JP5025835B2 - 運転計画方法、及びヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1に示す通り、本発明では、宅内の消費電力量である負荷電力量の予測(S101)と、暖房負荷電力の予測(S102)と、PV(Photovoltaic)による発電力量であるPV発電力量の予測(S103)とから、逆潮電力量を予測(S104)し、この逆潮電力量がピークとなる時間帯にHP(Heat Pump)を運転(S106)させるものである。HPの運転期間は、給湯熱量の予測(S105)により決定する。これにより系統へ逆潮する電力量を低減し、電力系統への影響を効果的に少なくすることができる。
まず蓄積手段301は、需要家の負荷電力量、暖房負荷電力量、給湯熱量、PV発電力量、及び日射量の各値を蓄積する。より具体的には、蓄積手段301は、図7の履歴表に示されるように、負荷電力の1時間毎の計測値(負荷電力量)と、暖房負荷電力の1時間毎の計測値(暖房負荷電力量)、給湯熱量の1時間毎の計測値と、PV発電力の1時間毎の計測値(PV発電力量)と、日射量の1時間毎の計測値とを、それぞれ負荷電力履歴、暖房負荷電力履歴、給湯熱量履歴、PV発電力履歴、及び日射量履歴として所定の期間(図7の例では、4週間分)だけ保持している。この履歴表は、4週間分の各曜日の履歴情報(負荷電力、暖房負荷電力、給湯熱量、PV発電力、日射量)を保持しているが、さらに詳細には、各曜日の各時刻の履歴情報を保持している。時刻が0、1、2、・・・とは、0時台、1時台、2時台、・・・を示している。またその時刻における履歴情報は、積算情報となっている。時刻0の負荷電力履歴は、0時台の負荷電力の積算電力量である。
負荷予測手段302は、第1の電力負荷906で消費される1時間毎の負荷電力量の予測値(予測負荷電力量)と、暖房装置904で消費される熱を成熱するためにヒートポンプ式給湯暖房装置900で消費される1時間毎の暖房負荷電力量の予測値(予測暖房負荷電力量)と、給湯装置903で消費される1時間毎の給湯熱量の予測値(予測給湯熱量)と、太陽光発電装置911で発電される1時間毎のPV発電力量の予測値(予測PV発電力量)とを算出する。
運転計画手段303は、逆潮電力量が最小となるように、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の運転計画を立案し、ヒートポンプ式給湯暖房装置900に対する制御パラメータを算出する。
運転計画手段303は、設定給湯温度が50℃未満の場合、以下の式(3)で逆潮中にヒートポンプ901で生熱される熱量である「逆潮中HP生熱量」を算出し、以下の式(4)で逆潮中に給湯ヒータ903hで生熱される熱量である「逆潮中ヒータ生熱量」を算出する。
逆潮中ヒータ生熱量=(目標蓄熱温度−50)*給湯タンク容量 ・・式(4)
運転計画装置910は、設定給湯温度が50℃以上の場合、以下の式(5)で給湯ヒータ903hで生熱される熱量である逆潮中ヒータ生熱量を算出する。
t(HT)=(逆潮中ヒータ生熱量/0.86/1000)/ヒータ加熱能力・式(7)
優先運転モード、優先設定給湯温度共に「なし」を算出する。この場合、リモコン1101からの設定でヒートポンプ式給湯暖房システム9000は運転される。
(i)給湯タンク温度が50℃未満の場合
優先運転モードとして「給湯」を、優先設定給湯温度として「目標蓄熱温度」を算出する。この場合、ヒートポンプ901のみで生熱可能な温度のため、ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、運転モードを「給湯」とし、ヒートポンプ901を用いて給湯タンク903a内の水の加熱を行う。
優先運転モードとして「なし」を、優先設定給湯温度として「目標蓄熱温度」を算出する。この場合、ヒートポンプ901で生熱可能な温度(50℃)を超えているため、ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、運転モードをリモコン1101のまま変更せず、給湯ヒータ903hを用いて給湯タンク903a内の水の加熱を行う。ユーザのリモコン設定が、「暖房」になっていても「給湯」になっていても、いずれにしても給湯タンク903a内の水は、給湯ヒータ903hを用いて加熱するしかない。
運転制御手段304は、運転計画手段303で生成された制御パラメータに基づきヒートポンプ式給湯暖房装置900の運転を制御する。運転制御手段304は、運転計画手段303から逆潮電力閾値と、運転時間帯と、給湯タンク903aの目標蓄熱温度とを取得し、電力分配装置905から現在の負荷電力量と現在のPV発電力量とを取得し、ヒートポンプ式給湯暖房装置900から現在の暖房負荷電力と現在の給湯タンク903aの温度(給湯タンク温度)とを取得する。運転制御手段304は、PV発電力から負荷電力と暖房負荷電力とを減算した値である逆潮電力を算出する。これらの処理は、例えば、1分毎に実行される。
以下、ヒートポンプ式給湯システムの本実施の形態における動作の一例について説明する。前提として、現在時刻を0時とし、ヒートポンプ式給湯暖房システムは、4週間(28日間)以上運転を行っているとする。設定は、設定給湯温度が「45℃」となっている。また、給湯タンク903a内の温度は0時に50℃で均一とする。
図10は、運転計画装置910で毎日0時に処理される運転計画処理のフローチャートである。まず、運転計画装置910は、現在時刻が0時となると、1日に1回の「運転計画処理」を開始する(S601)。
次に、運転計画装置910は、運転計画手段303で制御パラメータの算出処理を行う(S604)。図12は、運転計画手段303で処理される制御パラメータの算出処理(S604)のフローチャートである。まず、運転計画手段303は、制御パラメータの算出処理を開始する(S801)。
以下、実施の形態1に係るヒートポンプ式給湯暖房システム9000の動作について説明する。前提として、現在時刻を0時とし、ヒートポンプ式給湯暖房システム9000は、28日間以上運転を行っているとする。また、リモコン1101の設定は、運転モード情報が「暖房」、設定暖房温度が「50℃」、設定給湯温度が「45℃」となっているとする。また、給湯タンク903a内の温度は0時に50℃で均一とする。
以上、本発明の発電装置を備えたヒートポンプ式給湯暖房システムの実施形態について説明したが、以下の形態であってもよい。
302 負荷予測手段
303 運転計画手段
304 運転制御手段
900 ヒートポンプ式給湯暖房装置
901 ヒートポンプ
901a ヒートポンプ部
902 熱交換器
903 給湯装置
903a 給湯タンク
903h 給湯ヒータ
904 暖房装置
904a 暖房回路
905 電力分配装置
906 第1の電力負荷
907 電力メーター
908 エネルギー供給業者
909 サーバ
910 運転計画装置
911 太陽光発電装置
1001 給湯暖房制御装置
1010 三方弁
1101 リモコン
9000 ヒートポンプ式給湯暖房システム
Claims (13)
- 発電装置と、前記発電装置で発電された電力を用いて動作する第1の電力負荷と、前記発電装置で発電された電力を用いて熱を生成する第2の電力負荷とを備えるシステムにおいて、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画方法であって、
前記第2の電力負荷は、前記発電装置で発電される電力を用いて熱を生成する生熱部と、前記生熱部で生成された熱を蓄熱する蓄熱部と、前記蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する第1の放熱部と、前記成熱部で成熱された熱を直接放熱する第2の放熱部とを備え、
単位時間に区切られた各時間帯において、前記発電装置で発電される発電電力量と、前記第1の電力負荷で消費される第1の消費電力量と、及び前記第2の放熱部で放熱される熱を成熱するために前記成熱部で消費される第2の消費電力量とを予測する予測ステップと、
前記発電電力量から前記第1及び第2の消費電力量を減算して得られる逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に前記第2の電力負荷を動作させるように、前記第2の電力負荷の運転計画を立案する運転計画ステップとを含み、
前記発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記予測ステップでは、さらに、前記消費電力量が前記発電電力量を上回る時間帯である逆潮停止時間帯に前記第1の放熱部で放熱される逆潮停止中放熱量を予測し、
前記運転計画ステップでは、前記予測ステップで予測された逆潮停止中放熱量に相当する熱量が前記蓄熱部に蓄熱されるように、前記運転時間帯における前記生熱部の運転計画を立案する
運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量を前記生熱部が生成するのに必要な時間を超えるまで、前記逆潮電力量の大きい順に1以上の前記時間帯を選択することによって前記運転時間帯を決定し、決定した前記運転時間帯における前記運転計画を立案する
請求項1に記載の運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、
選択された前記1以上の時間帯各々における前記逆潮電力量のうちの最小値を、逆潮電力閾値として決定し、
前記運転時間帯において、実際に計測された逆潮電力が前記逆潮電力閾値以上になったタイミングで前記生熱部の運転を開始するように、前記運転計画を立案する
請求項2に記載の運転計画方法。 - 前記運転計画ステップでは、さらに、前記運転時間帯において、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量が生成されたタイミングで前記生熱部の運転を停止するように、前記運転計画を立案する
請求項3に記載の運転計画方法。 - 前記蓄熱部は、蓄熱している熱量に応じて温度が変化する蓄熱材を備え、
前記生熱部は、前記蓄熱材の温度を第1の温度まで上昇させることのできるヒートポンプと、前記蓄熱材の温度を前記第1の温度より高い温度まで上昇させることのできるヒータとを備え、
前記運転計画ステップでは、前記逆潮停止中放熱量に相当する熱量のうち、前記蓄熱材が前記第1の温度に達するまでの熱量を前記ヒートポンプに生成させ、前記蓄熱材が前記第1の温度に達した後の熱量を前記ヒータに生成させるように、前記運転計画を立案する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 前記予測ステップでは、前記逆潮電力量が正の値から0以下の値に変化した時刻である逆潮停止時刻から、前記放熱部からの放熱が停止すると考えられる予め定められた時刻までの間の時間帯である前記逆潮停止時間帯に前記放熱部で放熱される熱量を、前記逆潮停止中放熱量として予測する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の運転計画方法。 - 太陽光発電装置と、ヒートポンプ式給湯暖房装置とを備えたヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法であって、
前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は、
太陽光発電装置で発電された電力を用いて熱を成熱するヒートポンプと、
前記ヒートポンプで成熱された熱によって加熱された湯を貯湯する給湯タンクと、
前記ヒートポンプで成熱された熱を用いて暖房する暖房装置とを備え、
前記システムは運転計画装置を備え、
前記運転計画装置は、
前記発電装置で発電される発電電力量と、電力負荷で消費される第1の消費電力量と、前記暖房装置で放熱される熱を成熱するために前記ヒートポンプで消費される第2の消費電力量とを予測する予測ステップと、
前記発電電力量から前記第1及び第2の消費電力量を減算して得られる逆潮電力量を算出するステップと、
前記逆潮電力量がゼロとなる逆潮停止時間帯に必要な熱量を予測するステップと、
前記逆潮電力量が最も多くなる時間帯を含む運転時間帯に、前記予測した熱量を蓄熱するように、前記ヒートポンプ式給湯暖房装置を動作させる計画を立案する運転計画ステップと、を含む制御をする、
ヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップは、
予測した熱量を蓄熱するための目標蓄熱温度と、選択された前記1以上の時間帯各々における前記逆潮電力量のうちの最小値を、逆潮電力閾値として決定する、
請求項7に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップで決定された前記目標蓄熱温度と、前記逆潮電力閾値とを受けて、
前記運転時間帯において、実際に計測された逆潮電力が前記逆潮電力閾値以上になったタイミングで前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転を開始し、
前記運転時間帯において、前記予測した熱量が生成されたタイミングで前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転を停止する
運転制御ステップをさらに備えた、
請求項8に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転計画ステップは、予測した熱量を給湯タンクに蓄熱するための目標蓄熱温度を決定し、
前記ヒートポンプ式給湯暖房装置のヒートポンプにより第1の温度まで前記給湯タンク内の蓄熱材を加熱し、その後、前記給湯タンク内に設置されたヒータにより第1の温度よりも高い第2の温度まで前記蓄熱材を加熱するよう制御する、
請求項9に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は、給湯暖房制御装置を備え、
前記給湯暖房制御装置は、
前記運転計画装置から前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転情報を受けるとともに、リモコンから前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転情報を受けるように設定されており、
前記運転計画装置からの前記運転情報を取得した場合には、前記リモコンからの前記運転情報に優先して、前記運転計画装置からの前記運転情報に基づいて前記ヒートポンプ式給湯暖房装置を制御する、
請求項9に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記運転情報は、前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転モード及び給湯タンクの設定給湯温度である、
請求項11に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。 - 前記ヒートポンプ式給湯暖房装置は、さらに、
前記ヒートポンプの冷媒と蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器から供給される蓄熱材を、前記給湯タンク及び前記暖房装置のどちらに供給するかを切り替える切替装置とを備え、
前記運転制御ステップは、前記ヒートポンプ式給湯暖房装置の運転を開始するタイミングで、前記切替装置が前記暖房装置側に切り替わっており、且つ蓄熱材の温度が第1の温度未満である場合に、前記切替装置を前記給湯タンク側に切り替える
請求項10に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
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