JP5576476B2 - エネルギーマネジメントシステム、エネルギーマネジメント装置及びエネルギーマネジメント方法 - Google Patents

エネルギーマネジメントシステム、エネルギーマネジメント装置及びエネルギーマネジメント方法 Download PDF

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Description

本発明は、需要家端の太陽光発電設備、蓄電池、電気温水器などのエネルギー機器を運用する際に適用されるエネルギーマネジメントシステム、及びそのシステムに適用される需要家又はその需要家の近傍に設置されるエネルギーマネジメント装置に関する。
地球環境負荷低減に向けて太陽光発電設備の導入拡大が見込まれるが、太陽光発電設備の電力系統への連系拡大において、配電系統における太陽光発電電力の逆潮流により電圧が上昇して電圧制御に影響を与えることや、系統全体の供給力が増大して需給バランス制御に影響を与えることなどが懸念されている。
その対策の１つの方法として、需要家端に設置されている電気温水器の蓄熱運転の時間帯を調整することが検討されている。つまり、電気温水器は、通常、夜間の割安な電気を活用して温水を貯湯タンクに貯め、翌日の昼間に温水を使用するという運転を行うが、翌日の昼間の太陽光発電量が多いと予想される場合には、前日夜間の蓄熱運転を抑制して翌日の蓄熱可能量を増大させておき、翌日昼間の太陽光発電量が多い時間帯にあわせて蓄熱運転を行うことで電力需要を増大させ、前述の配電系統における逆潮流や、系統全体の供給力増大を低減することが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
この方法の特徴は以下にある。つまり、昼間の太陽光発電の発電によって前記のような配電電圧の上昇などが生じると、太陽光発電設備の電圧上昇抑制機能によって発電量が自動的に抑制されるが、その抑制分を電気温水器の蓄熱運転で有効活用することができるという点、特に、一般的に、需要家における温水需要は、昼間の太陽光発電設備が発電している時間帯以降にも十分な量があり、前記のように蓄熱運転の時間帯を前日夜間から昼間の太陽光発電設備が発電している時間帯にずらしても、温水が不足するということはなく、需要家の利便性を損なわないという点、温水利用のために設置済みの電気温水器を活用するため、特別の初期費用がかからない点に特徴がある。
「需要家機器との連携制御を用いた太陽光発電逆潮流抑制方法−予測の不確実性を考慮したヒートポンプ式給湯器の運用計画法−」、電気学会Ｂ部門大会、2009年8月
今後、需要家端等に蓄電池が導入されてくると、蓄電池も電気温水器と同様に、太陽光発電量の吸収に活用することが期待される。つまり、太陽光発電量が多い時間帯に蓄電池を充電することが考えられる。このとき、蓄電池と電気温水器では、蓄電池の蓄電ロスと電気温水器の放熱ロスの違いから、トータルのエネルギー効率の点で、太陽光発電量の吸収にあたって、蓄電池充電と電気温水器蓄熱を組み合わせた最適な運用方法が課題となる。
また、例えば配電系統の電圧分布は、その需要家の状況だけでなく、配電系統全体の負荷状況等に影響を受けるため、需要家端で同じように需要量増大させても、配電系統の状態によっては、やはり太陽光発電設備の電圧上昇抑制機能が動作して発電量が抑制されてしまう可能性がある。
さらに、例えば太陽光発電設備の発電量が大きく、需要家端の電気温水器や蓄電池の容量を超える場合には、やはり太陽光発電設備の発電量を抑制せざるを得ない状況が発生する可能性がある。太陽光発電量を吸収できる負荷の量をいかに確保するかが課題である。
本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、太陽光発電量のエネルギー貯蔵設備による吸収において、トータルのエネルギー効率向上のため、太陽光発電設備の電圧上昇抑制機能の回避のため、吸収可能量の最大化のためのエネルギー貯蔵設備の最適な運用を可能とする手段を提供することを目的とする。
本発明のエネルギーマネジメントでは、蓄電池のロスや電気温水器の放熱ロスなどのエネルギー効率に関するデータを管理し、エネルギー効率の良いエネルギー貯蔵設備を優先して太陽光発電量吸収に用いる制御を行う。この場合、電気温水器の夜間の蓄熱運転の抑制率データを管理し、蓄熱運転終了条件の基準となる指標を示す蓄熱運転終了基準指標の蓄熱運転終了条件の値及び蓄熱運転開始時の値の差分と抑制率データとに基づく値が、蓄熱運転終了基準指標の現在の値及び蓄熱運転開始時の値の差分以上となったとき蓄熱運転を中断する。
またこの場合に、好ましくは、電力系統の状態監視データを用いて翌日の配電系統の電圧分布や系統全体の需給バランス量を予測する系統運用計算部と、系統運用計算部から翌日などの所定時の配電系統の電圧分布又は需給バランス量の予測情報を取得して、それらを用いて需要家端での太陽光発電量抑制回避に必要な需要量増加目標値を計算する需要家連携計算部とを備えて、制御部で、需要家連携計算部から需要量増加目標値を取得して、需要家端でその需要量増加目標値を満たすようにエネルギー貯蔵設備の制御を行う。
さらにこの場合に、１件の需要家内で太陽光発電量吸収のためのエネルギー貯蔵設備の容量が不足する場合に、近隣の他の需要家のエネルギー貯蔵設備にその太陽光発電量を吸収する制御を行うようにし、また、１件の需要家内でエネルギー貯蔵設備へのエネルギー貯蔵のための太陽光発電量が不足する場合に、近隣の他の需要家の太陽光発電量も含めて、そのエネルギー貯蔵設備へのエネルギー貯蔵の制御を行うようにしたものである。
本発明によれば、太陽光発電設備の電力系統への連系拡大において、電力系統への影響を低減し、また、太陽光発電の発電量を増大させて、低炭素で効率のよい電力発電及び消費を行うことが可能になる。
本発明の第１の実施の形態のシステム全体の構成例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態のシステムに係る需要家エネルギーマネジメント装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態のシステムに係る太陽光発電設備の発電量特性の一例を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態のシステムに係る翌日需給予測テーブルデータの構成の一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態のシステムにおける夜間蓄熱運転抑制の抑制率を計算する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態のシステムにおける昼間の需給バランス量を増加させる制御の内容を決定する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の動作状態の一例を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態による余剰電力吸収状態の一例を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態のシステムに係る全体の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態のシステムに係る需要家エネルギーマネジメント装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態のシステムに係る全体の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態のシステムに係るコミュニティエネルギーマネジメント装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態のシステムに係るコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置の構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による余剰電力吸収状態の一例を示す特性図である。 本発明の第４の実施の形態のシステムに係る全体の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態のシステムに係る系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置の構成例を示す機能ブロック図である。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して以下の順序で説明する。
１．第１の実施の形態（図１〜図８）
２．第２の実施の形態（図９〜図１０）
３．第３の実施の形態（図１１〜図１４）
４．第３の実施の形態（図１５〜図１６）
［１．第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態のエネルギーマネジメントシステムについて、図１〜図８を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る全体のシステム構成例を示す図である。
本実施の形態においては、電力会社などが運用する電力系統１０と、その電力系統１０に接続される需要家２０，３０，１００と、需要家１００が備える需要家エネルギーマネジメント装置１２０とで構成されている。
電力系統１０は、発電設備１１で得た電力を、送電線１２を介して変圧器１３に供給し、その変圧器１３で変圧された電力を、配電線１４を介して大規模な需要家２０としてのビル２１、工場２２、スーパーマーケット２３などに供給する。また、住宅地内の比較的大規模な需要家３０である、学校３１や、コミュニティセンター３２にも電力を供給する。さらに、変圧器４０で変圧された電力を、配電線４１を介して、一般家庭としての需要家１００に電力を供給する。
需要家端には、太陽光を受けて電力に変換する設備である太陽光発電設備（ＰＶ）１１１と、電気を貯蔵したり取り出したりできる設備である蓄電池１１２と、電気を用いて水を加熱して温水を生成し貯湯タンクに蓄える設備である電気温水器１１３とを備える。また、空調機器など電力により動作する電力負荷機器１１４が設置されている。電気温水器１１３も電力負荷機器の１つである。太陽光発電設備１１１、電気温水器１１２、電力負荷機器１１３は、配電線４１と電気的に接続している。また、蓄電池１１２に電気を貯蔵することを充電、蓄電池から電気を取り出すことを放電という。
蓄電池１１２は、充電と放電が可能な設備であればどのような構成でもよく、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの蓄電池、あるいはコンデンサを使った蓄電手段でもよい。また、需要家１００としての家屋が設備として備える蓄電池の他に、例えばその需要家１００が所有する自動車に搭載された蓄電池を接続して、蓄電池１１２として使用してもよい。
これらの需要家１００内の設備を制御する装置として、需要家エネルギーマネジメント装置（ＥＭＳ）１２０を備える。
需要家エネルギーマネジメント装置１２０は、需要家端の各機器の状態を監視し制御する装置であり、太陽光発電設備１１１の発電量が多いときに、電気温水器１１３の水加熱運転や、蓄電池１１２の充電を行って、その太陽光発電電力を需要家１００内で消費する地産地消制御を行う。
需要家端の各機器１１１，１１２，１１３，１１４はそれぞれ図示しない制御装置を備えているが、さらに、需要家エネルギーマネジメント装置１２０と通信できるインターフェースを備え、需要家エネルギーマネジメント装置１２０に電力消費量等の状態データを渡したり、需要家エネルギーマネジメント装置１２０から制御信号を受信する機能を備える。
図２は、需要家エネルギーマネジメント装置１２０の機能ブロック図である。
需要家エネルギーマネジメント装置１２０は、地産地消制御部１２１と、太陽光発電量予測部１２２と、電力需要予測部１２３と、需要バランス予測部１２４と、太陽光発電余剰電力予測部１２５と、温水需要予測部１２６を備える。さらに需要家エネルギーマネジメント装置１２０は、太陽光発電状態監視部１２７と、蓄電池状態監視部１２８と、蓄電池充放電制御部１２９と、電気温水器状態監視部１３０と、電気温水器蓄熱制御部１３１と、電力需要状態監視部１３２と、翌日需要予測テーブルデータ記憶部１３３と、機器仕様データ管理部１３４と、需要家実績データベース１３５と、入出力部１３６とを備える。
入出力部１３６は、ユーザや外部装置（機器１１１，１１２，１１３，１１４など）がデータを入力したり、ユーザや外部装置へデータを出力する外部インターフェースである。
機器仕様データ管理部１３４は、需要家端に設置されている各機器の仕様に関するデータを管理する。即ち、太陽光発電設備１１１については定格出力、太陽光発電設備発電量特性データを含んで管理する。蓄電池１１２については、蓄電池の定格容量、定格充電電力、定格放電電力、蓄電池ロス、充放電ロスを含んで管理する。電気温水器１１３については、蓄熱運転の平均ＣＯＰ（Coefficient of Performance：エネルギー消費効率）、温水タンクの平均放熱ロスのデータを含んで管理する。太陽光発電設備１１１の定格出力は、十分な日射強度がある場合に期待できる最大の太陽光発電設備発電出力である。太陽光発電量特性データは日射強度に対して期待できる太陽光発電量を対応づけるデータである。
図３は、太陽光発電量特性データの例を示す。
日射強度Ｓのときに期待できるＰＶ発電量はＰであることを示している。
蓄電池の定格容量は、蓄電池１１２に蓄えられる最大の電力量を表すデータである。定格出力は蓄電池１１２の最大出力を表すデータである。蓄電池ロスは蓄電池１１２に蓄えてある電力量が時間とともに減少する割合であり、ここでは1時間当たりの減少率[％]とする。充放電ロスは、蓄電池１１２の充放電の際に蓄電池１１２と外部を接続する変換器等で失われる電力量の割合[％]である。
電気温水器１１３の蓄熱運転のＣＯＰとは、蓄熱運転のエネルギー効率を意味し、一定期間の蓄熱運転における出力エネルギー総量の入力エネルギー総量に対する比率を意味し、平均ＣＯＰとは、予め定めたいくつかの条件下でのＣＯＰ値の平均値を意味するものとする。温水タンクの放熱ロスとは、温水タンク内の温水が持つ熱量が単位時間当たりに減少する割合[％]を意味し、ここでは、1時間あたりの減少率を意味し、また、平均放熱ロスとは、予め定めたいくつかの条件下での放熱ロス値の平均値を意味するものとする。
太陽光発電状態監視部１２７は、太陽光発電量を太陽光発電設備１１１の制御装置から取得し監視する。
蓄電池状態監視部１２８は、蓄電池１１２の充電残量、充電可能量の現在状態を下記の方法によって推定管理する。
・予め定めた一定の長時間の間、蓄電池１１２を充電する。
・この状態の充電残量を蓄電池１１２の仕様の充電容量とし、充電可能量を０と定める。
・その後の充放電量を、充電をプラス、放電をマイナスとして随時積分し、これを充放電量積分値として管理する。
・予め定めた周期で、充電残量を、前回値にその時点の充放電量積分値を加えて得られる値で更新し、もし、更新後の充電残量が充電容量より大きくなれば、充電残量を充電容量の値に設定する。また、同時に、充電可能量を、前回値からその時点の充放電量積分値を差し引いて得られる値で更新し、もし、更新後の充電可能量が負になれば、充電可能量を０と設定する。
電気温水器状態監視部１３０は、電気温水器１１３の蓄熱運転状態を、電気温水器１１３の制御装置から取得し監視する。蓄熱運転状態は、蓄熱運転を行っている場合に１、行っていない場合に０をとるとする。また、電気温水器１１３の電力消費可能量を、［(１−電気温水器蓄熱運転状態)×電気温水器定格電力消費量］として計算し監視する。
電力需要状態監視部１３２は、需要家内の電力消費量トータルを監視するものであり、需要家の配電系統からの受電点（ただし、太陽光発電設備連系点より末端側）に計測装置を設置して監視しても良いし、需要家内の各電力負荷機器の制御装置から電力消費量を収集して計算で求めても良い。
需要家実績データベース１３５は、日々の需要家の太陽光発電量、電力消費量トータル、蓄電池充放電量、温水需要量の実績値を保管して管理する。太陽光発電量、電力消費量トータル、蓄電池充放電量は１時間や３０分等の一定時間刻みの量、温水需要量は日間の量のデータとする。太陽光発電量は太陽光発電状態監視部１２７が格納し、電力消費量トータルは電力需要状態監視部１３２が格納し、蓄電池充放電量は蓄電池状態監視部１２８が格納する。蓄電池充放電量は、充電をプラス、放電をマイナスとして管理する。温水需要量は、前日夜間の蓄熱運転が開始してから当日夜間の蓄熱運転が開始する前までの総量を、当日の日間の温水需要量として管理する。この温水需要量は、電気温水器１１３の対応する時間帯の電力消費量を計測して合計し、これを電気温水器１１３の平均ＣＯＰで割って計算する。電気温水器１１３の平均ＣＯＰはあらかじめ入出力部１３６を介して外部から与えられ、機器仕様データ管理部１３４に格納され管理される。電気温水器１１３が内部で蓄熱量を管理しており、外部から参照することが可能な場合には、そのデータを利用してもよい。
翌日需給予測テーブルデータ記憶部１３３は、翌日需給予測テーブルデータを記憶する。
翌日需給予測テーブルデータの例を図４に示す。翌日需給予測テーブルデータは、翌日の複数時点の日射強度、太陽光発電量、電力需要量、需給バランス量、太陽光発電余剰電力量、温水需要量の予測値を対応づけて管理するものである。図４は１時間刻みの例であり、以下、説明を簡単にするため、１時間刻みの場合を例に説明する。１時間刻みでない構成としてもよい。
翌日需給予測テーブルデータ中の日射強度データは、前日夜間の蓄熱運転が開始される前に、入出力部１３６を介して外部から与えられるものとする。例えば、天気予報のサイトに接続して、翌日の天気、気温などのデータから日射強度データを取得して記憶させる。
太陽光発電量予測部１２２は、翌日需給予測テーブルデータの各時刻の日射強度データを参照し、太陽光発電量特性データに上で、その日射強度に対応する太陽光発電量を読み取り、これを翌日需給予測テーブルデータに同時刻の太陽光発電量として出力する。
電力需要予測部１２３は、翌日需給予測テーブルデータに各時刻の電力需要量予測値を出力する。各時刻の電力需要量予測値は、たとえば、過去の電力消費量の実績データの同時刻の平均値とすることが考えられる。ここで、平均化する対象範囲としては、単純に過去一定期間の全てとするか、その一定期間内のうち翌日の平日／休日の区分に一致する日のみとするかなどが考えられる。参照する期間については事前に入出力部１３６を介して外部から与えられるものとする。
需給バランス予測部１２４は、翌日需給予測テーブルデータに各時刻の需給バランス量予測値を出力する。需給バランス量予測値は、電力需要予測値から太陽光発電量予測値を差し引いた値として計算する。
太陽光発電余剰電力予測部１２５は、翌日需給予測テーブルデータに各時刻の太陽光発電余剰電力量予測値を出力する。太陽光発電余剰電力量予測値は、予め定めた需給バランス基準量から需給バランス量予測値を差し引いた値として計算する。
温水需要予測部１２６は、翌日需給予測テーブルデータに各時刻の温水需要量予測値を出力する。たとえば、過去の日間温水需要量の実績データをもとに、過去一定期間すべての平均値とするか、あるいは、実績データのうち、翌日の平日／休日の区分に一致する日のみの平均値を求めて、それを翌日の日間温水需要量予測値とし、その１／２４の値を各時刻の温水需要量予測値として出力することが考えられる。
地産地消制御部１２１は、入出力部１３６を介して、ユーザなど外部から地産地消起動信号を受信すると、夜間は、電気温水器１１３の蓄熱運転抑制の起動信号を電気温水器蓄熱制御部１３１に送り、また、昼間は、周期的に、太陽光発電状態監視部１２７から太陽光発電量を、電力需要状態監視部１３２から電力消費量トータルを取得して、電力消費量トータルから太陽光発電設備発電量を引き算してこれを需給バランス量とし、需給バランス量が予め定めた基準値である需給バランス基準量を下回ると、需給バランス量が需給バランス基準量を上回るように、蓄電池１１２の充電や電気温水器１１３の蓄熱運転を起動することで需給バランス量を増加させる制御内容を決定し、その結果に基づいて、蓄電池充放電制御部１２９に蓄電池の充電起動信号を、電気温水器蓄熱制御部１３１に電気温水器１１３の蓄熱運転起動信号をそれぞれ送る。蓄電池１１２の充電起動信号は充電量目標値データを含み、蓄熱運転抑制信号は抑制率データを含み、蓄熱運転起動信号は電力消費量目標値データを含む。この昼間の需給バランス量を増加させる制御の内容の決定処理の詳細については後述する。また、この地産地消制御部１２１の処理は、入出力部１３６を介してユーザなど外部から地産地消停止信号を受信するまで実行される。
蓄電池充放電制御部１２９は、蓄電池充電起動信号を受信すると、蓄電池１１２の制御装置に対して、充電量目標値データを含む充電起動信号を送信する。
電気温水器蓄熱制御部１３１は、蓄熱運転抑制信号を受信すると、電気温水器１１３の制御装置に対して、抑制率データを含む蓄熱運転抑制信号を送信し、蓄熱運転起動信号を受信すると、電気温水器１１３の制御装置に対して、電力消費量目標値データを含む蓄熱運転起動信号を送信する。
蓄電池１１２の制御装置は、充電起動信号を受信すると、受信した充電量目標値の充電電力で充電を実行する。ただし、充電量目標値が定格充電電力を超える場合には定格充電電力の充電電力で充電され、また、蓄電池１１２の充電容量として充電可能な範囲内で充電される。
電気温水器１１３の制御装置は、通常、翌日の温水需要に備えて、夜間のあらかじめ定める時間帯（以下、夜間蓄熱時間帯という）の中で事前に蓄熱運転を行って、貯湯タンクに温水を蓄える処理を行う。さらに、翌日、温水が不足するような場合には追加で温水を蓄える処理を行う（これを沸き増し運転ということもある）。ここで、貯湯タンクに温水を蓄えるとは、貯湯タンク内の温水の温度を上昇させることをいい、貯湯タンク内の温水の量が減少してきた場合には水を補給して温水の量を増加させることである。
電気温水器１１３の制御装置は、需要家エネルギーマネジメント装置１２０から蓄熱運転抑制起動信号を受信すると、前日夜間の蓄熱量を通常より与えられた抑制率だけ抑制する制御を行う。蓄熱抑制は、通常の蓄熱運転の終了条件が成立する前に、蓄熱運転を中断することで行う。例えば、蓄熱運転終了条件の基準となる指標（蓄熱運転終了基準指標）の値が、また、蓄熱運転終了基準指標が複数ある場合には、少なくとも１つの蓄熱運転終了基準指標の値が下記の条件を満たした時点で蓄熱運転を中断するとしてもよい。蓄熱運転終了基準指標としては、電気温水器によっても異なる可能性があるが、例えば、蓄熱継続時間、時刻、貯湯タンク内の温度センサ値などが考えられる。
｜Xi-Xi(s)｜≦｜Xi(e)-Xi(s)｜×(1.0-R/100)
ただし、
Xi：蓄熱運転終了基準指標iの現在の値
Xi(s):蓄熱運転終了基準指標iの蓄熱運転開始時の値
Xi(e):蓄熱運転終了基準指標iの蓄熱運転終了条件の値
R：需要家エネルギーマネジメント装置から受信した抑制率データの値[％]
また、電気温水器の制御装置は、需要家エネルギーマネジメント装置から蓄熱運転起動信号を受信すると、当日昼間の蓄熱運転を起動する制御を行う。蓄熱運転は、通常の昼間の温水不足時に行われる蓄熱運転である沸き増し運転を起動することで行う。沸き増し運転終了条件が成立すると、蓄熱運転が終了する。
地産地消制御部１２１における夜間の蓄熱運転抑制の抑制率の計算は、以下に示すように行う。その処理の流れを図５のフローチャートに示す。
まず、翌日太陽光発電余剰電力量トータルの計算を行う（ステップＳ１１）。ここでは、翌日需給予測テーブルデータの各時刻の太陽光発電余剰電力量予測値を合計し、これを翌日太陽光発電余剰電力量トータルとする。
そして、その翌日太陽光発電余剰電力量トータルが、０を越えた値か、あるいは０か判断する（ステップＳ１２）。
ステップＳ２の判断で、翌日太陽光発電余剰電力トータル＝０の場合には、夜間蓄熱抑制の抑制率＝０[％]と設定する（ステップＳ１３）。
また、ステップＳ２の判断で、翌日太陽光発電余剰電力トータル＞０の場合には、昼間時間帯の各時刻の温水減少量の計算を行う（ステップＳ１４）。
ここでは、まず、翌日需給予測テーブルデータの夜間蓄熱時間帯以外の時間帯を昼間時間帯とよび、昼間時間帯の開始時刻をTDs、終了時刻をTDeとおく。
そして、昼間時間帯の各時刻における温水減少量ΔHW(t)を昼間時間帯の各時刻tについて下式で計算する。
ΔHW(t)＝DHW(t)−GPV(t)／COP
ただし、
DHW(t)：時刻tにおける温水需要量
GPV(t)：時刻tにおける太陽光発電量
COP：電気温水器の平均ＣＯＰ
そして、昼間時間帯の各時刻における必要温水残量MHW(t)を、昼間時間帯の各時刻tについて下式の漸化式で計算する（ステップＳ１５）。
MHW(t)＝max{0, MHW(t+1)−ΔHW(t)} for TDs≦t≦TDe
MHW(Te+1)＝0
なお、MHW(t+1)の＋１は、時刻ｔに対して次に基準となる時刻とする処理であり、この例では１時間加算することになる。
さらに、夜間蓄熱抑制の抑制率を下式で計算する（ステップＳ１６）。
抑制率＝MHW(Ts)／翌日日間温水需要量予測値×100 [％]
このようにして、地産地消制御部１２１における夜間の蓄熱運転抑制の抑制率を算出する。
地産地消制御部１２１における昼間の需給バランス量を増加させる制御の内容の決定処理は、図６のフローチャートに示した処理で実行される。
図６のフローチャートに従って説明すると、まず、需給バランス量の増加目標量の計算が行われる（ステップＳ２１）。
ここでは、太陽光発電状態監視部１２７から太陽光発電量、電力需要状態監視部１３２から電力消費量トータルを取得し、前述のように需給バランス量を計算し、需給バランス基準量から需給バランス量を差し引いて得られる値を需給バランス量の増加目標量とする。
次に、ステップＳ２２に移行し、蓄電池充電起動と電気温水器蓄熱運転起動の優先順位の決定を行う。
ここでは、機器仕様データ管理部１３４から、蓄電池１１２の定格出力と蓄電池ロスと充放電ロスのデータ、電気温水器１１３の放熱ロスのデータを取得する。
また、蓄電池状態監視部１２８から蓄電池１１２の充電可能量の現在値を取得し、電気温水器状態監視部１３０から電気温水器１１３の電力消費可能量の現在値を取得する。
そして、蓄電池１１２の蓄電池ロスと充放電ロスを合計した値と、電気温水器１１３の放熱ロスの値を比較し、前者が小さい場合には蓄電池充電起動を優先し、そうでない場合には電気温水器蓄熱運転起動を優先するものとする。
なお、このステップＳ２２での比較と決定は、システムを運用している状態によって変わるようにしてもよい。例えば、外気温及び湿度などの運用状況を加味した上で、決定するようにしてもよい。具体的には、例えば外気温が基準温度より低い場合には、電気温水器１１３の放熱ロスを基準値より大きくし、外気温が基準温度より高い場合には、電気温水器１１３の放熱ロスを基準値より小さく変更し、その変更された放熱ロスで比較するようにしてもよい。
蓄電池１１２の蓄電池ロスや充放電ロスについても、変化させるようにしてもよい。例えば、蓄電池１１２を設置してからの年月や充放電回数などの稼働状況によって、蓄電池１１２の劣化が進んでいるとして、蓄電池ロスや充放電ロスを増加させるようにしてもよい。
ステップＳ２２で電気温水器蓄熱運転起動が優先の場合には、「電気温水器電力消費可能量＞０」か否か判断する（ステップＳ３１）。
ここで、電気温水器電力消費可能量＝０の場合は、電気温水器１１３の蓄熱運転は起動しないものとする（ステップＳ３７）。
また、電気温水器電力消費可能量＞０の場合は、電気温水器１１３の蓄熱運転を起動するものとし（ステップＳ３２）、その電力消費量目標値は、電気温水器電力消費可能量と需給バランス量増加目標量の小さい方の値とする（ステップＳ３３）。
その後、「需給バランス量増加目標量−電力消費量目標値＞０」か否か判断し（ステップＳ３４）、「需給バランス量増加目標量−電力消費量目標値＞０」の場合は、蓄電池の充電を起動するとし（ステップＳ３５）、その充電量目標値は、「需給バランス量増加目標量−電力消費量目標値」の値とする（ステップＳ３６）。
ステップＳ３４で、「需給バランス量増加目標量−電力消費量目標値＞０」でない場合には、ステップＳ３８に移行し、蓄電池充電起動を行わない。
次に、ステップＳ２２で蓄電池充電起動が優先の場合の処理について説明する。
このときには、「蓄電池充電可能量＞０」か否か判断する（ステップＳ２３）。ここで、蓄電池充電可能量＝０の場合は、蓄電池１１２の充電は起動しないものとする（ステップＳ２９）。
・蓄電池充電可能量＞０の場合は、蓄電池の充電運転を起動するものとし（ステップＳ２４）、その充電量目標値は、蓄電池充電可能量と需給バランス量増加目標量の小さい方の値とする（ステップＳ２５）。
その後、「需給バランス量増加目標量−充電量目標値＞０」か否か判断し（ステップＳ２６）、「需給バランス量増加目標量−充電量目標値＞０」の場合は、電気温水器１１３の蓄熱運転を起動するとし（ステップＳ２７）、その電力消費量目標値は、「需給バランス量増加目標量−充電量目標値」の値とする（ステップＳ２８）。
以上のように需要家エネルギーマネジメント装置１２０と電気温水器１１３が協調して動作することによって、太陽光発電余剰電力を需要家端の電気温水器１１３で吸収する制御が行われることになる。
図７及び図８は、本実施の形態のシステム構成における、太陽光発電電力の地産地消が行われている状態の例を説明した図である。
図７（ａ）は、電気温水器１１３の蓄熱のための熱供給量の積算値を１日の時間の変化で示したものである。特性Ｐ１は、太陽光発電（ＰＶ）を沸き上げに使用していない場合の例であり、この場合には、夜間（この例では午前７時まで）に沸き上げが完了し、深夜になるまで沸き上げは行われない。これに対して、本例の場合の特性Ｐ２には、夜間電力での沸き上げとして、太陽光発電電力地産地消ド時の事前蓄熱目標量までであり、その後、太陽光発電余剰電力を使って、昼間に沸き上げが行われ、通常の事前蓄熱目標量まで到達する。
なお、特性Ｐ３は、太陽光発電余剰電力が予測より多い場合で、この場合には、通常の事前蓄熱目標量に到達すると、それ以上の太陽光発電の余剰電力は吸収されないことになる。また、特性Ｐ４は、これとは逆に、太陽光発電余剰電力が予測より少ない場合で、この場合には、通常の事前蓄熱目標量よりも少ない蓄熱量となってしまうため、夜間電力よりも割高な昼間電力を用いて蓄熱することになる。
図７（ｂ）は、電気温水器１１３の貯湯タンク蓄熱残量で見た図である。蓄熱残量は、貯湯タンク内の温水の持つ熱量についてある基準を設け、その基準からの差分とする。特性Ｈ１は、太陽光発電（ＰＶ）を沸き上げに使用していない場合の例であり、この場合には、夜間に沸き上げが完了して、通常の蓄熱目標値まで到達した後は、深夜に沸き上げが開始されるまで、温水残量が減るだけである。
これに対して、本例の場合の特性Ｈ２は、夜間電力での沸き上げとして、太陽光発電電力地産地消時の事前蓄熱目標量までであり、その後は、太陽光発電による沸き上げと温水消費とがあり、太陽光発電が行われなくなる夜間時には、太陽光発電を使用しない特性Ｈ１と同様の温水残量となる。
図８は、電気温水器１１３による太陽光発電余剰電力吸収状態を示した図である。図８は、縦軸が電力量であり、横軸が時間である。
この図８に示した特性ａは、太陽光発電の発電量であり、特性ｂは、太陽光発電余剰電力である。破線の特性ｃは、電気温水器１１３の電力消費量を示し、夜間の蓄熱動作の他に、昼間に、沸き増し動作が行われている。
なお、図７，図８では、太陽熱発電設備と電気温水器の関係を示したが、蓄電池についても、図６のフローチャートに示した条件で、蓄電動作が行われ、夜間にその蓄電した電力が放電される。
なお、ここまで説明した電気温水器１１３の昼間蓄熱運転では、電気温水器１１３の制御装置が、圧縮機の回転数を制御するなどで、電気温水器１１３の沸き増し運転時の電力消費量を目標値に抑制制御できる機能を備えている場合には、需要家エネルギーマネジメント装置１２０より受信した電力消費量目標値で沸き増し運転を行うとしてもよい。この構成とすることにより、電気温水器１１３の沸き増し運転の際に、電気温水器１１３の電力消費量が太陽光発電余剰電力量を上回る量を抑制することが可能になる。
また、前記の構成では、地産地消における電気温水器１１３の蓄熱抑制の制御を、電気温水器１１３の制御装置が、需要家エネルギーマネジメント装置１２０から蓄熱抑制起動信号と抑制率を受信して、電気温水器１１３の制御装置が蓄熱運転終了条件の判断基準を抑制率に応じて調整することで処理する構成としたが、次の構成としてもよい。すなわち、需要家エネルギーマネジメント装置１２０の電気温水器蓄熱制御部１３１が、電気温水器１１３の制御装置から、蓄熱運転終了条件データである蓄熱運転終了基準指標種別とその基準値のデータを取得し、また、その指標の現在値を周期的に取得し、少なくとも１つの蓄熱運転終了基準指標の値が下記の条件を満たした時点で蓄熱運転を中断させると決定し、電気温水器１１３の通電状態をオフにすることなどで、外部より電気温水器１１３の蓄熱運転を中断させるとしてもよい。
｜Xi-Xi(s)｜ ≦｜Xi(e)-Xi(s)｜×(1.0-R/100)
ただし、
Xi：蓄熱運転終了基準指標iの現在の値
Xi(s):蓄熱運転終了基準指標iの蓄熱運転開始時の値
Xi(e):蓄熱運転終了基準指標iの蓄熱運転終了条件の値
R：抑制率データの値[％]
さらに、前記の構成では、前日夜間の蓄熱抑制の抑制率の値をユーザが事前に設定するとしたが、下記の２つの方法のいずれかで定めるとしてもよい。
(1)太陽光発電余剰電力成り行き型
・抑制率＝０[％]として、前記処理を行う。
この処理方式は、翌日昼間の太陽光発電量の下振れリスクの回避を目的とするものである。
この処理方式とすると、前日夜間の蓄熱運転は通常通り行われるため、翌日昼間の太陽光発電余剰電力が期待したより少なめであった場合にも、夜間電力に比べて割高な昼間電力の消費量が地産地消制御によって増大するリスクを回避できる。
一方、通常運用通りの貯湯タンクの蓄熱量があるため、翌日昼間の沸き増し運転による蓄熱可能量、電力消費量が制約され、太陽光発電余剰電力の吸収量が少なめになる可能性がある。その場合、地産地消の目的である、太陽光発電量の増大や、太陽光発電設備の系統運用へのインパクト低減の効果が減少する可能性がある。
(2)太陽光発電余剰電力活用最大化型
・抑制率＝１００[％]として、前記処理を行う。
・この処理方式は、翌日昼間の太陽光発電量を最大限吸収することを目的とするものである。
この処理方式とすると、前日夜間の蓄熱運転がなされないため、貯湯タンクの蓄熱量を最小限として、翌日昼間の沸き増し運転による蓄熱可能量、電力消費量を最大化し、翌日昼間の太陽光発電余剰電力が期待した以上に多かった場合にも、それを吸収する余地を確保することができる。
一方、貯湯タンクの蓄熱量が少なめになるため、温水需要により、太陽光発電量が間に合わず、夜間電力に比べて割高な昼間電力の消費量が増大する可能性がある。
［２．第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態のエネルギーマネジメントシステムについて、図９及び図１０を参照して説明する。この図９及び図１０において、第１の実施の形態で説明した図１〜図８に対応する部分には同一符号を付す。
第２の実施の形態の例は、需要家エネルギーマネジメント装置が電力系統の系統運用システムと協調して動作する、系統協調型地産地消運用システムとした例である。
図９は本実施の形態に係る全体のシステム構成例を示す図である。図１で説明した構成に加えて、系統運用システム５１と、需要家連携サーバ５２とが追加されており、需要家エネルギーマネジメント装置は系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０と変更されている。需要家連携サーバ５２は、系統運用システム５１や系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置５２と通信ネットワーク６０で接続されている。
系統運用システム５１は、電力系統の状態を監視し、電力を需要家に高効率に安定して供給するための各種の制御を行う。つまり、配電系統の各点の電圧を規定範囲内に維持することを目的として、配電系統上の各種の電圧調整機器を操作する配電制御や、電力系統の周波数を規定範囲内に維持することを目的として、電力系統全体の総需要量と総発電量がバランスするように各発電機の出力を調整する需給制御などを行う。また、系統運用システム５１は、電力系統の状態監視データを用いて、翌日の電力系統の状態を予測する。予測する電力系統の状態には、配電系統の各点の需要量と電圧状態、電力系統全体の総需要量と総発電量の状態が含まれる。
需要家連携サーバ５２は、系統運用システム５１から翌日の電力系統状態の予測結果を取得して、系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０が設置されている需要家２００の受電点の需要予測値、電圧予測値を抽出し、さらに、需要家エネルギーマネジメント装置２２０から翌日の需給バランス量予測値を取得して、需要予測値から需給バランス量予測値を差し引いてその値を需要量増加目標値とする。ただし、需要量増加目標値が負になった場合は０で置き換える。さらに、電圧予測値が規定範囲の上限から予め定めた一定量の範囲にあり、かつ、需要量増加目標値＞０の場合に、系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０に系統協調地産地消起動信号を送信する。系統協調地産地消起動信号には需要量増加目標値を含む。
需要家２００は、太陽光を受けて電力に変換する設備である太陽光発電設備２１１と、電気を貯蔵したり取り出したりできる設備である蓄電池２１２と、電気を用いて水を加熱して温水を生成し貯湯タンクに蓄える設備である電気温水器２１３と、電力負荷機器２１４を備える。
系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０は、第１の実施の形態で説明した需要家エネルギーマネジメント装置１００の機能に加えて、需要家連携サーバ５２からの地産地消起動信号を、入出力部２３６を介して受信し、その地産地消起動信号に応じて需要家２００内の機器を制御する。
図１０は系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０の機能ブロック図である。系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０は、図２の需要家エネルギーマネジメント装置１００の地産地消制御部１２１のかわりに、系統協調型地産地消制御部２２１を備える。
系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置２２０の構成を簡単に説明すると、系統協調型地産地消制御部２２１と、太陽光発電量予測部２２２と、電力需要予測部２２３と、需要バランス予測部２２４と、太陽光発電余剰電力予測部２２５と、温水需要予測部２２６を備える。さらに需要家エネルギーマネジメント装置２２０は、太陽光発電状態監視部２２７と、蓄電池状態監視部２２８と、蓄電池充放電制御部２２９と、電気温水器状態監視部２３０と、電気温水器蓄熱制御部２３１と、電力需要状態監視部２３２と、翌日需要予測テーブルデータ記憶部２３３と、機器仕様データ管理部２３４と、需要家実績データベース２３５と、入出力部２６とを備える。
第１の実施の形態で説明した需要家エネルギーマネジメント装置１００の各部と同一名称の各部については、基本的に第１の実施の形態で説明した各部と同じ処理が行われ、ここでは詳細説明は省略する。
そして、本実施の形態で特徴となる系統協調型地産地消制御部２２１について説明すると、系統協調型地産地消制御部２２１は、入出力部２３６を介して、系統協調地産地消起動信号か地産地消制御起動信号のいずれか、もしくは両方を受信すると、再び停止信号を受信するまで、以下の処理を行う。つまり、夜間は電気温水器２１３の蓄熱運転抑制の起動信号を電気温水器蓄熱制御部２３１に送る。この蓄熱運転抑制起動信号は抑制率データを含み、抑制率の値は前記の第１の実施の形態と同じ処理で設定する。また、昼間は、系統協調地産地消起動信号、地産地消制御起動信号の受信状況に応じて以下の処理を行う。
(1)初期化
・需給バランス量増加目標量１、需給バランス量増加目標量２、需給バランス量増加目標量の値を全て０とする。
(2)地産地消制御実行中の需給バランス量増加目標量１の計算
・周期的に、太陽光発電状態監視部２２７から太陽光発電量を、電力需要状態監視部２３２から電力消費量トータルを取得して、電力消費量トータルから太陽光発電量を引き算して得られる値を需給バランス量とし、さらにこの需給バランス量を予め定めた需給バランス基準量から差し引いて得られる値を需給バランス量増加目標量１とする。
(3)系統協調地産地消制御実行中の需給バランス量増加目標量２の計算
・需要家連携サーバ５２から入出力部２３６を介して受信した需要量増加目標値の値を需給バランス量増加目標量２とする。
(4)需給バランス量増加目標量の決定
・(1)(2)で求めた需給バランス量増加目標量１と需給バランス量増加目標量２を比較し、大きい方の値を需給バランス量増加目標量として決定する。
(5)蓄電池充電起動と電気温水器蓄熱運転起動の優先順位の決定
・機器仕様データ管理部２３４から、蓄電池２１２の定格出力と蓄電池ロスと充放電ロスのデータ、電気温水器２１３の放熱ロスのデータを取得する。
・蓄電池状態監視部２２８から蓄電池２１２の充電可能量の現在値を取得し、電気温水器状態監視部２３０から電気温水器の電力消費可能量の現在値を取得する。
・蓄電池２１２の蓄電池ロスと充放電ロスを合計した値と、電気温水器２１３の放熱ロスの値を比較し、前者が小さい場合には蓄電池充電起動を優先し、そうでない場合には電気温水器蓄熱運転起動を優先するものとする。
(6)電気温水器蓄熱運転起動が優先の場合の処理
・「電気温水器電力消費可能量＝０」の場合は、電気温水器２１３の蓄熱運転は起動しないものとする。
・「電気温水器電力消費可能量＞０」の場合は、電気温水器２１３の蓄熱運転を起動するとし、その電力消費量目標値は需給バランス量増加目標量とする。
・さらに、「需給バランス量増加目標量−電気温水器電力消費可能量＞０」の場合は、蓄電池の充電を起動するとし、その充電量目標値は、「需給バランス量増加目標量−電気温水器電力消費可能量」の値とする。
(7)蓄電池充電起動が優先の場合の処理
・「蓄電池充電可能量＝０」の場合は、蓄電池の充電は起動しないものとする。
・「蓄電池充電可能両＞０」の場合は、蓄電池の充電運転を起動するものとし、その充電量目標値は需給バランス量増加目標量とする。
・さらに、「需給バランス量増加目標量−蓄電池充電可能量＞０」の場合は、電気温水器の蓄熱運転を起動するとし、その電力消費量目標値は、「需給バランス量増加目標量−蓄電池充電可能量の値」とする。
このように、系統協調型地産地消運用システムとしたことで、需要家端の太陽光発電の発電が、電圧などの系統状態によって抑制されることをより確実に回避して、その発電量を増大させ、より低炭素で効率のよい電力発電及び消費を行うことが可能になる。
［３．第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態のエネルギーマネジメントシステムについて、図１１〜図１４を参照して説明する。この図１１〜図１４において、第１，第２の実施の形態で説明した図１〜図１０に対応する部分には同一符号を付す。
第３の実施の形態の例は、需要家エネルギーマネジメント装置が複数の需要家間で協調して動作する、コミュニティ地産地消運用システムとした例である。
図１１は本実施形態に係る全体の構成例を示す図である。図１の構成に加えて、コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０が追加されており、需要家エネルギーマネジメント装置がコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０に変更されている。コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０は、コミュニティセンタ３８０に設置されたエネルギーマネジメント装置であり、地域内の複数の需要家のコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３１４，３２２，３５０と通信ネットワーク３３１を介して接続され、それらの連携動作を制御する装置である。コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３１４は、需要家３１０（学校３１１）に設置されたエネルギーマネジメント装置であり、蓄電池３１２と電気温水器３１３を制御する。エネルギーマネジメント装置３２２は、電気温水器３２０を備えた（太陽光発電設備を備えない）需要家３２０のエネルギーマネジメント装置である。
需要家３４０が備えるコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０は、第１の実施の形態で説明した需要家エネルギーマネジメント装置１２０の機能に加えて、コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０からの制御信号に応じて需要家３４０内の機器を制御する機能を備えている。需要家３４０は、蓄電池３４２と電気温水器３４３と太陽光発電設備３４２の全てが設置されている需要家である。
図１２は、コミュニティセンタ３８０に設置されるコミュニティエネルギーマネジメント装置３９０の機能ブロック図である。コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０は、入出力部３９２と、需要家エネルギーマネジメント装置通信部３９３と、需要家データ管理部３９５と、コミュニティ状態監視部３９４と、コミュニティ地産地消制御部３９１とで構成される。
入出力部３９２は、ユーザか外部装置がデータを入力したり、ユーザや外部装置へデータを出力する外部インターフェースである。
需要家エネルギーマネジメント装置通信部３９３は、コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０が個々の需要家エネルギーマネジメント装置とデータをやり取りするための通信を制御する。
需要家データ管理部３９５は、入出力部３９２を介してユーザや外部装置から与えられる、需要家端の各機器の設置状況や仕様データを保管管理するほか、随時、需要家エネルギーマネジメント装置通信部３９２を介して、地域内の各コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０などにアクセスし、需要家端の各機器の稼働状況、需要家エネルギーマネジメント装置３５０などによる地産地消制御の状況に関するデータを収集して、それらデータを保管管理する。需要家端の機器の仕様データは、前記の第１の実施の形態で説明した太陽光発電設備や蓄電池や電気温水器に関する仕様データを含む。
コミュニティ状態監視部３９４は、コミュニティ内の需給バランス状態を監視するものであり、各需要家のコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置からその需要家の需給バランス量を収集して合計し、コミュニティ内トータル需給バランス量として計算する。
コミュニティ地産地消制御部３９１は、入出力部を介して、ユーザなど外部からコミュニティ地産地消起動信号を受信すると、昼間、周期的にコミュニティ状態監視部からコミュニティ内トータル需給バランス量を取得して、これが予め定めた基準値であるコミュニティ内トータル需給バランス基準量を下回ると、各需要家における地産地消制御の起動有無性とその調整量を計算し、地産地消制御起動と決定した各需要家のコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０などに、需要家エネルギーマネジメント装置通信部を介してコミュニティ地産池消制御起動信号を送信する。コミュニティ地産地消制御起動信号は各需要家毎の調整量データを含む。
コミュニティ地産地消制御の起動対象とする需要家とその調整量の計算の処理について以下に説明する。
(1)コミュニティ内太陽光発電余剰電力量の計算
・コミュニティ内トータル需給バランス基準量からコミュニティ内トータル需給バランス量を差し引いて、これをコミュニティ内太陽光発電余剰電力量とする。
(2)各需要家データの収集
・需要家データ管理部３９５から、コミュニティ内の各需要家の現在の電気温水器電力消費可能量データ、電気温水器の機器仕様値である平均ＣＯＰデータと平均放熱ロスデータを取得する。
(3)コミュニティ地産地消制御の起動対象とする需要家と調整量の決定
・電気温水器の平均ＣＯＰの大きい需要家から順番に起動対象需要家として選択して、電気温水器電力消費可能量を合計していき、コミュニティ内太陽光発電余剰電力量を上回った時点で選択終了とする。
・選択した需要家の調整量を、それぞれの電気温水器電力消費可能量で設定する。
ただし、最後に選択した需要家の調整量については、上記で求めた電気温水器電力消費可能量の合計値が、コミュニティ内太陽光発電余剰電力量を上回った量を減じるものとする。
上記の(3)の処理における需要家の選択では、電気温水器の平均ＣＯＰ×平均放熱ロスの値の大きい需要家から順番に選択としてもよい。この場合、需要家端で通常以上に多めに蓄熱することになる温水を通常より長めに貯湯しておく際の放熱ロスを、コミュニティ内全体として低減し、コミュニティ内全体のエネルギー効率を向上することができる。
図１３はコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０の機能ブロック図である。コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０は、第１の実施の形態で説明した、図２の需要家エネルギーマネジメント装置の構成に加えてコミュニティ対応型地産地消制御部と地産地消制御統合部を備える点、それに伴って地産地消制御部の処理が変更になる点が異なる。以下、これらの異なる点のみ詳細に説明する。
地産地消制御部３５３は、図２の構成では、電気温水器の蓄熱運転調整の制御信号を、電気温水器蓄熱制御部に送信するとしたが、図１３の構成では、制御信号は地産地消制御統合部３５１に送るものとする。
コミュニティ地産地消制御部３５２は、入出力部３６８を介して、コミュニティ地産地消起動信号を受信すると、電気温水器３４３の蓄熱運転の起動信号を地産地消制御統合部３５１に送る。蓄熱運転起動信号は電力消費量目標値データを含み、その値は、コミュニティ地産地消起動信号で受信した調整量の値とする。
地産地消制御統合部３５１は、地産地消制御部３５３とコミュニティ対応型地産地消制御部３５２のどちらか片方からのみ制御信号を受信していればそれを、両方から受信していれば、蓄熱抑制の制御信号より蓄熱起動の制御信号を優先し、また、両方とも蓄熱起動制御信号の場合には電力消費量目標値の値が大きい方を採用して、電気温水器蓄熱抑制部３６３に、蓄熱抑制や蓄熱起動の制御信号を送る。
これらコミュニティエネルギーマネジメント装置３９０やコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０の処理は、それぞれの入出力部を介してユーザなど外部から停止信号を受信するまで実行される。
その他の部分は、第１の実施の形態で説明したエネルギーマネジメント装置１２０と同じ構成である。即ち、既に説明した地産地消制御統合部３５１と、コミュニティ対応型地産地消制御部３５２と、地産地消制御部３５３の他に、以下の各構成を備える。コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０は、太陽光発電量予測部３５４と、電力需要予測部３５５と、需要バランス予測部３５６と、太陽光発電余剰電力予測部３５７と、温水需要予測部３５８と、太陽光発電状態監視部３５９と、蓄電池状態監視部３６０と、蓄電池充放電制御部３６１と、電気温水器状態監視部３６２と、電気温水器蓄熱制御部３６３と、電力需要状態監視部３６４と、翌日需要予測テーブルデータ記憶部３６５と、機器仕様データ管理部３６６と、需要家実績データベース３６７と、入出力部３６８とを備える。
既に説明した地産地消制御統合部３５１と、コミュニティ対応型地産地消制御部３５２と、地産地消制御部３５３以外の各部では、第１の実施の形態で説明したエネルギーマネジメント装置１２０の各部と同様の処理が行われる。
この第３の実施の形態のように、コミュニティ単位で制御することで、より多くの太陽光発電余剰電力の吸収が可能となり、より低炭素で効率のよい電力の地産地消運用が可能になる。
図１４は、電気温水器３４３による太陽光発電余剰電力吸収状態を示した図である。この図１４は、第１の実施の形態で説明した図８と同様の図であるが、図１４に記載したように、電気温水器の容量不足や蓄電池の容量不足などのために、１つの需要家単体では吸収できない太陽光発電電力を、別の需要家の電気温水器や蓄電池で吸収できるようなる。また、太陽光発電の余剰電力が不足している需要家から見たときには、別の需要家の太陽光発電余剰電力も合わせて、電気温水器の定格以上を確保できるようになる。
従って、さらに多くの太陽光発電余剰電力の吸収が可能となり、非常に効率のよい、電力の地産地消が可能になる。
［４．第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態のエネルギーマネジメントシステムについて、図１５〜図１６を参照して説明する。この図１５〜図１６において、第１，第２，第３の実施の形態で説明した図１〜図１４に対応する部分には同一符号を付す。
第４の実施の形態の例は、需要家エネルギーマネジメント装置が複数の需要家間で協調して動作し、また、電力系統の系統運用システムと協調して動作する、系統協調型コミュニティ地産地消運用システムとした例である。
図１５は本実施形態に係る全体の構成例を示す図である。この第４の実施の形態における図１５のシステム構成は、図９に示した第２の実施の形態のシステム構成と、図１１に示した第３の実施の形態のシステム構成を組み合わせたシステム構成である。ただし、コミュニティエネルギーマネジメント装置は系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０として構成され、需要家連携サーバ５１０と系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０、系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０とコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４１４，４２２，４５０は、それぞれ通信ネットワーク４３１などで通信可能に通信で接続され、それぞれ協調して動作する。需要家連携サーバ５１０は、第２の実施の形態で説明した需要家連携サーバ５２と同様の処理を行う。ただし、系統協調地産地消起動信号を需要家端の系統協調コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置に送信するのではなく、系統協調コミュニティ地産地消起動信号として、コミュニティセンタ４８０の系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０に送信する。系統協調コミュニティ地産地消起動信号は、第２の実施の形態と同様、需要量増加目標値を含む。
コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４５０は、第３の実施の形態のコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置３５０と同じ構成で同じ処理を行う。即ち、需要家４４０に設置されたコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４５０は、蓄電池４４２と電気温水器４４３の制御を行う。需要家４４０は、電力負荷機器４４４も備える。
また、学校４１１である需要家４１０は、蓄電池４１２と電気温水器４１３を備え、コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４１４により制御される。コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４２２は、電気温水器４２０を備えた（太陽光発電設備を備えない）需要家４２０のエネルギーマネジメント装置である。
図１６は系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０の機能ブロック図である。
系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０は、図１２のコミュニティエネルギーマネジメント装置３９０の構成に加えて、系統協調型コミュニティ地産地消制御部とコミュニティ地産地消制御統合部４９１を備える点、それに伴ってコミュニティ地産地消制御部４９２の処理が変更になる点が異なる。コミュニティエネルギーマネジメント装置３９０のその他の構成としては、入出力部４９７と、需要家エネルギーマネジメント装置通信部４９４と、需要家データ管理部４９６と、コミュニティ状態監視部４９５と、系統協調型コミュニティ地産地消制御部４９６とで構成される。
以下、系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置４９０が、図１２のコミュニティエネルギーマネジメント装置３９０と異なる点のみ詳細に説明する。
系統協調型コミュニティ地産地消制御部４９３は、入出力部４９７を介して、系統協調コミュニティ地産地消起動信号、コミュニティ地産地消起動信号のいずれか、もしくは両方を受信すると、周期的に以下の処理を行って、系統協調コミュニティ地産地消制御の起動対象とする需要家とその調整量を決定し、それら各需要家のコミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置４５０などに、需要家エネルギーマネジメント装置通信部４９４を介してコミュニティ地産地消制御起動信号を送信する。コミュニティ地産地消制御起動信号は各需要家毎の調整量データを含む。この処理は、入出力部４９７を介して、ユーザなど外部から停止信号を受信するまで繰り返し実行される。
(1)コミュニティ内太陽光発電余剰電力量の初期値の設定
・系統協調コミュニティ地産地消起動信号を受信していなければ、コミュニティ内太陽光発電余剰電力量の初期値は０と設定し、受信していれば、需要量増加目標値の値をコミュニティ内ＰＶ余剰電力量の初期値として設定する。
(2)コミュニティ内太陽光発電余剰電力量の更新
・コミュニティ状態監視部４９５からコミュニティ内トータル需給バランス量を取得し、これをコミュニティ内トータル需給バランス基準量から差し引く。得られた値が先に計算したコミュニティ内太陽光発電余剰電力量より大きい場合には、その値でコミュニティ内太陽光発電余剰電力量の値を更新する。
(3)各需要家データの収集
・需要家データ管理部４９６から、コミュニティ内の各需要家の現在の電気温水器電力消費可能量データ、電気温水器の機器仕様値である平均ＣＯＰデータと平均放熱ロスデータを取得する。
(4)系統協調コミュニティ地産地消制御の起動対象とする需要家と調整量の決定
・電気温水器の平均ＣＯＰの大きい需要家から順番に起動対象需要家として選択して、電気温水器電力消費可能量を合計していき、コミュニティ内太陽光発電余剰電力量を上回った時点で選択終了とする。
・選択した需要家の調整量を、それぞれの電気温水器電力消費可能量で設定する。
ただし、最後に選択した需要家の調整量については、上記で求めた電気温水器電力消費可能量の合計値が、コミュニティ内太陽光発電余剰電力量を上回った量を減じるものとする。
この第４の実施の形態によると、系統運用による制御とコミュニティ内での協調制御とが連携して行われ、より多くの太陽光発電余剰電力を吸収でき、さらに効率のよい運用が可能になる。
１０ 電力系統
１１ 発電設備
１２ 送電線
１３ 変圧器
１４ 配電線
２０ 需要家
２１ ビル
２２ 工場
２３ スーパーマーケット
３０ 需要家
３１ 学校
３２ コミュニティセンタ
４０ 変圧器
４１ 配電線
５０ 需要家
５１ 系統運用システム
５２ 需要家連携サーバ
６０ 通信ネットワーク
１００ 需要家
１１１ 太陽光発電設備（ＰＶ）
１１２ 蓄電池
１１３ 電気温水器
１１４ 電力負荷機器
１２０ 需要家エネルギーマネジメント装置
１２１ 地産地消制御部
１２２ 太陽光発電量予測部
１２３ 電力需要予測部
１２４ 需要バランス予測部
１２５ 太陽光発電余剰電力予測部
１２６ 温水需要予測部
１２７ 太陽光発電状態監視部
１２８ 蓄電池状態監視部
１２９ 蓄電池充放電制御部
１３０ 電気温水器状態監視部
１３１ 電気温水器蓄熱制御部
１３２ 電力需要状態監視部
１３３ 翌日需要予測テーブルデータ記憶部
１３４ 機器仕様データ管理部
１３５ 需要家実績データベース
１３６ 入出力部
２００ 需要家
２１１ 太陽光発電設備
２１２ 蓄電池
２１３ 電気温水器
２１４ 電力負荷機器
２２０ 系統協調型需要家エネルギーマネジメント装置
２２１ 系統協調型地産地消制御部
２２２ 太陽光発電量予測部
２２３ 電力需要予測部
２２４ 需要バランス予測部
２２５ 太陽光発電余剰電力予測部
２２６ 温水需要予測部
２２７ 太陽光発電状態監視部
２２８ 蓄電池状態監視部
２２９ 蓄電池充放電制御部
２３０ 電気温水器状態監視部
２３１ 電気温水器蓄熱制御部
２３２ 電力需要状態監視部
２３３ 翌日需要予測テーブルデータ記憶部
２３４ 機器仕様データ管理部
２３５ 需要家実績データベース
２３６ 入出力部
３００ コミュニティ
３１０ 需要家
３１１ 学校
３１２ 蓄電池
３１３ 電気温水器
３１４ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
３２０ 需要家
３２１ 電気温水器
３２２ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
３３１ 通信ネットワーク
３３２ 配電線
３４０ 需要家
３４１ 太陽光発電設備
３４２ 蓄電池
３４３ 電気温水器
３４４ 電力負荷機器
３５０ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
３５１ 地産地消制御統合部
３５２ コミュニティ対応型地産地消制御部
３５３ 地産地消制御部
３５４ 太陽光発電量予測部
３５５ 電力需要予測部
３５６ 需要バランス予測部
３５７ 太陽光発電余剰電力予測部
３５８ 温水需要予測部
３５９ 太陽光発電状態監視部
３６０ 蓄電池状態監視部
３６１ 蓄電池充放電制御部
３６２ 電気温水器状態監視部
３６３ 電気温水器蓄熱制御部
３６４ 電力需要状態監視部
３６５ 翌日需要予測テーブルデータ記憶部
３６６ 機器仕様データ管理部
３６７ 需要家実績データベース
３６８ 入出力部
３９０ コミュニティエネルギーマネジメント装置
３９１ コミュニティ地産地消制御部
３９２ 入出力部
３９３ 通信部
３９４ コミュニティ状態監視部
３９５ 需要家データ管理部
４００ コミュニティ
４１０ 需要家
４１１ 学校
４１２ 蓄電池
４１３ 電気温水器
４１４ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
４２０ 需要家
４２１ 電気温水器
４２２ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
４３１ 通信ネットワーク
４４０ 需要家
４４１ 太陽光発電設備
４４２ 蓄電池
４４３ 電気温水器
４４４ 電力負荷機器
４５０ コミュニティ対応型需要家エネルギーマネジメント装置
４９０ 系統協調型コミュニティエネルギーマネジメント装置
４９１ コミュニティ地産地消制御統合部
４９２ コミュニティ地産地消制御部
４９３ 系統協調型コミュニティ地産地消制御部
４９４ 通信部
４９５ コミュニティ状態監視部
４９６ 需要家データ管理部

Claims (11)

  1. 太陽光発電設備で発電した電力を、エネルギー貯蔵設備である蓄電池及び電気温水器に蓄える制御を行うエネルギー蓄積制御部を備えたエネルギーマネジメントシステムにおいて、
    前記エネルギー蓄積制御部として、
    前記電気温水器の蓄熱と前記蓄電池の充電を制御する制御部と、
    前記蓄電池の充放電のロスのデータを管理すると共に、前記電気温水器の放熱ロスのデータを管理する機器データ管理部と、
    前記電気温水器の夜間の蓄熱運転を抑制する蓄熱抑制部とを備え、
    前記機器データ管理部は、前記充放電のロスと前記放熱ロスを比較して、その比較でロスの少ないエネルギー貯蔵設備を優先してエネルギーを蓄積させる制御を前記制御部で実行させ、
    前記蓄熱抑制部が夜間の蓄熱運転の抑制率データを管理し、蓄熱運転終了条件の基準となる指標を示す蓄熱運転終了基準指標の蓄熱運転終了条件の値及び蓄熱運転開始時の値の差分と前記抑制率データとに基づく値が、前記蓄熱運転終了基準指標の現在の値及び蓄熱運転開始時の値の差分以上となったとき蓄熱運転を中断するエネルギーマネジメントシステム。
  2. 請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステムにおいて、
    前記エネルギー蓄積制御部として、前記電気温水器の昼間の蓄熱運転を起動する蓄熱起動部を備え、
    前記蓄熱起動部が前記電気温水器の電力消費量の目標値を定め、前記電気温水器がその電力消費量を目標値に追従するように蓄熱運転を制御することを特徴とするエネルギーマネジメントシステム。
  3. 請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステムにおいて、
    電力系統の状態監視データを用いて所定時の配電系統の電圧分布又は系統全体の需給バランス量を予測する系統運用計算部と、
    前記系統運用計算部から所定時の配電系統の電圧分布又は需給バランス量の予測情報を取得して、需要家端での太陽光発電設備の発電量抑制回避に必要な需要増加目標値を計算する需要家連携計算部とを備え、
    前記制御部は、前記需要家連携計算部から需要量増加目標値を取得して、需要家端でその需要量増加目標値を満たすように前記エネルギー貯蔵設備の制御を行うことを特徴とするエネルギーマネジメントシステム。
  4. 請求項３に記載のエネルギーマネジメントシステムにおいて、
    前記エネルギー蓄積制御部は、複数の需要家の太陽光発電設備とエネルギー貯蔵設備にまたがってエネルギー蓄積制御を行うことを特徴とするエネルギーマネジメントシステム。
  5. 太陽光発電設備で発電した電力を、蓄電池及び電気温水器に蓄える制御を行うエネルギーマネジメント装置において、
    前記電気温水器の蓄熱と前記蓄電池の充電を制御する制御部と、
    前記蓄電池の充放電のロスのデータを管理すると共に、前記電気温水器の放熱ロスのデータを管理する機器データ管理部と、
    前記電気温水器の夜間の蓄熱運転を抑制する蓄熱抑制部とを備え、
    前記機器データ管理部は、前記充放電のロスと前記放熱ロスを比較して、その比較でロスの少ないエネルギー貯蔵設備を優先してエネルギーを蓄積させる制御を前記制御部で実行させ、
    前記蓄熱抑制部が夜間の蓄熱運転の抑制率データを管理し、蓄熱運転終了条件の基準となる指標を示す蓄熱運転終了基準指標の蓄熱運転終了条件の値及び蓄熱運転開始時の値の差分と前記抑制率データとに基づく値が、前記蓄熱運転終了基準指標の現在の値及び蓄熱運転開始時の値の差分以上となったとき蓄熱運転を中断することを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  6. 請求項５に記載のエネルギーマネジメント装置において、
    前記電気温水器の昼間の蓄熱運転を起動する蓄熱起動部を備え、
    前記蓄熱起動部が前記電気温水器の電力消費量の目標値を定め、前記電気温水器がその電力消費量を目標値に追従するように蓄熱運転を制御することを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  7. 請求項６に記載のエネルギーマネジメント装置において、
    電力系統の状態監視データを用いて所定時の配電系統の電圧分布又は系統全体の需給バランス量を予測する系統運用計算部と、
    前記系統運用計算部から所定時の配電系統の電圧分布又は需給バランス量の予測情報を取得して、需要家端での太陽光発電設備の発電量抑制回避に必要な需要増加目標値を計算する需要家連携計算部とを備え、
    前記制御部は、前記需要家連携計算部から需要量増加目標値を取得して、需要家端でその需要量増加目標値を満たすように前記エネルギー貯蔵設備の制御を行うことを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  8. 近隣の複数の需要家端の太陽光発電設備で発電した電力を、複数の需要家端の蓄電池及び電気温水器よりなるエネルギー貯蔵設備に蓄える制御を行うエネルギーマネジメント装置において、
    前記各需要家端の蓄電池の充放電のロスのデータを管理すると共に、前記各需要家端の電気温水器の放熱ロスのデータを管理する機器データ管理部と、
    前記各需要家端の電気温水器の夜間の蓄熱運転を抑制する蓄熱抑制部とを備え、
    前記機器データ管理部は、前記充放電のロスと前記放熱ロスを比較して、その比較でロスの少ないエネルギー貯蔵設備を優先してエネルギーを蓄積させる制御を、各需要家のエネルギー貯蔵設備で実行させ、
    前記蓄熱抑制部が夜間の蓄熱運転の抑制率データを管理し、蓄熱運転終了条件の基準となる指標を示す蓄熱運転終了基準指標の蓄熱運転終了条件の値及び蓄熱運転開始時の値の差分と前記抑制率データとに基づく値が、前記蓄熱運転終了基準指標の現在の値及び蓄熱運転開始時の値の差分以上となったとき、各需要家端の蓄熱運転を中断することを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  9. 請求項８に記載のエネルギーマネジメント装置において、
    前記各需要家端の電気温水器の昼間の蓄熱運転を起動する蓄熱起動部を備え、
    前記蓄熱起動部が前記電気温水器の電力消費量の目標値を定め、前記電気温水器がその電力消費量を目標値に追従するように蓄熱運転を制御することを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  10. 請求項９に記載のエネルギーマネジメント装置において、
    電力系統の状態監視データを用いて所定時の配電系統の電圧分布又は系統全体の需給バランス量を予測する系統運用計算部と、
    前記系統運用計算部から所定の配電系統の電圧分布又は需給バランス量の予測情報を取得して、需要家端での太陽光発電設備の発電量抑制回避に必要な需要増加目標値を計算する需要家連携計算部とを備え、
    前記機器データ管理部は、前記需要家連携計算部から需要量増加目標値を取得して、需要家端でその需要量増加目標値を満たすように前記エネルギー貯蔵設備の制御を行うことを特徴とするエネルギーマネジメント装置。
  11. 太陽光発電設備で発電した電力を蓄える蓄電池の充放電のロスのデータを管理すると共に、太陽光発電設備で発電した電力を蓄える電気温水器の放熱ロスのデータを管理し、
    前記充放電のロスと前記放熱ロスを比較して、太陽光発電設備で発電した電力を、前記蓄電池及び前記電気温水器のうちのロスの少ない方を優先して蓄え、
    前記電気温水器の夜間の蓄熱運転の抑制率データを管理し、蓄熱運転終了条件の基準となる指標を示す蓄熱運転終了基準指標の蓄熱運転終了条件の値及び蓄熱運転開始時の値の差分と前記抑制率データとに基づく値が、前記蓄熱運転終了基準指標の現在の値及び蓄熱運転開始時の値の差分以上となったとき蓄熱運転を中断するエネルギーマネジメント方法。
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