JP2016063552A - エネルギー管理装置、エネルギー管理方法、及びエネルギー管理プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
一方、燃料電池や太陽光発電装置などの発電手段を備える家屋も増加している。これらの発電手段は、発電電力が環境に応じて変動する上、発電電力を増減させる際の応答性が低い場合がある。
これらの結果、電力会社の依頼が比較的短周期で変動する場合、家屋の側において、速やかに依頼に追従することができない場合があった。
図1は、第1の実施形態に係るエネルギー管理装置100の概略図である。商用電源から電力の供給を受ける建物Hは、例えば住宅である。建物Hは、エネルギー管理装置100、燃料電池ユニット200、蓄電池ユニット300、家電群400、及び分電盤500を備える。
エネルギー管理装置100は、生成した指令値C1及びC2を、ネットワークNW2を介して燃料電池ユニット200に送信する。エネルギー管理装置100は、生成した指令値C3を、ネットワークNW2を介して蓄電池ユニット300に送信する。
燃料電池ユニット200は、セル210と、逆潮防止ヒータ220と、貯湯槽230とを備える。セル210は、1単位の燃料電池である。例えば、セル210に供給されるガスFは、セル210の筐体の内部で化学反応を起こし、直流電力と熱QFCと水とを生成する。セル210は、生成した直流電力を図示しない変換器によって交流電力PFCに変換し、変換した交流電力PFCを外部に供給する。なお、セル210の内部で生成された水は、図示しない排水路を通じて、燃料電池ユニット200の外部に排出される。
燃料電池ユニット200は、貯湯槽230の内部の温めた水(又は湯)Qを蛇口や浴槽等に放出する。
また、送信時刻14:07に送信された「負荷増大」コマンドは、開始時刻14:08から、2.5[kW]の負荷の増大を指令する。これに対して、エネルギー管理装置100は、商用電源CPから分電盤500を介して供給される電力の消費量を2.5[kW]増やすように燃料電池ユニット200及び蓄電池ユニット300を制御する。
また、送信時刻14:11に送信された「事前準備」コマンドは、開始時刻14:15から、2.5[kW]の負荷の増減が可能なように蓄電池ユニット300の充放電を指令する。
また、送信時刻14:30に送信された「終了」コマンドは、開始時刻14:30に全コマンドの終了を指令する。
図6は、第1の実施形態に係る燃料電池ユニット200の諸元の一例を示す図である。燃料電池ユニット200において、例えば、セル210から得られる最大電力Pは、0.7[kW]である。また、逆潮防止ヒータ220の熱変換時に消費される最大電力は、2[kW]である。以下、逆潮防止ヒータ220の熱変換時に消費される最大電力を、「最大消費電力PC1」と記載する。また、貯湯槽230に貯められる最大水量は、350[L]である。
まず、変動範囲・動作順決定部116は、変動幅Wnに比して、蓄電池ユニット300の最大変動幅W3maxが大きい場合、変動幅Wnを蓄電池ユニット300が担う変動幅W3として決定する。最大変動幅W3maxとは、蓄電池ユニット300の最大充電電力の値と最大放電電力の値との合計値である。最大変動幅W3maxは、例えば、4[kW]である。また、変動範囲・動作順決定部116は、変動幅Wnに比して、最大変動幅W3maxが小さい場合、最大変動幅W3maxを蓄電池ユニット300が担う変動幅W3として決定する。
まず、負荷制御部118は、セル210が、変動幅W1の中央値の電力を常に発電するような指令値C1を生成してセル210に出力する。負荷制御部118は、例えば、変動範囲・動作順決定部116により決定された変動幅W1が20[kW]の場合、常にセル210の発電が10[kW]となる指令値C1を生成してセル210に出力する。これによって、セル210は、負荷制御部118により出力された指令値C1に基づき、発電するように制御される。
次に、負荷制御部118は、逆潮防止ヒータ220が、変動幅W2の中央値の電力を常に消費するような指令値C2を生成して逆潮防止ヒータ220に出力する。負荷制御部118は、例えば、変動幅W2が1[kW]の場合、逆潮防止ヒータ220が、常に0.5[kW]の電力を消費する指令値C2を生成して逆潮防止ヒータ220に出力する。これによって、逆潮防止ヒータ220は、負荷制御部118により出力された指令値C2に基づき、電力を消費するように制御される。
次に、負荷制御部118は、蓄電池ユニット300が、基準充電率に近づくような指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。これによって、蓄電池ユニット300は、負荷制御部118により出力された指令値C3に基づき、所定の電力で充電または放電を行うように制御される。なお、特に記載がない限り、上述したセル210及び逆潮防止ヒータ220の制御を停止しない。
まず、負荷制御部118は、変動幅W3の範囲内において、蓄電池ユニット300が最大放電電力で放電を行うような指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。負荷制御部118は、例えば、変動抑制指令値のコマンドが2.5[kW]の「負荷削減」であった場合、変動幅W3(例えば4[kW])の範囲内において蓄電池ユニット300が最大放電電力(例えば2[kW])の放電を行う指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。これによって、蓄電池ユニット300は、負荷制御部118により出力された指令値C3に基づき、放電を行うように制御される。
まず、負荷制御部118は、変動幅W3の範囲内において、蓄電池ユニット300が最大充電電力で充電を行うような指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。負荷制御部118は、例えば、変動抑制指令値のコマンドの電力消費量が2.5[kW]であった場合、変動幅W3(例えば4[kW])の範囲内において蓄電池ユニット300が最大充電電力(例えば2[kW])の充電を行う指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。これによって、蓄電池ユニット300は、負荷制御部118により出力された指令値C3に基づき、充電を行うように制御される。
負荷制御部118は、蓄電池ユニット300の蓄電容量が基準充電率(例えば50[%]程度)から所定値(例えば10[%])以上ずれていた場合、基準充電率に近づくような指令値C3を生成して蓄電池ユニット300に出力する。これによって、蓄電池ユニット300は、負荷制御部118により出力された指令値C3に基づき、所定の電力で充電または放電を行うように制御される。
負荷制御部118は、変動抑制指令値のコマンドが「終了」であった場合、電力消費量調整機器の運転を停止するような指令値C1〜C3を生成して、対応する各消費量調整機器に出力する。これによって、電力消費量調整機器は、負荷制御部118により出力された指令値C1〜C3に基づき、停止するように制御される。
図9は、第1の実施形態に係るエネルギー管理装置100により実行される処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、所定周期(例えば半日に1回)で繰り返し実行される。
まず、受信部112は、上位装置Sから送信される変動抑制指令値を受信する(ステップS100)。次に、判定部114は、合成変動幅Wcが、受信部112により受信された変動抑制指令値の電力消費量の変動幅Wnに対して大きいか否かを判定する(ステップS102)。合成変動幅Wcが変動幅Wnに対して小さい場合(ステップS102:No)、エネルギー管理装置100は、ステップS100の処理に戻る。また、合成変動幅Wcが変動幅Wnに対して大きい場合(ステップS102:Yes)、エネルギー管理装置100は、受信した変動抑制指令値のコマンドが「事前通知」か否か判定する(ステップS104)。変動抑制指令値のコマンドが「事前通知」でない場合(ステップS104:No)、エネルギー管理装置100は、後述するステップS108の処理を行う。変動抑制指令値のコマンドが「事前通知」である場合(ステップS104:Yes)、変動範囲・動作順決定部116は、受信部112により受信された変動抑制指令値のコマンドと変動幅Wnとから、電力消費量調整機器が担う変動幅を、電力消費量調整機器ごとに決定する(ステップS106)。また、変動範囲・動作順決定部116は、電力消費量調整機器の反応速度の速い順に電力消費量調整機器が動作順を決定する。
図10は、第1の実施形態の変動範囲・動作順決定部116により実行される変動幅の決定の処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、図9のフローチャートにおけるステップS106の処理に相当する。
まず、変動範囲・動作順決定部116は、変動幅Wnに比して、蓄電池ユニット300の最大変動幅W3maxが大きいか否か判定する(ステップS200)。変動幅Wnに比して、蓄電池ユニット300の最大変動幅W3maxが大きい場合(ステップS200:Yes)、変動範囲・動作順決定部116は、変動幅Wnを蓄電池ユニット300が担う変動幅W3として決定する(ステップS202)。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
図11は、第1の実施形態の負荷制御部118により実行される電力消費量調整機器の制御の処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、図9のフローチャートにおけるステップS110の処理に相当する。
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。ここでは、第1の実施形態との相違点として、変動抑制指令値に応答速度に関する情報が含まれている場合について説明する。以下、上述した第1の実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。図12は、各電力消費量調整機器の反応速度の一例を示すテーブルである。以下、各電力消費量調整機器の反応速度を示した一例のテーブルを、「反応速度テーブル」と記載する。
セル210は、例えば、運転開始時の反応速度が50[W/min]である。また、セル210は、例えば、運転停止時の反応速度が100[W/min]である。すなわち、セル210は、例えば、所定の発電量が500Wの場合、運転開始から10分後に、所定の発電量(例えば0.35[kW])で発電することができる。
逆潮防止ヒータ220は、例えば、反応速度が200[W/sec]である。すなわち、逆潮防止ヒータ220は、負荷制御部118により制御されてから10秒後に、最大消費電力(例えば2[kW])を消費することができる。なお、上述した反応速度テーブルは、予め記憶部130に記憶されているものとする。
変動範囲・動作順決定部116は、変動抑制指令値のコマンドと変動幅Wnとから、選択した電力消費量調整機器が担う変動幅を、電力消費量調整機器ごとに決定する。これにより、エネルギー管理装置100は、効率よく電力消費量を増減することができる。
変動範囲・動作順決定部116は、例えば、最新の変動抑制指令値に含まれる開始時刻と、最新の変動抑制指令値に対して1つ前の変動抑制指令値に含まれる開始時刻との時間間隔(例えば5秒)がしきい値(例えば10秒)未満の場合、反応速度の速い電力消費量調整機器を選択する。また、変動範囲・動作順決定部116は、例えば、最新の変動抑制指令値に含まれる開始時刻と、最新の変動抑制指令値に対して1つ前の変動抑制指令値に含まれる開始時刻との時間間隔(例えば10秒)がしきい値(例えば10秒)以上の場合、時間間隔を満たす範囲内で反応速度の遅い電力消費量調整機器を選択してもよい。
変動範囲・動作順決定部116は、各電力消費量調整機器の反応速度のベクトルの合成ベクトルから、変動抑制指令値の電力消費量及び応答速度を満たす複数の電力消費量調整機器を選定してもよい。変動範囲・動作順決定部116は、例えば、変動抑制指令値の電力消費量が2.35[kW]、応答速度330[W/min]であった場合、蓄電池ユニット300及びセル210を選択する。これにより、エネルギー管理装置100は、例えば、7分間に2.35[kW]の電力消費量を削減することができる。
変動範囲・動作順決定部116は、変動抑制指令値の電力消費量及び応答速度を満たすことが可能であれば、単一の電力消費量調整機器を選定してもよい。変動範囲・動作順決定部116は、例えば、変動抑制指令値の電力消費量が0.35[kW]、応答速度50[W/min]であった場合、セル210を選択してもよい。
以下、第2の実施形態について説明する。ここでは、上述した実施形態との相違点として、エネルギー管理装置100の構成の違い場合について説明する。以下、上述した実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。図18は、第2の実施形態に係るエネルギー管理装置100の概略図である。建物Hは、例えば住宅である。建物Hは、エネルギー管理装置100、燃料電池ユニット200、蓄電池ユニット300、家電群400、分電盤500、太陽光発電装置800、及びスマートメータSMを備えている。
負荷制御部118は、例えば、家電群400を運転または停止を行うための指令値C4を生成して家電群400に出力してもよい。
家電群400は、負荷制御部118により出力された指令値C4に基づき、運転または停止するように制御される。また、家電群400が温度管理機器の場合、温度管理機器は、負荷制御部118により出力された指令値C4に基づき、風量および温度等が変化するように制御される。温度管理機器とは、例えば、エアコンや床暖房等の建物Hの温度を管理する機器である。これによって、エネルギー管理装置100は、外部から送信される変動抑制指令値に速やかに追従することができる。なお、家電群400は、「負荷」の一例である。
Claims (9)
- 商用電源から供給される電力の消費量を変動させる指示に応じて応答性の異なる複数の電源または負荷のうちから、制御すべき電源または負荷を前記応答性に応じて選択する選択部と、
前記選択部により選択された電源または負荷を制御する制御回路に対して、前記商用電源から供給される電力の消費量を変動させるための制御信号を出力する出力部と、
を備えるエネルギー管理装置。 - 前記選択部は、前記商用電源から供給される電力の消費量を変動させる指示を所定の時間間隔内で受信した場合に、制御すべき電源または負荷を前記応答性に応じて選択する、
請求項1記載のエネルギー管理装置。 - 前記選択部は、商用電源から供給される電力の消費量を変動させる指示に含まれる緊急性に基づいて、制御すべき電源または負荷を前記応答性に応じて選択する、
請求項1記載のエネルギー管理装置。 - 前記選択部は、前記複数の電源または負荷のうち、前記応答性の早い電源または負荷から順に選択する、
請求項1から3のうちいずれか1項記載のエネルギー管理装置。 - 前記選択部は、前記指示および前記電源または負荷の応答性に基づいて、選択した電源または負荷により変動させられる電力の消費量を導出する、
請求項1から4のうちいずれか1項記載のエネルギー管理装置。 - 前記選択部は、前記指示の緊急性および前記電源または負荷の応答性を示すベクトルを合成した合成ベクトルに基づいて、前記電源または負荷を選択する、
請求項1から5のうちいずれか1項記載のエネルギー管理装置。 - 前記商用電源から供給される電力に関するデータを管理し、指示信号を出力する管理部をさらに備え、
前記選択部は、前記指示信号に基づいて、前記電源または負荷を選択する、
請求項1から6のうちいずれか1項記載のエネルギー管理装置。 - 商用電源から供給される電力の消費量を変動させる指示に応じて応答性の異なる複数の電源または負荷のうちから、制御すべき電源または負荷を前記応答性に応じて選択し、
前記選択した電源または負荷を制御する制御回路に対して、前記商用電源から供給される電力の消費量を変動させるための制御信号を出力する、
エネルギー管理方法。 - コンピュータに、
商用電源から供給される電力の消費量を変動させる指示に応じて応答性の異なる複数の電源または負荷のうちから、制御すべき電源または負荷を前記応答性に応じて選択させ、
前記選択した電源または負荷を制御する制御回路に対して、前記商用電源から供給される電力の消費量を変動させるための制御信号を出力させる、
エネルギー管理プログラム。
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