JP6315563B2 - 設備機器運転システムおよび設備機器運転方法 - Google Patents
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Description
この電力事業者は、特定の時間帯の消費電力を抑えるため、インセンティブ型のデマンドレスポンスを導入する場合がある。
なお、需要者の消費電力がベースラインを上回った場合には、インセンティブは一切支払われない。
ここで、熱や電力を供給する設備機器としては、電力により稼働する電気式の設備機器と、ガスの燃焼により駆動するガス式の設備機器などがある。
また、最適化手法として限界コスト法を用いて運転計画を作成した場合には、ベースラインの高さが考慮されていないので、ベースラインを超える電力を消費してしまい、インセンティブを受け取れない場合があった。したがって、光熱費がかなり高くなる場合があった。
よって、デマンドレスポンスを実施しないことで電気代が上昇しても、この電気代の上昇分以上にガス代を抑制できる運転計画を選択できるので、光熱費を極力低減できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る設備機器運転システム1の運用形態を示す模式図である。
需要者Aは、所定の地域あるいは建物を管理対象エリアPとして管理しており、さらに、この管理対象エリアPに設置された電気式およびガス式の設備機器Mを管理している。
設備機器Mには、熱電併給装置であるコージェネレーションシステム、ヒートポンプ、吸収式冷凍機、蓄熱槽、蓄電池、太陽熱温水器、および太陽光発電が含まれる。
電力事業者Bは、特定の時間帯の消費電力を抑えるため、上述のインセンティブ型のデマンドレスポンスを導入している。なお、需要者Aへのデマンドレスポンスの依頼は、CEMSといった地域エネルギー管理者を介して実施される場合もある。
インセンティブは、単位電力量当たりの金額であり、需要者Aの消費電力とベースラインとの差分の大きさに応じて支払われる。ここで、ベースラインとは、需要者Aが電力事業者Bから金銭(インセンティブ)を受け取るための閾値となる消費電力である。
需要者Aは、電力事業者Bの要請によるデマンドレスポンスとして、例えば、可能な限りガス式設備機器を稼働させて、電気式設備機器を稼働させないようにする。
設備機器運転システム1は、有線あるいは無線の通信回線2を介して接続された、外部サーバ10、運転計画サーバ11、機器制御サーバ12、および実績データ保存サーバ13を備える。
電力事業者Bのサーバは、上述のインセンティブやベースラインを決定し、運転計画サーバ11に送信する。
気象予報事業者のサーバは、管理対象エリアPの高精度な気象予報を作成して、運転計画サーバ11に送信する。
実績データ保存サーバ13は、機器制御サーバ12から受信した実績値を蓄積する。
運転計画サーバ11は、負荷演算部20、機器性能演算部21、運転計画演算部22、デマンドレスポンス実施可否判定部23、および、記憶装置である記憶部24を含んで構成される。
電力負荷には、照明負荷、動力負荷、コンセント負荷が含まれ、熱負荷には、空調負荷、給湯負荷が含まれる。
負荷演算部20による予測負荷の具体的な算定手順は、以下の通りである。
まず、負荷演算部20は、所定期間例えば1週間おきに、実績データ保存サーバ13に蓄積された、電力負荷および熱負荷の過去の最新の実績値を取得し、この最新の実績値を教師として用いてニューラルネットワークにより学習する。そして、この学習により、このニューラルネットワークを構成するニューロンの重みおよび閾値を決定し、これら重みおよび閾値を新たなパラメータとして記憶部24に記憶しておく。
機器性能演算部21による予測機器性能の具体的な算定手順は、以下の通りである。
まず、機器性能演算部21は、所定期間例えば1週間おきに、実績データ保存サーバ13に蓄積された、機器性能の過去の最新の実績値を取得し、この最新の実績値を教師として用いてニューラルネットワークにより学習する。そして、この学習により、このニューラルネットワークを構成するニューロンの重みおよび閾値を決定し、これら重みおよび閾値を新たなパラメータとして記憶部24に記憶しておく。
ここで、デマンドレスポンスを実施する場合に稼働させる機器は、主にガス式設備機器となる。
具体的には、設備機器の容量や同時に稼働できる設備機器の組み合わせなど、各設備機器やシステムの特性を制約条件とする。また、一日の光熱費およびCO2排出量のうち少なくとも一方を目的変数とする。また、時刻毎に稼働する設備機器とその出力を、説明変数とする。
また、本発明で用いる最適化手法としては、遺伝的アルゴリズム、分枝限定法、限界コスト法などが挙げられる。
ステップS1では、負荷演算部20は、この記憶部24に記憶した最新のパラメータを読み出して、このパラメータを用いたニューラルネットワークにより、取得した翌日の気象予報に基づいて、翌日の電力負荷および熱負荷を算定し、予測負荷とする。
例えば、設備機器nについての限界コストは、以下の式(1)で算定される。
例えば、電気式設備機器であるヒートポンプの限界コストは、以下の式(2)で算定される。
ここでは、可能な限りガス式設備機器を稼働させて、電気式設備機器を稼働させないこととする。
また、このデマンドレスポンス運転計画では、限界コストの低い設備機器、つまり、単位出力を得るのに必要なコストが低い設備機器から優先的に稼働して、各時間帯で予測される負荷を賄うようにする。
ここで、商用電力とは、電力事業者から購入することで得られる電力であり、商用電力以外の電力とは、太陽光発電など、電力事業者から購入しないで得られる電力である。
また、インセンティブ考慮前の限界コストとは、限界コストを求める式(1)、(2)、(4)において、インセンティブ額をゼロとしたものである。
ここで、インセンティブ考慮前の限界コストとは、限界コストを求める式(1)、(2)、(4)において、インセンティブ額をゼロとしたものである。
限界ベースラインとは、所定の時間帯における、デマンドレスポンスを行うか否かの閾値となる電力消費量である。
この限界ベースラインは、以下の式(7)により算定される。
一方、ステップS11では、デマンドレスポンスの実施により光熱費が削減できないので、デマンドレスポンス実施可否判定部23は、機器制御サーバ12に非デマンドレスポンス運転計画を送信し、機器制御サーバ12は、この非デマンドレスポンス運転計画に従って設備機器Mを稼働する。
図5は、本発明の設備機器運転システムの具体例である。
電力量の予測負荷は、図5(a)に示すように推移し、熱量の予測負荷は、図5(b)に示すように推移する。そして、図5(a)に示すように、電力事業者により、午後の所定の時間帯にデマンドレスポンスおよびベースラインが設定されている。
本発明の設備機器運転システムは、予測機器性能として、電気式設備機器およびガス式設備機器のCOPが標準値であると算定しており、さらに、限界ベースラインがベースラインよりも高いと判定したので、非デマンドレスポンス運転計画を選択し、デマンドレスポンスを実施しなかった。
これにより、図5(c)に示すように、商用電力の電気代が上昇したが、この電気代の上昇分以上にガス代を抑制して、光熱費を低減できていることが判る。
(1)稼働させる設備機器Mを決定したデマンドレスポンス運転計画と、このデマンドレスポンス運転計画で稼働させる設備機器Mの少なくとも一部を他の機器に置き換えた非デマンドレスポンス運転計画と、を比較し、これら2つの運転計画のうち総コストの低い方を選択した。
よって、デマンドレスポンスを実施しないことで電気代が上昇しても、この電気代の上昇分以上にガス代を抑制できる運転計画を選択できるので、光熱費を極力低減できる。
B…電力事業者
M…設備機器
P…管理対象エリア
1…設備機器運転システム
2…通信回線
10…外部サーバ
11…運転計画サーバ
12…機器制御サーバ
13…実績データ保存サーバ
20…負荷演算部
21…機器性能演算部
22…運転計画演算部
23…デマンドレスポンス実施可否判定部
24…記憶部
Claims (2)
- 所定の時間帯について、電気式設備機器およびガス式設備機器を運転する設備機器運転システムであって、
過去の実績データを用いて、所定の時間帯における電力負荷および熱負荷を学習しておき、この学習結果に基づいて、未来の所定の時間帯における電力負荷および熱負荷を予測して予測負荷とする負荷演算部と、
過去の実績データを用いて、所定の時間帯における前記設備機器の性能を学習しておき、この学習結果に基づいて、未来の所定の時間帯における前記設備機器の性能を予測して予測機器性能とする機器性能演算部と、
前記予測負荷および前記予測機器性能およびインセンティブに基づいて、所定の時間帯において稼働させる設備機器および当該設備機器の出力をデマンドレスポンス運転計画として作成するとともに、当該デマンドレスポンス運転計画で稼働させる設備機器の少なくとも一部を他の設備機器に置き換えたものを非デマンドレスポンス運転計画として作成する運転計画演算部と、
当該デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストを算定するとともに、前記非デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストを算定して、当該2つの運転計画のうちの一方を選択するデマンドレスポンス実施可否判定部と、を備え、
当該デマンドレスポンス実施可否判定部は、前記デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストと、前記非デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストと、に基づいて、限界ベースラインを作成し、
当該限界ベースラインが取得したベースラインよりも低い場合には、前記デマンドレスポンス運転計画を選択し、取得したベースラインよりも高い場合には、前記非デマンドレスポンス運転計画を選択することを特徴とする設備機器運転システム。 - 所定の時間帯について、電気式設備機器およびガス式設備機器を運転する設備機器運転方法であって、
負荷演算部が、過去の実績データを用いて、所定の時間帯における電力負荷および熱負荷を学習しておき、この学習結果に基づいて、未来の所定の時間帯における電力負荷および熱負荷を予測して予測負荷とするステップと、
機器性能演算部が、過去の実績データを用いて、所定の時間帯における前記設備機器の性能を学習しておき、この学習結果に基づいて、未来の所定の時間帯における前記設備機器の性能を予測して予測機器性能とするステップと、
運転計画演算部が、前記予測負荷および前記予測機器性能およびインセンティブに基づいて、所定の時間帯において稼働させる設備機器および当該設備機器の出力をデマンドレスポンス運転計画として作成するとともに、当該デマンドレスポンス運転計画で稼働させる設備機器の少なくとも一部を他の設備機器に置き換えたものを非デマンドレスポンス運転計画として作成するステップと、
デマンドレスポンス実施可否判定部が、当該デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストを算定するとともに、前記非デマンドレスポンス運転計画の実施にかかる総コストを算定して、当該2つの運転計画の総コストに基づいて、限界ベースラインを作成し、当該限界ベースラインが取得したベースラインよりも低い場合には、前記デマンドレスポンス運転計画を選択し、取得したベースラインよりも高い場合には、前記非デマンドレスポンス運転計画を選択するステップと、を備えることを特徴とする設備機器運転方法。
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