Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
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
[go: Go Back, main page]

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

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 Download PDF

Info

Publication number
JP5025835B2
JP5025835B2 JP2012507527A JP2012507527A JP5025835B2 JP 5025835 B2 JP5025835 B2 JP 5025835B2 JP 2012507527 A JP2012507527 A JP 2012507527A JP 2012507527 A JP2012507527 A JP 2012507527A JP 5025835 B2 JP5025835 B2 JP 5025835B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
hot water
power
water supply
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012507527A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2012090365A1 (ja
Inventor
岳 林田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2012507527A priority Critical patent/JP5025835B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5025835B2 publication Critical patent/JP5025835B2/ja
Publication of JPWO2012090365A1 publication Critical patent/JPWO2012090365A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/20Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/281Input from user
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/30Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/375Control of heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/30Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/375Control of heat pumps
    • F24H15/38Control of compressors of heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/40Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
    • F24H15/421Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based using pre-stored data
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00Control of fluid heaters
    • F24H15/40Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
    • F24H15/45Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/02Photovoltaic energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12Heat pump
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/40Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load characterised by the loads connecting to the networks or being supplied by the networks
    • H02J2105/42Home appliances
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/003Load forecast, e.g. methods or systems for forecasting future load demand
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/222Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/242Home appliances
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems
    • Y04S20/242Home appliances
    • Y04S20/244Home appliances the home appliances being or involving heating ventilating and air conditioning [HVAC] units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は、太陽光発電装置などの発電に関する装置と、ヒートポンプなどの電力を消費する機器とを備えたシステムに関するものである。
太陽光発電、風力発電などの発電装置は、創エネルギーを目的とした装置である。太陽光発電は、太陽光のエネルギーを電力に変換し家庭に供給する自然エネルギー発電であり、天候や気象条件の変化によって、常に発電電力が変動する。
ヒートポンプ式給湯器は、大気の熱を吸熱し、電気で冷媒を圧縮して加熱し、熱交換器により水から温水を作るので、従来のヒータ式の電気温水器と比較して省エネな給湯システムである。
発電装置を備えたヒートポンプ式給湯システムは、これらの組合せで構成され、需要家に電気と熱のエネルギーを供給する。従来の発電装置を備えたヒートポンプ式給湯暖房システムとして、例えば特許文献1に示すものがある。
特許文献1の発明では、気象情報取得手段でサーバから気象予測情報を取得し、取得情報が設定した条件であると、CO2ヒートポンプ給湯器でお湯を沸かす電力を商用電力の深夜電力ではなく、太陽光発電の電力を利用するように切り替え制御する。自然エネルギーの電力で電気給湯器を稼動させるので、電力利用がより効率的・省エネルギーになり、電気代も安価になる。
特開2008−2702号公報 特開2006−158027号公報
しかしながら、従来の装置によれば、常に変動する太陽光発電装置の電力と需要家の電力負荷とから決定される逆潮電力の消費量を考慮していない。太陽光発電が普及し、多くの家庭で逆潮電力が同時に発生すると、系統の電圧が上がり、系統が不安定になる。また、系統の下位側に位置する需要家では、系統の電圧が高い場合に逆潮できなくなり、太陽光発電装置で発電した電力を無駄にすることになる。
また、逆潮した電力は、配電環境によって高圧に変換され、変換される過程で大きな変換ロスが生じ、また別の需要家に送電する過程での送電ロスも生じる。このため、発電した電力を自家消費することが環境面からも良い。
さらに、特許文献2に示す装置も提案されている。この装置では、発電量が使用電力量を上回った場合にヒートポンプユニットを稼動させている。しかし、この上回った電力量に対応してヒートポンプユニットを稼動させるものではなく、系統への逆潮低減を効果的にできるものではない。
そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、逆潮電力が小さく、省エネルギー性を損なわない、発電装置を備えたシステムの運転計画方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る運転計画方法は、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方法である。具体的には、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の放熱部とを備える。そして、該運転計画方法は、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、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む。
上記構成のように、逆潮電力量がピークとなる時間帯を予測し、予測した時間帯に第2の電力負荷を運転させることにより、系統へのダメージを小さくすることができる。
一例として、前記発電装置は、太陽光発電装置であってもよい。そして、前記予測ステップでは、さらに、前記第1及び第2の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、前記予測部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してもよい。
また、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してもよい。
また、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してもよい。
さらに、前記運転計画ステップでは、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してもよい。
また、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てもよい。さらに、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てもよい。そして、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してもよい。
また、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してもよい。
本発明の一形態に係るヒートポンプ式給湯暖房装置の運転方法は、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る。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る。前記システムは運転計画装置を備える。そして、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(逆潮停止中放熱量)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。
また、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してもよい。
また、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してもよい。
また、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してもよい。
また、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してもよい。
また、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ってもよい。
また、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てもよい。そして、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てもよい。
本発明は、逆潮電力量がピークとなる時間帯を予測し、予測した時間帯にシステムを運転させるため、系統へのダメージを小さくできる。
図1は、本発明のポイントを示すフローチャートである。 図2は、実施の形態1に係る発電装置を備えたヒートポンプ式給湯暖房システムの構成図である。 図3は、ヒートポンプ式給湯暖房装置の構成図である。 図4は、ヒートポンプ式給湯暖房システムにおけるデータの流れを示す図である。 図5は、リモコン設定項目と設定情報とを示す図である。 図6は、運転計画装置のブロック図である。 図7は、蓄積手段に蓄積される情報の形式を示す図である。 図8は、各時刻における予測負荷電力量、予測暖房負荷電力量、予測PV発電力量、予測逆潮電力量を示す図である。 図9は、予測逆潮電力量の高い順につけられた各時間帯の優先順位を示す図である。 図10は、運転計画処理のフローチャートである。 図11は、負荷予測処理のフローチャートである。 図12は、運転計画手段の制御パラメータ算出処理のフローチャートである。 図13は、ヒートポンプ式給湯暖房システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図14は、ヒートポンプ式給湯暖房システムの動作の他の例を示すフローチャートである。 図15は、制御が異なる場合の消費電力の一例を示す図である。
(実施の形態1)
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。
図2は、発電装置を備えたヒートポンプ式給湯暖房システム9000を説明する構成図である。実施形態1に係るヒートポンプ式給湯暖房システム9000は、図2に示されるように、ヒートポンプ式給湯暖房装置900と、電力分配装置905と、運転計画装置910と、太陽光発電装置911とを備える。そして、電力分配装置905は、第1の電力負荷906と、電力メーター907を介してエネルギー供給業者908とに接続されている。運転計画装置910は、インターネットを介してサーバ909に接続されている。
図2に示されるエネルギー供給業者(電力供給元)908は、住宅に対して、電力系統を通じて電力を供給している。電力系統は、安定的に電力が供給される電力系統である。電力メーター907は、電力系統を通じて供給され、住宅で消費される電力の消費量を計測する。また、電力メーター907は、太陽光発電装置911で発電された電力を宅内で消費し、余った電力を系統へ売電できるようになっている。
図2に示される住宅には、第1の電力負荷906と、ヒートポンプ式給湯暖房装置(第2の電力負荷)900と、運転計画装置910と、太陽光発電装置911と、電力分配装置905とが設置されている。
ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、ヒートポンプ部901aと、熱交換器902と、給湯装置903と、暖房装置904とを少なくとも備えている。ここで、給湯装置(第1の放熱部)903は、内部に蓄熱部として機能する給湯タンク(図2では図示省略)を有し、ヒートポンプ部(成熱部)901aで成熱された熱を給湯タンクに一旦蓄熱し、ユーザの求めに応じて給湯タンク内の湯を放出、すなわち、蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する。一方、暖房装置(第2の放熱部)904は、暖房回路(図2では図示省略)を介してヒートポンプ部901aと接続されており、ヒートポンプ部901aで成熱された熱を直接、すなわち、蓄熱部に蓄熱することなく放熱する。
また、成熱部は、切替装置(三方弁)を介して第1及び第2の放熱部と接続されており、この切替装置を切り替えることによって、第1及び第2の放熱部の一方に熱を供給する。つまり同時に第1及び第2の放熱部の両方に熱を供給することはできない。
すなわち、蓄熱部に蓄熱されている熱を放熱する第1の放熱部は、成熱部が稼動していない状態、又は切替え装置が第2の放熱部側に切り替わっている状態でも放熱を行うことができるのに対して、成熱部で成熱された熱を直接放熱する第2の放熱部は、成熱部が稼動している状態で、且つ切替装置が第2の放熱部側に切り替わっている状態でなければ、放熱を行うことができない。
太陽光発電装置911は、太陽光のエネルギーを電力に変換する装置であり、太陽光のエネルギーを電力に変換し、変換した電力(PV発電力)を出力する。
電力分配装置905は、太陽光発電装置911と、エネルギー供給業者908が供給する商用電源とから電力を取得し、需要に応じてヒートポンプ式給湯暖房装置900と第1の電力負荷906とに電力を分配する装置である。ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、太陽光発電装置911からの電力で稼動できるとともに、商用電源(系統電力)から買電した電力でも稼動することができる。
また電力分配装置905は、ヒートポンプ式給湯暖房装置900及び第1の電力負荷に分配する電力量を計測することができる。
電力分配装置905は、太陽光発電装置911からPV発電力を取得する。電力分配装置905は、第1の電力負荷906で消費されている電力である負荷電力と、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で消費されている電力である暖房負荷電力と、給湯装置903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で消費されている電力である給湯電力とを計測する。そして、負荷電力と暖房負荷電力と給湯電力との和がPV発電力を上回る場合には、電力メーター907を通して電力系統から購入した電力である買電力を取得する。すなわち、電力分配装置905は、PV発電力と買電力を取得し、ヒートポンプ式給湯暖房装置900へは暖房負荷電力及び給湯電力を、第1の電力負荷906へは負荷電力をそれぞれ供給する。また、PV発電力が暖房負荷電力と給湯電力と負荷電力との和を上回った場合には、余った電力をエネルギー供給業者908に逆潮電力として出力し、電力を売電できる。
また、電力分配装置905は、コンバータ及びインバータを備え、上記の通り取得した電力を出力する場合に、取得した電力を出力する電力の形式に合わせて電圧、及びAC/DC間の変換を行う。また、電力分配装置905は、第1の電力負荷906で実際に消費された負荷電力と、太陽光発電装置911で実際に発電されたPV発電力とを運転計画装置910に出力する。
サーバ909は、需要家の自宅における現在の日射量と、将来に予測される日射量とをインターネット経由で送信する装置である。本実施の形態では、サーバ909は、需要家の地域で計測された日射量を、所定の時間毎にインターネット経由で送信する。
また、サーバ909は、需要家の地域の過去の日射量の履歴と、翌日の天気予報とを用いて0時から翌24時間の1時間毎の日射量の予測値を算出し、1日に1回、0時にインターネット経由で送信する。
エネルギー供給業者908は、需要家に設置された電力分配装置905の需要に従って買電力を供給し、電力分配装置905から逆潮電力が入力された場合は、その電力を電力系統経由で他の需要家へ出力する。
第1の電力負荷906は、需要家の電力負荷であり、例えばテレビ、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、照明等の電力分配装置905から供給される電力を用いて動作する機器を指す。そして、これらの機器で使用される電力の総和を負荷電力と定義する。
また、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では、図4に示されるように、需要家(ユーザ)が使用するリモコン1101により、給湯と暖房との切り替え等のコントロールができるようになっている。リモコン1101は、図5に示す通り、ヒートポンプ901で生熱された熱を、暖房に用いる「暖房」、給湯に用いる「給湯」、もしくはヒートポンプ901を停止する「停止」の設定をする機能を備えている。ユーザが運転モードをこのいずれかに設定すると、リモコン1101は、設定された運転モードを給湯暖房制御装置1001に出力する。また給湯温度、暖房温度もユーザが設定できるようになっている。運転モードが「暖房」の場合、後述する暖房回路904aに入る水(湯)の温度が、ユーザから設定された設定暖房温度になる。一方、運転モードが「給湯」の場合、後述する給湯タンク903a内の温度が、ユーザから設定された設定給湯温度になる。
図3は、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の詳細を説明する構成図である。ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、主として、給湯暖房制御装置1001と、ヒートポンプ901と、給湯装置903と、暖房装置904と、三方弁(切替装置)1010とにより構成されている。ヒートポンプ901は、ヒートポンプ部901aと、熱交換器902とにより構成されている。ヒートポンプ式給湯暖房装置900は、電力分配装置905から電力の供給を受けて稼動し、電力分配装置905に暖房負荷電力量情報を送信する。
ヒートポンプ部901aは、図示していないが、外気と低温低圧の液体冷媒との間で熱交換させて低温低圧の蒸気冷媒を生成する蒸発器、低温低圧の蒸気冷媒を高温高圧の蒸気冷媒に圧縮するモーター駆動の圧縮機、高温高圧の蒸気冷媒と循環される水(蓄熱材)との間で熱交換させて低温高圧の液体冷媒を生成する凝縮器、及び低温高圧の蒸気冷媒の圧力を下げて低温低圧の液体冷媒を生成する膨張弁、蒸発器中の冷媒と外気との熱交換を促進させるファン等により構成されている。
給湯タンク903aは、給湯負荷を賄う熱を貯湯する。給湯ヒータ903hは、給湯タンク903a内にあり、給湯タンク903a内の水を加熱する。暖房回路904aは、暖房負荷を賄う暖房設備の湯の流路である。熱交換器902は、ヒートポンプ部901aで加熱された冷媒と、水が充填されている二次側の水サイクルとの間で熱交換を行う。三方弁1010は、熱交換器902により加熱された水を、給湯タンク903aまたは暖房回路904aのいずれかに導くために流路を切り替える装置である。
本実施の形態では、ヒートポンプ901の冷媒は410Aとする。この冷媒の特性により、熱交換器902の水サイクル側の出口の最高温度は55℃となり、設定暖房温度の上限値は55℃とする。
給湯タンク903aは、内部に熱交換コイルを持っている。この熱交換コイルは、図3の給湯タンク903aの点線の部分である。三方弁1010が給湯タンク903aの流路に設定されている場合、熱交換器902で加熱された水が熱交換コイルを通過し、給湯タンク903a内の水を加熱する。熱交換器902の水サイクル側の出口の最高温度が55℃のため、給湯タンク903aの温度が50℃以上の場合には熱交換コイルによる熱交換がほぼ行われなくなる。
このため、給湯タンク903a内の水を50℃以上に加熱する場合には、給湯ヒータ903hに通電して加熱する。また、給湯タンク903aの容量は200L、給湯ヒータ903hの加熱能力は3kW、設定給湯温度の上限値は80℃とする。
すなわち、ヒートポンプ部901aは、給湯タンク903a内の水の温度を50℃(第1の温度)前後まで上昇させることができ、給湯ヒータ903hは、給湯タンク903a内の水の温度を50℃より高い温度(第2の温度)まで上昇させることができる。なお、上記の実施の形態では、給湯タンク903aに保持される蓄熱材として水を例に挙げたが、これに限ることなく、蓄熱している熱量に応じて温度が変化するあらゆる蓄熱材を採用することができる。
給湯暖房制御装置1001は、設定された情報に基づき、ヒートポンプ式給湯暖房装置900のシステム全体の制御を行う装置である。図4に示すように、給湯暖房制御装置1001は、リモコン1101および運転計画装置910から運転情報を取得する。
給湯暖房制御装置1001は、リモコン1101から、運転情報として、運転モードと、設定暖房温度と、設定給湯温度とを取得する。また、給湯暖房制御装置1001は、運転計画装置910から、運転情報として、優先運転モードと、優先設定給湯温度とを取得する。優先運転モードは、リモコン1101から取得する運転モードより優先される。同様に、優先設定給湯温度は、リモコン1101から取得する設定給湯温度より優先される。すなわち、給湯暖房制御装置1001は、リモコン1101により運転モードを取得していても、運転計画装置910からの優先運転モードを取得した場合には、運転計画装置910からの優先運転モードを優先させる。
図4に示す通り、給湯暖房制御装置1001は、運転計画装置910に給湯熱量、給湯タンク温度の情報を送る。運転計画装置910は、電力分配装置905から負荷電力量、暖房負荷電力量、及びPV発電力量の情報を受ける。またインターネット経由で、日射量情報、予測日射量の情報を受けるように設定されている。
給湯暖房制御装置1001は、運転モードが「暖房」の場合は三方弁1010を暖房回路904aの流路に設定し、運転モードが「給湯」の場合は三方弁1010を給湯タンク903aの流路に設定する。また、運転モードが「停止」の場合は、三方弁1010は変更されない。
また、給湯暖房制御装置1001は、運転モードが「暖房」の場合、ヒートポンプ部901aを運転させ、熱交換器902の出口温度が設定暖房温度と等しくなるよう、ヒートポンプ部901aの圧縮機の回転数、膨張弁の開度等を調整する。
また、給湯タンク903aの温度が、設定給湯温度よりも5度以上低くなった場合(「設定給湯温度−5」℃以下)に、給湯ヒータ903hに通電し、給湯タンク903a内の水の加熱を行い、給湯タンク903aの温度が設定給湯温度以上となった場合に給湯ヒータ903hへの通電を停止する。
また、給湯暖房制御装置1001は、運転モードが「給湯」の場合、給湯タンク903a内の温度が50℃以下、かつ設定給湯温度よりも5度以上低くなった場合(「設定給湯温度−5」℃以下)、三方弁1010を給湯タンク903aの流路に設定し、熱交換器902の出口温度が55℃となるようヒートポンプ901を制御する。これは、前述の通り、給湯タンク903a内の温度が50℃以上の場合には、給湯タンク903aでの熱交換(加熱)がほぼ行われなくなるためである。
また、給湯タンク903a内の温度が50℃以上の場合かつ、設定給湯温度よりも5度以上低くなった場合(「設定給湯温度−5」℃以下)、給湯ヒータ903hに通電し、給湯タンク903a内の水の加熱を行う。給湯タンク903aの温度が設定給湯温度以上となった場合に、給湯ヒータ903hへの通電を停止する。
また、給湯暖房制御装置1001は、運転計画装置910から優先運転モードと優先設定給湯温度とを取得している場合、ユーザがリモコン1101で設定した運転モードと設定給湯温度に優先して、運転計画装置910から取得した、「優先運転モード」を運転モードとし、「優先設定給湯温度」を設定給湯温度として用いて制御を行う。
運転計画装置910は、図1で説明したように、逆潮電力量が小さく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、その動作を制御するものである。図6を用いて、運転計画装置910の構成を詳細に説明する。運転計画装置910は、図6に示されるように、蓄積手段301、負荷予測手段302、運転計画手段303および運転制御手段304で構成されている。
蓄積手段301は、第1の電力負荷906で消費された1時間毎の負荷電力量と、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で消費された1時間毎の暖房負荷電力量と、給湯装置903で消費された1時間毎の給湯熱量と、太陽光発電装置911で発電された1時間毎のPV発電力量と、現在の日射量の値である1時間毎の日射量とを蓄積する。
この蓄積手段301は、例えば、DRAM(Dynamic random access memory)、SDRAM(Synchronous dynamic random access memory)、フラッシュメモリ、又は強誘電体メモリ等のデータを記録可能な手段であればどのようなものを利用しても構わない。
負荷予測手段302は、第1の電力負荷906で消費されると予測される1時間毎の予測負荷電力量と、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で消費と予測される1時間毎の予測暖房負荷電力量と、給湯装置903で消費されると予測される1時間毎の予測給湯熱量と、太陽光発電装置911で発電されると予測される1時間毎の予測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の動作を制御する制御パラメータを算出する。最後に運転制御手段304は、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。
(蓄積手段)
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。
そして、負荷予測手段302は、この蓄積手段301から所望の情報、例えば、1週間前の15〜16時の負荷電力量や、2週間前の18〜22時の給湯熱量等を取得できるようになっている。暖房負荷電力量、PV発電力量、及び日射量についても、同様である。
運転計画装置910は、負荷電力量とPV発電力量とを電力分配装置905から取得し、暖房負荷電力と給湯熱量とをヒートポンプ式給湯暖房装置900から取得し、日射量を宅外のサーバ909からインターネットを経由して取得する。ここで日射量とは住宅が設置された地区の日射量である。
給湯熱量とは、給湯装置903で消費(放熱)された1時間当たりの熱量を指す。暖房負荷電力量とは、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で消費された1時間当たりの電力量を指す。この電力量は、ヒートポンプ901を稼動させるのに必要な電力や水ポンプを稼動させるのに必要な電力などの総電力である。負荷電力量とは、第1の電力負荷906で消費された1時間当たりの電力量を指す。PV発電力量とは、太陽光発電装置で発電された1時間当たりの電力量を指す。日射量とは、サーバ909から現在の需要家への日射量の単位面積当たりの日射量を指す。
また、運転計画装置910は、例えば、毎日0時に、前日の1日間に取得した各情報を1時間単位で積算し、過去4週間分(28日間)の値を蓄積手段301に蓄積している。
(負荷予測手段)
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。
負荷予測手段302は、各時間帯の予測負荷電力量と予測暖房負荷電力量と予測給湯熱量とを、蓄積手段301に保持されている、過去4週間の同じ曜日の同じ時間帯の複数の計測値の平均値に相当すると予測する。たとえば、火曜日、19時〜20時の負荷電力量、暖房負荷電力量、及び給湯熱量を予測する場合、蓄積手段301から過去4週間の火曜日の19時〜20時の計測値を取得し、取得した計測値の加算平均を予測値とする。
負荷予測手段302は、予測当日の各時間帯の予測日射量をインターネット経由でサーバ909から取得し、各時間帯の予測PV発電力量を、過去に計測されたPV発電力量のうち、日射量が当日の予測日射量に最も近い時間帯のPV発電力量に相当すると予測する。すなわち、負荷予測手段302は、予測時間帯の日射量と同値又は最も近い値を、蓄積手段301の日射量履歴内で検索する。次に、見つかった時間帯に計測されたPV発電力量をPV発電力履歴から取得する。そして、取得したPV発電力量をその時間帯の予測PV発電力量とする。
負荷予測手段302は、1日に1回、0時に上記の予測処理を実行し、現在時刻から24時間の1時間毎の予測値を算出する。
(運転計画手段)
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。
本実施の形態では、運転計画手段303は、負荷予測手段302から予測負荷電力量と、予測暖房負荷電力量と、予測給湯熱量と、予測PV発電力量とを取得する。さらに、ヒートポンプ式給湯暖房装置900に設定されている設定給湯温度(現在の設定温度)をヒートポンプ式給湯暖房装置900から取得する。運転計画手段303は、1日に1回、例えば、0時に運転計画の立案処理を実行する。
まず、運転計画手段303は、各時間帯(0時台、1時台、・・・22時台、23時台)の「予測PV発電力量」から各時間帯の「予測負荷電力量」と「予測暖房負荷電力量」とを減算して、1時間毎の「予測逆潮電力量」を算出する。予測逆潮電力量の下限はゼロである。夕方以降は予測PV発電力量がゼロ(0)となり逆潮が発生しない。そこで、各時間帯の予測逆潮電力量を翌24時から遡って最初にゼロになった時刻、言い換えれば、予測逆潮電力量が正の値から0以下の値に変化した時刻を「逆潮停止時刻」と定義する。
図8を用いて詳しく説明する。図8の横軸は時刻であり、縦軸は電力量を示している。◆は予測負荷電力量であり、×は予測暖房負荷電力量であり、□は予測PV発電力量であり、△(図中の黒塗り△印。以下同じ。)は予測逆潮電力量である。予測逆潮電力量(△)は、予測PV発電力量から、予測負荷電力量と予測暖房負荷電力量とを減算したものである。各時刻おける各電力量は、その時刻での積算値を示している。例えば12時であれば、12時台(12:00から13:00まで)の電力を積算したものとなっている。
図8からわかるように、逆潮停止時刻は、予測逆潮電力量がゼロとなる17時である。この逆潮停止時刻である17時から翌24時まで(逆潮停止時間帯)の各予測給湯熱量を積算した熱量(逆潮停止中放熱量)を、逆潮停止時刻までに逆潮電力を用いて給湯タンク903aに蓄熱しておけば、逆潮停止時刻以降に給湯タンク903aの加熱は不要となり、余分な電力の消費をしなくてすむ。予測給湯熱量は、例えば、過去4週間の同じ曜日の17時から24時までの給湯熱量を給湯熱量履歴から取得し、取得した過去の給湯熱量を加算平均することによって算出することができる。
この17時から24時までの積算した予測給湯熱量を、給湯タンク903aのタンク容量(例えば200リッター)で除算して算出された温度を、目標蓄熱温度とする。つまり目標蓄熱温度とは、給湯タンク903aがこの温度となるように、ヒートポンプ901で生熱を行うための目標温度である。言い換えれば、給湯タンク903aがこの温度になればヒートポンプ901での生熱を停止することになる。
給湯タンク903aの蓄熱温度には上限値が設定されている場合がある。もし目標蓄熱温度がこの上限値を越えることになれば、目標蓄熱温度は、この上限値を設定温度に置き換えられる。ここでは、給湯タンク903aの蓄熱温度の上限値は80℃とする。
逆潮中に給湯タンク903aに蓄熱すべき熱量は、目標蓄熱温度と、現在ヒートポンプ式給湯暖房装置900に設定されている温度(設定給湯温度)とから算出できる。以下の式(1)を用いて、逆潮中にヒートポンプ901で生熱され、給湯タンク903aに蓄熱される熱量である逆潮中生熱量を算出する。この逆潮中生熱量は、逆潮停止時間帯(17時から24時)に給湯装置903で放熱される逆潮停止中放熱量に相当する。
逆潮中生熱量=(目標蓄熱温度−設定給湯温度)*給湯タンク容量・・・式(1)
次に、運転計画手段303は、以下の式(2)で、ヒートポンプ901で逆潮中生熱量を生熱するために必要な時間である逆潮中生熱時間を算出する。
また、予め記憶されている値である、ヒートポンプ901の平均的な生熱能力であるHP平均能力は9kWとする。また、熱量(kcal)から電力(kW)への換算係数は0.86である。
逆潮中生熱時間=(逆潮中生熱量/0.86/1000)/HP平均能力・・式(2)
次に、運転計画手段303は、図9に示す通り、各時間帯における予測逆潮電力量を算出する。図9は、図8のグラフを表形式に置き換えたものである。各時間帯における予測逆潮電力量は、その時間帯の積算値を示している。例えば、0時であれば、前述したように0:00から1:00までの0時台の予測逆潮電力の積算値である。また、図9の優先順位は、予測逆潮電力量の高い順に付与されている。
次に、運転計画手段303は、ヒートポンプ901を運転する時間帯である運転時間帯と、ヒートポンプ901が実際に生熱を開始するタイミングを決定するための逆潮電力閾値とを決定する。運転時間帯は、予測逆潮電力量が最大となる時間帯を含む。具体的には、運転計画手段303は、逆潮中生熱時間を超えるまで、予測逆潮電力量の大きい順(すなわち、優先順位の高い順)に1以上の時間帯を運転時間帯として選択する。逆潮電力閾値は、上記の運転時間帯における逆潮電力量の最小値に一致する。
例えば、算出した逆潮中生熱時間が0.5時間の場合には、図9の優先順位が一番高くなる時間帯である12時台が運転時間帯となる。また、このときの蓄熱開始逆潮電力は1.68kWとなる。一方、逆潮中生熱時間が3.2時間の場合には、この3.2を繰り上げて4時間分の時間帯を確保する。つまり、優先順位が1から4の時間帯である10時台〜13時台が運転時間帯となる。また、このときの蓄熱開始逆潮電力は1.00kWとなる。
そして、運転計画手段303は、上記で決定された目標蓄熱温度、運転時間帯、及び逆潮電力閾値を、制御パラメータとして運転制御手段304に出力する。
実施形態1のヒートポンプ式給湯暖房システム9000は、図4で示すように、熱交換器902で熱交換を行った後、三方弁1010により給湯タンク903aと暖房回路904aとに流路を切り替えるようになっている。また、熱交換器902では50℃程度までしか加熱できないため、それ以上の温度に加熱する場合は、給湯タンク903a内の給湯ヒータ903hを用いる。
すなわち、運転計画装置910は、逆潮停止中放熱量に相当する熱量のうち、給湯タンク903a内の水が50℃に達するまでの熱量をヒートポンプ部901aに生成させ、給湯タンク903a内の水が50℃に達した後の熱量を給湯ヒータ903hに生成させるように、運転計画を立案する。このため逆潮中に必要な熱量の算出方法は以下の通りとなる。
(1)設定給湯温度(現在の給湯タンク903aの設定温度)が50℃未満の場合
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HP生熱量=(50−設定給湯温度)*給湯タンク容量 ・・・式(3)
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)
(2)設定給湯温度(現在の給湯タンク903aの設定温度)が50℃以上の場合
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。
逆潮中ヒータ生熱量=(目標蓄熱温度−設定給湯温度)*給湯タンク容量・・式(5)
次に、運転計画手段303は、以下の式(6)で、逆潮中HP生熱量をヒートポンプ901で生熱するのに必要な時間である「逆潮中HP生熱時間t(HP)」を算出し、以下の式(7)で逆潮中ヒータ生熱量を給湯ヒータ903hで生熱するのに必要な時間である「逆潮中ヒータ生熱時間t(HT)」を算出する。
なお、予め記憶されている値である、ヒートポンプ901の平均的な生熱能力であるHP平均能力は9kWとする。また、給湯ヒータ903hの平均的な生熱能力であるヒータ加熱能力は3kWとする。熱量(kcal)から電力(kW)への換算係数は0.86である。
t(HP)=(逆潮中HP生熱量/0.86/1000)/HP平均能力・・式(6)
t(HT)=(逆潮中ヒータ生熱量/0.86/1000)/ヒータ加熱能力・式(7)
次に、運転計画手段303は、逆潮中HP生熱時間と逆潮中ヒータ生熱時間を和算した値(t(HP)+t(HT))を逆潮中生熱時間として算出する。算出した逆潮中生熱時間から、運転計画手段303がヒートポンプ901の運転計画を立案する。また、給湯ヒータ903hの加熱はヒートポンプ901の運転に引き続いて行うが、給湯ヒータ903hの運転も逆潮停止時刻前に終了するように、運転計画が立案される。
(1)逆潮電力が逆潮電力閾値未満の場合
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。
(2)逆潮電力が逆潮電力閾値以上の場合
(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。
(ii)給湯タンク温度が50℃以上の場合
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)
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。
運転時間帯であっても、算出した現在の逆潮電力が逆潮電力閾値に達していない場合は、ヒートポンプ901は運転を開始しない。そして、算出した現在の逆潮電力が逆潮電力閾値の値以上となったタイミングで、ヒートポンプ901が運転を開始する。また、運転制御手段304は、1分毎に給湯タンク903aの温度を取得しているため、給湯タンク903aが、目標蓄熱温度に達したタイミングで、ヒートポンプ901の運転を終了する。
このように運転計画装置910で立案された運転計画に従って逆潮電力量がピークとなる時間帯にヒートポンプ901を運転することにより、その時間帯の逆潮電力を低減(ピークカット)することができる。その結果、電力系統への影響を効果的に低減することができる。また逆潮停止時刻(図8の例では17時)以降に必要と予測される逆潮停止中放熱量を自然エネルギーで賄うことができるので、エネルギー供給業者908から電力を買電する必要がなくなり、省エネにも寄与することができる。
(実施形態1の動作説明)
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。
(運転計画装置の0時におけるデータ更新処理)
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、蓄積手段301を更新する(S602)。蓄積手段301には、過去24時間分の負荷電力量、暖房負荷電力量、給湯熱量、PV発電力量、日射量の1時間毎の積算値が新たに追加される。
また、過去28日以上運転しているため、蓄積手段301には、過去28日分の1時間単位の負荷電力履歴、暖房負荷電力履歴、給湯熱量履歴、PV発電力履歴、日射量履歴が蓄積されている。そこで、各履歴の最も古い1日分のデータを破棄し、最新の過去24時間分の情報を各履歴に追加することで各履歴情報を更新する。
次に、運転計画装置910は、負荷予測手段302で予測処理を行う(S603)。図11は、負荷予測手段302で処理される予測処理(S603)のフローチャートである。まず、負荷予測手段302は予測処理を開始する(S701)。
次に、負荷予測手段302は、負荷予測に必要なデータを取得する(S702)。負荷予測手段302は、サーバ909から予測日射量を、蓄積手段301に蓄積されている過去28日分の負荷電力履歴、暖房負荷電力履歴、給湯熱量履歴、PV発電力履歴、日射量履歴から必要な情報を取得する。
次に、負荷予測手段302は、1時間毎の予測負荷電力量を算出する(S703)。負荷予測手段302は、前述の通り、予測日当日と同じ曜日で且つ同じ時間帯の4つの負荷電力量を負荷電力履歴から取得し、これらの平均値を予測値として、24時間分の負荷電力量を算出する。
次に、負荷予測手段302は、1時間毎の予測暖房負荷電力量を算出する(S704)。負荷予測手段302は、前述の通り、予測日当日と同じ曜日で且つ同じ時間帯の4つの暖房負荷電力量を暖房負荷電力履歴から取得し、これらの平均値を予測値として、24時間分の暖房負荷電力量を算出する。
次に、負荷予測手段302は、予測給湯熱量を算出する(S705)。負荷予測手段302は、前述の通り、予測日当日と同じ曜日で且つ同時刻の4つの給湯熱量を給湯熱量履歴から取得し、これらの平均値を予測値として、24時間分の予測給湯熱量を算出する。
次に、負荷予測手段302は、予測PV発電力量を算出する(S706)。負荷予測手段302は、前述の通り、1時間毎の予測日射量と同値又は最も近い値を日射量履歴内で検索する。そして、見つかった時間帯に対応するPV発電力量をPV発電力履歴から取得し、この値をその時間帯における予測値として、24時間分の予測PV発電力量を算出する。
以上の処理により、負荷予測手段302は負荷予測処理(S603)を終了する(S707)。
(運転計画手段)
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)。
次に、運転計画手段303は、制御パラメータに必要なデータを取得する(S802)。運転計画手段303は、ヒートポンプ式給湯暖房装置900から設定給湯温度を取得し、負荷予測手段302から予測負荷電力量、予測暖房負荷電力量、予測給湯熱量、予測PV発電力量を取得する。
次に、運転計画手段303は、逆潮停止時刻を算出する(S803)。運転計画手段303は、前述の通り、各時間帯における予測PV発電力量から予測負荷電力量と予測暖房負荷電力量とを減算し、下限を0とした値である予測逆潮電力量を算出する。
図8の例に示すように、夕方以降は予測PV発電力量が0となり逆潮が発生しないため、各時間帯の予測逆潮電力量の値を翌24時から遡り、最初に0になった時刻を逆潮停止時刻とする。例えば、図8の例では逆潮停止時刻は17時である。
次に、運転計画手段303は、目標蓄熱温度を算出する(S804)。運転計画手段303は、前述の通り、逆潮停止時刻から翌24時までの予測給湯熱量を積算した熱量を、給湯タンク903aのタンク容量である200Lで除算して算出された温度と、設定給湯温度の上限値である80℃の低い方を目標蓄熱温度とする。
例えば、逆潮停止時刻(17時)から翌24時までの予測給湯熱量を積算した熱量が15000kcalの場合、タンク容量である200Lで除算した温度は75℃であり、設定給湯温度の上限値である80℃より低い値のため、目標蓄熱温度は75℃となる。
次に、運転計画手段303は、逆潮中生熱量を算出する(S805)。運転計画手段303は、ヒートポンプ901で生熱すべき熱量である逆潮中生熱量を算出する。この逆潮中生熱量は、逆潮停止中放熱量に相当する。
例えば、給湯タンク903aの目標蓄熱温度が75℃、設定給湯温度45℃の場合には、上記の式(1)を用いて、逆潮中生熱量=6000kcalが算出される。
次に、運転計画手段303は、逆潮中生熱時間を算出する(S806)。運転計画手段303は、前述の通り、上記式(2)を用いて、逆潮中生熱量をヒートポンプ901で生熱するのに必要な時間である逆潮中生熱時間を算出する。例えば、上記で算出された値(6000kcal)に対しては、式(2)を用いて逆潮中HP生熱時間=0.78時間が算出される。
次に、運転計画手段303は、運転時間帯と、逆潮電力閾値とを算出する(S807)。運転計画手段303は、前述の通り、逆潮中生熱時間を超えるまで、予測逆潮電力量の大きい順に1以上の時間帯を運転時間帯として選択する。また、運転時間帯に含まれる1以上の時間帯各々における予測逆潮電力量の最小値を、逆潮電力閾値と決定する。例えば、予測逆潮電力量を高い方の値から並び替えた結果が図9に示す例のような場合において、算出した逆潮中生熱時間が0.78時間の場合には、運転時間帯は12時台となり、逆潮電力閾値は1.68kWとなる。
以上の処理により、運転計画手段303は、制御パラメータの算出処理(S604)を終了し(S808)、運転計画装置910は、運転計画処理を終了する(S605)。
運転計画処理終了後〜翌日の0時までの時間帯には、運転計画装置910は、1分毎に運転制御手段304でヒートポンプ式給湯暖房装置900の運転制御処理を行う。
運転制御手段304は、運転計画処理終了後に、運転計画手段303から目標蓄熱温度と、運転時間帯と、逆潮電力閾値とを取得し、1分毎に電力分配装置905から負荷電力とPV発電力とを、ヒートポンプ式給湯暖房装置900から暖房負荷電力と給湯タンク903aの温度とを取得する。そして、1分毎の情報取得の度に、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。
運転時間帯であっても、算出した現在の逆潮電力が逆潮電力閾値に達していない場合は、ヒートポンプ901の運転を開始しない。そして、算出した現在の逆潮電力が逆潮電力閾値以上となったタイミングで、ヒートポンプ901の運転を開始する。運転制御手段304は、1分毎に給湯タンク903aの温度を取得しているため、給湯タンク903aが、目標蓄熱温度に達した場合に、ヒートポンプ901の運転を終了する。
また、運転計画処理終了後〜翌日の0時までの時間帯には、運転計画装置910は、所定の時間毎に蓄積手段301に各種情報を蓄積する処理を行う。蓄積手段301には、ヒートポンプ式給湯暖房装置900から取得した暖房負荷電力量及び給湯熱量、電力分配装置905から取得した負荷電力量、太陽光発電装置911から取得したPV発電力量、サーバ909から取得した日射量が蓄積される。
毎回取得された各値が1時間毎に積算され、内部で保持している時刻情報の時が変わった場合タイミングで、過去1時間分の積算値が時刻と結びつけて蓄積手段301に蓄積されると共に、積算した値は0にリセットする。
以上の通り、本実施形態では、運転計画装置910は、負荷予測手段302の予測情報を元に、運転計画手段303で、逆潮停止時刻から翌24時までの予測給湯熱量に相当する熱量を逆潮停止時刻に給湯タンク903aに蓄熱する。
一方、必ず逆潮電力を使い切るために給湯タンク903aの温度を設定の上限値である80℃まで加熱すると、予測給湯熱量の小さい日などは放熱ロスが発生してしまう。一方、本実施形態では、必要な熱量を予測するため、無駄に生熱することなく、省エネ性を損なわない。
以上から、本発明のかかる構成によれば、太陽光発電装置911とヒートポンプ式給湯暖房装置900とを備えるシステムにおいて、省エネ性を損なうことなく、発生する逆潮電力を小さくすることができる。
(具体例)
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。
まず、運転計画手段303は、設定給湯温度が50℃未満の場合、式(3)を用いてヒートポンプ901で生熱される熱量である逆潮中HP生熱量と、式(4)を用いて給湯ヒータ903hで生熱される熱量である逆潮中ヒータ生熱量とを算出する。
例えば、目標蓄熱温度が75℃、設定給湯温度が45℃の場合には、設定給湯温度が50℃未満のため、式(3)と式(4)とを用いて、逆潮中HP生熱量が1000[kcal]、逆潮中ヒータ生熱量が5000[kcal]と算出される。式(3)及び式(4)において、貯湯タンク容量は200リッターとしている。
次に、運転計画手段303は、逆潮中加熱時間を算出する。運転計画手段303は、前述の通り、式(6)で、逆潮中HP生熱量をヒートポンプ901で生熱するのに必要な時間である逆潮中HP生熱時間を算出し、式(7)で逆潮中ヒータ生熱量を給湯ヒータ903hで生熱するのに必要な時間である逆潮中ヒータ生熱時間を算出する。
例えば、上記のように算出された逆潮中HP生熱量及び逆潮中ヒータ生熱量に対しては、逆潮中HP生熱時間t(HP)=0.13[hr]、逆潮中ヒータ生熱時間t(HT)=1.94[hr]が算出される。
次に、運転計画手段303は、逆潮中HP生熱時間と逆潮中ヒータ生熱時間とを和算した値(t(HP)+t(HT))を逆潮中加熱時間として算出する。例えば、上記のように算出されたt(HP)及びt(HT)に対しては、逆潮中加熱時間として2.07[hr]が算出される。
この場合、図9の優先順位1〜3である11時台〜13時台を運転時間帯に設定する。そして、選択された運転時間帯における逆潮電力量の最小値である1.38[kW]を逆潮電力閾値とする。
次に、実施の形態1に係るヒートポンプ式給湯暖房装置900の動作の一例を説明する。図13は、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の動作を示すフローチャートである。
まず、給湯暖房制御装置1001は、逆潮電力をモニターし、逆潮電力が逆潮電力閾値以上となるタイミング(S1601)で、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の運転を開始する。その際、給湯タンク温度(給湯タンク903aの現在の温度)が50℃以上であれば(S1602)、給湯ヒータ903hにより生熱させ(S1603)、給湯タンク903a内の水が目標蓄熱温度に達すると(S1604)、給湯ヒータ903hによる生熱を終了させる(S1605)。
一方、給湯タンク温度が50℃未満であれば(S1602)、まずヒートポンプ部901aに生熱させる。このとき、目標蓄熱温度が50℃未満であれば(S1606)、ヒートポンプ部901aのみに生熱させる(S1609)。そして、給湯タンク903a内の水が目標蓄熱温度に達したときに(S1610)、ヒートポンプ部901aによる生熱を終了させる(S1611)。
一方、目標蓄熱温度が50℃以上であれば(S1606)、給湯タンク903a内の水が50℃に達するまでヒートポンプ部901aに生熱させる(S1607)。さらに、給湯タンク903a内の水が上限温度である50℃に達した後(S1608)から、目標蓄熱温度に達するまで給湯ヒータ903hに生熱させ(S1603)、給湯タンク903a内の水が目標蓄熱温度に達すると(S1604)、給湯ヒータ903hによる生熱を終了させる(S1605)。
次に、実施の形態1に係るヒートポンプ式給湯暖房装置900の動作の他の例を説明する。図14は、本実施形態のヒートポンプ式給湯暖房システム9000の動作を示すフローチャートである。このフローチャートでは、給湯タンク903aへの蓄熱を開始しようとするタイミングで、暖房装置904に熱を供給するためにヒートポンプ部901aが既に使用されているときのヒートポンプ式給湯暖房システム9000の制御方法である。
まず、給湯暖房制御装置1001は、逆潮電力をモニターし、逆潮電力が逆潮電力閾値以上となるタイミング(S1701)で、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の運転を開始する。例えば、目標蓄熱温度を75℃の場合を説明する。その場合、給湯タンク903aの温度がすでに50℃以上(S1702でYES)であれば、これ以降の蓄熱は給湯ヒータ903hの生熱によって行う(S1703)。
一方、給湯タンク903aの温度が50℃未満(S1702でNO)である場合は、まず、暖房装置904に熱を供給するためにヒートポンプ部901aが使用されているどうかを判断する(S1706)。使用されていない場合は、ヒートポンプ部901aを稼動させて生熱を行い、給湯タンク903aの水の温度を温める(S1708)。しかしながら、すでに暖房装置904に熱を供給するためにヒートポンプ部901aが使用されている場合は、暖房装置904に優先して、給湯タンク903aへの蓄熱を行う。つまり、フローチャートに示すように、三方弁1010を暖房装置904側から給湯タンク903a側への切替え(S1707)、ヒートポンプ部901aを給湯タンク903aへの蓄熱のために運転させる(S1708)。
給湯タンク903aの温度を例えば1分毎に測定し、給湯タンク903aの温度が50℃になるまで、ヒートポンプ部901aでの生熱を継続して行う。そして、50℃になったときに、これ以上の蓄熱はフローチャートのように給湯ヒータ903hにより行い(S1703)、目標蓄熱温度になったときに(S1704)、給湯ヒータ903hでの蓄熱を終了する(S1705)。
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の効果について説明する。
本実施の形態に係る運転計画装置910は、予測日当日の各時間帯における負荷電力量、暖房負荷電力量、給湯熱量、PV発電力量を予測し、その予測情報を元に、逆潮電力を利用して給湯タンク903aの加熱を行うような運転計画を立案する。このとき、逆潮電力量の大きい時間帯から順番に運転時間帯として選択し、選択された各時間帯における逆潮電力量の最小値を逆潮電力閾値とする。
例えば上記の通り、逆潮中生熱時間として2.07[hr]となる場合、図9に示す通り、11時台は1.44[kW]、12時台は1.68[kW]、13時台は1.38[kW]となるため、この11時台〜13時台が運転時間帯となる場合の逆潮電力閾値は、この3つの中で一番小さい値である1.38[kW]に設定される。
そして、運転計画装置910は、上記のように決定された制御パラメータは、リモコン1101よる設定情報に優先して、ヒートポンプ式給湯暖房装置900の制御に用いられる。
これにより、ヒートポンプ式給湯暖房装置900で給湯タンク903a内の水を加熱する場合でも、最もエネルギー供給業者908への逆潮電力が少なくなるような運転を行うことができる。
仮に、負荷予測手段302を用いなかった場合の給湯タンク903a内の水の加熱に要する消費電力の比較を図15に示す。
図15の本発明の運転では、負荷予測手段の予測結果を用いて運転計画を行うことで、逆潮電力が最小となる運転となっていることが分かる。
以上から、本発明のかかる構成によれば、太陽光発電装置911を備えたヒートポンプ式給湯暖房システム9000により、省エネ性を損なうことなく、発生する逆潮電力を小さくすることができる。
(他の構成)
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。
発電装置には、太陽光発電装置を例にして説明したが、複数の太陽光発電装置を組合せた発電装置としてもよい。
また、運転計画装置は、給湯暖房装置の外部にあり、ゲートウェイの位置付けを兼ねているが、給湯暖房装置の内部や、電力分配装置の内部に設置していてもよい。また運転計画装置の運転計画の機能を、給湯装置や電力分配装置に持たせてもよい。
また、運転計画手段で、逆潮電力閾値を算出し、逆潮電力の大きさによって運転制御手段で制御を行っているが、逆潮電力を最小化するよう算出された所定の時間帯にタイマー設定して、例えば11時から13時の間に給湯暖房装置を運転するようにしても良い。
また、運転計画装置は1日に1回、0時に運転計画処理を行っているが、1日に複数回でも、0時でなくても午前2時や6時など任意の時刻でも良い。この場合、逆潮停止時間帯の終期(実施例では24時とした)も同じように変更する。すなわち、逆潮停止時間帯は、逆潮停止時刻(実施例は17時)から、放熱部(給湯装置)からの放熱(給湯)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り、運転計画装置は、逆潮停止時間帯の終了後に、次の1日分の運転計画を立案すればよい。
また、運転計画装置の処理で用いている負荷情報、予測情報の単位時間として1時間単位を用いているが、15分単位や1分単位など任意の単位の情報でも良い。
また、負荷予測手段を用いた予測に過去の同曜日、同時刻の平均値を用いているが、ニューラルネットを用いて予測するなどの手法を用いて良い。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
本発明にかかる運転計画装置は、給湯システム又は給湯暖房システム等の運転に際して、電力系統の安定化に寄与する装置として有用である。
301 蓄積手段
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)

  1. 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。
  2. 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
    請求項に記載の運転計画方法。
  3. 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
    請求項に記載の運転計画方法。
  4. 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
    請求項に記載の運転計画方法。
  5. 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
    請求項のいずれか1項に記載の運転計画方法。
  6. 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
    請求項のいずれか1項に記載の運転計画方法。
  7. 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。
  8. 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、
    請求項に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
  9. 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、
    請求項に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
  10. 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、
    請求項に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
  11. 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、
    請求項に記載のヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法。
  12. 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。
  13. 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。
JP2012507527A 2010-12-27 2011-10-18 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 Active JP5025835B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012507527A JP5025835B2 (ja) 2010-12-27 2011-10-18 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

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010291135 2010-12-27
JP2010291135 2010-12-27
PCT/JP2011/005825 WO2012090365A1 (ja) 2010-12-27 2011-10-18 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
JP2012507527A JP5025835B2 (ja) 2010-12-27 2011-10-18 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5025835B2 true JP5025835B2 (ja) 2012-09-12
JPWO2012090365A1 JPWO2012090365A1 (ja) 2014-06-05

Family

ID=46382511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012507527A Active JP5025835B2 (ja) 2010-12-27 2011-10-18 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

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9261284B2 (ja)
EP (1) EP2660942B1 (ja)
JP (1) JP5025835B2 (ja)
CN (1) CN102687364A (ja)
WO (1) WO2012090365A1 (ja)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT2356387T (pt) * 2008-11-18 2019-12-23 Phoebus Energy Ltd Sistema de aquecimento híbrido
CN102959339A (zh) 2011-06-06 2013-03-06 松下电器产业株式会社 热泵的运转方法及热泵系统
WO2012169116A1 (ja) 2011-06-06 2012-12-13 パナソニック株式会社 ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム
WO2012169118A1 (ja) 2011-06-06 2012-12-13 パナソニック株式会社 ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム
US9851110B2 (en) * 2011-08-24 2017-12-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Heating system control method and heating system
WO2014002131A1 (ja) * 2012-06-25 2014-01-03 三菱電機株式会社 給湯システム
JP6094360B2 (ja) * 2013-03-27 2017-03-15 アイシン精機株式会社 発電システム
FR3015653A1 (fr) * 2013-12-20 2015-06-26 Electricite De France Systeme de pompe a chaleur regulable en puissance
FR3017941B1 (fr) * 2014-02-27 2018-07-13 Ergylink Dispositif pour piloter au moins un sous-ensemble apte a transformer de l'energie electrique et a la stocker sous forme thermique, systeme et procede associes
FR3030703B1 (fr) * 2014-12-19 2017-01-06 Electricite De France Procede de modification de la consommation d'une pompe a chaleur
US10601225B2 (en) * 2015-03-30 2020-03-24 Omron Corporation Management device, management system, control method for management device, and control program
JP6534038B2 (ja) * 2015-07-16 2019-06-26 清水建設株式会社 需要電力制御装置および需要電力制御方法
JP6533717B2 (ja) * 2015-08-06 2019-06-19 リンナイ株式会社 給湯システム
GB2541246A (en) * 2015-08-14 2017-02-15 Gordon Laurence Hunter Alastair The remote control of networks of heat-pump systems, in particular where thermal stores are used, for the purpose of demand side management
JP6584524B2 (ja) * 2015-11-27 2019-10-02 三菱電機株式会社 給湯器
JP6494798B2 (ja) * 2015-12-18 2019-04-03 三菱電機株式会社 給湯機及びエネルギー管理システム
WO2017109947A1 (ja) 2015-12-25 2017-06-29 三菱電機株式会社 制御装置、給湯機の制御方法及びプログラム
US20170211829A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Sharp Kabushiki Kaisha Optimised heat pump system
US20170211862A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Sharp Kabushiki Kaisha Dual temperature heat pump system
GB2562926C (en) * 2016-02-26 2020-08-12 Mitsubishi Electric Corp Hot-water supply system, and control method for water heater
JP2017156016A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 日立アプライアンス株式会社 貯湯式給湯機
CN109312957B (zh) * 2016-06-29 2021-06-29 三菱电机株式会社 热水供给系统以及热水器的控制方法
JP6830843B2 (ja) * 2017-03-29 2021-02-17 株式会社コロナ 太陽光発電装置連携貯湯式給湯システム
EP3683533B1 (en) * 2017-09-13 2024-04-10 Mitsubishi Electric Corporation Heat storage device, heat storage system, and heat storage method
US11268706B2 (en) * 2017-12-21 2022-03-08 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Photovoltaic-assisted heat pump water heater system and method
CN108711849B (zh) * 2018-06-01 2020-08-18 国网经济技术研究院有限公司 一种热电机组配置蓄热装置的设计方法
CN209524661U (zh) * 2018-08-29 2019-10-22 杭州正行能源科技有限公司 一种利用宽温热泵的集中温度控制系统
JP7044090B2 (ja) * 2019-04-03 2022-03-30 株式会社Ihi 電力管理システム
JP7044091B2 (ja) * 2019-04-03 2022-03-30 株式会社Ihi 電力管理システム
WO2020203993A1 (ja) * 2019-04-03 2020-10-08 株式会社Ihi 電力管理システム
JP6973439B2 (ja) * 2019-04-03 2021-11-24 株式会社Ihi 電力管理システム
JP7259923B2 (ja) * 2019-04-03 2023-04-18 株式会社Ihi 電力管理システム
JP6973438B2 (ja) * 2019-04-03 2021-11-24 株式会社Ihi 電力管理システム
US10976067B2 (en) * 2019-06-14 2021-04-13 Albasolar S.R.L. Exploitation of a photovoltaic system coupled to a joint water boiler-air/air heat pump air conditioning system
JP6833001B2 (ja) * 2019-10-02 2021-02-24 三菱電機株式会社 給湯システム、給湯機及び給湯機の制御方法
JP7501226B2 (ja) 2020-08-24 2024-06-18 株式会社Ihi 電力管理システム、電力管理方法、及び電力管理プログラム
EP3961980A1 (de) * 2020-08-27 2022-03-02 Fronius International GmbH System und verfahren zum steuern einer wärmepumpe
NL2026934B1 (en) * 2020-11-20 2022-07-01 Helena Sustainable Innovations B V Building provided with an air or ground source heat pump
US20220235970A1 (en) * 2021-01-26 2022-07-28 John Williams Solar Heat Pump Water Heater
JP7416041B2 (ja) * 2021-12-09 2024-01-17 株式会社Ihi 運転計画作成装置、運転計画作成方法及び運転計画作成プログラム
AU2024210957A1 (en) * 2023-01-18 2025-07-10 Rheem Manufacturing Company Systems and methods for heat pump systems with demand response and/or reduced power consumption
CN116717910B (zh) * 2023-06-05 2025-10-24 广东美的暖通设备有限公司 加热时间计算方法、装置、存储介质及电子设备

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6865450B2 (en) * 2001-05-10 2005-03-08 Siemens Westinghouse Power Corporation Schedule-based load estimator and method for electric power and other utilities and resources
US7406364B2 (en) * 2001-09-13 2008-07-29 Abb Ab Method and system to calculate a demand for energy
JP2003254161A (ja) * 2002-02-28 2003-09-10 Osaka Gas Co Ltd 計画変更方法、計画立案装置、コンピュータプログラム及び記録媒体
JP3825020B2 (ja) 2002-08-01 2006-09-20 株式会社アイ・ヒッツ研究所 分散給電システム
JP2004194485A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Hitachi Home & Life Solutions Inc エネルギーシステム
JP2006158027A (ja) 2004-11-26 2006-06-15 Hanshin Electric Co Ltd 家庭内電力システム
JP2006295090A (ja) 2005-04-07 2006-10-26 Shoji Ueda 逆潮流電力削減型家庭用太陽光発電システム
WO2007094054A1 (ja) * 2006-02-15 2007-08-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 電力系統安定化システム
JP2008002702A (ja) 2006-06-20 2008-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 貯湯式給湯装置、給湯方法およびプログラム
GB2446530B (en) * 2007-02-08 2009-03-11 Univ Montfort Apparatus and methods for metering of renewable energy devices
US8219505B2 (en) * 2007-08-15 2012-07-10 Constellation Energy Group, Inc. Energy usage prediction and control system and method
NL1035008C2 (nl) * 2007-10-29 2009-05-06 Marc Jan Minnee Werkwijze en systeem voor het toewijzen van energie aan een aantal energieverbruikers.
JP5319156B2 (ja) * 2008-04-24 2013-10-16 一般財団法人電力中央研究所 電力需給制御プログラム、電力需給制御装置および電力需給制御システム
JP5095495B2 (ja) * 2008-05-20 2012-12-12 日本電信電話株式会社 電力システムおよびその制御方法
US8204633B2 (en) * 2008-07-01 2012-06-19 Carina Technology, Inc. Water heater demand side management system
GB0815589D0 (en) 2008-08-28 2008-10-01 Turbine Services Wind Hydro Ltd Apparatus and method for the efficient utilisation of renewable energy
JP2010249333A (ja) * 2009-04-10 2010-11-04 Mitsubishi Electric Corp 運転制御情報生成装置及び運転制御情報生成プログラム及び記録媒体及び運転制御情報生成方法
US8494685B2 (en) 2009-04-27 2013-07-23 Cisco Technology, Inc. System for utilizing predictive energy consumption
WO2012004985A1 (ja) 2010-07-07 2012-01-12 パナソニック株式会社 貯湯式給湯システムとその運転方法
WO2012063409A1 (ja) * 2010-11-10 2012-05-18 パナソニック株式会社 運転計画方法、運転計画装置、ヒートポンプ式給湯システムの運転方法、及びヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9261284B2 (en) 2016-02-16
EP2660942A1 (en) 2013-11-06
EP2660942A4 (en) 2014-12-10
EP2660942B1 (en) 2019-03-13
WO2012090365A1 (ja) 2012-07-05
JPWO2012090365A1 (ja) 2014-06-05
CN102687364A (zh) 2012-09-19
US20120235478A1 (en) 2012-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5025835B2 (ja) 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
JP5025834B2 (ja) 運転計画方法、運転計画装置、ヒートポンプ式給湯システムの運転方法、及びヒートポンプ式給湯暖房システムの運転方法
TWI441407B (zh) 用以分配電能之方法及裝置以及電腦可讀取媒體
JP5927569B2 (ja) ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム
JP5942196B2 (ja) ヒートポンプの運転方法及びヒートポンプシステム
US12266934B2 (en) Demand response of loads having thermal reserves
CN110603703B (zh) 用于能量系统的能量管理方法和能量系统
US20120046798A1 (en) Systems and Methods for Power Demand Management
US20090188486A1 (en) PV water heater with adaptive control
US20130140015A1 (en) Heat pump operation method and heat pump system
GR20190100088A (el) Μεθοδος για βελτιωμενη διαχειριση της ενεργειας ενος σχεδον ενεργειακα αυτοδυναμου κτιριου
EP2573474B1 (en) Heat management algorithm for optimized CHP operation
WO2011036525A1 (ja) ヒートポンプ給湯システム
JP2012115003A (ja) 制御装置及び制御方法
JP2015078797A (ja) エネルギ融通マネジメントシステム、エネルギ融通マネジメント方法及びエネルギ融通マネジメントプログラム
JP6054737B2 (ja) 蓄電量の推移を予測する方法、及び予測装置
JP2016133228A (ja) 蓄熱管理装置、蓄熱管理方法、及び蓄熱管理システム
Zhao et al. Residential demand response with power adjustable and unadjustable appliances in smart grid
JP7378251B2 (ja) 制御装置、エネルギー管理システム、エネルギー管理方法及びプログラム
JP7182431B2 (ja) 給湯システム
JP7165613B2 (ja) エネルギー管理制御装置
US10727691B2 (en) Methods and systems for adaptive load control
Hamza An Intelligent System Architecture in Home Energy

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120529

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120619

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5025835

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150