(57)【要約】【課題】小型水力発電機の特性を考慮し、小型水力発電を安定的な電力供給源として用いるための供給電力予測システムが求められていた。【解決手段】供給電力予測システム１００は、個々の小型水力発電機１０における発電状況に関するデータを管理する発電状況データ管理部１１１と、小型水力発電機１０における発電量と相関関係を有する複数種類の付随情報を管理する付随情報管理部１１２と、発電状況に関するデータと付随情報とに基づいて、対象範囲における小型水力発電の供給電力量の推移を予測する処理を行う供給電力予測部１２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の小型水力発電機における発電状況に関するデータを管理する発電状況データ管理部と、
前記小型水力発電機における発電量と相関関係を有する複数種類の付随情報を管理する付随情報管理部と、
前記発電状況に関するデータと前記付随情報とに基づいて、対象範囲における小型水力発電の供給電力量の推移を予測する処理を行う供給電力予測部と、
を備える供給電力予測システム。
【請求項２】
前記供給電力予測部は、前記発電状況に関するデータと前記付随情報とに基づいて、個々の小型水力発電機における予測発電量を算出し、前記対象範囲に含まれる複数の小型水量発電機における前記予測発電量の総和を算出することで前記対象範囲における小型水力発電の供給電力量の推移を予測する、
請求項１に記載の供給電力予測システム。
【請求項３】
前記発電状況データ管理部で管理される個々の小型水力発電機における実際の発電量と前記供給電力予測部で算出された前記小型水力発電機における予測発電量とを比較することで、発電不能状態が発生する状況又は発電不能状態が発生する確率を求める発電不能状態算出部と、
前記発電不能状態算出部で求められた発電不能状態が発生する状況又は発電不能状態が発生する確率に関する情報を記憶する発電不能状態記憶部と、
を更に備え、
前記供給電力予測部は、前記発電不能状態記憶部に記憶されている発電不能状態に関する情報に基づく補正を行った上で前記小型水力発電の供給電力量の推移を予測することを特徴とする請求項２に記載の供給電力予測システム。
【請求項４】
前記供給電力量の予測を行う対象日時又は対象範囲を予測条件として入力する条件入力部と、
前記条件入力部で入力された前記対象日時又は対象範囲における供給電力量の予測結果を提示する予測結果提示部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の供給電力予測システム。
【請求項５】
個々の小型水力発電機における予測発電量と前記付随情報との関係式を記憶する関係式記憶部を更に備え、
前記供給電力予測部は、予測対象となる小型水力電力機に係る関係式と前記付随情報とに基づいて前記予測発電量を算出することを特徴とする、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の供給電力予測システム。
【請求項６】
前記供給電力予測部が算出した所定の小型水力発電機における予測発電量と、前記小型水力発電機における実際の発電量と差異が小さくなるように前記関係式を更新する関係式更新部を更に備え、
前記関係式記憶部は、前記関係式更新部で更新された前記関係式を新たに記憶することを特徴とする請求項５に記載の供給電力予測システム。
【請求項７】
前記付随情報には、少なくとも気候に関する情報と、工場稼働状況に関する情報と、耕作・用水状況に関する情報とを含み、
前記関係式は、前記付随情報に含まれる複数種類の情報のうち、個々の小型水力発電機における発電量と相関関係を有する情報を変数とする式で表されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の供給電力予測システム。
【請求項８】
個々の小型水力発電機における発電状況に関するデータを管理する発電状況データ管理部と、
前記小型水力発電機における発電量と相関関係を有する複数種類の付随情報を管理する付随情報管理部と、
前記発電状況に関するデータと前記付随情報とに基づいて、所定のグリッドにおける小型水力発電の供給電力量の推移を予測する処理を行う供給電力予測部と、
前記予測に係る日時における前記グリッド外の電力料金に関するデータを保有するコストデータベース部と、
前記グリッド外の環境情報に関するデータを保有する環境性データベース部と、
前記予測される供給電力量と前記グリッド外の電力料金と前記グリッド外の環境情報とに基づいて、前記グリッド外からの電力売買量を決定する処理を行う電力売買量決定部と、
を備える供給電力調整システム。
【請求項９】
前記小型水力発電機で発電された電力を蓄電する蓄電装置を更に備え、
前記電力売買量決定部は、必要となる電力を前記蓄電装置から放電するか、又はグリッド外から購入するかを、経済性又は環境性の最適化を行うアルゴリズムに基づいて決定することを特徴とする請求項８に記載の小型水力発電調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、小型水力発電で得られる供給電力量を予測する供給電力予測システム及び予測結果に基づいてグリッド間の電力調整を行う供給電力調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型水力（マイクロ水車）発電は、従来型水力発電のようなダムや大規模な水源を必要とせず、小さな水源と簡便な施工で発電できるという特徴がある。その簡便性から、小型水力発電は、農業用水路、上下水道施設、ビル施設、家庭などの様々な場所での利用が期待される。小型水力発電は、再生可能エネルギーである水力を利用しており、化石由来の燃料も必要としない。このため、小型水力発電は、経済面・環境面で優れたエネルギー源であり、今後の利用に期待が高まっている。
【０００３】
このような状況の中、小型水力発電に関する技術開発も進められている。例えば、特許文献１には、小型水力発電機をエネルギー貯蔵装置と結合し、エネルギー貯蔵状況に応じて発電を制御する小型水力発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、各々の小型水力発電機からの出力は、容量や設置場所・条件等に依存して変動し、その供給電力量や安定性は一定ではない。一つの小型水力発電機からの供給電力は、従来の大型発電機と比較して十分小さいため、少数の小型水力発電機が設置される状況においてはこのような変動が大きな問題に繋がる可能性は小さい。
【０００６】
しかしながら、地域内に大量に導入されるようになると、少量の変動が積み重なることにより、全体の電力供給システムとして捉えた場合に電力供給上のリスクが発生する可能性がある。このため、小型水力発電を安定的な電力供給源として用いるためには、各小型水力発電機の特性を考慮した供給電力調整システムが必要になる。
【０００７】
特許文献１に開示されている小型水力発電システムでは、小型水力発電機で得られたエネルギーを貯蔵し、貯蔵量に応じた発電制御を行うことで局所的な管理が実現されている。しかしながら、当該システムは、多数の小型水力発電機で得られる電力を全体として安定的な電力供給源とするための管理を行うものではなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、小型水力発電機の特性を考慮し、小型水力発電を安定的な電力供給源として用いるための供給電力予測システム及び供給電力調整システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態は、供給電力予測システムであって、次の構成を有することを特徴とする。
（１）個々の小型水力発電機における発電状況に関するデータを管理する発電状況データ管理部、
（２）前記小型水力発電機における発電量と相関関係を有する複数種類の付随情報を管理する付随情報管理部、
（３）前記発電状況に関するデータと前記付随情報とに基づいて、対象範囲における小型水力発電の供給電力量の推移を予測する処理を行う供給電力予測部。
【００１０】
また、本発明の別態様の実施形態は、供給電力調整システムであって、次の構成を有することを特徴とする。
（１）個々の小型水力発電機における発電状況に関するデータを管理する発電状況データ管理部、
（２）前記小型水力発電機における発電量と相関関係を有する複数種類の付随情報を管理する付随情報管理部、
（３）前記発電状況に関するデータと前記付随情報とに基づいて、所定のグリッドにおける小型水力発電の供給電力量の推移を予測する処理を行う供給電力予測部、
（４）前記予測に係る日時における前記グリッド外の電力料金に関するデータを保有するコストデータベース部、
（５）前記グリッド外の環境情報に関するデータを保有する環境性データベース部、
（６）前記予測される供給電力量と前記グリッド外の電力料金と前記グリッド外の環境情報とに基づいて、前記グリッド外との電力売買における電力売買量を決定する処理を行う電力売買量決定部。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る供給電力予測システムの機能構成を示すブロック図である。
【図２】発電状況データ管理部が収集・管理する個々の小型水力発電機における発電量を示すグラフである。
【図３】付随情報管理部が収集・管理する付随情報の一例を表した図である。
【図４】供給電力予測部が予測する小水力発電における供給電力量の予測データを示すグラフである。
【図５】実施形態２に係る供給電力予測システムの機能構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態３に係る供給電力予測システムの機能構成を示すブロック図である。
【図７】小型水力発電機情報管理部が管理する小型水力発電機情報の一例を示した図である。
【図８】実施形態４に係る供給電力予測システムの機能構成を示すブロック図である。
【図９】各小型水力発電機における予測発電量の算出式の一例を示す図である。
【図１０】小型水力発電における供給電力量の予測処理の流れを示すフローチャート図である。
【図１１】実施形態５に係る供給電力調整システムの機能構成を示すブロック図である。
【図１２】電力売買量決定部の具体的構成を示すブロック図である。
【図１３】実施形態６に係る供給電力調整システムの機能構成を示すブロック図である。
【図１４】蓄電電力量決定部の具体的構成を示すブロック図である。
【図１５】実施形態７に係る供給電力予測システムの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施形態における説明において、同一の符号が付されている部分は、実質的に同一の機能を有しており、重複部分については適宜説明が省略されている。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態１に係る小型水力発電システムの構成を示すブロック図である。小型水力発電システムは、複数の小型水力発電機１０ａ〜１０ｎと、各小型水力発電機からの供給電力量の管理及び予測を行う供給電力予測システム１００と、を備える。
【００１４】
小型水力発電機１０ａ〜１０ｎ（以下、発電機と略することがある。）は、主に１メガワット以下の小規模発電を行う水力発電機であり、多種多様な流水路に設置される。例えば、発電機１０ａは雨水排水溝に、発電機１０ｂは用水路に、発電機１０ｃは集合住宅排水溝に、発電機１０ｎは工場排水溝にそれぞれ設置されている。各発電機１０ａ〜１０ｎの発電状況に関するデータ（発電容量、時系列の発電パターンなど）は、インターネットや電力線通信等の通信網を介して供給電力予測システム１００に送信される。
【００１５】
供給電力予測システム１００は、データ管理部１１０と、供給電力予測部１２０と、を備える。データ管理部１１０は、個々の小型水力発電機１０ａ〜１０ｎの発電状況に関するデータや付随情報を管理する。データ管理部１１０は、発電状況データ管理部１１１と、付随情報管理部１１２とを備える。
【００１６】
発電状況データ管理部１１１は、各発電機１０ａ〜１０ｎの発電状況に関するデータをリアルタイムに収集して管理する。具体的には、発電状況データ管理部１１１は、通信網を介して各発電機１０ａ〜１０ｎの発電状況に関するデータを受信し、受信した当該データをデータベースに格納して管理する。
【００１７】
各発電機には機器ＩＤが割り当てられており、発電状況データ管理部１１１は、各機器ＩＤで識別される発電機の発電状況データを時系列状にデータベースに格納して管理する。図２は、発電状況データ管理部１１１が管理している所定の観測日における発電機毎の発電状況を示すグラフの一例である。グラフからも読み取れるように各発電機における発電状況は、設置場所や時間帯、発電機の種類等に応じて異なる傾向を示す。また、日別、季節別によっても発電状況の傾向は異なる。
【００１８】
また、発電状況データ管理部１１１は、日付毎に発電状況データを分類してデータベースに格納することで、過去の日付における発電量の推移を示す発電状況データを管理する。発電状況データ管理部１１１は、リアルタイムに対象範囲内に存在する各小型水力発電機から送信される発電量データを受信してデータベースに時系列状に格納していくことで、過去の発電状況に関するデータについても管理する。過去の日付における発電状況データは、必要に応じて供給電力予測部１２０より読み出されて、供給電力量の予測等に用いられる。
【００１９】
付随情報管理部１１２は、各発電機１０ａ〜１０ｎにおける発電量と所定の相関を有する情報である付随情報（付随データ）を収集して管理する。付随情報としては、気候状況、工場の稼働状況、集合住宅の在宅状況、耕作・用水状況等の情報がある。付随情報管理部１１２は、当該付随情報を各情報ソースから取得し、当該情報をデータベースに格納して管理する。付随情報管理部１１２は、予測に用いる先の日時における付随情報の他、過去の付随情報をデータベースに格納して管理する。
【００２０】
気候状況に関する情報としては、例えば、当日の気温、湿度、天候、降水量などの情報が含まれる。付随情報管理部１１２は、例えば、気候状況に関する情報を気象庁のデータサーバより配信されるデータを定期的に受信することで取得しても良いし、小型水力発電機の周辺に独自に設置している計測機器等からデータを収集しても良い。
【００２１】
これらの気候状況は、例えば集合住宅での上下水の使用量に影響を与えるため、当該集合住宅に設置されている小水力発電機における発電量と密接な相関を有する。例を挙げると、小水力発電機が設置されているエリアにおける気温や湿度の上昇が上水使用量の増加を、降水量が雨水（下水）の増加をそれぞれもたらすことから、小型水力発電機における発電量が増加する。例えば、降水量は、道路等の側溝に設置された小水力発電機における発電量と密接な相関を有する。一方、気候状況は、工場排水管に設置された小型水力発電機における発電量とは相関が小さい。
【００２２】
工場稼働状況に関する情報には、例えば、当日の時間帯別の工場稼働率や稼働パターンなどの情報などが含まれる。工場の稼働に伴う上水の使用量あるいは下水の発生量によって、小型水力の発電量が変化する。そのため、付随情報管理部１１２は、上下水量に影響を与え、工場に設置されている小型水力発電機における発電量と高い関連性を生じる工場稼働率や稼働パターンなどの情報を収集して管理する。
【００２３】
工場稼働状況に関する情報は、例えば、当該工場から所定の頻度で送信され、付随情報管理部１１２は、当該送信されてくる工場稼働状況に関する情報を受信してデータベースに格納する。また、付随情報管理部１１２は、当該工場の電気使用量等に基づいて工場稼働率等の情報を取得しても良い。
【００２４】
在宅状況に関する情報には、例えば、住民の在宅率や生活パターンに関する情報が含まれる。住民の在宅状況によって上水の使用量あるいは下水の発生量が変化することから、付随情報管理部１１２は、集合住宅での上下水の使用量に影響を与える住民の在宅率と生活パターンの情報などを収集して管理する。
【００２５】
住民の在宅状況は、過去の在宅データに基づいてパターンＡ、Ｂ、Ｃなどのように複数の生活パターンに分類されている。なお、在宅率や生活パターンの情報は個人情報を含むため、付随情報管理部１１２は、住宅に設置された小型水力発電機と密接に関連する在宅状況に関する情報については、電力消費状況データや家族構成等から推定したデフォルト値で代用する構成としても良い。
【００２６】
耕作・用水状況に関する情報には、例えば、耕作作物、耕作スケジュール、耕作面積、耕作作物別必要水量、耕作作物別散水パターンなどの情報が含まれる。耕作に使用された後の農業用水あるいは余剰の農業用水が小型水力発電に用いられることになるため、耕作・用水状況に関する情報は、日間よりも月間・季節間で変化する傾向を持つ。
【００２７】
図３は、所定の観測日における付随情報の一例を示している。付随情報毎に個別の識別子が割り当てられており、付随情報管理部１１２は、各情報ソースから収集又は受信した付随情報を識別子で示される種類毎に分類して管理する。図３の例では、付随情報管理部１１２は、収集した各付随情報を種別毎に分類された状態でデータベースに格納することで、後続の供給電力予測部１２０における予測処理に用いられる各付随情報を管理する。
【００２８】
供給電力予測部１２０は、発電状況データ管理部１１１が管理する個々の小型水力発電機１０ａ〜１０ｎにおける現在の発電量と付随情報管理部１１２が管理する付随情報とに基づいて、対象範囲における小水力発電の供給電力の推移を予測する。
【００２９】
具体的には、供給電力予測部１２０は、個々の小型水力発電機の発電量と相関を有する付随情報を付随情報管理部１１２より取得し、当該小型水力発電機において期待される将来の発電量である予測発電量を算出する。例えば、供給電力予測部１２０は、現在から２４時間後までの一日分の予測発電量を算出しても良いし、観測日の予測発電量を算出しても良い。供給電力予測部１２０は、少なくとも対象範囲に含まれる各小型水力発電機について上記算出処理を行う。
【００３０】
一例として、発電状況データ管理部１１１が管理する小型水力発電機１０ａの現在時刻の発電量が１．２ｋＷｈであるとする。供給電力予測部１２０は、当該現在時刻における付随情報から所定の算出式で求まる値と、予測対象時刻における付随情報から当該所定の算出式で求まる値との比を算出する。例えば、現在時刻における値が１０であり、予測対象時刻における値が１５であったとする。この場合、予測対象時刻における発電量は、現在時刻における発電量よりも５０％増加することを示している。従って、供給電力予測部１２０は、現在時刻の発電量である１．２ｋＷｈに１．５を乗算した１．８ｋＷｈが予測対象時刻における予測発電量であるとして算出する。供給電力予測部１２０は、各小型水力発電機における複数時刻での予測発電量を算出する。
【００３１】
供給電力予測部１２０は、対象範囲に含まれる個々の小型水力発電機について算出した予測発電量の総和をとることで、当該対象範囲において予測される小型水力発電における供給電力の推移を求める。
【００３２】
図４は、供給電力予測部１２０における算出処理に基づいて得られた供給電力量の推移の予測結果を示している。図４において、現在の日時は△月○日の午前１０時であるとし、供給電力予測部１２０は、現在以降の１２時間先までの小型水力発電による予測供給電力量を算出している。当該予測結果は、供給電力予測部１２０から上位のシステムに送られ、電力調整や電力売買等に利用される。
【００３３】
以上のように、本実施形態１に係る供給電力予測システムによれば、小水力発電からの供給電力量を定量的に管理することできるため、従来は未利用エネルギーであった小水力の有効利用に繋げることができる。
【００３４】
これまでにも、太陽光や風力等の自然エネルギーや小規模火力を用いた発電に関する技術開発は比較的進んでいたが、小型水力発電は、これらの発電方法とは、その規模や設置条件、発電条件等の様々な観点で差異を有する。そのため、これらの発電に関する技術をそのまま小型水力発電に応用できず、安定的な電力供給源としての活用が十分になされてはいなかった。
【００３５】
一方、本実施形態１に係る供給電力予測システムは、小発電量で多数設置され、設置場所や設置条件等で発電量や発電パターンがばらばらであると言う特徴を有する個々の小型水力発電機における発電量を個別に予測し、対象範囲の小水力発電における供給電力量の推移を予測する。当該供給電力予測システムを用いることで、対象範囲内に存在する小型水力発電機による総発電量の把握を精度良く行うことができ、小型水力発電を安定的な電力供給源として利用することが可能となる。従って、当該システムで得られる予測に基づいて、電力の売買量の調整等を行うことにより、売買コストの低減や環境負担の低減を達成することが可能となる。
【００３６】
小水力発電は、化石由来の燃料も必要としないことから、経済面・環境面で優れたエネルギー源であり、このようなエネルギー源を安定的な電力供給に繋げることで社会全体としての経済性、環境性の観点からも大きな改善を期待できる。
【００３７】
＜実施形態２＞
小型水力発電は、従来活用されてこなかった小水力を用いた小規模の水力発電であるため、ダムや河川に設置される大規模の水力発電と比較して、個々の小型水力発電機の安定性や信頼性は相対的に低い。そこで、多数の小型水力発電機で相互に補完し合うことで、小型水力発電全体としてみた供給電力量の安定化が図られている。
【００３８】
しかしながら、小型水力発電における供給電力量を精度良く予測するためには、個々の小型水力発電機で発電不能状態に陥る場合に関する一定の指標を導入することが好ましい。本実施形態２に係る供給電力予測システムは、当該発電不能状態を考慮に入れた予測システムとすることで供給電力量の予測精度を高めていることを特徴としている。
【００３９】
図５は、本実施形態２に係る供給電力予測システム２００の構成を示すブロック図である。供給電力予測システム２００は、供給電力予測システム１００の構成に加えて発電不能状態に関する情報を求める発電不能状態算出部２１０と、発電不能状態算出部２１０で求められた発電不能状態に関する情報を記憶・管理する発電不能状態データベース２２０とを備える。
【００４０】
発電不能状態算出部２１０は、発電状況データ管理部１１１で管理される個々の小型水力発電機１０ａ〜１０ｎにおける実際の発電量と供給電力予測部１２０で算出された小型水力発電機１０ａ〜１０ｎにおける予測発電量とを比較する処理を行う。発電不能状態算出部２１０は、当該比較結果に基づいて、データ管理している小型発電機１０ａ〜１０ｎの中で、発電不能状態が発生しているかの判定処理を行う。発電不能状態算出部２１０は、上記判定処理の結果に基づいて、各小型水力発電機１０ａ〜１０ｎにおいて発電不能状態が発生する状況又は発電不能状態が発生する確率（発電停止リスク発生確率）を求める。
【００４１】
具体的な処理の一例として、発電不能状態算出部２１０は、小型水力発電機における実際の発電量が、予測発電量と比較して所定の基準量以上少ない期間が所定の基準期間以上継続している場合に、当該小型水力発電機が発電不能状態に陥っていると判定する。
【００４２】
発電不能状態算出部２１０は、発電不能状態データベース２２０に記憶されている発電不能状態に関する情報に基づいて、当該小型水力発電機において発電不能状態が発生する状況、発電不能状態が発生する状況や発電不能状態が発生する確率、発電不能状態が発生する頻度、発電不能状態が継続する期間の平均値や発電不能状態から回復するまでの期間の平均値など、発電不能状態に関する情報を求める。
【００４３】
発電不能状態データベース２２０は、発電不能状態算出部２１０が求める発電不能状態に関する情報に格納する。発電不能状態に関する情報は、小型水力発電機１０ａ〜１０ｎ毎に管理される。発電不能状態に関する情報は、新たに発電不能状態が発生していると発電不能状態算出部２１０が判定した場合に読み出され、新たに判定された発電不能状態の事象を加えて再計算された確率や平均値が発電不能情報データベース２２０に格納されることで発電不能状態に関する情報が更新される。
【００４４】
供給電力予測部１２０は、発電状況データ管理部１１１が管理する発電状況に関するデータと、付随情報管理部１１２が管理する付随情報と、発電不能状態データベース１１３が管理する発電不能状態に関する情報とに基づいて、小型水力発電における供給電力量の推移を予測する処理を行う。
【００４５】
例えば、小型水力発電機１０ｎにおいて、発電状況に関するデータと付随情報とから求まる所定の時間帯における予測発電量が１０ｋＷｈであったとし、当該小型水力発電機１０ｎの当該時間帯において発電不能状態が発生する確率が１％であるとして発電不能状態データベース２２０に記憶されていたとする。この場合、供給電力予測部１２０は、当該発電不能状態が発生する確率１％を考慮して、最終的な予測発電量を９．９ｋＷｈとして算出する。
【００４６】
以上のように、本実施形態２に係る供給電力予測システム２００において、供給電力予測部１２０は、発電不能状態データベース２２０に記憶されている発電不能状態に関する情報に基づく補正を行った上で小型水力発電の供給電力量の推移を予測する。当該構成によれば、供給電力予測部１２０が、発電不能状態の発生に関する統計データを考慮に入れた供給電力量予測を行うため、精度の高い予測が可能となる。
【００４７】
小型水力発電機は、その規模の小ささから安定性が相対的に低く、例えば流れてきた植物等の異物がマイクロ水車に絡まることで発電不能に陥ると言った事象が相対的に高い割合で生じる。このような状況を鑑み、本実施形態２に係る供給電力予測システム２００では、どのような状況において、どの程度の頻度（確率）で発電が不能となるかを発電不能状態発生情報として求め、当該発電不能状態発生情報に基づいて供給電力量の予測を行う。当該構成とすることで、発生不能状態を考慮に入れない予測を行う場合と比較して、発電量の予測精度を向上させることができる。
【００４８】
＜実施形態３＞
実施形態１、２に係る供給電力予測システムにおける予測結果である供給電力量の予測値は、上位システムに送られて電力調整等に利用される。どのような時間帯、また、どのようなエリアにおける小水力発電からの供給電力量の予測値を上位システムが必要としているかは、上位システムにおける処理内容に依存する。そのため、供給電力予測システムは、様々な条件の下で供給電力を予測できることが好ましい。本実施形態３に係る供給電力予測システムは、必要とされる供給電力量の予測結果を柔軟に提示できることを特徴としている。
【００４９】
図６は、本実施形態３に係る供給電力予測システム３００の構成を示すブロック図である。供給電力予測システム３００は、データ管理部１１０と、電力供給予測部１２０と、条件入力部３１０と、予測結果提示部３２０とを備えることを特徴としている。なお、データ管理部１１０は、発電状況データ管理部１１１と、付随情報管理部１１２と、小型水力発電機情報管理部１１３と、を備える。
【００５０】
小型水力発電機情報管理部１１３は、供給電力予測システム３００が対象とする小型水力発電機に関する情報を記憶・管理する。図７は、小型水力発電機情報管理部１１３が管理する小型水力発電機に関する情報の一例を示している。当該情報には、各小型水力発電機を識別する機器ＩＤと、当該小型水力発電機が設置されているエリア（位置情報）、小型水力発電機が設置されている設備の種類、最大発電量（最大出力）などの情報が対応付けられて記憶されている。
【００５１】
条件入力部３１０は、供給電力量の予測を行う対象日時や対象範囲を予測条件として入力する。条件入力部３１０は、キーボード等を介してユーザが指定した日時やエリアを対象日時や対象範囲として入力しても良い。また、条件入力部３１０は、上位システムより送信されてきた対象日時又は対象範囲に関する情報を受信して当該入力を行っても良い。
【００５２】
供給電力予測部１２０は、条件入力部３１０で入力された条件に従って、小型水力発電における供給電力量の推移を予測する。例えば、条件入力部３１０で、１時間後の日時が予測対象日時として指定されている場合には、供給電力予測部１２０は、当該条件入力部３１０で指定されている１時間後までの供給電力量の推移を予測する。
【００５３】
また、条件入力部３１０において、予測対象範囲となるエリアが指定されている場合、供給電力予測部１２０は、小型水力発電機情報管理部１１３を参照して、当該条件入力部３１０で指定されたエリアに属する小型水力発電機を抽出する。供給電力予測部１２０は、抽出した各小型水旅行発電機における発電量の予測を行い、当該予測した発電量の総和を取ることで、指定された対象範囲における小型水力発電からの供給電力量の推移を予測する。
【００５４】
予測結果提示部３２０は、供給電力予測部１２０における予測結果である対象日時又は対象範囲における小型水力発電全体としての発電状況の予測パターンを出力する。予測結果提示部３２０は、当該予測結果をディスプレイに表示することで提示しても良いし、所定のフォーマット形式で出力しても良い。
【００５５】
以上のように、本実施形態３に係る供給電力予測システム３００によれば、発電予測を行いたい条件に応じて、データ管理部１１０で記憶・管理されている情報を元に、対象範囲内における小型水力発電による電力供給パターンを把握することができる。
【００５６】
なお、小型水力発電機情報管理部１１３が記憶・管理する小型水力発電機情報としては、上述した情報に限定されるものではない。例えば、各小型水力発電機の種類や当該小型水力発電機を設置した設置年月日、その他当該小型水力発電機の設置者（所有者）等の情報を含む構成とすることも可能である。
【００５７】
また、条件入力部３１０が入力する条件は、上述した条件に限定されるものではない。例えば、小型水力発電機の機器ＩＤや設置者、その他設置されている設備の種類等、小型水力発電機情報記憶部１１３が記憶・管理している情報に関する条件を入力できる構成とすることも可能である。
【００５８】
例えば、条件入力部３１０で、所定の設置者を条件として入力し、供給電力予測部１２０は、当該条件入力部３１０で入力された設置者が設置した小型水力発電機における供給電力量を予測する構成としても良い。また、例えば、条件入力部３１０で設備や集合住宅を識別する情報を条件として条件入力部３１０が入力し、供給電力予測部１２０は、当該入力された情報に基づいて特定される設備や集合住宅に設置されている小型水力発電機における供給電力量を予測する構成としても良い。
【００５９】
また、条件入力部３１０は、気候状況や在宅率、その他工場稼働に関する情報を条件として入力する構成とすることも可能である。供給電力予測部１２０は、当該入力された条件に基づいて供給電力量を予測する処理を行い、予測結果提示部３２０は、当該行われた予測処理で求められた予測結果を出力する。
【００６０】
付随情報管理部１１２で予測に必要となる付随情報の収集が完了していない場合などに、ユーザは当該条件入力部３１０より、供給電力量の予測に必要となる付随情報等を入力する。供給電力予測部１２０は、当該条件入力部３１０で入力された条件に基づいて予測供給電力量を算出する。このような構成とすることで、柔軟な予測が可能となる。
【００６１】
＜実施形態４＞
実施形態１〜３に係る供給電力予測システムでは、供給電力予測部１２０が所定の計算式（算出式）に従い、個々の小型水力発電機１０ａ〜１０ｎの予測発電量を付随情報等に基づいて算出する構成をとる。本実施形態４に係る供給電力システムは、当該計算式を必要に応じて更新する構成を備えることで更に精度の高い予測を実現することを特徴としている。
【００６２】
図８は、本実施形態４に係る供給電力予測システム４００の構成を示すブロック図である。供給電力予測システム４００は、データ管理部１１０と、供給電力予測部１２０と、算出式記憶部４１０と、算出式更新部４２０とを備えることを特徴としている。
【００６３】
算出式記憶部４１０は、各小型水力発電機１０ａ〜１０ｎにおける発電量を供給電力予測部１２０が予測するために用いる算出式を記憶する。図９は、算出式記憶部４１０が記憶する小型水力発電機毎の算出式の一例を示している。当該算出式は、小型水力発電機における予測発電量と付随情報との関係式を表している。具体的には、当該算出式は、所定のプログラムであり、算出式記憶部４１０は、当該発電量予測用のプログラムを記憶する。
【００６４】
各小型水力発電機における発電量は、所定の付随情報と相関関係にあるため、当該付随情報をパラメータとする関数で表すことができる。算出式記憶部４１０は、各小型水力発電機がそれぞれ発電する予測発電量の算出式Ｐａ〜Ｐｎを記憶する。
【００６５】
例えば、図９において、雨水排水溝に設置されている小型水力発電機１０ａにおける予測発電量の算出式Ｐａは、当該発電機の設置エリアにおける天候（Ｘ１）、気温（Ｘ２）、湿度（Ｘ３）、日照時間（Ｘ４）、降水量（Ｘ５）を変数とする関数で表される。一方、用水路に設置されている小型水力発電機１０ｂにおける予測発電量の算出式Ｐｂは、Ｘ１〜Ｘ５に加えて、当該発電機が設置されている用水路に繋がる耕作地における耕作スケジュール（Ｗ１）、耕作面積（Ｗ２）、耕作作物別散水パターン（Ｗ３）をパラメータとする関数で表される。
【００６６】
また、集合住宅排水溝に設置されている小型水力発電機１０ｃにおける予測発電量の算出式は、上記Ｘ１〜Ｘ５に加えて、当該発電機が設置されている集合住宅における時間帯別在宅率（Ｚ１）、生活パターン（Ｚ２）、通常上水使用量（Ｚ３）、通常下水使用量（Ｚ４）をパラメータとする関数で表される。また、工場排水溝に設置されている小型水力発電機１０ｎにおける予測発電量の算出式は、上記Ｘ１〜Ｘ５に加えて、当該発電機が設置されている工場における時間帯別稼働率（Ｙ１）、稼働パターン（Ｙ２）、通常上水使用量（Ｙ３）、通常下水使用量（Ｙ４）をパラメータとする関数で表される。
【００６７】
上述した各パラメータは、付随情報管理部１１２が各情報ソースより収集してデータベースに格納することで管理している。供給電力予測部１２０は、発電量の予測を行う各小型水力発電機についての算出式を算出式記憶部４１０より読み出し、当該算出式で指定されているパラメータの値を付随情報管理部１１２より取得して当該発電機における予測発電量を算出する。
【００６８】
なお、予測対象日時における当該パラメータの値が付随情報管理部１１２で収集されていない場合は、過去の日時における同一のパラメータで代用しても良いし、デフォルトの値で代用しても良い。供給電力予測部１２０は、上記算出式を用いて算出した各小型水力発電機における予測発電量の総和を対象範囲における供給電力量の予測結果として算出する。
【００６９】
算出式更新部３２０は、算出式記憶部３１０が記憶している算出式を所定の頻度で更新する。例えば、算出式更新部３２０は、供給電力予測部１２０が算出した予測発電量と、発電状況データ管理部１１１が収集した実際の発電量との差異が小さくなるように、算出式を更新する。算出式更新部３２０は、更新した算出式を算出式記憶部３１０に格納することで、当該算出式記憶部３１０は算出式更新部３２０で更新された算出式を新たに記憶する。
【００７０】
以上のように、本実施形態４に係る供給電力予測システム４００によれば、各小型水力発電機における発電量を予測するための算出式が記憶・管理されている。また、当該算出式は、実際の発電量と予測発電量との差異が所定の範囲内に収まるように修正が行われる。当該構成によれば、例えば発電機の老朽化や水源状況の変化により現実の発電量が変化する場合においても、予測に用いる算出式が更新されるため、常に高い精度で予測を行うことが可能となる。
【００７１】
なお、供給電力予測システム４００は、実施形態２、３で説明した機能を別途備えていても良い。図１０は、このような供給電力予測システム４００における予測処理の流れの一例を示すフローチャート図である。
【００７２】
供給電力予測部１２０は、条件入力部３１０より新たに供給電力の予測を行うための条件が入力されたかを判定する（ステップＳ１０１）。ここでは、当該条件として、予測を行う対象範囲及び対象日時が入力されるものとする。条件が入力されていない場合は、当該条件が新たに入力されるまで待機する。
【００７３】
一方、条件が入力された場合は、供給電力予測部１２０は、小型水力発電機情報管理部１１３にアクセスし、ステップＳ１０１で入力した条件に含まれる対象範囲内に存在する小型水力発電機を抽出する（ステップＳ１０２）。次に、供給電力予測部１２０は、抽出した小型水力発電機の中から１つの小型水力発電機を選択する（ステップＳ１０３）。
【００７４】
供給電力予測部１２０は、発電状況データ管理部１１１にアクセスし、ステップＳ１０３で選択した小型水力発電機の現在の発電量を示すデータを読み出す（ステップＳ１０４）。続いて、供給電力予測部１２０は、算出式記憶部４１０にアクセスし、当該選択した小型水力発電機における発電量予測用算出式を読み出す（ステップＳ１０５）。続いて、供給電力予測部１２０は、付随情報管理部１１２にアクセスし、当該選択した小型水力発電機における発電量予測用算出式で示される付随情報を読み出す（ステップＳ１０６）。
【００７５】
供給電力予測部１２０は、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６で読み出した現在の発電量、算出式、付属情報に基づいて、当該ステップＳ１０３で選択中の小型水力発電機における対象日時における予測発電量を算出する（ステップＳ１０７）。
【００７６】
次に、供給電力予測部１２０は、発生不能状態データベースにアクセスし、当該小型水力発電機における発電停止発生確率などの発生不能状態に関する情報に基づく補正を行うことで最終的な予測発電量を算出し（ステップＳ１０８）、当該補正後の予測発電量をメモリに格納する（ステップＳ１０９）。なお、算出式更新部４２０が、当該発電停止発生確率を織り込んだ上で算出式を適宜更新して算出式記憶部４１０に格納している場合は、ステップＳ１０７はスキップできる。
【００７７】
次に、供給電力予測部１２０は、ステップＳ１０２で抽出した全ての小型水力発電機について予測発電量の算出が完了しているかを判定する（ステップＳ１１０）。完了していない場合は、抽出している小型水力発電機の中から次の小型水力発電機を選択し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０４に戻って算出処理を継続する。
【００７８】
一方、ステップＳ１１０における判定の結果、ステップＳ１０２で抽出した全ての小型水力発電機について予測発電量の値を算出し終えている場合は、ステップＳ１０９でメモリに格納しているこれらの予測発電量の総和を算出する（ステップＳ１１２）。供給電力予測部１２０は、当該算出した総和を条件で指定された対象範囲における小水力発電の予測供給電力量であるとして出力し、一連の予測処理を終了する。
【００７９】
なお、対象日時において、どのような時間間隔で予測を行うかが条件として入力されても良い。供給電力予測部１２０は、当該入力された時間間隔毎の供給電力量を導出することで、供給電力量の推移を予測することができる。
【００８０】
上述の供給電力予測システム４００は、発電不能状態算出部２１０や算出式更新部４２０のように、データ管理部１１０で管理される各種データを分析し、供給電力予測部１２０における予測供給電力量の算出処理において使用されるパラメータを更新する構成を備える。当該構成を備えることで、故障等や外部状況の変化に影響を受けやすい小型水力発電機における発電量予測の精度を維持することが可能となる。
【００８１】
＜実施形態５＞
本実施形態５に係る供給電力調整システムは、実施形態１〜４に示した供給電力予測システムで得られた小型水力発電からの供給電力量の予測結果に基づいて、電力調整を行うことにより、ある一定範囲の電力使用状況の経済性と環境性を把握することを可能としている点を特徴とする。
【００８２】
図１１は、本実施形態５に係る供給電力調整システム５００の構成を示すブロック図である。供給電力調整システム５００は、データ記憶部１１０と、供給電力予測部１２０と、コストデータベース（コストＤＢ）５１０と、環境性データベース（環境性ＤＢ）５２０と、電力売買量決定部５３０と、を備える。
【００８３】
コストＤＢ５１０は、日時の定められたグリッド外の電力料金の履歴に関するデータを記憶・管理する。コストＤＢ５１０には、コスト計算に用いられる情報、例えば、コスト計算に用いる自然エネルギーとグリッド電力の各電源のｋＷｈあたりの価格（以降、発電単価とする）に関する情報が格納されている。
【００８４】
環境性ＤＢ５２０は、グリッド外のＣＯ２等の環境負荷物質の排出等の履歴に関するデータを記憶・管理する。環境性ＤＢ５２０には、環境負荷計算に用いられる情報、例えば、ＣＯ２排出量計算に用いる自然エネルギーとグリッド電力の各電源（原子力、水力、火力、地熱、自然エネルギー（太陽光・熱発電、風力発電など））などのｋＷｈあたりのＣＯ２排出量（以降、ＣＯ２排出原単位とする）に関する情報が格納されている。
【００８５】
電力売買量決定部５３０は、供給電力予測部１２０で予測された所定のグリッドでの小型水力発電における供給電力量の予測結果に基づいて、グリッド外からの電力売買量を決定する。ここで、電力売買量決定部５３０は、コストＤＢ５１０が管理しているグリッド外の電力料金に関するデータと、環境性Ｄ５２０が管理するグリッド外の環境情報に関するデータと、を参照して、最終的にグリッド外からの電力売買量を決定する。
【００８６】
図１２は、電力売買量決定部５３０の具体的構成を示すブロック図である。電力売買量決定部５３０は、グリッド内の需要状況に関するデータを収集する需要収集部５３１と、供給電力予測部１２０からの予測データに基づき、グリッド内の水力起源の電力とグリッド内の需要とのアンバランスを算出する電力需給差分算出部５３２とを備える。
【００８７】
電力需給差分算出部５３２は、供給電力予測部１２０で求められたグリッド内の供給電力量と、需要収集部５３１で収集された需要状況に関するデータとを比較し、供給電力量＞需要電力量である場合は、余剰分の電力をグリッド外に売電すると決定する。逆に、供給電力量＜需用電力量である場合は、不足分の電力を買電すると決定する。
【００８８】
また、電力需給差分算出部５３２は、電力の買取価格＜売電価格である場合には、小型水力発電を使用すると決定する。一方、売電価格＜買取価格である場合には、小型水力発電で得られる電力をグリッド外に売電すると決定する。
【００８９】
なお、コストＤＢ５１０と環境性ＤＢ５２０でそれぞれ管理される値は、燃料費や電源構成や運転計画に影響を受けるため、オンラインで関連する情報を入力し、補正をかけることも可能である。一般的には、供給が需要を上回る際には、余剰分をグリッドに売電し、需要が供給を上回る場合には、外部から不足分を購入する。この場合において、例えば、ｋＷｈあたりの買電電力価格が小型水力発電からの電力の買取価格を上回る場合には、小型水力発電からの電力を使用した方がコスト的に有利である。
【００９０】
また、ｋＷｈあたりの買取価格が、購入価格よりも高い場合、余剰電力を売電することで増収につなげることも可能となる。ただし、水力起源の電力は通常グリッド全体のＣＯ２排出原単位よりも小さいため、環境負荷の削減を優先する場合には、この限りではない。電力需給差分算出部５３２は、それぞれの状況に応じた買電量および売電量を算出する。
【００９１】
電力売買量決定部５３０は、この売買の過程において、ある一定期間のコストおよび環境負荷排出量の数値をそれぞれ提示するコスト提示部５３３と環境負荷排出量提示部５３４を備える。ここでは、コストと環境負荷排出量が変化するため、これらの変化を反映した外部に売電あるいは買電した場合としなかった場合のコストと環境負荷の差分等を表示する。一定期間を、時間単位、日単位、月単位など、任意の範囲を指定することが可能である。
【００９２】
＜実施形態６＞
本実施形態６に係る供給電力調整システムでは、電力の蓄電設備を備え、電力利用に伴う経済性と環境性の最大化を図る点を特徴としている。
【００９３】
図１３は、本実施形態６に係る供給電力調整システム６００の構成を示すブロック図である。供給電力調整システム６００は、対応する日時の蓄電電力量を決定する蓄電電力量決定部６１０を備えることを特徴とする。蓄電電力量決定部６１０は、コストＤＢ５１０が保有するコスト情報と環境性ＤＢ５２０が保有する環境性情報に基づき、経済的、環境的に最適な蓄電方法を所定の決定アルゴリズムに従い決定する。コストＤＢ５１０と環境性ＤＢ５２０には、それぞれ蓄電池による追加的コスト及び追加的環境負荷に関するデータも含まれている。
【００９４】
図１４は、蓄電電力量決定部６１０の具体的構成を示すブロック図である。蓄電電力量決定部６１０は、蓄放電量算出部６１１と、蓄電容量検出部６１２と、蓄放電動作決定部６１３と、を備える。
【００９５】
蓄放電量算出部６１１は、電力需給差分算出部５３１からの情報に基づいて蓄電装置（蓄電池）における蓄放電量を算出する。
【００９６】
蓄電容量検出部６１２は、蓄電池における現在の蓄電容量を検出し、蓄放電量算出部６１１で算出された蓄電が蓄電池において可能であるかを確認する。蓄放電動作決定部６１３は、これらの情報に基づいて、蓄電池における蓄放電の動作を決定する。
【００９７】
一般的には、電力供給が電力需要を上回る際には、余剰分を電池に蓄電した後、さらなる余剰分をグリッドに売電することができる。また、電力需要が電力供給を上回り、かつ電池に電力が蓄電されている場合には、不足分を蓄電池から放電し、さらなる不足分を外部から買電する。
【００９８】
この際、例えば、ｋＷｈあたりの買電電力価格が小型水力の蓄電分の価格を相殺した買取価格を上回る場合には、小型水力の電力を使用した方がコスト的に有利である。ただし、水力起源の電力は蓄電分を考慮したとしても、通常グリッド全体のＣＯ２排出原単位よりも小さいため、環境負荷の削減を優先する場合には、この限りではない。
【００９９】
蓄放電量算出部６１１では、それぞれの状況に応じた買電量および売電量を算出する。この売買の過程において、ある一定期間のコストおよび環境負荷排出量の数値をそれぞれ提示する蓄電電力量コスト提示部６１４と蓄電電力量環境負荷提示部６１５がある。ここでは、コストと環境負荷排出量が変化するため、コスト提示部６１４及び環境負荷排出量提示部６１５は、それぞれこれらの変化を反映した上で、外部に売電あるいは買電した場合としなかった場合のコストと環境負荷の差分等を表示する。一定期間の範囲指定については実施形態５と同様である。
【０１００】
なお、電力売買量決定部５３０が蓄電電力量決定部６１０の各機能を備えていても良い。この場合、電力売買量決定部５３０は、必要となる電力を蓄電池から放電するか、又はグリッド外から購入するかを、経済性又は環境性の最適化を行うアルゴリズムに基づいて決定する処理を行う。当該決定処理においては、コストＤＢ５１０及び環境性ＤＢ５２０が記憶・管理している各情報を参照して実行される。
【０１０１】
＜実施形態７＞
実施形態１〜６において、複数の供給電力予測システムのデータを統合的に把握する小型水力発電量統合把握システムを持つことにより、限定された範囲内の小型水力発電による供給電力量の全体の把握が可能になる。
【０１０２】
図１５は、本実施形態７に係る小型水力発電量統合把握システム７００の構成を示すブロック図である。本システムは、各供給電力予測システム１００−１〜１００−３からの予測データを統合的に集約し、分析する小型水力発電量統合把握システム７００と、コストＤＢ５１０、環境性ＤＢ５２０とを備える。コストＤＢ５１０と環境性ＤＢ５２０については、実施形態５で説明したＤＢと同様の機能を持つ。
【０１０３】
小型水力発電量統合把握システム７００は、上位系統と接続することで、対象とする範囲の小型水力発電による発電量のデータを送付し、需要逼迫時の電力依存の参考データとすることを可能とする。この際、売電状況に関する過去のトレンドを参考にすることもできる。さらに、環境ＤＢ５２０からのデータに基づき、ＣＯ２排出量を最小化するような電力のやり取りのシミュレーションも可能とする。
【０１０４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０１０５】
なお、供給電力予測システムや電力供給調整システムが設置され、機能する対象範囲はエリアの規模により異なる。基本的には、電力需要管理や供給管理を通じて電力調整を行う供給電力調整システムは、配変単位に設置される。但し、本電力供給調整システムを利用する使用者が一般需要家の場合は、コミュニティ単位に設置されても良い。また、使用者が、大型商用施設、学校・病院などの公共施設などの大型需要家の場合は、需要家単位に設置されるものとすることが良好である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  小型水力発電機                    １００  供給電力予測システム
１１０  データ管理部                    １１１  発電状況データ管理部
１１２  付随情報管理部                  １１３  小型水力発電機情報管理部
１２０  供給電力予測部
２００  供給電力予測システム            ２１０  発電不能状態算出部
２２０  発電不能状態データベース        
３００  供給電力予測システム            ３１０  条件入力部
３２０  予測結果提示部
４００  供給電力予測システム            ４１０  算出式記憶部（関係式記憶部）
４２０  算出式更新部（関係式更新部）
５００  供給電力調整システム            ５１０  コストＤＢ
５２０  環境性ＤＢ                      ５３０  電力売買量決定部
５２１  需要収集部                      ５３２  電力需給差分算出部
５３３  電力売買量コスト提示部          ５３３  電力売買量環境負荷提示部
６００  供給電力調整システム            ６１０  電力売買量決定部
６１１  蓄放電量算出部                  ６１２  蓄電容量検出部
６１３  蓄放電量決定部                  ６１４  蓄電電力量コスト提示部
６１５  蓄電電力量環境負荷提示部
【図１】
2014176204.tif 000003
【図２】
2014176204.tif 000004
【図３】
2014176204.tif 000005
【図４】
2014176204.tif 000006
【図５】
2014176204.tif 000007
【図６】
2014176204.tif 000008
【図７】
2014176204.tif 000009
【図８】
2014176204.tif 000010
【図９】
2014176204.tif 000011
【図１０】
2014176204.tif 000012
【図１１】
2014176204.tif 000013
【図１２】
2014176204.tif 000014
【図１３】
2014176204.tif 000015
【図１４】
2014176204.tif 000016
【図１５】
2014176204.tif 000017