特開 2024-57342 デマンド制御装置、水素製造システムおよびデマンド制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024057342

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】デマンド制御装置、水素製造システムおよびデマンド制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/46 20060101AFI20240417BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

H02J3/46

H02J3/38 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164013

(22)【出願日】2022-10-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田丸 慎悟

(72)【発明者】

【氏名】久保田 和人

(72)【発明者】

【氏名】秋葉 剛史

(72)【発明者】

【氏名】山根 史之

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066HA15

5G066HB02

5G066HB08

5G066JA07

5G066JB10

5G066KA01

5G066KB01

5G066KC01

(57)【要約】

【課題】再生可能エネルギー電力を用いた水素製造プラントの契約電力からの超過量を抑制する。
【解決手段】実施形態によればデマンド制御装置１００は、水素製造計画値、水素製造装置の電力負荷の実績値、授受電力の実績値および最大受電電力量を含む授受電力に関する条件を含む入力情報を受け入れる入力部と、これらを記憶する記憶部と、所定の電力量と授受電力の実績値を用いて第１制御指令演算値を出力する第１制御目標指令値演算部１４１と、水素製造計画値と水素製造量の実績値を用いて第２制御指令演算値を出力する第２制御目標指令値演算部１４２と、最大受電電力量の条件の遵守程度を規定する安全率を算出する安全率演算部１４５と、第１制御指令演算値、第２制御指令演算値および安全率に基づいて水素製造装置の電力負荷指令値を算出する指令値演算部１４６を具備する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部の電力系統に接続されて、再生可能エネルギー発電装置、水素製造計画値が与えられた水素製造装置、および前記電力系統との授受電力を測定する取引用電力計を備えた水素製造プラントの前記水素製造装置の電力負荷を制御するデマンド制御装置であって、
前記水素製造計画値と、前記水素製造装置の前記電力負荷の実績値と、前記取引用電力計による前記授受電力の実績値と、最大受電電力量を含む前記授受電力に関する条件とを含む入力情報を受け入れる入力部と、
前記入力部で受け入れた前記入力情報を記憶する記憶部と、
所定の電力量を目標値とし前記授受電力の実績値をフィードバック信号として制御演算により第１制御指令演算値を算出する第１制御目標指令値演算部と、
前記水素製造計画値を目標値とし前記水素製造装置による水素製造量の実績値をフィードバック信号として制御演算により第２制御指令演算値を算出する第２制御目標指令値演算部と、
前記最大受電電力量の条件の遵守程度を規定する安全率を算出する安全率演算部と、
前記第１制御指令演算値、前記第２制御指令演算値および前記安全率に基づいて、前記水素製造装置の電力負荷指令値を算出する指令値演算部と、
を具備することを特徴とするデマンド制御装置。

【請求項2】

前記安全率は、０より大きく１以下の範囲の値をもち、
前記指令値演算部は、前記安全率による前記第１制御指令演算値と前記第２制御指令演算値との内挿値である中間値とに基づいて前記電力負荷指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項3】

前記指令値演算部は、前記の算出した値をさらに前記第２制御指令演算値と比較し、小さい側の値を前記電力負荷指令値として出力することを特徴とする請求項２に記載のデマンド制御装置。

【請求項4】

前記記憶部は、前記電力負荷指令値の上限値である電力負荷指令上限値を記憶し、
前記指令値演算部は、算出された前記電力負荷指令値が前記電力負荷指令上限値を超える場合は、算出された前記電力負荷指令値に代えて前記電力負荷指令上限値を前記電力負荷指令値として出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項5】

前記記憶部は、前記電力負荷指令値の上限値である電力負荷指令上限値を記憶し、
前記指令値演算部は、前記電力負荷指令上限値に前記安全率を乗じた値と、前記第２制御指令演算値との小さい側の値を前記電力負荷指令値として出力する、
ことを特徴とする請求項２に記載のデマンド制御装置。

【請求項6】

前記第２制御目標指令値演算部は、前記水素製造計画値に対して不足する分をその後の制御目標値に加算する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項7】

前記入力部は、前記最大受電電力量からのマージン分の電力をさらなる入力として受け入れ、
前記第１制御目標指令値演算部は、前記マージン分の電力を用いて、前記第１制御指令演算値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項8】

前記入力部は、再生可能エネルギー発電装置によるＰＶ発電量に関する予測値または前記予測値の信頼区間情報をさらなる入力として受け入れ、
前記安全率演算部は、前記予測値または前記信頼区間情報を用いて、前記安全率を演算する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項9】

前記水素製造プラントは、電力を消費する負荷設備をさらに備え、
前記記憶部は、前記負荷設備の消費電力を予測するための負荷設備モデルを記憶する負荷設備モデル記憶部をさらに有し、
前記デマンド制御装置は、
前記負荷設備モデルを用いて前記負荷設備の消費電力を予測する負荷設備消費電力予測部をさらに有し、
前記指令値演算部は、前記負荷設備の消費電力の予測値を用いて、前記水素製造装置への前記電力負荷指令値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項10】

前記デマンド制御装置は、前記電力系統との電力授受条件の順守への影響の可能性が大きな前記負荷設備の起動、停止について、その影響を回避するように指示を出力する負荷設備起動停止計画確認部をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のデマンド制御装置。

【請求項11】

前記水素製造量の実績値が、当該１日の終了予定時刻となっても前記水素製造計画値に達しない場合に、前記終了予定時刻の延長時間を算出る延長残り時間演算部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項12】

前記水素製造プラントの所定の期間の運用コストを算出する運用コスト演算部と、
前記運用コストが最小となる、前記再生可能エネルギー発電装置の容量、前記最大受電電力量の条件の少なくとも１つの値を最適化する最適化演算部と、
をさらに具備ずることを特徴とする請求項１に記載のデマンド制御装置。

【請求項13】

請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の水素製造プラントと、
請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載のデマンド制御装置と、
を備えることを特徴とする水素製造システム。

【請求項14】

外部の電力系統に接続されて、再生可能エネルギー発電装置、水素製造計画値が与えられた水素製造装置、および前記電力系統との授受電力を測定する取引用電力計を備えた水素製造プラントの前記水素製造装置の電力負荷を制御するデマンド制御方法であって、
入力部が、前記水素製造計画値と、前記水素製造装置の前記電力負荷の実績値と、前記取引用電力計による前記授受電力の実績値と、前記授受電力に関する条件としての最大受電電力量とを含む入力情報を受け入れ記憶部が記憶するステップと、
第１制御目標指令値演算部が、所定の電力量を目標値とし前記授受電力の実績値をフィードバック信号として制御演算により第１制御指令演算値を出力するステップと、
第２制御目標指令値演算部が、前記水素製造計画値を目標値とし前記水素製造装置による水素製造量の実績値をフィードバック信号として制御演算により第２制御指令演算値を出力するステップと、
安全率演算部が、前記最大受電電力量の条件の遵守程度を規定する安全率を算出するステップと、
指令値演算部が、前記第１制御指令演算値、前記第２制御指令演算値および前記安全率に基づいて、前記水素製造装置の電力負荷指令値を算出するステップと、
を有することを特徴とするデマンド制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、デマンド制御装置およびデマンド制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギー（以下、「再エネ」とよぶ場合がある）を活用した水素製造プラントにおいて、運用コストとして電気料金が大きな割合を占める。ここで、電気料金に関して、従量料金は電力系統から受電した電力量の分を支払い、基本料金は、たとえば、１年間における３０分電力量の最大値（以下、契約電力とする）をもとに契約した料金を支払う。ここで、たとえば、水素需要の都合で水素製造量が少ない場合や、再エネの発電量が非常に多い場合は、１か月間ほとんど電力系統から受電しない場合も考えられるが、この場合でも基本料金として契約電力に相当する料金を支払う必要がある。このため、水素製造プラントの運用コストを低減するためには、なるべく小さな契約電力とすることが望ましい。ただし、１度でも３０分電力量が契約電力を超過してしまうと、その分のペナルティの支払いや、翌月以降の契約電力も増加する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－９６７０９号公報

【特許文献2】特許第７１３４０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

再エネを活用した水素製造プラントでは、再エネの発電電力を有効利用しながら、需要分の水素を製造する必要がある。所定期間（例えば、１日）で製造する水素量の目標がある一方で、急激に再エネの発電電力が減少した場合は、３０分電力量が契約電力を超過することが考えられる。したがって、再エネの発電電力を有効利用して水素を製造することを前提としつつ、再エネの発電電力の変動などを考慮しながら、できるだけ３０分電力量が契約電力を超過しないように水素製造量を制御することが求められる。

【0005】

本発明の目的は、再生可能エネルギーによる発電電力を用いた水素製造プラントについて、契約電力からの超過量を抑制可能なデマンド制御装置およびデマンド制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るデマンド制御装置は、外部の電力系統に接続されて、再生可能エネルギー発電装置、水素製造計画値が与えられた水素製造装置、および前記電力系統との授受電力を測定する取引用電力計を備えた水素製造プラントの前記水素製造装置の電力負荷を制御するデマンド制御装置であって、前記水素製造計画値と、前記水素製造装置の前記電力負荷の実績値と、前記取引用電力計による前記授受電力の実績値と、最大受電電力量を含む前記授受電力に関する条件とを含む入力情報を受け入れる入力部と、前記入力部で受け入れた前記入力情報を記憶する記憶部と、所定の電力量を目標値とし前記授受電力の実績値をフィードバック信号として制御演算により第１制御指令演算値を算出する第１制御目標指令値演算部と、前記水素製造計画値を目標値とし前記水素製造装置による水素製造量の実績値をフィードバック信号として制御演算により第２制御指令演算値を算出する第２制御目標指令値演算部と、前記最大受電電力量の条件の遵守程度を規定する安全率を算出する安全率演算部と、前記第１制御指令演算値、前記第２制御指令演算値および前記安全率に基づいて、前記水素製造装置の電力負荷指令値を算出する指令値演算部と、を具備することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る水素製造システムの構成を示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施形態に係るデマンド制御装置の作用を示す制御ブロック図である。

【図4】第１の実施形態の変形例に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】第１の実施形態に係るデマンド制御方法の手順を示すフロー図である。

【図6】第２の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図7】第３の実施形態に係る水素製造システムの構成を示すブロック図である。

【図8】第３の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図9】第４の実施形態に係る水素製造システムの構成を示すブロック図である。

【図10】第４の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図11】第５の実施形態に係る水素製造システムの構成を示すブロック図である。

【図12】第５の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図13】第６の実施形態に係るデマンド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図14】第６の実施形態に係るデマンド制御方法の手順を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るデマンド制御装置、水素製造システムおよびデマンド制御方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0009】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る水素製造システム４０の構成を示すブロック図である。

【0010】

水素製造システム４０は、水素製造プラント１０、水素製造計画装置４１およびデマンド制御装置１００を備える。

【0011】

水素製造プラント１０は、再生可能エネルギー発電装置１１、水素製造装置２１および所内母線３１を有する。

【0012】

再生可能エネルギー発電装置１１は、例えば太陽光発電や風力発電などによる発電装置である。再生可能エネルギー発電装置１１で生成された電力は、所内母線３１に供給される。本実施形態においては、再生可能エネルギー発電装置１１は太陽光や風力などの環境条件にしたがって生成されたままで、パワーコンディショナー（図示しない）等により出力を抑制されることなく所内母線３１に供給される場合を例にとって示している。

【0013】

水素製造装置２１は、電力負荷として、所内母線３１より電力を供給されて、水電解により水素を製造する。水素製造装置２１は、デマンド制御装置１００からの電力負荷指令値に基づいて水素製造を行う。すなわち、水素製造装置２１は、それ自身の制御装置を有しており、その制御装置が受け入れた電力負荷指令値を水素製造量指令値に換算することにより、水素製造装置２１はその水素製造量指令値に基づいて水素製造を行う。また、水素製造装置２１は、水素製造による水素製造実績値を出力する。

【0014】

所内母線３１は、外部の電力系統１と接続されており、外部の電力系統１との電力の授受が可能である。なお、電力系統１との授受電力を測定するために取引用電力計１ａが設けられている。なお、図１では、電力系統１と所内母線３１との間に設けられる遮断器や変圧器等の図示を省略している。

【0015】

水素製造計画装置４１は、水素製造プラント１０の水素製造の予定を計画し、水素製造計画値を出力する。

【0016】

デマンド制御装置１００は、水素製造計画装置４１による水素製造計画値、取引用電力計１ａによる授受電力の測定値、および水素製造装置２１からの水素製造実績値を入力情報として受け入れて、水素製造プラント１０の電力系統１からの受電電力の、契約電力からの超過量を抑制する。また、図示していないが、必要に応じて、再生エネルギー発電装置１１の出力の実績値を入力情報として受け入れる。

【0017】

図２は、第１の実施形態に係るデマンド制御装置１００の構成を示すブロック図である。

【0018】

ここで、デマンド制御装置１００の構成を説明する前に、時間に関して用いる指標について定義しておく。まず、電力系統１との電力の授受に関連する指標として、たとえば、１日、すなわち０時０分から２４時０分までを複数に分割した分割単位時間の時間幅を分割単位時間幅Ｔと呼ぶものとする。たとえば１日を４８に分割した場合は、その分割単位時間幅Ｔである３０分を１コマと呼ぶ。また、１日における分割単位時間の総数をＭ（Ｍ＝１日／Ｔ）、１日におけるある分割単位時間の順番をｍ（ｍ＝１～Ｍ）と表記する。

【0019】

また、演算に関する指標として、分割単位時間幅Ｔの中で、各演算時刻ｔの間隔（演算ステップの間隔）を演算ステップ幅と呼びΔｔで表す。演算ステップ幅Δｔはたとえば１分であり、この場合、分割単位時間幅Ｔが３０分であれば、分割単位時間幅Ｔにおいて３０ステップの演算がなされることになる。また、分割単位時間Ｔにおける演算ステップの総数をＮ（Ｎ＝Ｔ／Δｔ）、分割単位時間Ｔにおけるある演算ステップの順番をｎ（ｎ＝１～Ｎ）、時刻を時刻tと表記する。たとえば、分割単位時間幅Ｔが３０分、演算ステップ幅Δｔが１分であれば、Ｎは３０、ｎは１ないし３０となる。また、デマンド制御装置１００が連続して制御を実行する期間を、制御期間と呼ぶものとする。制御期間はたとえば、１年である。

【0020】

デマンド制御装置１００は、入力部１１０、記憶部１２０、演算部１４０および出力部１６０を具備する。

【0021】

入力部１１０は、入力情報として、水素製造計画装置４１による水素製造計画値、取引用電力計１ａによる授受電力の測定値および水素製造装置２１からの水素製造実績値を受け入れる。また、入力部１１０は、授受電力の条件として最大受電電力量を遵守すべき時間帯およびそれぞれの時間帯において遵守すべき最大受電電力量Ｇｍａｘ、再生可能エネルギー発電装置１１の容量、演算部１４０での制御演算のためＰＩＤ定数および制御期間などの制御パラメータを入力情報として受け入れる。なお、入力部１１０は、以上の情報を含んで、さらに他の情報を入力情報として受け入れもよい。なお、最大受電電力量は、たとえば、分割単位時間幅Ｔにわたる受電電力の合計値（積分値）として与えられる。

【0022】

記憶部１２０は、実績値記憶部１２１、最大受電電力量記憶部１２２、制御パラメータ記憶部１２４、水素製造計画記憶部１２５、および演算結果記憶部１２６を有する。

【0023】

実績値記憶部１２１は、入力部１１０が受け入れた取引用電力計１ａによる授受電力の測定値および水素製造装置２１からの水素製造実績値などの実績値に関する情報を収納、記憶する。

【0024】

最大受電電力量記憶部１２２は、入力部１１０が受け入れた授受電力に関する条件としての最大受電電力量および遵守すべき時間帯を収納、記憶する。ここで、分割単位時間幅に亘る最大受電電力量を、以下では、最大受電電力量Ｇｍａｘと表す。

【0025】

制御パラメータ記憶部１２４は、入力部１１０が受け入れた制御演算のための制御パラメータを収納、記憶する。

【0026】

水素製造計画記憶部１２５は、入力部１１０が受け入れた水素製造計画装置４１による水素製造計画値を収納、記憶する。

【0027】

演算結果記憶部１２６は、演算部１４０の各要素がそれぞれ演算した結果を収納、記憶する。

【0028】

演算部１４０は、第１制御目標指令値演算部１４１、第２制御目標指令値制御演算部１４２、安全率演算部１４５、指令値演算部１４６、延長残り時間演算部１４７、および判定部１５５を有する。

【0029】

第１制御目標指令値演算部１４１は、所定の電力量を目標値とし授受電力の実績値をフィードバック信号として制御演算を行い、第１制御指令演算値を算出する。第１制御目標指令値演算部１４１の詳細は、後に図３を引用しながら説明する。

【0030】

第２制御目標指令値制御演算部１４２は、水素製造計画値を目標値とし水素製造プラント１０による水素製造量の実績値をフィードバック信号として制御演算を行い、第２制御指令演算値を算出する。第２制御目標指令値演算部１４１の詳細は、後に図３を引用しながら説明する。

【0031】

安全率演算部１４５は、最大受電電力量の条件の遵守程度を規定する安全率ｓａｆｅを算出する。安全率Ｓａｆｅは、０以上１以下の値を有する。安全率Ｓａｆｅが１に近いほど最大受電電力量Ｇｍａｘの条件の遵守程度が大きくなる。安全率Ｓａｆｅが１の場合は、受電電力が最大受電電力量Ｇｍａｘの条件を完全に満たすように、水素製造が抑制される。安全率Ｓａｆｅは各時刻で算出されてもよく、この場合、安全率ｓａｆｅ（ｔ）で表す。

【0032】

指令値演算部１４６は、第１制御目標指令値演算部１４１が算出した第１制御指令演算値、第２制御目標指令値演算部１４１が算出した第２制御指令演算値、および安全率演算部１４５が算出した安全率ｓａｆｅに基づいて、水素製造プラント１０の水素製造装置２１の電力負荷の指令として、電力負荷指令値を算出する。

【0033】

延長残り時間演算部１４７は、ある１日についてみたときに、水素製造計画装置４１による水素製造計画では、たとえば当該日の１８時が水素製造の終了予定時刻であったとする。一方、最大受電電力量の条件により、当該日の水素製造量の実績が、終了予定時刻となっても予定された水素製造量に達しない場合がある。このような場合に、延長残り時間演算部１４７は、終了予定時刻の１８時をどの程度延長すれば予定された水素製造量に達するかの延長時間を算出する。

【0034】

判定部１５５は、制御演算期間の終了の有無を判定する。

【0035】

出力部１６０は、指令値出力部１６１、および表示部１６２を有する。指令値出力部１６１は、指令値演算部１４６により算出された電力負荷指令値を、水素製造プラント１０の水素製造装置２１に出力する。表示部１６２は、入力部１１０が受け入れた入力情報、あるいは、演算結果記憶部１２６に収納されている演算結果を表示する。

【0036】

なお、入力部１１０ならびに出力部１６０の表示部１６２は、たとえば対話型であって要求に応じて必要な指示や情報が表示されるものでもよい。

【0037】

図３は、第１の実施形態に係るデマンド制御装置１００の作用を示す制御ブロック図である。図３は、デマンド制御装置１００における演算部１４０の第１制御目標指令値演算部１４１および第２制御目標指令値制御演算部１４２の構成、これらと、安全率演算部１４５および指令値演算部１４６の関係を示している。

【0038】

第１制御目標指令値演算部１４１は、第１制御目標値演算部１４１ａおよび第１制御演算部１４１ｂを有する。

【0039】

第１制御目標値演算部１４１ａは、分割単位時間幅Ｔに亘る最大受電電力量Ｇｍａｘを用いて、分割単位時間幅Ｔの中の各演算時刻ｔにおける第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を次の式（１）により第１制御指令演算値を算出する。なお、第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）は、分割単位時間幅Ｔの終了の都度、ゼロ（ｋＷｈ）にリセットされる。

ｒ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ－Δｔ）＋Ｇｍａｘ／Ｎ …（１）

【0040】

第１制御演算部１４１ｂは、第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を制御目標値とし、取引用電力計１ａの出力に基づく受電電力実績値Ｇ（ｔ）をフィードバック信号として、制御演算を行う。このため、第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）から受電電力実績値Ｇ（ｔ）を減じて電力偏差ｅ１（ｔ）を出力する減算器と、電力偏差ｅ１（ｔ）に基づいて、次の式（２）、（３）によるＰＩＤ演算により第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）を算出するＰＩＤ演算回路を有する。受電電力実績値Ｇ（ｔ）は、その分割単位時間幅Ｔの開始時刻から当該演算時刻ｔまでの受電電力の積分値である。このため、図示はしないが、受電電力実績値Ｇ（ｔ）も、分割単位時間幅Ｔの終了の都度、ゼロ（ｋＷｈ）にリセットされる。なお、ＰＩＤ演算回路は、水素製造プラント１０の特性に比較して急速な応答性を要しない場合はＰＩ演算回路でもよい。さらに、図３では、第１制御演算部１４１ｂが減算器とＰＩＤ演算回路のみを有する場合を例にとって示しているが、さらに、モデル制御や先行制御の機能分を有していてもよい。

ｅ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ）－Ｇ（ｔ） …（２）

【0041】

【数1】

【0042】

第２制御目標指令値演算部１４２は、第２制御目標値演算部１４２ａおよび第２制御演算部１４２ｂを有する。

【0043】

第２制御目標値演算部１４２ａは、ｍ番目の分割単位時間に亘る水素製造計画値Ｈ（ｍ）（ｍ＝１～Ｍ）を用いて、分割単位時間幅Ｔの中の各演算時刻ｔにおける第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）を次の式（４）により算出する。なお、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）は、分割単位時間幅Ｔの終了の都度、ゼロ（Ｎｍ^３）にリセットされる。

ｒ２（ｔ）＝ｒ２（ｔ－Δｔ）＋Ｈ（ｍ）／Ｎ …（４）

【0044】

第２制御演算部１４２ｂは、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）を制御目標値とし、水素製造装置２１からの水素製造量Ｈ（ｔ）をフィードバック信号として、制御演算を行う。このため、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）から水素製造量Ｈ（ｔ）を減じて水素製造量偏差ｅ２（ｔ）を出力する減算器と、ｅ２（ｔ）に基づいて、次の式（５）、（６）によるＰＩＤ演算により第２制御指令演算値ＳＶ２（ｔ）を算出するＰＩＤ演算回路を有する。水素製造量Ｈ（ｔ）は、その分割単位時間幅Ｔの開始時刻から当該演算時刻ｔまでの受電電力の積分値である。このため、図示はしないが、水素製造量Ｈ（ｔ）も、分割単位時間幅Ｔの終了の都度、ゼロ（Ｎｍ^３）にリセットされる。なお、ＰＩＤ演算回路は、水素製造プラント１０の特性と比較して急速な応答性を要しない場合はＰＩ演算回路でもよい。さらに、図３では、第２制御演算部１４２ｂが減算器とＰＩＤ演算回路のみを有する場合を例にとって示しているが、さらに、モデル制御や先行制御の機能分を有していてもよい。

ｅ２（ｔ）＝ｒ２（ｔ）－Ｈ（ｔ） …（５）

【0045】

【数2】

【0046】

安全率演算部１４５は、安全率ｓａｆｅを外部入力により設定してもよい。あるいは、時間依存として、各分割単位時間において次の式（７）を用いて算出してもよい。
ｓａｆｅ（ｔ）＝ｎ／Ｎ …（７）

【0047】

指令値演算部１４６は、前述の様に、第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）、第２制御指令演算値ＳＶ２（ｔ）、および安全率ｓａｆｅ（ｔ）に基づいて水素製造装置２１への電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）を出力する。

【0048】

以下に、水素製造装置２１への電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）の演算について、複数の具体例を示す。

【0049】

第１の具体例では、次の式（８）、（９）に示すように、安全率ｓａｆｅ（ｔ）に応じて、第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）と第２制御指令演算値ＳＶ２（ｔ）から内挿した中間値ＳＶｔｍｐ（ｔ）を算出し、この中間値ＳＶｔｍｐ（ｔ）と第２制御指令演算値ＳＶ２（ｔ）の最小値を選択して電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）を算出する。なお、内挿した中間値ＳＶｔｍｐ（ｔ）を電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）としてもよい。

ＳＶｔｍｐ（ｔ）
＝ＳＶ１（ｔ）＋（１－ｓａｆｅ（ｔ））・（ＳＶ２（ｔ）－ＳＶ１（ｔ））
‥‥（８）

ｓｅｔ（ｔ）＝ｍｉｎ（ＳＶｔｍｐ（ｔ），ＳＶ２（ｔ）） …（９）

【0050】

これにより、安全率ｓａｆｅ（ｔ）が１（１００％）の場合は、中間値ＳＶｔｍｐ（ｔ）の値が第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）の値となり、第２制御目標指令値演算部１４２で演算された第２制御指令演算値指令値ＳＶ２（ｔ）の値が大きくとも電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）の値が第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）の値に制限され、第１制御指令演算値ＳＶ１（ｔ）に従った動作となる。また、第２制御目標指令値演算部１４２で演算された第２制御指令演算値指令値ＳＶ２（ｔ）の値が小さい場合は、第２制御指令演算値指令値ＳＶ２（ｔ）に従った動作となり、水素製造計画通りの水素量を製造することとなる。

【0051】

第２の具体例では、ｎ番目の分割単位時間（たとえば３０分）に亘る水素製造計画値Ｈ（ｎ）に対する不足量Ｈｌａｃｋ（ｔ）を用いて第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）を算出する。このとき、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）は分割単位時間毎に０Ｎｍ^３にリセットするが、不足量Ｈｌａｃｋ（ｔ）は分割単位時間毎にはリセットせず、1日の水素製造計画終了時にリセットする。次の式（１０）に示すのは、例えば次の分割単位時間幅Ｔ（例えば３０分間）の水素製造計画値に割り増しする場合を示す。

ｒ２（ｔ）＝ｒ２（ｔ－Δｔ）＋（Ｈ（ｔ）＋Ｈｌａｃｋ（ｔ））／Ｎ
…（１０）

【0052】

あるいは、水素製造計画をなるべく変更しないことを考慮して、不足量Ｈｌａｃｋ（ｔ）を、水素製造計画終了時までに解消するようにしてもよい。この場合、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）は、水素製造計画終了時までの時間Ｔ_{ｔｏＥｎｄ}（ｔ）を用いて次の式（１１）のように算出できる。

ｒ２（ｔ）
＝ｒ２（ｔ－Δｔ）＋Ｈ（ｔ）／Ｎ＋Ｈｌａｃｋ（ｔ）／Ｔ_{ｔｏＥｎｄ}（ｔ）
…（１１）

【0053】

図４は、第１の実施形態の変形例に係るデマンド制御装置１００ａの構成を示すブロック図である。

【0054】

第３の具体例は、第１の実施形態の変形であり、演算部１４０ａは、演算部１４０の第１制御目標指令値１４１に代えて演算部第１制御目標上限値演算部１４３を、また、第２制御目標指令値１４２に代えて演算部第２制御目標上限値演算部１４４を有する。

【0055】

演算部１４０ａは、水素製造プラント１０への指令値の上限を制限するように、第１制御目標上限値演算部１４３では、分割単位時間Ｔ内でのステップｎ（時刻ｔ）において、最大受電電力量Ｇｍａｘ、受電電力量実績値Ｇ（ｔ）、およびＰＶ瞬時発電電力実績値ＰＶ（ｔ）を用いて、次の式（１２）のように水素製造装置２１への制御指令値の上限値ＳＶｍａｘ（ｔ）を算出する。指令値演算部１４６は、次の式（１３）、（１４）のように第１制御指令演算値と第２制御指令演算値との内挿値である中間値ＳＶｔｍｐ（ｔ）に基づいて電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）を算出する。

ＳＶｍａｘ（ｔ）＝（Ｇｍａｘ－Ｇ（ｔ））／（Ｎ－ｎ）＋ＰＶ（ｔ）
…（１２）

ＳＶｔｍｐ（ｔ）
＝ＳＶ１（ｔ）＋（１－ｓａｆｅ（ｔ））・（ＳＶ２（ｔ）－ＳＶ１（ｔ））
…（１３）

【0056】

ｓｅｔ（ｔ）
＝ｍｉｎ（ｍｉｎ（ＳＶｔｍｐ（ｔ），ＳＶ２（ｔ）），ＳＶｍａｘ（ｔ））
…（１４）

【0057】

水素製造プラント１０の電力負荷に応じて安全率ｓａｆｅ（ｔ）を変化させる場合において、水素製造量が水素製造計画値に対して大幅に不足しているときに、常に電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）の値が第２制御指令演算値指令値ＳＶ２（ｔ）の値となる可能性がある。つまり、第１制御目標である受電電力量の条件を順守できない可能性がある。本具体例により、このような問題が解消され第１制御目標である受電電力量の条件を順守することができる。

【0058】

なお、指令値演算部１４６が、第１制御目標上限値演算部１４３で演算した水素製造装置２１への制御指令値の上限値ＳＶｍａｘ（ｔ）と安全率ｓａｆｅを用いて、次の式（１５）のように電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）を算出することでもよい。なお、この場合の安全率ｓａｆｅ（ｔ）の値は、０より大きくかつ１以下の値、たとえば、０．１以上で１．０以下の値とする。

ｓｅｔ（ｔ）＝ｍｉｎ（ＳＶｍａｘ（ｔ）・ｓａｆｅ（ｔ），ＳＶ２（ｔ））
…（１５）

【0059】

図５は、第１の実施形態に係るデマンド制御方法の手順を示すフロー図である。

【0060】

デマンド制御方法は、読み込みステップＳ１０、制御ステップＳ２０、および延長計算ステップＳ３０を有する。

【0061】

読み込みステップＳ１０は、入力部１１０によりそれぞれ行われる制御パラメータの読み込み（ステップＳ１１）、水素製造計画値を含む水素製造計画の読み込み（ステップＳ１２）、および再エネ容量、最大受電電力量の条件の読み込み（ステップＳ１３）を有する。なお、図５では、この順番に記載されているが、ステップＳ１１ないしステップＳ１３の順番の前後は問わず、また、互いに並行してなされてもよい。

【0062】

読み込みステップＳ１０に続く制御ステップＳ２０においては、まず、入力部１１０が、各実績値の読み込み（ステップＳ２１）を行う。

【0063】

制御ステップＳ２０においては、各実績値の読み込み（ステップＳ２１）と最後の制御期間の終了判定ステップ（Ｓ２６）との間で、演算ステップ幅Δｔごとの繰り返し演算が行われる。

【0064】

各実績値の読み込み（ステップＳ２１）の次に、第１制御目標指令値演算部１４１による第１の制御目標指令算出値ＳＶ１（ｔ）の算出（ステップＳ２２）および第２制御目標指令値演算部１４２による第２の制御目標指令算出値ＳＶ２（ｔ）の算出（ステップＳ２３）が行われる。ここで、ステップＳ２２とステップＳ２３の前後は問わず、また、互いに並行してなされてもよい。
次に、安全率演算部１４５が安全率ｓａｆｅ（ｔ）を算出する（ステップＳ２４）。次に、指令値演算部１４６が、第１の制御目標指令算出値ＳＶ１（ｔ）、第２の制御目標指令算出値ＳＶ２（ｔ）および安全率ｓａｆｅ（ｔ）にもとづいて電力負荷指令値ｓｅｔ（ｔ）を算出し、出力部１６０が水素製造プラント１０の水素製造装置２１に指令信号としてこれを出力する（ステップＳ２５）。

【0065】

次に、判定部１５５が、制御期間の終了か否かを判定する（ステップＳ２６）。ここで、制御期間とは、デマンド制御装置１００が連続して制御を行う期間であり、制御期間は、たとえば１年あるいは数か月の期間であり、その値は、ステップＳ１１における制御パラメータの読み込み時に入力部１１０により読み込まれる。

【0066】

判定部１５５が制御期間の終了と判定しなかった（ステップＳ２６ ＮＯ）場合には、ステップＳ２１からステップＳ２６までを繰り返す。また、判定部１５５が制御期間の終了と判定した（ステップＳ２６ ＹＥＳ）場合には、制御ステップＳ２０を終了する。

【0067】

なお、図５には表記していないが、ステップＳ２６において、判定部１５５は、当該演算ステップが分割単位時間幅Ｔの最後のステップであるか否かを判定する。判定部１５５は、分割単位時間幅Ｔの最後のステップであると判定した場合は、第１制御目標指令値演算部１４１および第２制御目標指令値制御演算部１４２に、第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）をゼロ（ｋＷｈ）に、第２リアルタイム制御目標値ｒ２（ｔ）をゼロ（Ｎｍ^３）に、それぞれリセットするように指示を出力する。

【0068】

延長計算ステップＳ３０は、制御ステップＳ２０に並行して実行される。

【0069】

延長計算ステップＳ３０としては、制御ステップＳ２０の繰り返し計算において、分割単位時間幅Ｔの終了の都度、延長残り時間演算部１４７が、その分割単位時間幅Ｔで得られた水素製造量Ｈ（ｔ）を積算し、当該日の予定終了時刻までに得られるであろう水素製造量を予測する（ステップＳ３１）。

【0070】

次に、延長残り時間演算部１４７は、当該ｍ番目までの分割単位時間の水素製造計画値Ｈ（ｍ）（ｍ＝１～Ｍ）の合計値と比較して、当該日の予定終了時刻までに、当該日における必要水素製造量を達成する見込みの有無を判定する（ステップＳ３２）。

【0071】

延長残り時間演算部１４７が、当該日の予定終了時刻までに必要水素製造量を達成する見込みが有ると判定（ステップＳ３２ ＹＥＳ）した場合は、ステップＳ３１からステップＳ３２を繰り返す。

【0072】

延長残り時間演算部１４７が、当該日の予定終了時刻までに必要水素製造量を達成する見込みがないと判定（ステップＳ３２ ＮＯ）した場合は、延長残り時間演算部１４７は、終了時刻延長計算を行う（ステップＳ３３）。すなわち、当該日において、たとえば、１８時の予定終了時刻から、たとえば、終了時刻を延長してさらに３時間は水素製造を行う必要がある等、終了時刻の延長時間を算出する。

【0073】

以上のように、本実施形態によれば、水素製造プラント１０の水素製造に関して、授受電力に関する条件としての最大受電電力量Ｇｍａｘからの超過をできる限り抑制しながら、再エネの発電電力を有効利用して水素製造量を確保することができる。

【0074】

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係るデマンド制御装置１００ｂの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。

【0075】

本実施形態における記憶部１２０ｂは、実績値記憶部１２１、最大受電電力量記憶部１２２、目標電力記憶部１２３、制御パラメータ記憶部１２４、水素製造計画記憶部１２５に加えて、マージン電力記憶部１２７、ＰＶ発電量予測値記憶部１２８、天候情報記憶部１２９、ペナルティ許容量記憶部１３０をさらに有する。

【0076】

また、入力部１１０は、外部入力として、最大受電電力量Ｇｍａｘに対するマージン分の電力値Ｍａｒｇｉｎ、再生可能エネルギー発電装置１１の発電量であるＰＶ発電量の実績値およびその予測値、再生可能エネルギー発電装置１１の設置場所の天候情報、および最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい許容量をさらに受け入れる。

【0077】

マージン電力記憶部１２７は、入力部１１０により読み込まれた最大受電電力量Ｇｍａｘに対するマージン分Ｍａｒｇｉｎの電力値を記憶する。マージン分の電力値としては、ｋＷｈの絶対値でもよいし、比率として記憶してもよい。

【0078】

ＰＶ発電量予測値記憶部１２８は、入力部１１０により読み込まれたＰＶ発電量に関する予測値を記憶する。予測値は、分割単位時間ごとのＰＶ発電量予測値だけでなく、予測値の信頼区間の情報であってもよい。なお、ＰＶ発電量予測値あるいは信頼区間の情報に関しては、入力部１１０より読み込む例を説明したが、これに限定されない。たとえば、過去のＰＶ発電量実績値より予測値を演算してもよい。あるいは、信頼区間の情報は、ＰＶ発電量の誤差が正規分布と仮定して演算してもよいが、これに限るものではない。

【0079】

天候情報記憶部１２９は、入力部１１０により読み込まれた天候情報を記憶する。天候情報は、例えば、過去の晴れ、曇り、雨などの天気情報、ＰＶ発電量実績値とＰＶ発電量予測値の時系列データ、および、現在の天気情報などである。

【0080】

ペナルティ許容量記憶部１３０は、入力部１１０により読み込まれた最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい許容量を記憶する。許容量としては、超過電力量Ｅｘｃｅｓｓ、超過回数、あるいは超過によるペナルティ金額などがある。

【0081】

安全率演算部１４５では、マージン電力記憶部１２７で記憶した最大受電電力量Ｇｍａｘからのマージン分の電力Ｍａｒｇｉｎ、ＰＶ発電量予測値記憶部１２８で記憶したＰＶ発電量予測値と信頼区間の情報、天候情報記憶部１２９で記憶した過去のＰＶ発電量実績値とＰＶ発電量予測値と天気情報、ペナルティ許容量記憶部１３０で記憶した最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい超過電力量Ｅｘｃｅｓｓを利用して、第１制御目標の順守度合を表す安全率ｓａｆｅを、以下の具体例のように演算する。

【0082】

第１制御目標指令値演算部１４１では、時刻ｔにおいて、現時刻の分割単位時間幅Ｔの間の最大受電電力量Ｇｍａｘ、最大受電電力量Ｇｍａｘからのマージン分の電力Ｍａｒｇｉｎを用いて、各演算周期Δｔにおける第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を次の式（１６）で計算する。

ｒ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ－Δｔ）＋（Ｇｍａｘ－Ｍａｒｇｉｎ）／Ｎ …（１６）

【0083】

このように、予め最大受電電力量に対して一定のマージンを考慮した第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を目標として制御することによって、より最大受電電力量Ｇｍａｘを超過するリスクを低減することができる。

【0084】

また、ペナルティ許容量記憶部１３０において、最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい超過電力量Ｅｘｃｅｓｓを記憶している場合は、第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を次の式（１７）で計算してもよい。

ｒ１（ｔ）
＝ｒ１（ｔ－Δｔ）＋（Ｇｍａｘ－Ｍａｒｇｉｎ＋Ｅｘｃｅｓｓ）／Ｎ
…（１７）

【0085】

安全率演算部１４５では、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）、ＰＶ発電量の予測誤差が±σとなる誤差量ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）（以下、信頼区間情報と呼ぶ）を用いて、次の式（１８）のように安全率ｓａｆｅを演算してもよい。例えば、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）が１０００ｋＷｈ、信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）が２００ｋＷの場合は、安全率ｓａｆｅ（ｔ）は８０％となる。

ｓａｆｅ＝（ＰＶｐｒｅ（ｔ）－ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ））／ＰＶｐｒｅ（ｔ）
…（１８）

【0086】

ＰＶ発電予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）に対して信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）の割合が小さければ安全率ｓａｆｅも小さくなり、信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）の割合が大きければ安全率ｓａｆｅも大きくなる。つまり、信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）の割合が大きいほど、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）の誤差が大きくなる可能性が高いため、安全率ｓａｆｅを高く設定することができる。これにより、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）が大きく外れた場合でも最大受電電力量Ｇｍａｘを超過するリスクを低減することができる。

【0087】

また、過去のＰＶ発電量実績値とＰＶ発電量予測値と天気情報を利用することで、さらに最大受電電力量Ｇｍａｘを超過するリスクを低減することも可能である。例えば、現在の天気情報と一致する過去の時系列データを抽出し、抽出した過去の時系列データであるＰＶ発電量実績値とＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）よりＰＶ発電量誤差率を演算する。このＰＶ発電量誤誤差ＰＶｅｒｒｏｒ（ｔ）（０以上かつ１以下）を用いて、次の式（１９）のように安全率ｓａｆｅを演算することによって、過去の天気情報を元にしたＰＶ発電量の誤差を考慮することが可能となる。

ｓａｆｅ（ｔ）
＝［（ＰＶｐｒｅ（ｔ）－ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ））／ＰＶｐｒｅ（ｔ）］
・ＰＶｅｒｒｏｒ（ｔ） …（１９）

【0088】

安全率演算部１４５において、現時刻の分割単位時間のＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）と、現時刻の分割単位時間幅Ｔ内のｎステップまでのＰＶ発電量実績値ＰＶｋＷｈ（ｔ）を利用して、次の式（２０）のようにリアルタイムで予測値との誤差を考慮しながら安全率ｓａｆｅを算出してもよい。

ｓａｆｅ（ｔ）＝ＰＶｋＷｈ（ｔ）／［（ＰＶｐｒｅ（ｔ）・（ｎ／Ｎ）］
…（２０）

【0089】

なお、ペナルティ許容量記憶部１３０にて、記憶している情報が最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい超過電力量Ｅｘｃｅｓｓではなく、最大受電電力量Ｇｍａｘを超過してもよい超過回数、または、超過によるペナルティ金額の場合は、それに応じた安全率を設定する。

【0090】

上述の例では、安全率演算部１４５において、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）、信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）を用いて安全率ｓａｆｅを算出した。この場合、ＰＶ発電量予測値ＰＶｐｒｅ（ｔ）よりも信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）のほうが大きくなる場合や、誤って信頼区間情報ＰＶｐｒｅ１σ（ｔ）がマイナスの値となる場合は、安全率が０から１（０％から１００％）の範囲を逸脱することが考えられる。この場合は、上下限値を設定してもよいし、例えばシグモイド関数を用いて０から１（０％から１００％）に変換してもよい。なお、シグモイド関数以外であっても、０％から１００％に変換する関数であればよい。

【0091】

本実施例の形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、さらに、最大受電電力量Ｇｍａｘを超過しないようにマージン分の電力を考慮すること、ＰＶ発電量予測値や天候情報を利用することで、様々な要因により最大受電電力量を超過するリスクを低減することができる。また、ペナルティ許容量がある場合は、それを考慮した運用が可能となる。なお、ペナルティ許容量記憶部１３０では、”許容量”ではなくペナルティを許容する”時間帯”も記憶してもよい。この場合、ペナルティを許容する時間帯においては、最大受電電力量の許容量が大きくなる（または、最大受電電力量の制限がなくなる）ことが考えられ、その許容量に応じた水素製造装置２１への電力負荷指令値を演算する。

【0092】

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係る水素製造システム４０ｃの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、水素製造プラント１０ｃが、電力を消費する負荷設備２２をさらに有する点が異なる。異なる部分が、デマンド制御装置１００ｃに反映されている。その他の点では、第１の実施形態と同様である。

【0093】

図８は、第３の実施形態に係るデマンド制御装置１００ｃの構成を示すブロック図である。

【0094】

デマンド制御装置１００ｃの記憶部１２０は、負荷設備２２の消費電力を予測するための負荷設備モデルを記憶する機器モデル記憶部１３１をさらに有する。機器モデル記憶部１３１に記憶されるデータは、入力部１１０により受け入れられる。また、デマンド制御装置１００ｃの演算部１４０は、負荷設備消費電力予測部１４８をさらに有する。

【0095】

負荷設備モデルは、次の分割単位時間幅Ｔにおける負荷設備２２の消費電力を予測するものであれば、予測手法を限定するものではない。例えば、時系列分析手法の一つであるＡＲＭＡ（自己回帰移動平均モデル)でもよく、あるいは、ニューラルネットワークや木構造を用いたランダムフォレストなど深層学習によるものでもよい。

【0096】

負荷設備消費電力予測部１４８は、機器モデル記憶部１３１で記憶された負荷設備モデルを利用して、予測演算上で必要となる実績値記憶部１２１で記憶した実績値を用いて次の分割単位時間幅Ｔにおける負荷設備２２の消費電力（負荷設備消費電力）Ｌａｏｄ（ｔ）を予測する。

【0097】

第１制御目標指令値演算部１４１は、負荷設備消費電力予測部１４８により算出された負荷設備消費電力の予測値を用いて、受電電力量実績値Ｇ（ｔ）が最大受電電力量Ｇｍａｘに一致するように、水素製造装置２１への制御指令値を演算する。この際、次の分割単位時間幅Ｔにおける負荷設備消費電力量Ｌａｏｄ（ｔ）を用いて次の式（２１）により第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を算出する。

【0098】

ｒ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ－Δｔ）＋（Ｇｍａｘ－Ｌｏａｄ（ｔ））／Ｎ …（２１）

【0099】

このように、本実施形態では、第１の実施形態による効果に加えて、水素製造プラント１０ｃ内に水素製造装置２１以外の負荷設備２２がある場合、負荷設備２２の消費電力を予測することによって、負荷設備２２の消費電力の変動により最大受電電力量Ｇｍａｘを超過するリスクを低減することができる。

【0100】

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る水素製造システム４０ｄの構成を示すブロック図である。

【0101】

本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、電力計画装置４２をさらに有する。電力計画装置４２は、水素製造プラント１０における売電計画などの電力系統との電力授受計画を立案する装置であり、目標電力は分割単位時間ごとの売電電力量となる。あるいは、電力計画装置４２は、電力系統１の安定化を目的とした装置として、売電電力の瞬時値、もしくは、受電電力の瞬時値を目標電力とする計画を立案する装置であってもよい。その他、外部の蓄電設備と当該水素製造プラント１０が連携して、蓄電設備側から指定された電力が目標電力となってもよい。すなわち、電力計画装置４２は、電力に関する目標に基づいて計画する装置であればこれらに限るものではない。

【0102】

図１０は、第４の実施形態に係るデマンド制御装置１００ｄの構成を示すブロック図である。

【0103】

デマンド制御装置１００ｄの記憶部１２０ｄは、最大受電電力量記憶部１２２に代えて目標電力記憶部１２３を有する。

【0104】

デマンド制御装置１００ｄは、電力計画装置４２より目標電力を受け取り、目標電力記憶部１２３に収納、記憶する。演算部１４０は、この目標電力を順守しつつ、水素製造計画装置４１による水素製造計画を可能な限り達成するための水素製造装置２１への指令値を演算する。

【0105】

第１制御目標指令値演算部１４１では、時刻ｔにおいて、現時刻の分割単位時間の売電電力量Ｇｓ（ｔ）を用いて、各演算周期Δｔにおける第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を次の式（２２）により算出する。なお、分割単位時間の売電電力量Ｇｓ（ｔ）は負（マイナス）の値を取る。

ｒ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ－Δｔ）＋Ｇｓ（ｔ）／Ｎ …（２２）

【0106】

一方、目標電力記憶部１２３にて、目標電力が時刻ｔにおける売電電力瞬時値Ｇｓｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）の場合は、各演算周期における第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）を次の式（２３）により算出する。

ｒ１（ｔ）＝Ｇｓｉｎｓｔａｎｔ（ｔ） …（２３）

【0107】

売電電力瞬時値Ｇｓｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）の場合、瞬時売電電力実績値ｇ（ｔ）が第１リアルタイム制御目標値ｒ１（ｔ）と一致するように水素製造装置２１への制御指令値ＳＶ１（ｔ）を、次の式（２４）、（２５）により算出する。なお、目標電力が受電電力瞬時値の場合も同様に演算できる。

ｅ１（ｔ）＝ｒ１（ｔ）－ｇ（ｔ） …（２４）

【0108】

【数3】

【0109】

本実施例形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、外部より電力の指令（売電電力量、売電電力瞬時値、受電電力瞬時値）がある場合に、その目標電力を順守しつつ、第２制御目標を可能な限り達成することが可能となる。

【0110】

［第５の実施形態］
図１１は、第５の実施形態に係る水素製造システム４０ｅの構成を示すブロック図である。また、図１２は、第５の実施形態に係るデマンド制御装置１００ｅの構成を示すブロック図である。

【0111】

本実施形態は、第１、第３および第４の実施形態の変形であり、図１２に示すように、水素製造システム４０ｅにおいて、水素製造プラント１０ｅは、第３の実施形態と同様の負荷設備２２を有する。また、水素製造システム４０ｅは、電力計画装置４２ｅを有する。

【0112】

ここで、電力計画装置４２ｅは、第4の実施形態における電力計画装置４２と同様に、電力系統１の安定化を目的とした装置であるが、本実施形態における電力計画装置４２ｅは、売電電力の瞬時値、もしくは、受電電力の瞬時値を目標電力とする計画を立案する点に特徴がある。

【0113】

図１３に示すように、デマンド制御装置１００ｅは、第３の実施形態と同様の負荷設備消費電力予測部１４８を有するとともに、さらに、負荷設備起動停止計画確認部１４９を有する。負荷設備起動停止計画確認部１４９は、水素製造計画装置４１によって計画された水素製造装置２１の運転計画に関連して生ずる負荷設備２２の起動および停止のタイミングを確認し、必要に応じて負荷設備２２の起動および／または停止（起動／停止）に関する変更指令を出力する。出力部１６０の指令値出力部１６１は、負荷設備２２に変更された起動／停止の指示を出力する。起動／停止に関する変更指令は、たとえば、起動／停止のタイミングの変更指令、あるいは、補機の起動／停止台数の変更指令である。

【0114】

＜作用、効果の説明＞
負荷設備２２は、例えば、水素の圧力を昇圧する圧縮機のように、起動／停止によりその消費電力の変動に大きく影響する補機を有する。また、負荷設備２２は、デマンド制御装置１００ｅより起動／停止に関する変更指令を受け取り、それに従った運転を行う制御装置を有する。

【0115】

負荷設備起動停止計画確認部１４９は、負荷設備２２の起動／停止について、最大受電電力量記憶部１２２に記憶された電力系統１との電力授受条件の順守に影響しないか、たとえば、売電電力の瞬時値、もしくは、受電電力の瞬時値を目標電力として遵守すべき時間帯内にないか否かを確認、監視する。荷設備起動停止計画確認部１４９は、電力系統１との電力授受条件の順守への影響の可能性がある場合に、その影響を回避するような指示を出力する。たとえば、売電電力の瞬時値、もしくは、受電電力の瞬時値が、最大受電電力を遵守すべき時間帯内にあるときは、この時間帯での起動／停止を避けるように、起動／停止のタイミングの計画を補正する。この結果を、指令値出力部１６１が、負荷設備２２への指令タイミングを出力する。

【0116】

本実施形態によれば、負荷設備２２の起動／停止の指令タイミングを、電力授受条件を順守すべき時間対帯避けるように作用することによって、負荷設備２２の起動／停止により消費電力が大きく変動する場合でも、電力授受条件を順守することができる。なお、負荷設備２２の起動／停止が水素製造計画に影響を及ぼす場合は、指令タイミングに応じて水素製造計画装置４１の水素製造計画を補正しても良い。さらに、デマンド制御装置１００ｅでは、負荷設備２２の起動／停止のタイミングを演算し、その指令タイミングを監視画面への出力やメールによって負荷設備の運転員へ通知してもよい。

【0117】

［第６の実施形態］
図１３は、第６の実施形態に係るデマンド制御装置１００ｆの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。

【0118】

記憶部１２０ｆは水素製造プラント１０における各機器のモデルを記憶する機器モデル記憶部１３１をさらに有する。演算部１４０ｆは、運用コスト演算部１５０および最適化演算部１５１をさらに有する。出力部１６０は、最適化変数出力部１６３をさらに有する。また、入力部１１０は、再生可能エネルギー発電装置１１の再エネ発電実績値をさらに受け入れる。また、実績値記憶部１２１ｆは、入力部１１０で受け入れた再エネ発電実績値をさらに収納、記憶する。実績値記憶部１２１ｆが記憶する再エネ発電実績値は、たとえば、１年分の時系列実績データである。

【0119】

運用コスト演算部１５０は、実績値記憶部１２１ｆで記憶した再エネ発電データと、機器モデル記憶部１３１で記憶した水素製造装置２１のモデルと、指令値演算部１４６で演算した水素製造装置２１への制御指令値とを利用して、１年分のシミュレーションを実行し、水素製造プラント１０の運用コストを演算する。運用コストは、電力料金、水素販売料金などを元に計算する。また、設備の資本的支出（Ｃａｐｉｔａｌ Ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ）等を考慮して運用コストを計算しても良い。

【0120】

最適化演算部１５１は、実績値記憶部１２１ｆで記憶した再エネ発電データ実績値を元に、再エネ容量の変更として定数倍したデータを作成し、最大受電電力量記憶部１２２で記憶した最大受電電力量Ｇｍａｘを変更し、運用コストが最小となる、再エネ容量と最大受電電力量を算出する。なお、最適化演算部１５１は、運用コストが最小となる、再生可能エネルギー発電装置１１の容量、最大受電電力量の条件の少なくとも１つの値を最適化することでもよい。

【0121】

最適化変数出力部１６３は、最適化演算部１５１で演算された運用コストが最小となる再エネ容量と最大受電電力量を出力する。

【0122】

図１４は、第６の実施形態に係るデマンド制御方法の手順を示すフロー図である。

【0123】

本実施形態におけるデマンド制御方法は、読み込みステップＳ１０、制御ステップＳ２０、および最適化ステップＳ４０を有する。読み込みステップＳ１０および制御ステップＳ２０は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略し、最適化ステップＳ４０について説明する。

【0124】

制御ステップＳ２０の制御期間の終了判定ステップＳ２６で制御期間が終了したと判定（ステップＳ２６ ＹＥＳ）される都度、運用コスト演算部１５０は、運用コストを演算する（ステップＳ４１）。次に、運用コスト演算部１５０は、運用コストが最小か否かを判定する（ステップＳ４２）。

【0125】

運用コストが最小と判定されなかった（ステップＳ４２ ＮＯ）場合には、ステップＳ１３に戻り、再エネ容量、最大受電電力量の新たな条件を読み込み、ステップＳ２０、およびステップＳ４１、ステップＳ４２を繰り返す。

【0126】

運用コストが最小と判定された（ステップＳ４２ ＹＥＳ）場合には、最適化変数出力部１６３が、運用コストが最小となる再エネ容量、最大受電電力量を出力する。

【0127】

以上、図１４を引用しながら、外部入力で再エネ容量、最大受電電力量の新たな条件を読み込む場合を例にとって示したが、外部入力に拠らずに、図１３に示す最適化演算部１５１が、再エネ容量、最大受電電力量の新たな条件を生成することでもよい。あるいは、繰り返し演算に拠らずに、最適化演算部１５１が、再エネ容量、最大受電電力量の最適解を導出することでもよい。

【0128】

本実施形態によれば、最大受電電力量を順守しつつ、水素製造計画を可能な限り達成するように水素製造装置への制御指令値を演算することで、運用コストが最小となる再エネ容量、最大受電電力量の条件を演算することができる。例えば、水素製造プラントの建設時において最適な再エネ容量を決定することができる。あるいは、稼働中の水素製造プラントにおいても最適な最大受電電力量を決定することができる。

【0129】

以上、説明した実施形態によれば、再生可能エネルギーによる発電電力を用いた水素製造プラントについて、契約電力からの超過量を抑制可能なデマンド制御装置およびデマンド制御方法を提供することができる。

【0130】

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態は互いに背反する構成ではないことから、複数のあるいはすべての実施形態の特徴を組み合わせてもよい。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0131】

１…電力系統、１ａ…取引用電力計、１０、１０ｃ…水素製造プラント、１１…再生可能エネルギー発電装置（ＰＶ）、２１…水素製造装置、２２…負荷設備、３１…所内母線、４０、４０ｃ、４０ｄ…水素製造システム、４１…水素製造計画装置、４２…電力計画装置、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ…デマンド制御装置、１１０…入力部、１２０…記憶部、１２１…実績値記憶部、１２２…最大受電電力量記憶部、１２３…目標電力記憶部、１２４…制御パラメータ記憶部、１２５…水素製造計画記憶部、１２６…演算結果記憶部、１２７…マージン電力記憶部、１２８…ＰＶ発電量予測値記憶部、１２９…天候情報記憶部、１３０…ペナルティ許容量記憶部、１３１…機器モデル記憶部、１４０、１４０ａ…演算部、１４１…第１制御目標指令値演算部、１４１ａ…第１制御目標値演算部、１４１ｂ…第１制御演算部、１４２…第２制御目標指令値制御演算部、１４２ａ…第２制御目標値演算部、１４２ｂ…第２制御演算部、１４３…第１制御目標上限値演算部、１４４…第１制御目標上限値演算部、１４５…安全率演算部、１４６…指令値演算部、１４７…延長残り時間演算部、１４８…負荷設備消費電力予測部、１４９…負荷設備起動停止計画確認部、１５０…運用コスト演算部、１５１…最適化演算部、１５５…判定部、１６０…出力部、１６１…指令値出力部、１６２…表示部、１６３…最適化変数出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】