(57)【要約】  本実施形態に係る水素エネルギー制御システムは、水素エネルギーシステムと、電力網制御システムと、水素輸送システムと、電力網制御システムとの通信情報に基づき、水素エネルギーシステムを制御する水素エネルギー統合管理システムと、を備える、水素エネルギー制御システムであって、水素エネルギー統合管理システムは、充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を電力網制御システムとの間で行う第１通信部と、水素需要データの通信を水素輸送システムとの間で行う第２通信部と、水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得する目標水素量取得部と、目標水素生成量と充電要求のデータとに基づき、水素エネルギーシステムにおける運転計画を生成する運転計画部と、を有する。
2020121441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力により少なくとも水素を生成する水素エネルギーシステムと、
電力網に電力を供給する発電設備の発電計画を行う電力網制御システムと、
水素輸送を管理する水素輸送システムと、
前記電力網制御システムと、電力網制御システムとの通信情報に基づき、前記水素エネルギーシステムを制御する水素エネルギー統合管理システムと、
を備える、水素エネルギー制御システムであって、
前記水素エネルギー統合管理システムは、
充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を前記電力網制御システムとの間で行う第１通信部と、
水素需要データの通信を前記水素輸送システムとの間で行う第２通信部と、
前記水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得する目標水素量取得部と、
前記目標水素生成量と前記充電要求のデータとに基づき、前記水素エネルギーシステムにおける運転計画を生成する運転計画部と、を有する、
水素エネルギー制御システム。
【請求項２】
前記電力網制御システムは、複数の充電要求を有し、
前記電力網の電力供給が需要を超える充電時間帯に対して、前記複数の充電要求の中のいずれかを前記水素エネルギー統合管理システムに前記第２通信部を介して予め要求し、
前記運転計画部は、前記充電時間帯において、前記第複数の充電要求の中のいずれかの充電要求に対応する水素製造工程を計画する、請求項１に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項３】
再生可能エネルギーによる発電を制御する再生可能エネルギー制御システムを更に備え、
前記水素エネルギー統合管理システムは、
再生可能エネルギー発電予測結果のデータの通信を前記再生可能エネルギー制御システムとの間で行う第３通信部を更に有し、
前記運転計画部は、前記再生可能エネルギー発電予測結果のデータにも基づき、前記水素エネルギーシステムにおける運転計画を生成する、請求項１又は２に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項４】
前記水素エネルギー統合管理システムは、
水素エネルギーシステムの水素生成特性に少なくとも基づき、前記目標水素生成量を生成するための時系列な水素システムの制約条件を演算する制約条件演算部を更に有し、
前記電力網制御システムは、
前記時系列な水素システムの制約条件に基づき、時系列な充放電要求を計画する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項５】
前記水素需要データには、出荷日、出荷時刻、及び出荷量の内の少なくとも一つが含まれ、
前記目標水素生成量は、水素エネルギーシステムが有する水素タンクの目標残量に対応し、１日の所定時刻、及び出荷時刻の内の少なくとも一方に対する目標残量である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項６】
制約計算用パラメータとして、前記水素システムから系統への放電を行うべき放電時間帯の開始時間と終了時間、及び前記放電時間帯の重要度と、系統から水素システムへの充電を行うべき充電時間帯の開始時間と終了時間、及び前記充電時間帯の重要度と、放電可能時間帯、及び前記放電可能時間帯の重要度と、放電可能電力量、及び前記放電可能電力量の重要度と、充電可能時間帯及び前記充電可能時間帯の重要度と、充電可能電力量及び前記充電可能電力量の需要度とが含まれ、
前記制約条件演算部は、前記時系列な水素システムの制約条件として、放電前最低キープ時間、放電可能時間帯、放電後最低キープ時間、放電可能電力量、充電前最低キープ時間、充電可能時間帯、充電後最低キープ時間、及び充電可能電力量のうちの少なくともいずれかを演算する、請求項４に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項７】
前記運転計画部は、前記電力網制御システムに、水素エネルギーシステムの充放電の開始時間と終了時間、前記運転計画の成功又は失敗、及び水素エネルギーシステムの対応不能電力の内の少なくともいずれかを含む情報をアンサーバックとし送信する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項８】
前記運転計画部は、前記運転計画の作成が失敗した場合に、前記電力網制御システムからの充放電要求を再び受け付け、運転計画を再度実施する、請求項７に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項９】
前記運転計画部は、前記運転計画の作成が失敗した場合に、所定の時間が経過するまでアンサーバックを保留し、返答条件がそろってからアンサーバックを行う、請求項７に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１０】
前記運転計画部は、前記運転計画よりも短周期の運転計画を更に生成する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１１】
前記運転計画部は、前記電力網制御システムのアルタイムな充放電要求に対して、前記水素エネルギーシステムにおけるリアルタイムな運転計画を生成する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１２】
前記水素エネルギー統合管理システムは、充放電状況の表示画面、及び制約を設定するための表示画面の少なくとも一方を表示部に表示させる表示制御部を更に有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１３】
前記水素エネルギーシステムは、蓄電池、及び蓄熱槽の少なくとも一方を有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１４】
前記水素エネルギーシステムは、
前記水素を製造する水素製造装置と、
前記水素を気体として貯蔵する気体水素タンクと、
前記気体水素タンクから気体水素を外部に抽出する気体水素排出装置と、
前記水素から電力と熱を製造する水素発電装置と、
を有する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の水素エネルギー制御システム。
【請求項１５】
電力により少なくとも水素を生成する水素エネルギーシステムと、
電力網に電力を供給する発電設備の発電計画を行う電力網制御システムと、
水素輸送を管理する水素輸送システムと、
前記電力網制御システムと、電力網制御システムとの通信情報に基づき、前記水素エネルギーシステムを制御する水素エネルギー統合管理システムと、
を備え
前記水素エネルギー統合管理システムは、
充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を前記電力網制御システムとの間で行う第１通信部と、
水素需要データの通信を前記水素輸送システムとの間で行う第２通信部と、
を有する水素エネルギー制御システムの制御方法であって、
前記水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得する目標水素量取得工程と、
前記目標水素生成量と前記充電要求のデータとに基づき、前記水素エネルギーシステムにおける運転計画を生成する運転計画工程と、を有する、
水素エネルギー制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水素エネルギー制御システムおよび水素エネルギー制御システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
新たなエネルギーとして水素エネルギーが注目されつつある。水素システムの水素製造装置により水素が生成され、水素タンクに貯蔵される。この水素タンクに貯蔵された水素を、水素発電装置により再び電力に変換することが可能である。このため、水素システムの装置群を電力網に接続することで、電力網から電力を供給されることも、電力網に電力を供給することも可能である。水素発電装置の例として、燃料電池がある。こように、水素システムにより、電力網の安定化と、水素需要への対応を行うことが可能となる。【０００３】
さらに将来、水素を燃料とする燃料電池車両の増加や、家庭用の純水素燃料電池の増加などにより、水素自体の需要も増加していくと予想されている。この場合、水素を輸送したり、パイプラインで送ったりすることになる。このため、水素と電力のエネルギー管理を効率的に行うことが求められている。【０００４】
ところが、電力網の管理、水素需要の管理、水素システムの管理を１つの管理制御システムにより行う場合、処理が複雑になってしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８０１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、水素エネルギーシステムの運転計画により電力網制御システムと水素輸送システムとの独立した要求処理の調整が可能な水素エネルギー制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る水素エネルギー制御システムは、電力により少なくとも水素を生成する水素エネルギーシステムと、電力網に電力を供給する発電設備の発電計画を行う電力網制御システムと、水素輸送を管理する水素輸送システムと、前記電力網制御システムと、電力網制御システムとの通信情報に基づき、前記水素エネルギーシステムを制御する水素エネルギー統合管理システムと、を備える、水素エネルギー制御システムであって、前記水素エネルギー統合管理システムは、充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を前記電力網制御システムとの間で行う第１通信部と、水素需要データの通信を前記水素輸送システムとの間で行う第２通信部と、前記水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得する目標水素量取得部と、前記目標水素生成量と前記充電要求のデータとに基づき、前記水素エネルギーシステムにおける運転計画を生成する運転計画部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態によれば、電力網制御システムと水素輸送システムとの独立した要求処理の調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】水素エネルギー制御システムの構成を示すブロック図。
【図２】水素エネルギーシステムの構成を電池として表した概念図。
【図３】水素エネルギー統合管理システムの詳細な構成を示すブロック図。
【図４】システム間の通信情報を示す図。
【図５Ａ】制約計算用パラメータ中の放電時間帯の重要度を示す図。
【図５Ｂ】制約計算用パラメータ中の充電時間帯の重要度を示す図。
【図５Ｃ】放電、充電の制約に対する重要度を示す図。
【図６】液体水素需要と目標液体水素残量計算の処理概念図。
【図７】水素システム制約の例（放電）を示す図。
【図８】図７内で使用される制約条件の数値例を示す図。
【図９】水素システム制約の例（充電）を示す図。
【図１０】図９内で使用される制約条件の数値例を示す図。
【図１１】電力網制御システムからの充放電要求の一例を示す図。
【図１２】再生可能エネルギー発電予測結果のデータの一例を示す図。
【図１３】アンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）の一例を示す図。
【図１４】データのプロトコルと処理の流れを示す図。
【図１５】リアルタイムにシステム間で送受信するデータ例を示す図。
【図１６Ａ】リアルタイム放電要求の例を示す図。
【図１６Ｂ】リアルタイム充電要求の例を示す図。
【図１６Ｃ】アルタイム短周期電力要求の無効電力要求の例を示す図。
【図１６Ｄ】無効電力要求の異なる例を示す図。
【図１６Ｅ】リアルタイム短周期電力要求のＬＦＣ要求の例を示す図。
【図１７】リアルタイム処理のシーケンスの例を示す図。
【図１８】リアルタイムにシステム間で送受信するデータのプロトコルと処理の流れを示す図。
【図１９】一実施形態の変形例１に係る水素エネルギー統合管理システムの詳細な構成を示すブロック図。
【図２０】水素エネルギーシステムの充放電状況の表示画面例を示す図。
【図２１】水素エネルギーシステムの制約の表示画面例を示す図。
【図２２】一実施形態の変形例２に係る水素エネルギーシステムの詳細な構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る水素エネルギー制御システムおよび水素エネルギー制御システムの制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【００１１】
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る水素エネルギー制御システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る水素エネルギーシステム１は、水素エネルギーシステム１０と、電力網制御システム２０と、水素輸送システム３０と、再生可能エネルギー制御システム４０と、水素エネルギー統合管理システム５０と、再生可能エネルギー由来発電設備６０とを備えて構成されている。図１では、更に化石燃料由来発電設備７０と、水素流通網８０と、温水網９０とが図示されている。
【００１２】
水素エネルギーシステム１０は、電力により少なくとも水素を生成する。水素エネルギーシステム１０の詳細な構成は、後述する。
【００１３】
電力網制御システム２０は、電力網７４に電力を供給する発電設備、例えば火力発電所７２の発電計画を行う。この電力網制御システム２０は、充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を水素エネルギー統合管理システム５０との間で行う。
【００１４】
水素輸送システム３０は、水素輸送を管理する。この水素輸送システム３０は、水素需要データの通信を水素エネルギー統合管理システム５０との間で行う。
【００１５】
再生可能エネルギー制御システム４０は、再生可能エネルギー由来発電設備６０を制御する。この再生可能エネルギー制御システム４０は、再生可能エネルギー発電予測結果のデータの通信を水素エネルギー統合管理システム５０との間で行う。
【００１６】
水素エネルギー統合管理システム５０は、電力網制御システム２０と、水素輸送システム３０と、再生可能エネルギー制御システム４０との通信情報に基づき、水素エネルギーシステム１０を制御する。水素エネルギー統合管理システム５０の詳細な構成は、後述する。
【００１７】
再生可能エネルギー由来発電設備６０は、自然エネルギー由来の発電設備を有する。この再生可能エネルギー由来発電設備６０は、太陽光を用いた太陽光発電装置６２と、風力を用いて発電する風力発電装置６４とを有する。この再生可能エネルギー由来発電設備６０は、化石燃料などの燃料が不要であるが、その発電量は天候や風力などの環境の影響を受けるため不安定である。なお、再生可能エネルギー由来発電設備６０は、バイオマスやバイオマス由来廃棄物などの新エネルギーを利用した発電設備でもよい。
【００１８】
化石燃料由来発電設備７０は、火力発電所７２と、電力網７４とを有する。火力発電所７２は、化石燃料を用いて発電する。電力網７４は、再生可能エネルギー由来発電設備６０、化石燃料由来発電設備７０、及び水素発電装置１１４が接続された電力網であり、再生可能エネルギー由来発電設備６０、化石燃料由来発電設備７０、及び水素発電装置１１４が発電した電力が供給される。
【００１９】
水素流通網８０は、液体水素流通網８２と、気体水素流通網８４とを有する。液体水素流通網８２は、水素を液体として輸送して、水素需要に対して供給する流通網である。気体水素流通網８４は、水素を気体として輸送して、水素需要に対して供給する流通網である。
【００２０】
ここで、水素エネルギーシステム１０の詳細な構成を説明する。水素エネルギーシステム１０は、パワーコンディショナ装置１００と、水素製造装置１０２と、気体水素タンク１０４と、液化装置１０６と、液体水素タンク１０８と、液体水素排出装置１１０と、気化装置１１２と、水素発電装置１１４とを備えて構成されている。
【００２１】
パワーコンディショナ装置１００は、例えばコンバータを含んで構成される。このコンバータは、再生可能エネルギー由来発電設備６０が出力した直流電力を所定の交流電力に変換する。
【００２２】
水素製造装置１０２は、電気と水から、水電解により水素を製造する。すなわち、この水素製造装置１０２は、再生可能エネルギー由来発電設備６０、及び電力網７４の少なくともいずれかから供給された電力を用いて、水の電気分解により水素を製造し、この製造した水素を気体水素タンク１０４に蓄える。水素製造装置１０２は、例えば、アルカリ性の溶液に電流を流すことにより、水素と酸素とを製造する電気水分解装置である。また、水素製造装置１０２は、水素配管を介して、生成した水素を気体水素タンク１０４に蓄える。
【００２３】
気体水素タンク１０４は、水素製造装置１０２により製造された気体の水素を蓄える。この気体水素タンク１０４は、水素製造装置１０２と、液化装置１０６と、気体水素流通網６に配管を介して接続されている。また、この気体水素タンク１０４は、液化装置１０６と、気体水素流通網８４に気体の水素を供給する。
【００２４】
液化装置１０６は、気体水素タンク１０４から供給された気体水素を液体水素に変換する。この液化装置１０６は、気体水素タンク１０４から供給された水素を液体水素に変換し、配管を介して液体水素タンク１０８に供給する。
【００２５】
液体水素タンク１０８は、液化装置１０６から供給された液体水素を貯蔵する。この液体水素タンク１０８は、液化装置１０６から供給された液体水素を蓄えると共に、液体水素排出装置１１０に配管を介して液体水素を供給する。
【００２６】
液体水素排出装置１１０は、液体水素タンク１０８から供給された液体水素を液体水素流通網８２、及び気化装置１１２に供給する。なお、液体水素排出装置１１０は、液体水素タンク１０８と一体的に構成されてもよい。
【００２７】
気化装置１１２は、液体水素排出装置１１０から供給された液体水素を気体の水素に変換する。すなわち、この気化装置１１２は、液体水素排出装置１１０から供給された液体水素を気体の水素に変換し、配管を介して気体水素タンク１０４に供給する。
【００２８】
水素発電装置１１４は、気体水素タンク１０４から供給される水素を用いて、電力と、熱とを生成する。ここでの熱は、例えば温水として温水網９０へ供給される。水素発電装置１１４は、例えば燃料電池を有している。すなわち、この水素発電装置１１４は、気体水素タンク１０４から供給される水素を用いて電気を発電すると共に、熱を生成する。酸素は空気中の酸素を利用してもよいし、水素製造装置１０２が水素製造に伴い生成する酸素を酸素タンクに蓄積したものを使用してもよい。
【００２９】
図２は、水素エネルギーシステム１０の構成を電池として表した概念図である。図２に示すように、水素エネルギーシステム１０は、再生可能エネルギー由来発電設備６０及び化石燃料由来発電設備７０から供給される電力により水素を生成することにより充電する。すなわち、本実施形態に係る水素エネルギーシステム１０の充電とは、電力を気体の水素に変換することを意味する。充電可能電力量は、気体水素タンク１０４の空き容量に依存する。
【００３０】
一方で、放電可能電力量は、気体水素タンク１０４及び液体水素タンク１０８の蓄積容量に依存する。この場合、気体水素の需要及び液体水素の需要の影響を受ける。また、水素エネルギーシステム１０の放電可能電力量は、温水網９０への温水の供給量の影響も受ける。また、本実施形態に係る水素エネルギーシステム１０の放電とは、気体水素タンク１０４の水素を電力に変換することを意味する。
【００３１】
このように、水素エネルギーシステム１０の充放電は、電力だけではなく、熱量や水素量を考慮する必要があるため、常に電力需給要求に応えられるとは限らない。そのため、水素エネルギーシステム１０には、充電可能時間帯、放電可能時間帯、充電可能電力量、放電可能電力量などの制約が設けられる。
【００３２】
図３は、水素エネルギー統合管理システム５０の詳細な構成を示すブロック図である。図３に示すように、水素エネルギー統合管理システム５０は、第１通信部５０２と、第２通信部５０４と、第３通信部５０６と、管理部５０８と、記憶部５１０とを、有する。
【００３３】
第１通信部５０２は、電力網制御システム２０と水素エネルギー統合管理システム５０との間の第１インターフェースである。  
第２通信部５０４は、水素輸送システム３０と水素エネルギー統合管理システム５０との間の第２インターフェースである。  
第３通信部５０６は、再生可能エネルギー制御システム４０と水素エネルギー統合管理システム５０との間の第３インターフェースである。なお、第１通信部５０２、第２通信部５０４、及び第３通信部５０６の詳細な通信内容は後述する。
【００３４】
管理部５０８は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、水素エネルギーシステム１０と、電力網制御システム２０と、水素輸送システム３０と、再生可能エネルギー制御システム４０と、を管理する。この管理部５０８は、目標水素量取得部５０８ａと、制約条件設定部５０８ｂと、運転計画部５０８ｃと、を有する。
目標水素量取得部５０８ａは、水素輸送システム３０から送信された水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得する。
【００３５】
制約条件設定部５０８ｂは、水素エネルギーシステム１０の水素生成特性、又は水素発電特性に少なくとも基づき、目標水素生成量を生成するための時系列な水素システムの制約条件を演算する。  
運転計画部５０８ｃは、目標水素量取得部５０８ａが取得した目標水素生成量と、電力網制御システム２０から送信された充電要求のデータとに基づき、水素エネルギーシステム１０における運転計画を生成する。なお、目標水素量取得部５０８ａ、制約条件設定部５０８ｂ、及び運転計画部５０８ｃの詳細も後述する。
【００３６】
記憶部５１０は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク等により実現される。この記憶部５１０は、管理部５０８が実行するプログラムと、各種の制御用のデータを記憶する。
【００３７】
図４に基づき、第１通信部５０２、第２通信部５０４、及び第３通信部５０６の通常制御時の詳細な通信情報に関して説明する。  
図４は、電力網制御システム２０と、水素輸送システム３０と、再生可能エネルギー制御システム４０と、水素エネルギー統合管理システム５０との間の通信情報を示す図である。これらの通信情報は、事前にシステム間で送受信される情報である。
【００３８】
図４に示すように、第１通信部５０２（図３）は、充放電要求の内の少なくとも充電要求のデータの通信を電力網制御システム２０との間で行う。より具体的には、第１通信部５０２は、電力網制御システム２０から制約計算用パラメータと、充放電要求を受信する。
【００３９】
一方で、この第１通信部５０２は、水素エネルギー統合管理システム５０から水素システム制約と、アンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）とを電力網制御システム２０へ送信する。制約計算用パラメータ、充放電要求、水素システム制約、およびアンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）は、例えば、１日に１回などの決められた周期で通信される。
【００４０】
第２通信部５０４（図３）は、水素需要データの通信を水素輸送システム３０との間で行う。水素需要データは、例えば、週に１回などの決められた周期で通信される。
【００４１】
第３通信部５０６（図３）は、再生可能エネルギー発電予測結果のデータの通信を再生可能エネルギー制御システム４０との間で行う。再生可能エネルギー発電予測結果のデータは、例えば、１日に１回などの決められた周期で通信される。なお、リアルタイム制御時の第１通信部５０２、第２通信部５０４、及び第３通信部５０６の通信情報に関しては、後述する。
【００４２】
ここで、図５Ａ乃至５Ｃに基づき、上述の制約計算用パラメータの詳細を説明する。図５Ａは、制約計算用パラメータ中の放電時間帯の重要度を示す図である。図５Ｂは、制約計算用パラメータ中の充電時間帯の重要度を示す図である。図５Ｃは、制約計算用パラメータ中の放電、充電の制約に対する重要度を示す図である。図５Ａ乃至５Ｃに示すように、電力網制御システム２０側から水素エネルギー統合管理システム５０に送信する制約計算用パラメータには、放電時間帯の重要度、充電時間帯の重要度、放電、充電の制約に対する重要度が含まれる。
【００４３】
図５Ａに示すように、放電時間帯の重要度は、電力網７４に放電可能な時間帯を重要度で示す制約条件である。例えば、１０：００〜１１：５９に放電する場合には、重要度がＡであり最も望ましいことを示している。すなわち、電力網７４での電力需要が１０：００〜１１：５９で最も高くなる。次が重要度Ｂである１７：００〜１８：５９であり、その次が重要度Ｃである８：００〜９：５９である。これらから分かるように、電力需要が多く、電力不足がある時間帯には放電の重要度が上がる。
【００４４】
図５Ｂに示すように、充電時間帯の重要度は、水素エネルギーシステム１０に充電可能な時間帯を重要度で示す制約条件である。例えば、１３：００〜１５：５９に充電する場合には、重要度がＡであり最も望ましいことを示している。すなわち、電力網７４での供給過多になる時間帯が１３：００〜１５：５９である。次に電力供給が過多になる時間帯が重要度Ｂである１６：００〜１６：５９である。これらから分かるように、電力需要が少なく、供給過多になる時間帯には充電の重要度が上がる。
【００４５】
図５Ｃに示すように、放電、充電の制約に対する重要度は、放電可能時間帯、放電可能電力量、充電可能時間帯、充電可能電力量を重要度で示す制約条件である。例えば、放電可能時間帯の重要度は１００、放電可能電力量の重要度は２０、充電可能時間帯の重要度は１、充電可能電力量の重要度は２の場合、放電可能時間帯の重要度が最も高く、次に放電可能電力量、充電可能電力量、充電可能時間帯という順になることが分かる。
【００４６】
図６は、液体水素需要と目標液体水素残量計算の処理概念図であり、図６に基づき、目標水素量取得部５０８ａ（図３）の処理概念を説明する。図６に示すように、目標水素量取得部５０８ａは、例えば第２通信部５０４（図３）が再生可能エネルギー制御システム４０から受信した液体水素の水素需要に基づき、日ごとの所定時刻、例えば１日の始まりである０：００の液体水素タンク１０８（図１）の目標水素残量と出荷時刻での目標水素残量を設定する。ここで、水素需要には、出荷日、出荷時刻、出荷量の情報が含まれる。また、目標水素残量は、出荷量＋余裕量である。この余裕量は任意に設定可能である。すなわち、目標水素量取得部５０８ａは、出荷時の目標液体水素残量を水素エネルギーシステム１０の稼働可能日数で当分割りして、１日の始まり、例えば０：００の液体水素タンク１０８（図１）の目標液体水素残量を取得する。
【００４７】
同様に、目標水素量取得部５０８ａは、例えば第２通信部５０４（図３）が再生可能エネルギー制御システム４０から受信した気体水素の水素需要に基づき、日ごとの所定時刻、例えば１日の始まり、例えば０：００の気体水素タンク１０４（図１）の目標水素残量と出荷時刻とでの目標水素残量を設定する。すなわち、目標水素量取得部５０８ａは、出荷時の目標気体水素残量を水素エネルギーシステム１０の稼働可能日数で当分割りして、１日の始まり、例えば０：００の気体水素タンク１０４の目標気体水素残量を取得する。なお、このような稼働可能日数での当分割りよる方法に限らず、他の方法で目標液体水素残量、目標気体水素残量を設定しても良い。また、目標液体水素残量、及び目標気体水素残量の内の一方だけを設定してもよい。
【００４８】
まず、図７及び図８に基づき、制約条件設定部５０８ｂ（図３）における放電時の水素エネルギーシステム１０の水素システム制約について説明する。図７は、水素システム制約の例（放電）を示す図である。図７の縦軸はプラス側が水素エネルギーシステム１０の放電電力を示し、マイナス側が充電電力を示している。また、横軸は放電動作時の経過時間を示している。図８は、図７内で使用される制約条件の数値例を示す図である。
【００４９】
図７に示すように、制約条件設定部５０８ｂは、目標水素量取得部５０８ａにより得られた目標液体水素残量、及び目標気体水素残量と、電力網制御システム２０から供給された制約計算用パラメータと、を用いて、経過時間に対する放電可能電力を制約条件として設定する。アンダーバーが引かれている「放電前最低キープ時間」、「放電可能時間帯」、「放電後最低キープ時間」、「放電可能電力量」は水素需要などによって動的に変化する制約である。
【００５０】
すなわち、「放電前最低キープ時間」は、水素発電装置１１４（図１）の駆動を開始する時間を含み、例えば気体水素タンク１０４（図１）の蓄積水素量を考慮した時間である。「放電可能時間帯」は、制約計算用パラメータ中の放電時間帯の重要度に基づく時間帯である。「放電後最低キープ時間」は、水素発電装置１１４（図１）の駆動を停止する時間を含み、例えば気体水素タンク１０４（図１）の蓄積水素量を考慮した時間である。「放電可能電力量」は、制約計算用パラメータ中の放電可能電力量の重要度、気体水素タンク１０４（図１）の蓄積水素量などを考慮した電力量である。
【００５１】
一方で、「放電電力変化速度上限値」、「放電最低キープ時間」、「放電電力変化速度下限値」、は水素エネルギーシステム１０における放電特性の静的な仕様で決まる制約である。より具体的には、水素発電装置１１４（図１）における放電特性の静的な仕様で決まる制約である。
【００５２】
次に、図９及び図１０に基づき、制約条件設定部５０８ｂ（図３）における充電時の水素エネルギーシステム１０の水素システム制約について説明する。図９は、水素システム制約の例（充電）を示す図である。図９の縦軸はプラス側が水素エネルギーシステム１０の放電電力を示し、マイナス側が充電電力を示している。また、横軸は１１動作時の経過時間を示している。図１０は、図９内で使用される制約条件の数値例を示す図である。
【００５３】
図９に示すように、制約条件設定部５０８ｂは、目標水素量取得部５０８ａにより得られた目標液体水素残量、及び目標気体水素残量と、電力網制御システム２０から供給された制約計算用パラメータとを用いて、経過時間に対する充電可能電力を制約条件として設定する。アンダーバーが引かれている「充電前最低キープ時間」、「充電可能時間帯」、「充電後最低キープ時間」、「充電可能電力量」は水素需要などによって動的に変化する制約である。
【００５４】
すなわち、「充電前最低キープ時間」は、例えば水素製造装置１０２（図１）の稼働状態や気体水素タンク１０４における残量の状態などにより求めることができる。「充電可能時間帯」は、制約計算用パラメータ中の充電時間帯の重要度に基づく時間帯である。「充電後最低キープ時間」は、水素製造装置１０２（図１）の駆動を停止する時間を含み、例えば気体水素タンク１０４（図１）の蓄積水素量を考慮した時間である。「充電可能電力量」は、制約計算用パラメータ中の充電可能電力量の重要度、気体水素タンク１０４（図１）の蓄積水素量などを考慮した電力量である。
【００５５】
一方で、「充電変化速度下限値」、「放電最低キープ時間」、及び「充電変化速度上限値」、は水素エネルギーシステム１０における充電特性の静的な仕様で決まる制約である。より具体的には、「充電変化速度下限値」、「放電最低キープ時間」、及び「充電変化速度上限値」、は水素製造装置１０２（図１）における充電特性の静的な仕様で決まる制約である。
【００５６】
図１１は、電力網制御システム２０からの充放電要求の一例を示す図である。図１１に示すように、電力網制御システム２０は、制約条件設定部５０８ｂにより設定された水素システム制約に基づき、時系列な充放電要求を計画する。この充放電要求の中には、時間帯と放電量が異なる複数の放電要求と、時間帯と充電量が異なる複数の充電要求とが含まれる。すなわち、電力網制御システム２０は、複数の放電要求と、複数の充電要求を有することが可能である。例えば、電力網制御システム２０は、電力網７４の電力供給が需要を超える充電時間帯に対して、複数の充電要求の中のいずれかを水素エネルギー統合管理システム５０に第２通信部５０４を介して予め要求する。これにより、電力網７４の供給状態に応じた水素エネルギーシステム１０への電力供給が可能となる。なお、この例では単位をＭＷとしたが、ＭＷｈでも良い。また充放電要求は、デマンドレスポンスでも良い。
【００５７】
図１２は、再生可能エネルギー制御システム４０の再生可能エネルギー発電予測結果のデータの一例を示す図である。図１２に示すように、再生可能エネルギー制御システム４０は、時系列な再生可能エネルギー発電予測結果のデータを水素エネルギー統合管理システム５０に送信する。
【００５８】
図１３は、運転計画部５０８ｃ（図３）による運転計画に基づくアンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）の一例を示す図である。図１３に示すように、運転計画部５０８ｃは、電力網制御システム２０からの充放電要求と、再生可能エネルギー制御システム４０の再生可能エネルギー発電予測結果とに基づき、時系列な充放電電力の計画を行う。そして、水素エネルギー統合管理システム５０は、電力網制御システム２０からの充放電要求に答えられる場合には、アンサーバックとしてＯＫの情報を含む信号を電力網制御システム２０に送信する。一方で、水素エネルギー統合管理システム５０は、電力網制御システム２０からの充放電要求に答えられない場合には、アンサーバックとしてＮＧと足りない電力量の情報を含む信号を電力網制御システム２０に送信する。なお、運転計画部５０８ｃは、前日に翌日の運転計画を立てても良いし、水素需要と再生可能エネルギー発電予測が長期分のデータを入手できる場合は、翌日に限らず、数週間、数か月、数年、という長期の運転計画を行っても良い。
【００５９】
図１４は、事前にシステム間で送受信するデータのプロトコルと処理の流れを示す図である。図１４に示すように、まず、水素輸送システム３０は、第２通信部５０４を介して気体水素、及び液体水素の需要量と、出荷日時を水素エネルギー統合管理システム５０に送信する（プロトコルＰ１００）。
【００６０】
次に、水素エネルギー統合管理システム５０の目標水素量取得部５０８ａは、気体水素、及び液体水素の需要量に基づき、日ごとの所定時刻における液体水素タンク１０８の目標水素残量と、出荷時刻での目標水素残量を設定する（プロトコルＰ１０２）。また、電力網制御システム２０は、制約計算パラメータを算出し、水素エネルギー統合管理システム５０に送信する（プロトコルＰ１０４）。
【００６１】
次に、水素エネルギー統合管理システム５０の制約条件設定部５０８ｂは、制約計算パラメータと目標水素残量とを用いて水素エネルギーシステム１０の時系列な水素システム制約を演算し、設定する（プロトコルＰ１０６）。続いて、制約条件設定部５０８ｂは、演算した水素システム制約を電力網制御システム２０に送信する。
【００６２】
次に、電力網制御システム２０は、水素システム制約を用いて時系列な充放電要求を計画し、水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃに送信する（プロトコルＰ１０８）。また、再生可能エネルギー制御システム４０は、再生可能エネルギー発電予測結果を水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃに送信する（プロトコルＰ１１０）。
【００６３】
次に、運転計画部５０８ｃは、時系列な充放電要求と再生可能エネルギー発電予測結果とに基づき、水素エネルギーシステム１０の運転計画を生成し、アンサーバックを電力網制御システム２０に送信する（プロトコルＰ１１２）。
次に、電力網制御システム２０は、アンサーバックが全ての時間でＯＫであるか否かを判定する（プロトコルＰ１１４）。全てがＯＫであれば（プロトコルＰ１１４のＯＫ）、プロトコルＰ１０８で計画した運転計画に従った制御を行う。一方で、一部にＮＧが含まれていれば（プロトコルＰ１１４のＮＧ）、運転計画の変更を含むプロトコルＰ１０８からの処理を繰り返す。なお、運転計画部５０８ｃは、運転計画の作成が失敗した場合に、所定の時間が経過するまでアンサーバックを保留し、返答条件がそろってからアンサーバックを行ってもよい。所定の時間が経過するまでに、再生可能エネルギー発電予測結果が変更され、運転計画の全てがＯＫになる場合がある。この場合、運転計画の変更を含むプロトコルＰ２０２からの処理を繰り返すよりも、所定時間待った方が、全体としての処理効率があがる可能性があるためである。
【００６４】
次に、図１５に基づき、リアルタイムにシステム間で送受信するデータについて説明する。図１５は、リアルタイムにシステム間で送受信するデータ例を示す図である。図１５に示すように、第１通信部５０２（図３）は、電力網制御システム２０からリアルタイム放電要求、リアルタイム充電要求、リアルタイム短周期電力要求を受信する。ここで、周期Ｔａ＞周期Ｔｄの関係があり、例えば周期Ｔａは数分のオーダである。これらリアルタイム放電要求、およびリアルタイム充電要求は、周期Ｔａでの要求信号であり、リアルタイム短周期電力要求は、周期Ｔｄでの要求信号である。
【００６５】
図１６Ａは、リアルタイム放電要求の例を示す図である。図１６Ｂは、リアルタイム充電要求の例を示す図である。
【００６６】
また、第１通信部５０２（図３）は、水素エネルギー統合管理システム５０からリアルタイム水素システム制約と、リアルタイムのアンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）とを電力網制御システム２０へ送信する。これらリアルタイム水素システム制約と、リアルタイムのアンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）とは周期Ｔａでの送信信号である。
【００６７】
図１６Ｃは、リアルタイム短周期電力要求の無効電力要求の例を示す図である。図１６Ｄは、リアルタイム短周期電力要求の無効電力要求の異なる例を示す図である。図１６Ｅは、リアルタイム短周期電力要求のＬＦＣ（負荷周波数制御：ｌｏａｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ）要求の例を示す図である。図１６Ｃ乃至図１６Ｅに示すように、リアルタイム短周期電力要求は、例えば、Ｔｄ分後のＴｄ分間の短周期電力要求を表す。無効電力要求については、図１６Ｃに示すように有効電力と無効電力の対でもよいし、図１６Ｄに示すように力率と無効電力の対でも良い。
【００６８】
このように、リアルタイム短周期電力要求は、例えば系統の電圧安定化のための無効電力要求や、周波数安定化のための短周期要求であるＬＦＣなどを指す。これらは制約や運転計画の計算が間に合わない可能性があるため、対応可能か否かのチェックにとどめ、対応不可能であれば対応しない。このため、周期Ｔｄでは、リアルタイム水素システム制約と、リアルタイムのアンサーバック（ＯＫ／ＮＧ）とは電力網制御システム２０へ送信されない場合がある。  
【００６９】
図１５に示すように、第３通信部５０６（図３）は、再生可能エネルギー制御システム４０からリアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果を受信する。このリアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果は、周期Ｔａでの通信により受信される。
【００７０】
図１７は、リアルタイム処理のシーケンスの例を示す図である。ここでは、処理周期をＴａ分とする。Ｔａは任意である。すなち、ｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４の間隔はＴａ分である。また、水素発電装置１１４が発電を行うために停止状態から発電可能状態に至るまでの時間に余分時間を加算した時間をＴｂ分とする。さらにまた、水素製造装置が停止状態から充電を行うために製造可能状態に至るまでの時間に余分時間を加算した時間をＴｃ分とする。そして、ＴｂとＴｃの小さい方の値をＴｂｃとする。
【００７１】
リアルタイム水素システム制約は、Ｔｂｃ分後以降の制約を表す。例えばｔ０分に電力網制御システム２０に送信されたリアルタイム水素システム制約は、ｔ０＋Ｔｂｃ分後以降の制約として設定される。制約条件設定部５０８ｂ（図３）は、リアルタイムの制約計算の際には、実際の水素製造実績、再生可能エネルギー発電実績、現在以降の放電要求、現在以降の充電要求を用いてリアルタイム水素システム制約を演算し、設定する。例えば、現在以降の放電要求は、Ｔｂ分前の、リアルタイム放電要求を利用し、現在以降の充電要求は、Ｔｃ分前の、リアルタイム充電要求を利用する。一方で、リアルタイム放電要求は、Ｔｂ分後以降の要求を行い、リアルタイム充電要求は、Ｔｃ分後以降の要求を行う。リアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果は、再生可能エネルギー発電予測結果と同様であるが、現在以降の予測結果である。
【００７２】
図１８は、リアルタイムにシステム間で送受信するデータのプロトコルと処理の流れを示す図である。ここでは、まず周期Ｔａの場合のリアルタイム処理のプロトコルを説明し、次に周期Ｔｄの場合のリアルタイム処理のプロトコルを説明する。
【００７３】
周期Ｔａの場合、まず水素エネルギー統合管理システム５０の制約条件設定部５０８ｂは、制約計算パラメータ、目標水素残量、現在以降の充電要求、および放電要求を用いてリアルタイム水素システム制約を演算し、設定する（プロトコルＰ２００）。続いて、制約条件設定部５０８ｂは、演算したリアルタイム水素システム制約を電力網制御システム２０に送信する。
【００７４】
次に、電力網制御システム２０は、リアルタイム水素システム制約を用いてリアルタイムな充放電要求を計画し、リアルタイム充電要求、およびリアルタイム放電要求を水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃに送信する（プロトコルＰ２０２）。また、再生可能エネルギー制御システム４０は、リアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果を水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃに送信する（プロトコルＰ２０４）。
【００７５】
次に、運転計画部５０８ｃは、リアルタイム充放電要求とリアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果とに基づき、水素エネルギーシステム１０のリアルタイム運転計画を生成し、アンサーバックを電力網制御システム２０に送信する（プロトコルＰ２０６）。このように、運転計画部５０８ｃは、運転計画（図１４）よりも短周期の運転計画を更に生成する。
【００７６】
次に、電力網制御システム２０は、アンサーバックが全ての時間でＯＫであるか否かを判定する（プロトコルＰ２０８）。全てがＯＫであれば（プロトコルＰ２０８のＯＫ）、プロトコルＰ２０２で計画した発電計画に従ったリアルタイム制御を行う。一方で、一部にＮＧが含まれていれば（プロトコルＰ２０８のＮＧ）、運転計画の変更を含むプロトコルＰ２０２からの処理を繰り返す。運転計画部５０８ｃは、運転計画の作成が失敗した場合に、所定の時間が経過するまでアンサーバックを保留し、返答条件がそろってからアンサーバックを行ってもよい。所定の時間が経過するまでに、リアルタイム再生可能エネルギー発電予測結果が変更され、運転計画の全てがＯＫになる場合がある。この場合、運転計画の変更を含むプロトコルＰ２０２からの処理を繰り返すよりも、所定時間待った方が、全体としての処理効率があがる可能性があるためである。
【００７７】
周期Ｔｄの場合、電力網制御システム２０は、短周期電力需要を算出し、水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃに送信する（プロトコルＰ２１０）。運転計画部５０８ｃは、電力網制御システム２０から短周期電力要求をチェックし（プロトコルＰ２１２）、対応可能か否かを判定する（プロトコルＰ２１４）。対応可能な場合（プロトコルＰ２１４の可能）、電力網制御システム２０は、短周期電力への対応制御行う（プロトコルＰ２１６）。一方で、対応が不可能な場合（プロトコルＰ２１４の不可能）、制御を保留にして所定の時間が経過するまで待機する。
【００７８】
以上のように本実施形態によれば、水素エネルギー統合管理システム５０の目標水素量取得部５０８ａが水素輸送システム３０の水素需要データに基づき、目標水素生成量を取得し、水素エネルギー統合管理システム５０の運転計画部５０８ｃが目標水素生成量と電力網制御システム２０の充電要求のデータとに基づき、水素エネルギーシステム１０における運転計画を生成することとした。これにより、電力網制御システム２０と水素輸送システム３０とが独立した制御を行っている場合にも、水素エネルギーシステム１０の運転計画に基づく制御により電力網制御システム２０と水素輸送システム３０との独立した要求処理の調整が可能となる。
【００７９】
（一実施形態の変形例１）
一実施形態の変形例１は、モニターに水素エネルギーシステム１０の動作状態を表示させる表示制御部５１２を更に備える点で一実施形態と相違する。以下に一実施形態と相違する点に関して説明する。
【００８０】
図１９は、一実施形態の変形例１に係る水素エネルギー統合管理システム５０の詳細な構成を示すブロック図である。図１９に示すように、水素エネルギー統合管理システム５０は、表示制御部５１２を有する点で一実施形態と相違する。
【００８１】
表示制御部５１２は、表示部、例えばモニターに水素エネルギーシステム１０の動作状態を表示させる表示制御を行う。
【００８２】
図２０は、水素エネルギーシステム１０の充放電状況の表示画面例を示す図である。図２０に示すように、表示制御部５１２は、水素エネルギーシステム１０の充放電状況を示す数値と共にモニターに画面を表示する。
【００８３】
図２１は、水素エネルギーシステム１０の制約の表示画面例を示す図である。図２１に示すように、表示制御部５１２は、水素エネルギーシステム１０の放電時の制約を示す数値と共にモニターに画面を表示する。この場合、表示制御部５１２は、操作部の入力処理により数値の変更を行うことも可能である。表示制御部５１２は、充電も同等の画面を表示することが可能である。
【００８４】
以上のように、一実施形態の変形例１によれば、充放電状況の表示画面をモニターに表示させることで、状況を理解しやすくなり不具合の発見が容易になる。また、放電時の制約を示す数値と共に表示画面をモニターに表示させることで、放電時の制約状況を理解しやすくなると共に、設定誤りを減少させることも可能となる。  
【００８５】
（一実施形態の変形例２）
一実施形態の変形例２は、水素エネルギーシステム１０が蓄電池１１６と蓄熱槽１１８とを更に備える点で一実施形態と相違する。以下に一実施形態と相違する点に関して説明する。
【００８６】
図２２は、一実施形態の変形例２に係る水素エネルギーシステム１０の詳細な構成を示すブロック図である。図２２に示すように、水素エネルギーシステム１０は、蓄電池１１６と蓄熱槽１１８とを有する点で一実施形態と相違する。
【００８７】
蓄電池１１６は、水素発電装置１１４の発電電力が不足する場合に電力網７４への電力供給を補う。これにより、水素発電装置１１４の電力供給をより安定して行うことができる。また、蓄電池１１６は、水素発電装置１１４よりも応答速度が速いため、再生可能エネルギーなどを有効活用することが可能となる。
蓄熱槽１１８は、水素発電装置１１４を畜熱する。
【００８８】
以上のように、一実施形態の変形例２によれば、水素エネルギーシステム１０が蓄電池１１６を含むことで、再生可能エネルギーなどを有効活用することが可能となり、水素エネルギーシステム１０全体の消費電力を抑えることができる。また、水素エネルギーシステム１０が蓄熱槽１１８を含むことで、水素発電装置１１４からの排熱を、熱利用できる時間に合わせて供給することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法及びプログラムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法及びプログラムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。
【図１】
2020121441.tif 000003
【図２】
2020121441.tif 000004
【図３】
2020121441.tif 000005
【図４】
2020121441.tif 000006
【図５Ａ】
2020121441.tif 000007
【図５Ｂ】
2020121441.tif 000008
【図５Ｃ】
2020121441.tif 000009
【図６】
2020121441.tif 000010
【図７】
2020121441.tif 000011
【図８】
2020121441.tif 000012
【図９】
2020121441.tif 000013
【図１０】
2020121441.tif 000014
【図１１】
2020121441.tif 000015
【図１２】
2020121441.tif 000016
【図１３】
2020121441.tif 000017
【図１４】
2020121441.tif 000018
【図１５】
2020121441.tif 000019
【図１６Ａ】
2020121441.tif 000020
【図１６Ｂ】
2020121441.tif 000021
【図１６Ｃ】
2020121441.tif 000022
【図１６Ｄ】
2020121441.tif 000023
【図１６Ｅ】
2020121441.tif 000024
【図１７】
2020121441.tif 000025
【図１８】
2020121441.tif 000026
【図１９】
2020121441.tif 000027
【図２０】
2020121441.tif 000028
【図２１】
2020121441.tif 000029
【図２２】
2020121441.tif 000030
【国際調査報告】
2020121441.tif 000031
2020121441.tif 000032
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