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発明の名称 複合電源におけるエネルギー需給方法、および、エネルギー需給装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−104775(P2007−104775A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−289784(P2005−289784)
出願日 平成17年10月3日(2005.10.3)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 今川 常子 / 松林 成彰
要約 課題
ユーザが選択する料金やCO2排出量等の複数の削減対象に対応して、削減対象が最小となる場合に優先して使用する電源の種類と、電気や給湯熱を消費する複数の機器の稼働時刻を算出し、算出した結果に従って電源と機器の稼働時刻を制御する。

解決手段
優先して使用する電源と複数の機器の稼動時刻を変更して削減対象の増減量を比較することにより、削減対象が最小になる場合の電源と機器の稼動時刻を削減対象毎に算出することができる最適稼動時刻演算部14と、ユーザが選択する削減対象に対する電源の種類を電源切替器に出力し、機器に最適稼動時刻を出力する電源切替方法決定部15を備えることにより、削減対象が最小になる電源と機器の稼動時刻を制御することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
電力供給会社から供給される商用電源と、太陽光を受光することによって発電を行う太陽光発電装置からの発電電力と、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するように内部で制御されているコージェネレーション装置からの発電電力とを、家庭全体の消費電力量である主幹電力量に応じて供給量を切り替えて、家庭内へ供給する電源切替器と、
前記電源切替器から前記太陽光発電装置の発電量を取得し、通信ネットワークから気象情報を取得し、当日の前記太陽光発電装置の予測発電量である予測太陽光発電電力を算出する太陽光発電予測部と、
前記電源切替器から前記主幹電力量を取得し、前記コージェネレーション装置から家庭全体の給湯熱使用量である主幹給湯量を取得し、少なくとも電力と給湯のどちらか一方を消費する少なくとも1つ以上の機器から前記機器別の消費電力量と消費給湯熱量を取得し、所定時間間隔毎の主幹電力量の予測量である予測電力負荷と、主幹給湯量の予測量である予測給湯負荷と、機器別の消費電力量の予測量である予測機器別電力負荷と、機器別の消費給湯量の予測量である予測給湯負荷を算出する負荷予測部と、
前記太陽光発電予測部から前記予測太陽光発電電力と、前記負荷予測部から前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷とを取得し、
優先して使用する電力の電源である優先電源が、前記太陽光発電装置である場合と前記コージェネレーション装置である場合のそれぞれについて、
前記コージェネレーション装置の貯湯量の予測量である予測貯湯量と、
前記コージェネレーション装置の起動停止時刻の予測である予測起動停止時刻と、
所定時間内のガス使用と前記商用電源との電力売買によって発生する料金とCO2排出量を算出するコージェネ装置動作予測部と、
前記太陽光発電予測部から前記予測太陽光発電電力と、
前記コージェネ装置動作予測部から前記予測貯湯量と前記予測起動停止時刻と、
前記負荷予測部から前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷と前記機器別電力負荷と前記機器別給湯負荷と、
通信ネットワークから計算パラメータとを取得し、
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻をそれぞれ変更し
前記変更の結果として生ずる前記料金及び前記CO2排出量から
前記料金または前記CO2排出量が最も小さくなる
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻と、
前記稼動時刻を変更した後の前記主幹電力量と前記主幹給湯量であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷とを含む最適稼動情報を算出する最適稼動時刻演算部と、
前記最適稼動時刻演算部から前記最適稼動情報を取得し、
前記最適稼動情報から、ユーザが選択した前記料金または前記CO2排出量である削減対象が最小となる、前記優先電源と、前記稼動時刻と、前記シフト後電力負荷と、前記シフト後給湯負荷を抽出し、
前記優先電源の情報である電源切替指令を前記電源切替器へ出力し、
前記シフト後電力負荷と前記シフト後給湯負荷に基づいて、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するために制御される前記コージェネレーション装置へ前記シフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を出力し、
前記機器へ稼動時刻を出力する電源切替方法決定部と
を備えたエネルギー需給装置。
【請求項2】
前記最適稼動時刻演算部が算出する前記削減対象毎の最小の前記削減対象の数量を取得し、表示を行う情報表示部を備えた請求項1記載のエネルギー需給装置。
【請求項3】
前記計算パラメータは、電気料金体系とガス料金体系とガスCO2排出係数と買電CO2排出係数である請求項1または請求項2に記載のエネルギー需給装置。
【請求項4】
前記太陽光発電予測部が前記通信ネットワークより取得する気象情報は、当日の天気予報と、過去の天気の情報である天気情報で、前記太陽光発電予測部は、過去の天気情報と発電量の関係を導き出し、前記当日の天気予報によって、当日の所定時間間隔毎の前記太陽光発電装置の発電電力量である前記予測太陽光発電電力を算出する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエネルギー需給装置。
【請求項5】
前記コージェネ装置動作予測部が、前記コージェネレーション装置から発電量と給湯量と貯湯量とガス使用量と電力使用量と補助熱源のガス使用量である補助熱源ガス使用量を取得し、
前記発電量と前記ガス使用量から前記コージェネレーション装置の所定発電電力間隔毎の発電効率を、
前記給湯量と前記ガス使用量と前記補助熱源ガス使用量から前記コージェネレーション装置の所定発電電力間隔毎の給湯効率と前記補助熱源の給湯効率を、
発電量からコージェネレーション装置の発電範囲を、
貯湯量から最大貯湯量をそれぞれ求める請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー需給装置。
【請求項6】
前記通信ネットワークから、前記計算パラメータを複数の前記電力供給会社や前記ガス供給会社から、所定期間毎に取得し、前記最適稼動時刻演算部へ出力するパラメータ取得部を有する請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー需給装置。
【請求項7】
ユーザ入力部は、ユーザが入力した前記太陽光発電装置の発電電力と前記コージェネレーション装置の発電電力の使用割合を前記最適稼動時刻演算部へ出力し、前記最適稼動時刻演算部は、使用する電力量を取得した使用割合と同じになるように前記電源切替装置へ前記電源切替指令を出力し、前記コージェネレーション装置へ、前記コージェネレーション装置が賄う分の電力負荷と給湯負荷を出力し、前記機器へ稼動時刻を出力する請求項1から3のいずれか1項に記載のエネルギー需給装置。
【請求項8】
電力供給会社から供給される商用電源と、太陽光を受光することによって発電を行う太陽光発電装置からの発電電力と、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するように内部で制御されているコージェネレーション装置からの発電電力とを、家庭全体の消費電力量である主幹電力量に応じて供給量を切り替えて、家庭内へ供給する電源切替ステップと、
前記電源切替器から前記太陽光発電装置の発電量を取得し、通信ネットワークから気象情報を取得し、当日の前記太陽光発電装置の予測発電量である予測太陽光発電電力を算出する太陽光発電予測ステップと、
前記電源切替器から前記主幹電力量を取得し、前記コージェネレーション装置から家庭全体の給湯熱使用量である主幹給湯量を取得し、少なくとも電力と給湯のどちらかを一方を消費する少なくとも1つ以上の機器から前記機器別の消費電力量と消費給湯熱量を取得し、所定時間間隔毎の主幹電力量の予測量である予測電力負荷と、主幹給湯量の予測量である予測給湯負荷と、機器別の消費電力量の予測量である予測機器別電力負荷と、機器別の消費給湯量の予測量である予測給湯負荷を算出する負荷予測ステップと、
前記太陽光発電予測ステップから前記予測太陽光発電電力と、前記負荷予測ステップから前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷とを取得し、
優先して使用する電力の電源である優先電源が、前記太陽光発電装置である場合と前記コージェネレーション装置である場合のそれぞれについて、
前記コージェネレーション装置の貯湯量の予測量である予測貯湯量と、
前記コージェネレーション装置の起動停止時刻の予測である予測起動停止時刻と、
所定時間内のガス使用と前記商用電源との電力売買によって発生する料金とCO2排出量を算出するコージェネ装置動作予測ステップと、
前記太陽光発電予測ステップから前記予測太陽光発電電力と、
前記コージェネ装置動作予測ステップから前記予測貯湯量と前記予測起動停止時刻と、
前記負荷予測ステップから前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷と前記機器別電力負荷と前記機器別給湯負荷と、
通信ネットワークから計算パラメータとを取得し、
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻をそれぞれ変更し
その変更の結果として生ずる前記料金及び前記CO2排出量から
前記料金または前記CO2排出量が最も小さくなる
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻と、
前記稼動時刻を変更した後の前記主幹電力量と前記主幹給湯量であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷とを含む最適稼動情報を算出する最適稼動時刻演算ステップと、
前記最適稼動時刻演算ステップから前記最適稼動情報を取得し、
前記最適稼動情報から、ユーザが選択した前記料金または前記CO2排出量である削減対象が最小となる、前記優先電源と、少なくとも一つ以上の前記機器の稼動時刻を抽出し、
前記優先電源の情報である電源切替指令を前記電源切替器へ出力し、
前記シフト後電力負荷と前記シフト後給湯負荷に基づいて、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するために制御される前記コージェネレーション装置へ前記シフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を出力し、
前記機器へ最適稼動時刻を出力する電源切替方法決定ステップと
を有することを特徴とするエネルギー需給方法。
【請求項9】
コンピュータに
電力供給会社から供給される商用電源と、太陽光を受光することによって発電を行う太陽光発電装置からの発電電力と、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するように内部で制御されているコージェネレーション装置からの発電電力とを、家庭全体の消費電力量である主幹電力量に応じて供給量を切り替えて、家庭内へ供給する電源切替器と、
前記電源切替器から前記太陽光発電装置の発電量を取得し、インターネット等の通信ネットワークから気象情報を取得し、当日の前記太陽光発電装置の予測発電量である予測太陽光発電電力を算出する太陽光発電予測部と、
前記電源切替器から前記主幹電力量を取得し、前記コージェネレーション装置から家庭全体の給湯熱使用量である主幹給湯量を取得し、少なくとも電力と給湯のどちらか一方を消費する少なくとも1つ以上の機器から前記機器別の消費電力量と消費給湯熱量を取得し、所定時間間隔毎の主幹電力量の予測量である予測電力負荷と、主幹給湯量の予測量である予測給湯負荷と、機器別の消費電力量の予測量である予測機器別電力負荷と、機器別の消費給湯量の予測量である予測給湯負荷を算出する負荷予測部と、
前記太陽光発電予測部から前記予測太陽光発電電力と、前記負荷予測部から前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷とを取得し、
優先して使用する電力の電源である優先電源が、前記太陽光発電装置である場合と前記コージェネレーション装置である場合のそれぞれについて、
前記コージェネレーション装置の貯湯量の予測量である予測貯湯量と、
前記コージェネレーション装置の起動停止時刻の予測である予測起動停止時刻と、
所定時間内のガス使用と前記商用電源との電力売買によって発生する料金とCO2排出量を算出するコージェネ装置動作予測部と、
前記太陽光発電予測部から前記予測太陽光発電電力と、
前記コージェネ装置動作予測部から前記予測貯湯量と前記予測起動停止時刻と、
前記負荷予測部から前記予測電力負荷と前記予測給湯負荷と前記機器別電力負荷と前記機器別給湯負荷と、
通信ネットワークから計算パラメータとを取得し、
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻をそれぞれ変更し
その変更の結果として生ずる前記料金及び前記CO2排出量から
前記料金または前記CO2排出量が最も小さくなる
前記優先電源と少なくとも1つ以上の前記機器の稼動時刻と、
前記稼動時刻を変更した後の前記主幹電力量と前記主幹給湯量であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷とを含む最適稼動情報を算出する最適稼動時刻演算部と、
前記最適稼動時刻演算部から前記最適稼動情報を取得し、
前記最適稼動情報から、ユーザが選択した前記料金または前記CO2排出量である削減対象が最小となる、前記優先電源と、少なくとも一つ以上の前記機器の稼動時刻を抽出し、
前記優先電源の情報である電源切替指令を前記電源切替器へ出力し、
前記シフト後電力負荷と前記シフト後給湯負荷に基づいて、電力と給湯熱を最適なバランスで供給するために制御される前記コージェネレーション装置へ前記シフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を出力し、
前記機器へ最適稼動時刻を出力する電源切替方法決定部と
を有することを特徴とするエネルギー需給装置として機能させるためのプログラム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力と熱エネルギーを供給するコージェネレーション装置と太陽光発電装置のハイブリッドシステムのエネルギー需給方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のエネルギー需給方法としては、燃料電池において、発電量と家庭全体の電力量である主幹電力量を平衡させるように電力利用機器を制御したり、貯湯量がタンク容量を超えた場合は、温熱を利用するように温熱利用機器を制御したりして、温熱の需要と供給をバランスさせることによって、効率の向上を図るものがあった(例えば、特許文献1参照)。また、コージェネレーション装置と太陽光発電装置を組み合わせたシステムにおいて、主幹電力と、太陽光発電装置の発電量とコージェネレーション装置の発電量とを比較して、コージェネレーション装置の運転の開始と停止を制御することによって、エネルギーを有効利用するものがあった(例えば、特許文献2参照)。また、コージェネレーション装置と太陽光発電装置を組み合わせたシステムでは、蓄電池を用いて太陽光発電装置の発電電力を蓄え、必要に応じて放電するものもあった(例えば、特許文献3参照)。
【0003】
図15は、前記特許文献1と前記特許文献2に記載された従来のエネルギー需給方法を示すものである。
【0004】
図15において、電源切替器104は、商用電源101と太陽光発電装置102とコージェネレーション装置103から供給される電力のうち、太陽光発電装置からの電力を優先して使用するように電源を切り替え、負荷予測部108は、電源切替器104から家庭全体の使用電力量である主幹電力量を、コージェネレーション装置から家庭全体の使用給湯量である主幹給湯量を取得して主幹電力と主幹給湯量を予測し、機器制御部109は、コージェネレーション装置103から発電量と貯湯量を、電源切替器104から主幹電力量を、負荷予測部108から予測電力負荷と予測給湯負荷を取得し、貯湯量が満杯になることが予測される場合は、機器105のうち、給湯熱を使用するものを動作させて、貯湯量が満杯になってコージェネレーション装置が停止し、稼動時の効率が悪くなることを防いでいた。また、主幹電力がコージェネレーション装置103の最小発電よりも小さい場合は、機器105のうち、電力を使用するものを稼動させて効率を上げたり、主幹電力が最大発電よりも大きい場合は、機器105のうち、電力を使用するものを停止させて効率を上げたりしていた。機器105のうち稼動状況を変更する機器がない場合は、電源切替器104へコージェネレーション装置からの供給を停止し、商用電源101と太陽光発電装置102から電力を家庭内へ供給するように電源切替指令を出力し、コージェネレーション装置103へ運転を停止させる指令を出力していた。
【特許文献1】特開2001−68126号公報
【特許文献2】特開平08−086935号公報
【特許文献3】特開2005−143218号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、機器の稼動時間を変更する場合、ユーザは、省エネルギーだけでなく、経済性も考慮するものであるが、前記従来の構成では、省エネルギーにのみ対応しており、料金の削減を考慮していないため、経済性を考慮した場合の機器の稼働時間が計算できない。また、料金を考慮していないため、料金体系が変更になった場合に対応ができず、変更された料金体系に追従して最適な機器の稼動時刻が算出できない。
【0006】
また、機器の稼動時刻を算出しようとしても、稼動時刻変更の前後における料金やCO2排出量の削減量を詳細に算出する手段がないため、最適な機器稼動時間や電源切替方法が得られず、結果的に料金やCO2排出量の効率が悪くなるおそれがある。
【0007】
さらに、電源切替器で使用する電源を切り替える際、太陽光発電装置の発電電力を優先して使用する固定的な方法となっているため、コージェネレーション装置の効率や、料金体系を総合的に判断した結果の電源の使用方法や機器の稼動時間を算出できない。
【0008】
また、特許文献3に関しては、構成要素に蓄電池を用いているが、蓄電池は設置の際の物理的な大きさの問題や、導入コストの高さの問題が生じる場合がある。
【0009】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ユーザが選択する料金またはCO2排出量などの削減対象を最小にする場合の、電源の使用方法と機器の稼動時刻を算出することを目的としたエネルギー需給方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記従来の課題を解決するために、本発明のエネルギー需給方法は、料金またはCO2排出量などの複数の削減対象に関してコストが最小となる電源の使用方法と機器の稼動時刻を、詳細に演算できる最適稼動時刻演算部と、ユーザが選択した削減対象を用いて、優先して使用する電源の種類と、機器の稼動時刻を決定し、電源切替器へ電源の切替方法を出力し、機器へ稼動時刻の情報を出力し、コージェネレーション装置へ機器の稼動時刻を変更した後の電力負荷と給湯負荷を出力する電源切替方法決定部を備え、ユーザの選択した削減対象に対して電源の種類と、機器の稼動時刻を変更する。
【0011】
また、複数の電力供給会社やガス供給会社から定期的に料金体系、CO2排出係数を取得するパラメータ取得部を備え、最適稼動時刻演算部へ出力することで、供給側の変化にも追従することができる。
【0012】
本構成によって、複数の削減対象に対して最適な電力の供給方法と、機器の稼動時刻を算出することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明のエネルギー需給方法によれば、料金またはCO2排出量などの複数の削減対象に対して、削減対象が最も削減できる電源の供給方法と機器の稼動時刻を求めることができるため、省エネルギー性と経済性のそれぞれで効果的な機器の制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
図1は、本発明の実施の形態におけるエネルギー需給方法のブロック図である。
【0016】
商用電源1は、電力供給会社から供給される電力を示し、太陽光発電装置2は、太陽光を受光することにより発電し、発電した電力を供給する機器であり、コージェネレーション装置3は、ガスを燃料として、電力と給湯熱を供給する機器である。コージェネレーション装置3は、後述する電源切替方法決定部15から機器5の稼動時刻を変更した後の主幹電力と主幹給湯量であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を取得し、電力と給湯の需給バランスが最適になるようにコージェネレーション装置3内で動作が制御される。また、給湯負荷予測のために、家庭全体で使用された給湯量を主幹給湯量として負荷予測部8へ出力する。
【0017】
電源切替器4は、電源切替方法決定部15より、太陽光発電装置2からの電力と、コージェネレーション装置3からの電力とのうち、どちらを優先して使用するかの指令値である電源切替指令を取得し、家庭内の全体の使用電力量である主幹電力の大きさにしたがって、家庭内の機器5への供給方法を切り替える。図2は、優先して使用する電源別の電力の供給方法を説明する表である。図2の(a)は優先して使用する電源(以降、優先電源)が太陽光発電装置2の場合で、図2の(b)は優先電源がコージェネレーション装置の場合である。例えば、優先電源が太陽光発電装置2であって、主幹電力が太陽光発電装置2とコージェネレーション装置3からの発電電力を足した電力を下回る場合は、太陽光発電装置2から発電と、太陽光発電装置2からの発電では不足する電力をコージェネレーション装置3から供給し、商用電源1からは電力を供給しない。また、優先電源がコージェネレーション装置3であって、主幹電力が太陽光発電装置2とコージェネレーション装置3からの発電電力を足した電力を下回る場合は、コージェネレーション装置3からの発電量と、コージェネレーション装置3からの発電では不足する電力を太陽光発電装置2から供給し、商用電源1からは供給しない。その際、太陽光発電装置2で発生する余剰電力は、商用電源1へ逆潮流する。
【0018】
機器5は、電源切替方法決定部15から機器5の稼動時刻を取得し、稼動時刻に従って動作を開始する。また、時々刻々消費する電力量と給湯量を、機器別消費電力量と機器別消費給湯量として負荷予測部へ出力する。
【0019】
通信ネットワーク6は、公共機関やエネルギー供給会社から提供される、天気情報や天気予報やCO2排出係数の情報を、ネットワークによって提供するものである。
【0020】
太陽光発電予測部7は、電源切替器4から太陽光発電装置2が発電した電力を取得し、通信ネットワーク6から当日の天気予報と過去の天気の実績である天気情報を取得し、既知の技術であるニューラルネットワークを用いて、過去の天気を入力とし、60分毎の発電量を出力として、天気と発電量の関係を学習させた後、当日の天気予報から当日の60分毎の発電量データである予測太陽光発電電力を予測する。その後、予測した予測太陽光発電電力はコージェネ装置負荷計算部12と最適稼動時刻演算部14へ出力する。
【0021】
負荷予測部8は、電源切替器4から主幹電力量と、コージェネレーション装置3から主幹給湯量と、機器5から機器5毎の機器別消費電力量と機器別消費給湯量とを取得し、既知の技術であるニューラルネットワーク等を用いて、当日の主幹電力量と主幹給湯量の時系列の予測値である予測電力負荷と予測給湯負荷と、当日の機器5別の時系列の電力量と給湯量の予測値である予測機器別電力負荷と予測機器別給湯負荷を算出する。本実施の形態では、主幹電力量と主幹給湯量と機器5毎の機器別電力量と機器別給湯量それぞれでニューラルネットワークモデルを構築し、連続する2日間の60分毎のデータのうち、初日のデータを入力、2日目のデータを出力として、ニューラルネットワークを学習させた後、予測を行う前日の60分毎のデータを入力し、当日の60分毎の予測データである予測電力負荷と予測給湯負荷と予測機器別電力負荷と予測機器別給湯負荷を算出した。
【0022】
なお、予測電力負荷や予測給湯負荷や予測機器別電力負荷や予測機器別給湯負荷を求める方法はこれに限ったものではない。
【0023】
情報表示部9は、最適稼動時刻演算部14から、1日のガスと電気の料金が最小になる場合と、CO2排出量が最小になる場合の料金とCO2排出量を取得し、表示を行う。
【0024】
ユーザ入力部10は、機器5別にユーザが設定する、機器5が稼動可能な時刻の範囲を示す稼動可能時刻を最適稼動時刻演算部14へ出力し、ユーザが入力した料金とCO2排出量のどちらかの削減対象を電源切替方法決定部15へ出力する。
【0025】
パラメータ取得部11は、定期的に通信ネットワークから電力料金体系とガス料金体系とガスCO2排出係数と買電CO2排出係数を取得し、最適稼動時刻演算部14へ出力する。その際、エネルギー供給会社は一つだけでなく、複数から取得する。本実施の形態では、電力料金体系は、買電単価が8:00から22:00までは27円/kWh、22:00から8:00までは6円kWhで、売電単価は、買電単価と同じで、ガス料金は10.6円/kWhで、ガスCO2排出係数は0.185kg−CO2/kWhで、買電CO2排出係数は0.378kg−CO2/kWhを取得した。
【0026】
コージェネ装置負荷計算部12は、太陽光発電予測部7より予測太陽光発電電力を取得し、負荷予測部8より予測電力負荷と予測給湯負荷を取得し、優先電源が太陽光発電装置である場合と、コージェネレーション装置である場合の、コージェネレーション装置が賄うべき電力負荷であるコージェネレーション電力負荷を求める。内部の処理を、図3に示す。図3(a)は、優先電源が太陽光発電装置である場合である。所定時間刻み間隔毎に、ここでは、60分毎に1日の予測電力負荷から太陽光発電装置の予測発電電力を差し引いて、60分間隔毎のコージェネレーション電力負荷を求める。図3(b)は、優先電源がコージェネレーション装置である場合である。この場合は、予測電力負荷をコージェネレーション負荷を代入する。本実施の形態では、優先電源の発電電力を、100%使用するとしたが、たとえば、太陽光発電装置の電力のうち、50%を優先して使用するとして、予測電力負荷から差し引く予測太陽光発電電力を50%にしてコージェネレーション電力負荷を求めると、優先電源する発電電力の使用割合に応じたコージェネレーション電力負荷を求めることも可能である。算出した優先電源毎のコージェネレーション電力負荷は、予測給湯負荷とともにコージェネ装置動作予測部13へ出力する。図4に優先電源を変更した場合にコージェネレーション装置3が賄うべき電力負荷であるコージェネレーション電力負荷の一例を示す。データは優先電源毎に60分間隔の電力量を現している。
【0027】
コージェネ装置動作予測部13は、コージェネレーション装置3から1分毎の発電量と給湯量と貯湯量とガス使用量と補助熱源ガス使用量と電力使用量を取得し、発電量とガス使用量からコージェネレーション装置の所定発電電力毎の発電効率を、給湯量とガス使用量からコージェネレーション装置の所定発電電力毎の給湯効率を、給湯量と補助熱源使用ガス量から補助熱源の給湯効率を、発電量からコージェネレーション装置の発電範囲を、貯湯量から最大貯湯量をそれぞれ求める。求めたコージェネレーション装置の所定発電電力毎の発電効率と給湯効率と発電範囲と、最大貯湯量と補助熱源の給湯効率は、コージェネ装置情報とする。図5にコージェネ装置情報の例を示す。1列目の発電電力のときに、2行目の発電効率と3行目の給湯効率であり、発電の最小電力は300Wで、最大電力は1000Wであり、最大貯湯量は120,000Whで、補助熱源効率は80%であることを示している。
【0028】
また、コージェネ装置動作予測部13は、コージェネ装置負荷計算部12から、優先する電力毎のコージェネレーション電力負荷と予測給湯負荷と、パラメータ取得部11から電力料金体系とガス料金体系とガスCO2排出係数と買電CO2排出係数を取得し、優先する電力毎の、コージェネレーション装置3の起動停止時刻である予測起動停止時刻と、60分毎の貯湯量の予測量である予測貯湯量と、優先する電力毎の料金とCO2排出量とであるコージェネ動作情報を求める。優先電源が太陽光発電装置2である場合は、予測太陽光用電力負荷と予測給湯負荷を用い、優先電源がコージェネレーション装置3である場合は、予測電力負荷と予測給湯負荷を用いる。予測の方法は、コージェネレーション装置3の動作をシミュレートしたものを用いる。なお、本実施の形態では、コージェネレーション装置3の動作を予測するために、シミュレーションを用いたが、過去の運転履歴から予測してもよい。図6にコージェネ動作情報の例を示す。図6に示す例では、1行目が優先電源の情報を、2行目に60分毎の貯湯量である予測貯湯量を示し、優先電源が太陽光発電装置2の場合は、コージェネレーション装置3の予測起動停止時刻は、16:00〜23:00であり、1日に発生する燃料ガスと商用電源の料金は297円で、1日に発生するCO2排出量は13kg−CO2であることを示している。優先電源がコージェネレーション装置3の場合は、コージェネレーション装置3の予測起動停止時刻は、6:00から23:00であり、1日に発生するガスと商用電源の料金は485円で、1日に発生するCO2排出量は22kg−CO2であることを示している。
【0029】
ここで求めたコージェネ装置情報とコージェネ動作情報は最適稼動時刻演算部14へ出力する。
【0030】
最適稼動時刻演算部14は、太陽光発電予測部7から予測太陽光発電電力を取得し、コージェネ装置動作予測部13から、コージェネレーション装置3のコージェネ装置情報と、コージェネ動作情報を取得し、負荷予測部8から予測電力負荷と予測給湯負荷と予測機器別電力負荷と予測機器別給湯負荷を取得し、パラメータ取得部11から複数の電力供給会社の電力料金体系とガス料金体系を取得し、料金とCO2排出量が最小となる優先電源と機器の稼動時刻と、稼動時刻を変更した場合のシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷とを含む最適稼動情報を算出する。その後、機器5の稼動時刻の組み合わせに対応する料金とCO2排出量は、情報表示部9へ出力し、最適稼動情報は、電源切替方法決定部15へ出力する。
【0031】
図7に、最適稼動時刻演算部14のフロー図を示し、説明を行う。
【0032】
まず、Step20で、複数の機器の稼動時刻を変更した場合の料金の削減量を、複数の機器の稼動時刻の組み合わせ分だけ繰り返し算出し、そのうち、最も料金の削減量が大きい機器の稼動時刻と料金の削減量を抽出する。
【0033】
次に、Step21で、取得したコージェネ動作情報に含まれる機器の稼動時刻変更前の料金から、抽出した最大の料金の削減量を差し引くことによって、最も料金の小さい機器の稼動時刻とその料金を算出する。Step20とStep21は、CO2排出量についても、処理を行い、最もCO2排出量の小さい機器の稼動時刻とその排出量を算出する。
【0034】
次に、Step22で、優先電源毎に算出した料金とCO2排出量を比較して、最も料金、または、CO2排出量が少ない優先電源と、機器の稼動時刻を抽出する。
【0035】
最後に、Step23で、コージェネレーション装置3が賄う主幹電力と主幹給湯負荷を出力するために、コージェネレーション電力負荷と予測電力負荷から稼動時刻を変更した場合のシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を算出する。
【0036】
一連の処理によって、最も料金が削減できる優先電源と複数の機器5の稼動時刻と、最もCO2排出量が削減できる優先電源と複数の機器5の稼動時刻とを導くことができる。
【0037】
図8に、最適稼動時刻演算部14において機器5の稼動時刻を変更した場合の料金とCO2排出量の削減量を算出する際のフロー図を示し、これに基づき説明を行う。図8に示す一連の処理は、優先電源毎に行う。
【0038】
まず、Step30で、料金削減量とCO2削減量を初期化しておく。
【0039】
次に、Step31で、コージェネレーション電力負荷と予測貯湯量と予測起動停止時刻に基づき、機器5の稼動時刻変更前の1日分の料金とCO2排出量と積算給湯量の算出を行う。積算給湯量は、コージェネレーション装置3の1日分の給湯量を合計したものであり、料金とCO2排出量の増減量を補正するために算出する。
【0040】
次に、図8のStep32からStep37の間の処理は、複数の機器5の稼動時刻の組み合わせ回数だけ繰り返す。例えば、稼動時刻変更の時間間隔が60分で、稼動時刻変更可能な機器5が、食器洗乾燥機と洗濯乾燥機と生ゴミ処理機である場合は、繰り返し回数は、1440/60の3乗回(13824回)となる。ただし、ユーザ入力部より、機器5毎に稼動開始が可能な時間帯が指定されるため、食器洗い乾燥機の時間帯が21:00から6:00である場合は、10×24×24=5760回となる。
【0041】
繰り返し処理の中では、まず、機器5の稼動時刻が変更された場合、コージェネレーション装置のタンク内に蓄えられている貯湯量が満杯になるかどうかの判断を行う。貯湯量が満杯になると、コージェネレーション装置を停止させたり、コージェネレーション装置を稼動し続けるために、発生した給湯熱を放熱させたりする必要があり、省エネルギー性も経済性も悪化する。そのため、貯湯量が満杯となる機器5の稼動時刻の組み合わせの場合は、以降の処理を行わず、次の機器5の稼動時刻の組み合わせに処理をスキップさせる。
【0042】
Step33では、予測貯湯量からコージェネレーション電力負荷に基づいて機器5の稼動時刻が変更された後の貯湯量である稼動時刻変更貯湯量を求め、予測貯湯量がタンク容量を超えるかどうかの判断を行う。Step33の処理で貯湯完了フラグが1であれば、計算中の稼動時刻の組み合わせについて以降の処理は行わず、次の稼動時刻の組み合わせを行う。貯湯完了フラグが0で、タンクが満杯にならない場合は、Step34で機器5の稼動時刻変更後の料金とCO2排出量と積算給湯量の算出を行う。算出方法は、前述のStep31で求めた方法と同様の方法を用いる。
【0043】
次にStep35で機器5の稼動時刻を変更することによる料金とCO2排出量の削減量を求める。
【0044】
料金とCO2排出量の削減量は次の(数1)と(数2)で求める。
【0045】
【数1】


【0046】
【数2】


【0047】
次にStep36で保存しておいた料金の削減量と、機器5の稼動時刻を変更する場合の料金の削減量とを比較し、大きければ新たな稼動時刻の組み合わせを保存する。同様の処理をCO2排出量についても行う。
【0048】
最後に、コージェネ装置動作予測部13から取得した優先する電力毎の料金とCO2排出量から、算出した優先電源毎の料金とCO2の削減量を差し引きし、優先電源毎の、機器5の稼動時刻を変更した場合の料金とCO2排出量を求める。さらに、優先電源毎の料金を比較し、料金の少ない電源と機器5の稼動時刻の組み合わせを最も料金の少ない場合とし、同様に、優先電源毎のCO2排出量を比較し、CO2排出量の少ない電源と機器5の稼動時刻の組み合わせを最もCO2排出量の少ない場合とする。
【0049】
これによって、削減対象を最小にする場合の、優先電源と、機器5の稼動時刻の組み合わせを算出することができる。削減対象毎の料金とCO2排出量は、情報表示部9へ出力する。また、削減対象毎の、削減対象が最小となる場合の優先電源と機器5の稼動時刻の組み合わせと機器5の稼動時刻変更後の主幹電力量と主幹給湯量であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷とである最適稼動情報を電源切替方法決定部15へ出力する。
【0050】
次に、図9に図8のStep31で機器5の稼動時刻変更前の1日分の料金とCO2排出量と積算給湯量の算出を行う処理の詳細なフローを示し、説明を行う。図中の電力負荷はコージェネレーション電力負荷を、PVは予測太陽光発電量を、発電量はコージェネレーション装置3の発電量を、FC_MINはコージェネレーション装置の最小発電量を、FC_MAXはコージェネレーション装置の最大発電量をそれぞれ示している。Step400で料金とCO2排出量の初期化を行い、次のStep401からStep425の間で60分毎に時間間隔毎の繰り返し処理を行い、1日分の料金とCO2排出量を積算していく。繰り返し処理の中では、まず、Step402で処理する時間間隔が、コージェネレーション装置3が起動中であるかの判断を予測起動停止時刻を用いて行う。起動中であれば、Step403で優先電源の種類の判断を行う。
【0051】
優先電源が太陽光発電装置2であれば、コージェネレーション電力負荷と予測太陽光発電量とコージェネレーション装置3の最小発電量と最大発電量の大小関係を、Step404とStep405とStep408とStep410で判断し、時間間隔毎の買電量と売電量とコージェネレーション装置3の発電量を求める。
【0052】
同様に、優先電源がコージェネレーション装置3であれば、コージェネレーション電力負荷と予測太陽光発電量とコージェネレーション装置3の最小発電量と最大発電量の大小関係を、Step412とStep414とStep416とStep418で判断し、時間間隔毎の買電量と売電量とコージェネレーション装置3の発電量を求める。
【0053】
時間間隔毎の繰り返し処理に戻り、Step402でコージェネレーション装置3が停止している場合は、Step403でコージェネレーション装置3の発電量を0とし、コージェネレーション電力負荷と予測太陽光発電量との大小関係を、Step421とStep423で判断し、時間間隔毎の買電量と売電量を求める。
【0054】
以上のステップにより、時間間隔毎のコージェネレーション装置3の発電量と買電量と売電量が求まり、Step425で料金とCO2排出量を積算する。
【0055】
時間間隔毎の料金とCO2排出量と給湯量は次の(数3)から(数5)を用いて求める。
【0056】
【数3】


【0057】
【数4】


【0058】
【数5】


【0059】
ここで、発電量と発電効率と給湯効率は、コージェネレーション装置3の発電量と発電効率と給湯効率を示す。
【0060】
次に図10に、図8のStep33で予測貯湯量からコージェネレーション電力負荷に基づいて機器5の稼動時刻が変更された後の貯湯量である稼動時刻変更貯湯量を求め、予測貯湯量がタンク容量を超えるかどうかの判断を行う処理の詳細なフローを示し、説明を行う。
【0061】
まず、Step500で、貯湯完了フラグを初期化する。次に予測貯湯量を60分の時間間隔毎に更新するために、Step501からStep509の間の時間間隔毎の処理を繰り返す。Step502で、処理を行う時刻が稼動時刻変更に関連する時刻であるかを判断する。関連した時刻であれば、Step503へ進み、関連していなければ以降の処理をせず、Step509へ進み、次の時間間隔の処理を行う。Step503ではコージェネレーション装置3が起動中であるかの判断を行う。停止中であれば、給湯は発生したいため、以降の処理をせず、Step509へ進み、次の時間間隔の処理を行う。コージェネレーション装置3が起動中であれば、Step504で、稼動時刻変更前後の給湯量を計算する。
【0062】
図11に給湯量を算出するStep504の詳細なフローを示し、説明を行う。図中のPVは予測太陽光発電量を、発電量はコージェネレーション装置3の発電量を、FC_MINはコージェネレーション装置の最小発電量を、FC_MAXはコージェネレーション装置の最大発電量をそれぞれ示している。
【0063】
まず、Step600で発電量を初期化する。次にStep601で処理する時間間隔が、コージェネレーション装置3が起動中であるかの判断を予測起動停止時刻を用いて行う。起動中であれば、Step602で優先電源の種類の判断を行う。
【0064】
優先電源が太陽光発電装置2であれば、コージェネレーション電力負荷と予測太陽光発電量とコージェネレーション装置3の最小発電量と最大発電量の大小関係を、Step603とStep605とStep607で判断し、コージェネレーション装置3の発電量を求める。
【0065】
同様に、優先電源がコージェネレーション装置3であれば、コージェネレーション電力負荷と予測太陽光発電量とコージェネレーション装置3の最小発電量と最大発電量の大小関係を、Step609とStep611とStep613で判断し、コージェネレーション装置3の発電量を求める。
【0066】
Step601でコージェネレーション装置3が停止している場合は、発電量は発生しないため、0のままである。
【0067】
最後に、コージェネレーション装置3の発電量、Step615で料金とCO2排出量を積算する。給湯量は(数5)と同様の数式で求める。
【0068】
図10のStep504である図11のStep600からStep615の処理は、コージェネレーション装置3が賄うべき主幹電力であるコージェネレーション電力負荷から機器の稼動時刻を変更する前と後について行い、稼動時刻変更前後の給湯量を算出する。
【0069】
Step504で稼動時刻前後の給湯量を求めた後、図10のStep505で、稼動時刻変更前から稼動時刻変更後の給湯量を差し引いた貯湯量の増減量を算出する。貯湯量の増減量は、時刻t以降から1日が終わる1440分までの時間間隔毎の貯湯量へ加算し、シフト後貯湯量を修正する。
【0070】
次にStep507で修正したシフト後貯湯量について、時刻t以降の貯湯量がタンクの最大貯湯量を超えるかの判断を行う。超えていれば、Step508で貯湯完了フラグを1にし、以降の貯湯完量チェック処理を行わずに処理を終了する。超えていなければ、次の時間間隔について、処理を繰り返し、処理する時間間隔がなくなれば終了する。
【0071】
図12に最適稼動情報演算部14が算出する最適稼動情報の一例を示す。1行目に削減対象を示し、最もCO2排出量が少ない場合は、優先電源が太陽光発電装置2であり、機器の稼動時刻は、食器洗乾燥機の1回目が11:00、2回目が22:00、洗濯機は14:00、生ゴミ処理機は8:00であることを示しており、続けて、機器の稼動時刻を変更した後の60分毎の主幹電力であるシフト後電力負荷と、60分毎の主幹給湯負荷であるシフト後給湯負荷の一例を示している。また、料金が最も少ない場合は、優先電源がコージェネレーション装置3であり、機器の稼動時刻は、食器洗乾燥機の1回目が14:00、2回目が5:00、洗濯機は15:00、生ゴミ処理機は10:00であることを示しており、続けて、機器の稼動時刻を変更した後の60分毎の主幹電力であるシフト後電力負荷と、60分毎の主幹給湯負荷であるシフト後給湯負荷を示している。
【0072】
図13に図12の例におけるCO2排出量が最小となる場合について、機器の稼動時刻を変更する前のコージェネレーション負荷と機器の稼動時刻を変更した後のシフト後電力負荷の一例を示す。この結果を説明すると、太陽光発電装置2の発電からはCO2は排出されないため、夜の電力使用量を昼間に移行させ、なるべく太陽光発電装置2の電力を使用している状態を示している。
【0073】
図14に図12の例における料金が最小となる場合について、機器の稼動時刻を変更する前のコージェネレーション負荷とシフト後電力負荷を示す。この結果を説明すると、太陽光発電装置2の発電電力単価がコージェネレーション装置3の発電コストよりも高いため、昼間にコージェネレーション装置3を発電上限を超えない程度に発電を行い、太陽光発電装置2の発電電力を売電し、売電益が出る状態となっている。また、コージェネレーション装置の予測起動停止時刻は、6:00から23:00であり、稼動時刻変更前のコージェネレーション負荷は15:00で、コージェネレーション装置3の最小発電量を下回っているため、洗濯機の稼動時刻が15:00となり無駄な発電を行うのを防いでいることを示している。
【0074】
以上説明したように、最適稼動時刻演算部14は、コージェネ装置動作予測部13で行う計算コストの高いシミュレーション処理に代わり、削減対象毎に、優先電源と複数の機器の稼動時刻を精度よく算出するものである。
【0075】
電源切替方法決定部15は、最適稼動時刻演算部14から最適稼動情報を取得し、ユーザ入力部10から、料金またはCO2排出量である削減対象を取得する。削減対象に従って、電源切替方法決定部15は、優先電源と、複数の機器5の稼動時刻を決定し、電源切替器4へ、優先電源の種類を指定した電源切替指令を出力し、機器5へ稼動時刻を出力し、コージェネレーション装置3へ機器5の稼動時刻を変更した場合に想定される所定時間間隔毎の電力負荷と給湯負荷であるシフト後電力負荷とシフト後給湯負荷を出力する。
【0076】
かかる構成によれば、最適稼動時刻演算部14において、優先して使用する電源と複数の機器の稼動時刻を繰り返し変更することによって、料金や稼動時刻を最小にするために優先して使用する電源と機器を稼動させる時刻を算出することができ、削減対象に対する効率を向上させることができる。
【0077】
また、最適稼動時刻演算部14で料金やCO2排出量といった削減対象が最小となる際に優先して使用する電源と複数の機器の稼動時刻を算出し、複数の削減対象に対する最適な優先電源と機器の稼動時刻を電源切替方法決定部15が取得するため、ユーザは削減対象を複数の中から選択することができ、効率よく電源切替器4とコージェネレーション装置3と機器5を稼動させることができる。
【0078】
なお、本実施の形態において削減対象は、発生する料金とCO2排出量を用いたが、エネルギー使用量や、他の環境負荷物質の発生量でもよい。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本発明にかかるエネルギー需給方法は、複数のエネルギー供給装置を有する場合に、料金やCO2排出量等の削減対象毎に、エネルギーを供給する電源と、機器の稼動時刻を制御するシステム等として有用である。また、本発明のコージェネレーション装置には、電力及び熱エネルギーを発生させる、ガスエンジンやガスタービン等の原動機を駆動源とした発電機や、ガスを燃料とした電気分解による燃料電池等を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0080】
【図1】本発明の実施の形態におけるブロック図
【図2】本発明の実施の形態における電源切替器4の電源別の切替方法を説明する表を示す図
【図3】本発明の実施の形態におけるコージェネ装置負荷計算部12のフロー図
【図4】本発明の実施の形態における優先電源毎のコージェネレーション電力負荷の一例を示す図
【図5】本発明の実施の形態におけるコージェネ装置情報の一例を示す図
【図6】本発明の実施の形態におけるコージェネ動作情報の一例を示す図
【図7】本発明の実施の形態における最適稼動時刻演算部14のフロー図
【図8】本発明の実施の形態における最適稼動時刻演算部14の削減量を算出する際のフロー図
【図9】本発明の実施の形態における最適稼動時刻演算部14の削減量を算出する際のフロー図におけるStep31のフロー図
【図10】本発明の実施の形態における最適稼動時刻演算部14の削減量を算出する際のフロー図におけるStep33のフロー図
【図11】本発明の実施の形態における最適稼動時刻演算部14の削減量を算出するために、貯湯量を算出するさいのフロー図(図10)におけるStep504のフロー図
【図12】本発明の実施の形態における最適稼動情報の一例を示す図
【図13】本発明の実施の形態におけるCO2排出量を最小にする場合の予測電力負荷とシフト後電力負荷の一例を示す図
【図14】本発明の実施の形態における料金を最小にする場合の予測電力負荷とシフト後電力負荷の一例を示す図
【図15】従来におけるエネルギー需給方法のブロック図
【符号の説明】
【0081】
1 商用電源
2 太陽光発電装置
3 コージェネレーション装置
4 電源切替器
5 機器
6 通信ネットワーク
7 太陽光発電予測部
8 負荷予測部
9 情報表示部
10 ユーザ入力部
11 パラメータ取得部
12 コージェネ装置負荷計算部
13 コージェネ装置動作予測部
14 最適稼動時刻演算部
15 電源切替方法決定部




 

 


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