄を行い、エネルギー運用を最適化することを特徴とする分散エネルギーシステムの制御方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の分散エネルギーシステムを示し、分散エネルギー制御装置と各分散エネルギー機器との接続及び電力と制御情報の流れを示す図である。すなわち、分散エネルギー制御装置１は発電機器２、水素貯蔵機器３、蓄電機器４、蓄熱機器５、インバータコンバータ６、インバータ７と制御信号伝達手段８を介して接続されている。
【００２０】
制御信号伝達手段８をもちいて分散エネルギー制御装置１から各機器を制御するための情報が各機器へ伝達される。また、発電機器２、水素貯蔵機器３、蓄電機器４、蓄熱機器５、インバータコンバータ６、インバータ７の各機器からは運転状態の情報が分散エネルギー制御装置１へ伝達される。
【００２１】
発電機器２、水素貯蔵機器３、蓄電機器４、蓄熱機器５、インバータコンバータ６、インバータ７は相互に電気エネルギー需給を行うために直流の電気エネルギー需給手段９で相互に接続されている。分散エネルギー制御装置１には、外部から供給される天候予測情報を受信するための情報信号伝達手段１０が接続されている。
【００２２】
分散エネルギー制御装置１の内部には、過去のエネルギー種類別（電気エネルギー、熱エネルギーなど）消費量の実績が季節や月別、曜日別に格納されたエネルギー需要実績データベース１２が備えられ、エネルギー需要予測手段１１は、エネルギー需要実績データベース１２と情報信号伝達手段１０より得られる天候予測情報を用いて、翌日に消費されるエネルギー種類別消費量を予測する。
【００２３】
また、分散エネルギー制御装置１の内部には、過去の天候状態と生成されたエネルギー種類別の供給実績が格納されたエネルギー供給実績データベース１４が備えられ、エネルギー供給予測手段１３は、エネルギー供給実績データベース１４と情報信号伝達手段１０より得られる天候予測情報を用いて、翌日に供給できると予測されるエネルギー種類別の供給量を予測する。
【００２４】
分散エネルギー制御装置１の機器制御手段１５は、エネルギー供給予測手段１３とエネルギー需要予測手段１１の需給予測差に基づいて、商用電力系統１６より購入する必要のある電力量を算出し、インバータコンバータ６を制御して夜間電力の購入を行う。
【００２５】
また機器制御手段１５は、翌日に不足すると予測される熱エネルギーと電気エネルギーの各エネルギー量の算出を行い、前記購入した夜間電力を用いて、熱エネルギーの不足量を蓄熱機器５にて生成する。また、不足すると予想される電気エネルギーについては、蓄電機器４にて蓄電を行う。
【００２６】
さらに、蓄電機器４の総蓄電量と翌日に自然エネルギーを用いて生産される電気エネルギー総量が需要予測量を下回る場合には、水素貯蔵機器３にて夜間電力を用いて燃料電池用の水素ガス燃料を生成し貯蔵する。
【００２７】
制御信号伝達手段８が接続されたインバータ７は電気エネルギー需給手段９によって負荷１７にも接続されており、負荷１７の電気エネルギー需要に基づいて、直流電源である電気エネルギー需給手段９から供給される直流電力を一般民生機器が使用できる商用電圧、商用周波数の電力へと変換する。また、負荷１７には蓄熱機器５からも熱エネルギーが供給される。
【００２８】
前記のように、分散エネルギー制御装置１の機器制御手段１５では、エネルギー供給予測手段１３とエネルギー需要予測手段１１の需給予測差に基づいて、商用電力系統１６より購入する必要のある電力量を算出するが、需要量より供給量が大きいと予測された場合は、商用電力系統１６より夜間電力の購入を行わない。
【００２９】
もしも、需要量が予測を上回ったり、供給量が予想を下回ったりした場合は、インバータコンバータ６をコンバータとして運転して不足分を商用電力系統１６より負荷１７に供給する。また、需要量が予測を下回ったり、供給量が予想を上回ったりした場合は、余剰分を蓄電機器４に蓄電する。またさらに、水素貯蔵機器３にて水素ガスとして貯蔵も行うが、インバータコンバータ６をインバータとして運転し、系統連携を行って商用電力系統１６への売電も行う。
【００３０】
本実施の形態は、発電機器２、水素貯蔵機器３、蓄電機器４、蓄熱機器５を複数組み合わせた分散エネルギーシステムにおいて、翌日のエネルギー需要予測と翌日のエネルギー供給予測を、有線または無線の情報信号伝達手段１０から取り込んでくる精度の高い天候予測情報を基幹とし、月別または曜日別の過去の需要実績や過去の供給実績を利用することで、精度の高い予測を行い、その予測に基づいて夜間電力を用いてエネルギー貯蓄を行い、エネルギー運用コストを最適化することができる。
【００３１】
また、有線または無線を利用して、分散エネルギー制御装置１が制御している分散エネルギー機器の運転状態や運転データ、および、制御装置１が予測したエネルギーの需給予測情報などを配信することで、遠隔地でも分散エネルギー機器の運転状態を把握することができ、制御装置１や分散エネルギー機器の診断や状態変化を監視することができる。
【００３２】
このように本実施の形態の分散エネルギーシステムは、価格の安価な夜間電力を利用するにあたり、発電機器２や熱源機器などで翌日に生成される供給エネルギーの総量を機器の地理的な設置環境、年間の天候情報、翌日の天気予報などから推定し、また、一般家庭であれば、家電機器や浴室などの負荷で消費されるエネルギーの総量を家族の構成、翌日の在宅人員数、季節や曜日、翌日の天気予報などから推定する。
【００３３】
推定した消費エネルギーの総量と、供給エネルギーの総量から不足分を算出し、その不足量を夜間電力を購入して蓄電機器４に蓄電したり、電気温水器等の蓄熱機器５を用いて温水として貯蓄したり、水素を発生して燃料電池の燃料源として水素貯蔵機器３に貯蔵することにより、不足すると予想される必要最小限のエネルギー量を夜間電力を用いて補充しておくことによって、電気エネルギー購入コストを最小限にすることができる。
【００３４】
なお、発電機器２は、太陽光発電装置、熱電変換装置、風力発電装置、波力発電装置、水力発電装置、ガスタービン発電装置、蒸気タービン発電装置、ディーゼル発電装置、燃料電池等であり、蓄電機器４は、鉛蓄電池、銀・亜鉛蓄電池、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル・金属水酸化物蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、電気２重層キャパシタあるいはコンデンサ等であり、蓄熱機器５は、太陽熱温水器、電気温水器および氷蓄熱装置等であり、水素貯蔵機器３は、電気分解式水素発生装置と水素吸蔵合金、水素吸蔵カーボン、水素タンク等である。
【００３５】
蓄電機器４として、電気自動車の蓄電池またはハイブリッド自動車の蓄電池を用いると、蓄電機器４のコストを抑制するとともに、電気自動車やハイブリッド自動車が具備する蓄電池の充電の制御も実現できる。
【００３６】
また、蓄熱機器５と水素貯蔵機器３は、一般商用電源または単一電圧の直流電源で作動し、発電機器２と蓄電機器４は単一電圧の直流電圧を出力する構成にすると、各機器にインバータやコンバータを具備する必要がなく、各機器のコストを削減することができる。さらに、交直変換ロスがなくなるため、効率のよいエネルギー運用が可能となる。
【００３７】
さらに、分散エネルギー制御装置１は、発電機器２の発電電力と負荷の消費電力が均衡しており蓄電機器４の充電深度が浅いときは、発電機器２の発電電力を増加させ蓄電機器４の充電を行って、突発的な負荷変動に対応する制御を行う構成としてもよい。こうすることによって、突発的な負荷変動に耐えうるエネルギー供給を行うことができ、蓄電機器４の蓄電容量に過剰なマージンを設定する必要がなくなり、蓄電機器４の容量の最適化を行うことができ、機器コストの低減を実現することができる。
【００３８】
つぎに図２および図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は本実施の形態の分散エネルギーシステムの要部を示す図である。符号１８はヒューマンインターフェイスを備える補正情報入力手段で、エネルギー需要予測に対して補正を行う情報を入力する。補正情報入力手段１８にて入力された情報はエネルギー需要予測補正手段１９に入力される。
【００３９】
エネルギー需要予測手段１１では、エネルギー需要実績データベース１２と情報信号伝達手段１０より得られる天候予測情報を用いて、翌日に消費されるエネルギー種類別（電気エネルギー、熱エネルギーなど）消費量が予測されているが、エネルギー需要予測補正手段１９では、エネルギー需要予測手段１１で予測されたエネルギー消費量に対して、補正情報入力手段１８にて入力された情報を用いて、翌日のエネルギー消費量の補正を行い、機器制御手段１５に伝送する。
【００４０】
また、機器制御手段１５には情報表示手段２０が接続されており、分散エネルギー制御装置１が制御している発電機器２、水素貯蔵機器３等の分散エネルギー機器の運転情報や運用状態、翌日のエネルギー需要予測値、翌日のエネルギー供給予測値、商用電力系統１６からの買電予定電力量などが表示されるとともに、補正情報入力手段１８にて入力された情報やその情報による翌日のエネルギー需要予測値補正結果も表示される。補正情報入力手段１８と情報表示手段２０はタッチパネル式表示器のように、同一の入出力デバイスとして実現することもできる。
【００４１】
図３は補正情報入力手段１８が具備するヒューマンインターフェイス画面の一部で、補正情報入力手段１８により、在宅人員情報の補正が行われ、それにともない、予想消費電力の補正が行われた例である。分散エネルギー制御装置１ではこの補正情報を用いて翌日の予想消費電力を決定し、夜間電力の購入量を決定する。この例のように、「旅行」の情報には、在宅人員の減少による消費電力の減少、消費熱源の減少、電気自動車への充電などの関連情報がエネルギー需要実績データベース１２に格納されており、それらの情報を用いてエネルギー需要予測補正手段１９では需要予測を補正する。
【００４２】
本実施の形態によれば、分散エネルギー機器の運転状態が可視化でき、運転状態の容易な把握と、最適な運転状態の管理が実現するとともに、人員の変動や天候の変化によるエネルギーの需要と供給のバランスを補正することができることによって、余分な昼間電力の購入を抑制することができ、エネルギー運用コストを低減することができる。
【００４３】
図４は本発明の第３の実施の形態の分散エネルギーシステムの要部を示す図である。符号２１は、温度計２３、湿度計２４、気圧計２５の情報を用いて簡易的に天候予測情報を作成する天候予測手段である。また、符号２２は、天候予測手段２１が温度計２３、湿度計２４、気圧計２５の情報を用いて天候情報を予測するためのデータベースで、分散エネルギー制御装置１が設置されている場所の年平均気温や季節や月別の気温情報、湿度情報等の過去の天候情報が格納されている。天候予測手段２１では天候情報データベース２２のデータと温度計２３、湿度計２４、気圧計２５の情報を用いて、エネルギー需要予測手段１１とエネルギー供給予測手段１３が必要とする天候予測情報を生成する。
【００４４】
この実施の形態によれば、天候情報を簡易に推定することができ、前記第２の実施の形態（図２）のような情報信号伝達手段１０がない場合や、情報信号伝達手段１０より天候情報が得られない場合でも、エネルギーの需給予測を行うことができ、機器制御手段１５にて最適なエネルギー運用を行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、種々の発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器等を統合制御し、最適なエネルギー運用を行うことのできる分散エネルギーシステムおよびその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の分散エネルギーシステムの機器構成および制御情報とエネルギーの流れを示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の分散エネルギーシステムの要部を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の分散エネルギーシステムにおける補正情報入力手段の一画面を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の分散エネルギーシステムの要部を示す図。
【符号の説明】
１…分散エネルギー制御装置、２…発電機器、３…水素貯蔵機器、４…蓄電機器、５…蓄熱機器、６…インバータコンバータ、７…インバータ、８…制御信号伝達手段、９…電気エネルギー需給手段、１０…情報信号伝達手段、１１…エネルギー需要予測手段、１２…エネルギー需要実績データベース、１３…エネルギー供給予測手段、１４…エネルギー供給実績データベース、１５…機器制御手段、１６…商用電力系統、１７…負荷、１８…補正情報入力手段、１９…エネルギー需要予測補正手段、２０…情報表示手段、２１…天候予測手段、２２…天候情報データベース、２３…温度計、２４…湿度計、２５…気圧計。

Claims (13)

1. 少なくとも発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器からなる分散エネルギー機器と、エネルギー需要実績データベース、エネルギー需要予測手段、エネルギー供給実績データベースおよびエネルギー供給予測手段を備え前記エネルギー需要予測手段が出力するエネルギー需要予測値と前記エネルギー供給予測手段が出力するエネルギー供給予測値に基づいて前記分散エネルギー機器を制御する分散エネルギー制御装置とを備えていることを特徴とする分散エネルギーシステム。
2. 前記エネルギー需要予測手段は、翌日の天候予測情報と月別または曜日別の過去のエネルギー需要実績を用いて翌日のエネルギー需要を予測することを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
3. 前記エネルギー供給予測手段は、翌日の天候予測情報と過去のエネルギー供給実績を用いて前記発電機器にて発生する翌日の発電電力と前記蓄熱機器にて蓄熱する翌日の貯熱量を予測することを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
4. 前記分散エネルギー機器の運転状態と翌日のエネルギー需要予測および当日のエネルギー需要量を配信する有線または無線の通信手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
5. 前記分散エネルギー制御装置は、前記発電機器の発電電力と負荷の消費電力が均衡しており前記蓄電機器の充電深度が浅いときは、前記発電機器の発電電力を増加させ前記蓄電機器の充電を行って、突発的な負荷変動に対応する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
6. 前記分散エネルギー制御装置は、前記エネルギー需要予測手段の出力に対して補正を行うエネルギー需要予測補正手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
7. 温度計および湿度計および気圧計を備え、前記分散エネルギー制御装置は、前記温度計、湿度計および気圧計の測定値を用いて翌日の天候予測情報を出力する天気予報手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
8. 前記分散エネルギー機器は、一般商用電源または単一電圧の直流電源で作動し、あるいは単一電圧の直流電圧出力が可能であることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
9. 前記蓄電機器は、鉛蓄電池、銀・亜鉛蓄電池、リチウム・イオン蓄電池、ニッケル・金属水酸化物蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、電気２重層キャパシタおよびコンデンサの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
10. 前記蓄電機器は、電気自動車の蓄電池またはハイブリッド自動車の蓄電池であることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
11. 前記蓄熱機器は、太陽熱温水器、電気温水器および氷蓄熱装置の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
12. 前記水素貯蔵機器は、電気分解式水素発生装置と水素吸蔵合金、水素吸蔵カーボン、水素タンクの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の分散エネルギーシステム。
13. 発電機器、蓄電機器、蓄熱機器および水素貯蔵機器を備えエネルギーを貯蔵し供給する分散エネルギーシステムにおいて、翌日のエネルギー需要予測とエネルギー供給予測に基づいて夜間電力を用いてエネルギー貯蓄を行い、エネルギー運用を最適化することを特徴とする分散エネルギーシステムの制御方法。

Images