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JP5646205B2 - 消費電力管理システム、およびこれに利用される消費電力管理装置、消費電力管理方法、中央供給電力管理装置、供給電力管理方法 - Google Patents

消費電力管理システム、およびこれに利用される消費電力管理装置、消費電力管理方法、中央供給電力管理装置、供給電力管理方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、大型ビルや工場などの施設の消費電力を管理する消費電力管理システム、およびこれに利用される消費電力管理装置、消費電力管理方法、中央供給電力管理装置、供給電力管理方法に関する。
近年、温暖化の原因とされる二酸化炭素などの温室効果ガスを削減するため、ビルや工場などの施設において更なる省エネルギー化が求められている。これに伴って、発電時に温室効果ガスを排出しない太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入が加速している。
この再生可能エネルギーは、太陽光や風力など、自然環境の中で繰り返し起こる現象から取り出す自然エネルギーを活用するため、気象状況により発電量が減る等の変動が起こってしまうという欠点がある。
現在は火力発電などの出力で補うことによりその変動量を吸収しているが、再生可能エネルギーの導入比率が高まるにつれ、変動量を吸収しきれなくなることが懸念されている。
この変動量を吸収する他の手段として、蓄電池や予備発電機を利用することが考えられるが、蓄電池は単位蓄電量あたりのコストが高いという問題があり、予備発電機はアセットを保有するための費用がかかるとともに、起動した状態で待機する時にエネルギーを消費し非効率的であるという問題がある。
特開２００９−１７７８５８号公報 特開２００９−７７４９８号公報
そこで、再生可能エネルギーの変動量を吸収するための、経済的且つ環境設備負荷の低い手段として、デマンドレスポンスが考えられる。
デマンドレスポンスとは、再生可能エネルギーの変動量（特に発電量不足）を電力供給側で吸収しきれなくなったときに、電力を消費する設備負荷側（デマンド側）が供給電力量の変動に合わせて消費電力量を低減させる等の調整を行うことである。
この設備負荷側で動的に消費電力量を削減する制御はデマンド制御と呼ばれており、優先順位の低い設備負荷から選択的に遮断する選択設備負荷遮断が一般的である。
しかし、この従来のデマンド制御は、予め設定された契約電力量を超過しないように、設備負荷のＯＮ／ＯＦＦをデマンド側で制御するものであり、気象状態などにより限定的な時間範囲において再生可能エネルギーの供給量が少なくなるようなデマンドレスポンスに対応することができないという問題があった。
また、夏季昼間のように消費電力量の設備負荷が高くなるときには、電力系統運用者である電力会社からの電話連絡等により限定的な時間範囲において消費電力量を減らすようにビル管理者に通知し、これに基づいて設備負荷の制御が行われることが行われているが、このような手段では直前の通知によりビル管理者が経験的な判断で設備負荷の制御を行うことになり、ビル管理者への負担が大きく、また安定した制御ができないことがあるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、限定的な時間範囲における供給電力量の変動に対し、消費電力量を効率的に制御することが可能な消費電力管理システム、およびこれに利用される消費電力管理装置、消費電力管理方法、中央供給電力管理装置、供給電力管理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための実施形態によれば、管理対象の建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置と、前記建物ごとに設置され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理する消費電力管理装置とが、ネットワークを介して接続された消費電力管理システムにおいて、前記中央供給電力管理装置は、前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があるか否かを判断する供給電力量管理部と、前記供給電力量管理部において、前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があると判断されたときに、電力増減可能量取得要求を前記消費電力管理装置に送信する電力増減可能量取得要求部と、前記電力増減可能量取得要求部から電力増減可能量取得要求を送信したことにより、前記消費電力管理装置から送信された電力増減可能量情報を取得し、この電力増減可能量情報に基づいて各建物への電力増減要求量を決定し、それぞれの消費電力管理装置に通知するために送信する電力増減要求量通知部とを備え、前記消費電力管理装置は、前記中央供給電力管理装置から送信された電力増減可能量取得要求を取得すると、予め設定された将来の所定期間における、所定時間範囲ごとの、該当する対象の建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成し、前記中央供給電力管理装置に送信する電力増減可能量情報生成部と、前記電力増減可能量情報生成部から消費電力量の増減可能量情報を送信したことにより、前記中央供給電力管理装置から送信された電力増減要求量を取得し、この電力増減要求量に基づいて建物内の各設備負荷の動作制御量を決定し、該当する設備負荷を制御する設備負荷制御部とを備えることを特徴とする。
一実施形態による消費電力管理システムの構成を示す全体図である。 一実施形態による消費電力管理システムの中央供給電力管理装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態による消費電力管理システムの消費電力管理装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態による消費電力管理システムの動作を示すシーケンス図である。 一実施形態による消費電力管理システムの消費電力管理装置で生成された増減可能量情報の一例を示すグラフである。 一実施形態による消費電力管理システムにより低減された消費電力量の一例を示すグラフである。
〈一実施形態による消費電力管理システムの構成〉
本発明の一実施形態による消費電力管理システムの構成について、図１を参照して説明する。
本実施形態による消費電力管理システム１は、電力系統運用者である電力会社により運用され管理対象の各ビルへの供給電力量を管理する中央供給電力管理装置１０と、この中央供給電力管理装置１０にネットワーク２０を介して接続され、管理対象の複数のビルの空調設備や照明設備等の各設備負荷に関する消費電力を監視および制御する消費電力管理装置３０とを備える。
本実施形態においては、管理対象の建物がビルＡ〜Ｃであり、管理対象のビルＡの各設備負荷に関する消費電力を消費電力管理装置３０−１が監視および制御し、管理対象のビルＢの各設備負荷に関する消費電力を消費電力管理装置３０−２が監視および制御し、管理対象のビルＣの各設備負荷に関する消費電力を消費電力管理装置３０−３が監視および制御するものとする。
中央供給電力管理装置１０は、図２に示すように、供給電力量管理部１１と、電力増減可能量取得要求部１２と、通信部１３と、電力増減要求量通知部１４とを有する。
供給電力量管理部１１は、管理対象のビルＡ〜Ｃの過去の消費電力量、および太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーによる供給電力量を監視するとともに、火力、水力、原子力などの発電所の供給電力量を調整することにより、供給する電力の周波数や電圧を調整する。また中央供給電力管理装置１０は、管理している建物の消費電力量、再生可能エネルギー、および発電所の供給電力量に基づいて、消費電力量の増減を要求する必要があるか否かを判断する。
電力増減可能量取得要求部１２は、供給電力量管理部１１において消費電力量の増減を要求する必要があると判断されたときには、電力消費量の増減可能範囲に関する情報を取得するための電力増減可能量取得要求を生成し、ネットワーク２０を介して管理対象のビルＡ〜Ｃに設置された消費電力管理装置３０−１〜３０−３に送信する。
通信部１３は、ネットワーク２０を介して消費電力管理装置３０−１〜３０−３との通信を行う。
電力増減要求量通知部１４は、電力増減可能量取得要求部１２から電力増減可能量取得要求を送信したことにより、各消費電力管理装置３０−１〜３０−３から送信された電力増減可能量情報を取得し、この電力増減可能量情報に基づいて各ビルへの電力増減要求量を決定し、それぞれの消費電力管理装置３０−１〜３０−３に通知するために送信する。
消費電力管理装置３０−１〜３０−３は、図３に示すように、通信部３１と、電力増減可能量情報生成部３２と、設備負荷制御部３３とを有する。
通信部３１は、ネットワーク２０を介して中央供給電力管理装置１０との通信を行う。
電力増減可能量情報生成部３２は、中央供給電力管理装置１０から送信された電力増減可能量取得要求を取得すると、監視しているビル内の各設備負荷に関する翌日、または一週間後の日等、予め設定された将来の所定期間における所定時間範囲ごとの消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成し、中央供給電力管理装置１０に送信する。
設備負荷制御部３３は、電力増減可能量情報生成部３２から消費電力量の増減可能量情報を送信したことにより、中央供給電力管理装置１０から送信された電力増減要求量を取得し、この電力増減要求量に基づいてビル内の環境を適切に保つように各設備負荷の動作制御量を決定し、制御する。
〈一実施形態による消費電力管理システムの動作〉
次に、本実施形態により消費電力管理システム１において実行される動作について、図４のシーケンス図を参照して説明する。
まず、各消費電力管理装置３０−１〜３０−３において、過去に履歴等に基づいて管理対象のビルＡ〜Ｃの消費電力量が監視されるとともに、気象予報などの情報により太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーによる供給電力量の状態が監視される（Ｓ１）。
このとき、気象条件の変化により再生可能エネルギーの供給電力量の変化が予測されるとき、例えば気象予報により曇りや雨天になると予測され太陽光による発電量が低下することが予測されるときや、風が弱まると予測されることにより風力による発電量が低下することが予測されるときに、これらの供給電力量の低下分を、火力、水力、原子力などの発電所からの供給電力量で調整可能であるか否かにより、各ビルＡ〜Ｃにおける消費電力量の増減を要求する必要があるか否かが判断される（Ｓ２）。
ここで、各ビルＡ〜Ｃにおける消費電力量の削減を要求する必要があると判断されたときには、電力増減可能量取得要求部１２により電力消費量の増減可能範囲に関する情報を取得するための電力増減可能量取得要求が生成され、通信部１３およびネットワーク２０を介して管理対象のビルＡ〜Ｃに設置された消費電力管理装置３０−１〜３０−３に送信される（Ｓ３）。
消費電力管理装置３０−１〜３０−３では、中央供給電力管理装置１０から送信された電力増減可能量取得要求が受信されると、通信部３１を介して電力増減可能量情報生成部３２で取得される。
電力増減可能量情報生成部３２では、電力増減可能量取得要求が取得されると、予め設定された将来の所定期間における、ビル内の各設備負荷に関する所定時間範囲ごとの計画値に対する削減または増加可能な消費電力量を示した増減可能量情報が生成される（Ｓ４）。本実施形態においては、増減可能量情報は、翌日の２４時間分の増減可能量が、１時間ごとの情報として生成される。
電力増減可能量情報生成部３２において生成される増減可能量情報の一例を、図５に示す。
図５は、翌日の２４時間分に関し、１時間ごとのそれぞれの消費電力量の計画値を０としたときの増減可能量を示したグラフである。
この増減可能量は、各設備負荷の容量に基づく最大消費電力量と最低限の稼働に必要な最低消費電力量との差分の中で設定され、消費電力量の増減の必要度に応じて段階的に３つのレベルに分けて設定されている。
このうち、中央供給電力管理装置１０からの要求があればすぐに増減させることが可能な範囲をレベル１とし、設備負荷の動作制御の必要度が低く増減させる幅が小さいときにはこのレベルで増減させるものとする。また、このレベル１の増減量では要求に対応しきれないときに、増減させることが可能な範囲をレベル２とし、設備負荷の動作制御の必要度がレベル１のときよりも高いときにはこのレベルで増減させるものとする。このレベル２の増減量を加えてもなお要求に対応しきれないときに、増減させることが可能な範囲をレベル３とし、設備負荷の動作制御の必要度がレベル２のときよりもさらに高いときにはこのレベルで増減させるものとする。
電力増減可能量情報生成部３２において生成された増減可能量情報は、通信部３１を介して中央供給電力管理装置１０に送信される（Ｓ５）。
中央供給電力管理装置１０では、各消費電力管理装置３０−１〜３０−３から送信された増減可能量情報が受信されると、通信部１３を介して電力増減要求量通知部１４で取得される。
電力増減要求量通知部１４では、増減可能量情報が取得されると、この各ビルＡ〜Ｃの電力増減可能量情報と、ステップＳ２において増減が必要であると判断された消費電力量とに基づいて、各ビルＡ〜Ｃへの電力増減要求量が決定される（Ｓ６）。
このとき、管理対象のすべてのビルＡ〜Ｃに対して増減可能量を超えず、また、同じ必要度のレベルになるように電力増減要求量を決定することが好ましい。
電力増減要求量通知部１４において決定された電力増減要求量は、通信部１３を介してそれぞれ該当する消費電力管理装置３０−１〜３０−３に送信される（Ｓ７）。
消費電力管理装置３０−１〜３０−３では、中央供給電力管理装置１０から送信された電力増減要求量が受信されると、通信部３１を介して設備負荷制御部３３で取得される。
設備負荷制御部３３では、電力増減要求量が取得されると、この電力増減要求量に基づいて管理対象のビル内の環境を適切に保つように、各設備負荷の動作制御量が決定される（Ｓ８）。
そして、各設備負荷は設備負荷制御部３３で決定された動作制御量で制御され（Ｓ９）、中央供給電力管理装置１０からの要求に対応して消費電力量が増減されるように作動する。
このように、中央供給電力管理装置１０からの要求により制御された日の管理対象のビル内の設備負荷における消費電力量の変化を、図６に示す。
図６では、該当する日の当該設備負荷の消費電力量の計画値ｘを点線で示し、実際の消費電力量の実績値ｙを実線で示している。ここでは、中央供給電力管理装置１０からの要求により矢印分の消費電力量が削減されたことが示されている。
以上の本実施形態によれば、限定的な時間範囲における供給電力量の変動に対し、予め管理対象の建物ごとの消費電力量の増減可能量情報を取得し、これに基づいて複数の建物に対して公平に消費電力の増減要求を通知することができ、効率的に消費電力量を制御することができる。
（他の実施形態）
上述した本実施形態では、消費電力管理装置において、監視しているビル内の各設備負荷に関する翌日の２４時間分における、１時間ごとの消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成する場合について説明したが、これには限定されず、この増減可能量情報の生成対象期間を例えば当日の現在時から２４時までの時間、１週間後の日の２４時間、または翌日から１週間先までの１６８時間としたり、３０分ごとの消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成したりしてもよく、様々な期間、時間範囲に変更可能である。
また上述した本実施形態では、中央供給電力管理装置からの要求により消費電力量が削減された場合について説明したが、消費電力量が増加される場合にも適用することができる。例えば、発電量を急激に変動させることが困難な原子力発電において電力の供給が過剰となることが予測される場合に、管理対象の建物に対し中央供給電力管理装置から増加要求を出すときに適用されることが考えられる。
１…消費電力管理システム
１０…中央供給電力管理装置
１１…供給電力量管理部
１２…電力増減可能量取得要求部
１３…通信部
１４…電力増減要求量通知部
２０…ネットワーク
３０−１〜３０−３…消費電力管理装置
３１…通信部
３２…電力増減可能量情報生成部
３３…設備負荷制御部

Claims (7)

  1. 管理対象の建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置と、前記建物ごとに設置され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理する消費電力管理装置とが、ネットワークを介して接続された消費電力管理システムにおいて、
    前記中央供給電力管理装置は、
    前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があるか否かを判断する供給電力量管理部と、
    前記供給電力量管理部において、前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があると判断されたときに、電力増減可能量取得要求を前記消費電力管理装置に送信する電力増減可能量取得要求部と、
    前記電力増減可能量取得要求部から電力増減可能量取得要求を送信したことにより、前記消費電力管理装置から送信された電力増減可能量情報を取得し、この電力増減可能量情報に基づいて各建物への電力増減要求量を決定し、それぞれの消費電力管理装置に通知するために送信する電力増減要求量通知部と、
    を備え、
    前記消費電力管理装置は、
    前記中央供給電力管理装置から送信された電力増減可能量取得要求を取得すると、予め設定された将来の所定期間における、所定時間範囲ごとの、該当する建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成し、前記中央供給電力管理装置に送信する電力増減可能量情報生成部と、
    前記電力増減可能量情報生成部から消費電力量の増減可能量情報を送信したことにより、前記中央供給電力管理装置から送信された電力増減要求量を取得し、この電力増減要求量に基づいて建物内の各設備負荷の動作制御量を決定し、該当する設備負荷を制御する設備負荷制御部と、
    を備えることを特徴とする消費電力管理システム。
  2. 管理対象の建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置にネットワークを介して接続され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理するために前記建物ごとに設置された消費電力管理装置において、
    前記中央供給電力管理装置から送信された、消費電力量の増減を要求するための電力増減可能量取得要求を取得すると、予め設定された将来の所定期間における、所定時間範囲ごとの、該当する対象の建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成し、前記中央供給電力管理装置に送信する電力増減可能量情報生成部と、
    前記電力増減可能量情報生成部から消費電力量の増減可能量情報を送信したことにより、前記中央供給電力管理装置で決定された電力増減要求量を取得し、この電力増減要求量に基づいて建物内の各設備負荷の動作制御量を決定し、該当する設備負荷を制御する設備負荷制御部と、
    を備えることを特徴とする消費電力管理装置。
  3. 前記電力増減可能量情報生成部において増減可能量情報を生成するための、前記予め設定された将来の所定期間は、翌日の２４時間、当日の現在時から２４時までの時間、１週間後の日の２４時間、または翌日から１週間先までの１６８時間であり、前記所定時間範囲は、３０分範囲または１時間範囲である
    ことを特徴とする請求項２に記載の消費電力管理装置。
  4. 前記電力増減可能量情報生成部において生成される増減可能量情報は、消費電力量の増減の必要度に応じて段階的に複数のレベルに分けて設定される
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の消費電力管理装置。
  5. 管理対象の建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置にネットワークを介して接続され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理するために前記建物ごとに設置された消費電力管理装置が、
    前記中央供給電力管理装置から送信された、消費電力量の増減を要求するための電力増減可能量取得要求を取得すると、予め設定された将来の所定期間における、所定時間範囲ごとの、該当する対象の建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を生成し、前記中央供給電力管理装置に送信する電力増減可能量情報生成ステップと、
    前記電力増減可能量情報生成ステップにおいて消費電力量の増減可能量情報を送信したことにより、前記中央供給電力管理装置で決定された電力増減要求量を取得し、この電力増減要求量に基づいて建物内の各設備負荷の動作制御量を決定し、該当する設備負荷を制御する設備負荷制御ステップと、
    を有することを特徴とする消費電力管理方法。
  6. 管理対象の建物ごとに設置され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理する消費電力管理装置にネットワークを介して接続され、前記建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置において、
    前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があるか否かを判断する供給電力量管理部と、
    前記供給電力量管理部において、前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があると判断されたときに、電力増減可能量取得要求を前記消費電力管理装置に送信する電力増減可能量取得要求部と、
    前記電力増減可能量取得要求部から電力増減可能量取得要求を送信したことにより、前記消費電力管理装置において生成された、予め設定された将来の所定期間における、該当する建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を取得し、この電力増減可能量情報に基づいて各建物への電力増減要求量を決定し、それぞれの消費電力管理装置に通知するために送信する電力増減要求量通知部と、
    を備えることを特徴とする中央供給電力管理装置。
  7. 管理対象の建物ごとに設置され、各建物の設備負荷に関する消費電力を管理する消費電力管理装置にネットワークを介して接続され、前記建物への供給電力量を管理する中央供給電力管理装置が、
    前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があるか否かを判断する供給電力量管理ステップと、
    前記供給電力量管理ステップにおいて、前記建物へ消費電力量の増減を要求する必要があると判断されたときに、電力増減可能量取得要求を前記消費電力管理装置に送信する電力増減可能量取得要求ステップと、
    前記電力増減可能量取得要求ステップにおいて電力増減可能量取得要求を送信したことにより、前記消費電力管理装置において生成された、予め設定された将来の所定期間における、該当する建物の各設備負荷に関する消費電力量の計画値に対する増減可能量情報を取得し、この電力増減可能量情報に基づいて各建物への電力増減要求量を決定し、それぞれの消費電力管理装置に通知するために送信する電力増減要求量通知ステップと、を有することを特徴とする供給電力管理方法。
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