特許第6290717号(P6290717)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6290717
(24)【登録日】2018年2月16日
(45)【発行日】2018年3月7日
(54)【発明の名称】電力管理装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 3/00 20060101AFI20180226BHJP
   H02J 3/38 20060101ALI20180226BHJP
   G06Q 50/06 20120101ALI20180226BHJP
【FI】
   H02J3/00 130
   H02J3/00 170
   H02J3/00 180
   H02J3/38 130
   H02J3/38 160
   G06Q50/06
【請求項の数】6
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-115831(P2014-115831)
(22)【出願日】2014年6月4日
(65)【公開番号】特開2015-231273(P2015-231273A)
(43)【公開日】2015年12月21日
【審査請求日】2017年2月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】593063161
【氏名又は名称】株式会社NTTファシリティーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】石橋 拓
(72)【発明者】
【氏名】島陰 豊成
【審査官】 小池 堂夫
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−057262(JP,A)
【文献】 特開2014−021555(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 3/00
H02J 3/38
G06Q 50/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備であって、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から調達する電力値を定める電力管理装置であって、
前記気象条件に関する気象情報を取得する取得部と、
所定の気象情報と前記発電設備が発電する電力の値との関係に関する設備情報、および、前記所定の気象情報において前記発電設備が発電する電力の値の確率に関する発電情報が記憶された記憶部と、
前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づき、所定の信頼度よりも高い信頼度で前記発電設備から調達できる第1調達電力値と、前記所定の信頼度以下の信頼度で前記発電設備から調達できる第2調達電力値と、を求める演算部と、
が設けられ、
前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づいて得られる、前記発電設備が発電する電力の値の予測値および前記予測値を含んで分布する電力の値の確率分布において、
前記第1調達電力値は、前記所定の信頼度に対応する確率における電力値以下の値である第1電力値に関するものであり、
前記第2調達電力値は、前記所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率における電力値である第2電力値から前記第1電力値を引いた値に関するものであることを特徴とする電力管理装置。
【請求項2】
前記演算部は、時間を分割した複数の期間ごとに、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることを特徴とする請求項記載の電力管理装置。
【請求項3】
前記演算部は、前記取得部により前記気象情報を取得した後、前記複数の期間のそれぞれにおいて前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることを特徴とする請求項記載の電力管理装置。
【請求項4】
前記発電情報は、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であり、
前記演算部は、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求める時点からの経過時間に応じた前記発電情報を用いて前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることを特徴とする請求項記載の電力管理装置。
【請求項5】
前記複数の期間の長さは、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めた時点に近づくに伴い短くなることを特徴とする請求項またはに記載の電力管理装置。
【請求項6】
前記複数の期間の長さは同等であることを特徴とする請求項からのいずれか1項に記載の電力管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力管理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力小売自由化が始まったことにより、従来の電力会社の他にも特定規模電力事業者からも電力を調達することが可能となり、これまでよりも安価な種々の電力調達方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、天候や気温などの情報および発電機の特性情報に基づいて発電可能な量を予測するとともに、電力の需要量を予測し、両者の予測値に基づいて外部から調達する電力量を算出することにより、安価に電力を調達する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−050834号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年の環境保護意識の高まりにより、再生可能エネルギを用いた発電の促進が政策により図られている。例えば、再生可能エネルギを用いた発電に対して固定買い取り制度を設ける等により、再生可能エネルギに基づく電力(「グリーンパワー」とも表記する。)の普及が図られている。
【0005】
このような再生可能エネルギに基づく電力を利用することにより、安価に電力の調達を図ることも可能となる。例えば、太陽光発電により供給される電力を用いることにより、従来の電力会社から供給される電力や、特定規模電力事業者から供給される電力を用いる場合と比較して、安価に電力の調達を図ることができる。
【0006】
しかしながら、太陽光発電により供給される電力は、天候によって供給可能な電力量が大きく変動することが知られている。例えば、太陽光発電により供給される電力が予定されていた電力から減少した場合、従来の電力会社等から不足する電力を調達することになる。このように電力会社等から不足する電力を調達する場合、ペナルティ(割増料金)を支払って不足分の電力を調達することになり、安価な電力調達に反して調達費用が嵩むおそれがあった。
【0007】
特許文献1に記載されているように、天候の情報や発電機の情報に基づいて、発電可能な電力量を予測することにより、上述のようなペナルティの発生を予防する種々の方法も提案されている。しかしながら、ペナルティを支払う可能性は依然として存在しており、太陽光発電により供給される電力の利用には困難が伴うという問題があった。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、供給可能な電力量が変動する再生可能エネルギに基づく電力の利用を容易とする電力管理装置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】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の電力管理装置は、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備であって、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から調達する電力値を定める電力管理装置であって、前記気象条件に関する気象情報を取得する取得部と、所定の気象情報と前記発電設備が発電する電力の値との関係に関する設備情報、および、前記所定の気象情報において前記発電設備が発電する電力の値の確率に関する発電情報が記憶された記憶部と、前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づき、所定の信頼度よりも高い信頼度で前記発電設備から調達できる第1調達電力値と、前記所定の信頼度以下の信頼度で前記発電設備から調達できる第2調達電力値と、を求める演算部と、が設けられていることを特徴とする。
【0010】
本発明の電力管理装置によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第1調達電力値と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第2調達電力値と、が求められる。このように、上述の発電設備から調達する電力を、第1調達電力値と第2調達電力値とに区分けし、調達の信頼度が高い第1調達電力値を用いて需給計画を立てることにより、発電設備から調達する電力の減少を抑制しやすくなる。その一方で、信頼度が比較的低く計画的な利用に用いにくい第2調達電力値は、電力市場等への売電にあてることができる。
【0011】
上記発明においては、前記気象情報、前記設備情報および前記発電情報に基づいて得られる、前記発電設備が発電する電力の値の予測値および前記予測値を含んで分布する電力の値の確率分布において、前記第1調達電力値は、前記所定の信頼度に対応する確率における電力値以下の値である第1電力値に関するものであり、前記第2調達電力値は、前記所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率における電力値である第2電力値から前記第1電力値を引いた値に関するものであることが好ましい。
【0012】
このように、第1調達電力値および第2調達電力値を求める際に、発電設備が発電する予測値および確率分布を利用することにより、予測値および確率分布を利用しない場合と比較して、第1調達電力値および第2調達電力値を求めやすくなる。
【0013】
上記発明において前記演算部は、時間を分割した複数の期間ごとに、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることが好ましい。
このように複数の期間ごとに第1調達電力値および第2調達電力値を求めることにより、気象条件の変化に伴い発電設備で発電される電力値が変化する場合であっても、上述の期間ごとに変化を反映させた第1調達電力値および第2調達電力値を求めることができる。
【0014】
上記発明において前記演算部は、前記取得部により前記気象情報を取得した後、前記複数の期間のそれぞれにおいて前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることが好ましい。
【0015】
このように気象情報を取得した後に、複数の期間における第1調達電力値および第2調達電力値を求めることにより、期間ごとに気象情報を取得する場合と比較して、第1調達電力値および第2調達電力を求める演算処理量が削減される。
【0016】
上記発明において前記発電情報は、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であり、前記演算部は、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求める時点からの経過時間に応じた前記発電情報を用いて前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めることが好ましい。
【0017】
このように第1調達電力値および第2調達電力値を求めた時点からの経過時間に応じた発電情報を用いることにより、第1調達電力値の信頼度の低下を抑制できる。つまり、第1調達電力値および第2調達電力値を求めた時点からの経過時間が長くなるに伴い、発電設備が発電する電力の値が変動する範囲が広がり確率の分布が変化する。この変化を考慮して第1調達電力値および第2調達電力値を求めることにより、第1調達電力値の信頼度を保ち易くなる。
【0018】
上記発明において前記複数の期間の長さは、前記第1調達電力値および前記第2調達電力値を求めた時点に近づくに伴い短くなることが好ましい。
このように複数の期間の長さを変更することにより、発電設備が発電する電力の値が変動する範囲が狭い期間が細かく設定されることになり、第1調達電力値の信頼度をより高めやすくなる。
【0019】
上記発明において前記複数の期間の長さは、同等であることが好ましい。
このように複数の期間の長さを同等にすることにより、異なる長さの期間を用いる場合と比較して、第1調達電力値および第2調達電力を求める演算処理量が削減される。
【発明の効果】
【0020】
本発明の電力管理装置によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する発電設備から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第1調達電力値と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第2調達電力値と、を求めることにより供給可能な電力量が変動する再生可能エネルギに基づく電力の利用を容易とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本発明の一実施形態である電力管理装置の構成を説明する摸式図である。
図2図1の演算部における発電量を推定するモデルを説明する模式図である。
図3】演算部による推定された発電量と第1調達電力量および第2調達電力量との関係を説明するグラフである。
図4】推定された発電量と第1調達電力量および第2調達電力量との他の関係を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
この発明の一実施形態に係る電力管理装置について、図1から図4を参照しながら説明する。
本実施形態では、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備が太陽光発電設備30であり、電力管理装置1は、負荷設備40が太陽光発電設備30から調達する電力量を求めるとともに、調達する電力量を管理するものである例に適用して説明する。なお、再生可能エネルギに基づいて電力を供給する発電設備は、上述のように太陽光発電設備30であってもよいし、風力発電設備であってもよいし、気象条件によって発電する電力が変動する発電設備であればよく、その種類を特に限定するものではない。
【0023】
電力管理装置1は、図1に示すように、負荷設備40が太陽光発電設備30から調達する電力量を管理するものであり、かつ、太陽光発電設備30から電力市場50へ売電する電力量を管理するものでもある。
【0024】
売電する先は、上述のように電力市場50であってもよいし、他の負荷設備であってもよく、売電先を限定するものではない。さらに、売電する代わりに二次電池などの充電手段により電力を蓄えてもよく、電力の用途を限定するものでもない。
【0025】
電力管理装置1は、CPU(中央演算処理ユニット)、ROM、RAM、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ROM等に記憶されている制御プログラムは、CPUを演算部11として機能させるものであり、入出力インタフェース等を取得部12および出力部13として機能させるものであり、ハードディスク等を記憶部14として機能させるものである。
【0026】
取得部12は、インターネット等の情報通信網2を介して気象サーバ20と接続されるものであり、気象サーバ20から気象条件に関する気象情報を取得するものである。取得部12により取得される気象情報としては、太陽光発電設備30が設置位置を含む地域についての天気予報文字データや、GPVデータ(Grid Point Value データ)や、衛星画像や、天空画像などを例示することができる。
【0027】
記憶部14は、所定の気象情報において太陽光発電設備30が発電する電力量を表す設備情報のデータベース、および、所定の気象条件において太陽光発電設備30が発電する電力値の確率を表す発電情報のデータベースが記憶されたものである。
【0028】
設備情報は、例えば所定の日射量が得られた場合に太陽光発電設備30が発電する発電量と当該日射量との対応関係を示す情報であり、太陽光発電設備30ごとに固有な情報である。発電情報は、例えば同一の日射量が得られた場合であっても、太陽光発電設備30に生じる発電量のばらつきを表すものであり、ばらついたそれぞれの発電量が出現する確率を示す情報である。発電情報は、予め推定されたものを用いてもよいし、太陽光発電設備30を運用することにより蓄積される発電実績に基づいて逐次更新されるものであってもよい。
【0029】
演算部11は、第1調達電力量(第1調達電力値)P1と、第2調達電力量(第2調達電力値)P2と、を求めるものであり、求めた第1調達電力量P1および第2調達電力量P2に基づいて、太陽光発電設備30で発電された電力の供給先および供給量を管理するものである。なお、演算部11における第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める具体的な説明は後述する。
【0030】
出力部13は、太陽光発電設備30に対して発電された電力の供給先や、供給量を制御する制御信号を出力するものである。出力部13はインターネット等の情報通信網を介して太陽光発電設備30に接続されていてもよいし、専用回線を介して接続されていてもよく、特に制御信号を伝達する伝達手段の形式を限定するものではない。
【0031】
次に、上記の構成からなる電力管理装置1における電力量の管理方法について図2および図3を参照しながら説明する。
まず、電力管理装置1は取得部12を用いて気象サーバ20から、数値気象モデル、衛星画像、および天空画像を取得する。数値気象モデルは、天気予報文字データおよびGPVデータを含むものである。さらに取得部12は、太陽光発電設備30に設置されている日射量を測定する日射センサ31から日射データを取得する。
【0032】
演算部11は、図2に示すように間接予測、または、直接予測により太陽光発電設備30により発電される発電量を予測する演算を行う。まず、間接予測による演算について説明する。演算部11は、取得した数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データと、推定変換モデルCM1と、に基づいて、今後の日射を予測する演算を行う。
【0033】
その後、演算部11は、記憶部14から設備情報および発電情報を取得し、取得した設備情報および発電情報と、求められた日射予測と、推定変換モデルCM2と、に基づいて太陽光発電設備30により発電される発電量の予測を行う。
【0034】
直接予測による演算の場合、演算部11は、今後の日射予測を算出することなく、直接、太陽光発電設備30により発電される発電量の予測を行う。具体的には、取得した数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データと、推定変換モデルCM1と、設備情報および発電情報と、推定変換モデルCM2と、に基づいて太陽光発電設備30により発電される発電量の予測を行う。
【0035】
次に、演算部11により予測される発電量について図3を参照しながら説明する。図3は横軸が時間の経過を示し、縦軸が太陽光発電設備30による発電された電力値、または、太陽光発電設備30から調達される電力値を示している。そのため、電力量は図3において面積として示される。
【0036】
演算部11が、数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データや、設備情報などに基づいて推定する太陽光発電設備30により発電される電力値の予測値は、例えば、図3の曲線FCで示すようになる。また、太陽光発電設備30が発電できる電力値の理論的な最大値は、例えば、図3の曲線MXで示すようになる。
【0037】
演算部11が、数値気象モデル、衛星画像、天空画像および日射データや、発電情報などに基づいて算出する太陽光発電設備30により発電される電力値のバラツキの範囲は、例えば、図3の領域VBで示すようになる。領域VBの上限は上述の曲線MXであり、下限は曲線MNである。曲線MNは、例えば、電力値のバラツキの範囲において最も値が低い電力値を示すものである。
【0038】
領域VBは、言い換えると、太陽光発電設備30により発電される電力値が出現する確率分布を示すものでもある。確率分布は、予測値である曲線FCの近傍に係る電力値の出現確率が最も高く、曲線FCから図3の上方向や下方向に離れるに伴い、その位置に係る電力値の出現確率が低下する分布となっている。本実施形態では、曲線MNが後述する所定の信頼度に対応する確率を示すものである例に適用して説明する。
【0039】
その一方で、図3の横軸と曲線MNとに挟まれる領域RBは、太陽光発電設備30により発電される電力値のバラツキの影響を受ける可能性が低いことを示す領域であり、領域RBに含まれる電力値を供給できる信頼度が、所定の信頼度よりも高いことを示す領域である。また、領域VBは、電力値を供給できる信頼度が、所定の信頼度以下であることを示す領域である。なお所定の信頼度は、予め定められた値であってもよいし、太陽光発電設備30の運用実績に基づいて値を新たに設定するものであってもよく、その数値を特に限定するものではない。
【0040】
演算部11は、上述の図3の内容を利用して第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める演算処理を行う。ここでは、太陽光発電設備30において発電が行われる期間を均等な長さの複数の期間に分割して、それぞれの期間において第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める例に適用して説明する。複数の期間の長さとしては、30分などの分単位で区切られる長さであってもよいし、1時間などの時間単位で区切られる長さであってもよい。
【0041】
上述のように区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、演算部11は、第1調達電力量P1が領域RBに含まれるように設定する演算処理を行う。さらに、第1調達電力量P1に上乗せされた第2調達電力量P2の上端が、領域VBの内部に収まるように、より好ましくは曲線FCと曲線MNとの間に収まるように設定する演算処理を行う。
【0042】
例えば、演算部11は、所定の期間における曲線MN(言い換えると、所定の信頼度に対応する確率)に対応する電力値以下の値である第1電力値PV1を求め、この第1電力値PV1および所定の期間の長さに基づいて、第1調達電力量P1を求める。また、所定の信頼度よりも信頼度が低い他の信頼度に対応する確率に対応する電力値である第2電力値PV2を求める。そして第2電力値PV2から第1電力値PV1を引いた値、および、所定の期間の長さに基づいて、第2調達電力量P2を求める。
【0043】
なお上述のように、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を別々に設定してもよいし、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2の合計の電力量を設定した後に、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2の値を設定してもよく、設定方法を特に限定するものではない。
【0044】
上述のように設定が行われると演算部11は、出力部13を介して、太陽光発電設備30に対して第1調達電力量P1を負荷設備40へ供給する制御信号、および、第2調達電力量P2を電力市場50へ売電する制御信号を出力する処理を行う。
【0045】
上記の構成の電力管理装置1によれば、気象条件によって発電する電力の値が変動する太陽光発電設備30から所定の信頼度よりも高い信頼度で調達できる第1調達電力量P1と、所定の信頼度以下の信頼度で調達できる第2調達電力量P2と、が求められる。このように、上述の太陽光発電設備30から調達する電力を、第1調達電力量P1と第2調達電力量P2とに区分けし、調達の信頼度が高い第1調達電力量P1を用いて需給計画を立てることにより、太陽光発電設備30から調達する電力の減少を抑制しやすくなる。その一方で、信頼度が比較的低く計画的な利用に用いにくい第2調達電力量P2は、電力市場50等への売電にあてることができる。そのため、供給可能な電力量が変動する太陽光発電設備30から供給される電力の利用を容易とすることができる。
【0046】
第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める際に、太陽光発電設備30が発電する予測値および確率分布を利用することにより、予測値および確率分布を利用しない場合と比較して、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めやすくなる。
【0047】
複数の期間ごとに第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めることにより、気象条件の変化に伴い太陽光発電設備30で発電される電力値が変化する場合であっても、上述の期間ごとに変化を反映させた第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めることができる。
【0048】
気象情報を取得した後に、複数の期間における第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めることにより、期間ごとに気象情報を取得する場合と比較して、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める演算処理量が削減することができる。
【0049】
複数の期間の長さを同等にすることにより、異なる長さの期間を用いる場合と比較して、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求める演算処理量が削減することができる。
【0050】
なお、上述の実施形態では、発電情報が第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めた時点からの経過時間とは無関係の確率に関する情報である例に適用して説明したが、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めた時点からの経過時間の長さに応じて異なる確率に関する情報であってもよい。
【0051】
このように第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めた時点からの経過時間に応じた発電情報を用いることにより、第1調達電力量P1の信頼度の低下を抑制できる。つまり、第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めた時点からの経過時間が長くなるに伴い、太陽光発電設備30が発電する電力の値が変動する範囲が広がり確率の分布が変化する。この変化を考慮して第1調達電力量P1および第2調達電力量P2を求めることにより、第1調達電力量P1の信頼度を保ち易くなる。
【0052】
また、上述の実施形態のように、区切られた複数の期間が均等な時間長さであってもよいし、図4に示すように、異なる時間長さを有するように区切られたものであってもよい。具体的には、第1調達電力値および第2調達電力値を求めた時点Tに近づくに伴い、期間の長さが短くなってもよい。
【0053】
このように複数の期間の長さを変更することにより、太陽光発電設備30が発電する電力の値が変動する範囲が狭い期間が細かく設定されることになり、第1調達電力量P1の信頼度をより高めやすくなる。
【0054】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態においては、電力管理装置1と太陽光発電設備30とが別々に設置され、かつ、情報通信網2などを介して接続されている例に適用して説明したが、電力管理装置1と太陽光発電設備30とが別々に設置されているものに限られることなく、両者が一体に設置されているものにも適用することができる。
【符号の説明】
【0055】
1…電力管理装置、11…演算部、12…取得部、14…記憶部、30…太陽光発電設備(発電設備)、P1…第1調達電力量(第1調達電力値)、P2…第2調達電力量(第2調達電力値)
図1
図2
図3
図4