Heat pump equipment energy management device

本発明は、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置に関する。

今日、環境に対する配慮から、自然エネルギーの占める割合を増やすことが求められている。

しかし、自然エネルギーは天候変化に左右されやすい。 風力や太陽光発電が増えると発電量が天候により増減することになる。 総発電量と総消費電力とが一致しないと電力系統の周波数が変化する。 周波数が変化すると、電力系統に障害が発生する。 総発電量と総消費電力とを一致させるには、蓄電池に余剰電力を貯めておいて発電量が不足する時に蓄電池の電力で補う等、電力供給を調整する方法がある。 しかし、蓄電池は、まだまだ高価であり、調整に十分な蓄電池を配備するのは難しい。 そこで、電力需要を調整する方法が提案されている。 例えば、特許文献１（特開２００６−３５３０７９号公報）には、電力系統に接続された複数の特定の負荷の消費電力を通信回線を介して制御することにより、発電電力の時系列の総量と消費電力の時系列の総量を一致させ、電力系統の周波数の安定化を図る電力系統安定化システムが提案されている。

ところで、特許文献１に記載の電力系統安定化システムは、消費電力の制御対象である特定の負荷を自動販売機のコンプレッサーや、河川排水機、又は農業用水の汲み上げポンプとしている。 しかし、これらの負荷が想定通りに消費電力を調整しなければ、安定した需給調整は実現できない。 また、夏や冬のように電力需給が逼迫する季節では、多くの需要家の有するヒートポンプ機器が消費する電力を調整することが重要である。

そこで、本発明の課題は、複数の需要家のヒートポンプ機器のエネルギー消費を管理する管理装置において、エネルギーの安定した需給調整を実現可能な管理装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る管理装置は、複数のヒートポンプ機器を管理し、総消費エネルギー量を目標値に近づけるアグリゲータとしての管理装置であり、要求送信部と、消費情報受信部と、データベースと、学習部と、エネルギー消費要求受信部と、割り振り部と、を備える。 ヒートポンプ機器は、給湯機能および暖房機能を有する。 要求送信部は、各ヒートポンプ機器にエネルギー消費要求値を送信する。 消費情報受信部は、各ヒートポンプ機器からエネルギー消費実績値を受信する。 データベースは、各ヒートポンプ機器を保持する需要家のエネルギー消費要求値に対する応答特性を記憶する。 学習部は、応答特性を学習し、データベースに、エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させる。 エネルギー消費要求受信部は、上位のエネルギー管理装置からエネルギー消費要求値又はエネルギーの価格情報を受信する。 割り振り部は、応答特性に基づいて各ヒートポンプ機器にエネルギー消費要求値を割り振る。 学習部は、季節に関する情報とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性を学習する。 要求送信部は、各ヒートポンプ機器にインセンティブに関する情報が含まれたエネルギー消費要求値を送信する。

本発明の第１観点に係る管理装置では、各ヒートポンプ機器がエネルギー消費調整の要求に対してどのように応答するか予測できる。 これにより、複数の需要家のヒートポンプ機器のエネルギー消費を管理する管理装置において、安定した需給調整を実現することができる。

また、本発明の第１観点に係る管理装置では、季節に関する情報と実績とを応答特性の学習基盤とする。 これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができる。

また、管理装置は、学習部は、曜日、時間帯、及び天候のうちの少なくとも一つに関する情報とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性を学習してもよい。

ここでは、曜日、時間帯、及び天候といった情報と実績とを応答特性の学習基盤とする。 これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができる。

また、本発明の第１観点に係る管理装置では、エネルギー消費要求値には、インセンティブが含まれる。 これにより、各需要家にエネルギー消費要求値に従うインセンティブを与えることが可能である。

また、本発明の第１観点に係る管理装置では、電力会社等が有する上位のエネルギー管理装置からエネルギー消費要求値又はエネルギーの価格情報を得る。 これにより、電力会社と需要家との間に立ってエネルギーの安定した需給調整を仲介するアグリゲータとしての役割を果たすことができる。

また、本発明の第１観点に係る管理装置では、割り振り部を備えることで、信頼性の高いエネルギー消費調整をすることができる。

本発明の第２観点に係る管理装置は、第１観点に係る管理装置であって、学習部は、数学モデルである応答特性を学習する。

本発明の第２観点に係る管理装置では、応答特性は、数学モデルとして表される。 これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができる。

本発明の第１観点に係る管理装置では、複数の需要家のヒートポンプ機器のエネルギー消費を管理する管理装置において、安定した需給調整を実現することができる。 また、本発明の第１観点に係る管理装置では、信頼性の高い応答特性を得ることができる。 また、本発明の第１観点に係る管理装置では、各需要家にエネルギー消費要求値に従うインセンティブを与えることが可能である。 また、本発明の第１観点に係る管理装置では、電力会社と需要家との間に立ってエネルギーの安定した需給調整を仲介するアグリゲータとしての役割を果たすことができる。 また、本発明の第１観点に係る管理装置では、信頼性の高いエネルギー消費調整をすることができる。

本発明の第２観点に係る管理装置では、信頼性の高い応答特性を得ることができる。

エネルギー需要調整システムの構成の模式図。

本発明に係るヒートポンプ機器エネルギー管理装置の構成のブロック図。

本発明に係るヒートポンプ機器の構成の模式図。

ヒートポンプ機器制御装置の構成のブロック図。

個別消費計画の例。

総消費計画の例。

総消費要求の例。

個別消費要求の例。

ヒートポンプ機器の運転計画の例。

全体動作の処理フロー図。

応答特性学習処理のフロー図。

応答特性の数学モデルの例。

以下、図を参照しながら本発明に係る管理装置の一実施形態について説明する。

（１）全体構成 図１は、本発明に係る管理装置の一例であるヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０を含むエネルギー需要調整システム１の構成を模式的に示した図である。

エネルギー需要調整システム１は、主に、エネルギー統括装置９０、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０、複数のヒートポンプ機器制御装置１００、及び複数のヒートポンプ機器４０を備えている。 エネルギー統括装置９０、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０、及びヒートポンプ機器制御装置１００は、通信回線、即ちインターネット等の通信ネットワーク８１により接続されている。 ヒートポンプ機器制御装置１００は、ヒートポンプ機器４０に備えられた装置であり、ヒートポンプ機器４０を制御する制御部としての機能を有する。

（２）エネルギー統括装置９０
エネルギー統括装置９０は、電力会社が有する装置であり、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０から見て上位のエネルギー管理装置である。 エネルギー統括装置９０は、電力会社が有するエネルギー系統におけるエネルギーの需要と供給とが合うように調節するために、エネルギーの需給に関する情報を収集する。 エネルギーの需要が供給を上回りそうな時間帯では、エネルギーの消費抑制を需要家に要求する。 逆にエネルギーの供給が需要を上回りそうな時間帯では、エネルギーの消費促進を需要家に要求する。 エネルギー統括装置９０は、このような需要家に対するエネルギー消費に関する要求を時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費要求値として決定する。 エネルギー統括装置９０は、エネルギー消費要求値（図７の要求値）を図７に示すようなデータである総消費要求１２３に含めてヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０に送信する。

（３）ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０
ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、複数のヒートポンプ機器４０を管理し、当該複数のヒートポンプ機器４０の総消費エネルギー量を目標値である総消費要求１２３の要求値に近づける管理装置である。 ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、アグリゲータと呼ばれる事業者が有するサーバコンピュータである。 アグリゲータは、複数の需要家を取りまとめて、各需要者に代わって電力会社との間に立ってエネルギー消費の調整の仲介を行う事業者である。

ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、電力会社のエネルギー統括装置９０から総消費要求１２３を受信し、総消費要求１２３に含まれている時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費要求値に基づいて各需要家が有するヒートポンプ機器４０が消費する時間帯別のエネルギー量をエネルギー消費要求値として決定する。 ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、エネルギー消費要求値を個別消費要求１２４に含めて各ヒートポンプ機器４０、即ちヒートポンプ機器制御装置１００に送信する。 個別消費要求１２４は、図８に示すように、各ヒートポンプ機器４０のＩＤ（識別情報）、時間帯別の要求値、インセンティブとしての報酬金又は罰金に関する情報を含むデータである。

また、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、各ヒートポンプ機器制御装置１００から、各ヒートポンプ機器４０の時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費の計画値及び各ヒートポンプ機器４０が実際に消費したエネルギー消費の時間帯別の実績値を受信する。

さらに、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、受信した各ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費の計画値及び実績値を集計し、集計値をエネルギー統括装置９０に送信する。

図２は、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０の概略構成図である。 ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、主に、通信部１１１、制御部１１２、及び記憶部１１３を備える。

（３−１）通信部 通信部１１１は、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０を、イーサネット（登録商標、以下同じ）等を用いた通信ネットワーク８１と接続可能にするインターフェースである。

（３−２）記憶部１１３
記憶部１１３は、主に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びハードディスク等からなる。 記憶部１１３には、個別消費計画１２１、総消費計画１２２、個別消費要求１２３、総消費要求１２４、応答特性１２５、外部情報１２６、及び各ヒートポンプ機器４０の運転データ１０３ａ等を蓄積して記憶するデータベース１１３ａが構築されている。 また、記憶部１１３には、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０用プログラム等、その他の各種情報も記憶されている。

（３−３）制御部１１２
制御部１１２は、主にＣＰＵからなり、記憶部１１３に格納されたヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０用プログラムを実行する。 ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０用プログラムが実行されると制御部１１０は、主に、消費情報送信部１１２ａ、エネルギー消費要求受信部１１２ｂ、消費情報受信部１１２ｃ、集計部１１２ｄ、要求送信部１１２ｅ、割り振り部１１２ｆ、学習部１１２ｇ、及び外部情報取得部１１２ｈを備えるようになる。

（３−３−１）消費情報送信部１１２ａ
消費情報送信部１１２ａは、ヒートポンプ機器４０の時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費計画値および実績値である需要側提供情報を上位のエネルギー統括装置９０に送信する。 具体的には、需要側提供情報は、図６に示すような総消費計画１２２として、エネルギー統括装置９０に送信される。 総消費計画１２２は、図５に示すような個別消費計画１２１に含まれている各ヒートポンプ機器４０の時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費計画値および実績値を集計したものである。 消費情報送信部１１２ａは、例えば１日１回、総消費計画１２２を通信部１１１を介してエネルギー統括装置９０に送信する。

（３−３−２）エネルギー消費要求受信部１１２ｂ
エネルギー消費要求受信部１１２ｂは、上位のエネルギー統括装置９０からエネルギー消費要求値に関する情報である供給側提供情報を受ける。 具体的には、供給側提供情報は、図７に示すような、総消費要求１２３としてエネルギー統括装置９０から所定の間隔（例えば、１０分）で送信されてくる。 総消費要求１２３は、時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費要求値（図７の要求値）を含むデータである。 エネルギー消費要求受信部１１２ｂは、総消費要求１２３を通信部１１１を介して受信し、記憶部１１３に記憶させる。

（３−３−３）消費情報受信部１１２ｃ
消費情報受信部１１２ｃは、ヒートポンプ機器４０から需要側提供情報を収集する。 具体的には、需要側提供情報は、図５に示すような個別消費計画１２１として、各ヒートポンプ機器４０から送信されてくる。 個別消費計画１２１は、ヒートポンプ機器４０のＩＤ（識別情報）、時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費計画値、および実績値を含むデータである。

また、消費情報受信部１１２ｃは、通信部１１１を介して各ヒートポンプ機器４０から、後述する運転データ１０３ａを受信する。

消費情報受信部１１２ｃは、通信部１１１を介して個別消費計画１２１及び運転データ１０３ａを各ヒートポンプ機器４０から、所定の間隔（例えば、３時間）で受信し、記憶部１１３のデータベース１１３ａにＤＢＭＳを介して蓄積する。

（３−３−４）集計部１１２ｄ
集計部１１２ｄは、各ヒートポンプ機器４０からの需要側提供情報を集計する。 具体的には、集計部１１２ｄは、記憶部１１３に記憶されている個別消費計画１２１を集計し、集計結果を総消費計画１２２としてデータベース１１３ａに記憶させる。

（３−３−５）要求送信部１１２ｅ
要求送信部１１２ｅは、供給側提供情報である総消費要求１２３に基づいて各ヒートポンプ機器４０にエネルギー消費に関する要求であるエネルギー消費要求（個別消費要求１２４）を所定の間隔（例えば、１０分）で送信する。 個別消費要求１２４は、図８に示すように、各ヒートポンプ機器４０のＩＤ（識別情報）、時間帯別の要求値、インセンティブとしての報酬金又は罰金を含むデータである。 要求値は、例えば、図８に示すように、ヒートポンプ機器４０の定格能力の割合を上限又は下限として設定した情報である。 報酬金又は罰金は、例えば、電力会社とヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０を運用する事業者との間の契約で取り決められた金額を基にして、事業者が各ヒートポンプ機器４０に要求値に応じてインセンティブとして割り振ったものである。

（３−３−６）割り振り部１１２ｆ
割り振り部１１２ｆは、エネルギー消費の調整量及びインセンティブを各ヒートポンプ機器４０に割り振る。 具体的には、割り振り部１１２ｆは、管理下にある全てのヒートポンプ機器４０のエネルギー消費量が総消費要求１２３に含まれているエネルギー消費要求値（図７の要求値）になるように、各ヒートポンプ機器４０にエネルギー消費の調整量を割り振り、個別消費要求１２４としてデータベース１１３ａに記憶させる。 また、割り振り部１１２ｆは、エネルギー消費の調整に従うためのインセンティブとして報酬金や罰金も各ヒートポンプ機器４０に割り振り、個別消費要求１２４に含める。 割り振り部１１２ｆは、調整量及びインセンティブを各ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費要求値（個別消費要求１２４の要求値）に対する応答特性１２５に基づいて割り振る。 割り振り処理については、後で詳述する。

（３−３−７）学習部１１２ｇ
学習部１１２ｇは、応答特性１２５を学習し、データベース１１３ａに、エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させる。 具体的には、学習部１１２ｇは、季節、曜日、時間帯、及び天候のうちの少なくとも一つに関する情報とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性１２５を例えば機械学習により学習する。 応答特性１２５とは、エネルギー消費の調整量の実績値とインセンティブとして与えられた報酬金額若しくは罰金額との相関関係である。 応答特性１２５は、数学モデルであり、例えば、図１２に示されているような曲線を描くシグモイド関数として表される。

（３−３−８）外部情報取得部１１２ｈ
外部情報取得部１１２ｈは、時間帯毎（例えば、１分毎）の天気、温度、及び湿度等に関する情報である外部情報を取得する。

（４）ヒートポンプ機器４０
（４−１）ヒートポンプ機器４０の全体構成 図３は、ヒートポンプ機器４０の構成を模式的に示した図である。

本実施形態では、ヒートポンプ機器４０は、暖房給湯装置であり、居室の暖房と給湯が可能である。 ヒートポンプ機器４０は、ヒートポンプユニット４１と、貯湯タンク４２と、給湯配管４３と、暖房用循環回路４４と、ヒートポンプ機器制御装置１００とを備えている。

ヒートポンプユニット４１は、冷媒回路１６を有しており、貯湯タンク４２から送られてくる水を沸き上げて温水にする。 冷媒回路１６は、主として、圧縮機１２と、放熱器としての水熱交換器１３と、膨張機構としての電動膨張弁１５と、蒸発器１１とを順に接続して構成される。 水熱交換器１３は、冷媒の凝縮器として機能する熱交換器である。

貯湯タンク４２は、ヒートポンプユニット４１で加熱された温水を貯える。 貯湯タンク４２の内側には、複数の図示しないセンサが上下にならんで設置されており、これらのセンサは、貯湯タンク内の温水の温度を感知し、温度情報をヒートポンプ機器制御装置１００に送信する。 貯湯タンク４２は、ヒートポンプユニット１と、沸き上げ用循環回路４５を介して接続されている。 沸き上げ用循環回路４５は貯湯タンク４２の下部にある比較的低温の温水を、水熱交換器１３に通し、貯湯タンク４２に戻す。

給湯配管４３は、水が供給される給水配管から分岐され、貯湯タンク４２内に設けられた給湯用熱交換器３２に引き込まれており、給水配管から供給される水道水を給湯用熱交換器３２により貯湯タンク４２内の温水と熱交換させて、家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどに温湯を供給する配管である。

暖房用循環回路４４は、貯湯タンク４２内に貯められた温水を、建物の居室等に熱利用手段の一つである居室内放熱器として設けられる複数のラジエタ４８を経由させた後、再び、貯湯タンク４２内に戻して循環させることにより、複数のラジエタ４８を居室内の暖房器具として利用するためのものである。

ヒートポンプ機器制御装置１００は、ヒートポンプ機器４０の圧縮機１２等の構成要素を制御する。 ヒートポンプ機器制御装置１００は、例えば、貯湯タンク４２内の温水の温度が所定の下限を下回ると温水の温度が所定の温度に上昇するまで沸き上げ運転を開始する。 沸き上げ運転では、貯湯タンク４２内の温水を、沸き上げ用循環回路４５を介してヒートポンプユニット４１へ流し、水熱交換器１３を通して温水を加熱し、貯湯タンク４２に戻す。 また、制御部４７は、後述する運転計画１０３ｂに基づいて、ヒートポンプ機器４０の構成要素を制御する。 運転計画１０３ｂは、ユーザによりリモコン１３０から入力されて設定されるほか、ヒートポンプ機器制御装置１００によるヒートポンプ機器４０の日々の運転データ１０３ａの学習によっても作成される。 また、ヒートポンプ機器制御装置１００は、ユーザによるリモコン１３０を介した操作にしたがってヒートポンプ機器４０の構成要素を制御する。

（４−２）ヒートポンプ機器制御装置１００の詳細構成 図４は、ヒートポンプ機器制御装置１００の構成のブロック図である。

ヒートポンプ機器制御装置１００は、主に、通信部１０１、制御部１０２、記憶部１０３、表示部１０５、及び入力部１０６を備える。

通信部１０１は、イーサネット等の通信ネットワーク８１とのインターフェースである。

制御部１０２は、ＣＰＵからなり、ヒートポンプ機器制御装置１００用のプログラムを実行する。

記憶部１０３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びハードディスク、等の記憶装置からなり、ヒートポンプ機器制御装置１００用のプログラム、運転データ１０３ａ、運転計画１０３ｂ、個別消費計画１２１、及び個別消費要求１２３、等を記憶している。

表示部１０５、及び入力部１０６は、リモコン１３０に備えて提供されている。 表示部１０５は、タッチパネル式の液晶画面である。 したがって、当該液晶画面は、入力部１０６としての機能も有する。 この他、リモコン１３０は、操作用のボタンも備えており、当該ボタンも入力部１０６としての機能を有する。

ヒートポンプ機器制御装置１００用のプログラムが実行されると制御部１０２は、主に、需要側情報送信部１０２ａ、消費要求受信部１０２ｂ、運転計画作成部１０２ｃ、消費計画作成部１０２ｄ、運転データ記録部１０２ｅ、及び運転制御部１０２ｆを備えるようになる。

（４−２−１）需要側情報送信部１０２ａ
需要側情報送信部１０２ａは、ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費計画値及びエネルギー消費実績値をヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０に送信する。 具体的には、需要側情報送信部１０２ａは、記憶部１０３に記憶されているデータである個別消費計画１２１を通信部１０１を介してヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０へ送信する。 個別消費計画１２１には、例えば図５に示すように当日及び翌日の時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費計画値が含まれている。 また、既に経過した時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費実績値も含まれている。

また、需要側情報送信部１０２ａは、運転データ１０３ａを通信部１０１を介してヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０へ送信する。

需要側情報送信部１０２ａは、上記のデータを所定の間隔（例えば、３時間）でヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０へ送信する。

（４−２−２）消費要求受信部１０２ｂ
消費要求受信部１０２ｂは、通信部１０１を介してヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０から個別消費要求１２４を受信する。 具体的には、消費要求受信部１０２ｂは、通信部１０１を介して個別消費要求１２４を受信する。 消費要求受信部１０２ｂは、受信した個別消費要求１２４を記憶部１０３に記憶させる。 消費要求受信部１０２ｂは、個別消費要求１２４を所定の間隔（例えば、１０分）でヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０から個別消費要求１２４を受信する。 個別消費要求１２４を受信したら、消費要求受信部１０２ｂは、運転計画作成部１０２ｃに運転計画１０３ｂを作成又は再作成するように命令する。

（４−２−３）運転計画作成部１０２ｃ
運転計画作成部１０２ｃは、時間帯別（例えば、１分間毎）のヒートポンプ機器４０の運転計画１０３ｂを作成する。

具体的には、例えば、ユーザが設定したスケジュールが存在する場合は、運転計画作成部１０２ｃは、当該スケジュールに基づいて運転計画１０３ｂを作成する。

運転データ１０３ａが記憶されている場合は、運転データ１０３ａを学習し、当該学習結果に基づいて運転計画１０３ｂを作成する。 学習は、例えば、時間帯別に最も確率が高い運転を計算することにより行う。

スケジュールと運転データ１０３ａが共に存在する場合は、スケジュール及び運転データ１０３ａの学習結果に基づいて運転計画１０３ｂを作成する。

スケジュールも運転データ１０３ａも存在しない場合は、予め初期設定されている計画を運転計画１０３ｂとする。

いずれの場合も、エネルギー単価が比較的低い時、例えば、夜間になるべくエネルギーを消費するように運転計画１０３ｂを作成する。

又は、個別消費要求１２４が記憶部１０３に記憶されている場合は、個別消費要求１２４を参照し、個別消費要求１２４に従うように運転計画１０３ｂを作成する。 例えば、運転計画１０３ｂは、図９に示されているように、使用下限が定格の２５％と定められている時間帯（０：０１）では、出力２５％で、即ち圧縮機１２を定格の２５％以上の回転数で稼働させて温水を生成し、電力系統の余剰エネルギーを熱として蓄える。 使用上限が定格の５０％と定められている時間帯（１７：００）では、出力５０％以下で暖房する、即ち圧縮機１２を定格の５０％を超える回転数で稼働させないようにする。

運転計画１０３ｂは、記憶部１０３に記憶される。

（４−２−４）消費計画作成部１０２ｄ
消費計画作成部１０２ｄは、運転計画１０３ｂに基づいて個別消費計画１２１を作成する。 即ち、運転計画１０３ｂを個別消費計画１２１に変換する。 具体的には、記憶部１０３には、ヒートポンプ機器４０の定格消費エネルギー量に関するデータが記憶されている。 消費計画作成部１０２ｄは、当該データを参照し、運転計画１０３ｂに基づいて時間帯別（例えば、１分毎）の消費するエネルギー量を計算し、個別消費計画１２１として記憶部１０３に記憶させる。

（４−２−５）運転データ記録部１０２ｅ
運転データ記録部１０２ｅは、時間帯別（例えば、１分間毎）の圧縮機１２の回転数やユーザの運転指示等、ヒートポンプ機器４０の各構成要素の稼働状態に関する情報を運転データ１０３ａとして記憶部１０３に記憶させる。 また、運転データ記録部１０２ｅは、時間帯別（例えば、１分間毎）のエネルギー消費の実績値、即ちエネルギー消費実績値を個別消費計画１２１に含めて記憶部１０３に記憶させる。

（４−２−６）運転制御部１０２ｆ
運転制御部１０２ｆは、運転計画１０３ｂに従ってヒートポンプ機器４０を制御する。 また、運転制御部１０２ｆは、リモコン１３０を介して入力されるユーザの指示に従ってヒートポンプ機器４０を制御する。

（５）動作 （５−１）全体動作 上述したエネルギー需要調整システム１の全体動作についてヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０の観点からまとめると図１０のフローチャートのようになる。

ステップＳ１０１では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、各ヒートポンプ機器４０よりエネルギー消費計画値及び実績値を収集する。 具体的には、消費情報受信部１１２ｃが各ヒートポンプ機器４０から送信された個別消費計画１２１を、通信部１１１を介して受信する。 また、消費情報受信部１１２ｃは、各ヒートポンプ機器４０から送信された運転データ１０３ａも、通信部１１１を介して受信する。 個別消費計画１２１及び運転データ１０３ａは、データベース１１３ａに蓄積される。

次のステップＳ１０２では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、各ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費計画値を集計し、エネルギー統括装置９０へ送信する。 具体的には、集計部１１２ｄが、記憶部１１３にある各ヒートポンプ機器４０の個別消費計画１２１に含まれるエネルギー消費計画値及び実績値を集計し、集計結果を総消費計画１２２として記憶部１１３に記憶させる。 消費情報送信部１１２ａが、総消費計画１２２を、通信部１１１を介してエネルギー統括装置９０へ送信する。

次のステップＳ１０３では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、エネルギー統括装置９０からエネルギー消費要求値を消費するエネルギー量の目標値として受信する。 具体的には、エネルギー消費要求値に関する情報を総消費要求１２３としてエネルギー統括装置９０から送信されてくると、エネルギー消費要求受信部１１２ｂが、通信部１１１を介して受信し、当該総消費要求１２３を記憶部１１３に記憶させる。 総消費要求１２３には、時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー消費要求値が含まれている。 総消費要求１２３は、例えば、図７に示されているようなデータである。 例えば、０：０１分の時間帯では、総消費要求１２３の要求値が図６に示されている総消費計画１２２の計画値よりも大きいので、消費促進を要請している。 １７：００の時間帯では、総消費要求１２３の要求値が総消費計画１２２の計画値よりも小さいので、消費抑制を要請している。

次のステップＳ１０４では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、各ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費の調整量及びインセンティブとしての報酬金若しくは罰金を決定し、当該調整量及びインセンティブを各ヒートポンプ機器４０に送信する。 具体的には、要求送信部１１２ｅは、各ヒートポンプ機器４０にエネルギー消費の調整量及びインセンティブを割り振る。 エネルギー消費の調整量は、全体のエネルギー消費が、総消費要求１２３に含まれているエネルギー消費要求値になるように決められる。 インセンティブは、電力会社との間で予め取り決めた報酬金若しくは罰金である。 エネルギー消費の調整量及びインセンティブは、各ヒートポンプ機器４０、即ち各需要家の応答特性１２５に基づいて割り振られる。 割り振られた調整量及びインセンティブは、個別消費要求１２４として各ヒートポンプ機器４０に通信部１１１を介して送信される。 送信される個別消費要求１２４は、例えば、図８に示されているようなデータである。 例えば、０：０１分の時間帯では、総消費要求１２３の要求値が総消費計画１２２の計画値よりも大きいので、消費を促進するために使用の下限がヒートポンプ機器４０の定格能力の２５％以上に定められており、インセンティブとして報酬が０．５ポンドに定められている。 １７：００の時間帯では、総消費要求１２３の要求値が総消費計画１２２の計画値よりも小さいので、消費を抑制するために使用の上限がヒートポンプ機器４０の定格能力の５０％以下に定められており、インセンティブとして報酬が０．５ポンドに定められている。

この後、フローは、ステップＳ１０１に戻る。

（５−２）割り振り処理詳細 次に、エネルギー消費の調整量及びインセンティブである報酬金や罰金を割り振る、割り振り処理の一例を以下に説明する。

割り振り部１１２ｆは、例えば、図１２に示すような各需要家のヒートポンプ機器４０の応答特性を表す曲線（以下、応答曲線とする）を用いて以下のように調整量及びインセンティブを割り振る。 図１２の応答曲線は、以下の数１で表されるシグモイド関数である。 即ち、各需要家のヒートポンプ機器４０が報酬に対し調整に応じる特性を数学モデルで表している。 応答曲線は、平日週末等の曜日、朝昼夜等の時間帯、天気、温度、湿度、及び季節等のパターン毎に用意し、当日に最も適したパターンの応答曲線を用いる。

先ず、各ヒートポンプ機器４０を応答曲線のゲインａが大きい順、かつ、応答曲線の係数ｂの値が小さい順に並べたヒートポンプ機器４０のリストを作成する。 即ち、少ない報酬でエネルギー消費の調整の要請に協力してくれる需要家の有するヒートポンプ機器４０を順に並べる。

次に、リストの上位から順にヒートポンプ機器４０に調整量と報酬金とを割り振る。

当該ヒートポンプ機器４０の応答曲線の係数ｂに対応する報酬金が割り振り可能な報酬金以下であり、かつ、当該報酬金に対応する調整量が割り振り可能な調整量以下である場合は、当該調整量及び報酬金を当該ヒートポンプ機器４０に割り振る。 そうでない場合は、割り振り可能な調整量及び報酬金の全てを当該ヒートポンプ機器４０に割り振る。 割り振った調整量及び報酬金は、それぞれ割り振り可能な調整量及び報酬金から差し引く。

割り振り可能な調整量が残っていれば、リストにおける次の順位のヒートポンプ機器４０に、上と同じように調整量と報酬金とを割り振る。

全ての割り振り可能な調整量が割り振られるまで、上記の処理を繰り返す。

なお、まだ応答特性１２５を抽出できる程度にエネルギー消費実績値等のデータが蓄積されていない初期の段階では、割り振る必要のあるエネルギー消費の調整量及び割り振ることが可能な報酬金をヒートポンプ機器４０の数で等分して、各ヒートポンプ機器４０に割り振る。

（５−３）応答特性学習処理フロー 次に、応答特性を学習する処理のフローを図１１のフローチャートを用いて説明する。

（５−３−１）ステップＳ２０１
ステップＳ２０１では、天気、温度、及び湿度等の外部情報１２６を取得する。 具体的には、外部情報取得部１１２ｈが、インターネット等の通信ネットワーク８１を介して天候データを提供するサービスを行なっている事業者のサーバから外部情報１２６を受信する。 外部情報１２６には、例えば、時間帯毎（例えば、１分毎）の天気、温度、及び湿度等に関する情報が含まれている。 受信した外部情報１２６は、データベース１１３ａに蓄積される。

（５−３−２）ステップＳ２０２
ステップＳ２０２では、学習部１１２ｇが個別消費計画１２１、個別消費要求１２４、外部情報１２６、及び運転データ１０３ａを分析し、機械学習により応答特性１２５を抽出する。 学習部１１２ｇは、応答モデル１２５をＤＢＭＳを介してデータベース１１３ａに記憶する。 データベース１１３ａに記憶されている既存の応答モデル１２５は、新たに作成された応答モデル１２５により更新される。

具体的には、例えば、学習部１１２ｇは、個別消費要求１２４に含まれている時間帯ごとの要求値、個別消費計画１２１に含まれている同時間帯のエネルギー消費の計画値及び実績値、及び同時間帯の運転データ１０３ａを分析し、各ヒートポンプ機器４０のエネルギー消費の調整量の実績値を時間帯ごとに算出する。 個別消費要求１２４の要求値と個別消費計画１２１のエネルギー消費の実績値とを比較すれば、各ヒートポンプ機器４０がエネルギー消費を調整したか否かが分かる。 また、運転データ１０３ａを参照すれば、例えば、ヒートポンプ機器４０が個別消費要求１２４の要求値に従って制御されている途中でユーザが割り込み操作により当該制御を解除したことが分かる。 ヒートポンプ機器４０がエネルギー消費を調整した場合の調整量は、個別消費要求１２４により調整を要求される前にヒートポンプ機器４０が送信した個別消費計画１２１に含まれている計画値と要求後の個別消費計画１２１に含まれている実績値とを比較することにより算出できる。 報酬金又は罰金であるインセンティブについては、同時間帯の個別消費要求１２４を参照すれば分かる。

学習部１１２ｇは、エネルギー消費の調整量と報酬金とを付きあわせた学習用データを抽出する。 インセンティブが罰金の場合は、エネルギー消費の調整量と罰金とを付きあわせた学習用データを抽出する。 抽出した学習用データは、データベース１１３ａに記憶される。

学習用データは、平日、週末、朝昼夜等の時間帯、天気、温度、湿度、及び季節等のパターン毎に分類される。 学習部１１２ｇは、学習用データからパターン毎に数１のシグモイド関数を機械学習により抽出する。 即ち、学習用データをパターン毎に図１２のようにプロットし、数１のシグモイド関数の係数ａ、ｂ、ｃを求める。

求められた係数ａ、ｂ、ｃが、データベース１１３ａに記憶されている係数ａ、ｂ、ｃと異なる場合は、新たに求められた係数ａ、ｂ、ｃにより更新される。 即ち、データベース１１３ａの既存の応答特性１２５が新たな応答特性１２５に更新される。

なお、上述した応答特性を学習する処理は、所定の間隔（例えば、１日）で実行される。

（６）特徴 （６−１）
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、複数のヒートポンプ機器４０を管理し、ヒートポンプ機器４０の総消費エネルギー量を目標値である総消費要求１２３の要求値に近づける管理装置である。 要求送信部１１２ｅと、消費情報受信部１１２ｃと、データベース１１３ａと、学習部１１２ｇとを備えている。 要求送信部１１２ｅは、各ヒートポンプ機器４０（ヒートポンプ機器制御装置１００）にエネルギー消費要求値を個別消費要求１２４として送信している。 消費情報受信部１１２ｃは、各ヒートポンプ機器４０（ヒートポンプ機器制御装置１００）からエネルギー消費実績値を含む個別消費計画１２１を受信している。 データベース１１３ａは、各ヒートポンプ機器４０を保持する需要家のエネルギー消費要求値に対する応答特性１２５を記憶している。 学習部１１２ｇは、応答特性１２５を学習し、データベース１１３ａに、エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させている。 したがって、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０では、各ヒートポンプ機器４０がエネルギー消費調整の要求に対してどのように応答するか予測できている。 これにより、複数の需要家のヒートポンプ機器４０のエネルギー消費を管理する管理装置において、安定した需給調整を実現することができている。

また、熱的バッファを持つヒートポンプ機器４０を利用してエネルギー消費調整を行うためユーザの利便性を大きく損なうことなく、規定の範囲内に電力系統周波数の変動を抑制することができている。

また、既存の消費調整手段（揚水発電、蓄電池、フライホイール等）と比較し設備投資のコストを抑えることができている。

（６−２）
上記実施形態では、学習部１１２ｇは、季節、曜日、時間帯、及び天候のうちの少なくとも一つに関する外部情報１２６とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性１２５を学習している。 即ち、季節、曜日、時間帯、及び天候といった情報と実績とを応答特性の学習基盤としている。 これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができている。

（６−３）
上記実施形態では、応答特性１２５は、数学モデルとして表されている。 これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができている。

（６−４）
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、要求送信部１１２ｅは、各ヒートポンプ機器４０（ヒートポンプ機器制御装置１００）にインセンティブに関する情報が含まれた個別消費要求１２４を送信している。 これにより、各需要家に個別消費要求１２４に含まれた要求値に従うインセンティブを与えることが可能となっている。

（６−５）
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、エネルギー消費要求受信部１１２ｂを備えている。 エネルギー消費要求受信部１１２ｂは、電力会社等が有するエネルギー統括装置９０からエネルギー消費要求値を含む総消費要求１２３を受信している。 これにより、電力会社と需要家との間に立ってエネルギーの安定した需給調整を仲介するアグリゲータとしての役割を果たすことができている。

（６−６）
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、割り振り部１１２ｆを備えている。 割り振り部１１２ｆは、応答特性１２５に基づいて各ヒートポンプ機器４０にエネルギー消費要求値を割り振っている。 これにより、信頼性の高いエネルギー消費調整をすることができている。

（７）変形例 （７−１）変形例１Ａ
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置１１０は、電力会社のエネルギー統括装置９０から総消費要求１２３を受信し、個別要求１２４を各ヒートポンプ機器４０のヒートポンプ機器制御装置１００に送信していた。 しかし、他の実施形態においては、消費要求受信部１１２ｂが電力会社のエネルギー統括装置９０から時間帯別（例えば、１分毎）のエネルギー単価に関する情報を受信し、要求送信部１１２ｅが当該情報を各ヒートポンプ機器４０のヒートポンプ機器制御装置１００に送信しても良い。

（７−２）変形例１Ｂ
上記実施形態では、学習部１１２ｇは、各ヒートポンプ機器４０の応答特性１２５を数１のシグモイド関数として機械学習により抽出していた。 割り振り部１１２ｆは、数１のシグモイド関数を用いて各ヒートポンプ機器４０にエネルギー消費の調整量及びインセンティブを割り振った。 しかし、他の実施形態においては、各ヒートポンプ機器４０の応答特性１２５を他の関数で表しても良い。 また、応答特性１２５を例えば、ベイズ推定や、回帰分析、主成分分析を用いて応答特性１２５を抽出しても良い。

（７−３）変形例１Ｃ
上記実施形態では、ヒートポンプ機器制御装置１００は、ヒートポンプ機器４０に備えられた装置であったが、他の実施形態においては、ヒートポンプ機器４０とは、独立した装置であっても良い。

本発明は、電力会社とヒートポンプ機器を所有する複数の小規模の需要家との間に入って、これらの需要家が消費するエネルギーをとりまとめて調整を行うアグリゲータ事業に利用可能である。

Ａ、Ｂ 需要家４０ ヒートポンプ機器９０ エネルギー統括装置（上位のエネルギー管理装置）
１００ ヒートポンプ機器制御装置１１０ ヒートポンプ機器エネルギー管理装置（管理装置）
１１２ａ 消費情報送信部１１２ｂ エネルギー消費要求受信部１１２ｃ 消費情報受信部１１２ｄ 集計部１１２ｅ 要求送信部１１２ｆ 割り振り部１１２ｇ 学習部１１３ 記憶部１１３ａ データベース１２１ 個別消費計画１２２ 総消費計画１２３ 総消費要求１２４ 個別消費要求１２５ 応答特性