JP6307125B2 - 電力管理システム - Google Patents

Description

本発明は、使用電力量を計測して監視する電力量監視装置を備えるとともに、自家発電装置により発生した電力を売電する売電システムを備えて、電力を管理する電力管理システムに関するものである。

工場、ビル、スーパーマーケット、店舗等で企業が使用する電気料金は、基本料金と利用料金とで設定され、このうち基本料金は、電力会社との間で定められた契約電力量によって決定される。具体的には、通年にわたり毎日０時〜２４時の間、常時３０分間の使用電力量が自動的に計測され、この間の最大使用電力量を２倍して１時間の使用量に換算して契約電力量としている。このため、企業が任意の３０分間に集中して電力を使用すると、契約電力量は増大することとなり、３０分間の使用電力量が一時的ではあっても契約電力量を超えると、その使用した電力量が新たな基本料金として設定されることになり、基本料金は上昇する。即ち、年間の使用電力量は同じであっても或いは平均して電力量を下げたとしても、任意の３０分間に集中して電力を使用してしまうと基本料金は上がり、その分電気料金は高くなる。そのため、企業としては、常時使用電力量を監視して契約電力量を超えないよう監視し注意を払う必要がある。

そこで、常時使用電力量を計測し、計測した電力値を処理、演算して使用電力量を予測し監視するデマンド監視装置を設置することが行なわれるようになっている。デマンド監視装置は、電力量監視装置の一種であり、使用電力が設定値を超えると予測されたとき、警報を発し、注意を喚起する。デマンド監視装置により警報が発せられたときは、機器、装置の稼働の一時停止や空調機器の設定温度を変更し或いは電源を落としたり、照明を落とすなどの節電措置が行なわれ、使用電力量が設定値を超えないようにしている。このデマンド監視に関しては、例えば特許文献１に記載の制御装置が開示されている。

特開２０１１−０１０４９７号公報

しかし、従来、デマンド監視装置によって警報が発せられたときに行なわれる使用電力の制御は、機器、装置の稼働停止や空調機器の設定温度の変更などの節電措置により行なわれているが、諸事情によりそれらの節電措置が従業員に過度の負担を強いることになったり、それらの節電措置のみでは、十分な節電効果を得ることができず、使用電力量を設定値以下に抑えることが困難なことも多かった。

なお、上記不具合は、デマンド監視装置により電力会社との間で定められた契約電力量を超えないようにする場合に限られず、任意に使用電力量の設定値を設定し、これを電力量監視装置で計測し監視して超えないようにする場合にも生ずる。

そこで、本発明は、電力量監視装置により計測された電力会社供給の使用電力量が設定値を超えたとき、または前記電力量監視装置により使用電力量が設定値を超えると予測されたときで、かつ、機器、装置の稼働停止等の節電措置のみでは設定値以下に抑えることが困難なときにおいても、電力会社供給の使用電力量を設定値以下に抑えることができる電力管理システムの提供を課題とするものである。

請求項１の電力管理システムは、使用電力量を計測して監視する電力量監視装置と、自家発電装置により常時発生する電力を全量売電する全量売電システムとを備え、前記電力量監視装置により計測され設定値を超えた使用電力量または前記設定値を超えると予測される使用電力量に対応して、前記自家発電装置により発生して売電用電力から使用電力に切替えられる電力量が前記自家発電装置により発生した電力の一部及び全部の間で可変するものである。

請求項２の電力管理システムは、売電用電力から使用電力に切替えた後、前記デマンド監視装置により使用電力量が前記契約電力量を超えないと予測されたとき、前記自家発電装置により発生した電力の一部または全部を使用電力から売電用電力に切替えるものである。

請求項３の電力管理システムは、自家発電装置が、太陽光発電装置である。
請求項４の電力管理システムは、太陽光発電装置が、複数の太陽電池アレイを備えており、前記売電用電力から使用電力に切替えられる電力量は、前記太陽電池アレイ単位で可変するものである。

請求項１の発明は、電力量監視装置により計測され設定値を超えた使用電力量または前記設定値を超えると予測される使用電力量に対応して、前記自家発電装置により発生して売電用電力から使用電力に切替えられるので、電力会社から受電している電力量を削減してもその削減分を自家発電装置で発生した電力で補うことができる。したがって、機器、装置の稼働停止等による節電措置等によっては或いは節電措置を採ることが困難であることによって設定値を超過してしまうときでも、使用電力量を設定値以下に抑えることが可能となる。
そして、設定値を超えた使用電力量または前記設定値を超えると予測される使用電力量に対応して、自家発電装置により発生して売電用電力から使用電力に切替えられる電力量が可変するから、きめ細かく最適な電力管理を行なうことができる。

請求項２の発明は、売電用電力から使用電力に切替えた後、使用電力量が契約電力量を超えないと予測されたとき、再度自家発電装置により発生した電力を使用電力から売電用電力に切替えることができ、売電による利益を得ることができる。

請求項３及び請求項４の発明は、自家発電装置が、太陽光発電装置であるから、再生可能エネルギーを利用できるとともに、買取制度を利用することができる。

本発明の実施形態の電力管理システムのブロック図である。 図１の電力管理システムの回路図である。 図１の電力管理システムの回路図である。 図１の電力管理システムの電力量の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態の電力管理システムを図に基づいて説明する。
電力管理システム１は、常時使用電力量を計測し、計測した電力値を処理、演算して使用電力量を予測し監視するデマンド監視装置１１と、自家発電装置としての太陽光発電装置２２により発生した電力を全量売電する全量売電システム２１とを備え、デマンド監視装置１１により使用電力が契約電力量を超えると予測されたとき、自家発電装置により発生した電力の一部または全部を売電用電力から使用電力に切替えるものである。以下、各構成部について説明する。

デマンド監視装置１１は、電力量監視装置の一種であり、工場、スーパーマーケット等で企業が使用する電気料金のうちの基本料金が任意の３０分間に集中して電力を使用することにより、契約電力量を超えるのを防止して電気料金が上昇しないよう監視する。デマンド監視装置１１は、具体的には、各事業所の受電点に電力計が取付けられており、事業所毎に毎分の使用電力量を計測し、その計測値は、事業所内ＬＡＮ、ルーターを介してインターネット回線を通じて有線または無線によりデータセンターに送信される。そこで、データセンターでは送信された計測値に基づいてデータ処理、演算、解析を行ない、３０分経過後の使用電力量を予測する。また、データセンターではこれらのデータを記録し、棒グラフ化するなどのデータ処理も併せて行なう。そして、これらのデータは、インターネット回線を通じて事業所内ＬＡＮ、ルーターを介して有線または無線により各事業所のデマンド監視装置１１に送信される。これにより、各事業所において使用電力量の推移をリアルタイムに確認することもできる。

デマンド監視装置１１は、使用電力が設定値を超えると予測されたときには、図１に示すように、工場、店舗等に警報を発し、注意を喚起するようになっている。警報は、例えば赤、黄、青の三色表示灯を工場内の各箇所や店舗内に設置し、表示される色によって緊急度を知らせることができる。或いは、サイレンによって警告することもできる。警報が発せられると、これを確認した従業員、店員等によって、機器、装置の稼働の一時停止や空調機器の設定温度の変更或いは運転停止などの処置が行なわれ、照明を落とすなどの節電措置が行なわれる。

また、デマンド監視装置１１は、単に、計測して監視し警報を発するのみでなく、更に、自動的に機器、装置の稼働の一時停止や空調機器の設定温度の変更或いは運転停止などのデマンドコントロール、負荷制御も行なう。

加えて、デマンド監視装置１１は、図１乃至図３に示すように、太陽光発電装置２２の後述する切替開閉器２５に切替指令を発するようになっている。

次に、自家発電装置としての太陽光発電装置２２は、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電装置である。太陽光発電装置２２は、図２及び図３に示すように、太陽電池パネルの複数の１０ｋＷの太陽電池アレイ２３と、接続箱２４と、切替開閉器２５と、パワーコンディショナー２６、交流集合箱２７、保安ブレーカー２８、売電用電力量計２９とを備えている。太陽光発電装置２２は、太陽電池パネルで発生した電気が接続箱２４に集められ、パワーコンディショナー２６に供給される。パワーコンディショナー２６は、入力される電圧を一定にして安定した出力に調整するものであり、発電された電気を工場、店舗等の環境で使用できるように変換する。図２及び図３に示す回路において、太陽電池パネルの太陽電池アレイ２３で発生した電気は直流であり、パワーコンディショナー２６で交流に変換される。そして、パワーコンディショナー２６から出力された電気は、全量買取制度による売電として売電用電力量計２９を介して外部に送られるようになっている。なお、図２及び図３において、パワーコンディショナーは「パワコン」と表示する。

更に、太陽光発電装置２２の回路において、デマンド監視装置１１から切替信号が送信され、切替開閉器２５がそれを受信すると、図３に示すように、３個の太陽電池アレイ２３のうちの１個の第１太陽電池アレイ２３ａで生じた電力は切替開閉器２５で切り替えられて第４パワコン２６ｄに供給され、一般負荷として事業所で消費される。

ここで、太陽光発電装置２２によって発電された電力を売電する制度について説明する。
売電制度には、余剰買取制度と全量買取制度とがある。余剰買取制度は、主に一般家庭などで、太陽光発電容量が１０ｋＷ未満の発電システムに適用される買取制度で、発電された電力をまず自家消費し、余った電力を電力会社が買い取る制度である。この買取制度は、発電容量が１０ｋＷを超えても適用されるが、産業用として新しく２０１２年７月１日より施行された後述する全量買取制度の方が経済的に有利であるため、発電容量が１０ｋＷを超える企業の殆どは全量買取制度を適用することが予想される。

全量買取制度は、太陽光発電装置２２によって発電された電力を全て電力会社に売ることができる一方、電力会社の電力を安価に利用することができる制度である。自家発電して電力会社に売電する価格は余剰買取制度適用の場合より少し高額である。したがって、余剰買取制度と比較して、太陽光発電装置２２の投資費用の回収を短期に行なうことができる。買取期間は２０年であり、余剰電力制度の場合の２倍である。これらのことから、企業にとって、全量買取制度は余剰買取制度より大変有利な制度となっている。

なお、全量買取制度とは、自家消費後の電力の余剰分とは関係なく自家発電した電力を売ることができ、その売られた電力は全量買い取るという制度であり、自家発電した電力量は全て売電しなければならないというものではない。

次に、このように構成された本発明の実施形態の電力管理システム１における電力の使用について説明する。
デマンド監視装置１１による使用電力の監視において、電力会社から供給された電力の使用量が契約電力量である設定値を超えないことが予測されている間は、図２に示すように、太陽光発電装置２２の第１〜３太陽電池アレイで発電した電力は、それぞれ接続箱２４に集められた後、第１〜３パワコンに供給され、交流集合箱２７に集められた後、売電用電力量計２９から電力会社に売電される。

一方、デマンド監視装置１１による使用電力の監視において、電力の使用量が設定値を超えることが予測された場合は、図３に示すように、太陽光発電装置２２の第２太陽電池アレイ２３ｂ及び第３太陽電池アレイ２３ｃで発電した電力については、それぞれ接続箱２４に集められた後、第２パワコン２６ｂ、第３パワコン２６ｃに供給され、交流集合箱２７に集められた後、売電用電力量計２９から電力会社に売電される。

これに対して、太陽光発電装置２２の第１太陽電池アレイ２３ａの切替開閉器２５には、デマンド監視装置１１から切替信号が送信される。そこで、切替信号を受信した切替開閉器２５は、第１太陽電池アレイ２３ａで発電した電力を第４パワコン２６ｄに供給する。更に、第４パワコン２６ｄに供給された電力は、電力会社の電力供給に優先して太陽光発電装置２２からの電力供給に切り替えられ、事業所の一般負荷への消費電力として使用される。また、このときには、デマンド監視装置１１によるデマンドコントロール、負荷制御が自動的に行なわれ、空調設備等の出力制御またはON/OFF制御や消灯などの節電措置が自動的に行なわれる。但し、デマンド監視装置１１が契約電力量を超えると予測し警報を発したときに、作業員、店員等がこれを確認して手動で空調設備等の出力制御や消灯などの節電措置を行なうようにしてもよい。

その後のデマンド監視装置１１による使用電力の監視において、一旦電力の使用量が契約電力量を超えることが予測されたものの、節電措置の結果、使用電力量が契約電力量を超えないと予測されたときには、太陽光発電装置２２の第１太陽電池アレイ２３ａの切替開閉器２５には、復帰信号が送信される。そこで、復帰信号を受信した切替開閉器２５は、第１太陽電池アレイ２３ａで発電した電力を第４パワコン２６ｄから元の第１パワコン２６ａに供給する。これにより、第１〜３太陽電池アレイで発電した電力は、元のように、再度、それぞれの接続箱２４に集められた後、第１〜３パワコンに供給され、第１〜３太陽電池アレイで発電した全ての電力が交流集合箱２７に集められた後、売電用電力量計２９から電力会社に売電される。

なお、太陽光発電装置２２による自家発電を優先して使用することにより、空調設備等の出力制御またはON/OFF制御や消灯などの節電措置をできる限り少なくしたり、更には、これらに使用する電力量を全て自家発電により賄うことができれば、空調設備等の調整を不要とすることもできる。

ここで、デマンド監視装置１１による使用電力の監視において、電力の使用量が設定値を超えることが予測された場合の使用電力量、買取電力量の関係を説明する。
図４に示すように、事業所における「使用電力量Ｗ１」＝「電力会社供給の使用電力量Ｗ２」＋「自家使用電力量Ｗ６」である。このとき、「電力会社供給の使用電力量Ｗ２」＜「契約電力量Ｗ３」であり、使用電力量Ｗ２は契約電力量Ｗ３以下に維持される。他方、「自家発電装置による発電量Ｗ４」＝「全量買取制度による売電量Ｗ５」＋「自家使用電力量Ｗ６」である。

次に、本発明の実施形態の電力管理システム１の作用を説明する。
デマンド監視装置１１により使用電力が設定値を超えると予測されたとき、太陽光発電装置２２により発生した電力の一部または全部が売電用電力から使用電力に切替えられるので、電力会社から受電している電力量を削減してもその削減分を太陽光発電装置２２で発生した電力で補うことができる。したがって、機器、装置の出力制御、稼働停止等による節電措置のみでは所要の節電効果が得られず、或いは従業員等に無理を強いることとなって節電措置を採ることが困難であることなどにより、契約電力量を超過してしまう虞がある場合でも、全量買取システム２１の太陽光発電装置２２による電力の補充によってこれを一般負荷として使用することができるため、電力会社から供給される電力の使用電力量は契約電力量以下に抑えることができる。

ここで、電気料金面について検討する。デマンド監視装置１１の監視により太陽光発電装置２２で発電した電力の一部または全部が売電用電力から使用電力に切替えられると、太陽光発電装置２２により発電した電力を全量売電することによって得られる売電額は、使用電力に切り替えられた電力分だけ減少することとなる。しかし、太陽光発電装置２２により発生した電力を使用電力に切り替える必要があるのは、夏期及び冬期の僅かな期間である。その一方、電気料金の基本料金は、使用電力量が契約電力の設定値を超えることにより一旦高い金額に設定変更されると、１年間はその金額が維持される。そこで、太陽光発電装置２２で発電した電力の一部または全部を売電用電力から使用電力に切替える場合と切替えない場合とを比較したとき、売電用電力から使用電力に切り替えて基本料金が上昇するのを抑えた方が全体的に電気料金は安価となり、コスト低減に繋がる。

ところで、上記実施形態において、デマンド監視装置１１により使用電力が設定値を超えると予測されたとき、図３に示すように、切替信号は第１太陽電池アレイ２３ａの切替開閉器２５に送信され、第１太陽電池アレイ２３ａで発電した電力のみが第４パワコン２６ｄに供給され、一般負荷として事業所で使用されるが、これに限られるものではなく、デマンド監視装置１１により使用電力が設定値を大きく超えると予測されたときには、切替信号が第１太陽電池アレイ２３ａに加え、第２太陽電池アレイ２３ｂ更には第３太陽電池アレイ２３ｃの切替開閉器２５にも送信されるものとし、第２太陽電池アレイ２３ｂ更には第３太陽電池アレイ２３ｃの発電量も一般負荷の使用電力として供給されるものとしてもよい。この場合は、第２太陽電池アレイ２３ｂ或いは更に第３太陽電池アレイ２３ｃの発電量も自家使用電力に供給され、補充されるため、その分、電力会社から供給される電力量を削減できる。したがって、使用電力が設定値を大きく超えると予測されたときでも、無理な節電措置を行なうことなく、第２太陽電池アレイ２３ｂ或いは更に第３太陽電池アレイ２３ｃの電力の補充によって、契約電力の設定値以下に維持することができる。

即ち、デマンド監視装置１１により使用電力量が契約電力量を超えると予測された電力値に対応して太陽光発電装置２２により発生して売電用電力から使用電力に切替えられる電力値を可変できるものとすることもできる。

なお、デマンド監視装置１１により使用電力量が設定値の契約電力量を超えると予測されたときへの切替えは、デマンド監視装置１１により使用電力量が契約電力量を超えると予測されたとき、自動的にデマンド監視装置１１から切替信号が送信されて切替開閉器２５で第４パワコン２６ｄ側に切り替えられるようになっているが、これに限られず、デマンド監視装置１１が警報を発したときに作業員、店員等が手動で第４パワコン２６ｄ側に切替えるものとすることもできる。

また、売電用電力から使用電力への切替えは、通常、デマンド監視装置１１のデマンドコントロールによる警報発令や機器制御等による節電措置と同時に行なわれるが、異なる時期に行なわれるものであってもよい。例えば、契約電力量を超えると予測して設定したやや低めの最初の設定値を超えたときに自家発電装置の使用電力への切替えが行なわれ、その後それでも不十分のためにやや高めの最後の設定値を超えたときに、デマンド監視装置１１によるデマンドコントロールの作動が開始するものであってもよい。ここにおける設定値は任意に設定することができる。

更に、上記実施形態において、第４パワコン２６ｄは、太陽電池アレイ２３で発電した直流を１００Ｖに変換することもあり得るし、三相の２００Ｖに変換することもあるので、第１〜３パワコンと同じ仕様であってもよいし、別仕様であってもよい。

なお、上記実施形態の設定値は、契約電力量や契約電力量を超えると予測して設定した前記設定値の他、省エネ等の別の観点から任意に設定することもできる。

加えて、上記実施形態においては、売電として、全量買取制度により太陽光発電装置２２で自家発電した電力を売る場合に適用しているが、全量でなく一部買取りの買取制度により売電するものにも同様に適用することができる。

更に、上記実施形態においては、自家発電装置として太陽光発電装置２２を備えているが、これに限定されるものではなく、図２及び図３に示すように、回路中にリチウムイオン電池等の蓄電池３０を付帯させてもよい。この場合は、タイミングにより、太陽光発電装置２２及び蓄電池３０の双方から或いは蓄電池３０のみから電気を供給させることもできる。

１ 電力管理システム
１１ デマンド監視装置
２１ 全量売電システム
２２ 太陽光発電装置
２３ 太陽電池アレイ
２５ 切替開閉器

Claims (4)

1. 使用電力量を計測して監視する電力量監視装置と、
   自家発電装置により常時発生する電力を全量売電する全量売電システムと
   を備え、
   前記電力量監視装置により計測され設定値を超えた使用電力量または前記設定値を超えると予測される使用電力量に対応して、前記自家発電装置により発生して売電用電力から使用電力に切替えられる電力量が前記自家発電装置により発生した電力の一部及び全部の間で可変することを特徴とする電力管理システム。
2. 前記売電用電力から使用電力に切替えた後、前記デマンド監視装置により使用電力量が前記契約電力量を超えないと予測されたとき、前記自家発電装置により発生した電力の一部または全部を使用電力から売電用電力に切替えることを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
3. 前記自家発電装置は、太陽光発電装置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力管理システム。
4. 前記太陽光発電装置は、複数の太陽電池アレイを備えており、
   前記売電用電力から使用電力に切替えられる電力量は、前記太陽電池アレイ単位で可変することを特徴とする請求項３に記載の電力管理システム。

Images