JP2015231273A - 電力管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給可能な電力量が変動する再生可能エネルギに基づく電力の利用を容易とする電力管理装置を提供する。
【解決手段】再生可能エネルギに基づいて電力を供給するとともに、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備３０から調達する電力値を定める電力管理装置１であって、気象条件に関する気象情報を取得する取得部１２と、所定の気象情報と発電設備３０が発電する電力の値との関係に関する設備情報、および、所定の気象情報において発電設備３０が発電する電力の値の確率に関する発電情報が記憶された記憶部１４と、気象情報、設備情報および発電情報に基づき、所定の信頼度よりも高い信頼度で発電設備３０から調達できる第１調達電力値Ｐ１と、所定の信頼度以下の信頼度で発電設備３０から調達できる第２調達電力値Ｐ２と、を求める演算部１１と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力管理装置に関する。

電力小売自由化が始まったことにより、従来の電力会社の他にも特定規模電力事業者からも電力を調達することが可能となり、これまでよりも安価な種々の電力調達方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、天候や気温などの情報および発電機の特性情報に基づいて発電可能な量を予測するとともに、電力の需要量を予測し、両者の予測値に基づいて外部から調達する電力量を算出することにより、安価に電力を調達する技術が開示されている。

特開２００６−０５０８３４号公報

近年の環境保護意識の高まりにより、再生可能エネルギを用いた発電の促進が政策により図られている。例えば、再生可能エネルギを用いた発電に対して固定買い取り制度を設ける等により、再生可能エネルギに基づく電力（「グリーンパワー」とも表記する。）の普及が図られている。

このような再生可能エネルギに基づく電力を利用することにより、安価に電力の調達を図ることも可能となる。例えば、太陽光発電により供給される電力を用いることにより、従来の電力会社から供給される電力や、特定規模電力事業者から供給される電力を用いる場合と比較して、安価に電力の調達を図ることができる。

しかしながら、太陽光発電により供給される電力は、天候によって供給可能な電力量が大きく変動することが知られている。例えば、太陽光発電により供給される電力が予定されていた電力から減少した場合、従来の電力会社等から不足する電力を調達することになる。このように電力会社等から不足する電力を調達する場合、ペナルティ（割増料金）を支払って不足分の電力を調達することになり、安価な電力調達に反して調達費用が嵩むおそれがあった。

特許文献１に記載されているように、天候の情報や発電機の情報に基づいて、発電可能な電力量を予測することにより、上述のようなペナルティの発生を予防する種々の方法も提案されている。しかしながら、ペナルティを支払う可能性は依然として存在しており、太陽光発電により供給される電力の利用には困難が伴うという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、供給可能な電力量が変動する再生可能エネルギに基づく電力の利用を容易とする電力管理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の電力管理装置は、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備であって、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から調達する電力値を定める電力管理装置であって、前記気象条件に関する気象情報を取得する取得部と、所定の気象情報と前記発電設備が発電する電力の値との関係に関する設備情報、および、前記所定の気象情報において前記発電設備が発電する電力の値の確率に関する発電情報が記憶された記憶部と、前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づき、所定の信頼度よりも高い信頼度で前記発電設備から調達できる第１調達電力値と、前記所定の信頼度以下の信頼度で前記発電設備から調達できる第２調達電力値と、を求める演算部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の電力管理装置によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第１調達電力値と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第２調達電力値と、が求められる。このように、上述の発電設備から調達する電力を、第１調達電力値と第２調達電力値とに区分けし、調達の信頼度が高い第１調達電力値を用いて需給計画を立てることにより、発電設備から調達する電力の減少を抑制しやすくなる。その一方で、信頼度が比較的低く計画的な利用に用いにくい第２調達電力値は、電力市場等への売電にあてることができる。

上記発明においては、前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づいて得られる、前記発電設備が発電する電力の値の予測値および前記予測値を含んで分布する電力の値の確率分布において、前記第１調達電力値は、前記所定の信頼度に対応する確率における電力値以下の値である第１電力値に関するものであり、前記第２調達電力値は、前記所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率における電力値である第２電力値から前記第１電力値を引いた値に関するものであることが好ましい。

このように、第１調達電力値および第２調達電力値を求める際に、発電設備が発電する予測値および確率分布を利用することにより、予測値および確率分布を利用しない場合と比較して、第１調達電力値および第２調達電力値を求めやすくなる。

上記発明において前記演算部は、時間を分割した複数の期間ごとに、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることが好ましい。
このように複数の期間ごとに第１調達電力値および第２調達電力値を求めることにより、気象条件の変化に伴い発電設備で発電される電力値が変化する場合であっても、上述の期間ごとに変化を反映させた第１調達電力値および第２調達電力値を求めることができる。

上記発明において前記演算部は、前記取得部により前記気象情報を取得した後、前記複数の期間のそれぞれにおいて前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることが好ましい。

このように気象情報を取得した後に、複数の期間における第１調達電力値および第２調達電力値を求めることにより、期間ごとに気象情報を取得する場合と比較して、第１調達電力値および第２調達電力を求める演算処理量が削減される。

上記発明において前記発電情報は、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であり、前記演算部は、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求める時点からの経過時間に応じた前記発電情報を用いて前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることが好ましい。

このように第１調達電力値および第２調達電力値を求めた時点からの経過時間に応じた発電情報を用いることにより、第１調達電力値の信頼度の低下を抑制できる。つまり、第１調達電力値および第２調達電力値を求めた時点からの経過時間が長くなるに伴い、発電設備が発電する電力の値が変動する範囲が広がり確率の分布が変化する。この変化を考慮して第１調達電力値および第２調達電力値を求めることにより、第１調達電力値の信頼度を保ち易くなる。

上記発明において前記複数の期間の長さは、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めた時点に近づくに伴い短くなることが好ましい。
このように複数の期間の長さを変更することにより、発電設備が発電する電力の値が変動する範囲が狭い期間が細かく設定されることになり、第１調達電力値の信頼度をより高めやすくなる。

上記発明において前記複数の期間の長さは、同等であることが好ましい。
このように複数の期間の長さを同等にすることにより、異なる長さの期間を用いる場合と比較して、第１調達電力値および第２調達電力を求める演算処理量が削減される。

本発明の電力管理装置によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第１調達電力値と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第２調達電力値と、を求めることにより供給可能な電力量が変動する再生可能エネルギに基づく電力の利用を容易とすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態である電力管理装置の構成を説明する摸式図である。 図１の演算部における発電量を推定するモデルを説明する模式図である。 演算部による推定された発電量と第１調達電力量および第２調達電力量との関係を説明するグラフである。 推定された発電量と第１調達電力量および第２調達電力量との他の関係を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係る電力管理装置について、図１から図４を参照しながら説明する。
本実施形態では、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備が太陽光発電設備３０であり、電力管理装置１は、負荷設備４０が太陽光発電設備３０から調達する電力量を求めるとともに、調達する電力量を管理するものである例に適用して説明する。なお、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備は、上述のように太陽光発電設備３０であってもよいし、風力発電設備であってもよいし、気象条件によって発電する電力が変動する発電設備であればよく、その種類を特に限定するものではない。

電力管理装置１は、図１に示すように、負荷設備４０が太陽光発電設備３０から調達する電力量を管理するものであり、かつ、太陽光発電設備３０から電力市場５０へ売電する電力量を管理するものでもある。

売電する先は、上述のように電力市場５０であってもよいし、他の負荷設備であってもよく、売電先を限定するものではない。さらに、売電する代わりに二次電池などの充電手段により電力を蓄えてもよく、電力の用途を限定するものでもない。

電力管理装置１は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを演算部１１として機能させるものであり、入出力インタフェース等を取得部１２および出力部１３として機能させるものであり、ハードディスク等を記憶部１４として機能させるものである。

取得部１２は、インターネット等の情報通信網２を介して気象サーバ２０と接続されるものであり、気象サーバ２０から気象条件に関する気象情報を取得するものである。取得部１２により取得される気象情報としては、太陽光発電設備３０が設置位置を含む地域についての天気予報文字データや、ＧＰＶデータ（Ｇｒｉｄ Ｐｏｉｎｔ Ｖａｌｕｅ データ）や、衛星画像や、天空画像などを例示することができる。

記憶部１４は、所定の気象情報において太陽光発電設備３０が発電する電力量を表す設備情報のデータベース、および、所定の気象条件において太陽光発電設備３０が発電する電力値の確率を表す発電情報のデータベースが記憶されたものである。

設備情報は、例えば所定の日射量が得られた場合に太陽光発電設備３０が発電する発電量と当該日射量との対応関係を示す情報であり、太陽光発電設備３０ごとに固有な情報である。発電情報は、例えば同一の日射量が得られた場合であっても、太陽光発電設備３０に生じる発電量のばらつきを表すものであり、ばらついたそれぞれの発電量が出現する確率を示す情報である。発電情報は、予め推定されたものを用いてもよいし、太陽光発電設備３０を運用することにより蓄積される発電実績に基づいて逐次更新されるものであってもよい。

演算部１１は、第１調達電力量（第１調達電力値）Ｐ１と、第２調達電力量（第２調達電力値）Ｐ２と、を求めるものであり、求めた第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２に基づいて、太陽光発電設備３０で発電された電力の供給先および供給量を管理するものである。なお、演算部１１における第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める具体的な説明は後述する。

出力部１３は、太陽光発電設備３０に対して発電された電力の供給先や、供給量を制御する制御信号を出力するものである。出力部１３はインターネット等の情報通信網を介して太陽光発電設備３０に接続されていてもよいし、専用回線を介して接続されていてもよく、特に制御信号を伝達する伝達手段の形式を限定するものではない。

次に、上記の構成からなる電力管理装置１における電力量の管理方法について図２および図３を参照しながら説明する。
まず、電力管理装置１は取得部１２を用いて気象サーバ２０から、数値気象モデル、衛星画像、および天空画像を取得する。数値気象モデルは、天気予報文字データおよびＧＰＶデータを含むものである。さらに取得部１２は、太陽光発電設備３０に設置されている日射量を測定する日射センサ３１から日射データを取得する。

演算部１１は、図２に示すように間接予測、または、直接予測により太陽光発電設備３０により発電される発電量を予測する演算を行う。まず、間接予測による演算について説明する。演算部１１は、取得した数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データと、推定変換モデルＣＭ１と、に基づいて、今後の日射を予測する演算を行う。

その後、演算部１１は、記憶部１４から設備情報および発電情報を取得し、取得した設備情報および発電情報と、求められた日射予測と、推定変換モデルＣＭ２と、に基づいて太陽光発電設備３０により発電される発電量の予測を行う。

直接予測による演算の場合、演算部１１は、今後の日射予測を算出することなく、直接、太陽光発電設備３０により発電される発電量の予測を行う。具体的には、取得した数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データと、推定変換モデルＣＭ１と、設備情報および発電情報と、推定変換モデルＣＭ２と、に基づいて太陽光発電設備３０により発電される発電量の予測を行う。

次に、演算部１１により予測される発電量について図３を参照しながら説明する。図３は横軸が時間の経過を示し、縦軸が太陽光発電設備３０による発電された電力値、または、太陽光発電設備３０から調達される電力値を示している。そのため、電力量は図３において面積として示される。

演算部１１が、数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データや、設備情報などに基づいて推定する太陽光発電設備３０により発電される電力値の予測値は、例えば、図３の曲線ＦＣで示すようになる。また、太陽光発電設備３０が発電できる電力値の理論的な最大値は、例えば、図３の曲線ＭＸで示すようになる。

演算部１１が、数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データや、発電情報などに基づいて算出する太陽光発電設備３０により発電される電力値のバラツキの範囲は、例えば、図３の領域ＶＢで示すようになる。領域ＶＢの上限は上述の曲線ＭＸであり、下限は曲線ＭＮである。曲線ＭＮは、例えば、電力値のバラツキの範囲において最も値が低い電力値を示すものである。

領域ＶＢは、言い換えると、太陽光発電設備３０により発電される電力値が出現する確率分布を示すものでもある。確率分布は、予測値である曲線ＦＣの近傍に係る電力値の出現確率が最も高く、曲線ＦＣから図３の上方向や下方向に離れるに伴い、その位置に係る電力値の出現確率が低下する分布となっている。本実施形態では、曲線ＭＮが後述する所定の信頼度に対応する確率を示すものである例に適用して説明する。

その一方で、図３の横軸と曲線ＭＮとに挟まれる領域ＲＢは、太陽光発電設備３０により発電される電力値のバラツキの影響を受ける可能性が低いことを示す領域であり、領域ＲＢに含まれる電力値を供給できる信頼度が、所定の信頼度よりも高いことを示す領域である。また、領域ＶＢは、電力値を供給できる信頼度が、所定の信頼度以下であることを示す領域である。なお所定の信頼度は、予め定められた値であってもよいし、太陽光発電設備３０の運用実績に基づいて値を新たに設定するものであってもよく、その数値を特に限定するものではない。

演算部１１は、上述の図３の内容を利用して第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める演算処理を行う。ここでは、太陽光発電設備３０において発電が行われる期間を均等な長さの複数の期間に分割して、それぞれの期間において第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める例に適用して説明する。複数の期間の長さとしては、３０分などの分単位で区切られる長さであってもよいし、１時間などの時間単位で区切られる長さであってもよい。

上述のように区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、演算部１１は、第１調達電力量Ｐ１が領域ＲＢに含まれるように設定する演算処理を行う。さらに、第１調達電力量Ｐ１に上乗せされた第２調達電力量Ｐ２の上端が、領域ＶＢの内部に収まるように、より好ましくは曲線ＦＣと曲線ＭＮとの間に収まるように設定する演算処理を行う。

例えば、演算部１１は、所定の期間における曲線ＭＮ（言い換えると、所定の信頼度に対応する確率）に対応する電力値以下の値である第１電力値ＰＶ１を求め、この第１電力値ＰＶ１および所定の期間の長さに基づいて、第１調達電力量Ｐ１を求める。また、所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率に対応する電力値である第２電力値ＰＶ２を求める。そして第２電力値ＰＶ２から第１電力値ＰＶ１を引いた値、および、所定の期間の長さに基づいて、第２調達電力量Ｐ２を求める。

なお上述のように、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を別々に設定してもよいし、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２の合計の電力量を設定した後に、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２の値を設定してもよく、設定方法を特に限定するものではない。

上述のように設定が行われると演算部１１は、出力部１３を介して、太陽光発電設備３０に対して第１調達電力量Ｐ１を負荷設備４０へ供給する制御信号、および、第２調達電力量Ｐ２を電力市場５０へ売電する制御信号を出力する処理を行う。

上記の構成の電力管理装置１によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する太陽光発電設備３０から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第１調達電力量Ｐ１と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第２調達電力量Ｐ２と、が求められる。このように、上述の太陽光発電設備３０から調達する電力を、第１調達電力量Ｐ１と第２調達電力量Ｐ２とに区分けし、調達の信頼度が高い第１調達電力量Ｐ１を用いて需給計画を立てることにより、太陽光発電設備３０から調達する電力の減少を抑制しやすくなる。その一方で、信頼度が比較的低く計画的な利用に用いにくい第２調達電力量Ｐ２は、電力市場５０等への売電にあてることができる。そのため、供給可能な電力量が変動する太陽光発電設備３０から供給される電力の利用を容易とすることができる。

第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める際に、太陽光発電設備３０が発電する予測値および確率分布を利用することにより、予測値および確率分布を利用しない場合と比較して、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めやすくなる。

複数の期間ごとに第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めることにより、気象条件の変化に伴い太陽光発電設備３０で発電される電力値が変化する場合であっても、上述の期間ごとに変化を反映させた第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めることができる。

気象情報を取得した後に、複数の期間における第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めることにより、期間ごとに気象情報を取得する場合と比較して、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める演算処理量が削減することができる。

複数の期間の長さを同等にすることにより、異なる長さの期間を用いる場合と比較して、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求める演算処理量が削減することができる。

なお、上述の実施形態では、発電情報が第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めた時点からの経過時間とは無関係の確率に関する情報である例に適用して説明したが、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であってもよい。

このように第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めた時点からの経過時間に応じた発電情報を用いることにより、第１調達電力量Ｐ１の信頼度の低下を抑制できる。つまり、第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めた時点からの経過時間が長くなるに伴い、太陽光発電設備３０が発電する電力の値が変動する範囲が広がり確率の分布が変化する。この変化を考慮して第１調達電力量Ｐ１および第２調達電力量Ｐ２を求めることにより、第１調達電力量Ｐ１の信頼度を保ち易くなる。

また、上述の実施形態のように、区切られた複数の期間が均等な時間長さであってもよいし、図４に示すように、異なる時間長さを有するように区切られたものであってもよい。具体的には、第１調達電力値および第２調達電力値を求めた時点Ｔに近づくに伴い、期間の長さが短くなってもよい。

このように複数の期間の長さを変更することにより、太陽光発電設備３０が発電する電力の値が変動する範囲が狭い期間が細かく設定されることになり、第１調達電力量Ｐ１の信頼度をより高めやすくなる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、電力管理装置１と太陽光発電設備３０とが別々に設置され、かつ、情報通信網２などを介して接続されている例に適用して説明したが、電力管理装置１と太陽光発電設備３０とが別々に設置されているものに限られることなく、両者が一体に設置されているものにも適用することができる。

１…電力管理装置、１１…演算部、１２…取得部、１４…記憶部、３０…太陽光発電設備（発電設備）、Ｐ１…第１調達電力量（第１調達電力値）、Ｐ２…第２調達電力量（第２調達電力値）

Claims (7)

1. 再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備であって、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から調達する電力値を定める電力管理装置であって、
   前記気象条件に関する気象情報を取得する取得部と、
   所定の気象情報と前記発電設備が発電する電力の値との関係に関する設備情報、および、前記所定の気象情報において前記発電設備が発電する電力の値の確率に関する発電情報が記憶された記憶部と、
   前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づき、所定の信頼度よりも高い信頼度で前記発電設備から調達できる第１調達電力値と、前記所定の信頼度以下の信頼度で前記発電設備から調達できる第２調達電力値と、を求める演算部と、
   が設けられていることを特徴とする電力管理装置。
2. 前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づいて得られる、前記発電設備が発電する電力の値の予測値および前記予測値を含んで分布する電力の値の確率分布において、
   前記第１調達電力値は、前記所定の信頼度に対応する確率における電力値以下の値である第１電力値に関するものであり、
   前記第２調達電力値は、前記所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率における電力値である第２電力値から前記第１電力値を引いた値に関するものであることを特徴とする請求項１記載の電力管理装置。
3. 前記演算部は、時間を分割した複数の期間ごとに、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の電力管理装置。
4. 前記演算部は、前記取得部により前記気象情報を取得した後、前記複数の期間のそれぞれにおいて前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることを特徴とする請求項３記載の電力管理装置。
5. 前記発電情報は、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であり、
   前記演算部は、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求める時点からの経過時間に応じた前記発電情報を用いて前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めることを特徴とする請求項４記載の電力管理装置。
6. 前記複数の期間の長さは、前記第１調達電力値および前記第２調達電力値を求めた時点に近づくに伴い短くなることを特徴とする請求項４または５に記載の電力管理装置。
7. 前記複数の期間の長さは同等であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の電力管理装置。

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