(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を消費する電気機器と、
充電の限界点である最大ＳＯＣ及び放電の限界点である最小ＳＯＣが個別に設定され、外部からの制御により充放電が可能であり、ＳＯＣの値を測定できる、蓄えた電力を前記電気機器に供給可能な複数の蓄電池と、
発電した電力を前記電気機器及び前記蓄電池へ供給する再生可能電源と、
前記蓄電池に対する充電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが前記最大ＳＯＣに到達するまで該蓄電池に対する充電状態を維持し、前記蓄電池の放電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが前記最小ＳＯＣに到達するまで該蓄電池の放電状態を維持するように、前記蓄電池の充放電を個別に制御する情報処理装置と、
を有するエネルギーシステム。
【請求項２】
前記情報処理装置は、
前記蓄電池に、前記充電を停止する指標である、前記最大ＳＯＣよりも低い充電停止ＳＯＣ、または利用可能なＳＯＣの範囲内にある充電停止比率を個別に設定し、
前記蓄電池に対する充電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが該充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率に到達するまで上記蓄電池の充電状態を維持するように、前記蓄電池の充電を個別に制御する請求項１記載のエネルギーシステム。
【請求項３】
前記再生可能電源または前記蓄電池のいずれか一方が、前記電気機器を備えた電力利用者毎に設置された請求項１または２記載のエネルギーシステム。
【請求項４】
前記情報処理装置は、
前記最小ＳＯＣに到達した蓄電池を充電対象となる充電用蓄電池群に指定し、前記最大ＳＯＣ、前記充電停止ＳＯＣまたは前記充電停止比率に到達した蓄電池を放電対象となる放電用蓄電池群に指定し、
前記再生可能電源による電力供給量が前記電気機器による電力消費量よりも大きい場合、発電した電力の配電系統への逆潮流、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、配電系統からの電力の受電、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行する請求項２または３記載のエネルギーシステム。
【請求項５】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記情報処理装置は、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記電力供給量が前記電力消費量よりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項４記載のエネルギーシステム。
【請求項６】
前記情報処理装置は、
前記配電系統に逆潮流させる電力量が外部から指示されている場合、前記逆潮流すべき電力量と、エネルギーシステム内の電力供給量の総和から電力消費量の総和を減じた余剰電力とを比較し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量よりも大きい場合は、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合は、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行する請求項１から３のいずれか１項記載のエネルギーシステム。
【請求項７】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記情報処理装置は、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量がよりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項６記載のエネルギーシステム。
【請求項８】
前記情報処理装置は、
前記配電系統から受電する電力量が外部から指示されている場合、前記受電する電力量と、エネルギーシステム内の電力消費量の総和から電力供給量の総和を減じた不足電力とを比較し、
前記不足電力が前記受電する電力量よりも大きい場合は、
前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行し、
前記不足電力が前記受電する電力量以下の場合は、
前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行する請求項１から３のいずれか１項記載のエネルギーシステム。
【請求項９】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記情報処理装置は、
前記不足電力が前記受電すべき電力量よりも大きい場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記不足電力が前記受電すべき電力量以下の場合は、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項８記載のエネルギーシステム。
【請求項１０】
複数の蓄電池に車載用蓄電池を含む請求項１から９のいずれか１項記載のエネルギーシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の複数のエネルギーシステムと、
前記エネルギーシステム毎に備える前記情報処理装置に対して、該情報処理装置が制御するエネルギーシステムの電力消費量を指示する二次情報処理装置と、
を有する階層型エネルギーシステム。
【請求項１２】
電力を消費する電気機器と、
充電の限界点である最大ＳＯＣ及び放電の限界点である最小ＳＯＣが個別に設定され、外部からの制御により充放電が可能であり、ＳＯＣの値を測定できる、蓄えた電力を前記電気機器に供給可能な複数の蓄電池と、
発電した電力を前記電気機器及び前記蓄電池へ供給する再生可能電源と、
を有するエネルギーシステムを制御する情報処理装置であって、
前記蓄電池に対する充電時は該蓄電池から取得したＳＯＣの値が前記最大ＳＯＣに到達するまで該蓄電池に対する充電状態を維持し、前記蓄電池の放電時は該蓄電池から取得したＳＯＣの値が前記最小ＳＯＣに到達するまで該蓄電池の放電状態を維持するように、前記蓄電池の充放電を個別に制御する処理装置を有する情報処理装置。
【請求項１３】
前記処理装置は、
前記蓄電池に、前記充電を停止する指標である、前記最大ＳＯＣよりも低い充電停止ＳＯＣ、または利用可能なＳＯＣの範囲内にある充電停止比率を個別に設定し、
前記蓄電池に対する充電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが該充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率に到達するまで上記蓄電池の充電状態を維持するように、前記蓄電池の充電を個別に制御する請求項１２記載の情報処理装置。
【請求項１４】
前記処理装置は、
前記最小ＳＯＣに到達した蓄電池を充電対象となる充電用蓄電池群に指定し、前記最大ＳＯＣ、前記充電停止ＳＯＣまたは前記充電停止比率に到達した蓄電池を放電対象となる放電用蓄電池群に指定し、
前記再生可能電源による電力供給量が前記電気機器による電力消費量よりも大きい場合、発電した電力の配電系統への逆潮流、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、配電系統からの電力の受電、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行する請求項１３記載の情報処理装置。
【請求項１５】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記処理装置は、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記電力供給量が前記電力消費量よりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項１４記載の情報処理装置。
【請求項１６】
前記処理装置は、
前記配電系統に逆潮流させる電力量が外部から指示されている場合、前記逆潮流すべき電力量と、エネルギーシステム内の電力供給量の総和から電力消費量の総和を減じた余剰電力とを比較し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量よりも大きい場合は、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合は、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行する請求項１２または１３記載の情報処理装置。
【請求項１７】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記処理装置は、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量がよりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項１６記載の情報処理装置。
【請求項１８】
前記処理装置は、
前記配電系統から受電する電力量が外部から指示されている場合、前記受電する電力量と、エネルギーシステム内の電力消費量の総和から電力供給量の総和を減じた不足電力とを比較し、
前記不足電力が前記受電する電力量よりも大きい場合は、
前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行し、
前記不足電力が前記受電する電力量以下の場合は、
前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行する請求項１２または１３記載の情報処理装置。
【請求項１９】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記情報処理装置は、
前記不足電力が前記受電すべき電力量よりも大きい場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記不足電力が前記受電すべき電力量以下の場合は、停止している電気機器に電力を供給して稼働させる請求項１８記載の情報処理装置。
【請求項２０】
電力を消費する電気機器と、
充電の限界点である最大ＳＯＣ及び放電の限界点である最小ＳＯＣが個別に設定され、外部からの制御により充放電が可能であり、ＳＯＣの値を測定できる、蓄えた電力を前記電気機器に供給可能な複数の蓄電池と、
発電した電力を前記電気機器及び前記蓄電池へ供給する再生可能電源と、
を有するエネルギーシステムをコンピュータに制御させるためのプログラムであって、
前記蓄電池に対する充電時は該蓄電池から取得したＳＯＣの値が前記最大ＳＯＣに到達するまで該蓄電池に対する充電状態を維持し、前記蓄電池の放電時は該蓄電池から取得したＳＯＣの値が前記最小ＳＯＣに到達するまで該蓄電池の放電状態を維持するように、前記コンピュータに前記蓄電池に対する充放電動作を個別に制御させるためのプログラム。
【請求項２１】
前記蓄電池に、前記充電を停止する指標である、前記最大ＳＯＣよりも低い充電停止ＳＯＣ、または利用可能なＳＯＣの範囲内にある充電停止比率を個別に設定し、
前記蓄電池に対する充電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが該充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率に到達するまで上記蓄電池の充電状態を維持するように、前記コンピュータに前記蓄電池に対する充放電動作を個別に制御させるための請求項２０に記載のプログラム。
【請求項２２】
前記最小ＳＯＣに到達した蓄電池を充電対象となる充電用蓄電池群に指定し、前記最大ＳＯＣ、前記充電停止ＳＯＣまたは前記充電停止比率に到達した蓄電池を放電対象となる放電用蓄電池群に指定し、
前記再生可能電源による電力供給量が前記電気機器による電力消費量よりも大きい場合、発電した電力の配電系統への逆潮流、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、配電系統からの電力の受電、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行するための請求項２１記載のプログラム。
【請求項２３】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記電力供給量が前記電力消費量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記電力供給量が前記電力消費量よりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させるための請求項２２記載のプログラム。
【請求項２４】
前記配電系統に逆潮流させる電力量が外部から指示されている場合、前記逆潮流すべき電力量と、エネルギーシステム内の電力供給量の総和から電力消費量の総和を減じた余剰電力とを比較し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量よりも大きい場合は、前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行し、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合は、前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行するための請求項２０または２１記載のプログラム。
【請求項２５】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量以下の場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記余剰電力が前記逆潮流すべき電力量がよりも大きい場合、停止している電気機器に電力を供給して稼働させるための請求項２４記載のプログラム。
【請求項２６】
前記配電系統から受電する電力量が外部から指示されている場合、前記受電する電力量と、エネルギーシステム内の電力消費量の総和から電力供給量の総和を減じた不足電力とを比較し、
前記不足電力が前記受電する電力量よりも大きい場合は、
前記再生可能電源による発電量の増大、または前記放電用蓄電池群に指定した前記蓄電池からの放電の少なくともいずれか一つを実行し、
前記不足電力が前記受電する電力量以下の場合は、
前記充電用蓄電池群に指定した蓄電池に対する充電、または前記再生可能電源による発電量の低減の少なくともいずれか一つを実行するための請求項２０または２１記載のプログラム。
【請求項２７】
前記電気機器は外部からの制御により一時的に運転の停止が可能な機器であり、
前記不足電力が前記受電すべき電力量よりも大きい場合、前記電気機器に供給する電力を停止し、前記不足電力が前記受電すべき電力量以下の場合は、停止している電気機器に電力を供給して稼働させるための請求項２６記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配電系統に連系された再生可能電源を含むエネルギーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
持続可能型社会の実現へ向けて、運用時に温暖化ガスの排出を低減できる再生可能電源の大幅な普及拡大が求められている。特に太陽電池は、現在最も期待されている再生可能電源である。しかしながら、太陽電池を用いた太陽光発電は天候によって出力が変化する、すなわち発電量が不安定であるという問題がある。そのため、配電系統に対する太陽光発電設備の連系量が増大すると、配電系統に悪影響を及ぼし、「配電電圧不安定化」及び「需給不均衡」と呼ばれる問題を引き起こすことが予測されている。将来、これらの問題が再生可能電源の普及の阻害要因となることが懸念されており、その解決策が求められている。以下、「配電電圧不安定化」及び「需給不均衡」について説明すると共に、従来提案されたそれらの問題に対する解決策を説明する。【０００３】
「配電電圧不安定化」とは、個人住宅、事業所、自治体施設等の各電力利用者に供給される配電電圧（約１００Ｖ）が再生可能電源の不安定な発電量に影響されて変動し、適性範囲を逸脱する問題である。配電用変電所から約６６００Ｖで送出された電圧は、配電系統の最も低圧側の変圧器（以下、末端変圧器と称す）で約１００Ｖに変換されて各電力利用者へ供給される。この時、有限の抵抗を持つ配電線に電流が流れることで、需要（電力消費量）に応じて配電電圧が変動する。これまでも日中と夜間等では需要に差があり、配電電圧の変動が発生していた。但し、需要の変化が十分に小さかったため、配電電圧は適正範囲１０１Ｖ±６Ｖに収まっていた。【０００４】
しかしながら、配電系統に対する再生可能電源の連系量が増大すると、需要の変化に再生可能電源の不安定性が加わるため、配電電圧の変動幅が大きくなり、適正範囲を逸脱するおそれがある。【０００５】
この「配電電圧不安定化」を解決する既存技術としては、インバータが備える遮断機能を利用する方法がある。インバータは、再生可能電源で発電された電力を配電系統に連系が可能な電力に変換する装置である。このインバータにより配電電圧をモニタし、配電電圧が適正範囲の上限に近づいたとき、配電系統に対する再生可能電源の連系を遮断することで配電電圧の上昇を抑制する。【０００６】
しかしながら、この対策は、配電系統に連系する再生可能電源の増大に伴って再生可能電源の稼働率が低下することを意味し、再生可能電源の発電能力が無駄になってしまう。【０００７】
一方、「需給不均衡」とは、配電系統に連系する再生可能電源が増大すると、電力系統全体の電力の需要と供給のバランスがとれなくなる問題である。電力系統全体では、電力の需要と供給が一致している必要があり、これまでは主として電力会社が需要の変化に応じて発電量を調整することで需給バランスを維持してきた。具体的には、火力発電所等の電力需給調整能力を持つ一部の発電所がその調整役を担ってきた。配電系統に連系する再生可能電源の増大は、電力需給調整能力を持たず、かつ発電量が不安定な発電設備が増大することを意味する。そのため、配電系統に連系する再生可能電源が増大すると、電力需給調整能力が低下して周波数が不安定になり、最悪の場合は大規模停電を引き起こすおそれがある。【０００８】
この「需給不均衡」を解決する既存技術としては、例えば非特許文献１で提案された、低稼働率で運用する火力発電所数を増やすことで、電力系統全体の電力需給調整能力を向上させる方法がある。【０００９】
しかしながら、火力発電所を低稼働率で運転すると、発電効率が低いために発電コストが上昇する。また、火力発電所を増やすことは、温暖化ガスの排出を低減するという再生可能電源を増やす目的と矛盾する。【００１０】
以上説明したように、「配電電圧不安定化」及び「需給不均衡」は、未だ抜本的な解決策が見出されていない。これらの問題の抜本的な解決には、再生可能電源の不安定性そのものを低減する必要がある。再生可能電源の不安定性を低減する方法としては、再生可能電源の出力に、その発電量の不安定性を吸収するバッファとなる蓄電池を設ける技術が特許文献１〜４で提案されている。【００１１】
近年、車載用蓄電池が普及することで蓄電池の低コスト化が進み、また車載用蓄電池を配電系統に連系する手法が示されるようになり（非特許文献２参照）、個人住宅等に大容量蓄電池を設置することが現実化しつつある。しかしながら、蓄電池は未だ高価であり、蓄電池のコストを低減することはその普及のために必須の課題となる。上記特許文献１〜４では、蓄電池のコストを低減するための手法についてはあまり考慮していない。【００１２】
蓄電池のコストを低減するためには、蓄電池自体の製造コストを低減するだけでなく、各電力利用者が備える蓄電池の容量を低減し、さらに蓄電池の寿命を延ばす（長寿命化）必要がある。蓄電池の容量低減は、蓄電池の導入コストの低減を実現し、蓄電池の長寿命化は蓄電池及び再生可能電源を用いた発電設備のメンテナンスに要するコストの低減を実現する。なお、本願明細書における蓄電池の「長寿命化」あるいは「寿命を延ばす」とは、運用方法等に起因して蓄電池の製品寿命が短縮するのを抑制することであり、電池材料等の改良により蓄電池の製品寿命そのものを延ばすことではない。【００１３】
以下、蓄電池の容量低減及び長寿命化について現在提案されている方法について説明する。【００１４】
蓄電池容量の低減方法としては、発電設備を備える電力利用者毎に蓄電池を設置（分散設置）するのではなく、複数の蓄電池を集中して設置（集中設置）する方法がある。蓄電池を分散設置すると、各電力利用者は個々の充放電需要に対して十分に大きな容量を持つ蓄電池を設置することになる。そのため、各電力利用者が備える蓄電池全体の総容量が大きくなる。それに対して、蓄電池を集中設置すると、複数の電力利用者による需給相殺の効果により各蓄電池に対して充放電すべき電力量が平均化されるため、蓄電池全体の総容量を低減することが可能であり、結果として電力利用者毎の蓄電池容量も低減できる（非特許文献３）。【００１５】
しかしながら、蓄電池の集中設置（例えば、配電変電所毎に設置）は、配電系統を利用して再生可能電源で発電した電力を蓄電池へ供給し充電することになるため、発電量が不安定な多数の発電設備が配電系統に連系される構成であり、上述した「配電電圧不安定化」を解決することはできない。【００１６】
それに対して、蓄電池の分散設置は、蓄電池全体の総容量が大きくなるが、再生可能電源の近傍に設置された蓄電池により不安定性を吸収することで、配電系統に与える該不安定性の影響が低減される。そのため、配電系統の「配電電圧不安定化」及び「需給不均衡」が軽減する。したがって、配電系統に多数の再生可能電源が連系される構成では、蓄電池を分散設置しつつ、蓄電池の総容量を低減できる技術が求められる。【００１７】
一方、蓄電池の寿命を延ばす方法としては、充放電サイクルを低減する方法が考えられる。一般に、リチウムイオン充電池等に代表される多くの種類の蓄電池は、充電と放電を繰り返すほど容量が低下する。したがって、蓄電池の製品寿命を短縮させないためには、充電と放電とを頻繁に繰り返さないことが望ましい。また、蓄電池は、ＳＯＣ（State  of  Charge：蓄電池の容量に対する充電された電気量の比率）が高い領域で使用すると、劣化が進みやすいことが知られているため、なるべくＳＯＣが高い領域（以下、高ＳＯＣ領域と称す）で使用しないことが望ましい。さらに、蓄電池は、高ＳＯＣ領域まで充電された状態で長期間保管すると、短期的には自然放電が大きいために充電したエネルギーが無駄に失われ、長期的には蓄電池の劣化が進行して製品寿命が短縮する。【００１８】
例えば、特許文献５及び特許文献６には、電気自動車用に蓄電池を二組備え、一方の蓄電池が放電している間は他方の蓄電池を充電し、必要に応じてそれぞれの充放電動作を交替することで、充放電サイクルを低減する技術が記載されている。【００１９】
しかしながら、特許文献５及び特許文献６に記載された技術では、充電から放電へ切り替える蓄電池が十分な充電量に到達しているとは限らず、放電から充電へ切り替える蓄電池に蓄積された電気量が最小になっているとは限らない。したがって、特許文献５及び特許文献６に記載された技術を採用しない構成に比べれば充放電サイクルを低減できるが、蓄電池の充放電サイクルを十分に低減できるものではない。【００２０】
また、特許文献７には、車両を長期間停車することが予想される場合は車載用蓄電池を充電しないことで、高ＳＯＣ領域まで充電した状態で蓄電池を保管しないための技術が記載されている。【００２１】
しかしながら、車載用蓄電池は、車両が停車していれば稼働させる必要はないが、個人住宅、事業所、自治体施設等の電力利用者が用いる蓄電池は、電力利用者が不在であっても、再生可能電源によって発電された電力を蓄電する場合があり、接続されたエネルギーシステムからの要求に応じて放電する場合がある。そのため、蓄電池を稼働させつつ、可能な限り高ＳＯＣ領域を利用しない技術が必要となる。【００２２】
なお、複数の蓄電セルやモジュールを接続することで電池容量や出力電圧を大きくした蓄電池では、一般に、個々のセルの特性にばらつきがある。そのため、充電時や放電時における各セルの特性差を低減して、蓄電池全体の寿命を延ばす技術が、例えば特許文献８や特許文献９に記載されている。但し、特許文献８や特許文献９に記載された技術は、セル毎の特性ばらつきに起因する蓄電池の寿命の短縮は抑制できるが、セル単体の充放電サイクルを低減するものではない。【００２３】
以上説明したように、配電系統に対する再生可能電源、特に太陽電池の連系に伴って予見される「配電電圧不安定化」及び「需給不均衡」を低減するには、蓄電池を用いると共に該蓄電池を分散設置することが望ましい。【００２４】
しかしながら、蓄電池の分散設置は、蓄電池の容量の増大やコストの上昇を招いてしまう。上述したように、蓄電池のコストを低減するには、容量の増大を抑制しつつ、製品寿命を延ばすことが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００７−１８５００８号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４０８１号公報
【特許文献３】特開平９−１３５５３６号公報
【特許文献４】特開２００８−２３６８２１号公報
【特許文献５】特開２００２−１２４３０２号公報
【特許文献６】特許第３３６７３８２号公報
【特許文献７】特開２００９−５４５０号公報
【特許文献８】特許第３３６０６１３号公報
【特許文献９】特開２００７−２４４１４２号公報
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】資源エネルギー庁  低炭素電力供給システムに関する研究会（第２回）配布資料３「系統安定化対策のオプションについて」
【非特許文献２】三菱商事株式会社  ２００８年７月１日プレスリリース「再生可能エネルギーを利用した電気自動車向け充電インフラシステムの共同開発をスタート」
【非特許文献３】ＲＩＥＴＩ  Ｄｉｓｃｕｓｓｈｉｏｎ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ  ０９−Ｊ−００１「再生可能電力の送配電・蓄電費用措置制度に関する経済的考察」
【発明の概要】
【００２７】
そこで本発明は、蓄電池容量の増大を抑制しつつ、蓄電池の寿命を延ばして蓄電池の低コスト化に寄与するエネルギーシステムを提供することを目的とする。
【００２８】
上記目的を達成するため本発明のエネルギーシステムは、電力を消費する電気機器と、
充電の限界点である最大ＳＯＣ及び放電の限界点である最小ＳＯＣが個別に設定され、外部からの制御により充放電が可能であり、ＳＯＣの値を測定できる、蓄えた電力を前記電気機器に供給可能な複数の蓄電池と、
発電した電力を前記電気機器及び前記蓄電池へ供給する再生可能電源と、
前記蓄電池に対する充電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが前記最大ＳＯＣに到達するまで該蓄電池に対する充電状態を維持し、前記蓄電池の放電時、該蓄電池から取得したＳＯＣが前記最小ＳＯＣに到達するまで該蓄電池の充電状態を維持するように、前記蓄電池の充放電を個別に制御する情報処理装置と、
を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、第１の実施の形態のエネルギーシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示した情報処理装置の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の情報処理装置による蓄電池に対する充放電の制御方法を示す模式図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の情報処理装置による電力消費量及び電力供給量の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１の実施の形態の情報処理装置による電力消費量及び電力供給量の他の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第１の実施の形態の情報処理装置による電力消費量及び電力供給量の他の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第３の実施の形態のエネルギーシステムの一構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態のエネルギーシステムの他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のエネルギーシステムの一構成例を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、第１の実施の形態のエネルギーシステム１００は、電力利用者が備える、電力を消費する電気機器１５０と、太陽電池等の再生可能電源１４０と、電力を蓄積する蓄電池１３０と、蓄電池１３０の充放電を制御する情報処理装置１１０と有する構成である。エネルギーシステム１００は、例えば配電用変電所から送出された電力を各電力利用者に分配する末端変圧器１６０毎に構築される。
【００３２】
再生可能電源１４０及び蓄電池１３０は、例えば電力利用者毎に分散設置されている。本実施形態のエネルギーシステム１００では、分散設置された複数の再生可能電源１４０及び複数の蓄電池１３０を各電力利用者で共用する。
【００３３】
電力利用者毎の電気機器１５０には、電力利用者（住宅や施設）が備えるコンセントを介して配電系統から電力が供給されると共に、各再生可能電源１４０で発電された電力及び蓄電池１３０に蓄えられた電力が供給される。
【００３４】
蓄電池１３０は、配電系統から供給される電力あるいは各再生可能電源１４０で発電された電力を蓄電する。
【００３５】
再生可能電源１４０は、発電した電力を電力利用者が備える各電気機器１５０及び蓄電池１３０に供給すると共に、エネルギーシステム１００内で利用しない余剰電力が有る場合は、該余剰電力を配電系統へ供給（逆潮流）できる。
【００３６】
情報処理装置１１０は、電気機器１５０、再生可能電源１４０及び蓄電池１３０とそれぞれ通信線を介して接続されている。情報処理装置１１０は、通信線を介して、電力利用者毎の電力消費量、再生可能電源１４０毎の発電量、蓄電池１３０毎の固有情報（後述）を受信する。また、情報処理装置１１０は、受信した情報に基づいて、再生可能電源１４０の発電量及び蓄電池１３０の充放電を制御する。
【００３７】
なお、図１に示すエネルギーシステム１００には、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車等に搭載される車載用蓄電池の交換や該車載用蓄電池に対する充電が可能なバッテリステーション２２０を備えていてもよい。バッテリステーション２２０には、電力需給調整能力を持たせることが可能である。バッテリステーション２２０による電力需給調整能力は、例えばバッテリステーション２２０に多数の蓄電池１３０を備え、各蓄電池１３０に対する充放電を制御することで実現できる。
（１）電力利用者
電力利用者は、個人住宅、事業所、自治体施設等のように、複数の電気機器１５０、蓄電池１３０及び再生可能電源１４０を備えた、電力を利用する施設である。図１に示すエネルギーシステム１００には、再生可能電源１４０または蓄電池１３０のいずれか一方のみ備えた電力利用者、若しくはそのどちらも備えない電力利用者も含まれる。
（２）蓄電池および再生可能電源
図１のエネルギーシステム１００が備える蓄電地１３０としては、据置型の蓄電池や上述した車載用蓄電池がある。車載用蓄電池は、例えば電力利用者（住宅や施設）やバッテリステーション２２０が備えるコンセントを介して配電系統に接続される。
【００３８】
蓄電池１３０には、充電の限界点である最大ＳＯＣ（State  of  Charge：蓄電池の容量に対する充電された電気量の比率）及び放電の限界点である最小ＳＯＣが設定された、例えばリチウムイオン二次電地が用いられる。
【００３９】
ＳＯＣとは、蓄電池１３０の製造者または販売者が公表する公称容量まで充電した状態をＳＯＣ１００％としたとき、この公称容量に対する充電または放電した電力量で算出される。または、ＳＯＣとは、出荷直後の蓄電池に対し、蓄電池１３０の製造者または販売者が設定した充電方法（純正充電器を用いた場合等）にて満充電まで充電した状態をＳＯＣ１００％としたとき、この満充電容量に対する充電または放電した電力量で算出される。蓄電池１３０の製造者または販売者が設定した充電方法で満充電まで充電した状態をＳＯＣ１００％と定義した場合、蓄電池は、一般に使用することで劣化するため、満充電状態であってもＳＯＣが１００％ではなくなる。そのため、充放電サイクルが所定の回数に到達した場合、例えば１００回の充放電サイクル毎に満充電と低出力放電とを実施することで、ＳＯＣが１００％となる容量を定期的に校正してもよい。
【００４０】
最大ＳＯＣ及び最小ＳＯＣの値は、例えば蓄電池１３０の製造者や販売者によって蓄電池１３０が安定して使用できる範囲を考慮して個別に設定される。最大ＳＯＣは、１００％であってもよく、それ以下の値であってもよい。また、最小ＳＯＣは、０％であってもよく、それ以上の値であってもよい。さらに、最大ＳＯＣの値は、上述したように蓄電池１３０の劣化状況に応じて変更してもよい。
【００４１】
なお、蓄電池１３０は、再生可能電源１４０で発電された電力または配電系統から供給される電力を蓄積するための周知の蓄電器（不図示）、充放電時の電流・電圧を制御するための周知の電流・電圧調整装置（不図示）及びＳＯＣの値を測定するための周知のＳＯＣ測定装置（不図示）を備えている。蓄電器や電流・電圧調整装置は、情報処理装置１１０により制御可能であり、ＳＯＣ測定装置による測定結果は情報処理１１０で収集可能である。
【００４２】
制御対象の再生可能電源１４０としては、例えば太陽電池や風力発電装置等がある。再生可能電源１４０には、発電した電力を配電系統に連系可能にするためのインバータ（不図示）を備えている。
（３）情報処理装置
情報処理装置１１０は、電力利用者毎の電力消費量、再生可能電源１４０毎の発電量、蓄電池１３０毎の固有情報を収集し、収集した情報に基づいてエネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０の充放電を制御する。情報処理装置１１０は、蓄電池１３０の充放電のみ制御してもよく、蓄電池１３０、再生可能電源１４０、電気機器１５０、バッテリステーション２２０等を含むエネルギーシステム１００全体を制御してもよい。
【００４３】
情報処理装置１１０は、例えば図２に示すようなコンピュータによって実現できる。
【００４４】
図２に示すコンピュータは、プログラムにしたがって所定の処理を実行する処理装置１０と、処理装置１０に対してコマンドや情報等を入力するための入力装置２０と、処理装置１０の処理結果を出力するための出力装置３０とを有する構成である。
【００４５】
処理装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１の処理で必要な情報を一時的に保持する主記憶装置１２と、ＣＰＵ１１に本発明の処理を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体１３と、蓄電池１３０毎の定格容量、最大ＳＯＣ、最小ＳＯＣ及び出力電圧等の固有情報、電力利用者毎の電力消費量の情報等が格納されるデータ蓄積装置１４と、主記憶装置１２、記録媒体１３およびデータ蓄積装置１４とのデータ転送を制御するメモリ制御インタフェース部１５と、入力装置２０および出力装置３０とのインタフェース装置であるＩ／Ｏインタフェース部１７と、電力利用者、蓄電池１３０、再生可能電源１４０等と情報を送受信するための通信制御装置１７とを備え、それらがバス１８を介して接続された構成である。
【００４６】
処理装置１０は、記録媒体１３に記録されたプログラムにしたがって、後述するエネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０の充放電を制御するための処理を実行する。記録媒体１３は、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスクあるいはその他の記録媒体であってもよい。また、データ蓄積装置１４は、処理装置１０内に備える必要はなく、独立した装置であってもよい。
【００４７】
電力利用者の電力消費量は、住宅や施設等に設置された電力量計により測定できる。あるいは、分電盤等に周知の電力測定器を設置し、該電力測定器で測定してもよく、電源コンセントや電気機器１５０毎に周知の電力測定器を設置し、各電力測定器で測定した電力値を積算してもよい。このとき、情報処理装置１１０は、測定した電力消費量を、時刻、気温、曜日等の情報に関連付けて蓄積し、該蓄積した情報を電力消費量の予測に利用してもよい。
【００４８】
再生可能電源１４０の発電量は、例えば再生可能電源１４０の出力端子に周知の電力測定器を設けることで測定できる。また、再生可能電源１４０の発電量は、例えば太陽光発電の場合は発電に利用するセル数やモジュール数で制御可能であり、風力発電の場合はブレード（回転羽根）角で制御可能である。再生可能電源１４０の発電量は、抵抗器等を用いて所要の電力を消費することでも制御できる。
【００４９】
蓄電池１３０の固有情報としては、定格容量、最大ＳＯＣ、最小ＳＯＣ、出力電圧等がある。これらの情報は予め情報処理装置１１０内に格納しておいてもよく、各蓄電池１３０から情報処理装置１１０へ送信してもよい。
【００５０】
図１に示すエネルギーシステム１００では、各蓄電池１３０を連続して充電あるいは放電できるとは限らないため、本実施形態では、蓄電池１３０が後述する充電用蓄電池群に指定されているか放電用蓄電池群に指定されているかを示す情報及びＳＯＣの測定値も固有情報に含める。これらの情報は、情報処理装置１１０で管理してもよく、各蓄電池１３０から情報処理装置１１０へ送信してもよい。
【００５１】
なお、情報処理装置１１０は、蓄電池１３０毎の充放電サイクルや使用開始時からの累積使用時間等を蓄積しておき、予想される蓄電池１３０の性能劣化等を考慮して蓄電池１３０毎の充電あるいは放電指示を決定してもよい。例えば充放電サイクルが予め設定された規定回数を越えた場合や累積使用時間が予め設定された規定時間を越えた場合は、最大ＳＯＣや最小ＳＯＣの値を変更してもよい。また、情報処理装置１１０は、開放電圧や充放電中のインピーダンスの変化から蓄電池１３０の劣化を判断し、充放電時の最大電流値を変更してもよい。
（４）アルゴリズム
図１に示したエネルギーシステム１００では、各電力利用者の電力消費量が一定ではなく、時間と共に変動する。そのため、図３（ａ）に示すように電力消費量の変動に応じて蓄電池１３０を充電または放電していたのでは、蓄電池１３０の充放電サイクルが増大し、蓄電池１３０の製品寿命が短縮してしまう。
【００５２】
また、図１に示したエネルギーシステム１００では、各蓄電池１３０が分散配置されると共に、エネルギーシステム１００に組み込まれるタイミング、エネルギーシステム１００から外されるタイミング、エネルギーシステム１００に組み込まれたときのＳＯＣの値、充放電サイクルの履歴、最大ＳＯＣ、最小ＳＯＣ、蓄電池容量、特性等が蓄電池１３０毎に異なっている（ばらばらである）。
【００５３】
そこで、本実施形態では、エネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０を充電用蓄電池群と放電用蓄電池群とに分類し、充電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０は、該蓄電池１３０から取得したＳＯＣの値に基づいて最大ＳＯＣになるまで充電を継続し、放電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０は、該蓄電池１３０から取得したＳＯＣの値に基づいて最小ＳＯＣになるまで放電を継続する。すなわち、本実施形態では、情報処理装置１１０によってエネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０の充放電を個別に制御し、かつ各蓄電池１３０の充放電を最大ＳＯＣまたは最小ＳＯＣで切り替える。
【００５４】
なお、蓄電池１３０が複数の蓄電池パックで構成され、該蓄電池パック毎に充放電の制御が可能な場合、あるいは蓄電池１３０が複数のモジュールやセルで構成され、該モジュールやセル毎に充放電の制御が可能な場合は、蓄電池パック、モジュールまたはセル単位で制御してもよい。
【００５５】
上述したようにエネルギーシステム１００内の電力消費量は時間と共に変動するため、本実施形態のエネルギーシステム１００では、充電用蓄電池群に指定された蓄電池１３０に対して連続して充電できるとは限らず、放電用蓄電池群に指定された蓄電池１３０を連続して放電できるとは限らない。
【００５６】
例えば、図３（ｂ）に示すように、充電用蓄電池群に指定された蓄電池１３０は、エネルギーシステム１００内の電力消費量に応じてそれぞれに設定された最大ＳＯＣになるまで不連続に充電され、最大ＳＯＣになった時点で個別に放電用蓄電池群に指定され、その後は不連続に放電される。
【００５７】
一方、図３（ｃ）に示すように、放電用蓄電池群に指定された蓄電池１３０は、エネルギーシステム１００内の電力消費量に応じてそれぞれ設定された最小ＳＯＣになるまで不連続に放電され、最小ＳＯＣになった時点で個別に充電用蓄電池群に指定され、その後は不連続に充電される。
【００５８】
本実施形態の情報処理装置１１０は、上述したようにエネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０の充放電を個別に制御しつつ、エネルギーシステム１００内の電力消費量に応じて再生可能電源１４０による発電量や配電系統からエネルギーシステム１００が受電する電力量を制御する。
【００５９】
図４は第１の実施の形態の情報処理装置による電力消費量及び電力供給量の制御手順を示すフローチャートである。
【００６０】
図４に示すように、情報処理装置１１０は、まず電力利用者毎の電力消費量、再生可能電源１４０毎の発電量、蓄電池１３０毎の固有情報をそれぞれ取得する（ステップＳ１）。
【００６１】
次に、情報処理装置１１０は、自装置が管理するエネルギーシステム１００内の各再生可能電源１４０による電力供給量の総和と、各電気機器１５０による電力消費量の総和とを比較し、電力供給量の総和が電力消費量の総和よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００６２】
電力供給量の総和が電力消費量の総和よりも大きい場合、情報処理装置１１０は、以下の（ａ）〜（ｃ）の選択肢のうちの少なくともいずれか１つを実行する（ステップＳ３）。
（ａ）電力供給量の総和から電力消費量の総和を減じた余剰電力を配電系統へ逆潮流させる。
（ｂ）充電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０を充電する。
（ｃ）再生可能電源１４０の発電量を低減する。
【００６３】
このとき、再生可能電源１４０を有効に利用するには、（ｃ）再生可能電源１４０の発電量を低減するよりも、（ａ）余剰な電力を配電系統へ逆潮流させる、または（ｂ）充電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０を充電することを優先するのが望ましい。
【００６４】
一方、電力供給量の総和が電力消費量の総和以下の場合、情報処理装置１１０は、以下の（ｄ）〜（ｆ）の選択肢のうち、少なくともいずれか１つを実行する（ステップＳ４）。
（ｄ）電力消費量の総和から電力供給量の総和を減じた不足電力を配電系統から受電する。
（ｅ）放電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０を放電させる。
（ｆ）再生可能電源１４０の発電量を増大する。
【００６５】
このとき、蓄電池１３０の充放電サイクルを低減し、かつ再生可能電源１４０を有効に利用するには、（ｄ）不足する電力を配電系統から受電する、または（ｆ）再生可能電源１４０の発電量を増大するよりも、（ｅ）再生可能電源１４０の発電量を増大することを優先するのが望ましい。
【００６６】
なお、上記制御手順では、ステップＳ２にて自装置が管理するエネルギーシステム１００内の電力供給量の総和と電力消費量の総和とを比較する例を示したが、例えば外部から配電系統に逆潮流させる電力や配電系統から受電する電力が指示されている場合、情報処理装置１１０は該指示にしたがってエネルギーシステム１００内の電力供給量や電力消費量を制御してもよい。
【００６７】
例えば配電系統に逆潮流させる電力量が指示されている場合、図５に示すように、情報処理装置１１０は、上記ステップＳ１を実行した後、エネルギーシステム１００内の余剰電力と該逆潮流すべき電力量とを比較し（ステップＳ１２）、余剰電力が逆潮流すべき電力量よりも大きい場合は上記（ｂ）または（ｃ）の少なくともいずれか一方を実行し（ステップＳ１３）、余剰電力が逆潮流すべき電力量以下の場合は上記（ｅ）または（ｆ）の少なくともいずれか一方を実行すればよい（ステップＳ１４）。
【００６８】
一方、配電系統から受電する電力量が指示されている場合、図６に示すように、情報処理装置１１０は、上記ステップＳ１を実行した後、エネルギーシステム１００内の不足電力と該受電すべき電力量とを比較し（ステップＳ２２）、不足電力が受電すべき電力量よりも大きい場合は上記（ｅ）または（ｆ）の少なくともいずれか一方を実行し（ステップＳ２３）、不足電力が受電すべき電力量以下の場合は、上記（ｂ）または（ｃ）の少なくともいずれか一方を実行すればよい（ステップＳ２４）。
【００６９】
また、充電用蓄電池群に指定した全ての蓄電池１３０で充電可能な電力量よりも充電すべき電力量が少ない場合、あるいは放電用蓄電池群に指定した全ての蓄電池１３０で放電可能な電力量よりも放電すべき電力量が少ない場合は、予め充電用蓄電池群及び放電用蓄電池群の各蓄電池１３０に対して優先順位を付与し、該優先順位にしたがって充電あるいは放電を実行する蓄電池１３０を選択してもよい。
【００７０】
例えば、充電用蓄電池群に付与する優先順位としては、最小ＳＯＣの蓄電池１３０を最も高い優先度に設定し、続いて最大ＳＯＣに到達していない充電用蓄電池群のうち、ＳＯＣの値が小さい順に高い優先度を設定し、最後に充放電サイクルが少ない順に高い優先度を設定する方法が考えられる。
【００７１】
また、各蓄電池１３０を高ＳＯＣ領域で利用しないように、充電用蓄電池群の各蓄電地に優先順位を付与する方法も考えられる。例えば、各蓄電池１３０で充電可能な電力量よりも充電すべき電力量が十分に少ない場合は、充電用蓄電池群に指定された各蓄電池に、充電を停止する指標である、最大ＳＯＣよりも低い充電停止ＳＯＣを個別に設定し、該充電停止ＳＯＣまで充電された時点で充電を停止して放電用蓄電池群に指定することで、高ＳＯＣ領域を利用しないようにすればよい。なお、充電停止ＳＯＣの最大値は、蓄電池毎に設定されている最大ＳＯＣの値となる。
【００７２】
また、充電用蓄電池群に指定された各蓄電池に、最大ＳＯＣと最小ＳＯＣ間のＳＯＣ領域（以下、利用可能ＳＯＣ範囲と称す）内で充電停止比率を個別に設定し、該充電停止比率まで充電された時点で充電を停止して放電用蓄電池群に指定することで、高ＳＯＣ領域を利用しないようにすればよい。充電停止比率は、充電を停止する指標となる、利用可能ＳＯＣ範囲内の利用率であり、利用可能ＳＯＣ範囲内の利用率とは、利用可能ＳＯＣ範囲全体を１００％とした場合に何％まで充電されているかを示す値である。例えば、利用可能ＳＯＣ範囲として、最大ＳＯＣを９０％、最小ＳＯＣを１０％に設定した場合、その利用可能ＳＯＣ範囲内の利用率７０％とは、利用可能ＳＯＣ範囲の幅を１００とした場合に、その７０％まで充電されている状態を示す。すなわち、ＳＯＣ１０％から９０％の幅８０％に対し、８０×０．７＝５６％の電力量が充電された状態であり、ＳＯＣで表現すると６６％となる。
【００７３】
充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率を設定した時点で既に充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率を越えている蓄電池１３０は、それを検出した時点で放電用蓄電池群に指定すればよい。充電停止ＳＯＣ及び充電停止比率の値は、蓄電池１３０毎の充電可能な電力量と各蓄電池１３０に充電すべき電力量とから、エネルギーシステムの状況に応じて求めればよい。充電停止ＳＯＣ及び充電停止比率の値は、電力消費量等のリアルタイムな値を用いるだけでなく、季節・天気・曜日・時間帯等に応じたエネルギーシステム内の電力消費量、あるいは季節・天気・曜日・時間帯等に応じた配電系統への逆潮流指示や充電指示の発生傾向を学習し、該学習結果に基づいて予測してもよい。
【００７４】
一方、放電用蓄電池群の優先順位としては、最大ＳＯＣの蓄電池１３０を最も高い優先度に設定し、続いて最小ＳＯＣに到達していない充電用蓄電池群のうち、ＳＯＣの値が大きい順に高い優先度を設定し、最後に充放電サイクルが少ない順に高い優先度を設定する方法が考えられる。また、利用可能ＳＯＣ範囲内にある蓄電池１３０のうち、利用率が高い順に高い優先度を設定してもよい。
【００７５】
放電用蓄電池群に指定された蓄電池の高ＳＯＣ領域における利用を最小限にするには、優先順位の高い蓄電池だけを放電するのではなく、優先順位の高い蓄電池から順に複数の蓄電池を同時に放電させることが望ましい。例えば、最も優先順位が高い優先順位１の蓄電池を放電させ、該優先順位１の蓄電池のＳＯＣが、２番目に優先順位が高い優先順位２の蓄電池と同じ値、または上記優先順位１の蓄電池の利用可能ＳＯＣ範囲内の利用率が、優先順位２の蓄電池と同じ値である場合は、それら優先順位１及び優先順位２の蓄電池を並行して放電させればよい。同様に、優先順位１の蓄電池のＳＯＣが、３番目に優先順位が高い優先順位３の蓄電池と同じ値、または利用可能ＳＯＣ範囲内になった時点で、利用率が等しい優先順位３の蓄電池がある場合は、それら優先順位１、優先順位２及び優先順位３の蓄電池を並行して放電させればよい。
【００７６】
また、リチウムイオン電池、特にマンガンスピネル系の正極材料から成る蓄電池は、高ＳＯＣ領域だけでなく、放電電圧が３．７Ｖ近傍の状態で保管すると自然放電が大きいと言われている。したがって、マンガンスピネル系正極材料から成る蓄電池の場合は、放電電圧が３．７Ｖの状態で長く保管することが無いように、充電用蓄電池群・放電用蓄電池群のどちらに指定されても高い優先順位を設定すればよい。
【００７７】
蓄電池１３０を高ＳＯＣ領域で利用しないための具体例としては、以下のような方法が考えられる。
【００７８】
例えば季節・天候・曜日・時間帯等に応じた、エネルギーシステム内の電力消費量、再生可能電源の発電量、配電系統への逆潮流指示または配電系統からの受電指示に基づき、所定の期間（予測期間）における、エネルギーシステム内で充電すべき電力量（ａ、単位：Ｗ）と放電すべき電力量（ｂ、単位：Ｗ）を予測する。
【００７９】
ここで、充電停止ＳＯＣの値ｘ（単位：％）は、予測期間（ｔ、単位：ｈ）におけるエネルギーシステム内で充電すべき容量Ａ＝ａｔ（単位：Ｗｈ）と、ＳＯＣがｘ％以下である蓄電池の空き容量の総和Ｃ（単位：Ｗｈ）との関係がＡ≦Ｃを満たすように設定する。
【００８０】
充電停止ＳＯＣの値ｘは、例えば充電用蓄電池群に指定された蓄電池１３０に対して既に充電されている電力量の総和をＤ（単位：Ｗｈ）とし、充電用蓄電池群に指定された各蓄電池１３０の総容量をＥ（単位：Ｗｈ）とした場合、上記容量Ａを充電したあとの充電用蓄電池群に指定された各蓄電池の平均ＳＯＣ（（Ｄ＋Ａ）／Ｅ×１００）を用いることができる。充電用蓄電池群にＳＯＣの値がｘ％を超える蓄電池がある場合、該蓄電地は放電用蓄電池に指定される。そのため、容量Ａまで充電したときに充電用蓄電池群の平均ＳＯＣを超える蓄電池がある場合は、その蓄電池を除いて上記と同様の計算を行い、より適切なｘを求めればよい。また、予測期間を３０分未満に設定した場合は、充電停止ＳＯＣの値ｘを頻繁に変更することになるため、充電停止ＳＯＣの値ｘは、上記平均ＳＯＣよりも大きな値を設定してもよい。
【００８１】
なお、蓄電池１３０を高ＳＯＣ領域で利用しないためには、充電停止ＳＯＣの値ｘをなるべく小さな値に設定することが望ましい。しかしながら、充電停止ＳＯＣの値ｘを小さくすると、充電と放電を頻繁に切り替えることになり、蓄電池１３０の容量低下を招くだけでなく情報処理装置１１０の処理負荷も増大する。したがって、充電停止ＳＯＣの値ｘは、２０以上であることが望ましい。
【００８２】
また、充電停止ＳＯＣの値を簡易に設定する方法としては、例えば、ｘ＝４０、５０、６０、７０のように所定の間隔を有する値を候補に設定しておき、充電用蓄電池群に指定された各蓄電地で充電可能な電力量とエネルギーシステム内で充電すべき電力量との関係によって適宜選択する方法が考えられる。この場合、情報処理装置の処理負荷を軽減できる。
【００８３】
また、エネルギーシステム１００内に車載用蓄電池を備えている場合は、例えば車両の利用者が設定した使用期日に間に合うように、車載用蓄電池を優先して充電し、その後、その他の充電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０を充電する方法が考えられる。
【００８４】
エネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０は個別に充放電を制御することが好ましいが、例えば同様の充放電特性を有する蓄電池１３０毎にグループ分けし、それらグループ単位で充放電のタイミングを制御してもよい。その場合、情報処理装置１１０の処理負荷を軽減できる。
【００８５】
本実施形態のエネルギーシステムによれば、エネルギーシステム１００内の再生可能電源１４０及び蓄電池１３０を各電力利用者で共用し、情報処理装置１１０により各再生可能電源１４０の発電量や各蓄電池１３０の充放電を制御することで、分散設置された各蓄電地１３１を上述した集中設置された蓄電池と同様に利用できる。したがって、エネルギーシステム１００内の蓄電池１３０全体の総容量を、集中設置された場合と同程度にまで低減できる。
【００８６】
また、情報処理装置１１０によりエネルギーシステム１００内の各蓄電池１３０の充放電動作を個別に制御し、かつ各蓄電池１３０を、最小ＳＯＣに到達するまでは放電状態を維持し、最大ＳＯＣ、充電停止ＳＯＣまたは充電停止比率に到達するまでは充電状態を維持するように制御することで、蓄電池１３０毎の充放電サイクル数を最大限に低減できる。
【００８７】
したがって、蓄電池１３０の容量増大を抑制しつつ、蓄電池１３０の製品寿命の短縮が抑制されるため、蓄電池１３０のコストを低減できる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のエネルギーシステムは、第１の実施の形態と同様に蓄電池１３０及び再生可能電源１４０を制御すると共に、電気機器１５０に対する電力供給も併せて制御する構成である。エネルギーシステム１００の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００８８】
本実施形態の情報処理装置１１０が制御対象とする電気機器１５０は、例えばヒートポンプ式の電気給湯器、エアーコンディショナー、冷蔵庫等のように、外部からの制御により一時的に運転の停止が可能であり、運転を停止しても利便性を損なわない機器である。
【００８９】
本実施形態の情報処理装置１１０は、エネルギーシステム１００内の電力供給量の総和が電力消費量の総和以下の場合、放電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０の放電に代わって、あるいは該蓄電池１３０の放電と並行して、上記制御対象の電気機器１５０に対する電力供給を停止することで電力消費量を低減する。
【００９０】
一方、電力供給量の総和が電力消費量の総和よりも大きい場合、停止している電気機器１５０があれば、該電気機器１５０に電力を供給して稼働させ、電力消費量を増大させる。
【００９１】
なお、第１の実施の形態と同様に、外部から配電系統に逆潮流させる電力量が指示され、余剰電力が該逆潮流すべき電力量以下の場合、あるいは配電系統から受電する電力量が指示され、不足電力が受電すべき電力量よりも大きい場合は、放電用蓄電池群に指定した蓄電池１３０の放電に代わって、あるいは該蓄電池１３０の放電と並行して、上記制御対象の電気機器１５０に対する電力供給を停止することで電力消費量を低減すればよい。
【００９２】
一方、外部から配電系統に逆潮流させる電力量が指示され、余剰電力が該逆潮流すべき電力量よりも大きい場合、あるいは配電系統から受電する電力量が指示され、不足電力が受電する電力量以下の場合は、停止している電気機器１５０があれば、該電気機器１５０に電力を供給して稼働させ、電力消費量を増大させればよい。
【００９３】
電気機器１５０に対する電力供給の制御は、例えば該電力危機１５０の電源供給ラインにリレー等を挿入し、該リレーを情報処理装置１１０からの指示にしたがってオン／オフすることで実現できる。
【００９４】
本実施形態のエネルギーシステムによれば、蓄電池１３０及び再生可能電源１４０を制御すると共に、電気機器１５０に対する電力供給を制御することで、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、エネルギーシステム１００全体の電力消費量を低減できる。さらに、蓄電池１３０の充放電に代えて電気機器１５０に対する電力供給を制御することで、第１の実施の形態のエネルギーシステムよりも蓄電池１３０の充放電サイクルを低減できるため、蓄電池１３０の劣化を抑制できる。
（第３の実施の形態）
図７は第３の実施の形態のエネルギーシステムの一構成例を示すブロック図である。
【００９５】
図７に示すように、第３の実施の形態のエネルギーシステムは、第１または第２の実施の形態で示したエネルギーシステム（以下、一次エネルギーシステムと称す）１００を複数備え、それら複数の一次エネルギーシステム１００を統括して制御する二次エネルギーシステム２００を有する構成である。
【００９６】
二次エネルギーシステム２００には、各一次エネルギーシステム１００の電力消費量を制御する二次情報処理装置２１０を備えている。二次情報処理装置２１０と各一次エネルギーシステム１００が備える情報処理装置（以下、一次情報処理装置と称す）１１０とは、情報を送受信するための通信線によって接続されている。二次情報処理装置２１０は、一次情報処理装置１１０と同様に、図２に示したようなコンピュータで実現できる。二次エネルギーシステム２００には、風力発電等のように発電量が大きい発電施設２３０や上述したバッテリステーション２２０等が連系されていてもよい。
【００９７】
本実施形態の一次情報処理装置１１０は、二次情報処理装置２１０から送信される制御指令（以下、潮流制御指令と称す）にしたがって、それぞれが制御対象とする一次エネルギーシステム１００内の電力供給量の総和及び電力消費量の総和を制御する。潮流制御指令は、例えば一次エネルギーシステム１００が配電系統に逆潮流させる電力量、あるいは一次エネルギーシステム１００が配電系統から受電する電力量を指示する指令であり、一次情報処理装置１１０は配電系統に対して指示された電力量を逆潮流あるいは受電できるように自システム内の電力供給量の総和や電力消費量の総和を調整する。潮流制御指令は、二次情報処理装置２１０から各一次情報処理装置１１０に対して、一定時間毎あるいは指示内容が変化したときに送信される。
【００９８】
二次情報処理装置２１０は、各一次エネルギーシステム１００の電力供給量の総和、電力消費量の総和、電力需給調整能力等に応じて、一次エネルギーシステム１００毎の電力消費量を決定し、二次エネルギーシステム２００全体の電力需給バランスを調整して配電系統の配電電圧を安定させる。
【００９９】
なお、図７はエネルギーシステムが２階層で構成される例を示しているが、図８に示すように、より階層を増やした階層型のエネルギーシステムを構築することも可能である。
【０１００】
図８に示すエネルギーシステムは、複数のＮ−１（Ｎは正の整数）次エネルギーシステムを、それよりも上位のＮ次エネルギーシステムで管理し、複数のＮ次エネルギーシステムを、さらに上位のＮ＋１次エネルギーシステムで管理する構成例である。各Ｎ−１次エネルギーシステムはＮ−１次情報処理装置を備え、各Ｎ次エネルギーシステムはＮ次情報処理装置を備え、Ｎ＋１次エネルギーシステムはＮ＋１次情報処理装置を備えている。
【０１０１】
Ｎ次情報処理装置と複数のＮ−１次情報処理装置とは、通信線により接続され、Ｎ＋１次情報処理装置と複数のＮ次情報処理装置とは、通信線により接続されている。
【０１０２】
図８に示すエネルギーシステムの具体例としては、例えば一次エネルギーシステムを末端変圧器１６０に接続された複数の電力利用者毎に構築し、二次エネルギーシステムを配電用変電所から電力を送出する配電線毎に構築し、三次エネルギーシステムを配電用変電所の変圧器毎に構築し、四次エネルギーシステムを一次変電所毎に構築した構成が考えられる。
【０１０３】
図８に示すエネルギーシステムでは、Ｎ＋１次情報処理装置により各Ｎ次エネルギーシステムを再生可能電源１４０及び蓄電池１３０を備えた一つの配電設備として捉えることが可能であり、Ｎ次情報処理装置により各Ｎ−１次エネルギーシステムを再生可能電源１４０及び蓄電池１３０を備えた配電設備として捉えることが可能である。すなわち、Ｎ（Ｎ＋１）次情報処理装置は、配電系統から各Ｎ−１（Ｎ）次エネルギーシステムに供給する電力、あるいは各Ｎ−１（Ｎ）次エネルギーシステムから配電系統へ供給する電力を制御できる。
【０１０４】
第３の実施の形態のエネルギーシステムによれば、階層毎に電力供給量及び電力消費量を調整できるため、電力系統全体に備える系統機器の容量オーバー等を防止することが可能であり、電力の需給バランスもより安定する。
【０１０５】
また、本実施形態のエネルギーシステムを用いることで、例えば以下に示すように太陽光発電等の再生可能電源導入に起因した系統不安定化の問題を解決できる。
【０１０６】
配電電圧不安定化の問題については以下のように解決できる。
【０１０７】
例えば、住宅地では平日の日中は需要が少ないために夜間と比べて相対的に配電電圧が高い。ここに太陽電池が加わると日中の配電電圧がさらに上昇し、適正範囲を逸脱する可能性が高くなる。この場合でも、二次情報処理装置２１０により各末端変圧器１６０に流れる電力の方向や流通量を適切に制御することで配電電圧の適正範囲からの逸脱を回避できる。二次情報処理装置２１０が同一フィーダー線上に接続された末端変圧器１６０の低圧側電圧を監視し、適正値からずれるおそれが生じた場合、電圧高騰なら近隣の一次エネルギーシステム１００を管理する一次情報処理装置１１０へ該一次エネルギーシステム１００内の電力消費量の増大指令を出力し、電圧下落なら該一次エネルギーシステム１００内の電力消費量の低減指令を出力して、適正値内に収まるよう制御する。このアルゴリズムには、同一フィーダー線の異なる一次情報処理装置１１０に電力消費量の増大または低減の指令を与えて、ある一次エネルギーシステム１００の蓄電池から異なる一次エネルギーシステム１００の蓄電池へ電力を移動させることでフィーダー線上の電圧分布を変化させる手法も含まれる。
【０１０８】
また、需給不均衡の問題に対しても、第３の実施の形態で示した、任意の階層のエネルギーシステムにおいて、下位のエネルギーシステム群をあたかも蓄電池群であるかのように制御することが可能であるという特徴を生かして、火力発電所等からの指令にしたがって電力の方向・流通量を制御することで、周波数を適正値に維持することが可能となる。
【０１０９】
一方、系統不安定化の問題以外にも、本実施形態は下記の問題に対して効果がある。
【０１１０】
まず、系統機器の故障に容易に対処できる。系統のどの階層においても、電線や変圧器等の機器の容量には制限がある。そのため、容量オーバーの可能性が生じた場合に、適切な情報処理装置にその統括するエネルギーシステム内の電力消費量を増加または低減させるための指令を出すことで容量オーバーを回避できる。例えばある系統機器を流れる電流が逆潮流によって該機器の制限容量をオーバーするおそれがある場合は、その機器の下流のエネルギーシステム内の電力消費量を増加させるための指令を出せば、制限容量オーバーを回避できる。これにより、電線や変圧器等の設備を増強することなく、再生可能電源の導入を進めることができるようになる。
【０１１１】
また、再生可能電源の系統への連系を容易にすることで普及を促進できるメリットもある。今後太陽光発電装置の導入量が増加していくと、新たに太陽光発電装置の設置を希望する電力利用者が現れた場合、背景技術であれば、系統側への設備増強依頼が必要となる等手続きが煩雑であることや、設備増強費用の電力料金への転嫁による電気料金の上昇、あるいは電力利用者側に比較的大きな容量の蓄電池の導入が求められることによる電力利用者のコスト負担増が予想される。しかしながら、本実施形態のエネルギーシステムを運用すると、系統側の設備増強は不要となるため、電力利用者は容易に再生可能電源を導入可能となり、かつ電気料金も上昇せず、また導入すべき蓄電池容量を低減できるため電力利用者のコスト負担を抑制できるようになる。
【０１１２】
蓄電池を分散設置することに加えて、本発明のエネルギーシステムによる蓄電池の必要容量の低減効果により、個々の蓄電池の容量が小さくなることは、蓄電池に不具合が生じた場合の危険性を抑えられることにもつながり、蓄電池を集中設置した場合と比較して、安全であることもメリットとして挙げられる。
【０１１３】
また、蓄電池の分散設置には、集中設置と比較して蓄電池のメンテナンスが困難になるというデメリットが考えられるが、これについては、各蓄電池の状態を一次情報処理装置においてモニタリングしていることから、蓄電池に不具合の兆候が見られた際にメンテナンス業者に連絡するようなことも可能であり、本発明のエネルギーシステムを用いることにより、分散設置のデメリットが軽減される。
【０１１４】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。
【０１１５】
この出願は、２００９年８月４日に出願された特願２００９−１８１４６７号及び２００９年１２月１６日に出願された特願２００９−２８５１６４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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