Heat pump equipment energy management device

申请号 JP2012040757 申请日 2012-02-27 公开(公告)号 JP5494696B2 公开(公告)日 2014-05-21
申请人 ダイキン工業株式会社; 发明人 正人 小竹; ▲イ▼ 鄭; 貴弘 山口;
摘要 To realize stable supply and demand adjustments in a management device that manages the energy consumption of heat pump systems of plural consumers. A management device manages plural heat pump systems to bring the total amount of energy consumed by the heat pump systems closer to the target value. The management device comprises a request transmitting unit, a consumption information receiving unit, a database, and a learning unit. The request transmitting unit transmits requested values of energy consumption to each of the heat pump systems. The consumption information receiving unit receives actual values of energy consumption from each of the heat pump systems. The database stores response characteristics (125) of consumers having each of the heat pump systems with respect to the requested values of energy consumption. The learning unit learns the response characteristics (125) and reflect learning results based on past records of responses of each of the consumers with respect to the requested values of energy consumption in the database.
权利要求
  • 複数の、給湯機能および暖房機能を有するヒートポンプ機器(40)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(110)であって、
    前記各ヒートポンプ機器にエネルギー消費要求値(124)を送信する要求送信部(112e)と、
    前記各ヒートポンプ機器からエネルギー消費実績値(121)を受信する消費情報受信部(112c)と、
    前記各ヒートポンプ機器を保持する需要家の前記エネルギー消費要求値に対する応答特性(125)を記憶するデータベース(113a)と、
    前記応答特性を学習し、前記データベースに、前記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学習部(112g)と、
    上位のエネルギー管理装置から前記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エネルギー消費要求受信部(112b)と、
    前記応答特性に基づいて前記各ヒートポンプ機器に前記エネルギー消費要求値を割り振る割り振り部(112f)と、
    を備え、
    前記学習部は、季節に関する情報と前記エネルギー消費実績値とを結びつけて前記応答特性を学習する、
    前記要求送信部は、前記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前記エネルギー消費要求値を送信する、
    管理装置(110)
  • 前記学習部は、数学モデルである前記応答特性を学習する、
    請求項1に記載の管理装置(110)。
  • 说明书全文

    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。

    ここで、関数の係数a、b、cのうちaは、ゲインであり、bは、図12の縦の点線が横軸と交わる点の報酬の値、cは、図12の横の点線が縦軸と交わる点の調整量の値である。

    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

    特開2006−353079号公報

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