JP2013074689A - エネルギー管理システム、およびエネルギー管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の蓄電電力を所定時間まで利用できるとともに、蓄電池の蓄電電力を所定時間においてできるだけ使い切ることが可能なエネルギー管理システム、およびエネルギー管理装置を提供する。
【解決手段】エネルギー管理装置１のスケジュール設定部１ａは、蓄電池６の将来における蓄電電力、蓄電池６の将来における蓄熱量、および負荷Ｌの将来における電力需要を予測し、この予測結果に基づいて、将来の所定時刻までの期間に亘って蓄電電力が漸減し、且つ所定時刻において蓄電電力が０に近付くように、所定時刻に至るまでの複数の制御期間のそれぞれにおいて放電電力および燃料電池７の発電電力の各量を決定した制御スケジュールを作成し、スケジュール実行部１ｃは、この制御スケジュールに基づいて、放電電力および燃料電池７の発電電力の各量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー管理システム、およびエネルギー管理装置に関するものである。

従来、電力の需要家において、燃料電池、蓄電池、太陽電池等を備えて、電力の効率的な利用を促進するエネルギー管理システムがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７８２３７号公報

従来の夜間の電力制御の一例を、図６に示す。

まず、電力需要曲線Ｙ１０１は、需要家における１８時〜６時までの電力需要を示しており、１８時〜２１時は７００Ｗ、２１時〜２４時は５００Ｗ、２４時〜３時は７００Ｗ、３時〜６時は７００Ｗの電力需要がある。

電力需要は、領域Ｅ１０１〜Ｅ１０３で構成されており、領域Ｅ１０１は、燃料電池の発電電力を示し、領域Ｅ１０２は、蓄電池の放電電力を示し、領域Ｅ１０３は、商用電源の供給電力を示す。そして、１８時〜３時の時間帯は、燃料電池の発電電力を最小発電量である２００Ｗに維持して、残りの電力需要を蓄電池の放電電力で賄っている。

ここで、蓄電電力曲線Ｙ１０２は、蓄電池の蓄電電力を示しており、蓄電電力は、１８時の時点で３９００Ｗｈ、２１時の時点で２４００Ｗｈ、２４時の時点で１５００Ｗｈと徐々に減少し、３時の時点で蓄電電力は０になる。そこで、３時〜６時の時間帯は、燃料電池の発電電力を最大発電量である５００Ｗに増加させ、残りの電力需要を商用電源で賄っている。

上記従来のシステムにおいて、蓄電池は、昼間の太陽電池の発電電力や、燃料電池の発電電力、商用電力等によって蓄電される。そして、昼間に発電される太陽電池の発電電力の効率的な利用という観点からは、蓄電池の蓄電電力を朝までにできるだけ使い切ることが望ましい。

しかしながら、夜間においては太陽電池の発電電力は０になる。したがって、夜間の早い段階において蓄電池の蓄電電力を使い切る事態が発生した場合、燃料電池の発電電力のみで電力需要を賄いきれなくなると、商用電力を利用せざるを得ず、商用電力の買電量が増えてしまう。

そこで、蓄電池の蓄電電力を所定時刻まで利用できるとともに、蓄電池の蓄電電力を所定時刻においてできるだけ使い切ることが可能なシステムが求められていた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電池の蓄電電力を所定時間まで利用できるとともに、蓄電池の蓄電電力を所定時間においてできるだけ使い切ることが可能なエネルギー管理システム、およびエネルギー管理装置を提供することにある。

本発明のエネルギー管理システムは、電力を蓄電し、放電電力を負荷へ供給する電力貯蔵装置と、第１の発電電力を前記負荷へ供給し、発電に伴って熱を発生する第１の発電装置と、前記第１の発電装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御するエネルギー管理装置とを備え、前記エネルギー管理装置は、前記電力貯蔵装置の将来における蓄電電力、前記蓄熱装置の将来における蓄熱量、および前記負荷の将来における電力需要を予測し、この予測結果に基づいて、将来の所定時刻までの期間に亘って前記蓄電電力が漸減し、且つ前記所定時刻において前記蓄電電力が０に近付くように、前記所定時刻に至るまでの複数の制御期間のそれぞれにおいて前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を決定した制御スケジュールを作成し、この制御スケジュールに基づいて、前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御することを特徴とする。

この発明において、予め決められた発電時間帯に自然エネルギーを用いて発電し、第２の発電電力を前記電力貯蔵装置に蓄電する第２の発電装置を備え、前記所定時刻は、前記発電時間帯の開始時刻であり、複数の前記制御期間は、前記発電時間帯の終了時刻から前記発電時間帯の開始時刻までに亘って形成されることが好ましい。

この発明において、前記電力貯蔵装置は、蓄電池であり、前記第１の発電装置は、燃料電池であり、前記第２の発電装置は、太陽電池であることが好ましい。

この発明において、最初の制御期間は、前記発電時間帯の終了時刻に始まり、前記蓄熱装置の蓄熱が所定量以上使用される時刻に終了することが好ましい。

この発明において、前記第１の発電装置は、前記第１の発電電力を、下限値である最小発電量と上限値である最大発電量との間で供給し、前記蓄熱装置は、上限値である最大蓄熱量以下の範囲内で蓄熱し、前記エネルギー管理装置は、全ての前記制御期間における総電力需要から前記最小発電量を除いた最大残電力が、最初の前記制御期間の開始時刻における前記蓄電電力である初期蓄電量未満である場合、全ての前記制御期間において、前記第１の発電電力を前記最小発電量に設定し、前記放電電力で前記最大残電力を賄う第１の前記制御スケジュールを作成し、前記最大残電力が、前記初期蓄電量以上である場合、少なくとも１つの前記制御期間において、前記放電電力が閾値より大きく、且つ前記第１の発電電力が前記最大発電量未満であり、且つ当該制御期間の終了時刻における前記蓄熱量が前記最大蓄熱量未満であるという条件下で、前記第１の発電電力を前記最小発電量から増加させ、前記放電電力を前記第１の制御スケジュールにおける設定値から減少させ、他の前記制御期間において、前記第１の発電電力および前記放電電力を、前記第１の制御スケジュールと同一の設定値に設定することによって、全ての前記制御期間における前記第１の発電電力を前記総電力需要から除いた残電力を、前記初期蓄電量未満にした第２の前記制御スケジュールを作成することが好ましい。

この発明において、前記エネルギー管理装置は、前記第２の制御スケジュールを作成する場合、前記条件下で、前記第１の発電電力を前記最小発電量から増加させ、前記放電電力を前記第１の制御スケジュールにおける設定値から減少させるシミュレーション処理を、最初の前記制御期間から時系列に沿った順に行い、いずれかの前記制御期間において前記残電力が前記初期蓄電量未満になった場合に前記シミュレーション処理を停止することが好ましい。

本発明のエネルギー管理装置は、電力を蓄電し、放電電力を負荷へ供給する電力貯蔵装置と、第１の発電電力を前記負荷へ供給し、発電に伴って熱を発生する第１の発電装置と、前記第１の発電装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置とともにエネルギー管理システムを構成するエネルギー管理装置であって、前記電力貯蔵装置の将来における蓄電電力、前記蓄熱装置の将来における蓄熱量、および前記負荷の将来における電力需要を予測し、この予測結果に基づいて、将来の所定時刻までの期間に亘って前記蓄電電力が漸減し、且つ前記所定時刻において前記蓄電電力が０に近付くように、前記所定時刻に至るまでの複数の制御期間のそれぞれにおいて前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を決定した制御スケジュールを作成し、この制御スケジュールに基づいて、前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、蓄電池の蓄電電力を所定時間まで利用できるとともに、蓄電池の蓄電電力を所定時間においてできるだけ使い切ることができるという効果がある。

実施形態のシステム構成を示すブロック図である。 同上のシミュレーション処理を示すフローチャート図である。 （ａ）（ｂ）同上のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 （ａ）（ｂ）同上のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 従来の電力供給を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
図１は、電力の需要家に設けられたエネルギー管理システムの構成を示しており、エネルギー管理装置１、パワーコンディショナ２〜４、太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７、貯湯装置８を備える。

太陽電池５は、太陽光を利用して発電し、燃料電池７は、化学反応により発電し、蓄電池６は、蓄電／放電が行われる。

パワーコンディショナ２〜４のそれぞれは、太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７のそれぞれの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を配電路Ｗ２〜Ｗ４に供給しており、配電路Ｗ２〜Ｗ４は配電路Ｗ１を介して負荷Ｌに接続している。さらに、配電路Ｗ１には、商用電源１０からの配電路Ｗ１０を介して交流電力が供給される。すなわち、負荷Ｌは、太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７、商用電源１０を電源として、電力を供給されるものである。

さらに、パワーコンディショナ３は、パワーコンディショナ２，４、商用電源１０のそれぞれから供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池６を蓄電する機能を有する。すなわち、蓄電池６は、太陽電池５、燃料電池７、商用電源１０の電力を用いて蓄電される。

また、燃料電池７は、その発電に伴って熱（排熱）を発生しており、この排熱を用いて沸かした湯は、貯湯装置８に貯められる。この貯湯装置８に貯められた湯量が蓄熱量に相当する。貯湯装置８の湯は、需要家内での調理、入浴等に用いられる。また、燃料電池７は、最小発電量Ｅｍｉｎ（下限値）〜最大発電量Ｅｍａｘ（上限値）の範囲で発電可能である。さらに、燃料電池７は、湯量が最大蓄熱量Ｈｍａｘ（上限値）に達した場合に発電を停止する。

エネルギー管理装置１は、スケジュール設定部１ａ、スケジュール記憶部１ｂ、スケジュール実行部１ｃを備える。そして、エネルギー管理装置１は、太陽電池５の発電電力データをパワーコンディショナ２から取得し、蓄電池６の充放電量データをパワーコンディショナ３から取得し、燃料電池７の発電電力データをパワーコンディショナ４から取得する。さらに、エネルギー管理装置１は、貯湯装置８から湯量データを取得する。そして、エネルギー管理装置１は、パワーコンディショナ２〜４（太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７）、商用電源１０、負荷Ｌの各間で授受される電力を制御することによって、需要家内の電力供給を管理している。

スケジュール設定部１ａは、パワーコンディショナ２〜４（太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７）の制御スケジュールを作成し、作成した制御スケジュールをスケジュール記憶部１ｂに格納する。スケジュール実行部１ｃは、スケジュール記憶部１ｂの制御スケジュールにしたがって、パワーコンディショナ２〜４の各動作を制御する。この制御スケジュールは、負荷Ｌへ供給する電力の内訳（電力需要における太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７、商用電源１０の各電力比率）、蓄電池６の充放電切替等の制御内容が、時系列に沿って設定されている。

そして、昼間の制御スケジュールでは、太陽電池５、燃料電池７、商用電源１０を電源として、負荷Ｌに電力が供給される。さらに、太陽電池５、燃料電池７、商用電源１０を電源として、蓄電池６が蓄電される。なお、昼間の制御スケジュールでは、蓄電池６は蓄電制御が優先されるが、必要であれば放電制御がなされる。

次に、本発明の要旨である、夜間の制御スケジュールの作成処理について説明する。

まず、太陽電池５の発電時間帯が６時〜１８時であるとした場合、エネルギー管理装置１のスケジュール設定部１ａは、太陽電池５による発電が停止する１８時（あるいは、１８時より少し前）に、１８時〜６時までの制御スケジュールを作成する。但し、太陽電池５の発電時間帯は、月日、季節、天候等に応じて変動する。

そして、スケジュール設定部１ａは、太陽電池５の発電停止時間帯である１８時〜６時を、４つの制御期間Ｔ１〜Ｔ４に分割する。制御期間Ｔ１は［１８時〜２１時］、制御期間Ｔ２は［２１時〜２４時］、制御期間Ｔ３は［０時〜３時］、制御期間Ｔ４は［３時〜６時］に設定される。そして、本発明は、発電時間帯の開始時刻である６時まで蓄電池６の蓄電電力を利用できるとともに、蓄電池６の蓄電電力を６時においてできるだけ使い切る（蓄電量をできるだけ０に近づける）ことを目的とするものである。なお、制御期間Ｔ１の開始時刻は、太陽電池５の発電時間帯の終了時刻に設定され、制御期間Ｔ１の終了時刻は、貯湯装置８の湯を使用する熱需要が著しく増加（例えば、所定量以上の湯を使用する）する時刻に設定されている。

そして、スケジュール設定部１ａは、図２のフローチャートにしたがってシミュレーションを行い、このシミュレーション結果に基づいて夜間の制御スケジュールを作成する。

まず、スケジュール設定部１ａは、図３（ａ）に示すように、制御時間帯Ｔ１〜Ｔ４における燃料電池７の発電電力Ｅｆｃ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，３，４）を、下限値である最小発電量Ｅｍｉｎに設定する（Ｓ１）。ここで、Ｅｆｃ（ｉ）は、制御期間Ｔｉにおける燃料電池７の発電電力を示す。

スケジュール設定部１ａは、需要家における将来の電力需要を予測する機能を有しており、この電力需要の予測機能は、例えば、過去の電力需要データに基づいて、将来の電力需要を予測することによって実現される。なお、この電力需要予測については、周知の技術を用いて構成されるので、詳細な説明は省略する。

そして、スケジュール設定部１ａは、１８時〜６時の電力需要曲線Ｙ１を作成し、制御期間Ｔ１〜Ｔ４毎の電力需要Ｅｄｅ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，３，４）を算出する。ここで、Ｅｄｅ（ｉ）は、制御期間Ｔｉにおける電力需要を示す。

そして、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の電力需要Ｅｄｅ（ｉ）（本発明の総電力需要に相当）と最小発電量Ｅｍｉｎとの差である最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を算出する。

そして、スケジュール設定部１ａは、全ての制御期間Ｔ１〜Ｔ４の最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、１８時における蓄電池６の初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができるか否かを判定する（Ｓ２）。すなわち、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，３，４）で賄えるか否かを判定するのである。ここで、Ｅｓｂ（ｉ）は、制御期間Ｔｉにおける放電電力を示す。

ステップＳ２の判定処理は、初期蓄電量Ｗ（１８）、電力需要曲線Ｙ１、最小発電量Ｅｍｉｎを用いて、将来の蓄電電力を予測し、蓄電池６の蓄電電力曲線Ｙ２ａを作成することで、実行される。そして、蓄電電力曲線Ｙ２ａが、６時の時点で０より大きいと予測されれば、最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができると判定する（Ｙｅｓ）。一方、蓄電電力曲線Ｙ２ａが、６時以前に０にまで減少すると予測されれば、最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみでは賄うことができないと判定する（Ｎｏ）。

そして、最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができる場合、スケジュール設定部１ａは、処理を終了し、図３（ａ）の制御スケジュールＳＫ１（第１の制御スケジュール）を作成する。

図３（ａ）に示す制御スケジュールＳＫ１では、全ての制御期間Ｔ１〜Ｔ４において、燃料電池７の発電電力Ｅｆｃ（ｉ）を最小発電量Ｅｍｉｎに抑制し、残りの電力需要は、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）で賄う。

さらに、スケジュール設定部１ａは、需要家における将来の熱需要（湯の需要）を予測する機能を有しており、この熱需要の予測機能は、例えば、過去の熱需要データに基づいて、将来の熱需要を予測することによって実現される。なお、この熱需要予測については、周知の技術を用いて構成されるので、詳細な説明は省略する。

そして、スケジュール設定部１ａは、図３（ｂ）に示すように、１８時〜６時の熱需要曲線Ｙ３を作成する。さらに、スケジュール設定部１ａは、１８時における初期湯量Ｈ（１８）、熱需要曲線Ｙ３、燃料電池７の発電に伴って増加すると予測される湯量のデータ等を用いて、１８時〜６時における貯湯装置８の湯量曲線Ｙ４ａを作成する。スケジュール設定部１ａは、湯量曲線Ｙ４ａが最大蓄熱量Ｈｍａｘに達した場合に、燃料電池７の発電を停止させることを条件の１つとして、シミュレーションを実行している。

図３（ｂ）において、制御期間Ｔ１では、燃料電池７の発電に伴う湯量の増加分が、熱需要に釣り合って、湯量曲線Ｙ４ａが一定になっている。そして、期間Ｔ２では、熱需要の著しい増加（例えば、所定量以上の湯を使用する）があり、湯量曲線Ｙ４ａは減少する。そして、熱需要が０になって以降、期間Ｔ２〜Ｔ４では、湯量曲線Ｙ４ａが、燃料電池７の発電に伴って増加する。

次に、ステップＳ２の判定処理において、最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができないと判定されたとする。この場合、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１のシミュレーション処理Ｇ１（ステップＳ３〜Ｓ５）を開始する。

制御期間Ｔ１のシミュレーション処理Ｇ１では、図４（ａ）に示すように、制御期間Ｔ１における放電電力Ｅｓｂ（１）を、予め決められた所定量だけ減少させる。さらに、制御期間Ｔ１における発電電力Ｅｆｃ（１）を、最小発電量Ｅｍｉｎから予め決められた所定量だけ増加させる（Ｓ３）。

そして、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１の制御条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ４）。制御期間Ｔ１の制御条件とは、制御期間Ｔ１のシミュレーション処理Ｇ１を続行するか否かを判断するための条件であり、［Ｅｓｂ（１）＞０（閾値）、Ｅｆｃ（１）＜Ｅｍａｘ、Ｈ（２１）＜Ｈｍａｘ］で表される。すなわち、ステップＳ３で減少した放電電力Ｅｓｂ（１）が０より大きく、且つステップＳ３で増加した発電電力Ｅｆｃ（１）が最大発電量Ｅｍａｘ未満であり、且つ２１時における湯量Ｈ（２１）が最大蓄熱量Ｈｍａｘ未満であれば、制御期間Ｔ１の制御条件を満たしている。

ここで、スケジュール設定部１ａは、図４（ｂ）に示すように、初期湯量Ｈ（１８）、熱需要曲線Ｙ３、燃料電池７の発電に伴って増加すると予測される湯量のデータ等を用いて、１８時〜６時における貯湯装置８の湯量曲線Ｙ４ｂを作成する。そして、スケジュール設定部１ａは、この湯量曲線Ｙ４ｂを用いて、２１時における湯量Ｈ（２１）を予測し、最大蓄熱量Ｈｍａｘと比較する。

ステップＳ３で、制御期間Ｔ１における発電電力Ｅｆｃ（１）を最小発電量Ｅｍｉｎから増加させたので、湯量曲線Ｙ４ｂは、制御期間Ｔ１において、燃料電池７の発電に伴って増加する。そして、期間Ｔ２では、熱需要の著しい増加があり、湯量曲線Ｙ４ｂは減少する。そして、熱需要が０になって以降、期間Ｔ２〜Ｔ４では、湯量曲線Ｙ４ｂが、燃料電池７の発電に伴って増加する。

そして、スケジュール設定部１ａは、ステップＳ４において制御期間Ｔ１の制御条件を満たしていると判定した場合、制御期間Ｔ１のシミュレーション処理Ｇ１を続行する。具体的には、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の電力需要Ｅｄｅ（ｉ）と（本発明の総電力需要に相当）、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（ｉ）との差である残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を算出する。この場合、制御期間Ｔ１の発電電力Ｅｆｃ（１）は、最小発電量Ｅｍｉｎより大きく（ステップＳ３での設定値）、制御期間Ｔ２〜Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（２）〜Ｅｆｃ（４）は、最小発電量Ｅｍｉｎ（ステップＳ１での設定値）に設定されている。したがって、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］は、最大残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｍｉｎ｝］より小さくなる。

そして、スケジュール設定部１ａは、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができるか否かを判定する（Ｓ５）。すなわち、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）で賄えるか否かを判定するのである。

ステップＳ５の判定処理は、初期蓄電量Ｗ（１８）、電力需要曲線Ｙ１、発電電力Ｅｆｃ（ｉ）を用いて、将来の蓄電電力を予測し、図４（ａ）に示すように、蓄電池６の蓄電電力曲線Ｙ２ｂを作成することで、実行される。そして、蓄電電力曲線Ｙ２ｂが、６時の時点で０より大きいと予測されれば、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができると判定する（Ｙｅｓ）。一方、蓄電電力曲線Ｙ２ｂが、６時以前に０にまで減少すると予測されれば、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみでは賄うことができないと判定する（Ｎｏ）。

そして、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができない場合、スケジュール設定部１ａは、放電電力Ｅｓｂ（１）をさらに所定量だけ減少させる。また、発電電力Ｅｆｃ（１）を、最小発電量Ｅｍｉｎからさらに所定量だけ増加させる（Ｓ３）。そして、ステップＳ４，Ｓ５の処理を再度行う。

そして、ステップＳ５において、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができると判定された場合、スケジュール設定部１ａは、処理を終了し、図４（ａ）の制御スケジュールＳＫ２（第２の制御スケジュール）を作成する。

図４（ａ）に示す制御スケジュールＳＫ２では、制御期間Ｔ１の発電電力Ｅｆｃ（１）を最小発電量ＥｍｉｎよりΔＥ１大きくしている。さらに、制御期間Ｔ２〜Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（２）〜Ｅｆｃ（４）を最小発電量Ｅｍｉｎに設定している。そして、残りの電力需要は、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）で賄う。

一方、スケジュール設定部１ａは、ステップＳ４において制御期間Ｔ１の制御条件を満たしていないと判定した場合、制御期間Ｔ１のシミュレーション処理Ｇ１を完了し、制御期間Ｔ２のシミュレーション処理Ｇ２（ステップＳ６〜Ｓ８）を開始する。

制御期間Ｔ２のシミュレーション処理Ｇ２では、図５（ａ）に示すように、制御期間Ｔ２における放電電力Ｅｓｂ（２）を、予め決められた所定量だけ減少させる。さらに、制御期間Ｔ２における発電電力Ｅｆｃ（２）を、最小発電量Ｅｍｉｎから予め決められた所定量だけ増加させる（Ｓ６）。

そして、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ２の制御条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ７）。制御期間Ｔ２の制御条件とは、制御期間Ｔ２のシミュレーション処理Ｇ２を続行するか否かを判断するための条件であり、［Ｅｓｂ（２）＞０（閾値）、Ｅｆｃ（２）＜Ｅｍａｘ、Ｈ（２４）＜Ｈｍａｘ］で表される。すなわち、ステップＳ６で減少した放電電力Ｅｓｂ（２）が０より大きく、且つステップＳ６で増加した発電電力Ｅｆｃ（２）が最大発電量Ｅｍａｘ未満であり、且つ２４時における湯量Ｈ（２４）が最大蓄熱量Ｈｍａｘ未満であれば、制御期間Ｔ２の制御条件を満たしている。

ここで、スケジュール設定部１ａは、図５（ｂ）に示すように、初期湯量Ｈ（１８）、熱需要曲線Ｙ３、燃料電池７の発電に伴って増加すると予測される湯量のデータ等を用いて、１８時〜６時における貯湯装置８の湯量曲線Ｙ４ｃを作成する。そして、スケジュール設定部１ａは、この湯量曲線Ｙ４ｃを用いて、２４時における湯量Ｈ（２４）を予測し、最大蓄熱量Ｈｍａｘと比較する。

湯量曲線Ｙ４ｃは、ステップＳ６で、制御期間Ｔ２における発電電力Ｅｆｃ（２）を最小発電量Ｅｍｉｎから増加させたので、制御期間Ｔ２での湯量が、湯量曲線Ｙ４ｂに比べて増加している。

そして、スケジュール設定部１ａは、ステップＳ７において制御期間Ｔ２の制御条件を満たしていると判定した場合、制御期間Ｔ２のシミュレーション処理Ｇ２を続行する。具体的には、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の電力需要Ｅｄｅ（ｉ）と、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（ｉ）との差である残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を算出する。この場合、制御期間Ｔ１の発電電力Ｅｆｃ（１）、および制御期間Ｔ２の発電電力Ｅｆｃ（２）は、最小発電量Ｅｍｉｎより大きい（ステップＳ３，Ｓ６での設定値）。また、制御期間Ｔ３，Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（３），Ｅｆｃ（４）は、最小発電量Ｅｍｉｎ（ステップＳ１での設定値）に設定されている。

そして、スケジュール設定部１ａは、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができるか否かを判定する（Ｓ８）。すなわち、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ１〜Ｔ４の残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）で賄えるか否かを判定するのである。

ステップＳ８の判定処理は、初期蓄電量Ｗ（１８）、電力需要曲線Ｙ１、発電電力Ｅｆｃ（ｉ）を用いて、将来の蓄電電力を予測し、図５（ａ）に示すように、蓄電池６の蓄電電力曲線Ｙ２ｃを作成することで、実行される。そして、蓄電電力曲線Ｙ２ｃが、６時の時点で０より大きいと予測されれば、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができると判定する（Ｙｅｓ）。一方、蓄電電力曲線Ｙ２ｃが、６時以前に０にまで減少すると予測されれば、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみでは賄うことができないと判定する（Ｎｏ）。

そして、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができない場合、スケジュール設定部１ａは、放電電力Ｅｓｂ（２）をさらに所定量だけ減少させる。また、発電電力Ｅｆｃ（２）を、最小発電量Ｅｍｉｎからさらに所定量だけ増加させる（Ｓ３）。そして、ステップＳ４，Ｓ５の処理を再度行う。

そして、ステップＳ５において、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができると判定された場合、スケジュール設定部１ａは、処理を終了し、図５（ａ）の制御スケジュールＳＫ３（第２の制御スケジュール）を作成する。

図５（ａ）に示す制御スケジュールＳＫ３では、制御期間Ｔ１の発電電力Ｅｆｃ（１）を最小発電量ＥｍｉｎよりΔＥ１大きくし、制御期間Ｔ２の発電電力Ｅｆｃ（２）を最小発電量ＥｍｉｎよりΔＥ２大きくしている。さらに、制御期間Ｔ３，Ｔ４の発電電力Ｅｆｃ（３），Ｅｆｃ（４）を最小発電量Ｅｍｉｎに設定している。そして、残りの電力需要は、蓄電池６の放電電力Ｅｓｂ（ｉ）で賄う。

一方、スケジュール設定部１ａは、ステップＳ７において制御期間Ｔ２の制御条件を満たしていないと判定した場合、制御期間Ｔ２のシミュレーション処理Ｇ２を完了し、制御期間Ｔ３のシミュレーション処理Ｇ３を開始する。

スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ３のシミュレーション処理Ｇ３において、制御期間Ｔ３における放電電力Ｅｓｂ（３）を、予め決められた所定量だけ減少させる。さらに、制御期間Ｔ３における発電電力Ｅｆｃ（３）を、最小発電量Ｅｍｉｎから予め決められた所定量だけ増加させる。その後、上記シミュレーション処理Ｇ１，Ｇ２と同様に、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ３の制御条件を満たしているか否かを判定する。さらに、スケジュール設定部１ａは、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができるか否かを判定する。

そして、スケジュール設定部１ａは、シミュレーション処理Ｇ３において制御期間Ｔ３の制御条件を満たしていないと判定した場合、シミュレーション処理Ｇ３を完了し、制御期間Ｔ４のシミュレーション処理Ｇ４を開始する。

スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ４のシミュレーション処理Ｇ４において、制御期間Ｔ４における放電電力Ｅｓｂ（４）を、予め決められた所定量だけ減少させる。さらに、制御期間Ｔ４における発電電力Ｅｆｃ（４）を、最小発電量Ｅｍｉｎから予め決められた所定量だけ増加させる。その後、上記シミュレーション処理Ｇ１，Ｇ２と同様に、スケジュール設定部１ａは、制御期間Ｔ４の制御条件を満たしているか否かを判定する。さらに、スケジュール設定部１ａは、残電力［Σ｛Ｅｄｅ（ｉ）−Ｅｆｃ（ｉ）｝］を、初期蓄電量Ｗ（１８）のみで賄うことができるか否かを判定する。

そして、スケジュール設定部１ａは、シミュレーション処理Ｇ４において制御期間Ｔ４の制御条件を満たしていないと判定した場合、シミュレーション処理Ｇ４を完了する。

なお、シミュレーション処理Ｇ３，Ｇ４の内容は、シミュレーション処理Ｇ１，Ｇ２と略同様であるので、詳細な説明は省略する。

このように、スケジュール設定部１ａは、図２に示すシミュレーションを行うことによって、制御期間Ｔ１〜Ｔ４に亘る制御スケジュールを作成する（図４（ａ）、図５（ａ）参照）。この制御スケジュールでは、太陽電池５の発電停止時間帯（１８時〜６時）の全期間に亘って、蓄電池６の蓄電電力が漸減している。すなわち、太陽電池５の発電停止時間帯（１８時〜６時）の途中で、蓄電池６の蓄電電力が０にまで低下することなく、１８時〜６時の期間内で、蓄電池６の蓄電電力を使い切る事態を防止できる。

本実施形態では上述のように、蓄電電力および蓄熱量の予測結果に基づいて、蓄電池６の放電電力および燃料電池７の発電電力を制御している。而して、発電時間帯の開始時刻である６時まで蓄電池６の蓄電電力を利用できるとともに、蓄電池６の蓄電電力を６時においてできるだけ使い切る（蓄電量をできるだけ０に近づける）ことが可能となる。また、太陽電池５の発電停止時間帯において、燃料電池７の発電電力と蓄電池６の蓄電電力との両方を利用することができるので、商用電力の買電量を抑制できる。

さらに、太陽電池５の発電開始時刻である６時には、蓄電池６の蓄電電力をできるだけ使い切る（蓄電量をできるだけ０に近づける）ので、太陽電池５の発電電力の利用効率を高くすることができる。

さらに、燃料電池７は、一般的に、発電電力が大きいほどエネルギー効率が高くなる。したがって、本システムでは、夜間に蓄電池６の蓄電電力が不足している場合、燃料電池７の発電電力を利用するので、燃料電池７の発電電力が増加し、エネルギー効率が高くなる。

また、本システムでは、夜間における燃料電池７の発電電力を増加させることによって、貯湯装置８の貯湯量も増加するので、お湯切れの発生をできるだけ抑制することもできる。

なお、太陽電池５、蓄電池６、燃料電池７、貯湯装置８が、本発明の第２の発電装置、電力貯蔵装置、第１の発電装置、蓄熱装置にそれぞれ相当する。また、第２の発電装置は、自然エネルギーを用いて発電する構成であれば、太陽電池に限定されるものではない。また、電力貯蔵装置は、電力を蓄電／放電可能な構成であれば、蓄電池に限定されるものではない。また、第１の発電装置は、発電に伴って熱を発生する構成であれば、燃料電池に限定されるものではない。また、蓄熱装置は、第１の発電装置が発生した熱を蓄熱可能な構成であれば、貯湯装置に限定されるものではない。

１ エネルギー管理装置
１ａ スケジュール設定部
１ｂ スケジュール記憶部
１ｃ スケジュール実行部
５ 太陽電池（第２の発電装置）
６ 蓄電池（電力貯蔵装置）
７ 燃料電池（第１の発電装置）
８ 貯湯装置（蓄熱装置）
Ｌ 負荷

Claims (7)

1. 電力を蓄電し、放電電力を負荷へ供給する電力貯蔵装置と、
   第１の発電電力を前記負荷へ供給し、発電に伴って熱を発生する第１の発電装置と、
   前記第１の発電装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、
   前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御するエネルギー管理装置とを備え、
   前記エネルギー管理装置は、前記電力貯蔵装置の将来における蓄電電力、前記蓄熱装置の将来における蓄熱量、および前記負荷の将来における電力需要を予測し、この予測結果に基づいて、将来の所定時刻までの期間に亘って前記蓄電電力が漸減し、且つ前記所定時刻において前記蓄電電力が０に近付くように、前記所定時刻に至るまでの複数の制御期間のそれぞれにおいて前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を決定した制御スケジュールを作成し、この制御スケジュールに基づいて、前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御する
   ことを特徴とするエネルギー管理システム。
2. 予め決められた発電時間帯に自然エネルギーを用いて発電し、第２の発電電力を前記電力貯蔵装置に蓄電する第２の発電装置を備え、前記所定時刻は、前記発電時間帯の開始時刻であり、複数の前記制御期間は、前記発電時間帯の終了時刻から前記発電時間帯の開始時刻までに亘って形成されることを特徴とする請求項１記載のエネルギー管理システム。
3. 前記電力貯蔵装置は、蓄電池であり、前記第１の発電装置は、燃料電池であり、前記第２の発電装置は、太陽電池であることを特徴とする請求項２記載のエネルギー管理システム。
4. 最初の制御期間は、前記発電時間帯の終了時刻に始まり、前記蓄熱装置の蓄熱が所定量以上使用される時刻に終了することを特徴とする請求項２または３記載のエネルギー管理システム。
5. 前記第１の発電装置は、前記第１の発電電力を、下限値である最小発電量と上限値である最大発電量との間で供給し、前記蓄熱装置は、上限値である最大蓄熱量以下の範囲内で蓄熱し、
   前記エネルギー管理装置は、
   全ての前記制御期間における総電力需要から前記最小発電量を除いた最大残電力が、最初の前記制御期間の開始時刻における前記蓄電電力である初期蓄電量未満である場合、全ての前記制御期間において、前記第１の発電電力を前記最小発電量に設定し、前記放電電力で前記最大残電力を賄う第１の前記制御スケジュールを作成し、
   前記最大残電力が、前記初期蓄電量以上である場合、少なくとも１つの前記制御期間において、前記放電電力が閾値より大きく、且つ前記第１の発電電力が前記最大発電量未満であり、且つ当該制御期間の終了時刻における前記蓄熱量が前記最大蓄熱量未満であるという条件下で、前記第１の発電電力を前記最小発電量から増加させ、前記放電電力を前記第１の制御スケジュールにおける設定値から減少させ、他の前記制御期間において、前記第１の発電電力および前記放電電力を、前記第１の制御スケジュールと同一の設定値に設定することによって、全ての前記制御期間における前記第１の発電電力を前記総電力需要から除いた残電力を、前記初期蓄電量未満にした第２の前記制御スケジュールを作成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のエネルギー管理システム。
6. 前記エネルギー管理装置は、前記第２の制御スケジュールを作成する場合、
   前記条件下で、前記第１の発電電力を前記最小発電量から増加させ、前記放電電力を前記第１の制御スケジュールにおける設定値から減少させるシミュレーション処理を、最初の前記制御期間から時系列に沿った順に行い、いずれかの前記制御期間において前記残電力が前記初期蓄電量未満になった場合に前記シミュレーション処理を停止する
   ことを特徴とする請求項５記載のエネルギー管理システム。
7. 電力を蓄電し、放電電力を負荷へ供給する電力貯蔵装置と、第１の発電電力を前記負荷へ供給し、発電に伴って熱を発生する第１の発電装置と、前記第１の発電装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置とともにエネルギー管理システムを構成するエネルギー管理装置であって、
   前記電力貯蔵装置の将来における蓄電電力、前記蓄熱装置の将来における蓄熱量、および前記負荷の将来における電力需要を予測し、この予測結果に基づいて、将来の所定時刻までの期間に亘って前記蓄電電力が漸減し、且つ前記所定時刻において前記蓄電電力が０に近付くように、前記所定時刻に至るまでの複数の制御期間のそれぞれにおいて前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を決定した制御スケジュールを作成し、この制御スケジュールに基づいて、前記放電電力および前記第１の発電電力の各量を制御する
   ことを特徴とするエネルギー管理装置。

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