(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置と、
商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置と、
前記商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷と、
前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷と、
所定期間において前記電力負荷で消費される電気エネルギーのパターン及び前記所定期間において前記熱負荷で消費される熱エネルギーのパターンに基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する制御装置と、
を具備するエネルギー管理システムであって、
前記電力供給装置は、
電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置、及び太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置を含み、
前記熱供給装置は、
沸かした湯を貯湯タンクに蓄えることで、熱エネルギーを蓄える給湯装置を含み、
前記制御装置は、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、以下の数１から数９までに表される状態空間モデルを用いる、
エネルギー管理システム。
【数１】
0006462284.tif 000043
ここで、
ｔ  ：  時刻
【数２】
0006462284.tif 000044
ここで、
ｘ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
ｘ１［０］  ：  計算開始時刻における蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［０］  ：  計算開始時刻における給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
【数３】
0006462284.tif 000045
ここで、
ｕ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から蓄電装置への充電電力量［ｋＷｈ］
ｕ３［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ４［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ５［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ６［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ７［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から蓄電装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ８［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ９［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
ｕ１０［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置から熱負荷へ供給する熱量［ｋＪ］
ｕ１１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
【数４】
0006462284.tif 000046
ここで、
ｙ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｙ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける熱負荷への供給熱量［ｋＪ］
【数５】
0006462284.tif 000047
ここで、
ａ１，１  ：  蓄電装置の自己放電を考慮した係数
ａ２，２  ：  給湯装置の貯湯タンクの放熱を考慮した係数
【数６】
0006462284.tif 000048
ここで、
ｂ１，２  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，４  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，５  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，７  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，１１  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ２，３  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，５  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，８  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
【数７】
0006462284.tif 000049
【数８】
0006462284.tif 000050
ここで、
ｅ１  ：  蓄電装置の放電時の定常損失［ｋＷｈ］
【数９】
0006462284.tif 000051
ここで、
ｆ１  ：  蓄電装置の待機電力［ｋＷｈ］
【請求項２】
電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置の運転パターン、並びに商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置の運転パターンを算出するエネルギー管理方法であって、
前記商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷において所定期間に消費される電気エネルギーのパターン、前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷において前記所定期間に消費される熱エネルギーのパターン、並びに前記熱供給装置の成績係数に基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する構成とされ、
前記電力供給装置は、
電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置、及び太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置を含み、
前記熱供給装置は、
沸かした湯を貯湯タンクに蓄えることで、熱エネルギーを蓄える給湯装置を含み、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、以下の数１から数９までに表される状態空間モデルを用いる、
エネルギー管理方法。
【数１】
0006462284.tif 000052
ここで、
ｔ  ：  時刻
【数２】
0006462284.tif 000053
ここで、
ｘ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
ｘ１［０］  ：  計算開始時刻における蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［０］  ：  計算開始時刻における給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
【数３】
0006462284.tif 000054
ここで、
ｕ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から蓄電装置への充電電力量［ｋＷｈ］
ｕ３［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ４［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ５［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ６［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ７［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から蓄電装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ８［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ９［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
ｕ１０［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置から熱負荷へ供給する熱量［ｋＪ］
ｕ１１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
【数４】
0006462284.tif 000055
ここで、
ｙ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｙ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける熱負荷への供給熱量［ｋＪ］
【数５】
0006462284.tif 000056
ここで、
ａ１，１  ：  蓄電装置の自己放電を考慮した係数
ａ２，２  ：  給湯装置の貯湯タンクの放熱を考慮した係数
【数６】
0006462284.tif 000057
ここで、
ｂ１，２  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，４  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，５  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，７  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，１１  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ２，３  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，５  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，８  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
【数７】
0006462284.tif 000058
【数８】
0006462284.tif 000059
ここで、
ｅ１  ：  蓄電装置の放電時の定常損失［ｋＷｈ］
【数９】
0006462284.tif 000060
ここで、
ｆ１  ：  蓄電装置の待機電力［ｋＷｈ］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の目的に応じて電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンを算出することが可能なエネルギー管理システム及びエネルギー管理方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の目的に応じて電力供給装置の運転パターンを算出することが可能なエネルギー管理システム及びエネルギー管理方法の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１には、蓄電池と、燃料電池と、燃料電池の運転パターンを算出する制御装置と、を具備するエネルギー管理システムが記載されている。このエネルギー管理システムにおいて、制御装置は、蓄電池の蓄電電力（充電された電力）が所定時刻まで徐々に減少して当該所定時刻において０になるような、蓄電池及び燃料電池（電力供給装置）の運転パターンを算出する。制御装置は、算出された運転パターンに基づいて電力供給装置の運転を制御することで、蓄電池の蓄電電力を、所定時刻以前に使い切ってしまうのを防止することができる。これによって、電力が必要な時間帯に蓄電池の蓄電電力が不足する事態を防止することができる。
【０００４】
また、特許文献１に記載のエネルギー管理システムには、燃料電池で発生した熱（排熱）を蓄える貯湯装置（熱供給装置）が設けられている。当該熱供給装置から供給される熱は、エネルギー管理システムが設けられた住宅等における調理や入浴等に用いることができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のエネルギー管理システムは、熱供給装置の性能（効率）を考慮したものではなく、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−７４６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することが可能なエネルギー管理システム及びエネルギー管理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置と、商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置と、前記商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷と、前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷と、所定期間において前記電力負荷で消費される電気エネルギーのパターン及び前記所定期間において前記熱負荷で消費される熱エネルギーのパターンに基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する制御装置と、を具備するエネルギー管理システムであって、前記電力供給装置は、電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置、及び太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置を含み、前記熱供給装置は、沸かした湯を貯湯タンクに蓄えることで、熱エネルギーを蓄える給湯装置を含み、前記制御装置は、前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、以下の数１から数９までに表される状態空間モデルを用いるものである。
【数１】
0006462284.tif 000002
ここで、
ｔ  ：  時刻
【数２】
0006462284.tif 000003
ここで、
ｘ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
ｘ１［０］  ：  計算開始時刻における蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［０］  ：  計算開始時刻における給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
【数３】
0006462284.tif 000004
ここで、
ｕ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から蓄電装置への充電電力量［ｋＷｈ］
ｕ３［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ４［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ５［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ６［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ７［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から蓄電装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ８［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ９［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
ｕ１０［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置から熱負荷へ供給する熱量［ｋＪ］
ｕ１１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
【数４】
0006462284.tif 000005
ここで、
ｙ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｙ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける熱負荷への供給熱量［ｋＪ］
【数５】
0006462284.tif 000006
ここで、
ａ１，１  ：  蓄電装置の自己放電を考慮した係数
ａ２，２  ：  給湯装置の貯湯タンクの放熱を考慮した係数
【数６】
0006462284.tif 000007
ここで、
ｂ１，２  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，４  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，５  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，７  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，１１  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ２，３  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，５  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，８  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
【数７】
0006462284.tif 000008
【数８】
0006462284.tif 000009
ここで、
ｅ１  ：  蓄電装置の放電時の定常損失［ｋＷｈ］
【数９】
0006462284.tif 000010
ここで、
ｆ１  ：  蓄電装置の待機電力［ｋＷｈ］
【００１０】
請求項２においては、電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置の運転パターン、並びに商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置の運転パターンを算出するエネルギー管理方法であって、前記商用電源及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷において所定期間に消費される電気エネルギーのパターン、前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷において前記所定期間に消費される熱エネルギーのパターン、並びに前記熱供給装置の成績係数に基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する構成とされ、前記電力供給装置は、電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置、及び太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置を含み、前記熱供給装置は、沸かした湯を貯湯タンクに蓄えることで、熱エネルギーを蓄える給湯装置を含み、前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、以下の数１から数９までに表される状態空間モデルを用いるものである。
【数１】
0006462284.tif 000011
ここで、
ｔ  ：  時刻
【数２】
0006462284.tif 000012
ここで、
ｘ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
ｘ１［０］  ：  計算開始時刻における蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［０］  ：  計算開始時刻における給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
【数３】
0006462284.tif 000013
ここで、
ｕ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から蓄電装置への充電電力量［ｋＷｈ］
ｕ３［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ４［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ５［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ６［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ７［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から蓄電装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ８［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ９［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
ｕ１０［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置から熱負荷へ供給する熱量［ｋＪ］
ｕ１１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
【数４】
0006462284.tif 000014
ここで、
ｙ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｙ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける熱負荷への供給熱量［ｋＪ］
【数５】
0006462284.tif 000015
ここで、
ａ１，１  ：  蓄電装置の自己放電を考慮した係数
ａ２，２  ：  給湯装置の貯湯タンクの放熱を考慮した係数
【数６】
0006462284.tif 000016
ここで、
ｂ１，２  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，４  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，５  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，７  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，１１  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ２，３  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，５  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，８  ：  成績係数×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
【数７】
0006462284.tif 000017
【数８】
0006462284.tif 000018
ここで、
ｅ１  ：  蓄電装置の放電時の定常損失［ｋＷｈ］
【数９】
0006462284.tif 000019
ここで、
ｆ１  ：  蓄電装置の待機電力［ｋＷｈ］
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１においては、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。また、混合整数計画問題とよばれる数理計画手法を用いることができ、所定の目的における最も効果的な運転パターンを容易に算出することができる。
【００１８】
請求項２においては、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。また、混合整数計画問題とよばれる数理計画手法を用いることができ、所定の目的における最も効果的な運転パターンを容易に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第一実施形態に係るエネルギー管理システムの全体的な構成を示したブロック図。
【図２】エネルギー管理システムの制御装置と接続される各装置を示したブロック図。
【図３】電力負荷パターンを示す図。
【図４】熱負荷パターンを示す図。
【図５】（ａ）蓄電装置の構成を示す模式図。（ｂ）蓄電装置の第一出力電力量と第二出力電力量との関係を示す図。
【図６】ＣＯＰと外気温度との関係を示す図。
【図７】従量電灯等の購入電力量によって電気料金単価が異なる場合の電気料金と購入電力量との関係を示す図。
【図８】算出された運転パターンに従った電力供給装置及び熱供給装置の運転例（電力に関するもの）を示した図。
【図９】算出された運転パターンに従った電力供給装置及び熱供給装置の運転例（熱量に関するもの）を示した図。
【図１０】制約条件の一部を省いて算出された運転パターンに従った電力供給装置及び熱供給装置の運転例（電力に関するもの）を示した図。
【図１１】制約条件の一部を省いて算出された運転パターンに従った電力供給装置及び熱供給装置の運転例（熱量に関するもの）を示した図。
【図１２】電力供給装置及び熱供給装置の制御方法の設計の流れを示した図。
【図１３】センターサーバを用いた変形例を示したブロック図。
【図１４】エネルギー管理システムをリアルタイムに制御する流れを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施の一形態（第一実施形態）に係るエネルギー管理システム１の構成について説明する。
【００２６】
エネルギー管理システム１は、住宅等に設けられ、所定の目的に応じて種々の装置の運転パターン（詳細については、後述する）を算出し、当該運転パターンに基づいて当該種々の装置の運転を制御するものである。エネルギー管理システム１は、主として太陽光発電装置２、蓄電装置３、給湯装置４、電力負荷５、熱負荷６及び制御装置７を具備する。
【００２７】
図１に示す太陽光発電装置２は、自然エネルギーである太陽光を利用して発電する装置であり、太陽電池パネル等により構成される。太陽光発電装置２は、例えば、住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。
【００２８】
蓄電装置３は、電力の充放電が可能なものであって、商用電源１１（電力会社の電力系統）に接続した状態で運用される系統連系型の蓄電装置である。蓄電装置３は、リチウムイオン電池等の蓄電池３ａ、インバータ３ｂ等（図５（ａ）参照）により構成される。蓄電装置３は、蓄電池３ａに蓄えられた電力をインバータ３ｂによって直流電力から交流電力に変換し、外部へと放電（供給）することができる。また、蓄電装置３は、外部から供給される電力をインバータ３ｂによって交流電力から直流電力に変換し、蓄電池３ａに充電することができる。蓄電装置３は、商用電源１１に接続した状態で当該商用電源１１と連系動作し、後述する電力負荷５に電力を供給可能とされる。
【００２９】
なお、以下では、太陽光発電装置２及び蓄電装置３を「電力供給装置」とも称する。
【００３０】
給湯装置４は、電力を用いて湯を沸かすことが可能なものである。給湯装置４は、ヒートポンプを用いて空気の熱で湯を沸かすことができる。給湯装置４では、冷媒として自然冷媒（例えば、二酸化炭素）が用いられる。給湯装置４は貯湯タンクを有する。給湯装置４で沸かされた湯は、前記貯湯タンクに蓄えられる。給湯装置４は、前記貯湯タンクに湯を蓄えることによって、熱（熱エネルギー）を蓄えることができる。給湯装置４は、前記貯湯タンクに蓄えられた湯を外部へと供給することで、熱を外部へと供給することができる。
【００３１】
なお、以下では、給湯装置４を「熱供給装置」とも称する。
【００３２】
電力負荷５は、前記住宅等に設けられ、電気エネルギー（電力）を消費する電気製品等である。例えば、電力負荷５には、照明器具、テレビ、洗濯機等が含まれる。
【００３３】
熱負荷６は、前記住宅等に設けられ、熱エネルギーを消費するものである。例えば、熱負荷６には、お湯を供給する給湯設備、床暖房等の暖房設備等が含まれる。
【００３４】
図２に示す制御装置７は、種々の情報に基づいて電力供給装置及び熱供給装置（太陽光発電装置２、蓄電装置３及び給湯装置４）の運転パターンを算出し、当該電力供給装置及び熱供給装置の運転を制御するものである。制御装置７としては、住宅等に設けられたＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。制御装置７には、予め電気料金の単価が入力される。
【００３５】
制御装置７は太陽光発電装置２に接続され、当該太陽光発電装置２で発電された電力に関する情報等の、当該太陽光発電装置２に関する種々の情報を受信することができる。
【００３６】
制御装置７は蓄電装置３に接続され、当該蓄電装置３に充電された電力量（蓄電量）に関する情報等の、当該蓄電装置３に関する種々の情報を受信することができる。また、制御装置７は、蓄電装置３に充電電力及び放電電力の指令を出し、当該蓄電装置３の運転を制御することができる。
【００３７】
制御装置７は給湯装置４に接続され、当該給湯装置４の貯湯タンクに蓄えられた湯の量に関する情報、当該貯等タンクに蓄えられた熱量（蓄熱量）に関する情報、使用された湯の量（給湯使用量）等の、当該給湯装置４に関する種々の情報を受信することができる。また、制御装置７は、給湯装置４に起動及び停止する時間の指令を出し、当該給湯装置４の運転を制御することができる。
【００３８】
次に、上述の如く構成されたエネルギー管理システム１全体の運転の概要について説明する。
【００３９】
エネルギー管理システム１（図１参照）において、太陽光発電装置２で発電された電力は、適宜蓄電装置３、給湯装置４及び電力負荷５へと供給される。また、太陽光発電装置２で発電された電力のうち、余剰分（余剰電力）は、商用電源１１から電力（系統電力）を購入（買電）していない場合に限り、当該商用電源１１（電力会社）へと逆潮流（売電）される。
【００４０】
蓄電装置３は、太陽光発電装置２からの電力、並びに商用電源１１からの電力を充電する。また、蓄電装置３は、充電された電力（蓄電電力）を適宜給湯装置４及び電力負荷５へと供給する。また、蓄電装置３は、蓄電電力を適宜商用電源１１へと逆潮流させる。
【００４１】
給湯装置４は、太陽光発電装置２及び蓄電装置３からの電力、並びに商用電源１１からの電力を用いて湯を沸かすことができる。給湯装置４で沸かされた湯は、前記貯湯タンクに一旦蓄えられる。また、給湯装置４は、前記貯湯タンクに蓄えられた湯を適宜熱負荷６へと供給する。
【００４２】
制御装置７（図２参照）は、所定の目的に応じた上記電力供給装置及び熱供給装置（太陽光発電装置２、蓄電装置３及び給湯装置４）の運転パターンを算出し、当該運転パターンに従って各装置の運転を制御する。
【００４３】
電力負荷５は、太陽光発電装置２及び蓄電装置３、並びに商用電源１１からの電力（電気エネルギー）を消費して作動することができる。
また、熱負荷６は、給湯装置４（より詳細には、給湯装置４の貯湯タンク）からの湯（すなわち、熱エネルギー）を消費することができる。
【００４４】
次に、所定の目的に応じた太陽光発電装置２、蓄電装置３及び給湯装置４の運転パターンを算出するための、エネルギー管理システム１のモデル化について説明する。
【００４５】
なお、エネルギー管理システム１のモデル化に際しては、所定期間における電力負荷５で消費される電力の時間変化のパターン（電力負荷パターン）及び熱負荷６で消費される熱エネルギーの時間変化のパターン（熱負荷パターン）は、予め制御装置７に記憶されているものとする。
【００４６】
本実施形態においては、図３に示す電力負荷パターン及び図４に示す熱負荷パターンが制御装置７に記憶されるものとする。当該電力負荷パターン及び熱負荷パターンとしては、予め学習されたデータや、制御装置７（ＨＥＭＳ）によって推定されたデータ等を用いることが可能である。図に示すように、本実施形態に係る電力負荷パターン及び熱負荷パターンは、１日（０時から２４時までの期間）におけるものとする。また、電力負荷パターン及び熱負荷パターンは、１時間間隔に得られたデータを用いて作成されているものとする。なお、図３には、太陽光発電装置２において発電される電力の時間変化のパターンの予測値（推定値）を併せて表示している。
【００４７】
エネルギー管理システム１は、下記の数１に示すような状態空間モデルによってモデル化することができる。
【００４８】
【数１】
0006462284.tif 000020
ここで、
ｔ  ：  時刻
【００４９】
本実施形態においては、電力負荷パターン及び熱負荷パターンとして１時間間隔に得られたデータを用いていることから、ｔ＝０の場合には時刻０時００分を、ｔ＝１の場合には時刻１時００分を、ｔ＝２の場合には時刻２時００分を、それぞれ意味する。
【００５０】
また、上記数１の各変数及び係数は以下の数２から数９によって表される。
【００５１】
【数２】
0006462284.tif 000021
ここで、
ｘ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
ｘ１［０］  ：  計算開始時刻における蓄電装置の蓄電量［ｋＷｈ］
ｘ２［０］  ：  計算開始時刻における給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量［ｋＪ］
【００５２】
【数３】
0006462284.tif 000022
ここで、
ｕ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から蓄電装置への充電電力量［ｋＷｈ］
ｕ３［ｔ］  ：  時刻ｔにおける商用電源から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ４［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ５［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ６［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ７［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から蓄電装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ８［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から給湯装置への供給電力量［ｋＷｈ］
ｕ９［ｔ］  ：  時刻ｔにおける太陽光発電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
ｕ１０［ｔ］  ：  時刻ｔにおける給湯装置から熱負荷へ供給する熱量［ｋＪ］
ｕ１１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける蓄電装置から商用電源への売電電力量［ｋＷｈ］
【００５３】
上記数３における各入力量の供給の様子を、図１に示している。以下では、上記数３で表される入力量を、本実施形態に係る電力供給装置及び熱供給装置（太陽光発電装置２、蓄電装置３及び給湯装置４）の「運転パターン」と称する。
【００５４】
なお、本実施形態において、蓄電装置３から商用電源１１への売電（入力量ｕ１１［ｔ］）は、デマンドレスポンス要請時にのみ行われるものとする。ここで、デマンドレスポンスとは、電力の需要が逼迫した際に、電力会社から電力の消費者（需要家）に対して電力の使用の抑制を促したり、電力会社が需要家から電力を購入したりすることで、電力の安定供給を図ること、及びその仕組みを意味する。
【００５５】
【数４】
0006462284.tif 000023
ここで、
ｙ１［ｔ］  ：  時刻ｔにおける電力負荷への供給電力量［ｋＷｈ］
ｙ２［ｔ］  ：  時刻ｔにおける熱負荷への供給熱量［ｋＪ］
【００５６】
【数５】
0006462284.tif 000024
ここで、
ａ１，１  ：  蓄電装置の自己放電を考慮した係数
ａ２，２  ：  給湯装置の貯湯タンクの放熱を考慮した係数
【００５７】
なお、上記数５における蓄電装置３の自己放電を考慮した係数（ａ１，１）の値は、通常（自己放電による蓄電装置３の蓄電量の減少を考慮しない場合）は１であるものとする。自己放電による蓄電装置３の蓄電量の減少を考慮する場合、ａ１，１の値は１よりも小さい値とする。本実施形態においては、自己放電による蓄電装置３の蓄電量の減少を考慮しないため、ａ１，１の値は１に設定されるものとする。
【００５８】
また、上記数５における給湯装置４の貯湯タンクの放熱を考慮した係数（ａ２，２）の値は、通常（貯湯タンクからの放熱（放熱損失）を考慮する場合）は１よりも小さい値であるものとする。当該貯湯タンクからの放熱（放熱損失）を考慮しない場合、ａ２，２の値は１であるものとする。
【００５９】
通常、給湯装置４の貯湯タンクに蓄えられた湯の温度は、放熱により徐々に温度が下がる。本実施形態においては、給湯装置４の貯湯タンクからの放熱を考慮するため、ａ２，２の値は１よりも小さい値に設定されるものとする。例えば、給湯装置４の貯湯タンクの蓄熱量が１時間毎に（１時間前の蓄熱量に対して）１％減少すると仮定した場合には、ａ２，２の値を０．９９に設定する。
【００６０】
【数６】
0006462284.tif 000025
ここで、
ｂ１，２  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，４  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，５  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ１，７  ：  蓄電装置充電効率［‐］
ｂ１，１１  ：  蓄電装置放電係数［‐］
ｂ２，３  ：  ＣＯＰ×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，５  ：  ＣＯＰ×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
ｂ２，８  ：  ＣＯＰ×３６００［ｋＪ／ｋＷｈ］
【００６１】
【数７】
0006462284.tif 000026
【００６２】
【数８】
0006462284.tif 000027
ここで、
ｅ１  ：  蓄電装置の放電時の定常損失［ｋＷｈ］
【００６３】
【数９】
0006462284.tif 000028
ここで、
ｆ１  ：  蓄電装置の待機電力［ｋＷｈ］
【００６４】
なお、上記数６及び数９における蓄電装置充電効率及び蓄電装置３の待機電力は、蓄電装置３の性能に基づいて予め決まっている値である。これらの値は、予め制御装置７に記憶される。
【００６５】
ここで、上記数６及び数８における蓄電装置放電係数、蓄電装置３の放電時の定常損失、及びＣＯＰについて、以下説明する。
【００６６】
蓄電装置放電係数及び蓄電装置３の放電時の定常損失は、蓄電装置３の性能（第一出力電力量と第二出力電力量の関係）をモデル化することで決定される。
【００６７】
ここで、図５（ａ）に示すように、第一出力電力量とは、蓄電装置３が外部（例えば、電力負荷５等）へと電力を供給（放電）する際に、蓄電池３ａからインバータ３ｂへと供給される電力量である。また、第二出力電力量とは、蓄電装置３が外部へと電力を供給（放電）する際に、インバータ３ｂから外部へと供給される電力量である。通常、インバータ３ｂで電力が変換される際には損失が発生するため、第一出力電力量に対して第二出力電力量は小さくなる。
【００６８】
蓄電装置３の性能をモデル化する場合、具体的には、図５（ｂ）に示すように、第一出力電力量と第二出力電力量との関係を、蓄電装置３の出力（本実施形態においては、５００（Ｗ）、１０００（Ｗ）及び３０００（Ｗ））を変えて複数回計測する。計測方法としては、蓄電装置３の出力を一定（５００（Ｗ）や１０００（Ｗ）等）にして、ある時間（例えば、１時間や１日等）の第一出力電力量と第二出力電力量を計測し、当該第一出力電力量と第二出力電力量を所望の時間間隔に変換する。例えば、１日（２４時間）計測して、１時間の時間間隔（電力負荷パターン及び熱負荷パターンのデータ間隔に合わせた間隔）に変換する場合には、計測された第一出力電力量及び第二出力電力量をそれぞれ２４で割ることで求めることができる。本実施形態においては１時間の時間間隔に変換するものとする。そして、各出力における蓄電装置３の第一出力電力量と第二出力電力量との関係を１つの直線（図５（ｂ）の破線参照）で近似する。この直線を表す近似式中のα１が蓄電装置放電係数、β１が蓄電装置３の放電時の定常損失である。
【００６９】
このような蓄電装置放電係数及び蓄電装置３の放電時の定常損失は、予め算出されて制御装置７に記憶される。
【００７０】
このように、第一出力電力量と第二出力電力量の関係をモデル化することで得られた蓄電装置放電係数及び蓄電装置３の放電時の定常損失を用いることで、当該蓄電装置３の放電効率を考慮することができる。
【００７１】
また、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：成績係数）は、給湯装置４の性能（効率）を表すものである。ＣＯＰは、外気温度の影響を受けるため、当該外気温度によって変化する。具体的には、図６に示すように、ＣＯＰは外気温度が上昇するにつれて高くなる。また、ＣＯＰと外気温度との関係は、１つの直線で近似することができることが分かっている。このようなＣＯＰは、予め制御装置７に記憶される。
【００７２】
次に、エネルギー管理システム１の制約条件について説明する。
【００７３】
上述の如くモデル化されたエネルギー管理システム１には、下記の数１０から数２０までの制約条件が設定される。
【００７４】
【数１０】
0006462284.tif 000029
ここで、
ＣＬｉｂ  ：  蓄電装置の容量
【００７５】
上記数１０によって、蓄電装置３の蓄電量の上限値及び下限値が設定される。
【００７６】
【数１１】
0006462284.tif 000030
ここで、
Ｈｕ  ：  給湯装置の貯湯タンクの蓄熱量上限
【００７７】
上記数１１によって、給湯装置４の貯湯タンクの蓄熱量の上限値及び下限値が設定される。ここで、蓄熱量上限Ｈｕは、「（貯湯温度（蓄熱タンクに蓄えられた湯の温度）−水道水温度（給湯装置４によって温められる前の水の温度））×貯湯タンク容量×比熱」で算出される。
【００７８】
【数１２】
0006462284.tif 000031
【００７９】
上記数１２によって、時刻ｔにおける供給電力量及び供給熱量の値と、電力負荷（電力負荷５で消費される電力量）及び熱負荷（熱負荷６で消費される熱量）の値とが一致するように設定される。
【００８０】
【数１３】
0006462284.tif 000032
ここで、
δ１［ｔ］  ：  バイナリ変数［‐］
ＰＬｉｂ・ｃｈｒｇ  ：  蓄電装置の最大充電電力量［ｋＷｈ］
【００８１】
ここで、バイナリ変数δ１［ｔ］とは、０又は１のいずれか一方の値しかとらない変数である。バイナリ変数δ１［ｔ］は、蓄電装置３が放電する際に１、それ以外の場合に０の値をとる。
【００８２】
上記数１３によって、蓄電装置３の充電電力量（蓄電装置３に供給される（充電される）電力量）の上限値及び下限値が設定される。また、上記数１３によって、蓄電装置３が充電と放電を同時に行わないように設定される。
【００８３】
【数１４】
0006462284.tif 000033
ここで、
ＰＬｉｂ・ｄｃｈｒｇ  ：  蓄電装置の最大放電電力量［ｋＷｈ］
【００８４】
上記数１４によって、蓄電装置３の放電電力量（蓄電装置３から放電される電力量）の上限値及び下限値が設定される。また、上記数１４によって、蓄電装置３が充電と放電を同時に行わないように設定される。
【００８５】
【数１５】
0006462284.tif 000034
ここで、
δｓ［ｔ］  ：  バイナリ変数［‐］
δｅ［ｔ］  ：  バイナリ変数［‐］
ＮＬｉｂ  ：  蓄電装置の充放電回数の上限［回］
【００８６】
ここで、バイナリ変数δｓ［ｔ］及びバイナリ変数δｅ［ｔ］とは、０又は１のいずれか一方の値しかとらない変数である。バイナリ変数δｓ［ｔ］は、蓄電装置３が放電を開始する時刻に１、それ以外の場合（時刻）に０の値をとる。バイナリ変数δｅ［ｔ］は、蓄電装置３が放電を終了する時刻に１、それ以外の場合（時刻）に０の値をとる。
【００８７】
また、蓄電装置３の充放電回数の上限ＮＬｉｂは、蓄電装置３が所定期間（例えば、１日）内に充放電を行うことが可能な（許容されている）回数である。
【００８８】
上記数１５によって、蓄電装置３の充放電回数の上限が設定される。
【００８９】
【数１６】
0006462284.tif 000035
ここで、
ＰＰＶ［ｔ］  ：  時刻ｔの太陽光発電装置の発電電力量［ｋＷｈ］
【００９０】
上記数１６によって、時刻ｔにおいて太陽光発電装置２から供給される電力量が、当該時刻ｔにおいて太陽光発電装置２で発電される電力量を超えないように設定される。
【００９１】
【数１７】
0006462284.tif 000036
ここで、
δ２［ｔ］  ：  バイナリ変数［‐］
ＰＧ・ｍａｘ  ：  商用電源の契約容量［ｋＷｈ］
【００９２】
ここで、バイナリ変数δ２［ｔ］とは、０又は１のいずれか一方の値しかとらない変数である。バイナリ変数δ２［ｔ］は、商用電源１１から電力を購入する際に０、それ以外の場合に１の値をとる。
【００９３】
上記数１７によって、商用電源１１から購入する電力量の上限値及び下限値が設定される。また、上記数１７によって、商用電源１１からの電力の購入（買電）と、太陽光発電装置２で発電された電力の逆潮流（売電）と、が同時に行われないように設定される。また、上記数１７によって、太陽光発電装置２で発電された電力の逆潮流（売電）と、蓄電装置３の放電と、が同時に行われないように設定される。
【００９４】
【数１８】
0006462284.tif 000037
ここで、
ＰＥＣ  ：  給湯装置の最大消費電力量［ｋＷｈ］
【００９５】
上記数１８によって、給湯装置４の最大消費電力量（消費電力量の上限値）が設定される。
【００９６】
【数１９】
0006462284.tif 000038
【００９７】
上記数１９によって、各変数の取り得る範囲が設定される。
【００９８】
【数２０】
0006462284.tif 000039
ここで、
ｋ  ：  電気料金［円］
ＥＧ  ：  商用電源からの購入電力量の合計［ｋＷｈ］
β４  ：  電気料金の基本料金相当額［円］
α５  ：  第一段階電気料金単価［円／ｋＷｈ］
β５  ：  第一段階電気料金の制限用補助変数［円］
α６  ：  第二段階電気料金単価［円／ｋＷｈ］
β６  ：  第二段階電気料金の制限用補助変数［円］
【００９９】
ここで、図７を用いて、上記数２０の各変数について説明する。
【０１００】
本実施形態においては、図７に示すように、エネルギー管理システム１が設けられる住宅等では、購入電力量に応じて電気料金単価が変わる場合（いわゆる、従量電灯）を想定している。具体的には、購入電力量が増えると、電気料金ｋがｋ＝β４（電気料金の基本料金相当額）、ｋ＝α５×ＥＧ＋β５（第一段階電気料金）、ｋ＝α６×ＥＧ＋β６（第二段階電気料金）の順に変わる場合を想定している。
【０１０１】
なお、上記数１０から数２０までの制約条件のうち、特に言及していない値は、各装置（電力供給装置及び熱供給装置）の性能から定まる値である。これらの値は、予め制御装置７に記憶される。
【０１０２】
次に、所定の目的に応じた電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンを算出するための評価関数Ｊについて説明する。
【０１０３】
本実施形態においては、エネルギー管理システム１は、「光熱費を最小にする」ことを目的（所定の目的）とするものとする。この場合において、当該エネルギー管理システム１の評価関数Ｊは、下記の数２１のように表すことができる。
【０１０４】
【数２１】
0006462284.tif 000040
ここで、
Ｎ  ：  データ数
【０１０５】
また、上記数２１のｌ１［ｔ］等の値としては、エネルギー管理システム１の運転の目的（所定の目的）に応じた値が入力される。
【０１０６】
具体的には、ｌ９［ｔ］には、「（時刻ｔにおける太陽光発電装置２からの余剰電力の買取単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ１１［ｔ］には、「（時刻ｔにおけるＤＲ単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ１［ｔ］、ｌ２［ｔ］、ｌ３［ｔ］、ｌ４［ｔ］、ｌ５［ｔ］、ｌ６［ｔ］、ｌ７［ｔ］、ｌ８［ｔ］及びｌ１０［ｔ］には、「０」が入力される。
【０１０７】
ここで、ＤＲ単価とは、デマンドレスポンス要請時において、電力会社が電力を買い取る際の買取単価である。
【０１０８】
以上のような条件の下で、制御装置７は、上記数２１の評価関数Ｊが最小となるような入力量（上記数３参照）を算出する。当該算出された入力量（運転パターン）となるように電力供給装置及び熱供給装置を運転させることで、所定の目的、すなわち本実施形態における「光熱費を最小にする」という目的を達成することができる。
【０１０９】
次に、上述の評価関数Ｊを用いて算出された電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの例について具体的に説明する。
【０１１０】
図８及び図９には、上述の評価関数Ｊを用いて算出された電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの例を示している。
【０１１１】
図８において、各時刻に示した２つの棒グラフのうち、左側に記した棒グラフ（図中（Ａ））は、エネルギー管理システム１に供給される電力の電力量を示している。すなわち、各時刻の左側に記した棒グラフは、太陽光発電（太陽光発電装置２において発電される電力）、蓄電池出力（蓄電装置３から放電される電力）及び購入電力（商用電源１１から供給される電力）の電力量を示している。
【０１１２】
また、図８において、各時刻に示した２つの棒グラフのうち、右側に記した棒グラフ（図中（Ｂ））は、エネルギー管理システム１において使用される電力の電力量を示している。すなわち、各時刻の右側に記した棒グラフは、給湯装置消費電力（給湯装置４で消費される電力量）、蓄電装置充電（蓄電装置３に充電される電力量）及び電力負荷（電力負荷５で消費される電力量）を示している。
【０１１３】
また、図９において、各時刻に示した２つの棒グラフのうち左側に記した棒グラフは、貯湯量（給湯装置４の貯湯タンクに蓄えられている熱量）を示している。また、図９において、各時刻に示した２つの棒グラフのうち右側に記した棒グラフは、熱負荷（熱負荷６において使用される熱量）を示している。
【０１１４】
図８に示すように、太陽光発電装置２において発電される電力が多い場合には、当該電力を蓄電装置３に充電させる。また、太陽光発電装置２において発電される電力が少ない場合には、蓄電装置３に放電させ、当該蓄電装置３からの電力を使用する。また、電力会社による電力の買取単価が高い時間帯がある場合には、太陽光発電装置２で発電された電力を売電する。例えば、図８の例では、１３時及び１５時において電力の買取単価が高いものと想定し、当該時刻において売電が行われている。このような時間帯ごとの電力の買取単価は、制御装置７に予め記憶されている。
【０１１５】
また、図８及び図９に示すように、熱負荷６において使用される熱量が大きくなる時刻（図９の例では、２０時前後）よりも前（太陽光発電装置２で発電が行われている時間帯）に、太陽光発電装置２で発電された電力を用いて給湯装置４が作動し、当該給湯装置４の貯湯タンクに熱が蓄えられている。このように、２０時頃には太陽光発電装置２での発電が行われていない（太陽光が得られない）ため、早い時間帯に給湯装置４を作動させることで、太陽光発電装置２で発電された電力を有効に利用している。このようにして、光熱費が最小となるような運転パターンが算出されている。
【０１１６】
次に、上記数１７の第３式の制約条件を省いた場合において、上述の評価関数Ｊを用いて算出された電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの例について具体的に説明する。
【０１１７】
上記数１７の第３式の制約条件を省くことによって、太陽光発電装置２で発電された電力の逆潮流（売電）と、蓄電装置３の放電と、を同時に行うことができる。
【０１１８】
図１０及び図１１には、この場合において、上述の評価関数Ｊを用いて算出された電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの例を示している。
【０１１９】
図１０に示すように、太陽光発電装置２において発電された電力、及び蓄電装置３に充電された電力が多い場合には、当該電力を売電する。特に電力会社による電力の買取単価が高い時間帯がある場合には、当該時間帯に集中的に売電を行う。例えば、図１０の例では、１３時において電力の買取単価が高いものと想定している。
【０１２０】
また、図１０及び図１１に示すように、熱負荷６において使用される熱量が大きくなる時刻（図１１の例では、２０時前後）の直前に給湯装置４が作動し、当該給湯装置４の貯湯タンクに熱が蓄えられている。このように、熱（湯）を利用する時間帯に近い時間帯に給湯装置４を作動させることで、放熱損失を抑えている。
【０１２１】
次に、上述の電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの算出方法の、具体的な利用方法について説明する。
【０１２２】
上述の電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの算出方法は、実際に電力供給装置及び熱供給装置の制御方法を検討して設計する際に利用することができる。すなわち、前記算出方法を用いて予め制御方法を設計し、当該設計された制御方法に基づいて、住宅等に設けられたエネルギー管理システム１の各装置が制御されることになる。図１２には、当該設計までの流れを示している。
【０１２３】
まず、電力負荷パターン及び熱負荷パターン（図３及び図４参照）を制御装置７に読み込ませる（ステップＳ１０１）。次に、電力会社、並びに契約メニューを選択する（ステップＳ１０２、ステップＳ１０３）。次に、契約メニューに基づいて、電気料金単価（図７参照）を制御装置７に読み込ませる（ステップＳ１０４）。
【０１２４】
次に、制御装置７によって、与えられた条件（ステップＳ１０１及びステップＳ１０４参照）に基づいて、所定の目的（本実施形態においては、光熱費を最小にすること）に応じた最適な運転パターンが計算される（ステップＳ１０５）。
【０１２５】
運転パターンが算出された後、別の契約メニューでの計算（ステップＳ１０６）や別の電力会社での計算（ステップＳ１０７）が必要な場合は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３に戻り、再度条件を設定し直して運転パターンが計算される。
【０１２６】
必要な条件での運転パターンの計算が終了すると、当該計算結果が出力され（ステップＳ１０８）、当該出力された計算結果に基づいて、エネルギー管理システム１の実際の運転方法が検討される（Ｓ１０９）。このようにして、上述の電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの算出方法を利用して、電力供給装置及び熱供給装置の制御方法を検討し、最適な運転パターンを設計することができる。
【０１２７】
このように運転パターンを設計することで、当該設計された運転パターンと、その時の電力会社の契約メニューを併せて、エネルギー管理システム１を販売する際にお客様に提案することができる。また、エネルギー管理システム１の販売後に、お客様の生活データ（電力負荷パターン及び熱負荷パターン）から、最適な運転パターン並びに電力会社の契約メニューを再度提案することができる。
【０１２８】
以上の如く、本実施形態に係るエネルギー管理システム１は、
電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置（太陽光発電装置２及び蓄電装置３）と、
商用電源１１及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置（給湯装置４）と、
商用電源１１及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷５と、
前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷６と、
所定期間において電力負荷５で消費される電気エネルギーのパターン及び前記所定期間において熱負荷６で消費される熱エネルギーのパターンに基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する制御装置７と、
を具備するエネルギー管理システム１であって、
制御装置７は、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、前記熱供給装置のＣＯＰ（成績係数）を考慮するものである。
このように構成することにより、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。特に、ＣＯＰを考慮することで、より効率的なエネルギー管理システム１の運転が可能となる。
【０１２９】
また、制御装置７は、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、前記熱供給装置における放熱損失を考慮するものである。
このように構成することにより、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。特に、熱供給装置における放熱損失を考慮することで、より効率的なエネルギー管理システム１の運転が可能となる。
【０１３０】
また、前記電力供給装置は、
電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置３を含むものである。
このように構成することにより、蓄電装置３を含むエネルギー管理システム１において、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。
【０１３１】
また、制御装置７は、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、蓄電装置３の放電効率を考慮するものである。
このように構成することにより、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。特に、蓄電装置３における自己放電を考慮することで、より効率的なエネルギー管理システム１の運転が可能となる。
【０１３２】
また、前記電力供給装置は、
太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置２を含むものである。
このように構成することにより、太陽光発電装置２を含むエネルギー管理システム１において、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。
【０１３３】
また、前記電力供給装置は、
電気エネルギーを充放電可能な蓄電装置３、及び太陽光を利用して発電可能な太陽光発電装置２を含み、
前記熱供給装置は、
沸かした湯を貯湯タンクに蓄えることで、熱エネルギーを蓄える給湯装置４を含み、
制御装置７は、
前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出する際に、上記数１から数９までに表される状態空間モデルを用いるものである。
このように構成することにより、混合整数計画問題とよばれる数理計画手法を用いることができ、所定の目的における最も効果的な運転パターンを容易に算出することができる。
【０１３４】
また、本実施形態に係るエネルギー管理方法は、
電気エネルギーを供給可能な少なくとも１つの電力供給装置（太陽光発電装置２及び蓄電装置３）の運転パターン、並びに商用電源１１及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを用いて熱エネルギーを発生させ、当該熱エネルギーを供給可能な少なくとも１つの熱供給装置（給湯装置４）の運転パターンを算出するエネルギー管理方法であって、
商用電源１１及び前記電力供給装置からの電気エネルギーを消費する電力負荷５において所定期間に消費される電気エネルギーのパターン、前記熱供給装置からの熱エネルギーを消費する熱負荷６において前記所定期間に消費される熱エネルギーのパターン、並びに前記熱供給装置のＣＯＰ（成績係数）に基づいて、所定の目的に応じた前記電力供給装置及び前記熱供給装置の運転パターンを算出するものである。
このように構成することにより、電力供給装置及び熱供給装置の適切な運転パターンを算出することができる。
【０１３５】
なお、本実施形態に係る太陽光発電装置２及び蓄電装置３は、本発明に係る電力供給装置の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る給湯装置４は、本発明に係る熱供給装置の実施の一形態である。
【０１３６】
以下では、上述の第一実施形態に係るエネルギー管理システム１の変形例（他の実施形態）について説明する。
【０１３７】
第一実施形態においては、図２に示すように、住宅等に設けられる制御装置７（ＨＥＭＳ）において運転パターンが算出される構成とした。しかし、図１３に示すように、住宅等の外部に設けられるセンターサーバ８において運転パターンが算出される構成とすることも可能である。この場合、センターサーバ８に電力等の料金単価等の情報が入力され、当該センターサーバ８によって電力供給装置の運転パターンが算出される。算出された運転パターンは制御装置７に送信され、当該制御装置７によって蓄電装置３等の制御が行われる。
【０１３８】
このように、センターサーバ８で運転パターンを算出することによって、複数の住宅等の運転パターンを一括して算出することができる。これによって、各住宅等での計算が不要となるため、当該計算のためのコスト（時間的なコストや機器のコスト）を削減することができる。
【０１３９】
また、第一実施形態においては、購入電力量に応じて電気料金単価が変わる契約（従量電灯）を想定したが、その他の契約を想定して電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンを算出することも可能である。
【０１４０】
例えば、時間帯に応じて電気料金単価が変わる契約（いわゆる、時間帯別電灯）を想定する場合、エネルギー管理システム１の評価関数Ｊは、上記数２１に代えて、下記の数２２のように表すことができる。
【０１４１】
【数２２】
0006462284.tif 000041
【０１４２】
また、上記数２２のｌ１［ｔ］、ｌ２［ｔ］及びｌ３［ｔ］には、「時刻ｔにおける電気料金単価［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ９［ｔ］には、「（時刻ｔにおける太陽光発電装置２からの余剰電力の買取単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ１１［ｔ］には、「（時刻ｔにおけるＤＲ単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ４［ｔ］、ｌ５［ｔ］、ｌ６［ｔ］、ｌ７［ｔ］、ｌ８［ｔ］及びｌ１０［ｔ］には、「０」が入力される。
【０１４３】
上記数２２の評価関数Ｊが最小となるような入力量を算出し、当該算出された入力量（運転パターン）となるように電力供給装置及び熱供給装置を運転させることで、「光熱費を最小にする」という目的を達成することができる。
【０１４４】
また、例えば、電気料金単価が購入電力量や時間帯に応じて変わらない（一定である）契約（いわゆる、定額電灯）を想定する場合、エネルギー管理システム１の評価関数Ｊは、上記数２１に代えて、下記の数２３のように表すことができる。
【０１４５】
【数２３】
0006462284.tif 000042
【０１４６】
また、上記数２３のｌ１、ｌ２及びｌ３には、「電気料金単価［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ９には、「（太陽光発電装置２からの余剰電力の買取単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ１１には、「（ＤＲ単価）×（−１）［円／ｋＷｈ］」が入力される。
また、ｌ４、ｌ５、ｌ６、ｌ７、ｌ８及びｌ１０には、「０」が入力される。
【０１４７】
上記数２３の評価関数Ｊが最小となるような入力量を算出し、当該算出された入力量（運転パターン）となるように電力供給装置及び熱供給装置を運転させることで、「光熱費を最小にする」という目的を達成することができる。
【０１４８】
また、第一実施形態においては、「光熱費を最小にする」ことをエネルギー管理システム１の運転の目的（所定の目的）としたが、その他の目的を設定することも可能である。以下、上記数２３の評価関数Ｊを用いる（定額電灯を想定する）ものとして、具体的に説明する。
【０１４９】
例えば、「一次エネルギー消費量を最小にする」ことを目的とする場合、上記数２３のｌ１、ｌ２及びｌ３には、「９．６７［ＭＪ／ｋＷｈ］（系統電力の一次エネルギー消費量）」が入力される。
また、ｌ４、ｌ５、ｌ６、ｌ７、ｌ８、ｌ９、ｌ１０及びｌ１１には、「０」が入力される。
【０１５０】
また、例えば、「ＣＯ２排出量を最小にする」ことを目的とする場合、上記数２３のｌ１、ｌ２及びｌ３には、「０．４７６［ｋｇ−ＣＯ２／Ｗｈ］（系統電力のＣＯ２消費量）」が入力される。
また、ｌ４、ｌ５、ｌ６、ｌ７、ｌ８、ｌ９、ｌ１０及びｌ１１には、「０」が入力される。
【０１５１】
このように、上記数２３に入力する値を適宜変更することで、任意の目的に応じた運転パターンを容易に算出することができる。なお、上記数２３に限らず、上記数２１及び数２２に入力する値を適宜変更することでも、任意の目的に応じた運転パターンを算出することができる。
【０１５２】
また、第一実施形態においては、電力供給装置及び熱供給装置の運転パターンの算出方法を用いて予め電力供給装置の制御方法を設計し（図１２参照）、当該設計された制御方法に基づいてエネルギー管理システム１が制御される例を示した。しかし、算出された運転パターンを用いて直接エネルギー管理システム１を制御する（リアルタイムに制御する）ことも可能である。
【０１５３】
この場合、図１４に示すように、まず、電力負荷パターン及び熱負荷パターン（図３及び図４参照）、並びに電気料金単価（図７参照）を制御装置７に読み込ませる（ステップＳ２０１及びステップＳ２０２）。次に、制御装置７によって、与えられた条件に基づいて、所定の目的に応じた最適な運転パターンが計算される（ステップＳ２０３）。最後に、制御装置７から、算出された運転パターンに基づく動作の指令が蓄電装置３及び給湯装置４へと送信され（ステップＳ２０４）、当該蓄電装置３等の運転が制御される。
【０１５４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１５５】
例えば、本実施形態においては、電力供給装置として太陽光発電装置２及び蓄電装置３を例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、電力供給装置としてその他の機器（例えば、燃料電池、風力発電装置等）を用いる構成とすることも可能である。
【０１５６】
また、蓄電装置３はリチウムイオン電池等により構成されるものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、ニッケル・水素電池等により構成することも可能である。
【０１５７】
また、上記実施形態においては、制御装置７に記憶される電力負荷パターン及び熱負荷パターンの期間は１日（０時から２４時まで）であるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、１週間や１ヶ月の期間の電力負荷パターン及び熱負荷パターンを用いることも可能である。
【０１５８】
また、図１４に示すように運転パターンをリアルタイムに算出して制御に用いる場合には、予め記憶された電力負荷パターン及び熱負荷パターンの推定値を、実際に計測された電力負荷パターン及び熱負荷パターンに基づいて修正し、その都度運転パターンを算出しなおす構成とすることも可能である。
【０１５９】
また、上記実施形態においては、電力負荷パターン及び熱負荷パターンのデータ間隔は１時間であるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、当該データ間隔を１０分間等に設定することも可能である。
【符号の説明】
【０１６０】
１    エネルギー管理システム
２    太陽光発電装置（電力供給装置）
３    蓄電装置（電力供給装置）
４    給湯装置（熱供給装置）
５    電力負荷
６    熱負荷
７    制御装置
【図１】
0006462284.tif 000061
【図２】
0006462284.tif 000062
【図３】
0006462284.tif 000063
【図４】
0006462284.tif 000064
【図５】
0006462284.tif 000065
【図６】
0006462284.tif 000066
【図７】
0006462284.tif 000067
【図８】
0006462284.tif 000068
【図９】
0006462284.tif 000069
【図１０】
0006462284.tif 000070
【図１１】
0006462284.tif 000071
【図１２】
0006462284.tif 000072
【図１３】
0006462284.tif 000073
【図１４】
0006462284.tif 000074