需要家と電気事業のエネルギーをトータルで考える─ 需要家の特性解明と省エネ新技術 ─

41 2000.11

電中研レビュー No.

財団法人 電力中央研究所

電中研レビュー第41号

●

目

次

需要家と電気事業のエネルギーをトータルで考える−需要家の特性解明と省エネ新技術−
編集担当●

需要家エネルギー課題推進担当

省エネルギーセンター専務理事

巻頭言

浜松

城二

2

電中研「需要家サービスに関する研究」のあゆみ ……………………………

4

はじめに

智久

6

電気事業と需要家のエネルギーをトータルでとらえる研究の取り組み …

7１−１●電気事業と需要家 ………………………………………………………

9

１−２●需要家サイドの研究の狙い …………………………………………… 10

第１章

第２章

横須賀研究所長

橋本

照秀

深田

究極の省エネと快適性を目指した職住システムの展望 …………… 11

２−１●需要家のエネルギー消費構造の現状と展望 ………………………… 13

２−２●家庭用分野の新しいアプローチ ……………………………………… 15

２−３●業務用分野でのエネルギー消費構造と課題 ………………………… 18

第３章

IT時代の家庭用エネルギー −人間の行動解明と快適な省エネ− ……… 21

３−１●消費者の意識・行動とエネルギー消費特性 ………………………… 23

３−２●住宅需要家のDSM施策効果 ………………………………………… 26

３−３●家庭用エネルギーシステム新技術 …………………………………… 32

３−４●非侵入型電気機器モニタリングシステムの開発 …………………… 38

第４章

効率的なエネルギー利用と快適な熱環境作り−都市・業務用ビルを中心に− ……………………………………… 45

４−１●業務用需要家の電力消費構造とDSM施策効果の解明 …………… 47

４−２●事務所ビルの室内熱環境の解析手法 ………………………………… 50

４−３●ビルの空調・熱源新技術 ……………………………………………… 55

４−４●都市熱環境とエネルギー消費 ………………………………………… 60

第５章

分散型電源を用いたオンサイトエネルギーシステム ……………… 65

５−１●オンサイトエネルギーシステムと分散型電源 ……………………… 67

５−２●マイクロガスタービン、固体高分子形燃料電池システムの展望 … 69

５−３●システムの省エネ・経済性評価 ……………………………………… 72

第６章

今後の研究展開と期待される成果 ……………………………………… 79

６−１

需要家サービスに関する研究ビジョン…………………………………… 81

６−２

今後の研究展開……………………………………………………………… 83

おわりに

理事

田中

祀捷

85

引用文献・資料等 ……………………………………………………………………… 86●先端技術コラム目次
1．暖房・給湯用の新蓄熱物質を探索する …………………………………… 37
2．消費者をつかむ ……………………………………………………………… 42
3．エネルギーユーザ特性情報データベース ………………………………… 43
4．カプセル型氷蓄熱システムの性能を向上させる新しい過冷却解除剤−氷核活性細菌− ………………………………………………………… 59
5．リチウム二次電池による分散型電池電力貯蔵 …………………………… 77

巻

頭

言

情報通信技術の活用と省エネルギー−今後の省エネルギーを一層推進するために−
近年のエネルギー需要の動向を見ると、98
年度のエネルギー消費は景気の低迷から16年ぶりに前年比マイナスとなっていますが、民生・運輸部門のエネルギー消費は依然として堅調に伸び続け、両部門を合わせたエネルギ
ー消費は我が国のエネルギー消費の半分超を占めています。したがって、最終エネルギー消費に対する政府の対策ケースである「2010年に原油換算４億kÎ目標」を達成し、今後の省エネルギーを着実に推進するためには、これらの部門における強力な対策が急務となっています。
過去の実績からみると、これらの部門は、価格による需要抑制効果が期待されにくいとされていた分野でした。しかし、最近において情報・通信技術の発達とともに新
たなアプリケーションが開発され、消費者に正確な情報を迅速に提供することが可能になりました。リアルタイムにエネルギー消費量とその料金を計測・表示するメーターシステムの導入により、コスト意識の向上を通じた省エネルギー行動の促進が期待される状況になっているのです。
また、企業活動の環境面への貢献と経費節減による収益向上を、市場においても評価する動きが現れてきています。このような動きとあいまって、事業活動における環境保全コストを把握・公表し、「環境会計」の導入を検討する企業も増加しています。
今後はこうした環境面、すなわち、環境負荷の低減という側面でも省エネルギーの進展が必要とされています。
こうした状況を踏まえ、エネルギー需要を社会的に望ましい形態へと変化させる手段である「DSM（Demand-side Management）」に着目し、コスト意識を通じて需要家自身によるエネルギー需要の管理・抑制を図るための手段を「次世代DSM」と位2置づけたうえで、その普及・促進を図っていくことは、供給制度の自由化によるエネ
ルギー市場の効率化が進行している中で、省エネルギーの一層の進展に繋がっていく
ことが期待されます。
さて、次世代DSMには概して次のような内容があげられます。
まず、省エネ行動の具体化を支援するシステム・サービスとして、エネルギー使用
機器制御システム、ESCO（Energy Service Company）、電気の利用効率化・料金メ
ニューの多様化、環境会計等があります。ここであげるエネルギー使用機器制御シス
テムは、エネルギー消費機器を内部・外部から通信回線等を用いて制御するものであり、他の新技術開発に伴う開発・導入が望まれるところです。これは、昨年の「改正省エネルギー法」施行によりエネルギー消費機器（家電製品）にトップランナー方式が導入されて以来、機器そのものに対する技術開発と並行して進められていくものと予想されます。
また、コスト意識の向上を通じて期待される省エネルギーとして、コージェネレーション等を活用したエネルギーの有効利用や省エネ型建築物の改良を始め、家庭用・業務用の一般用途においても、その効果が期待されます。
省エネルギーセンターでは、今後、情報通信技術の進展をつうじて、エネルギー事
業者と需要家・消費者が一体となった快適な生活を創造する省エネルギー型社会の実現に向けて積極的な活動を展開していきたいと考えています。これまでに、一般家庭に対して消費電力や料金の表示をリアルタイムに表示する簡便なシステム（省エネナ
ビ）を開発し、モニタリング調査を行った結果、省エネ意識の向上と省エネ行動に相当の成果を確認しています。
このことからも幅広く省エネ意識を向上させていくことは、民生部門における省エ
ネルギー推進において大変重要であると確信しているところです。
財団法人 省エネルギーセンター 専務理事

橋 本 城 二電中研レビュー No.41● 3

電中研「需要家サービスに関する研究」のあゆみ
暦

1957

S32

農電研究所発足

1961

S36

アサクサノリの人工養殖研究開始

1962

S37

内

外

の

状

況

原油（石油）輸入自由化、油主石従時代へ

1965〜

大型自家発（石油火力）普及

1969

LNG本格導入（環境対策）

S39

1973.10 S48

第一次石油危機1974

S49

通産省サンシャイン計画発足

1978

S53

1979

S54

1980

S55

需要開拓研究の開始

1983

S58

ロードマネジメントのための需要・料金分析研究
開始

1984

S59

SHPの受託研究開始
ロードコンディショナ（LC）提案

1985

S60

負荷平準化のための料金制研究開始

SHP研究組合設立

1986

S61

アークプラズマ研究開始
リチウム二次電池研究着手

コージェネの系統連繋技術要件ガイドラインの呈示

1987

S62

研究目標に
「新サービスの創出」を策定
遠赤外線加熱研究開始
電力カードの研究開始
高性能給湯ヒートポンプ研究開始
ロードコンディショナー特別研究室発足

モントリオール議定書（特定フロンガスの削減合意）

1988

S63

魚工場研究開始

1989

H1

電力カード事業化方策等の研究開始
家庭用給湯ヒートポンプ研究開始（電力・メーカ共研）

1990.4 H2

4

当研究所の状況西

太陽光発電の受託研究開始
第二次石油危機
通産省ムーンライト計画発足
電力需要停滞（〜1982）

負荷集中制御システム確立実証試験（需要家情報）受託研究開始

国連環境開発会議（地球サミット）

西暦

1990.10 H2

当研究所の状況
太陽電池連系ロードコンディショナ開発実証試験
開始

H4

外

の

状

況

「地球温暖化防止行動計画」閣議決定
系統連系技術要件ガイドラインの改正

1991.10 H3
1992

内放射冷房研究開始
企画部に「省エネルギー担当」設置
DSM需給マネジメント研究開始
発電設備設置需要家からの逆潮流許可
ニューサンシャイン計画・分散型電池電力貯蔵技
術開発（10ヶ年）開始
省エネルギー法改正
LIBES技術研究組合設立

1993.3 H5分散型電池電力貯蔵技術受託研究開始
電力コントローラ研究開始
熱環境シミュレーション研究開始

1994

H6

地域・需要家サービス研究会設置

1995

H7

統合資源計画（IRP）研究着手
自然冷媒ヒートポンプ研究開始

電気事業法改正（発電市場の自由化）

1996

H8

環境共生省エネ都市（ネットワーク都市）研究会
設置

各電力IPP募集開始・入札

1997

H9

リチウム二次電池プロジェクト発足
非侵入型モニタリングシステム研究開始
需要家サイド研究戦略検討会答申
需要家エネルギー課題推進担当設置

.8
.10
.12

1998

H10

1999.4 H11

2000.3 H12

電事審・電力負荷平準化対策検討小委報告
第３回気候変動枠組み条約締約国会議開催（COP3：京都会議）
二酸化炭素、代替フロンガス、ほか６種類の温室効
果ガスの削減合意
需要家エネルギーの３ヶ年研究開始
CO2給湯ヒートポンプ共同研究（電力・メーカ）
開始

マイクロガスタービン、固体高分子形燃料電池のニ
ュース、マスコミを賑わす
電力需要停滞都市街区熱環境研究開始
需要家意識・行動・エネ消費相関解明研究開始

改正省エネルギー法施行（トップランナー方式採用）
電力の部分自由化（2000kW.2万V以上の大口需要家）
電力系エネルギー事業会社あいついで設立
通産省への電力供給をダイヤモンドパワー社が入札

電中研レビュー No.41● 5

は

じ

め

理事 横須賀研究所長

に
深田 智久

電気事業では、公益事業として温室効果ガスの排出抑制・コスト低減のために省エネルギー、負荷平準化の努力を行ってきた。特に、増大が続く民生用需要に対して
どのように対応していくかは今後も重要な課題である。
一方、エネルギー業界においては電力コストダウンに向けた規制緩和が推進され、電気事業も自由化の時代を迎えつつある。このため、新しいエネルギーサービスを提供する需要家に直結した企業活動が重要となっているが、幅広い技術分野が関連している需要家サイドの研究・開発をどのように行っていくかが、電気事業にとって極めて重要となっている。
電力中央研究所における需要家に関わる研究は古く、1950年代に始まる農水産業分野での電気利用の研究にさかのぼることができる。1980年代からはロードコンディショナー、野菜・魚工場、ヒートポンプや電力マルチメニューなどの「電気利用技術」の研究を本格化し、平成９年10月から需
要家サイドの研究を強化する一環として需要家エネルギー課題推進担当を設置し、全所的な体制で研究を行ってきている。
この電中研レビューでは、この課題推進担当のもとでの研究成果を、関連する基礎基盤研究の成果も含めて紹介する。おりしも2000年3月の大口需要家に対する小売自由化につづき、2003年には自由化範囲の見直しが行われることがすでに決まっており、本レビューが今後の需要家への新しいサービスを考える上での一助になれば幸いである。

6

第

章

1

電気事業と需要家のエネルギーをトータルでとらえる研究の取り組み

第１章

電気事業と需要家のエネルギーをトータルでとらえる研究の取り組み ● 目
需要家エネルギー課題推進担当

浜松

次
照秀

１−１

電気事業と需要家 ……………………………………………………………………………………………………………9

１−２

需要家サイドの研究の狙い………………………………………………………………………………………………10

浜松 照秀（昭和45年入所）
昭和59年複合発電研究室長、平成３年エネルギー部長、平成７年研究開発部・研究開発担当部長、平成９年横須賀研究所副所長、平
成10年需要家エネルギー課題推進担当併任、平成11年参事。発電所温排水冷却技術、低温
ケーブル冷却技術、太陽熱発電、蒸気貯蔵発
電、石炭ガス化等IGCC技術、ヒートポンプ
技術など火力・エネルギー技術の研究に従事。
専門分野：機械工学・熱工学。

8

１−１

エジソンは1878年10月ニューヨークで、コスト的にも電気事業と需要家○

需要家に関する情報やエネルギー消費特性、エ

技術的にも発電機・並列配電網と協調する高抵抗の白熱

ネルギーライフスタイルがマクロな需要特性に灯を発明し、明かりを提供するシステムと数多くの新技隠されて、需給のきめ細かい評価・対応が容易

術を売る会社（現GE）を設立し、続いて設立した世界

でないこと、そして需要家所有のエネルギーシ

初の電力会社（現Con. Edison電力）がパールストリー

ステムの最適化も容易ではないこと、

トに蒸気機関・直流発電機による石炭火力発電所を建設○

電気を利用した省エネルギー技術（高効率な加熱器、エアコン、ヒートポンプなど）や、需要

し、1882年に通電した。
一方、1878年3月25日、東京虎ノ門工部大学校におい家自らが電源を所有して熱電エネルギーを自給て英国人エルトンは学生藤岡らとグローブ電池によりアする技術（ディーゼル、ガスエンジン、小型ガーク灯を点灯してみせた。この驚きは起業家を動かし、スタービン、新型燃料電池、新システム技術ほ

1883年にはわが国でも移動式発電機と電灯をセットにしか）が出現してきているが、何がトータルで適た電力会社（東京電灯）が産声をあげ、1887年わが国初

切か未解明であること、∏πの発電所（電灯局）ができた。

電気事業の最初は、このように「明かりの提供」であなどが今後のエネルギー事情に関する施策や技術開発を考える上で重要な要素として注目される。

り、その後も人々にあまねく明かりのサービスを売るこ

しかも、多種多様な発電用エネルギー資源の中で、天とであった。しかし電気エネルギーの用途の広さは無限

然ガスは、温室効果ガス（CO2）の抑制とエネルギーのといってもよいほどに拡大を続け、電気利用機器の製造供給力の観点と豊富な資源の展望に支えられて、21世紀

販売と電気を供給する電気事業は別々となって、電力のの中心的なエネルギー資源となろうとしている。

自由化時代を迎えた今日まで、電気事業は「責任をもっわが国ではLNG（現在年間4900万トン余輸入）を中て電気を安全に供給する仕事を専門とする事業」という心とする都市ガスインフラが成長しつつあり、天然ガス、時代が長く続いた。

プロパン、灯油などに加えて、各種化石燃料の転換・ク

さて、わが国では、高度経済成長時代の最後に起きたリーン化技術の開発によりメタノール、ディメチルエー

二度の石油危機以後、一次エネルギーのうち産業用のエテルといったクリーンな合成炭化水素燃料の普及可能性

ネルギー消費量が横這いに保たれている中で、民生用エも考えられている。

ネルギー需要は増加の一途である。
生活・職場の便利さや快適性、職場のOA機器など、

CO2抑制、自動車排ガスクリーン化に向けて、大口小口の民生用エネルギー需要家がクリーン燃料を、手軽に職住生活の便益を追求する民生用エネルギー・電力の需入手できる時代が到来しようとしており、電気・熱エネ

要、そして電力化率（発電用エネルギー消費の対一次エルギーの生産・供給の基本技術や社会のインフラも用途、

ネルギー比：現在40％）ともに、なお増加傾向にあり、地域によっては根本から変化する可能性も出てきている。

省エネルギーの推進、電力系統の負荷率改善とそれらの一方で、世界的な規制緩和の波の中で、2000年３月21

ための技術革新は、国、電気事業、国民を挙げての最重日、電気事業は大口小売の自由化策が発効し、ガス事業

要課題となっている。

の自由化とも合わせてエネルギー事業のボーダーレス化

しかし、電気の供給システムが「自然独占」という理が始まった。

論？に沿って巨大化し、電気の供給と消費が分化した時

このように、一次エネルギー源の構成の変化、規制や規代が長く続いてきた結果、電気事業と需要家のエネルギ

格など社会システムの変化とともに、既存の巨大な電力供ーをトータルでみて、省エネルギー推進や供給システム

給システムに連系され、かつ自律的に運用される、ダウンの負荷平準化を図る上で、以下のような問題点が浮上しサイジング化したエネルギーインフラが共存（？）するエてきていると考えられる。すなわち、

ネルギー利用技術の出現が、新時代をうかがっている。

電中研レビュー No.41● 9

１−２

需要家サイドの研究の狙い

電気事業は、明かりと電力供給システムをセットでサ費や電力需要の変遷に大きく動機づけられてきた。第二ービスしたエジソンの時代を想起させるかのように、再次石油危機後の３〜４年間、電力需要が停滞する中で電び、エネルギーの生産・供給と消費をトータルで捉える

気利用による省エネ、負荷平準化、電気の高度な利用の時代を迎えた。そして今後は、全体をサービスとして提観点から種々の研究をスタートさせて、今日の研究の草供し、需要家の便益を向上させながらわが国全体の課題

創となっている。

である省エネルギーを推進する時代に突入した。

このような背景のもとで、需要家が所有するエネルギ

ただし現代は、地球環境と有限なエネルギー資源を守ー利用システムについて、省エネルギー、負荷平準化、りつつ、豊かな経済社会を構築しなければならないとい需給相互便益を目指し、解明すべき事象や特性、開発すう厳しい制約がある。

べき革新的技術を整理し、当研究所の取り組む課題につ周知のごとく、エネルギー・電気の供給側は、資源確
保・加工、発電、輸送・流通、全体システム、と極めていて、以下のように考えた。
○

多岐の社会・人文科学、工学・技術で構築されているが、需要家の意識・行動様式・特性の把握と方策効果
・エネルギーライフスタイルとエネルギー消費実

需要家サイド、消費システムも、これらに匹敵するほど態・特性、（ロードサーベイ、新モニタリンの幅広い学術・技術が関わっている。しかもそれらはエグ技術）情報化エネルギーシステム

ネルギー・電気の絶対量が必要なのではなく、それがも・エネルギー消費特性と方策効果

たらす便益、付加価値であり、社会そのものでもある。

DSM・省エネの効果

必然、その研究も一見体系的な課題になりにくい。

○

エネルギーシステム基盤技術の開発

さて、わが国全体の省エネルギー技術革新として、ム・需要家エネルギーシステムの計画・運用技術

ーンライト計画（当時）が発足し、各種のエネルギー利・建物と周辺の熱・光環境特性、空調新技術

用効率向上のプロジェクトが推進されてきている。
さらに今日では、衆知の地球温暖化防止条約締約国に（ビル・街区の熱環境解明、放射利用空調）○

よる温室効果ガス削減の国際合意が形成され、需要家の・ヒートポンプ、蓄熱技術

エネルギー利用に関係の深い炭酸ガスおよびフロンガスの排出を削減しなければならない時代になった。また、減少が続く電力系統負荷率を2010年までに60％まで戻すという目標も国策として定められた ∫。

革新的エネルギー技術の開発（自然冷媒ヒートポンプ、新型の蓄熱材・物質）○

オンサイト型熱電エネルギー技術の特性解明・評価
・小型ガスタービン、高分子燃料電池
本レビューは、需要家エネルギー課題推進担当のもとこの30年間、産業用エネルギー消費は見事に抑えられで最初のフェーズとして研究してきた成果を概観したもている中で、民生用エネルギー消費、電力消費は国民ののであり、大半は継続して研究中のものである。今後の便益、快適性の追求により増加の一途である。

成果も引き続き注目していただきたい。

当研究所の需要家サイドの研究は、一次エネルギー消

10

第

章

2

究極の省エネと快適性を目指した
職住システムの展望

第２章

究極の省エネと快適性を目指した職住システムの展望 ● 目

２−１

需要家のエネルギー消費構造の現状と展望

２−２

家庭用分野の新しいアプローチ

２−３

業務用分野でのエネルギー消費構造と課題

12

次

横須賀研究所プラント熱工学部

上席研究員

岩坪哲四郎

経済社会研究所

上席研究員

浅野

浩志

情報研究所

上席研究員

鈴木

正

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

中野

幸夫

……………………………………………………………………………13…………………………………………………………………………………………15……………………………………………………………………………18

岩坪哲四郎（昭和57年入所）
主に、高性能給湯ヒートポンプの開発、蒸気貯蔵・蓄熱システム、都市・家庭などのエ
ネルギー需要分析に関する研究等に従事してきた。現在、ヒートポンプ、コージェネなどの各種エネルギー変換機器のシステム解析・評価に取り組んでいる。

浅野 浩志（昭和59年入所）
電気料金理論、デマンドサイド・マネジメ
ント(DSM）、統合資源計画（IRP）、分散型
資源、送電料金設定理論など効率的な電力供給システムの構成と運用に関する研究の他、エネルギー環境システムの分析と評価に関する研究に従事している。

鈴木正（昭和51年入所）
コロナ放電などにより電気設備から発生する電波雑音に関わる研究に従事した後、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）に出向。昭和62年から需要家系情報通信システムと地域情報化に関する研究に従事。

中野 幸夫（昭和56年入所）
UHV交流・直流送電線の電気環境問題に関する研究に従事した後、赤外線加熱ならびに放射冷暖房に関する研究に従事。
平成４年以降、民生部門の省エネに関する研究にも取り組んでいる。

２−１

2-1-1

需要家のエネルギー消費構造の現状と展望ている。現行の最終エネルギー消費・ CO 2 排出量の現わが国全体のエネルギー消費構造と民生部門の重要性

行見通し（図 2-1-1）にそって、1997 年 12 月京都会議での温暖化ガス排出数値目標「2010 年に 1990 年比マイナス６％」の達成を部門別に考えてみると、産業部門
は産業構造変化や技術進歩からエネルギー消費の大幅

わが国の最終エネルギー消費は、80 年代半ば以降、原油価格の低位安定や豊かさを求めるライフスタイル

な伸びは予想できない．したがって、残りの民生・運等を背景に総量としては一貫して増加してきたが、輸、特に消費増大ポテンシャルの大きい民生部門の省1998 年度には景気低迷の影響を受け産業部門が大きく

エネルギーをいかに実現していくかが問題である。

マイナスになったことから、第２次石油危機以来 16 年

また、最終エネルギー消費の動向を、電力需要で見ぶ り に 対 前 年 比 マ イ ナ ス（ ▲ 1 . 1 ％ ） に 転 じ て い る 。

てみると、産業用電力需要（約 40 ％）が概ね横ばいで1999 年度もこの傾向は続いているものと考えられるが、推移しているのに対して、家庭（約 30 ％）・業務用（約2000 年に入り景気回復の動きを受け、猛暑の影響もあ30 ％）電力需要は増加傾向にあり、最近は特に業務用

り８月 25 日に 10 社計最大電力を 5 年ぶりに更新するな

電力需要が高い伸びを示している。これに伴い電力化

ど、エネルギー需要は比較的堅調に推移しており、長率も民生部門を中心に上昇している。前述のように、期的に見れば、今後も最終エネルギー需要の伸びを想

今夏の電力ピーク更新に見られるように、今年は景気定する必要がある。

回復と猛暑の影響により電力需要の大きな伸びが予測

エネルギー消費の動向を、産業、民生、運輸の３部されているとともに、今後も、情報化の進展、快適志門で見た場合、約５割を占める産業部門のエネルギー

向の高まりなどにより、民生部門を中心に 2000 年から

消費トレンドは、第一次（73 年）・第二次（78 年）石2025 年にかけて年率 1.4%と総エネルギー需要を大幅に油危機以降ほぼ横ばいである。これに対して、残り５上回って伸びるものと予測されている ∏ 。このように、割を分け合う民生、運輸の２部門の最終エネルギー消省エネルギー推進、CO2 排出抑制の観点からは、負荷平費は着実に伸びており、最終エネルギー消費全体が対準化の観点も含めて、電力需要にどのように対応して前年度比マイナスに転じた 1998 年度においても増加しいくかが極めて重要な課題と言えよう。

480

456（注３）

430
炭
素
換 380
算
百
万 330
ト
ン

393
349（注１）
最終エネルギー消費280

287（注１）

CO2排出量
230
1973

75

80

85

90

56

430

60

原
380 油
換
算
330 百
万
kl

400
347

314

96

480

287（注２） 280（90年度レベル）
2010

230

年度
注１．原子力2,020kWh、新エネ679万kl（1990年実績）
注２．原子力4,800kWh、新エネ1,910万kl（現行長期エネルギー需給見通し）
注３．2001〜2010年度の平均経済成長率を２％程度と仮定し算出

図2-1-1

最終エネルギー消費・CO2排出量の実績と現行見通し

電中研レビュー No.41 ● 13

700

2-1-2

電力負荷（MW）

600
500
400

都市、家庭レベルでエネルギー消費構造をとらえる

業務系電力

300

省エネルギー技術を考えるには、前述のわが国全体

200の議論だけではなく、それぞれの省エネルギー技術の100適用対象に合わせて、よりミクロなエネルギー消費を

住宅系電力

0
0

2

図2-1-2

4

6

8

とらえる必要があるが、その消費実態は良くわかって

10 12 14 16 18 20 22 24
時刻

いないのが現状である。たとえば、地域熱供給、分散型電源などに対応するものとして、都市（60 万人）の仮想都市（民生用需要のみ）の
夏季代表日負荷特性

電力消費パターンを電中研で検討した結果を図 2-1-2 に示す π。このように業務分野と家庭分野では電力需要パターンが異なっており、これらの負荷が合成されて都市の電力需要となっている。

冷熱廃熱
利用

外部エネルギー入力
6642 Tcal

冷熱廃熱利用による廃熱減少分
動力および吸収冷凍駆動熱

電力発送電
ロス

太陽光

系統電力
2268 Tcal

温熱負荷 1803 Tcal
エネルギー負荷合計
温熱負荷（暖房、給湯、厨房）
最終エネルギー負荷合計
4485Tcal
4485 Tcal
廃熱4432Tcal
1803 Tcal

石油・その他
719 Tcal
ガス
1003 Tcal
太陽熱
廃棄物

冷熱負荷（冷房）
845Tcal
空気等からの採熱

電力負荷（照明、動力等）
コージェネ 1837 Tcal
電

ゴミ発

都市電力
システムロス

燃焼廃熱

都市の年間エネルギー需給フロー・チャート
外部エネルギー入力
20132 Gcal

太陽光

電力発送電
ロス

冷熱廃熱
利用による
廃熱減少分

冷熱廃熱
利用
HP動力および吸収冷凍駆動熱
冷熱負荷
8631 Gcal

系統電力8133 Gcal
石油・その他
780 Gcal
ガス
1711 Gcal
太陽熱
廃棄物

空気等からの採熱
温熱負荷2043 Gcal
（暖房、給湯、厨房）

最終エネルギー負荷合計
16394Gcal

電力負荷（照明、動力等）
コージェネ 5720 Gcal
電
燃焼廃熱
ゴミ発
都市の夏季代表日のエネルギー需給フロー・チャート

図2-1-314

仮想都市（民生用需要のみ）の年間および夏季代表日におけるエネルギー循環

さらに、電力だけでなく、ガスなど他のエネルギー

応する必要がある。

需要も含めて都市レベルでのエネルギー需給を分析しこのように、民生部門でのエネルギー消費を考えるた結果を図 2-1-3 に示す。このエネルギー需給フローチには、平均的な消費特性だけではなく、各エネルギーャートでは、従来の分析では機器への投入エネルギー

ユーザ個々の特性をとらえることが必要であり、使用で評価されてきた最終エネルギー消費だけでなく、特されている機器、エネルギーユーザの意識などに踏みに冷房（冷熱）でエネルギーユーザが利用するエネル

込んで、エネルギー需要をとらえていくことが重要で

ギー負荷を分析しており、年間のエネルギー需要に対ある。

して、夏期代表日には冷熱負荷に占める割合が極めて大きいこと、温熱負荷に占めるヒートポンプ利用がまだまだ少ないことなどが分かる。
さらに、小さい家庭レベルでのエネルギー消費を考えてみると、１家庭の電力消費は機器のオン・オフに応じて極めてランダム、変動が激しいものであるのに対して、多数戸で見てみると平均化されて、前述の都

kW
4

kW
4

所要電源容量4.0kW

3

3

2

2

1

1

所要電源容量1.5kW

市レベルでの住宅電力負荷と同じような負荷となっている（図 2-1-4）∫。一般に、家庭の電力負荷として考えられているのは平均化された負荷であるが、各家庭で

0

0
0

6

12

18

24

戸別の電力負荷例（４人家族）

0

6

12

18

24

多数戸平均の電力負荷（400戸）

省エネルギー技術を導入する場合は、ランダム・変動が激しく、かつ、各家庭ごとに特性が異なる負荷に対

２−２

2-2-1

図2-1-4

戸別および平均の住宅電力負荷

家庭用分野の新しいアプローチ

今後も伸び続ける家庭用エネルギー
消費

当然のことながら、エネルギー消費構造の地域差は大きく、暖房用消費が欧米並みの北海道では世帯当たり
エネルギー消費量は、関東の 1.7 倍に達するº。
家庭用エネルギー消費のエネルギー源別の内訳では家庭部門のエネルギー消費は、1970 年度から 25 年間

電力が 43%と最も多く、次いで灯油の 25%、都市ガスので丁度 2 倍に増え、1997 年度のわが国最終エネルギー消

18%、LPG の 12%となっている。世帯当たりエネルギー

費の 14.0%を占める。これまで世帯数の増加(年間 1.4 ％消費は、1990 年〜 1998 年で年率 0.5%と低い伸びにとど程度)や電化製品の普及・大型化・多機能化を背景にまるが、同期間の電力消費の伸びは 2.1%と大きい。図1995 年度まで増加傾向で推移してきたª。しかし、1996

2-2-2 に示すように電力の 68%が冷房機器、冷蔵庫、照〜 98 年度は主に気象要因により暖房、給湯需要が減少

明器具、テレビの 4 つの機器で消費されている。

し、合計でやや減少している。
図 2-2-1 に世帯当たり用途別エネルギー消費を示す。

以上はあくまで実際には存在しない日本平均のエネ
ルギー消費の形であり、各家庭でのエネルギーの使わ用途別では、動力その他 36 ％が最も多く、これは多様

れ方は世帯属性や生活様式によりさまざまであり、詳な家電機器の登場あるいは大型化の傾向を反映していしくは 3-2 節を参照されたい。

る。次いで、給湯 29%、暖房 26%、厨房７%と続き、稼

家庭用需要の特徴は、所得の上昇によりエアコンが働期間の短い冷房は年間エネルギーでは２%に過ぎない。

各部屋に設置されるように所得効果が大きく、エネル

電中研レビュー No.41 ● 15

ネルギー消費は、個人の生活様式に大きく影響され、必ずしも経済合理性のみで決まるわけではないため、

冷房
２％

市場そのものをエネルギー効率化する Market

暖房
26％

Transformation（市場の改変）の考え方が有効である。

動力他
36％

具体的には、DSM プログラムのようにある特定の事業

10.9Gcal/世界者がある特定の期間に実施する省エネ施策ではなく、需要家、省エネ機器製造者、販売業者、建築業者など
厨房
７％

給湯
29％

省エネ市場に参加するあらゆる主体が省エネ投資の市場障壁を低くする方策を総称する。
わが国では、1999 年改正省エネ法で施行された家電

図2-2-1（6）

家庭における用途別エネルギー数

機器等の省エネルギー基準がその代表例である。例えば、特定機器に指定されたヒートポンプ型のエアコンの場合、目標年度におけるエネルギー効率を現在よりも出荷平均で 63%改善することとされており、消費者自

エアコン・
クーラー
25％

その他
32％

身が意識しなくてもある程度の省エネが自動的に実現される。とはいえ、これは省エネのボトムラインであり、消費者自身が省エネ型機器を積極的に購入できるような情報が提供され、意識が高まることが望ましい。
しかし、意識に訴えるだけでは省エネ行動は永続しな

冷蔵庫
17％
テレビ
10％

いため、きめ細かい料金情報など制度などを活用して省マネーに結び付くモニタリングシステム、エネルギ
ー管理システムの開発・普及が急務である。

照明
16％

2-2-2
図2-2-2

IT の進展と環境意識の高まり

家庭における機器別電力消費（7）2000 年３月末時点でインターネットの普及率は23.7 ％に達しており、今後もパソコンや通信コストの低ギー価格にかかわらず一貫して伸びてきた。今後 10 年

下により増加傾向が続くと見られる（日経 BP 社「イン間は世帯数が伸びることもあり、年率 1.1 ％で最終エネ

ターネット普及率調査 2000 年春」）。家庭の IT 化はどの

ルギー消費が増加することが予測されている∏。特に利ように進み、エネルギーの使い方にどのような影響を便性が高く、自由化により電力価格の実質的な低下が及ぼすか。エネルギーの分野ではシステム化による省期待されるため、電力需要の伸びは 1.7 ％と大きい。総エネルギーが目的として明確であるため、その導入効

電力需要に占める家庭部門のシェアは 2010 年度には、果に対してコストがそれほど大きくなければ、各世帯

1997 年度より２%ポイント大きくなり、28.7 ％と予想さで判断できよう。宅内に光ファイバーや同軸ケーブルれている。高齢化、快適志向、外食の増加等ライフスなど通信専用線を張り巡らせるホームバスは工事が大タイル(生活行動の特徴)の変化がエネルギー消費に影響変であまり普及しなかった。そこで必ず配線されていを与えている。

る電力線や配線不要の無線、赤外線を用いてホームネ

COP3 合意を踏まえた温暖化ガス排出抑制（2010 年度

ットワークを組む方式が有望視されている。主要な家に 1990 年度比マイナス６％を目標とする）への取組み

電機器ごとの電力消費を表示して省電力に役立てたり、上、エネルギー消費が伸び続ける家庭部門での省エネ

火災報知機等と連動させて非常時に機器の電源を切っ

ルギー対策が強化されようとしている。家庭部門のエたり、外出先から自宅の機器の監視制御を可能とする。

16

将来は実時間料金的なものも家庭に適用され、快適性

・きめ細かな料金制度の設定を保ちながらコスト最小化できるような運転モードが（例えば、供給コストを反映した実時間料金）

自動的に選択されるようになる。

・電気使用データの提供

上記の新技術が浸透する一方、次のような消費者の（大型機器や屋内回路別の時間別使用実績データを

意識の変化も今後の家庭用エネルギーの選択に大きなホームパソコンへ出力）影響を与えよう。健康志向の高まりとともに、50 歳以

・最適な料金制度の提案

上では３〜４割の主婦が、価格が高くとも有機栽培野（使用実績データをもとに最適な料金制度を選定）

菜を買うと答え（農水省調査）、食品添加物をできる限・各種省エネ情報の提供や省エネのアドバイス

り使わない商品を買い求める人が増えている。これと（例えば、使用実績データを使用した機器運転モー

同じ動きがエネルギーの分野でも見られ、電気料金のド変更による省エネ・省マネーシミュレーション）

節約ではコストの回収が難しい太陽光発電システムをなど設置したり、風力等環境負荷の小さい再生可能エネル○需要家対応業務の効率化

ギー建設に寄附するグリーンファンド設立の動きが見

・自動検針、ロードサーベイ

られる。このような環境意識の高い消費者のニーズに・転入居、契約変更処理応えるためにも、家庭においても IT 技術を活用した、など

エネルギー有効利用のための技術的・制度面のバックアップが必要である。

b) 新規事業展開
電気事業が有する資源（人材、土地、建物、設備）
やブランド力（需要家の信頼感）を活用し、グループ

2-2-3

電気事業の経営環境変化と新しい需
要家サービス

企業や一般企業と必要に応じて共同で、事業を展開する。事業内容については、今後の検討が必要と思われる。

世界的な規制緩和の流れを受け、我が国でも平成 12
年３月に特別高圧需要家（受電電圧 20kV、使用電力２

この分野で先進的な活動を行っている四国電力ñのMW 以上）に対する電力の小売りが自由化され、また、OpenPLANET IPA プロジェクトøでは、新サービスと３年後をめどに自由化の範囲拡大が検討されることにして、なっている。このような背景を受け、今後、家庭用需・省エネルギー

要家部門でも競争力強化を目指さした、きめ細かな料

電気エネルギーの無駄な使用の排除、節約、夏季金制度の設定や関連情報の提供などが実施されると考ピーク低減などをねらいに、住宅内のセンサーをえられる。

利用して不要な照明や保温の停止、住人の意図を一方、電力小売り自由化の規制緩和により電気事業に課せられていた兼業規制が緩和され、電気事業の企
業特性を活かした各種新規事業が展開されつつある。
先に述べた、反映した省エネ制御、電力会社からの DSM 指令にもとづくエアコン温度の設定変更などを行う。
のほか、新規事業に対応するものとして、・防犯・防災・今後も伸び続ける家庭用エネルギー消費

非常災害や不法侵入などから住人の安全や財産を・ IT の進展（インターネットの普及）と環境意識の守ることをねらいに、住宅内のセンサーや放送電高まり

波などから情報を収集し、住宅内の家電機器を適と電気事業の経営環境変化から、今後の家庭用需要家

切に制御する。

に対して、以下の新たなサービスや機能が必要となろ・高齢者の生活支援う。

高齢者世帯、独居老人や障害者の生活支援をねらa) 電気事業の競争力強化

いに、健康管理のための基礎データや生活パター○新サービスの提供ンなどを収集、チェックするとともに、留守でも電中研レビュー No.41 ● 17

ないのに水道が全く使用されていない場合などの高度情報化社会の到来で、家庭生活はこれまでと異異常状態を検知した場合は、家族や関連機関など

なる利便性、効率性、快適性を手にいれるようになろに通報する。

う。エネルギーサービスの面でも新しいアプローチがの実証実験が行われた。

２−３

2-3-1

試みられようとしている。

業務用分野でのエネルギー消費構造と課題
部門はエネルギーに占める電力の割合が大きいため、業務用エネルギー需要の特徴

最終エネルギー消費におけるシェアの約２倍の 24.8%を占める。2000 〜 2010 年度の電気事業用電力需要の伸び

1998 年度の業務部門の最終エネルギー消費は、は 1.8%と予測され、とりわけ業務用の伸びは顕著で

1891PJ（4883 万石油換算 kÎ）で、最終エネルギー消費3.1%と GDP の約 1.8 倍のペースであるΩ。これは経済のの 13%を占める。業務部門のエネルギー消費は経済活動サービス化、OA 化の進展や競争導入による電気料金値と相関が大きく、1965 年度には 7%程度であったシェア

下げの影響が大きいと見られる。

が経済成長とともに 1998 年度には 13%まで増加してい業務部門には、産業部門の管理部門(事務所ビル)およる。エネルギー源としては電力が選好されおり、1998

び電気・ガス・運輸業を除く第三次産業が含まれ、非年度で電力構成比は 45.9%に達する。表 2-3-1 に示す用

常に多種多様の業種を含む。図 2-3-1 に９業種別のエネ

途別エネルギー消費量をみると、電力固有の動力・照ルギー消費の推移を示す。シェアを伸ばし、かつ大き明用が 1990 年度の 33.0%から 1998 年度の 39.7%とシェア

いのは、卸・小売業と事務所ビルで、それぞれ 1998 年ª

を伸ばしている 。この背景には事務所ビルの床面積の度で業務部門エネルギーの 21%、18%を占める。続いて、増大と全業種にわたる情報化の進展があげられる。他

ホテル、病院、学校の順となり、多くの需要家サービの用途で大きいのは、暖房の 25%前後、給湯用途の 22%スに関する分析でもこれらの業種に焦点を当てることであるが、これらの需要は飽和傾向にあり、床面積当が多い。業務部門のエネルギー消費は、業務活動指数

たりの消費原単位は減少傾向にある。冷房用途は家庭として床面積と相関が高い。

用に比べて大きいものの、1990 年代に入り、機器普及

2-3-2が一巡し、気象変動の範囲内でシェアは７〜８％で安事務所ビルのエネルギー消費特性

定している。
業務用電力需要は 2267 億 kWh（1998 年度）で、業務業務用需要の契約電力の業種別の内訳は、事務所・

表2-3-1 用途別エネルギー消費原単位（6）（103kcal/m2, %）（1998年度）
暖房用

冷房用

給湯用

厨房用

動力用

合計

構成比

電力

4.3

13.2

0.0

0.0

112.6

130.1

45.9

ガス
石油

5.3
56.2

4.8
3.3

18.4
36.4

18.9
0

0.0
0.0

47.4
95.9

16.7
33.8

石炭

1

0.0

4

1.5

0.0

6.5

2.3

太陽熱

0.0

0.0

3.8

0.0

0.0

3.8

1.3

合計

66.8

21.3

62.6

20.4

112.6

283.7

100.0

構成比

23.5

7.5

22.1

7.2

39.7

100.0

注：太陽熱には、地熱、熱を含む。

18

50,000

エネルギー消費量（1010kcaal）

45,00040,000
その他
娯楽場
病院
ホテル・旅館学校
飲食店
卸小売
デパート/スーパー
事務所・ビル

35,00030,00025,00020,00015,00010,0005,000
065 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97
年度

図2-3-1 業種別エネルギー消費量の推移（6）官公署が 27.9%（1998 年度、通産省調べ）と最も多く、ついで百貨店・商店の 22.2%となっている。事務所ビル
では冷暖房用および空調動力用のエネルギー消費が、［Mcal/h］
250

電力

冷房

暖房

給湯

9

11 13

15 17 19

全エネルギー消費の半分近くを占める¡。
図 2-3-2 に床面積 3000 ｍ 2 程度の小規模事務所ビルの200

電力・熱負荷パターンを示す¬。これは通常事務所ビル

150の場合で、インテリジェントビルの場合、LAN 等のベ100

ースロードが大きい。事務所ビルにおけるインテリジ
ェント化は、OA 機器・照明等の内部負荷を増やし、さらに空調による電力需要の増大が夏季ピーク電力を押5001し上げる原因になる。事務所ビルにおける OA 機器類の

3

5

7

_

21 23

夏期

電力消費は、エネルギー消費の 16%に達する √。4 章で詳しく分析するように、業務部門では事務所ビルの空［Mcal/h］
160

調負荷に焦点を当てた研究が中心である。

140

一方、1998 年時点で事務所ビルの 95%（床面積比）
がネットワーク化されているように、夜間も稼働する

冷房

暖房

給湯

7

11 13 15 17 19 21

120
100
80

機器数が増え、ビルの電力負荷は平準化している傾向

60も見られる。負荷平準化と同時に待機時電力削減など

40

エネルギーマネジメントの導入も急がれる。

電力

20
0
1

2-3-3

3

業務施設別エネルギー消費特性

わが国では分散型エネルギーシステムのコージェネ
レーション利用がエネルギー効率および環境保全の観

5

9

`

図2-3-223

冬期

事務所ビル（床面積3000m2程度）の電力・熱負荷パターン（11）点から望ましく、５章で取り上げる需要家設置型の分散型エネルギーシステムの導入ポテンシャルは、需要

電中研レビュー No.41 ● 19

家の熱・電力需要の時間特性に大きく依存する。

1) 事務所：昼間のみ電力負荷があり、日負荷が低い。

空気調和・衛生工学会の資料から 1987 年〜 1998 年に中間期の熱需要は小さい。

新規竣工した建物の規模別分布を調査した。床面積22) ホテル：日負荷率の季節間格差が大きい。

2

3000m 程度の小規模建物と 7000m 程度の中規模建物毎

3) 店舗：日負荷率が低い。夏期の冷房需要を除けば、のエネルギー消費原単位を表 2-3-2 に示す。同じ建物用

季節間格差は小さい。
4) 病院：日負荷率が高い。給湯需要が大きく、熱需要

途でも業務様態が異なるため(ホテルの中規模では宴会設備などが増えるため、給湯需要比率が大きくなる）、

比率が大きい。

原単位は規模に関して比例的に変化するとは限らない。

5 章ではこのような需要特性の異なる施設別にオンサ
イトエネルギーシステムの経済性を評価している。

業務用の代表的な需要家種別に季節別の電力日負荷率と熱電力需要比率を比較する（表 2-3-2）。

表2-3-2

需要家種別日負荷率と熱電力需要比率
最大負荷

電力需要日負荷率
延床
ネネル
電力
冷房
暖房
給湯
電力
面積
ギー
冬期 中間期［m2］ ［MWh/年］［Gcal/年］［Gcal/年］［Gcal/年］［Mcal/h］［kWh/h］ 夏期

20

熱電比率
夏期

冬期

中間期

事務所 小規模

2,906

291

122

87

6

201

98

47.9％

55.6％

55.6％ 54.3％

60.1％

22.9％

中規模

7,027

842

410

219

15

635

284

47.9％

55.6％

55.6％ 57.9％

56.7％

23.1％

ホテル 小規模

2,764

323

113

135

35

190

100

46.3％

85.9％

80.0％ 54.1％

65.2％

34.5％

中規模

7,351

1,087

532

591

268

759

325

46.3％

85.9％

80.0％ 63.2％

72.2％

45.4％

店舗 小規模

3,291

691

296

59

8

488

239

44.8％

45.8％

45.8％ 53.3％

31.7％

22.1％

中規模

7,103

1,623

764

183

36

1215

561

44.8％

45.8％

45.8％ 55.7％

38.5％

24.8％

病院 小規模

3,165

142

19

108

127

127

39

59.5％

75.8％

85.0％ 46.5％

81.3％

66.6％

中規模

6,969

694

351

560

555

636

188

59.5％

75.8％

85.0％ 60.2％

81.9％

69.6％

第

章

3

IT時代の家庭用エネルギー─ 人間の行動解明と快適な省エネ ─第３章

IT時代の家庭用エネルギー −人間の行動解明と快適な省エネ− ● 目次

経済社会研究所

上席研究員

浅野

浩志

経済社会研究所

主任研究員

土屋

智子

情報研究所

上席研究員

鈴木

正

課

長

吉光

司

横須賀研究所プラント熱工学部

主任研究員

斎川

路之

横須賀研究所プラント熱工学部

主任研究員

土屋

陽子

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

中野

幸夫

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

市川

建美

広報部

３−１

消費者の意識・行動とエネルギー消費特性 …………………………………………………………………………… 23

３−２

住宅需要家のDSM施策効果 ……………………………………………………………………………………………… 26

３−３

家庭用エネルギーシステム新技術 ……………………………………………………………………………………… 32

コラム：暖房・給湯用の新蓄熱物質を検索する ………………………………………………………………………………… 37
３−４

非侵入型電気機器モニタリングシステムの開発 ……………………………………………………………………… 38

コラム：消費者をつかむ …………………………………………………………………………………………………………… 42
コラム：エネルギーユーザ特性情報データベース ……………………………………………………………………………… 43

浅野 浩志（12ページに掲載）

土屋 智子（昭和62年入所）
地域モデル開発を経て、地域開発、電力価格等に関する社会調査に従事。現在は、家庭用需要家の実態調査のほか、環境・エネルギ
ー問題に関する意識調査やコミュニケーショ
ン手法の研究に携わっている。

鈴木正（12ページに掲載）

吉光司（昭和57年入所）
配電計画の研究に従事した後、需要家系情報通信ネットワーク、需要家対応業務の遠隔処理や新しいサービスを提供するのための端末技術、電力の有効利用を支援手法などの研究に従事してきた。

斎川 路之（昭和61年入所）
圧縮式ヒートポンプの研究開発や新型火力発電システムの評価研究に従事してきた。現
在は、自然冷媒CO2を利用したヒートポンプの研究開発、燃料投入型分散型電源による熱電併給システムの適用性評価研究に取り組んでいる。

土屋 陽子（平成６年入所）
入所以来、火力発電所から排出される二酸化炭素の回収を目的としたガス分離膜の試作など、材料開発に従事。現在は、新規蓄熱材料の探索や蓄熱システムの高性能化に取り組んでいる。

中野 幸夫（12ページに掲載）

22

市川 建美（昭和45年入所）
原子力電源を含む電力系統の安定運用の解析・評価に長く従事してきた。近年は、需要地に導入が予想される分散型電源の特性分析、需要地系統（分散型電源の導入を前提とした配電系統）の安定運用、エネルギー運用管理に関する研究を進めている。

３−１

消費者の意識・行動とエネルギー消費量に６倍以上の開きがある。使用量の少ない家庭と多3-1-1

消費者を 知る ことの難しさ

い家庭では、電力に対するニーズもしくは電気によってもたらされる効用（快適な室温や照明や家事の負担

当研究所における需要家研究でもっとも不十分なものは、需要家に関する研究である。これは、電気事業

軽減など）が異なっていると考えるべきであろう。
電気はあらゆる家庭に普及している「財」であり、が長い間「作れば売れる」という恵まれた市場環境にあらたな需要を生み出すのは非常に難しい。きめ細かあり、いかに効率的に電力を生産するかが重要な研究な調査と分析とデータの蓄積に基づくきめ細かなサー課題とされていたためである。しかし今後は、「だれに、ビス提供が重要となろう。

いかに売るか」が電気事業の経営課題となり、そのた

ここで紹介する研究は、機器の保有と使用時間に関するデータを細かく収集するとともに、そのような使めの研究が求められよう。
ことは非常に難しい。厳

用状況を生み出す背景を探るためにエネルギー消費にしい競争市場に直面している多くの企業は、何十年も関わる意識や考え方をとらえる調査を行い、世帯単位

前から「消費者」に関わる調査や研究を続け、様々なでのエネルギー消費の構造を分析するというものであ

マーケティング手法が「消費者」分析に用いられてきる(1)。まず、機器の保有と使用時間がどのような要因にた。しかし、定量的統計的な手法によって消費者をいよって影響を受けているかを分析し、次に機器の保有かに細かく分類しても「何が売れるのか」は予測困難

や使用時間と世帯単位の電気・ガス使用量との関係をで、マーケティングの理論や手法は「何故売れたか」分析した。

しかし、消費者を知るを後付け的に検証してきたとの感がある。近年では、

3-1-2 節では、電気使用量の分析結果をもとに、消費街頭での観察やインタビューなどの少人数の定性的な者意識がどのような影響を与えているかについて解説

データによる分析を重視する傾向が強まっている。消する。3-1-3 節では、エネルギー消費に関連する生活場

費者のニーズが十人十色から、一人十色へ、時と場と面ごとの考え方や行動からライフスタイルを分類し、状況に応じて変化するようになったために、適切なその多様性について議論する。3-1-4 節では、家電製品

人々を集めることができれば、ある時と場と状況でのの利用実態から、今後需要が伸びそうな分野について

ニーズ把握は少人数のデータでも可能になったからで整理するとともに、エネルギー消費構造の分析が電気ある。ただし、定性的分析の基礎には、定量的な分析で得られた消費者に関する膨大な情報があることに留意しなければならない。

（kWh）
1400
1200

需要は、所得水準、電力価格、気象要因、前年の需要によって 99 ％以上説明できる。しかし、これを冷房や照明といった用途別に分析しようとすると、ライフス
タイルの変化や地域特性を考慮しなければならなくなる。さらに世帯単位の電力需要を分析しようとすると、家族構成や暮らし方の特徴を検討しなくてはならない。

夏季電気使用量

電力需要の場合、日本全体やある地域の家庭用電力

1000
800
600
400
200
0
0

20

例えば、図 3-1-1 は契約アンペア別に夏季の１ヶ月の電気使用量をあらわしたものであるが、40A 契約では使用

40

60

80

100

120

電力使用実態・契約アンペア数

図3-1-3

契約アンペア別電気使用量

電中研レビュー No.41 ● 23

事業経営にとってどのような役割を果たしうるかにつkWh/月

いて述べ、当研究所の今後の研究計画を紹介する。

404.6
グラフ送付を申し込んだ

3-1-2

消費者意識は電気使用量を左右する
か

380.9

昨年の電気
使用量
今年の電気
使用量

408.7
申し込んでいない

444

電気やガスは、それ自体を購入しているというより、電気やガスを利用する機器を使用することによって消412.3

費をしている。従って、消費者意識やライフスタイル

回答世帯平均441.8

は、消費者が自分の判断で使用頻度や使用時間を変えることのできる機器の使用状況にもっともよく表われ
図3-1-2る。

データ送付申込の有無による電気使用量の違い

照明や厨房・家事等に関わる個別の機器の使用頻度
もしくは使用時間に関する要因分析を行ってみると、と思った」と答えている。図 3-1-2 は、データ送付を申

冷房時間において消費者の意識が明確な影響力をもっし込んだ世帯と申し込まなかった世帯の冬の電気使用ていた。冷房時間に影響を及ぼした意識とは「クーラ量を比較したものである。全体として１年前よりも電ーやエアコンがないと夏は暮らせない」「夜涼しくて十気使用量が増加しているにもかかわらず、データ送付

分に睡眠をとれる」といったを申し込んだ世帯は平均 20kWh、約５％使用量が減少

冷房を肯定的に考えるした。暖房に関わる省エネ実施率では冬季の電気使用意識である。
一方、夏季における省エネ行動の実施は冷房時間と量に違いがなかったことから、データ送付を申し込んは関係なかった。これは、省エネ実施率の高い世帯はだ世帯では冷暖房に関わらず世帯の省エネに取り組ん

年齢が比較的高く、世帯人数が多い、住宅が広い、所だと考えられる。

得が比較的高いなど、世帯全体の冷房使用時間が増大

データ送付を申し込んだ世帯の省エネ実施率は特にする要因も揃っていたためと考えられる。特に、子供高いわけではなく、一般的な省エネ情報は他の世帯もが高校生以上で自室で自由に冷房を使っている場合に見聞きしていると考えられることから、具体的な行動

は、いかに回答者自身が省エネに心掛け、冷房を使わに結びつくには、個々の世帯に対応したきめ細かな情なくても、世帯全体では使用時間が大きくなる。冷房

報提供が効果的であるといえよう。年間使用量のデー

使用時間を抑制している要因は、省エネ実施率ではな

タ送付サービスは世帯全体の需要を抑制したが、適切

く、電気使用量のお知らせに掲載されている前年同月

な情報提供を行えば、ピークカットに結びつく行動をの使用量を省エネに役立てているかどうかであった。

引き起こすことも可能であろう。

冷房時間は、夏季の１ヶ月あたり電気使用量の最も重要な要因であり、 冷房を肯定的に考える

人ほど電

3-1-3

ライフスタイルは多様化しているか

気使用量が多いといえる。逆に、前年同月の使用量といった個々の世帯に特有で具体的な情報は、冷房時間を抑制し、夏季の電気使用量を減少させる。

ここでは、家事など家電製品を用いる生活場面においてどのような行動・考え方をもっているかをたずね

この個々の世帯に特有な情報提供の効果は、冬季調たデータを用いて、エネルギー消費におけるライフス

査においても確認されている。夏季調査において年間

タイルの分類を紹介し、エネルギー消費との関連を示

使用量データの送付サービスについて知らせておき、す。

冬季調査でデータ送付を依頼したかどうかをたずねた。

まず、回答のパターンからライフスタイルに関わる

わずか８％であるがデータ送付を依頼した世帯があり、とされた因子は、手作り料理への志向、温水や水の使うち６割がデータを見て「省エネをもっと心掛けよう

い方、冷暖房、衣類の機械乾燥への考え、コスト意識、24

TV の見方、掃除に代表される家事の頻度であった。こを削減するという行動には至らないことを示唆していれを用いて分析したところ、４つのライフスタイルにる。

まとめられた。まず、手作り料理が好きで献立は家族ところで、ライフスタイルは多様化しているのだろの健康に配慮し、掃除や洗濯はほぼ毎日するといううか。今回の分析では４つのタイプに分類したが、実「家事重視型」、次に温水をあまり使わず節水に努め、は「家事重視型」に入る世帯が８割を占めている。エ

冷暖房の使用も控えめな「節約型」、逆に温水・冷暖房

ネルギー利用に関わる生活行動と意識だけに限っていをよく使う「ゆとり型」、最後に料理や掃除は好きでよ

えば、それほど多様化しているとはいえない。掃除やくするが環境や健康に特に配慮するわけではなく、水洗濯ではほとんどの世帯が機器を保有し、個人の嗜好

は流しっぱなし、機械乾燥は有用、冷暖房がないと暮よりも家庭生活上の必要性が優先されるためと考えららせないと思っている「快楽型」である。図 3-1-3 に４れる。

タイプの月ごとの電気使用量を示す。
図 3-1-3 をみると、４タイプの特徴が月ごとの電気使

3-1-4エネルギー利用の提案に向けて用量によく表われていることがわかる。調査期間を通じて最も平均使用量の多いのは「ゆとり型」であり、多様化していないとはいえ、ライフスタイルは世帯

特に冷暖房使用時期での他グループとの差が大きい。

の電気使用量を左右する要因のひとつである。ただし、これは「ゆとり型」のライフスタイル上の特徴でもあ

前節で説明したように、住宅面積や所得、家族人数、るが、このタイプの社会属性として家族人数が多い、世帯構成なども電気使用量に大きな影響を与える要因

比較的住宅が大きい、所得や回答者の年齢が高いといであり、これらの要因を総合的に考える必要がある。

う特徴があることから、前節で述べた世帯全体の冷房

図 3-1-4 は、97 年調査の夏季データを用いて、世帯の電時間が長くなる要因「個室で冷暖房を使う高校生以上

気使用量を分析した構造モデルの推定値と実測値のグの子供がいる」ことの影響でもあると考えられる。「快ラフである。このモデルの決定係数は 0.67 であり、バ楽型」と「節約型」は比較的電気使用量が同じである

ラツキの大きい世帯単位のデータを扱ったものとしてが、「快楽型」には単身世帯が多く、「節約型」には２は電気使用量をよく説明している方である。ただし、人以上世帯が多いことから、一人あたりの電気使用量

図 3-1-4 に示すように、使用量の多い世帯での推定値とは快楽型の方がかなり多い。面白いことに、冷暖房使

実測値との乖離が大きく、さらなる改良を試みている。

用に際して「光熱費が気になる」と答える割合は「節このような構造モデルによって電気使用量の決定要約型」よりも「快楽型」の方が多い。これは、若い単因を明らかにできると、決定要因に関わるデータを集身者が多く、所得が低いために光熱費が負担になってめるだけで当該世帯の電気使用量の推定値を出すこといるためと考えられるが、彼らは省エネをして光熱費ができる。推定値が実際の使用量より多ければ、何が増加要因かを指摘し、より有効なエネルギー利用をア

kWh800
夏季電気使用量（kWh）

ゆとり型
1075
600
875
理論値

家事重視型
400

200

675
475
275

節約型

快楽型

0
11年6月 7月

図3-1-38月

9月

10月 11月 12月 12年1月 2月

ライフスタイル別１ヶ月の電気使用量

75
75

275

475

675

875

1075

1275

1475

実績値

図3-1-4 夏季電気使用量の推定結果による理論値と実測値

電中研レビュー No.41 ● 25

ドバイスできよう。特に、構造モデルにはライフスタ

ーザーに電気・ガス・水道などの使用状況を、照明・イルに関わる要因を加えることができるため、例えば動力といった用途や使用場所別に確認するソフトを無「節約型」には「節約型」の、「快楽型」には「快楽型」

料で配布するサービスを行っている。希望するユーザの暮らし方や意識に合ったアドバイスが可能となる。

ーは通信を利用して利用データを電力会社に送り、ア

従来、このようなアドバイスには、個々の機器のエ

ドバイスや関連機器の斡旋などを受けられる。このよ

ネルギー使用量を計測することが必要と考えられていうなしくみを家庭用に行うとすれば、情報技術を活用た。確かに、計測データは正確な分析を可能とするが、した低コスト化が必要であり、モニタリングと分析ツ

時間と費用と人手がかかり、対象世帯にも負担をかけールの開発が求められる。

るという問題があった。これをアンケートやヒアリン

モニタリングやツール開発の際に注目しなければな

グによるデータで行えるようになれば、インターネッ

らないのは、技術の高度化よりも消費者ニーズである。

トを通じたコンサルティングも可能となろう。

どんな情報やアドバイスを欲しいと思っているか、を

さらに当研究所では、より詳細なデータに基づくコ

把握し、それらを提供するためのシステムを開発する

ンサルティングを可能とするため、屋外から機器の使ことが重要であろう。当研究所では、分電盤レベルで用状況を推測するシステムを開発中である（本章 3-4 節

家庭の電気使用量を測る調査を実施中である。この計参照）。このようなモニタリングシステムとインターネ

測システムではパソコンで各分岐回路ごとの使用量をットを組み合わせれば、計測データによるコンサルテ

確認したり、１日単位・月単位の使用量を表示したりィングさえ可能となる。

できる。計測データの収集とともに、システムが提供

米国の電力会社では、顧客獲得のための付加価値サする様々な情報の有用性や今後のコンサルティングにービスのひとつとして、エネルギーマネジメントサー

対する要望などを把握し、当研究所の研究開発や電気ビスを実施している。例えば、タンパ電力では商業ユ事業への提案に活かしたいと考えている。

３−２

住宅需要家の DSM 施策効果た。これは、省エネに対する一般的な消費者の認識と3-2-1 デマンドサイド・マネジメント（DSM）とは行動の分布においてもみられる傾向である。したがって、ある一定の消費者層に価格体系や適切な情報提供によって省エネや負荷平準化を図っていくことは有効

九州電力は、福岡において興味深い試験を行った。

である。

電力会社と需要家を双方向の通信で結び、さまざまな

デマンドサイド・マネジメント（DSM）は消費側と電力情報をタイムリーに提供したとき、需要家はいか

供給側が互いに協調し、負荷率向上と省エネルギーをなる需要調整行動をとるか把握できる試験である（詳推進し、社会発展、環境改善に寄与するための活動で細は 3-2-3 参照）。この試験結果から、一般家庭の三分のある（図 3-2-1）。DSM の目的は大きくエネルギー効率

一は夏季午後１時から５時のピーク帯に通常の二倍な改善（省エネルギー）とロードマネジメント（負荷管

いしは四倍という高いピーク帯価格に合理的に反応し、理）に分けられる。エネルギー効率改善は、機器や建

その使用量を抑制した。また、三分の一の需要家は価物のエネルギー効率を高め、エネルギー利用による利格が高いと認識しながらもエアコンの温度設定を変え

便性や快適性を損なわないように、エネルギー消費量るなどの需要調整が面倒なため、直接制御など電力会を節減することである。この種の DSM は事業者の減収

社側で自動的に調整してくれる方を選好し、残り三分になるため、必ずしも電気事業者が実行するには適さの一の消費者は料金インセンティブには無反応であっない。したがって、一般的には電気事業ではなく政府

26

ロードマネージメント型DSM

ピークシフト
蓄熱式システム
季時別料金

ピークカット
ピーク時間調整契約
進化

ボトムアップ
電気温水器

す
る
Ｄ
Ｓ

省エネ型DSM
省エネ情報提供
省エネ機器の開発普及

Ｍ
ロードマネージメント型DSM
瞬時調達契約

環境対応型エネルギーサービス
グリーン料金

図3-2-1

進化するDSMの担うべき領域の DSM とされている。一方、ロードマ

要家も多数存在する。このように供給する電力品質にネジメントは、伝統的な負荷平準化、すなわち、ピー

より料金を可変とするプライオリティ・サービス（品クカット、ピークシフト（ピーク時からオフピーク時

質別電力供給）は、今後、配電サービスの向上や情報への需要の移行）、谷間需要創成（深夜電力利用が典型）

通信・制御技術の進展とともにその拡大が検討されよの三つの負荷曲線変化を目的とする。代表的な例は、

う。

エアコンなどピーク負荷の原因となる機器を電力会社

小売レベルの自由化は、消費者にとっての選択の幅

から直接通信媒体を通じてオン・オフ制御する「直接を拡げるもので、電力品質以外にも商品差別化の対象

負荷制御」と、需要家との契約により需給逼迫時に自として環境適合性も考えられる。既存の火力発電に比動的にあるいは需要家側の判断で需要調整を行う「負して、環境負荷の相対的に小さい再生可能エネルギー

荷遮断可能料金」である。

起源の電力をグリーン電力と称し、割高ではあるが、さらに第三のタイプの DSM として、信頼度調整型

環境保護に熱心な消費者層に選んでもらうように、料DSM というべきものが電力市場自由化の動きの中で、

金メニュー（グリーン料金）に含んでアピールしてい再注目されている。具体的には、現在の瞬時調整契約

る。わが国でも太陽光発電システム設置に対する政府など、電力系統の需給逼迫時に即応して瞬時に負荷を助成策への応募が多数あったことから、グリーン電力

遮断するかわりに電気料金をその負荷調整の努力に応への関心は決して低くないものと考えられる。

じて割引くものである。供給側からみると、短期的にピーク電源に代替する。すでに小売自由化が進んでい

3-2-2

情報提供による DSM

る英国や米国では、供給側の不確実性が増えている中で、このリスクを管理するために負荷遮断契約の役割

エネルギー産業への競争導入により、電気事業は従が重要になりつつある。これらは電力品質の低下と料前以上に費用効果的な資源の計画・運用および魅力的

金割引を組み合せた DSM であるが、一方、パソコンなな顧客サービスの提供が求められており、情報技術

ど情報機器の普及により僅かな電力品質低下を嫌う需（IT）や価格メカニズムを活用した需要方策（DSM）は

電中研レビュー No.41 ● 27

その有力なツールである。情報提供プログラムは需要（時間帯別契約、深夜電力契約を除く戸建て）の需要家

家の行動の結果を電力消費量ないしは電気代としてフ約 1200 口を対象とし、約 400 口ずつ以下の３グループ

ィードバックし、需要家自身のエネルギー診断評価能に分けて、試験前の夏季平均負荷をほぼ等価にした。

力を高める。そのためには、理解しやすくある程度正１）間接負荷制御試験（間接制御と略称）

確な情報がタイミングよく入手できることが前提とな電力会社と需要家間を伝送路で結び、需要家宅内にる。エネルギー供給者からエネルギーユーザーへの最設置した宅内表示器（テレビ）を通して、ピーク時間も簡便な伝達手段は検針票を用いて月当たりの使用量

帯料金を模擬したピーク抑制試験協力金、需要家の電情報を提供することであり、最も進んだ伝達手段はイ

力使用状況（負荷カーブ等）、電気利用工夫アドバイス

ンターネット等双方向の電子的な通信である。東京電等の情報を提供し、それらの電力負荷に与える影響を

力は、検針票に前年同月の各需要家の使用量を表示し検証する。表 3-2-1 に示すように、毎年料金設定方法をたり、シェイプアップカルテと呼ばれる契約電力別の変えて試験を実施した。

平均電力消費量と比較できる情報を提供している。こ２）直接負荷制御試験（直接制御と略称）

れにより 3-1 節で述べたように約５％の省電力効果がみ

上記試験と基本的に同様に電力会社から需要家に情られた。また、省エネルギーセンターは平成 10 年度か報提供し、かつ、エアコンを直接制御し、負荷平準化

ら全国 800 世帯の家庭に毎月の電力消費量の累積値を実効果を検証する。

時間で金額表示（近似値）するモニターを設置し、そ３）統制群（ロードサーベイ）
情報提供なしで、電気使用量を毎時計測し、上記２の効果を調査している（省エネルギー実態調査事業）。
これは主に省電力を目的としたもので、必ずしも系統

グループの負荷と比較する。

の負荷平準化に結び付くとは限らないが、夏季ピーク

10 年度までの直接制御試験では、間接制御と同様に時のエアコンやその他の機器使用の工夫を促すことも試験協力金を与えた上で、電力会社からの直接制御を期待される。1999 年８月までに回収された 784 世帯の使行ったが、制御効果は間接制御より小さかった。これ

用実績データを分析した結果、設置前に比べて約 20 ％は、直接制御グループの需要家が自主的に需要調整をの使用電力量を削減している（次世代 DSM 検討委員会、行う必要性をあまり感じなかったためと考えられる。

平成 12 年７月）。

このため、11 年度は既に電気使用の工夫が定着していこのように現在、電力使用量や料金表示に対する一る間接制御グループの半数に新たに直接制御試験を実

般家庭の関心の高まりに応じて、電力会社等はインタ施した。また、10 年度まで直接制御グループに参加しーネットを通じて月毎の使用量や簡単な省エネルギーていた半数を 11 年度は間接制御グループに組み入れた。

診断機能を提供し始めている。

ただし、このグループには料金４倍の試験料金単価を適用せず、使用量などの電力情報のみ与えた。

3-2-3 情報提供によるピーク負荷調整効果¹

電力需要関数モデル

このような情報提供プログラムの最も大規模で緻密ピーク抑制協力金を受け取る可能性のある家計（間なデータを蓄積した負荷集中制御試験データに基づき、接制御グループ）の効用最大化問題は、次式で表すこ

当所は家庭用需要家の情報提供に対する需要調整行動とができる(2), (3)。

を実証分析した。

¸

試験概要
九州電力は、新エネルギー・産業技術総合開発機構

max. U（Ep, Eo, Z）
Ep, Eo, Z∏

s.t. P（Ep ＋ Eo）− S［k（Ep ＋ Eo）
− Ep］
＋ Z ≦ M,

（NEDO）の委託を受けて、福岡市西区周船寺・今宿地

if k ＞ Ep/（Ep ＋ Eo）

区において負荷集中制御システム実証試験を平成 7 年度

P
（Ep ＋ Eo）＋ Z ≦ M, if k ≦ Ep/（Ep ＋ Eo）

から 11 年度の７月〜９月の平日に実施した。電灯契約

Ep ：毎月のピーク時間帯（平日 13 〜 17 時）の電力

28

表3-2-1
グループ

平成７年

負荷制御試験における需要家グループ分け

８年

９年

10年

11年
間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
タイムリーな情報提供

A11（A3）
82世帯

A12
64世帯

A21（A3）
81世帯

ロ
ー
ド
サ
ー
ベ
イ
︵
Ｌ
Ｓ
︶

A22
72世帯

間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：２倍（23⇒46円/kWh）

間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）

B1
143世帯

ロードサーベイ（LS）

B2
148世帯

C
332世帯

間接負荷制御平日ピーク帯：
14：00〜15：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）

間接負荷制御平日ピーク帯：なし
試験料金単価：
１倍（23円/kWh）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
ON/OFF制御
設定温度一律制御（28℃）
間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
タイムリーな情報提供

間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜16：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）

間接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）ブザー及びお知らせランプ有

直接負荷制御平日ピーク帯：
14：00〜15：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
ON/OFF制御
設定温度一律制御（28℃）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
設定温度一律制御（26℃）
設定温度一律制御（27℃）

間接負荷制御平日ピーク帯：なし
試験料金単価：
１倍（23円/kWh）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜16：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
ON/OFF制御
設定温度一律制御（28℃）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
ON/OFF制御
設定温度一律制御（28℃）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）

ロードサーベイ（LS）

ロードサーベイ（LS）

ロードサーベイ（LS）

直接負荷制御平日ピーク帯：
13：00〜17：00
試験料金単価：
４倍（23⇒92円/kWh）
ON/OFF制御
設定温度一律制御（28℃）

設定温度一律制御（28℃）（注）表記の世帯数は本報告の集計及び分析に有効であった世帯数（合計922世帯）。A11とA21をあわせて、A3とし、価格効果の分析対象とする。

消費量ln（Ep/Eo）＝ blnB ＋ aA −（b − a A）ln
（incent） π

Eo ：毎月のオフピーク時間帯の電力消費量
Z ：毎月の合成財の消費量（価格＝１）

B は効用関数のパラメータから、incent はピーク抑制

U ：毎月の効用

協力金から計算される。需要家は、月別の電力消費量

M ：毎月の所得や１時間ごとの電力消費量に関する情報などを、宅内

k ：平成７年同月におけるピーク時間帯の電力消費表示器を通じて容易に獲得することができる（表 3-2-2）。

シェア
S ：ピーク抑制協力金の単価（試験料金単価−現行
料金単価、69 円/kWh）
P ：現行の電気料金単価

宅内表示器を通じて提供される情報に対するアクセス頻度の指標を A とする。図 3-2-2 に情報内容（番組）別に月あたりのアクセスした日数の割合を示す。情報へのアクセスが多い番組は、当日と前日の１時間毎の電力量比較であり、およそ 10 日に１日の割合でアクセス

上記より以下の電力需要関数を導出し、価格効果および情報獲得効果を計測する。

している。月別電力使用量については１ヶ月に２日程
度のアクセスである。番組情報の提供を開始した平成８年と比べると全体的にアクセス割合が低下しており、

電中研レビュー No.41 ● 29

16

アクセス頻度（％）

14
12

番組21
番組22
番組23
番組24
番組25
番組26

10
8
6
4
2

表3-2-2

98 月
年
９
99 月
年
７
99 月
年
８
99 月
年
９
月

月

図3-2-2

98

年

８

月
年
98

７

年
97

９

月

月
年
97

８

月
年
97

７

年
96

９

月
年

96

８

年
96

７

月

0

情報アクセス頻度

情報内容

表3-2-3

電力需要関数の推定結果（11年）

番号

番組の内容

項目

係数値

21

１時間毎の電力量のグラフ：当日と前日との比較

定数項（blnB）−2.277＊＊22

１時間毎の電力量のグラフ：当日と任意に指定した日との比較

ln（incent）−0.019＊23

１時間毎の電力量のグラフ：当日と前々日との比較

世帯人数（人）−0.039＊＊24

１時間毎の電力量のグラフ：前日と任意に指定した日との比較

昼間在宅人数（人）0.033＊＊

25

月別電力使用量のグラフ

高齢者人数0.064＊＊

26

月別電力使用量の表

床面積（100m2）−0.043＊＊

契約容量アンペア

0.002＊＊

ピーク帯最高気温の月平均

0.021＊＊

電力情報に対して習熟してきたことが推察される。
π式の推定にあたって、誤差項を加えるとともに、ピーク比率に影響を及ぼすと思われる世帯属性や家電

電力情報アクセス指標：A−0.171

A＊ ln（incent）

0.108

注：＊＊両側１％で有意、＊両側５％で有意機器の保有などの要因についても考慮する。
ピーク抑制協力金が電力需要に及ぼす影響を計測するため、次式で定義される指標η

齢者人数、契約アンペア、ピーク帯の最高気温はピー
ク比率を引き上げ、世帯人数や住宅床面積はピーク比

η＝ dln（Ep/Eo）/dlnr, r ≡ S/P∫

率を引き下げる効果を持つことがわかる。
宅内表示器の利用回数が、ピークとオフピークの需を用いる。ηは、電力情報をまったく獲得しない状態

要比率に及ぼす影響については後述する。

で、協力金単価と現行料金の比率が１％変化した場合

表 3-2-3 の結果をもとに計測した∫式のηと価格によに、ピークとオフピークの電力量比率が何パーセント

るピークカット制御効果を表 3-2-4 に示す。ηがいずれ変化するのかを示している。

の年も負で有意に計測され、かつその絶対値がある程度安定していることから、価格効果は持続している。

º

価格効果の計測結果
表 3-2-3 は、間接制御グループと統制群（332 件）を対象に時の家庭用需要の約４〜５％を削減しうることを示す。

式の需要関数を一般化最小二乗法で推定した結果である(4)。ピーク抑制協力金の効果（価格効果）は５％の水準で統計的に有意である。昼間在宅人数、高30

ピーク帯価格を４倍にする試験協力金は、系統ピーク»

電力情報の効果
電力情報を獲得することによって、需要家はピーク

表3-2-4

価格効果の時系列変化

対照的である。いずれにせよ、電力情報の効果については有意でない場合が多く、協力金の効果においてみ

試験
実施
年

価格効果
η

価格効果
［W］

同左比率
［％］

８年

−0.080

35

4.4

９年

−0.041

19

3.9

10年

−0.064

31

5.2

11年

−0.042

20

4.0

られた頑健性は確認できていない。
需要家は部屋別やエンドユース別電力消費量などより詳細な追加的な情報を提供されない限り、経年的にアクセス頻度が低下するものと考えられる。
このような情報提供による省エネルギー行動の誘導については電力会社も関心を持っており、東京電力は2000 年夏季から機器毎の使用量を把握するための表抑制に伴う便益（料金インセンティブ）をより正確に

示・記録システムを家庭に設置し、その効果を検証し計算することができ、最適なピーク比率を実現するこている。

とができる。最適なピーク比率は、電力情報がない状
態と比べて高い場合と低い場合の２つのケースが考え

3-2-4 次世代 DSM システムの開発に向けてられる。電力情報の獲得によってピーク比率が低下す
る場合、情報を持たない需要家が、料金インセンティ

上記の負荷集中制御試験では、直接制御方式のエアブに対して過小に反応していることになる。このケーコンを除いては、需要家がマニュアルで機器をコント

スでは、情報を獲得することによってピーク比率をよロールするため、ピーク時の負荷調整には限界がある。

り一層低下させ、多くのインセンティブを得ることがそこで、家庭でさえも大規模な工場やビルと同様に部できる。これに対して、電力情報の獲得によってピー

屋毎あるいは主要機器毎にセンサーやコントローラをク比率が上昇する場合、情報を持たない需要家が、料設置して、価格や気象条件等の外部からの信号と需要

金インセンティブに対して過大に反応していることに家自身の快適性や経済性の選好に応じて建物全体のエなる。このケースでは、電力情報を獲得することによ

ネルギー管理を自動化すれば、より一層の負荷平準化って過大な反応は抑制される。どちらのケースに該当

効果や省エネルギー効果をあげることができる。これするのかは、情報効果のうち、π式中に示す正の効果

までは、自動化のコストが高く、普及していなかった（aln（incent））と負の効果_の大きさに依存する。

が、現在、Open PLANET、ECHONET 等の情報通信

表 3-2-5 をみると、平成 10 年を除いて、電力情報のインフラ技術を活用した実用的な次世代 DSM システム

効果はピーク比率を引き上げていることがわかる。平が開発されつつある。また、当所においても電力コン

成 10 年では、ピーク比率を低下させている。平成 10 年

トローラやＨＡシステムから提供される家電機器の利において負の情報効果が支配的であるとの結果は、他

用実態情報などをもとに、主要家電機器の自動運転やの年における正の情報効果が支配的であるとの結果と利用者への機器利用アドバイスを行う電力有効利用支援システムを開発している。このようなシステムが導表3-2-5

電力情報がピーク比率に与える影響

実時間での把握が可能になり、日負荷レベルより短時

電力情報の効果
試験実施年

入されれば、電力会社と需要家間で用途別電力負荷の間の負荷平準化が可能となり、運転予備力の効率化も

a+a ln (incent)

a

平成８年

0.147

−0.5100.657

ー管理システムと電力需要方策、さらに分散型電源と

平成９年

0.185

−0.3680.553の組合せが従来未開拓であった家庭用 DSM システムを

平成10年−0.212−0.5710.359

本格的に実用化し、総合的なエネルギー効率化と環境

平成11年

0.082

−0.1710.253

負荷削減に寄与することが大きく期待される。

aln (incent)見込まれる。本節で解説したような双方向のエネルギ

電中研レビュー No.41 ● 31

３−３

家庭用エネルギーシステム新技術
利用者の快適性や利便性を損なうことなく、省エ3-3-1 エネルギー情報統合サービスシステム

ネと料金節減を図るように電力利用を支援するイ
ンテリジェントなソフトウエア
以下にこれらの概要を示す。

電中研では、将来の家庭への情報技術（IT）技術の本格的な普及を想定して、情報を活用したエネルギー¸

有効利用と新たなサービスを提供する「エネルギー情報統合サービスシステム」の研究開発を 1993 年から開電力コントローラ(5),(6),(7)
IT 技術の本格的な普及が進めば需要家までの情報ネ始した。

ットワークが整備され、これを用いた自動検針が可能

図 3-3-1 にエネルギー情報統合サービスシステムの構となる。このため、電力コントローラは、現在屋外に成を示す。このシステムは、電力供給に係わるサービ

設置されている電力量計を屋内分電盤装置（契約用ブスや関連業務に止まらず、一般の情報通信サービスのレーカ、漏電遮断器、分岐ブレーカ）と一体化させた実施も対象としている。システムは、以下の３つのサ構造とし、通信機能、制御機能などを付加した。このブシステムから構成されている。

ことより、筺体や電源等の共有化や、電力量計部の設・電力コントローラ

置環境面でのスペックダウンが可能となり、コンパク

電力の使用に関するデータの計量・計測、漏電時

ト化、低コスト化が図れる。また、新たな設置スペーの事故回路自動検出・切り離しなど新しいサービスを必要としないこと、現在の電力量計設置スペース

スの提供や電力会社の社員が家庭を訪問して処理が不要となることなど、需要家の受容性の向上も可能をしている業務の遠隔処理を行う電力用端末となった。
電力コントローラの機能を表 3-3-1 に示す。

・マルチメディア屋内通信システム
外部から提供される種々の通信・放送サービスや屋内分電盤装置との一体化により、屋内分岐回路別

家庭内の通信を、テレビ受信用同軸ケーブルを用の電力使用情報の収集と分岐回路毎のブレーカ制御がいて実施する屋内通信システム可能となり、新しい需要家サービスが提供できる。

・電力有効利用支援システム

需要家対応業務の遠隔制御によって、需要家にとっマルチメディア屋内通信システム
電力コントローラ
蓄電システム
電力会社

通信会社

CATV会社

自治体等

情
報
ネ
ッ
ト
ワ
ー
ク

通
信
コ
ン
ト
ロ
ー
ラ

支電
援力
シ有
ス効
テ利
ム用

蓄熱エアコン
電気機器
分散電源

HA
システム
パソコン
テレビ

図3-3-132

エネルギー情報統合サービスシステムの構成

表3-3-1

電力コントローラの機能

新
た
な
サ
ー
ビ
ス

・アンペアオーバー時の分岐ブレーカ優先順位制御
契約電流超過時に一定時間の警報後、需要家が事前に設定した優先順位により屋内配線分岐線ブレーカを制御し、使用電流を契約値内に抑制して屋内全停を防止する。
また、現在の使用電流値の情報を提供する。
・漏電発生時の事故分岐線の自動検出・切り離し発生時に、需要家の確認後、事故分岐線を自動的に検出し切り離す。その後、健全な分岐線へ送電を行う。
・電力使用実績データの提供
過去の分岐線別の使用実績データ（電力量、料金）を提供する。

需
要
家
対
応
業
務
の
遠
隔
処
理

・電力量計量・自動検針
・電気料金の遠隔設定
・料金情報表示・契約変更
・転入居処理・絶縁抵抗測定・供給電圧調査
・停電計測
・ロードサーベイ

使用電力量と分散電源からの余剰電力量の時間帯別計量
計量結果の返信
料金制度・契約変更時の料金単価・適用時間帯の変更
料金単価とその適用時間表示
契約電流値の遠隔設定
料金計算と主ブレーカの投入開放
屋内回路の絶縁抵抗計測
供給電圧の常時計測
停電、瞬時電圧低下の計測
需要家の負荷状態計測

電力コントローラ

図3-3-2

W670×H330×D120mm

試作した表示操作器一体型電力コントローラの外観ては電力会社職員等の訪問により行われていたサービ

おいては多様なネットワークが混在することも考えら

スの迅速化が、電力会社にとっては需要家対応業務のれる。このような多様な外部ネットワークに対応でき効率化が可能となる。

る家庭内通信システムとして、電中研ではマルチメデ

至近年の実用化を想定して、単独動作が可能なよう、

ィア屋内通信システムを提案している。

電力コントローラ自体に表示操作機能を持たせた試作

図 3-3-1 に示すように、この通信システムは、インタ機を図 3-3-2 に示す。今後、種々の情報機器・システム

ーネットなどのパソコンデータ、テレビ信号など高速が家庭内に普及した場合、電力コントローラには、電広帯域信号を対象としており、以下で構成される。

力関係の情報を計量・計測・処理する機能のみを持た・通信コントローラ

せ、表示操作等の機能は需要家の所有するパソコン等

外部ネットワークとのインターフェース機能を実で行うことになると考えられる。

施する。
・伝送路

¹

マルチメディア屋内通信システム(8),(9)

配線済みのテレビ受信用同軸ケーブルを使用する。

家庭への情報ネットワークとしては、現在、有線電

テレビ信号の伝送に利用されていない周波数帯域

話網、携帯電話・ PHS 網、CATV 網が、開発中のものを基本的に周波数多重により利用し、情報で伝送として、高速インターネットサービス用高速無線や高する。電力コントローラ、電力有効利用支援シス

速配電線搬送などがあり、最終的な光網を含め、そのテム（HA 親機）、パソコン間のデータ伝送用とし普及を見極めることは困難である。また、移行過程にて伝送速度 10Mbps 屋内 LAN が利用できる。

電中研レビュー No.41 ● 33

この屋内 LAN に必要な同軸ケーブル上の多重信号か荷実績をもとに事後的に最適運転した場合とを、時間ら LAN 信号を分離する中間ユニットを開発し、機能を帯別料金制度のもとでのシミュレーションにより料金実証した。

面で比較したところ、ほぼ同一の値となり、予測の有用性が明らかとなった。

º

電力有効利用支援システム(10),(11),(12)今後、供給コストを反映した実時間料金など、よりきめ細かな料金制度の設定が予想され、これら制度の

3-3-2

CO2 ヒートポンプの基礎研究と実用化(13), (14), (15)メリットを活用するシステム作りが重要と考えられる。
電力有効利用支援システムは、利用者の快適性や利便

オゾン層保護・地球温暖化防止の観点から、代替冷性を損なうことなく、このメリットを活用した料金節

媒の探索・開発が必要になっている。このような状況

減と省エネを目指したソフトウエアである。

の下、オゾン層保護を契機に、HFC を主要な代替冷媒システムの機能を図 3-3-3 に示す。システムは、外部として開発を進めてきたアメリカや日本に対し、ヨーネットワーク経由でインターネットなどにより提供さロッパでは、フロンのような合成物ではなく自然界にれる天気予報や料金情報と、電力コントローラや HA シ

存在する物質をヒートポンプの冷媒として見直す動き

ステムから提供される家電機器の利用実態情報などをが始まり、最近では COP3 の結果もあり、自然冷媒が世もとに、エアコンなど主要家電機器の運転と分岐回路

界的に注目を集めるようになった。

毎の負荷曲線（時間毎の電力使用量）を予測する。こ電力中央研究所では、種々の自然冷媒を比較・検討の予測結果をもとに、主要家電機器の自動運転、蓄電した結果、毒性・可燃性の無い二酸化炭素（CO2）に注システムの最適充放電運転、利用者への機器利用アド

目し、これを利用したヒートポンプの可能性を評価す

バイスを行う。

るための研究を 1995 年に開始した。

このシステムの特徴は、家庭毎にまた季節や年代のCO2 は毒性・可燃性がなく、熱的に安定で不活性とい経過とともに変化する家電機器の使用状況を使用実績

う大きな利点があり、加えて地球温暖化係数はフロン

を分析・学習して予測する手法にある。実家庭での測の千分の１程度である。ただし、空調や給湯用に使う

定結果をもとに、開発した手法により、１年間のエアと作動圧力が非常に高く、かつサイクルの高圧側が超コンの運転を予測した場合の正解率は 82 ％であり、負臨界状態になるという特性をもつ。フロンではサイク荷曲線の予測も相関係数 0.75 の結果となった。これら

ルの低圧が 5bar、高圧が 25bar 程度であるのに対し、の予測値をもとに蓄電システムを運転した場合と、負CO2 ではそれぞれ 30bar、100bar 程度と、耐圧設計が必要となるが、逆に圧力が高いということは、濃くて重いガスが流れるというであり、要素機器を小型化でき

インターネットなど
天気予報・電気料金情報
分岐回路単位での消費電力情報る可能性がある。
主要家電機器のON/OFF情報

情報収集部
電力使用実態DB・気象実績DB

このような特徴を有する CO 2 の冷媒としての可能性を評価するために、以下の検討が必要と考え研究を進めてきた。
・ CO2 ヒートポンプサイクルの効率の把握・評価

負荷曲線予測部
蓄電システム運転計画部

家電機器運転予測部
家電機器運転計画部

マンマシン・インタフェース部
・蓄電システム運転計画表示
・家電機器利用アドバイス
・電気料金などの表示・家電機器自動運転計画表示

料金節減を支援する機能

快適性向上を支援する機能

・ CO2 ヒートポンプの挙動把握・制御方法の検討
・超臨界 CO2 の伝熱流動特性の解明
先ず、CO2 サイクルの効率に関しては、サイクル計算
により把握・評価した。その結果、図 3-3-4 に示すよう・運転計画変更などの入力に、給湯用では、フロンより高い成績係数（給湯出力／圧縮機電気入力）が得られること、特に、従来の

図3-3-334

電力有効利用支援システムの機能

フロンでは不可能であった電気温水器並の高温給湯

3.8（高圧9.2MPa）

4

3.6（高圧9.9MPa）

3.3
給湯成績係数（COP）

蒸発器

COP=3.4（高圧10.8MPa）

CO2

3

膨張弁

超臨界CO2
伝熱試験部

CO2圧縮機

2
蒸
発
器

R22

圧縮機

ガスクーラ
（給湯熱交）
［対向流］

膨張弁

1

対象サイクル

図3-3-5
0
60

65

70

75

80

85

CO2ヒートポンプ伝熱ループ試験装置

90

給湯温度（℃）

図3-3-4

給湯サイクル計算結果（85 ℃程度）においても高い効率が得られることが明らかになった。CO2 では、高圧側が超臨界になるため凝縮はおこらず、除熱とともに温度が徐々に低下していく。

35
CO2熱伝達率（kW/m2K）

冬期条件：断熱圧縮効率＝0.6、給水温度＝10℃、蒸発温度＝−3℃、ガスクーラ出口温度＝15℃、蒸発器出口過熱度＝5℃

30

●熱伝達率
実験値
相関式１
相関式２
相関式３
相関式４
●温度
擬臨界温度

圧力101bar

25
20
15
10
5
0
0

20

従って、給湯器のような加熱温度幅が大きい場合、加

40

60

80

100

120

CO2温度（℃）

熱熱交換器を対向流とすることで熱交換温度差による（比熱が最大となる擬臨界温度近傍で熱伝達率は極値をとること、現状の相関式よりも高い値が得られていることなどが分かる。）

エントロピロスを小さくすることができるため、高い成績係数が得られる。
一方、空調用では、単純な比較では、フロンより成

図3-3-6

超臨界CO2の熱伝達率試験結果

績係数は低下するが、サイクル上の工夫等種々の方策
により、フロンと同程度の成績係数が得られることが分かった。

は小型化が可能であることが分かった（図 3-3-6）。
以上の基礎的な研究成果から、CO2 はヒートポンプの次にサイクルの挙動や制御方法に関しては、CO2 のヒ

冷媒として十分利用可能であること、特に給湯用に関ートポンプループ（図 3-3-5）を試作し、熱源や熱負荷

しては、サイクル上の特別な工夫をしなくても高い成の温度・流量等を変化させる実験を行った。これらを績係数が得られるため将来有望であることが明らかに変化させた場合のサイクル各点の圧力や温度等の変化なった。

は、フロンを使ったサイクルとほぼ同様であること、

上に示した基礎的な研究成果を踏まえ、1998 年９月、

また、サイクル全体の制御方法に関しても、従来のフ東京電力と電力中央研究所は、CO2 冷媒サイクル技術やロンに使われている電子式膨張弁とインバータ駆動の圧縮機技術を保有するデンソーと、住宅給湯分野の省圧縮機による方式が使えることが明らかになった。

エネを目指し、CO2 冷媒給湯器の開発を開始した。要素

さらに、超臨界 CO2 の伝熱に関しては、CO2 ループに技術の開発を着実に進め、圧縮機を含む要素技術開発

伝熱試験部を設け実験により把握した。メカニズム解にほぼ目処が得られ、2000 年１月時点、全国５箇所で明等の課題は残るものの、超臨界 CO 2 の熱伝達率は十試作機によるフィールド実証試験を実施中である。図分大きく、CO2 用のガスクーラー（フロンでは凝縮器）

3-3-7 に開発したシステムの概要を示す。サイクル構成

電中研レビュー No.41 ● 35

気液分離器は、基本的な４つの要素からなる単純なサイクルであ

圧縮機
ガスクーラ
（給湯熱交）

蒸発器

給湯水

また、定格の給湯能力は 4.5kW で、これは電気温水器のヒーター容量を参考に設定している。実験室におけ

給水

空
気

る。空気熱源で、スクロール圧縮機を搭載している。

電子式膨張弁a）開発機のサイクル構成

るこれまでの試験において、− 20 ℃という低外気温でも 90 ℃の給湯が可能であることを確認しており、寒冷地においても利用できると考えている。現在のところ、
季節ごとの給湯負荷から年間平均の成績係数を試算した結果、3.0 以上の成績係数が得られる見込みである。
CO2 冷媒は、以上示したように給湯用はもちろんのこと、空調や乾燥等他分野へも適用できる可能性を秘めている。電力中央研究所では、CO2 の特徴を真に活かしたシステムとするための伝熱等基礎現象の解明や空調用サイクル高効率化のための膨張動力回収技術の可能性評価等、今後とも鋭意、研究開発を進めて行く予定

左：ヒートポンプユニット（81×31×64cm）
右：貯湯槽（95×40×130cm、200リットル）b）開発機の概観

図3-3-736

開発した住宅用CO2ヒートポンプ給湯器である。

コラム 暖房・給湯用の新蓄熱物質を探索する
夜間の余剰電力を使って冷熱を氷として蓄えて融解潜熱）を導くというものである。つまり、分おき、その熱を昼間のビル空調に利用する蓄熱技

子動力学法とは実際に測定し得ないことを、それ

術は、電力の負荷平準化に大きく寄与する。こうに相当する架空の物質系について計算機上で実験した蓄熱技術は、主に、夏場の冷房ピークへの対を行っていることに他ならない。図はパラフィン

応として検討されてきたが、一方で、民生用エネの一成分であるノルマルオクタンについて、温度

ルギー消費に占める暖房・給湯用熱需要の比率はの上昇に伴い物質が溶ける様子を表したスナップ

高く、今後、こうした温熱系蓄熱に関する研究もショットである。このように、粒子の座標位置を重要になると考えられる。

追跡することによって計算機上で融解現象を扱う

暖房・給湯を目的とした蓄熱材として利用可能

ことができ、これから物質の融点が予測可能とななものに、無機塩、共晶化合物、パラフィンなどる。また、粒子間に働くエネルギーを計算していが検討されている。実際の蓄熱運転では繰り返しることから、系の内部エネルギー変化を見積もる

融解・凝固を行うことから、再結晶性に優れ、過ことで、融解に伴う潜熱も求めることができる 。

冷や相分離の影響を受けないパラフィン系が有効

パラフィン系についてシミュレーションから求めであると考えられるが、こうした有機物質では無た融点及び融解潜熱を表に示す(17)。

機系の材料に比べ融解潜熱が小さいといった短所がある。そこで、パラフィン系、つまりアルカン

表の置換基効果による融解潜熱の向上を目指し、コ
物質名

ンピュータシミュレーションによる物質探索を試みている。
計算機処理能力の飛躍的な進歩と、汎用ポテン
シャル及びプログラムの開発により、近年、コンピュータシミュレーションは身近な研究ツールになりつつある。扱える物質系や現象の応用計算には制約があるものの、実験に先駆け新規物質の構

パラフィン系の融点及び融解潜熱
融点［K］

融解潜熱［kJ/mol］

計算値

実測値

計算値

実測値

C8H18

200〜210

216.4

19.8

20.7

C10H22210〜220

243.5

12.1

28.8

C12H26230〜240

263.6

36.4

36.9

C14H25260〜270

279.0

65.8

45.1

C16H34250〜260

291.3

53.3

築とその物性予測が可能となれば、材料開発において非常に有効であると考えられる。

このように、シミュレーションによる物性予測

シミュレーションの手法の一つである分子動力の可能性が見出されたので、今後は、新規蓄熱物

学法は、任意に構築した系について粒子間に働く質の開発を念頭に分子構造に着目した物質の構築

力から全粒子を運動させ、目的とする物性（融点、とその物性予測を行う予定である。

200K

図

210K

240K

ノルマルオクタン（n-C8H18）の融解シミュレーション(16)電中研レビュー No.41 ● 37

３−４

3-4-1

非侵入型電気機器モニタリング
システムの開発

非侵入型電気機器モニタリングシス
テム

需要家の保有する電気機器の構成や使用実態に関する情報は、負荷率悪化の要因分析、需要変化の予測、
きめ細かな季時別料金システムの構築、DSM（Demand Side Management）の効果の評価、需要家への各種サービスの提供等を行う上で重要である。需要家の電気の使用実態に関する測定はロードサーベイと呼ばれ、需要家の給電線の入口付近にセンサを設置して総消費電力を測定する場合と、下流に接続されてい図3-4-1 消費電力測定記録装置（163mm（H）×104mm（W）×70mm（D））

る電気機器にセンサを設置して、機器ごとのオン・オ
フの状態や消費電力を測定する場合がある。
従来、電気機器ごとの使用実態を測定するためには、需要家の中に立ち入って電気機器や給電回路にセンサやデータ収録装置を取付ける必要があった。この方式
は需要家の中に立ち入ることから侵入型（Intrusive）と呼ばれ、既にいくつかの測定装置が開発されている。
当研究所でも図 3-4-1 に示すような小型で使い勝手のよ
い消費電力測定記録装置を開発している (18) 。しかし、このような方式では、需要家内に測定装置を設置するための作業や、場合によっては工事が必要となり、コストがかさむ。さらに工事やデータ回収に関連して需要家に負担を強いる等、課題も多い。また、需要家

図3-4-2

夫々では自由な電気の使い方をするため、電気の平均

非侵入型電気機器モニタリングシステムのイメージ的な使用実態を把握するには、数百戸単位でロードサーベイを実施する必要がある。このため、工事やコスト、需要家への負担などを極力抑えた方法が望まれる。
すなわち、需要家の中へ侵入することなく、電気機器

3-4-2

基本原理 −電気機器から発生する
高調波パターンの認識−ごとの、あるいは用途ごとの電気の使用実態を測定する方法が望まれる。この方式は非侵入型（Non-

電気機器のスイッチを入れると給電線に電流が流れ

Intrusive）と呼ばれ、図 3-4-2 にイメージを示すように、る。一般にこの電流は基本周波数（50Hz あるいは 60Hz）

需要家の中に立ち入らず、需要家の給電線入口位置にの成分のみからなる正弦波ではなく、その機器の回路おける測定で得られる情報のみから、内部の電気機器と動作状態に応じた固有のひずみ（高調波）を含んでの動作状態を推定するものである。

いる。このことは複数台の電気機器が下流に接続されている場合も同様で、電気機器の動作状態の組合せに38

応じた固有の高調波が含まれている。したがって、給の比較からわかるように、ほぼ同等の基本波（第１次）

電線入口位置で測定される高調波と機器の動作状態の電流、つまり総消費電力がほぼ同じでありながらも、組合せとの相関をあらかじめ何らかの方法で学習する

高調波電流と位相差のパターンは、電気機器の動作状ことによって、給電線入口位置で得られる情報のみか

態の組合せによって大きく異なる。電気機器の組合せ

ら下流に接続された電気機器の動作状態を推定するこやそれらの動作状態の組合せを変えて、このような高とができる。

調波データを測定し、そのデータを用いてニューラル

図 3-4-3 は図 3-4-4 の測定回路を用いて測定した高調

ネットワークなどのパターン認識手法を学習させるこ波の例である。図 3-4-3 の中の表に電気機器の動作状態とで電気機器個別の動作状態を推定するシステムを構の組合せを示してある。グラフは基本波（第１次）な

築できるものと期待される。

らびに第３次から第 13 次までの奇数次の高調波の電流

ここでは、パターン認識手法として、表 3-4-1 に示す

値と基本波電圧に対する夫々の位相差を示している。

ように、二つのカテゴリー（ニューラルネットワーク

位相差は角度を正弦値で表している。図 3-4-3 の_と`とラージマージンクラシファイア（LMC））に属する
夫々二つの方法を使用している。図 3-4-5 は従来からあ

A

B

C

D

E

F

るニューラルネットワークと新しい手法であるラージ

インバータ
エアコン

インバータ
冷蔵庫

従来型
冷蔵庫

白熱灯

蛍光灯

テレビ

マージンクラシファイアの違いを概念的に示している。

ON/OFF
状態

ON

OFF

OFF

ON

ON

OFF

ここで図内の白丸と黒丸が電気機器のオンとオフに

消費電力
［W］

998

0

0

600

180

0

夫々対応するとして、白丸と黒丸を判別する直線を見

1

15

0.5
位相差

10

0

5

−0.5

のデータの出現頻度を示すものとする。図の左側に示
すニューラルネットワークでは、出現頻度の高いデー位相差（Sin）

電流［A］

つけることを考える。白丸と黒丸の直径の大きさはそ20タ（大きな白丸と大きな黒丸）を重視して判別境界線

電流
0

SW1

−1
1

3

5

7

9

11

13
SW2

高調波次数

_

高調波パターンの例¸

A

B

C

D

E

F

インバータ
エアコン

インバータ
冷蔵庫

従来型
冷蔵庫

白熱灯

蛍光灯

テレビ

ON/OFF
状態

ON

OFF

OFF

ON

OFF

ON

消費電力
［W］

952

0

0

600

0

79

CT

SW4

SW6

1
0.5

位相差

10

0

5

−0.5

電流

−1

0
1

3

5

7

9

11

13

電流
電圧

図3-4-4
位相差（Sin）

15

インバータ
エアコン

B：

インバータ
冷蔵庫

C：

従来型
冷蔵庫

D： 白熱灯

PT
SW5

20

電流［A］

SW3

商用電源
（50Hz 100V）A：

E： 蛍光灯F： テレビ高速フーリエ変換

家庭需要家を想定した高調波パターンの測定回路

表3-4-1

使用したパターン認識手法

カテゴリー
ニューラルネットワーク（バックプロパゲーション）

パターン認識手法

記号

シグモイド関数ネットワーク

SFN

ラジアルベーシス関数ネットワーク

RBFN

サポートベクターマシン

SVM

アダブースト（ν-Arc）

ν-Arc

高調波次数

`

図3-4-3

高調波パターンの例¹

測定した高調波パターン

ラージマージンクラシファイア（LMC）

電中研レビュー No.41 ● 39

判別境界線

判別境界線
境界近傍のデータに着目

高頻度データを重視

入力データ

パターン認識手法

推定結果

基本波ならびに
第3次から第13次の奇数次高周波の電流値と位相差

SFN
RBFN
SVM
ν-Arc

電気機器個別のオン・オフ状態あるいは消費電力

図3-4-6

基本システムの動作手順

マージンを最大化_

ニューラルネットワーク

図3-4-5`に対する夫々の位相差である。また、後者は入力側デラージマージンクラシファイアータに対応する電気機器個別の動作状態（オン・オフ

データ判別の概念

どちらの状態にあるのかということ、あるいは何 W の電力を消費しているかということ）である。あらかじを引くのに対して、右側のラージマージンクラシファ

め、これらの学習データをパターン認識手法に与え、イアは判別の難しい、つまり白丸と黒丸の境界に近い学習を完了させておく。こうすることで、次に学習デ

データに着目して判別のための境界線を引く。図 3-4-5ータの入力側データとは異なるデータが入力データとの_および`において、判別境界線はいずれもすべてしてパターン認識手法に与えられても、パターン認識の白丸、黒丸を正しく判別している。しかし、左側の手法はその入力データに対応する電気機器個別の動作

ニューラルネットワークでは、判別境界線の近傍にあ状態を推定結果として出力する。このようなシステム

る白丸あるいは黒丸は左右に少し移動するだけで、判を構築することで非侵入型電気機器モニタリングシス

別境界線を越えてしまい、誤った判別をすることにな

テムをつくることができる。

る。これに対し、右側のラージマージンクラシファイ

学習データとは異なるいくつかのテストデータを用

アでは、判別境界線に近いデータが少々移動しても正意し、その入力側データを入力データとして、学習をしい判別を行える。なお、表 3-4-1 に示した各手法では、完了したパターン認識手法に与え、推定結果として出シグモイド関数（SFN）やラジアルベーシス関数

力された電気機器個別の動作状態をその正解と比較し（RBFN、SVM、ν-Arc）などの非線形な関数を利用してシステムの性能を評価した。12 個のテストデータをて複雑な判別境界線を設定している。

用いて電気機器個別のオン・オフ状態の推定を行った

以上のような基本原理に基づいて構成した非侵入型

結果が表 3-4-2 である(19),(20)。推定結果の正解率で示して電気機器モニタリングシステムの基本システムの動作ある。表からわかるように、ラージマージンクラシフ

手順を図 3-4-6 に示す。まず、パターン認識手法を学習

ァイアの一種であるν-Arc はどの電気機器に対してもさせるため、いくつかの学習データを用意する。学習100 ％の正解率で動作状態（オンまたはオフ）を推定でデータは入力側データと出力側データのセットになっきた。

ている。前者は需要家の給電線入口位置で測定した総同様にして、電気機器個別の消費電力を推定した結負荷電流に含まれる基本波（第１次）ならびに第３次果を図 3-4-7 に示す。これはインバータエアコン、インから第 13 次までの奇数次高調波の電流値と基本波電圧

バータ冷蔵庫、白熱灯、蛍光灯、テレビを組合わせて

表3-4-240

電気機器のオン・オフ状態の正解率

A

B

C

D

E

F

インバータ
エアコン

インバータ
冷蔵庫

従来型
冷蔵庫

白熱灯

蛍光灯

テレビ

平均

SFN

99％

100％

73％

83％

100％

98％

RBFN

100％

100％

86％

100％

100％

100％

98％

SVM

100％

100％

92％

100％

100％

100％

99％

ν-Arc

100％

100％

100％

100％

100％

100％

100％

92％

100
90
80

推定値［％］

70
60
50
40
30
20
10
0
0

10

20

30

40
50
60
実際の消費電力［％］

_

70

80

90

100

70

80

90

100

インバータエアコン

100
90
80

推定値［％］

70
60
50
40
30
20
10
0
0

10

20

30

40
50
60
実際の消費電力［％］`

図3-4-7インバータ冷蔵庫

電気機器の消費電力の推定結果動作させた場合の結果であるが、インバータエアコンの実現可能性を確認できた。今後は、多種多数の電気とインバータ冷蔵庫の結果のみ示してある。使用した機器についてこの手法の適用可能性を検討する予定で

パターン認識手法はシグモイド関数ネットワークある。また、並行してプロトタイプシステムを製作し（SFN）である。図の横軸が電気機器の実際の消費電力たい。

を、縦軸が推定結果を示している。いずれの軸も電気

この非侵入型電気機器モニタリングシステムは、実機器の定格電力で正規化してある。図内の二本の破線

現化に向けて動き出している各種需要家情報ネットワ

で囲まれた領域が推定精度± 10 ％の領域である。いずーク構想の中にコンフリクトなく導入可能と考えられ、れの電気機器についても、1500 個用意したテストデー

また、これらの構想の実現によって普及が進むと期待(21)される。このシステムは家庭需要家を対象にしたロータのうち 95 ％以上が± 10 ％の推定精度内に納まった 。

ドサーベイへの適用にとどまらず、電気機器の異常動

3-4-5 今後の展開

作の検知へも適用可能と考えている。また、業務用需要 家 を 対 象 と す れ ば 、 ESCO（ Energy Service

以上のように、実験室における小実験では、新しい原理に基づく非侵入型電気機器モニタリングシステム

Company）事業における簡便な計測ツールとしての可能性も秘めている。

電中研レビュー No.41 ● 41

コラム 消費者をつかむ「良くても売れない」

日経ビジネスは 8 月 21

電気料金の値上げは困るが、グリーン電力の割増

日号で〝よい商品〟が売れないわけを特集した。

料金なら支払ってもよい。このような消費者の反「消費者をつかみきれていない」ために、広報や営

応は、物価の上昇は困るが、有機野菜やおいしい

業戦略が十分機能していないというのが、この特水は少々割高でも購入する、という行動に通じる集の結論である。

ものがある。消費者は、有機野菜やミネラルウォ「良い電気が売れない」「良い電気を作っている会社の業績が伸びない」

本格的な市場競争の時ーターが健康にどれだけ効果があるかを正確に知っているわけではないが、それらの消費は満足感

代がくれば、こんな特集が組まれるかもしれない。

を与えるのである。安くて、安定していて、滅多

そして、消費者をつかんだ電力会社とそうではなに停電しない〝良い〟電気に加え、消費者に満足い企業との明暗がはっきり示されるかもしれない。

感を与える商品としての、付加価値をもった多彩

消費者に選択権が与えられると、どんなことが起な電気を開発することが求められる。

こりうるのだろうか。
〝あなた〟の電気を送る
色つきの電気を売る

月尾嘉男東京大学教授は 93 年の著書「贅沢の創パソコンといえばアイボリー。白物家電が機能造」で、情報技術を駆使した一品種一生産の可能性も色もデザインも多彩になっていったにもかかわを述べている。月尾教授の描いた社会はそのまま

らず、パソコンはなかなかアイボリーから変化しの形で実現されたものもあれば、そうでないものなかった。そこに登場したのが imac である。丸みもある。例えば、衣服の個人仕様はそれほど普及しを帯びたすっきりしたボディに透明感のある鮮やていない。しかし、インターネットを通じて、自分かな色。「毎日使うものだから、気に入った色にしだけの掘り出し物を探す若者は増えているという。

たい」という消費者意識を的確に捉えた商品開発

様々な分野で個人仕様が進まない理由のひとつは、戦略である。imac 自体の売れ行きもさることなが普通の人は「どんな物が欲しいか」を明確に表現

ら、パソコンまわりの備品の色が imac カラーに席できないからである。つまり、個人仕様の商品を巻されていることからも、いかに消費者の潜在的注文するには、ばくぜんとしたニーズを形に表現なニーズをとらえた商品開発だったかがわかるだ

してくれるコンサルタントが必要なのである。

ろう。

電力会社が提案する多様な料金メニューやサー

一般に、商品の普及率が高まると、色・デザイ

ビスが受け入れられるかどうかも、各家庭に最適

ン・機能などの多様化が進む。増大する需要に対な料金メニューをアドバイスするしくみが機能すして多くの企業が参入し、商品の差別化戦略がとるかどうかに関わっている。というのも、一般のられるためであるが、消費者側の個性化志向の影

世帯は、どのように電気を使っているのかよくわ

響も少なくない。だとすれば、最も日常的な財でかっておらず、料金メニューのメリットを理解しある「電気」が競争市場で多様化しない理由はな

にくいからである。

い。例えば、北海道電力の「ドリーム８」は深夜

多様な個人に対応するサービスはこれまではコ

料金のひとつだが、ネーミングひとつで新しいストがかかりすぎて不可能だった。しかし、情報〝商品・サービス〟として認知されたのではない

技術の発達は、効率的な One to One マーケティンだろうか。

グを可能にする。米国の電力会社では、大口顧客

電力版 imac の候補のひとつは「グリーン電力」†

制度である。当研究所の調査 によれば、首都圏の対応のコールセンターの充実などで、顧客の獲

主婦の７割が、新エネルギー開発を進めるために得・維持に努力している。国内でも、自由化に直割増料金を支払う制度が導入された場合、「契約し面した銀行がコールセンターを活用した顧客獲得

たい、料金によっては契約したい」と答えている。

に懸命である。電気事業の場合も、いかに魅力的†

1999 年度首都圏の 400 世帯を対象に実施したアンケート調査。

42に対するアカウントマネージャーや、住宅用顧客

な〝あなた〟向けのサービスを提案できるかが重要になろう。

コラム エネルギーユーザ特性情報データベース
エネルギーユーザ特性情報とは●パスワード保護

需要家エネルギー関連の研究には、電気および本データベースは電力会社など所外の機関から熱の利用者すなわちエネルギーユーザに関するさも参照できるようにすることを念頭に開発を進め

まざまな情報、また、エネルギーを使用するためている。このため、研究開発の過程にあるデータの機器やシステムの特性に関する情報が不可欠でなど開示に差し支えのあるデータについてはパスある。近年は、需要家自らが化石燃料や自然エネ

ワードにより保護できるようにする。

ルギーを変換して電気エネルギーおよび熱エネル
ギーを得ることの出来る分散型の電源やエネルギ
ー源も登場しており、これらに関する情報も必要である。

プロトタイプデータベースの開発
これまでに、住宅需要家の年間のエネルギー消費データや、近年開発が進み実用化・普及の動向が注目されているマイクロガスタービンなどの分エネルギーユーザ特性情報データベースの特徴
情報を集積し、多量の情報の中から望みの情報を検索する機能を備えたデータベースは、情報の散型電源の特性データなどを格納し、プロトタイ
プデータベースとしての機能検証を進めている（図１）。

共有や有効利用に適している。
開発を進めているエネルギーユーザ特性情報デー
タベースの特徴は次の３点である。
∏

多様な形態の情報π

フレキシブルな検索∫

パスワード保護クライアント（Webブラウザ）
ID、パスワードによる認証
Webブラウザ
みつけるぞう検索●多様な形態の情報

資料内容

エネルギーユーザ特性情報（データ）には、例
えば、住宅需要家の年・月・日間の消費電力量、エネルギー機器の仕様・特性のように表形式やグラフ化された数値データ、様々な需要家の行動様
式・パターンをまとめた表形式の文章データ、また、図面や写真など、多様な形態がある。

Webブラウザ

Webブラウザ

みつけるぞう検索結果

本文索を容易にするため、データ毎にキーワードや概⑥クライアントに結果が戻る
Web Server②スクリプトを実行要を表す短文などの標識を付けて格納する。

⑤結果を戻すスクリプト１（HTML作成）●フレキシブルな検索
データベース利用者とのインターフェイスとな

資料内容
資料リスト

①スクリプトの呼び出し

本データベースでは、あらゆる形態のユーザ特性情報を格納することが出来る。また、情報の検Excel等

スクリプト２（データ表示）③SQL文を発行④結果

る検索エンジンには、当所の情報研究所が開発しDBた「みつけるぞう」を適用した。これにより、利用者が入力したキーワードはもちろんのこと、それに近いキーワードを含むデータを候補として表

図１

エネルギーユーザ特性情報データベースの構成示し、効率的な検索を支援する。

電中研レビュー No.41 ● 43

第

章

4

効率的なエネルギー利用と快適な
熱環境作り
─ 都市・業務用ビルを中心に ─第４章

効率的なエネルギー利用と快適な熱環境作り−都市・業務用ビルを中心に− ● 目次

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

中野

幸夫

狛江研究所需要家システム部

主任研究員

宮永

俊之

経済社会研究所

上席研究員

浅野

浩志

経済社会研究所

主任研究員

高橋

雅仁

横須賀研究所プラント熱工学部

上席研究員

岩坪哲四郎

横須賀研究所プラント熱工学部

主任研究員

長谷川浩巳

横須賀研究所プラント熱工学部

主任研究員

橋本

克巳

我孫子研究所環境科学部

主任研究員

田村

英寿

狛江研究所需要家システム部

研 究 員

占部

亘

４−１

業務用需要家の電力消費構造とDSM施策効果の解明 …………………………………………………………………47

４−２

事務所ビルの室内熱環境の解析手法

４−３

ビルの空調・熱源新技術……………………………………………………………………………………50…………………………………………………………………………………………………55

コラム：カプセル型氷蓄熱システムの性能を向上させる新しい過冷却解除剤−氷核活性細菌−
４−４

都市熱環境とエネルギー消費……………………………………………………………………………………………60

中野 幸夫（12ページに掲載）

浅野 浩志（12ページに掲載）

岩坪哲四郎（12ページに掲載）

46…………………………59

宮永 俊之（昭和63年入所）
オフィスなどの室内空間を対象に、熱環境の予測、居室者の温熱感評価および省エネ策の効果予測を行うプログラムの開発を行ってきた。現在は、プログラムの高度化の一環として、照明エネルギーの削減を念頭においた
室内光環境の予測手法を開発している。

高橋 雅仁（平成７年入所）
統合資源計画やエンドユース分析などの需要家方策の費用便益分析手法、および負荷平準化機器の普及策に関する事例研究に従事してきた。現在は、電力自由化に関連して、競争的市場に適合した電源計画手法に関する研究に取り組んでいる。

長谷川浩巳（平成元年入所）
入所以来、ヒートポンプや蓄熱、コージェ
ネレーションなど、熱エネルギー利用分野の省エネ研究に従事。現在は、蓄熱材の探索や蓄熱システムの高性能化に取り組んでいる。

橋本 克巳（平成５年入所）
主に二段圧縮式給湯ヒートポンプの開発と、都市・家庭などへのエネルギー供給に関する研究等に従事してきた。現在、ヒートポンプ、
コージェネ等の各種エネルギー変換機器のシステム解析・評価に取り組むと共に、CO2ヒートポンプの開発研究に取り組んでいる。

田村 英寿（平成５年入所）
東京23区等の大都市域を対象に、数値シミュレーションによる熱環境の実態把握や緩和策の導入効果予測に携わってきた。現在は、都市中心部の街区スケールを対象に、建物・緑地の配置やエネルギーシステムの導入にともなう屋外熱環境の改善効果予測に取り組んでいる。

占部亘（平成10年入所）
都市熱環境の改善がもたらす，空調エネルギ
ー消費の削減に関する研究を行っている。これまでに，日射反射効果の試算を行った。現
在は，屋上緑化効果の試算に取り組んでいる。

４−１

業務用需要家の電力消費構造とDSM 施策効果の解明されるため、電力会社の私的利潤追求に基づく市場経

4-1-1

統合資源計画済的手法と社会全体での効用を追求する IRP 的手法の両立を図ることが今後需要家方策を実施していく上で需要家方策（DSM）を計画・実施するにあたり、そ最大の課題になろう。

の費用便益性や環境負荷影響などを事前評価しておく必要がある。DSM を普及させることで、電源などの供4-1-2

給能力を抑制できるため、DSM は電力会社側の資源のIRP モデルの開発とピークシフト機器の普及方策への適用

代替手段、いわば需要側の資源と見なすことができる。
電源設備や送配電設備などの供給サイドの資源と全ピークシフト型 DSM は、負荷移行を促す DSM 機器

く同じ土俵で、DSM のみならずコージェネレーション

やプログラムを普及させることで、ピーク電力需要をや再生可能エネルギー源など需要サイドの代替資源を抑制し、供給能力および供給コストを削減することを評価する統合資源計画（Integrated Resource Planning、

目的とする。供給コストの削減は、電気料金の低廉化

IRP）という考え方が欧米で検討・実施されてきた。

につながるため、電力会社の事業経営のみならず、国

統合資源計画は、従来の電源計画や流通設備計画の民経済的にも望ましい DSM である。夏季ピーク需要が中で、DSM や環境外部性を明示的に考慮した上で、供先鋭化し、負荷率改善が必要な我が国の電力需要に適給サイドと需要サイドの資源を費用便益性や環境負荷、

切な DSM であるといえる。

事業リスクなどの多様な指標で統合的に評価し、不確当研究所では、供給サイド資源（新設電源）と需要

実な環境下での社会的費用を最小化ないしは社会厚生

家サイド資源（ピークシフト型 DSM）を電源計画の中を最大化するシステム計画手法である。社会全体にとで同時に最適化できる統合資源計画の原型モデルを開って望ましい電力システムを構築することを目的とし発した（図 4-1-1）∏。モデルは、DSM によって、供給ている。

者側に発生する事業費用や料金収入変化を考慮した上米国では、1992 年に全ての州で IRP の適用を求める

で、事業収支（＝収入−費用）を最大化するような法律が制定された（エネルギー政策法、EPAct）。EU

DSM の普及助成金や導入規模を求める。但し、事業収では、IRP 指針草案が作られたが、米国の IRP があまり支最大化を実行する際、DSM 導入に伴う需要家の費用に規制主導のため、直ちに承認はされず、市場志向型

便益が減少しないように制約を課しており、これがこ

IRP へ転換させるための議論がなされ、パイロットプロのモデルの特徴である。モデル内で DSM の受容関数をグラムが実施された。現在、デンマークおよびオラン

明示的に考慮することにより需要家側の費用便益を表ダで本格的に IRP が導入されている。

現している。受容関数は、需要家の DSM 投資回収年数

我が国において、DSM を普及させて社会的に望ましい電力需要構造へ誘導するために、今後 IRP に基づいに対する選好度の分布で表し、回収年数が短い程 DSM
参加率が上昇する。

た需要家方策の検討が必要であると考えられる。我が

事例研究として、事務所ビルに対する蓄熱式空調シ

国のエネルギー事情や需要家の行動を反映した日本型

ステムの普及支援策を取り上げ、モデルの有用性を検

IRP の確立が求められる。

討した。対象範囲は全国大で、対象期間は 1994 〜 2014

事業会社の私的費用最小化から社会全体での費用最年度である。試算を通じて以下の事項が明らかになっ小化あるいは社会厚生最大化を目指す点で統合資源計

た。

画は公共政策の色彩が強い。このため、小売部分自由∏電力会社側の費用便益における料金減収分の占める化以降、電力供給市場への競争原理導入の増大が予見

割合が大きいため、DSM の最適な普及規模や普及支援

電中研レビュー No.41 ● 47

市場規模データ（DSM技術の普及ポテンシャル）

需要家モデル

供給者モデル（電気事業）

普及インセンティブ

費用便益分析
（PayBackTime）
需要家選好（DSM受容度）

電源計画・電力需給（発電）
費用便益分析（コスト最小化）
DSM普及策（料金制・奨励金）

電力需要

DSM技術データ

発電技術バックデータ

最適化結果

コスト
（初期導入費，
ランニングコスト）
機器性能，
運転パターン等

最適DSM普及量
電源構成の変化・設備投資抑制効果
奨励金最適支出パターンなど

図4-1-1

コストデータ（建設コスト，
燃料価格）
電源開発制約・運用制約等

統合資源計画モデル（電中研）

金はそれに大きな影響を受ける。つまり、DSM によっ

量産効果を考慮した場合の普及奨励金の最適支出パターて電力会社側に電源計画の繰り延べ便益が発生するが、ンについては、計画期間初期に奨励金を厚くし（3.4 〜４

料金減収がそれを上回れば電力会社自身が DSM を支援

万円／ kW）、後期に奨励金を下げる（0.3 〜 1.2 万円／ kW）

するインセンティブは発生しない。

という結果を得た（図 4-1-3）。普及後の量産効果を先πしかし、DSM 機器価格に量産効果が期待できる場合、取りして、普及初期に奨励金を厚くする。量産効果が短期的には費用便益性が低い DSM でも、長期的には量期待できる DSM 機器では、助成策設計の際にその量産産効果による費用便益性の改善が期待できるため、電効果を折り込んだ分析が必要であることを示唆してい力会社自身が DSM を支援するインセンティブが発生する。

る。
普及対象を小規模ビル向けの小型蓄熱式空調システ

4-1-3

省エネ投資とグリーン電力への選好ムに絞り、その量産効果を仮定した試算ケースにおいて、習熟係数σが 0.8 の場合、1994 〜 2014 年度 20 年間

負荷管理型 DSM のみならず、省エネルギープログラにおいて全国大で約 240 万 kW のピークシフトを得た

ムやグリーン電力制度などの環境対応型 DSM を含め、

（小規模ビル導入量上限の 50 ％）。それに伴い、電源計

需要家サービスの開発を検討する上で、需要家機器へ

画も順次繰り延べられる（図 4-1-2）。

の投資選好やサービスへの受容性を定量的に把握する

100

蓄熱式空調
石油火力
LNG複合
石炭火力

0
−100
−200
−300
−400
1994

図4-1-2

48

1998

2002
2006
年度

2010

2014

IRPモデル試算例：DSM普及による電源容量の変化

初期導入費用増分（万円/kW）

200

8

20
普及奨励金
投資回収年数

15

6

10

4

5

2

0

図4-1-3

1994

1998

2002
2006
年度

2010

2014

投資回収年数PBT（年）

電源容量の変化（万kW）

3000IRPモデル試算例：普及奨励金の最適支出パターン

ことは大変重要である。しかし、業務部門を対象に需する回収年数は平均よりも短く 2.00 〜 2.80 年であった。

要家サービスへの選好を定量的に調査した例は、公開

省エネ投資については、公共施設の方が民間施設より資料としては極めて少ない。

も積極性が高い（図 4-1-4）。
†

当研究所では、関東近辺１都８県内 に事業所がある¹

企業と自治体を対象に、平成 12 年３〜４月にアンケー

グリーン電力への支払い意志額

トにより、業務用需要家の省エネルギー対策への選好

グリーン電力への支払い意志額について、需要家のπとグリーン電力への支払い意志額（WTP）を調査した 。

使用電力量の 30 ％をグリーン電力で供給する仮想的な調査方式は、電話での事前依頼に承諾した需要家へ調グリーン電力サービス「グリーン 30」を調査対象者に査票を郵送する方法を採った。業務部門の代表的業種

提示し、現在の電気代の何％アップまでならば、これを偏りなく網羅しつつ 330 件の回答を得た（有効回収を購入するか尋ねた。全体で 68.5 ％の事業所が「価格率＝ 54.0 ％）。

次第では購入してもよい」と回答しており、グリーン
購入希望者の平均アップ率は 2.45 ％であった。法人向¸

省エネ・省コスト機器への投資選好け（業務用需要家）のグリーン電力市場が立ち上がる可能性が高いことが分かった。

新たにエネルギー機器を導入する際、省エネ型機器を選択するか、また選択するならば何年間の投資回収

業種別に支払い意志額を見ると、省エネ投資選好の年数を期待するか尋ねたところ、「省エネ機器を選択し場合と比べて、両者に明確な相関は見られず、グリーてもよい」という事業所が全体の 80.9 ％と圧倒的に多ン電力購入に関しては公共施設だけでなく民間施設もく、業務用需要家が省エネ機器へ潜在的な投資選好は積極性が高いと言える。「小売業・コンビニ」「文化施大きいことが分かる。

設」が、各々 5.6 ％、4.86 ％と高い支払い意志額を示している（図 4-1-5）。

期待する投資回収年数を業種別で見ると、「事務所・官公署」や「大学・短大」「文化施設」「病院・大中規

今後、エネルギー産業自由化の進展によりエネルギ

模」などの公共施設が期待する回収年数が 3.16 〜 3.68 年

ー源を越えた需要の囲い込みなどエンドユースレベルと全体平均 3.06 年よりも長く、一方、民間企業が期待での競争が激化していく。ここでは、事務所の空調需

4.0
公共施設
民間施設

3.5

回収年数

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
小
売
業
・
コ
ン
ビ
ニ

飲
食
店
・
フ
ァ
ー
ス
ト
フ
ー
ド
な
ど

小
売
業
・
百
貨
店

小
売
業
・
ス
ー
パ
ー

ホ
テ
ル
・
シ
テ
ィ
ホ
テ
ル
な
ど

図4-1-4

ホ
テ
ル
・
ビ
ジ
ネ
ス

小
売
業
・
そ
の
他

飲
食
店
・
フ
ァ
ミ
レ
ス

病
院
・
小
規
模

全
体
平
均

事
務
所
・
一
般
企
業

小
中
高
校

事
務
所
・
官
公
署

病
院
・
大
中
規
模

文
化
施
設

大
学
・
短
大

省エネ投資に期待する回収年数†

東京都、神奈川県、千葉県、埼玉県、茨城県、栃木県、山梨県、群馬県、静岡県†

電中研レビュー No.41 ● 49

支払い意思額（電気代アップ率）

６%
公共施設
民間施設

５%
４%
３%
２%
１%
０%
小
売
業
・
百
貨
店

図4-1-5

ホ
テ
ル
・
シ
テ
ィ
ホ
テ
ル
な
ど

飲
食
店
・
フ
ァ
ー
ス
ト
フ
ー
ド
な
ど

病
院
・
小
規
模

飲
食
店
・
フ
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ミ
レ
ス

小
中
高
校

大
学
・
短
大

病
院
・
大
中
規
模

ホ
テ
ル
・
ビ
ジ
ネ
ス

全
体
平
均

事
務
所
・
官
公
署

事
務
所
・
一
般
企
業

小
売
業
・
ス
ー
パ
ー

小
売
業
・
そ
の
他

文
化
施
設

小
売
業
・
コ
ン
ビ
ニ

「グリーン30」への支払い意志額（現在の電気代からのアップ率）

要を例に需要家のエネルギー選択行動結果を分析した

電力も視野に入れて、非価格要因も含めて分析していが、今後は、電気式の蓄熱機器対非蓄熱機器の選択のく必要がある。

みならず、電気機器対非電気機器、あるいはグリーン

４−２

事務所ビルの室内熱環境の解析手法
らの生産性を向上させることと省エネのどちらを優先

快適かつ省エネなオフィス環境つくりのために

事務所ビルでは、近年、パソコンなどの OA 機器な
どの著しい普及とそれらから発生する熱を処理するた
めに空調用の電力消費が増え続けており、地球環境保護や都市部への電力安定供給の観点から、それを削減することが社会的に強く求められている。
こうした強い省エネ要請の一方で、オフィスにおけるワーカーの温熱快適性についてはあまり配慮されていないようである。それを裏付けるように、彼らの多
くは、冷暖房時の室温に対して、「暑い」、「寒い」、「温度ムラが大きい」といった不満をもらしている∫し、非するべきかは自明であろう。省エネにまして、より温
熱的に快適な就業環境を提供することが優先されるべ

オフィスワーカーが「非常に仕事がしやすくなる」と感じている要素（％）

4-2-1

50
40
30
20
10
0

空 Ｏ 集 ネ 気 リ 机 喫 一 保 レ 植 打 照 フ 仕 会 床 通 ５ 絵 分 オ
調 Ａ 中 ッ 分 フ の 煙 人 管 イ 栽 ち 明 レ 事 議 材 勤 本 画 散 フ
設 機 執 ト 転 レ サ を 当 ス ア の 合 の ッ の 室 の 時 足 等 型 ィ
備 器 務 ワ 換 ッ イ 厳 た ペ ウ 増 わ 改 ク 質 の 改 間 椅 の オ スの の ス ー の シ ズ し り ー ト 加 せ 善 ス の 改 善 の 子 増 フ に
ペ ク 場 ュ の く の ス のコ
タ 変 善
改 の 加 ィ お改 増
強 ー 化 所 ル 拡 す ス の 改
ー
イ 化 ・
善 導
ス け
善
ス の の ー 大 る ペ 拡 善
ナ
ム
新
入
で る
の 進 確 ム改 展 保 の
善
改
・
善
新
・
設
新
設

常に仕事がしやすくなると感じている要素を「空調設備の改善」であるªと述べている（図 4-2-1）。不満だらけの熱環境のもとでは労働生産性の低下は免れない。
ワーカーの給与とエネルギーコストを比較すれば、彼

50

図4-2-1

ー 大
ス
の
拡
大

ー
の
改
善
・
新
設

の
導
入

設

の 個
勤 人
務 の
自
由
の
拡
大

オフィスワーカーが「非常に仕事がしやすくなる」と感じている要素きである。ただし、快適性を追求するあまりに空調用

だ独自の手法（以後、熱環境評価プログラムとよぶ）

エネルギーを浪費することは前述の社会的要請に逆行の開発を進めてきた。

するものであり、未然に防がねばならない。すなわち、・人体と周囲環境の熱的相互作用（対流、伝導、放今後の事務所ビルにおけるオフィス環境つくりは、一射、蒸発による伝熱現象）の解明

見相反するワーカーの温熱快適性と省エネを両立させ

・人体の温熱感指標の定量的表現

るように行われるべきである。

本プログラムの最大の特長は、人体の温熱感覚に大では、温熱快適性と省エネを両立させるために、具きな影響を及ぼすにも関わらず従来無視に近いかたち

体的にはどうすればよいか。オフィス環境は、人間、

あるいはかなり雑に扱われてきた放射による伝熱を適建物構造、設備などに関わる多くの熱・幾何学的要因切に扱えるようにした点にある。本節では、このプロが複雑に絡み合い、相互に影響を及ぼしながら形成さグラムの内容について述べる。

れる。まずはオフィス内の熱環境の成り立ちや仕組み

4-2-2

をきちんと理解しておく。その上で人体の快適性や具

熱環境評価プログラム

体的な方策を論じるべきである。そのためには、人間¸とその周囲環境との相互の熱的な影響を数値シミュレ

人体と周囲環境との熱交換とプログラムの概要

ーションによって予め定量的に把握し、それで得た知当研究所で開発した熱環境評価プログラムは、人体見をオフィスの空間構造やレイアウト、空調設備の設とその周囲環境との間の対流、伝導、放射、蒸発によ計に応用することが近道であると考える。すなわち、る伝熱を解析し、室内の熱環境を適切に模擬し、人体

気温やオフィス内の温度分布、ワーカーの温熱感覚なの温熱感覚を定量的に評価できる。プログラムの概要

どを定量的に評価できる手法を確立する必要がある。

を理解するには、人体と周囲環境との熱交換と温熱感

このような目的でつくられたプログラムは従来多数覚を規定する要素の関係を見ておく必要がある。この存在する。その多くがゼネコンや住宅会社等で開発さ関係を図 4-2-2 に示す º。この図からわかるように、人れたプログラムである。しかし、それらが今回の目的

体と周囲環境との間の熱のやりとりや温熱感覚に影響を達成するために必ずしも満足のいく性能を備えたもを及ぼすのは、単に気温だけではない。以下に示すのとは言えない。そこで、当研究所は、「快適性かつ省様々な要素があげられる。

エネなオフィス環境つくり」を支援するのに必要な課

人体側の要素としては題のうち、従来のものに欠如している下記を盛り込ん（ア）代謝量［人体側の要素］
代謝量*1

人体と環境の間で行われる熱のやりとり

放射
着衣量*2
対流
伝導
蒸発

［環境側の要素］
日射
表面温度 時
間
の
気流
流
れ
気温
湿度

*1代謝量

人体の活動状況によって体内で生じる熱のこと。
激しい運動をしているときは量が多く、気温が低くても寒さを感じない。

*2着衣量

衣服の素材形状によって熱の出入りが変化する。
着衣量が増すほど、気温の変化による影響は少ない。

図4-2-2

人体と周囲環境との熱交換と温熱感覚を規定する要素の関係

電中研レビュー No.41 ● 51

（イ）着衣量面ｍ

環境側の要素としては

乱反射

（ウ）気温

（オ）湿度

面ｊ

正反射

（エ）気流
面ｋ

遮へい

（カ）放射（室内の表面温度などと深く関係する）がある。上記の人体側・環境側の要素は、人体と周囲環境間の対流、伝導、放射、蒸発による伝熱と複雑に面ｉ関係しており、それぞれの量を決定する。本プログラ
ムでは、上記の伝熱の要素をすべて考慮した熱バラン
ス式を解くことによって、室内の気温、気流および表※面ｉから射出され、面jに到達する赤外線は
まな経路をとおる.

面温度の分布などを時間の流れに沿って計算できるよ

図4-2-3うにした。これら計算結果から人体の放熱量を計算し、さまざ空間内の赤外線移動の様子

温熱感覚を予測できる（この過程の詳細を、∫とªで後述する）。本プログラムの最大の特長である人体と周外線による熱移動（放射伝熱）量を的確に解析するプ囲との放射伝熱の扱い方についてπで詳しく説明する。

ログラムを開発した Ω æ。このプログラムは、従来広く使用されている光線追跡法を改良した独自アルゴリズ¹

物体間の放射伝熱量の計算

ムを基礎として構築されている。これに、障害物によ放射伝熱とは、赤外線は可視光線と同じように空間る遮へい、空間内の多重反射および波長に対する物体を伝わり、到達した物体に赤外線が直接吸収されて熱表面の反射や吸収特性を考慮でき、少ないメモリと計を伝えることである。接触によって生じる対流や伝導算時間で高精度な結果が得られるよう工夫を施していによる熱の伝わり方とは異なる。途中に障害物があるる。さらに、従来開発されている対流と伝導による熱と赤外線が遮られるので、熱が伝わらない。また、鏡移動のプログラムを組み込み、室内各部の温度分布をのような反射体があると赤外線は反射して向きを変え

時間の流れを考慮しつつ詳細に解析できるようにした。

移動する（図 4-2-3）。

また、屋外から屋内への熱伝導や日射の侵入の過程をオフィスには様々な形の障害物や反射体が立体的に時間の流れを考慮しつつ詳細に模擬できるように、躯

配置され、互いに熱的影響をおよぼし合っているため、体の熱応答の時間遅れや蓄熱の効果、隣接する周囲の放射伝熱現象は複雑化する。「冷えた窓」による冷放射、ビルによる日射の遮へいや周囲のビルからの熱放射の「日射を吸収して焼けた壁」によるほてり等に代表され影響を解析に取り込めるようにした。冷房のための電るように、放射伝熱は人体の温熱感に大きな影響を及力需要がもっとも大きくなる気象条件の日を対象に、ぼす。したがって快適なオフィス環境をつくるために密集した街区の中に建っている事務所ビルの中間階

は、ワーカーを含め、室内にある全ての発熱源の発す（４Ｆ）のオフィス内の壁面温度分布変化を解析した事

る赤外線、窓から室内へ入射する日射が、家具や壁な例を図 4-2-4 に示す。

どでの吸収や反射を経て、室内各所の温度をどのように上昇させるかをあらかじめ知ることが重要である。
併せて、ワーカーまわりの熱環境を評価するための人º

熱環境を評価するための人体モデル
人体表面から周囲へ放出される熱量は、人間が暑い、

体モデル、温熱感を評価するための指標を検討するこ

寒いなどと感じる温熱感と密接に結びついた重要な量とも、前記の解析結果を効果的に活用する上で重要でである。したがってオフィスの熱環境を適切に評価すある。しかしながら、これらを精度よく、かつ、効率

るには、適切な人体モデルを用いて人体からの放熱量的に実現する方法はこれまでほとんど見あたらなかっを計算する必要がある。当研究所は、室内環境の評価た。そこで、当研究所では任意の形をした物体間の赤のための人体モデルを新たに開発した 4.2.6）（図 4-2-5）。

52

午前12時

午後12時

南

東
午前2時

午後2時

午前4時

午後4時

午前6時

午後6時

午前8時

午後8時

午前10時

午後10時

密集した街区の中の一つの事務所ビ
ル
南

7階建ての
4階部分

蛍光灯 8組（0.5×10m）

2.6m

25.6m
南側窓
（幅6.0×高さ1.1m）×4ヶ所

東側窓（西側も同じ）（幅2.0×高さ1.1m）×2ヶ所
27

図4-2-427.75

28.50 29.25
温度（℃）

30

27

27.75

28.50 29.25
温度（℃）

30

事務所ビルの居室内の温度分布変化の解析事例

このモデルは、形状を工夫した円柱と直方体を組み合わせて作成した比較的単純な形をしているが、実質由に変えることができるようにするなど実用的なモデ
ルへの発展を目指す予定である。

的な体表面積、および、人体表面形状を、実際の人体に近い値で表現できることを確認している。皮膚の温»人体の温熱感覚の推定

度分布については被験者の実測データを使用しており、人間は活動状態に応じた量の熱を放射、対流、伝導

人体からの放熱量を的確に模擬するように工夫していによって放出される顕熱あるいは呼吸、発汗によってる。この人体モデルを解析モデルに組み込み、解析し、放出される潜熱のかたちで体外に放出することで体温

人体の皮膚温度や人体周囲の熱環境に関わる詳細な情を調節する。周囲の熱的な条件によって放熱がさまた報を評価することができる（図 4-2-6）。現状では、適げられると暑く、また、必要以上に放熱が促進される用できる場面が限られるが、今後、姿勢や着衣量を自と寒く感じる。放熱量を求めて温熱感を定量化する研究が欧米を中心に行われ ¿ ¡、現在ではいくつかの温熱

150mmφ200mm

感指標†が広く用いられるようになった。しかしながら、
275mm

頭部
（網掛け部）

髪部（網掛け部）

この研究では人体は空間に浮かぶ点で表現されるなど極端に簡略化されるため、人体と壁面などとの空間的

400mm
顔面部

計算が困難であった。このことによって、温熱感を適
胴体部
280mm

切に評価できない恐れがあった。そこで、前述した人体モデルを用いて計算した放熱量をもとに、従来の温450mm

100mmφ50mm
100mm

な位置関係が適切に表現できず、放射による放熱量の600mm

125mmφ

下肢部（網掛け部）

200mm(a) 寸法

図4-2-5(b) 部位の分割

室内環境の評価のための人体モデル†
代表的な温熱感指標として、デンマークで開発された PMV（予想平均申告）がある_。気温・湿度・気流速度・平均放射温度（周囲の固体表面温度分布の平均値）、人体の着衣および作業の程度から計算できる温熱感指標で、− 3（寒い）〜 0（どちらでもない）〜＋ 3（暑い）の値で表現される。

電中研レビュー No.41 ● 53

（放射による総放熱量38Ｗ）

放射パネルからよく見える箇所の放射による放熱量が大きい

放射パネルからよく見える箇所の放射温
度が低い

22.5

25.3

28.0

30.8

33.5

図4-2-6

2.5

16.4

30.3

44.1

58.0
2

面放射温度（℃）

放射による放熱量（W/m ）人体モデルを用いた評価結果（天井パネルによって冷房された居室内における事例）

熱感指標 PMV を修正する方法を考案した（図 4-2-7）
。
ＰＭＶ指標

呼吸・蒸発
による放熱

内
部
発
熱

考案した温熱感の修正指標の妥当性を調べるために、一定の環境に制御された室内において、百数十名の被

放射
による放熱

験者に温熱感をアンケート調査した。この結果、従来の温熱感の指標より今回開発した修正指標のほうが被験者の温熱感をより的確に表していることがわかった

対流
による放熱

（図 4-2-8）。

人体の温熱感覚内部発熱と外部への放熱量とのバランス

4-2-3

今後の進め方-3（寒い）〜0（中立）〜+3（暑い）オフィスを対象とした室内の熱環境およびワーカーの温熱快適性を定量的に評価するための熱環境評価プ

放射による放熱量の計算精度を向上させて従来の指標の予測精度向上を図る（修正PMV ）図4-2-7

ログラムを開発した。今後は、快適性と省エネを両立

PMV指標の修正方法

させるオフィス環境つくりに役立ててゆきたい。当面

1.0

暖かい

温熱感

0.5

0

-0.5
被験者の温熱感（平均）

-1.0

涼しい

従来の温熱感指標PMV
今回提案した温熱感指標
修正PMV

-1.5

26.0 26.4

26.8

27.2

27.6

28.0

作用温度（℃）（放射と空気の両方が人体に与える影響を評価する温度指標）

図4-2-854

PMV指標と修正指標の比較事例

の適用先として、電気事業が進出しつつある建物品質検討を進める予定である。さらに、事務所ビルにおい評価格付け事業や ESCO 事業での利用を念頭に置く。

て空調についで大きなエネルギー消費量を占める照明

また、事務所ビルにおける空調や照明のスケジューに着目し、昼光の利用等による照明エネルギーの省エル等を今回開発したプログラムに取り込んで、熱環境ネを念頭において光環境の解析手法を新たに開発し、をより現実に近いかたちで解析できるようにしたり、実用性の観点から他の類似した手法との差別化を図りプログラムを空調設備設計に的確に反映させるための

たい。

４−３

ビルの空調・熱源新技術
は氷蓄熱槽から１〜４℃の冷水が各階にある空調機に4-3-1

氷蓄熱式放射冷房システムの提案供給される。空調機ではその冷水を利用して低温低湿の空気を作り、それを天井に設置された金属製の放射放射冷房は放射伝熱を主体にした冷房方式で、従来冷房パネルと天井スラブとの間に吹き込む。冷却されの対流伝熱を主体にした冷房方式に比して不快な冷気たパネルは、居室者や OA 機器、床面や壁面等からの熱の流れがほとんどなく、快適で静穏な室内熱環境を実

放射を吸収することで冷房を行う。また、吹き込まれ現できる方式である。当研究所では放射冷房に氷蓄熱

た冷気は窓側端部から室内に供給され、換気とペリメを組合せた氷蓄熱式放射冷房システムを事務所ビル用

ータの熱処理に使われる。このシステムでは、氷蓄熱の新しい空調システムとして提案してきた。氷蓄熱のの採用によって供給冷水温度を通常の水蓄熱のものよ

特長を十分に活かした新しい空調方式を開発することり低い１〜４℃とすることができ、これによって搬送で氷蓄熱の普及を支援するためである。また、氷蓄熱

動力の低減が見込める。同時に除湿能力が向上した分、を利用することによって放射冷房そのものの性能を向

低湿な空気を室内に供給することができる。従来より上させることも意図している。

低い湿度の空気を供給する分、室内の温度を従来より提案する氷蓄熱式放射冷房システムのコンセプトを高めても放射冷房の効果とあいまって同等の温冷感が

図 4-3-1 と表 4-3-1 にまとめた。図 4-3-1 に示すように、得られることが期待される。また、室温を高めた分だ

屋上の氷蓄熱槽には夜間電力を利用したヒートポンプ

け外部からの侵入熱負荷を低減させ、省エネになる可によって氷として冷熱が蓄えられる。昼間の冷房時に能性がある。さらに、放射パネル冷却後の低温低湿空

空気の流れ
水の流れ

ヒートポンプ
ポンプ

氷蓄熱槽

1〜4℃

P
10〜14℃
外気温
29〜35℃

放射パネル
室内温湿度

26〜28℃

ペリメータ熱処理

図4-3-140〜50％
空調機

氷蓄熱式放射冷房システムの概念図

電中研レビュー No.41 ● 55

表4-3-1

氷蓄熱式放射冷房システムの五つのアイデア①負荷平準化への寄与②省エネルギーへの寄与
・搬送動力低減・侵入熱負荷の低減
・熱エネルギーのカスケード利用③温熱快適性の向上④放射冷房の性能向上
・結露防止
・熱負荷追従特性改善⑤イニシャルコストの軽減←・氷蓄熱の採用←・氷蓄熱の採用による低温冷媒供給←・温度高め、湿度低めの室環境設定←・放射パネル冷却後の低温低湿空気を再利用←・放射冷房の採用←・氷蓄熱から得られる低湿空気を室内に供給←・放射と対流のハイブリッド方式を採用←・大温度差利用による搬送系容量の低減←・ダクトレス方式の採用

気を室内に供給することで放射冷房の欠点である結露

蓄熱式放射冷房システムは、氷蓄熱をもたない放射式の危険性を確実に防止できるものと期待される。そのと比較して、３割強のピークカット、１割の省エネ、上、これによって本質的にあまり大きくない放射冷房

３割の電気料金の節約が期待される。氷蓄熱式としなパネルの除熱能力を補い、空調システムとしての熱負ければ放射式はエネルギー的にもランニングコスト的荷追従特性も改善されることが見込まれる¬。

にもメリットは見出せない。氷蓄熱式放射冷房システ

図 4-3-2 は、提案する氷蓄熱式放射冷房システムを導ムの夏季ピーク電力最大値および年間消費電力量は氷2入したモデル事務所ビル（延べ床面積 3,300m ）の負荷蓄熱をもつ対流式とほぼ同等である。また、両者の投平準化効果、省エネルギー性能、ランニングコスト、

資回収年もほぼ同等である。これらから、氷蓄熱の採イニシャルコストのシミュレーション結果である。氷用を前提にした場合、放射冷房がもたらす温熱快適性

負荷平準化効果

運転費
10

250

10

219
194

最
大 200
ピ
ー
ク 150
電
力 100
﹇
ｋ
Ｗ 50
﹈

電
気
料
金
﹇
百 5
万
円
／
年
﹈

151

144

0

400
消
費
電
力
量
﹇
Ｍ
Ｗ
ｈ
／
年
﹈

放射

対流

氷蓄熱なし

氷蓄熱あり

100

7.2

氷蓄熱なし

氷蓄熱あり

放射

対流

1000
801 813794 810

放射

対流

800
600
400
200

0

56

7

建設費

建
設
費
﹇
百
万
円
﹈

200

図4-3-20

省エネルギー効果
400
370 370
360

300

9.1

0
放射

対流

氷蓄熱なし

氷蓄熱あり

氷蓄熱なし

氷蓄熱あり

氷蓄熱式放射冷房システムを導入した事務所ビルの評価結果

図4-3-3

放射冷房システムを設置した実験室等を考慮すると本システムの市場競争力は高いと考えている。

ている √ƒ。現在、提案するコンセプトに基づいた放射

電力中央研究所では、12 ケ月代表日の運転シミュレ

冷房システムの実規模装置（図 4-3-3 参照）を試作し、ーションを表計算ソフトを用いて各時刻の機器の運転状

温熱快適性の確認等のほか、システムの制御法の開発

況・エネルギーバランス（図 4-3-4）を作成している ≈。

など、実験的な検討に取り組んでいる。

この計算では、まかなうべき基本的には、空調負荷に対して、ヒートポンプなどの各熱源機器の出力を充当

4-3-2

業務用空調システムの運転シミュレ
ーション・評価手法

することにより、各機器の必要な運転パターン・台数を求めている（図 4-3-5）。これまで、蓄熱式ヒートポ
ンプ、ガス吸収式の比較、氷蓄熱ビルマルチ、ガスエ

業務用空調システムでは、エネルギー源として電気、

ンジンヒートポンプ、給湯ヒートポンプ、マイクロ GT

ガスのいずれを用いるかをはじめとして、熱源機器

システムなどの運転シミュレーションを行いシステム（ヒートポンプチラー、ビルマルチ、蓄熱システム、ガ

構成、評価、最適化に関するノウハウを蓄積してきて吸収式、ガスエンジンヒートポンプ、コージェネ等）、いる。

冷房・暖房負荷、さらに、蓄熱システムでの蓄熱容

月代表日の負荷を用いる手法の問題点は、実際には

量・コージェネでの発電容量など、システム選択肢な

日ごと負荷は異なり月代表日からの負荷のバラツキがらびに設計パラメータが極めて多い。このため、空調生じることである。このことは、特にコージェネのよ

システムの設計を行うためには、運転シミュレーショ

うに熱負荷だけでなく電力負荷にも対応するシステム

ンを行って想定される負荷に対してシステムがどのよの場合に、電力負荷は他の空調負荷と傾向が異なり、うに運転されるかを予測することが必要である。そのシステム設計上も電力と熱のバランス（熱電比）が重結果をもとに、エネルギー消費量・エネルギーコス

要であるため特に重要な問題となる。電力中央研究所

ト・負荷平準化効果などを求め、システムの評価、最では、冷房・暖房・給湯・電力について地域内での自適化か行うことが可能となる。電力中央研究所では、給率を高めた地域熱供給システムを対象に 365 日（8760

このような設計・評価を行うため運転シミュレーショ

時間）の運転シミュレーションを行う専用プログラム

ン手法を開発しビルの業務用空調地域熱供給など各種を開発し、評価を行っている∆。これらのコージェネおシステムの評価を行ってきた。

よび空調システムの運転シミュレーションについては、

空調システムの評価では、一般的には、まず最大空

マイクロガスタービン、PEFC などの最新の技術を入れ調負荷をもとにシステム設計を行い、次に 12 ヶ月代表ていきながら、今後、手法の高度化を図っていく予定

日の空調負荷について１日の運転シミュレーションをである。

行い、それらの合計として、エネルギー消費量を求め

電中研レビュー No.41 ● 57

図4-3-4

日間運転シミュレーションの計算シート

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
時刻

図4-3-558

日間運転シミュレーションの計算結果

コラム カプセル型氷蓄熱システムの性能を向上させる新しい過冷却解除剤 −氷核活性細菌−
価で劇物であることから、より安価・安全で過冷カプセル型氷蓄熱システムは、潜熱蓄熱物質である水(氷)を密封したカプセルを蓄熱槽内に充填し、却解除能力の高い物質が望まれている。

冷凍機や空調機等と結合して蓄・放冷熱 （＝製そこで、当研究所では、様々な物質を添加した

氷・解氷）するシステム（図１）である。カプセ

水について、凝固・融解の繰り返しによる過冷却

ルの周囲を流れる熱搬送流体（＝エチレングリコ

解除能力の評価試験を行ない、「氷核活性細菌」がール水溶液等）との熱交換性能が良く、システム有望であることを確認した（図３）«。

構成が単純で、蓄熱槽の大容量化が容易である等

現在、滅菌方法等の異なる各種氷核活性細菌のの長所を持つ。

過冷却解除能力評価試験を行なっており、それを一般に、カプセル内に密封された水は、温度がもとに氷核活性細菌のカプセル型氷蓄熱システム

融点（＝ 0 ℃）以下になっても凍らない、いわゆるへの適用可能性を評価する予定である。

「過冷却状態」になり易い。また、カプセル内の水は各カプセル毎に独立しているため、蓄熱槽内に充填された全てのカプセルを凍らせるためには 、蓄冷熱時の熱搬送流体の流れ
放冷熱時の熱搬送流体の流れ

蓄冷熱が完了するまで凍結開始に必要な低い温度に熱搬送流体を保たなければならない 。しかし、
熱搬送流体を冷やす冷凍機の蓄冷熱 COP は、凍結

蓄熱槽

開始温度（＝過冷却解除温度）が１℃低くなるごとに約３％も低くなることが、当研究所の試算に室内空気よりわかった（図２）。

空
調
機

冷
凍
機

よって、水の凍結開始温度を上げることがカプ
セル型氷蓄熱システムの性能向上の決め手となり、そのための最も有効な手段が「過冷却解除剤」の添加である。これまで実用化されてきたカプセル
氷蓄熱カプセル型氷蓄熱システムにおいては、過冷却解除剤とし
図１てヨウ化銀（AgI）が利用されてきた。しかし、高カプセル型氷蓄熱システムの構成概略

2.8
2.6
2.4

＜主な試算条件と仮定＞
・冷凍機の冷媒蒸発温度＝水の凍結開始温度−10℃
・冷凍機の冷媒凝縮温度＝＋40℃，
蒸発過熱度＝凝縮過冷却度＝5℃
・水の凍結開始温度によらずに、同一の冷却機を使用。
・蓄冷熱時間＝10時間※冷凍機の冷熱出力と消費電力の計算に、米国NIST開発の冷凍サイク
ル性能シミュレーションプログラム CYCLE-D Ver. 1.0 を利用。

0.0

2.2
2.0

水の凍結時開始温
度が1℃低くなるごとに、蓄冷熱COPは約3％も低くなる。

1.8
1.6
−10.0

図２

＜氷核活性細菌＞
凍結開始温度が最も高く、しかもばらつきが最も小さい。

−1.0
凍結開始温度、℃

蓄冷熱COP（絶対値）、−

3.0

−2.0
−3.0
−4.0
−5.0
−6.0

氷核活性細菌
ヨウ化銀（AgI）
硫酸銅（CuS）
水のみ

−7.0
−8.0

−8.0

−6.0
−4.0
水の凍結開始温度、℃−2.0

カプセル内の水の凍結開始温度が冷凍機の蓄冷熱COPに及ぼす影響の試算結果

0

0.0

図３

20
40
60
80
凝固・融解の繰り返し数、回100

代表的な過冷却解除剤に関する過冷却解除能力の評価試験結果

電中研レビュー No.41 ● 59

４−４

都市熱環境とエネルギー消費

4-4-1 はじめに

4-4-2

建物の上空に熱を逃がす−都市全域スケールでの検討事例−「ヒートアイランド」は、都市特有の温暖化を表す言葉として広く定着しつつある。夏場のヒートアイラ_

広域を対象とした解析の重要性

ンドは、真夏日や熱帯夜を増加させることで都市生活

ヒートアイランドは、地域毎の地形や風系などの環における快適性を低下させるとともに、都市部のエネ

境下で形成される現象である。このため、例えば海ルギー消費の増大にも密接に関連している。例えば、風・陸風・弱風時などの時間帯毎にヒートアイランド

東京都では真夏の最高気温が 1 ℃上昇すると、平日の最の強さや現れ方は異なる。また、ある地域における熱大電力需要は約 160 万 kW 増加する。すなわち、ヒート

的な変化は、熱の移流を通じて風下側の地域の熱環境

アイランドによる都市の高温化がエネルギー消費を助をも変化させる。したがって、ヒートアイランド緩和

長し、さらには電力需要ピークを先鋭化させ負荷率を策を論じるにあたっては、都市域程度の広い空間スケ低下させる要因になっている可能性がある。

ールに視点をおいた検討を行うことが重要である。

ヒートアイランドを緩和するためには、その主要な

こうした背景から、ここではヒートアイランドを広成因といわれている「緑地の減少や人工舗装面の増加

域的に解析できる三次元数値モデル（以下、ヒートアに伴う地表の熱特性変化」や「エネルギー消費に伴うイランドモデル）を実在する大都市である東京 23 区に

人工排熱の発生」に着目し、これらを緩和する方策が適用して、主に建物と建物の間の気温に着目して、人考えられる。具体的には、屋上緑化や透水性舗装によ

工排熱の削減等の施策による熱環境緩和効果についてる蒸発熱の増大、白色塗装による日射反射の増大、省評価を行った。詳細については、文献≈、∆を参照さ

エネ技術の導入による人工排熱削減などが挙げられる。

れたい。

さらに、都市の熱環境緩和を考える上で無視しえな
いもう一つの重要な要因が、地上付近の風・日射・長`建物効果を考慮できる広域モデル

波放射を変化させる「建物」である。建物の存在を考このヒートアイランドモデルは、電力中央研究所でえた上で屋外空間を上手に活用しながら対策技術を導開発したものであり、地形・土地被覆・人工排熱の分入することで、さらなる熱環境改善、省エネ、負荷平布を考慮して、地上から高度約 5000m までの三次元風

準化につながることも期待できる。

速・温位・比湿等の空間分布およびそれらの時間変化

こういった対策の導入効果を都市において実証するを計算することが可能である。大気中の水平分解能は 1

ためには、実験規模の大きさや屋外実験条件の不安定〜数 km 程度であるが、地表は数 100m 程度の分解能で性など、多くの困難をともなう。このため、数値シミ計算できる。また、地表の水平メッシュ内での平均的ュレーションによる効果の評価が有効である。ここでな建物の密度や高さを変数として放射や風の遮蔽効果

は、「都市全域スケール」、「建物スケール」の２つの空を考慮することによって、人間が屋外活動を営む建物

間スケールを設定し、建物の存在を考慮した対策技術と建物の間の熱環境を評価できる点に特徴がある（図の導入効果について数値シミュレーションによって検4-4-1）。なお、このモデルを東京 23 区に適用した計算討を行った事例を紹介する。

結果と東京都一般環境大気測定所のデータを比較して、両者が概ね一致することを確認している。

a

建物間の気温分布はどうなっているか
晴天弱風の真夏日であった 1996 年 8 月 22 日 14 時にお

60

建物上空
日射

気温・温度
計算に
考慮される
熱的要因

風速

蒸発散

建物間

人口
排熱

建物・道路
の蓄熱

計算される
主な変量

建物による
日射や風の遮蔽
建物・道路の表面温度

図4-4-1

解析に使用した三次元数値モデルの概要（計算に考慮される熱的要因と主な計算変量）

ける建物の屋上のすぐ上（以下、建物直上）および建物と建物との間（以上、建物間）の気温分布の計算結
新宿区
世田谷区［約25W/m2］［約230W/m2］

果が図 4-4-2 である。
建物直上では、東京 23 区内のうち北部〜北西部の地
東京23区

域で気温が最も高い。これは都心で暖められた空気が海風によって内陸に流されることなどが原因と考えられる。
一方、建物間では、全体的に建物直上よりも気温が高いことに加え、都心や副都心でも気温が高くなるという特徴が見られる。これは、図 4-4-3 に示すようにエ
ネルギー消費に伴う人工排熱の放出量が都心や副都心

副都心で特に多く、建物間の風の通りが悪いために、この熱

都心

東京湾

が上空に移動せずに建物間にたまりやすいことが一因となっている。

b0

人工排熱放出の工夫で熱環境を緩和する

図4-4-3

50

100

150

200

250

夏場の東京23区における日中14時の人工排熱分布続いて、先の計算条件を基準として、人工排熱に着目した施策を都市内に導入したときに熱環境がどの程

図4-4-2

真夏日の東京23区における建物直上および建物間の気温分布の計算結果（ここでいう建物直上とは、建物の屋上のすぐ上を指す）

電中研レビュー No.41 ● 61

善がエネルギー消費に及ぼす影響を評価するため，電力中央研究所では，建物周辺の熱環境と建物のエネル
ギー消費とを結びつける数値シミュレーションモデル
の開発を行っている 。
このモデルは，4-4-2 項で述べた都市全域スケールのシミュレーション結果などから街区周辺の境界条件を引継ぎ，建物周辺の熱環境と建物のエネルギー消費を求める建物スケールの数値シミュレーションである。
このモデルでは，図 4-4-5 に示すように，対流や建物間の放射や反射の影響を考慮することによって，建物の空調負荷を評価できる。
この熱環境数値シミュレーションを用いて，ヒート
アイランド緩和方策の一例として都市の日射反射率を増加させた場合について，負荷平準化と省エネルギー
図4-4-4

東京23区を対象としたヒートアイランド緩和効果の緩和効果の試算結果（真夏日の日中14時）

効果を評価した。ここで考える日射反射率の増加は，アメリカを中心に開発されている日射反射塗料 Àを想定している。この塗料は，様々な工夫によって，日射反射率を 0.8 以上に増加させている。数値シミュレーショ

度緩和されるかを試算した。

ンの解析対象として，東京の大手町のように，ビルがまず、省エネ策を導入して人工排熱を 50%削減した場

密集している地域を想定し，ビル密集市街地をモデル

合、建物間では建物直上の約 2 倍の気温低下が見られ、化した。この市街地にある全てのビルの屋上面や外壁

都心の建物間気温が約 1.5 ℃下がることが示された（図面の日射反射率を，0.3（通常のコンクリート表面）か

4-4-4 ∏）。この気温低下が夏場の冷房需要を減らし、ら 0.8（塗料表面）に増加させた場合について，真夏の新たな省エネを生みだすことが期待される。

冷房負荷の増減をシミュレーションした。

続いて、壁側のエアコン室外機を屋上に移動した場

この結果，図 4-4-6 に示されるように，屋上面のみ日合を想定し、建物間で放出される人工排熱の 50%を建物

射反射率を増加させた場合には，冷房負荷ピークが４%直上に直接放出させた場合、都心の建物間では先の省減少した。一方，外壁面のみ日射反射率を同様に増加エネ策を導入した場合の半分程度気温が低下することさせた場合には，冷房負荷ピークが７%増加し，逆効果が示された（図 4-4-4 π）。
建物が密集し排熱量も多い都心の建物間は、日中に熱が篭って高温化しやすい。しかし、省エネや排熱の放出位置を工夫することによって熱環境を改善できる
ことが示された。この知見は、今後、分散型電源などの排熱源が都市内に普及した場合にも応用できる。

4-4-3

日射を反射することの功罪−建物スケールでの検討事例−

4-4-1 項で述べたように，ヒートアイランドの緩和は，都市熱環境の改善のみならず，負荷平準化や省エネル
ギーにも寄与するものと期待される。都市熱環境の改62

図4-4-5

都市街区スケールの数値シミュレーション

4-6 は，日射反射率を増加させない場合のピーク冷房負冷房負荷の増減［％］

9荷を基準値として，冷房負荷の増減を百分率で表した
外壁面
屋上面

6

ものである。

増エネルギー3

このように，日射を反射させることによって冷房負荷の増加などのデメリットを生じさせる可能性もあり，

0
省エネルギー−3

周囲の状況をよく考慮して行う必要がある。今後は，
ピーク時間帯

数値シミュレーションによって，屋上植栽による緑化

−6
0

4

8

12
16
時間［h］

20

24

や通風の促進など、他のヒートアイランド緩和方策の負荷平準化・省エネルギー効果を評価していく予定で

図4-4-6

日射反射率の増加による冷房負荷の削減効果ある。また，これらの結果を用いて，ヒートアイラン
ド緩和方策の費用対効果の分析にも活用する予定であとなった。これは，周囲のビル外壁で反射された日射る。

の一部が窓を通して室内に入るためである。なお，図 4-

電中研レビュー No.41 ● 63

第

章

5

分散型電源を用いたオンサイト
エネルギーシステム

第５章

分散型電源を用いたオンサイトエネルギーシステム ● 目次

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

市川

建美

狛江研究所需要家システム部

上席研究員

七原

俊也

横須賀研究所プラント熱工学部

主任研究員

斎川

路之

経済社会研究所

上席研究員

浅野

浩志

経済社会研究所

主任研究員

今村

栄一

狛江研究所リチウム二次電池プロジェクト

リーダー

岩堀

徹

５−１

オンサイトエネルギーシステムと分散型電源 ………………………………………………………………………… 67

５−２

マイクロガスタービン、固体高分子形燃料電池システムの展望 …………………………………………………… 69

５−３

システムの省エネ・経済性評価 ………………………………………………………………………………………… 72

コラム：リチウム二次電池による分散型電池電力貯蔵 ………………………………………………………………………… 77

市川 建美（22ページに掲載）

斎川 路之（22ページに掲載）

今村 栄一（平成元年入所）
新エネルギー技術をはじめとする各種分散型電源技術の技術評価・経済性評価に関する研究に従事。特に需要家サイドにおけるエネ
ルギー供給利用の最適化分析と普及分析に取り組んできた。現在は，各種分散型電源技
術・電気利用技術間競合を考慮した最適化分
析に取り組んでいる。

66

七原 俊也（昭和54年入所）
主に、需給計画手法の分散型電源の評価、エネルギーシステムの検討などの研究に従事してきた。現在、太陽光・風力発電の出力特性の分析や風力発電の電力系統に及ぼす影響などに関する研究に取り組んでいる。

浅野 浩志（12ページに掲載）

岩堀
徹（昭和46年入所）
原子力、火力の腐食を研究後、昭和59年よりロ−ドコンディショナ−など需要家設置の分散型電池電力貯蔵装置の研究開発に取り組
み、リチウム二次電池などの開発・性能評価などに従事している。

５−１

5-1-1

オンサイトエネルギーシステムと分散型電源

オンサイトエネルギーシステムと分
散型電源

5-1-2

分散型電源の導入見通し

太陽光発電、風力発電、燃料電池発電、民生用コジ
オンサイトエネルギーシステムの構築のために、マェネレーションなどの分散型電源について、既設の設イクロガスタービンや燃料電池などを分散型電源とし備容量、潜在導入量、様々な見通しにおける導入量のて利用することが注目されている。本節では、分散型想定を表 5-1-1 に示す。

電源の側面から見たオンサイトエネルギーシステムの動向と位置づけなどについて概観する。

同表によれば、分散型電源の実際的な潜在導入量としては民生用コジェネレーション（天然ガス利用）が分散型電源という用語は、慣用的に使用されている

2,600 〜 5,200 万 kW、廃棄物発電が 500 〜 730 万 kW、太ものの、定義はきわめて曖昧であり、容量が数 kW の太陽光発電が 4,200 〜 8,400 万 kW、風力発電が 250 〜 500

陽光発電から容量が 10 万 kW を超える火力発電所など

万 kW 程度とされている(2)。一方、既設の電源容量は民まで幅広い設備を指す言葉として使用されているのが生用コジェネレーション（天然ガス利用）が 83 万 kW

実態である。分散型電源に当たる英語は distributed（1998 年）、廃棄物発電が 95 万 kW（1997 年）、太陽光発

generation ないしは dispersed generation であるが、こ電が９万 kW（1997 年）、風力発電が３万 kW（1998 年）

れについても「需要家の近くに分散して配置される多程度である(3)。既設容量と潜在量との格差は、民生用コ

数の小規模な発電機などからなる」程度の意味とされジェネレーションで 2.5 〜５千万 kW、太陽光発電で４

(1)†

ている

。

一方、分散型電源は、コジェネレーションに代表される燃料投入型、太陽光発電や風力発電などの自然エ〜８千万 kW と大きいため、民生需要家への設置が予想されるこれらの動向が今後の分散型電源の導入量を大きく左右すると考えられる。

ネルギー型、廃棄物発電などの未利用エネルギー型、蓄電池などの電力貯蔵型に分けることもできる。連系
技術の観点から見ればこれらには共通する点も多いが、5-1-3

分散型電源を用いたオンサイトエネ
ルギーシステムの位置づけ

オンサイトエネルギーシステムの面から見た特性は非常に異なっている。すなわち多くの場合、オンサイト

分散型電源を用いたオンサイトエネルギーシステム

エネルギーシステムの対象とされるのは燃料投入型のが有効か否か、どのような場合に有効かについては、設備であり、信頼度向上等を主目的とする場合には電様々な意見がある。これは一つには大型計算機がパソ

力貯蔵型の装置も対象となる。自然エネルギーについコンに駆逐されたのと同様の変化が電力システムでもても、たとえば太陽光発電とディーゼル発電など他の起こるなどの議論、さらには small is beautiful に代表さ発電方式と組み合わせることを考える場合には、オンれる情緒的な議論と現実的なデータに基礎をおく技術

サイトエネルギーシステムの一種と見なされることは論が混在しているためである。また、これは精緻な分あるが、一般にはこのような場合は少数であろう。

析を試みようとすると現実的かつ緻密な条件設定が必要となるためでもある。

†

特に区別する場合には distributed generation は電気事業用としての利用を含むどちらかといえば大型の設備 、dispersed
generation は需要家でのオンサイト利用を含むどちらかといえば小型の設備を指すとされている 1。

小規模電源の活用を図るべきという考え方を辿れば、
古くはクリスチャンセンによる米国における電源のス
ケールメリットへの疑問の提示(4)、エイモリー・ロビン

電中研レビュー No.41 ● 67

表5-1-1
対象
年度
主要な連系電圧
既設設備容量1）

分散型電源導入量の想定例
民生用天然ガスコジェネ

太陽光発電

風力発電

低圧

高圧、特高

高圧

特高

9.13万kW（1998.3）

3.16万kW（1998.12）

82.68万kW（1998.9）

95.4万kW（1998.3）

廃棄物発電

潜在導入量（物理的限界）2）

17,300万kW

3,500万kW

10,326万kW

1,464万kW

潜在導入量（実際的限界）3）

4,200〜8,400万kW

250〜500万kW

2,581〜5,163万kW

500〜732万kW

天然ガスによる供給比率を想定。家庭用
ではガス給湯器と同等の普及度合いとして、業務用では事務所等の需要量をもとに算定。

焼却可能な一般・産業廃棄物の量と発電効率をもとに算定。

潜在量想定の考え方

農地利用、自然公園
住宅用、公共施設用などに分けて積算。
などを考慮し、風況
住宅用は日当たりのが優れた利用可能な
良い一戸建て住宅戸
土地面積をもとに算数などをもとに算定。 定。

総合エネ調（基準ケース）4）

2010

23万kW

4万kW

813万kW

5）

213万kW

4）

2010

500万kW

30万kW

1,002万kW

5）500万kW

総合エネ調（対策ケース）
新エネ導入大網

2000

40万kW

2万kW

1,452万kW

6）200万kW

新エネ導入大網

2010

460万kW

15万kW

1,912万kW

6）400万kW

基本政策小委（新エネ強化ケース）1）

2030

17,000万kW

750万kW

発表
年度

2000

1998

1994
1996

（注）１．新エネルギーデータ集（平成11年度版）
２．総合エネルギー調査会新エネルギー部会資料（2000年１月）
３．物理的限界潜在量の内訳：家庭用1,408万kW、業務用：8,918万kW（産業用4,955万kW）
４．総合エネルギー調査会需要部会中間報告（1998年６月）
５．蒸気タービンを除く全てのコジェネレーション。燃料電池コジェネも含む。
６．産業用を含む。
７．総合エネルギー調査会基本政策小委員会中間報告（平成９年）。現実性に不十分な点のある想定との注釈有り。
石油換算kl値を注３の総合エネ調報告の比率をもとにkW換算。

スの提唱した「ソフト・エネルギー・パス」(5)などに端

サイドのニーズによる導入形態であるが、C、Dと進を発すると考えられる。

むにつれ電力システムサイドからのニーズとも合致し

しかし最近の分散型電源に関わる動きは、マイクロてくると考えている点に特徴がある。ただしオンサイ

ガスタービン発電や固体高分子型燃料電池などの革新

トエネルギーシステムと考えうるのは、AからCまで技術が現れてきていること、その他の技術についてのの使途である。

技術開発が進んできたことに起因していると考えられまた最近、米国では、規制緩和の進行ともあいまっる。このような状況にあって、米国を中心にオンサイて、このような分散型電源の考え方を押し進めた分散

トエネルギーシステムを含む分散型電源の導入ビジョ型電気事業（distributed utility）のような考え方も提唱

ンについての盛んな議論が始められている。たとえばされている(7)。これは当面の問題への対応としても、電米国のコンサルタントであるヨハン・パイフェンバー

力システムサイドからも分散型電源を積極的に利用すガは、分散型電源の導入は次の四段階からなるだろう

ることにより、電気事業全体の設備投資や運用にメリ(6)と予想している 。すなわち分散型電源の導入には、ットを見いだせる有望な選択肢となる可能性があるこAとを指摘している点では上記と同様であるが、さらに熱利用が可能な需要家（コジェネレーション）への導入

B負荷率が（当該用途の一般的な需要家より）高い需要家への導入

C

供給コストの嵩む需要家への導入（発送配電部門

今後、規制緩和の進展に伴い需要家のエネルギー選択の自由が拡がった場合、分散型電源が需要家により選択される可能性があり、いわば「分散型電気事業」と呼ぶような供給形態が出現することを予測している。

の分離なども契機となる）
D

電力輸送設備への設備投資節減のための導入

5-1-4

む す び

の四段階があり、番号が若い使途ほど早期の導入が見込まれる形態、番号が大きい使途ほど市場規模の大き

技術的に見る限り電力設備には規模の経済が存在す

い導入形態としている。これらのうちA、Bは需要家る。しかし小型ガスタービン、燃料電池、太陽光発電

68

のように比較的、規模の経済の効果が小さく、技術のの１つの選択肢となる可能性がある。このような状況

進歩が著しい技術が現れてきていること、上記ではあにあって、オンサイトエネルギーシステムの将来展望

まり触れなかったが分散型電源・貯蔵を設置する誘因について、様々な側面から広範な検討を実施することとして信頼度向上などありうることを考えると、分散が必要となろう。

型電源を用いたオンサイトエネルギーシステムも将来

５−２

マイクロガスタービン、固体高分子形燃料電池システムの展望

分散型電源の多くは、得られる電力だけでなく熱エされた技術であり、民生用としては新規技術であるたネルギーを有効に利用することが省エネルギーの観点

め、MGT 全体の信頼性とともに、空気軸受の信頼性等から重要であり、このような利用が実現しやすい需要の確認が必要と考えられる。

地（都市部地域）に偏在して設置されるものと予想する。

なお、タービン軸に発電機を直結させるタイプの電気出力は、空気軸受けが支え得るタービン発電機重量

ここでは、需要地内に分散的、かつ数多く導入されの制約から、100 〜 150kW が上限と考えられている。

る可能性のあると考えられているマイクロタービンと開発・実用化動向、運用特性、利用形態の調査・分析

固体高分子型燃料電池を取り上げた。

の結果を述べる(8)(9)。

_ マイクロガスタービン¸

MGT の開発･実用化動向
米国では、開発が進められてきた一部の機種が商品

マイクロガスタービンは、小容量のガスタービンととして市場に投入され、メーカとユーザによる試験運発電機を組合せたもの（以下、MGT と略記）であり、用を通しての性能や長期信頼性の確認・検証の段階に現在までに実用化されているのは、電気出力で概ね入ったと見なされる。
一方、国内では、電力会社およびガス会社が、技術30kW 級〜 300kW 級である。さらに排熱回収装置を組み合わせたコージェネレーションシステムもある。
タービン本体の軸構成には、一つのタービンで空気的、経済的な成立性を評価するために、商用機あるいはプレ商用機を用いた運転試験を進めている。

圧縮機と発電機を駆動する一軸式と、空気圧縮機と発また、関連機器メーカなどは、海外から導入した発電機を別々のタービンで駆動する二軸式とがある。タ

電専用機をベースに、コージェネレーションシステム

ービンと発電機は、軸直結のものと、減速器を介してなどの開発を進めている。特に 50kW 前後の小容量機に結合されるものとがある。

ついては、様々な形態のシステムの開発を計画してい発電機を駆動するタービンの定格軸回転数は、概ねる。

４〜 12 万 rpm と機種により異なるが、ほとんどのもの
が、10 万 rpm 前後の高速である。電気出力 75kW 以下の米国製機種のなかには、従来の潤滑油軸受に必要な¹

MGT の運用特性
Capstone の 28kW を例として、これまでに報告され

油循環や冷却用の補機系統の省略によるシステムの簡ている結果をまとめると以下の通りである。

略化、コンパクト化を目的に、空気軸受を使った機種

・起動ボタンを押してから指令の後、定格出力に達すもある。空気軸受けは、軍事用に開発され民間に開放る迄の時間は約４分と短い。

電中研レビュー No.41 ● 69

・０〜 28kW まで約 40 秒間と、極めて高速で上昇する。

的に高い効率ではない。

・発電効率は設計値 26 ％に対してやや低い。

このため MGT は、省エネ性の観点から、以下のよう・高調波は基準値と同程度である。

に排熱を有効に活用するコージェネレーションシステ

・ NOx は約 60 ％以上の出力において設計値（9ppm 以

ムを指向する必要がある。

下）より極めて少ない。

・単純サイクル MGT からのホットな排ガス(約 600 ℃)

今後、環境制約が強まるため、MGT についても NOxを活用する。

の排出を極力抑制した運転、すなわち、NOx 排出が相・単純サイクルと比較して発電効率は高いが排ガス温対的に高くなる低出力領域の運転を避けることが望ま度の低い再生サイクル MGT でも、例えば、効率の高いしいと考える。

排熱回収装置の開発、排熱回収ボイラへの助燃バーナ

MGT の仕様概要を、他の化石燃料を使用する分散型の付加、などにより排熱回収効率を向上させ、総合熱電源と比較して表 5-2-1 に示す。

効率の向上を図る。

単純サイクル型 MGT は、発電効率は低いが、構成が`シンプルであり、タービンからの排ガス温度が高いた

固体高分子形燃料電池

め、排熱利用が容易であるなどの特徴がある。
一方の再生サイクル型 MGT は、タービンからの排ガス

一部実用化が始まっているリン酸形燃料電池（PAFC）

を用いてタービンへの給気温度を高めるための熱交換をはじめとする燃料電池は、今後導入が進む分散型電器（再生器）を備えている。これにより、発電効率が源の一つと考えられている。
各種の燃料電池の特徴は表 5-2-2 に示すと通りであり、向上するが、再生器の排ガス温度は必然的に低くなる
ため、排熱の効率的な利用には技術開発が必要である。

需要地における分散型電源の観点からは、中容量電源としての溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC）、住宅用コーº

MGT の利用形態

ジェネレーションシステムとしての固体高分子形燃料

MGT の燃料費は海外と比較して高いこと、また、発電池（PEFC）、さらに将来的には MGT と組み合わせた

電効率は再生サイクル式でも約 25 ％であることから、

ハイブリッドコージェネへの適用も含め固体酸化物形

従来型発電システムに比べて省エネ性がかなり低く、燃料電池（SOFC）にも注目する必要があると考えられわが国において MGT を発電専用として利用することはる。

一般的ではない。なお、セラミック技術の適用により以下では、PEFC の開発・実用化動向、運用特性、利用形態の調査・分析の結果を述べる(9)。

発電効率を高める研究開発を支援しているが、その目標は 40 ％であり、従来型発電システムと比較して飛躍

表5-2-1

マイクロガスタービンなどの小容量分散型電源の仕様概要（燃料投入型、発電出力：概ね30〜300kW）
マイクロガスタービン
単純サイクル

70

再生サイクル

ガスエンジン

ディーゼル
エンジン

発電効率（％）

約15

約25

約30

約35

排熱回収効率（％）

約40〜60

約55

約50

約35

総合効率（％）

約55〜75

約80

約80

約70

排ガス温度（℃）

約600

約260

約500〜600

約400

主な排熱回収形態

蒸気

温水

温水＋蒸気

温水
左記と同等
発電機

起動時間

約４分

約30秒

系統連系形態インバータ
または発電機

発電機

燃料

都市ガス、LPG、灯油など

都市ガス、LPG

重油

NOx（ppm）

約10〜30約40

約700

表5-2-2¸

各種燃料電池の特徴、分散型電源としての位置付け

燃料電池

主な発電容量

発電効率

技術開発状況
（技術課題）

分散型電源としての主な位置付け

PAFC

100kW〜1MW

36％（常圧）42％（加圧）実用化には目処
低コスト化
信頼性向上

小型・中型分散型電源
ただし、他方式の燃料電池の優位性が高い。

MCFC

1〜1000MW

45〜65％

実証試験段階高性能化、長寿命化、低コスト化

中型・大型分散型電源、
集中型火力

SOFC

数kW〜数十kW45〜65％

基礎研究〜
モジュール開発

住宅用コージェネ等、
マイクロGTとの組み
合わせも

PEFC

1kW〜300kW級

30〜40％（改質ガス使用）開発が急速に進展
低コスト化
信頼性向上

住宅・業務用コージェネ

PEFC の運用特性

統との連系保護装置、給湯用ポンプ等となろう。

住宅用に限られたことではないが、PEFC システムに

住宅用 PEFC コージェネレーションシステムには貯共通な運転上の問題となりうる事項の一つとして、起湯槽は不可欠と考える。例えば、発電出力１ kW の動特性がある。

PEFC の熱出力を１ kW と仮定すると、15 ℃の水道水かPEFC 本体は、常温での起動が可能であり、出力変更

ら 50 ℃の温水を得る場合の湯量は 0.4 リットル/分程度の応答性が速い。しかし燃料改質器については、例えであり浴槽の給湯栓からの通常の湯量 10 リットル/分とば水蒸気改質方式によるメタノール改質器の起動時間比較して極めて少なく、浴槽のための必要量に厨房等は 20 分以上と長く、適用対象によっては制約となる。

での利用分も含めて大容量の貯湯槽に予め貯湯をして加温して温態停止状態を維持するには、そのためのエおく必要がある。

ネルギーが別途必要となる。このため、数分オーダへ

ちなみに、水温 15 ℃の場合、湯温 40 ℃、湯量 16 リッの短縮を目指し、部分酸化改質方式（POX）の開発がトル/分の給湯が可能な 16 号ガス給湯器の熱出力は約行われている。

28kW である。また、貯湯容量 460 リットルの電気温水

また、PEFC 本体の寿命には、改質後の水素燃料に残器の沸上げヒータの容量は 5.4kW である。

存する微量の CO が大きく影響するため、改質特性向上など長寿命化のための技術開発も行われている。

貯湯槽の容量を小さくし、小容量のガス給湯器等の追い焚き装置を付加する方法も考えられるが、システムが複雑になるばかりではなくスペースがさらに増え¹

PEFC の利用形態
PEFC も、従来型発電システムに比べて現状では発電ることとなる。現状のガス給湯器や電気温水器と省エ
ネ性、経済性、スペース性等の観点から総合的に検討

効率が低く、排熱回収技術を組み合わせて、コージェする必要がある。

ネレーションシステムとして利用するのがわが国ではB一般的と考える。
A

個別住宅への適用

業務用等への適用業務用としては、250kW 級の PEFC であれば、湯量も 50 ℃で 100 リットル/分程度となるため、多量の給湯

戸別住宅用については、米国では発電出力が３〜７を要する業務への適用が考えられる。また、低温吸収

kW のシステムが開発されている。日本では一般に住宅

冷凍機と組み合わせたコージェネレーションシステム

における最大電力は概ね１〜２ kW 程度であることを考の開発も行われており、事務所ビル等の空調システム

慮して、高い設備利用率を確保するため、米国より発への適用も予想される。

電出力の小さい 1kW 級 PEFC を用いたコージェネレー
ションシステムが開発されている。

a

今後の展望と課題

その基本構成は、PEFC のほか、燃料改質装置、インバータ、排熱回収装置、貯湯槽、補機としての商用系

需要地に次第に導入されると考えられる分散型電源

電中研レビュー No.41 ● 71

については、ここで述べた MGT と PEFC だけでも、発一方で、近年進歩の著しい IT 技術を用いて需要家と電専用、コージェネレーション利用として種々のシスエネルギー供給者（またはプロバイダ）を結んで分散テムの開発が進められている。

型電源群を集約化し、双方に便益のある省エネ性や経分散型電源の大半は個々の需要家により導入される済性も高いバーチャルな集中型電源を構成し、運用すと予想されることから、電源の設置・運用管理を集中ることが考えられる。また、集中型電源と分散型電源

的、統一的に実施してきた従来と異なり、例えば省エ（上述の集約化された分散型電源群を含む）の協調運用

ネルギーが後退するなどの好ましくない状況が懸念さも重要である。

れる。

５−３

システムの省エネ・経済性評価
で、再生器バイパス機能により、高温排ガスが得られ

5-3-1

分析評価の概要

る MGT による熱電可変型のシステムを検討対象とした。
図 5-3-1 に再生器バイパス付 MGT の概要を示す。

ここでは、一例として MGT を取り上げ、事務所ビル

MGT 熱電併給システムの適用対象は、事務所ビルとの空調システムに適用することを想定し、その省エネした。これまで事務所ビルでは、その熱負荷が冷熱を性と経済性の概略評価を行う。

主体とすることなどのため、熱電併給システムはほと先に述べたように MGT には単純サイクル型と再生サんど導入されていない。しかしながら、MGT のようなイクル型とがあり、再生サイクル型は発電効率は比較

新技術の出現により、事務所ビルに熱電併給システム

的高いが排熱温度が低くなるため主に温水回収となるが普及する可能性がある。また、現行の空調方式は事という制約がある。次項の評価例では、以下の２つの務所ビルの規模によって大きく異なり、小規模ビルでシステム構成例を対象に評価を行なっている。

はビルマルチエアコン等による冷媒直接搬送方式、大∏MGT に再生器バイパス機能をもたせ、可能な限り規模ビルではガス吸収式等による冷温水搬送方式が主高温の排ガスを得られるような運用を行い、排熱は流である。このため、大規模ビルの代表として延床面蒸気として回収し、効率的に空調に利用する。

積１万 m2、小規模ビルの代表として３千 m2 を評価の対

π再生サイクル型 MGT の排熱は温水で回収し、温水直接利用および温水吸収式冷凍機の利用により空調象とした。
評価においては、はじめに供給対象建物の月代表日を行なう。吸収式冷凍機は、性能的に、コスト的に既存の大容量機並みのものが開発されているとする。

5-3-2 評 価 例

排ガス
（熱回収）
排ガス温度
≒600−700℃（再生器バイパス）
200−300℃（再生器有り）

再
生
器

ガス昇圧用
圧縮機

¸

蒸気熱回収による空調用熱電併給システムの評価
一般に、これまでに実用化されてるガスタービンは、

バイパス
バルブ

燃
料
空
気

つその温度も高い。しかし、MGT は、再生サイクルの

インバータ

燃焼器

発電効率は低いが、排熱が全て排ガスから得られ、か
圧縮機

タービン

電気出力

発電機

採用により発電効率を向上させているため、排ガス温度が低く効率的な冷熱供給は困難と考えられる。そこ

72

図5-3-1

再生器バイパス機能付MGTの概要

およびピーク日の電力負荷および熱負荷を計算し、次MGT の発電効率は 15 ％（再生無）〜 30 ％（再生有）にピーク日等の負荷を基に、MGT 熱電併給システムおLHV と低く、系統電力の需要端での効率 35 ％ HHV によび従来システムの試設計を行い、システムの設備コ

はるか及ばないため、システムの省エネ性は低い。単ストを算定した。なお、MGT の設備コストは、メーカ

純償却年数の限界を５年程度とすると、今回の条件でー情報等から、10 万円/kW と設定した。

ある MGT 設備コスト 10 万円/kW、ガス平均単価 41.7

つぎに、試設計したシステムの各月代表日における

円/Nm3 が成立すれば、競合の可能性は十分にあると判エネルギーバランスを計算し、ガス・系統電力の使用断された。ただし、系統連系用リレー盤や機械室等が量を求め、各月の運転日数を与えて年間の値を算出し、必要と判断された場合や、安価なガス料金（空調 A 契

システムの省エネ性や経済性を評価した。なお、MGT約）が利用できない場合には、経済性が悪化し、競合による熱電併給システムは、複数台の MGT からなり、が困難となる。

先ず、熱負荷を賄えるように、再生器バイパスを行う○延床面積３千 m2 の事務所ビルの場合

MGT の運転台数を決め、これにより、高温の排ガスを経済性が成立する可能性は極めて低いという結果と得て蒸気を生成、吸収式冷凍機により冷房を行う（暖なった。これは、MGT 熱電併給システムのうち、熱供房の場合は蒸気と温水を熱交換する）。不足する電力は、給を行う部分の設備コストが非常に高くなっているのベースを系統電力で賄い、残りを再生器有の発電専用に対し、従来システム（ビルマルチエアコン等）が安

2

MGT により賄う。図 5-3-2 に 1 万 m 事務所ビル用の熱価なためである。なお、省エネ性は 1 万 m2 の場合と同電可変 MGT 熱電併給システムの概要を示す。MGT の様に低い。

発電容量は、対象建物のピーク負荷をほぼ賄える容量とした。

¹○延床面積１万 m2 の事務所ビルの場合(10)・評価手法の概要

経済性の指標である単純償却年数（設備コストの差

温水吸収式冷凍機と温水利用による空調(11)MGT の経済性を評価するに際して、以下の 2 点を念を年間のランニングコスト差で割った値。この値が５年程度以内であれば経済性が成立するとされている）

発・送電損失 407

発電所 628

空調二次系消費電力 268

系統電力 221は、3.6 年となった。一方、一次エネルギー消費は、1.2

MGT発電電力 704

電力 657倍と大きい（図 5-3-3）。
試算対象の MGT 熱電併給システムでは、年間を通し入力合計
4314 MWhth

MGT
3686

損失 2175て一定量以上のガスが消費されるため安価なガス料金483

制度を利用でき、経済性が高くなっている。一方、

暖房 324

MGT

冷房
580

1063

a）MGT熱電併給システムの年間エネルギーフロー
燃空
料気

系統電力

電気出力

再生器無MGT
発・送電損失 1854
再生器バイパス付MGT
再生器バイパス付MGT

排ガス
ボイラ

蒸気
吸収式
冷凍機

排ガス

再生器バイパス付MGT
再生器バイパス付MGT
再生器バイパス付MGT
再生器バイパス付MGT

排ガス
ボイラ

蒸気
吸収式
冷凍機

冷房

入力合計
3685 MWhth

発電所
2856
系統電力 1002
冷房熱源補機電力 71

熱電可変型MGT熱電併給システム

暖房 324
損失 63

冷房
580

1100

暖房

b）ガス吸収式＋系統電力システムの年間エネルギーフロー

図5-3-3
図5-3-2電力 657
暖房熱源補機電力 6

ガス吸収式冷温水器 829

熱交換器

１万m2事務書ビルの電力・空調用、発電出力50kWのMGT ７台で構成

空調二次系消費電力 268

各システムの年間エネルギーフロー（１万m2事務所ビル用）

電中研レビュー No.41 ● 73

頭に置きつつ評価を行う。

空調システムの変更を伴わずに MGT を設置しようとすA

ると、MGT 排熱の利用方法は限定されたものとなるか、需要家におけるエネルギー利用を「受電、ガス受入」から「需要(電力、冷房、暖房、給湯)」に至るプ

発電専用のシステムとして利用するしかなくなる。

ロセスとして捉え、B

２点目の最適設計による需要家の年間総経費最小化

MGT をはじめとする各種機器類の規模と運用を最については、需要家の年経費構成を以下の様に目的関適に設計することで、需要家の年間総経費を最小と数として定義し、0-1 混合整数計画手法 †による分析を

する。

行う。

１点目の需要家におけるエネルギー利用をプロセスとして捉えた場合のエネルギーフローは図 5-3-4 の様に［エネルギーコスト支出(電気料金、ガス料金）］表すことができる。ここで、２種類のシステム構成を＋［各種構成機器（MGT、空調機器等）の年経費］

提示したのは、既に空調機が設置されている既設建物と空調機器構成を自由に設計できる新設建物とでは、より正確な評価を行うためには、MGT などの保守費

MGT の利用方法や空調機器構成には差が生じると考え用を考慮する必要があるが、保守費については情報がる事が出来る。

†

設計変数がすべて連続変数である場合の線形計画問題にたいして、設計変数の一部に不連続な整数変数が含まれるものを混合整数計画問題と呼び、不連続な整数変数の一部に０または１しかとらない、特殊な変数（0-1 変数）を含むときに 0-1 混合整数計画問
題と呼ぶ。

既設建物では、ヒートポンプやビルマルチといった機器を中心に既に空調システムが構築されており (12) 、この構成を大きく変更することは難しい。したがって、

NE
EP
受電設備
FF

ED
EE
マイクロガス
タービン発電機 GTn
E
FGTn

FP

GTn

ガス受入設備

冷房専用
EER ヒートポンプ
QER
ER
ヒート
EHP ポンプ
HP

QGTn

QGTn

EB
F
電力
ガス
熱

QGTW

QDC
冷房需要

QHP/C
QHP/H

B

電力需要

ガスボイラ
QBH
GB
QBW

ERD 放熱器

QDH
暖房需要
QDW
給湯需要
QRD
熱廃棄

RD

a）既設建物向システム構成
NE

ED

EE

EP

E

受電設備
マイクロガス
タービン発電機
FGTn
FF

FP

EGTn

冷凍機
RW

ガス吸収
ERG 冷温水機
RG

FRG

QGTH

F

B

QRW
QDC
冷房需要
QRG/C
Q

EB

ガス受入設備

電力
ガス
熱

QGTC

QGTn

GTn

電力需要

RW 温水吸収 放熱器

RG/H

ガスボイラ
QBH
GB
QBW

GTW
ERD 放熱器 Q

RD

QDH
暖房需要
QDW
給湯需要
QRD
熱廃棄

b）新設建物向システム構成

図5-3-474

MGTを利用した需要家におけるエネルギーシステムフロー

90.0%

80.0%

小規模ホテル
MGT導入比率：46.2%
MGT依存率：16.8%
MGT排熱利用率：23.8%
省エネルギー性：1.0%
コスト低減：10.2%

中規模病院
MGT導入比率：78.1%
MGT依存率：77.5%
MGT排熱利用率：85.1%
省エネルギー性：22.6%
コスト低減：24.7%

小規模店舗
MGT導入比率：40.4%
MGT依存率：30.0%
MGT排熱利用率：76.3%
省エネルギー性：9.3%
60.0%
コスト低減：9.8%
70.0%

消
費
電
力
日
負
荷
率

中規模事務所
MGT導入比率：52.1%
MGT依存率：44.5%
MGT排熱利用率：66.8%
省エネルギー性：10.6%
コスト低減：10.6%

50.0%
小規模事務所
MGT導入比率：46.1%
MGT依存率：30.5%
MGT排熱利用率：63.4%
省エネルギー性：6.9%
コスト低減：7.4%

40.0%

30.0%
10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

熱需要比率（総エネルギー需要に占める熱需要の割合）
・MGT導入比率 ＝MGT最適導入容量（kW）／年最大電力負荷（kW）
・MGT依存率＝MGT年間総発電電力量／年間総電力消費量
・MGT排熱利用率＝総利用熱量／MGT年間総排熱量
・省エネルギー性 ＝（従来システムでの年間１次エネルギー使用量・MGT最適導入時の年間
１次エネルギー使用量）／従来システムでの年間１次エネルギー使用量

図5-3-5新設モデル需要家における需要特性とMGT導入の関係

少なくここでは考慮していない。また、MGT の部分負小さい）、日負荷率と熱需要比率の高い（右上に寄っ荷特性が不明確であること、現状の市販 MGT がコンピている）新設需要家（病院）では MGT 導入比率はューターインターフェースを用いての台数制御が行え

78 ％と大きくなる。熱需要の比率が高くても、季節ることを踏まえて、MGT の部分負荷運転は行わず、台間での負荷特性の差が大きい（図 5-3-5 中の三角形が数制御を行うこととして、分析を行った。したがって、

大きい)需要家（ホテル）では最大電力負荷の 46 ％程

以下に述べる分析結果は MGT にとってかなり有利な条度が最適導入規模になる。
π

件の下での評価例となる。
・分析評価の結果

事務所のように、施設規模が大きくなると MGT の台数制御による電力追従運用が容易になり、MGT の

上述した、最適化手法を用いて単機容量 28kW の
MGT の最適導入容量およびコスト低減・省エネ性を分析した。対象とした建物は小規模（延床面積： 3000m

最適導入規模は数ポイント上昇する。
∫

熱電併給型 MGT 導入による年間総経費低減効果は

27 ％〜 24 ％と需要家によって大きな差が生じる。省エ程度）及び中規模（延床面積： 7000m2 程度）のモデル
需要家とし、MGT 価格は将来目標価格の 10 万円/kW、
温水吸収式冷凍器等の価格は大容量機の価格(13),(14)と同

ネルギー性についても４％〜 21 ％となった（図 5-3-5）。
ª

主として既設建物に設置される発電専用 MGT の場
合には、MGT 排熱利用による経費低減効果が期待で程度であると想定した。

きないため、MGT 最適導入容量は小さくなる。導入

分析評価の結果、得られた知見は以下の通りである。

比率・依存率共に排熱利用タイプの 30 ％〜 50 ％程度∏

MGT 最適導入容量は、需要特性により異なり、最となる（表 5-3-1）。また、排熱利用タイプの場合と大電力負荷の 40 ％〜 80 ％程度の容量となる。季節間異なり、日負荷率・熱需要比率の低い需要家での導での負荷特性の差が少なく（図 5-3-5 中の頂点が夏入可能性が高くなる。

期・冬期・中間期各々の代表日の値を表す三角形が電中研レビュー No.41 ● 75

表5-3-1

MGTタイプによる導入規模への影響
小規模店舗

小規模ホテル

発電専用タイプ

熱電併給タイプ

発電専用タイプ

熱電併給タイプ

MGT年間稼働率

16.5％

35.1％

3.4％

15.1％

MGT依存率

21.4％

69.8％

2.1％

19.1％

MGT導入比率

35.3％

65.7％

18.0％

42.0％

MGT排熱利用率

−

6.8％

−

5.8％

一方、省エネ性については、吸収式冷凍機など排熱

5-3-3

分析評価のまとめを回収･利用するための機器の性能によって左右される結果となった。

以上に示した事務所ビルを対象とした評価例では、

また、ここに示した評価例は、一事例を対象とした経済性については規模が大きいほどメリットのある結

概略的な評価の結果であり、実際に導入を検討する場

果となった。しかし、MGT の系統連系装置に要する費

合には、実機の効率や長期信頼性評価を十分に行うと用、運転・保守に要する費用を除外した評価であるたともに、各種条件（利用用途、建物条件、適用エネル

め、これらの費用の要否、程度によっては経済性が左

ギー料金他）等を個別に考慮する必要がある。

右されることとなることに注意を要する。

76

コラム リチウム二次電池による分散型電池電力貯蔵
1970 年代に入ると社会のあらゆる分野で電化が用による CO 2 排出抑制などの「環境改善」も期待進み始め、昼夜間、季節間の電力需要の差が見らされるようになっている。

れるようになり、負荷平準化のために夜間電力貯分散型電力貯蔵用候補電池として、当研究所は蔵の必要性が認識される様になった。1970 年後半

リチウム二次電池に着目し、その性能評価と大容から 1980 年代に米国の BEST 計画や日本のムーン

量化・長寿命化に取り組んできた。リチウム二次

ライト計画で、負荷平準化を目的にナトリウム−

電池は原理的に常温作動で高い変換効率、軽量・硫黄、亜鉛−塩素、亜鉛−臭素、レドックス・フ

コンパクトが望めるものであるが、1984 年当時ボロ−電池などの「新型電池」による電力貯蔵装置

タン型電池が開発途上であり､そのエネルギー貯蔵の開発が開始された。それらは大規模（1000kW 級）用への大容量化は夢の話しであった。当研究所はで、電気事業用の配電用変電所への設置を目的と

LC 用の 1/5 スケールの 25Wh セルの試作に成功ししたものであった。それらの開発と東京電力（株）（90 年）、鉛電池の３倍のエネルギー密度を達成しなどの開発成果により近年ナトリウムー硫黄電池たことなどより負荷平準化用リチウム二次電池の等による電力貯蔵装置が配電用変電所などに設置

開発が国のニューサンシャイン計画で「分散型電されるようになった。

池電力貯蔵技術開発」として採り上げられ、一方、電気事業側設置ではなく家庭など需要家

NEDO/LIBES 研究組合の受託研究で本格的な開発

側設置の小規模分散型電池電力貯蔵装置の概念

が 1992 年より 10 年計画として開始された。当研究「ロードコンディショナー（LC）」を当研究所は所は受託研究ではトータルシステム研究を分担し、1984 年に提案し、その開発を進めてきた。分散型

赤城試験センターにおいては性能評価試験を実施

電池電力貯蔵は「需要家は安価な夜間電力を昼間中である。プロジェクト後半の平成 10 年度に「性に利用でき、電気事業は夜間電力需要創出と昼間能評価」が実施され、表は当研究所が明らかにしのピーク抑制による負荷平準化」が期待できるコたモジュールの到達性能である。開発目標は研究ンセプトであるが近年、電力の規制緩和・自由化

開発基本計画で定められたものであり、例えば定を背景とした種々の電力品質を有する電源の導入

置型（家庭用 LC）では 20kWh 級の LC システムを可能性、情報化に伴う無停電へのニーズ等から想定し、基本構成単位電池とし、２ kWh 級モジュ「電力品質確保」、さらには「自然エネルギー発電ール、システム重量・体積とし各々が 400 Î温水器

出力の平滑化」、夜間電力貯蔵や電気自動車への利の半分程度に収まる様な電池の重量・体積エネル

表

リチウム電池モジュールの性能評価結果
電池系

ニッケル・コバルト系

開発目標

試験結果

達成度

試験結果

電池電力容量（kWh）

2

2.14

達成

2.04

達成

重量エネルギー密度（Wh/kg）

120

116

97％

100

84％

体積エネルギー密度（Wh/1）

240

174

73％

213

89％

エネルギー変換効率（％）

90

96.7

達成

97.1

達成

サイクル寿命（サイクル）

3500

700（継続中）＊

定置型

マンガン系
達成度

700（継続中）電池系

ニッケル・コバルト系

開発目標

試験結果

達成度

試験結果

電池電力容量（kWh）

3

3.55

達成

3.17

達成

重量エネルギー密度（Wh/kg）

150

142

95％

107

72％

体積エネルギー密度（Wh/1）

300

229

76％

198

66％

出力密度（W/kg）

400

592

達成

416

達成

エネルギー変換効率（％）

85

96.3

達成

96.6

達成

サイクル寿命（サイクル）

1000

600（継続中）

移動体用

マンガン系
達成度

400（継続中）＊：１セル取換

電中研レビュー No.41 ● 77

ギー密度、10 年間毎日運用の 3500 サイクル、シスより小規模な中容量電池システムによる「早期実テム効率として、揚水を上回るための電池効率な用化」が追加され、受託で開発した電池系の中容どとして電池性能目標が決められた。移動体用

量電池を搭載したミニ LL（ロードレベリング）装（電気自動車用）では、ガソリン乗用車なみの一充

置や小型 EV などの運転試験研究も 12 年度後半か

電走行距離（400km）、生涯走行距離（10 〜 20 万ら赤城試験センターで開始準備中である。夜間電km）、加速性能を達成可能な電池性能を想定した。

力貯蔵により CO 2 排出抑制効果を得るためには、定置型と移動体用で、各々正極材料としてニッケ

現行の昼・夜間発電の CO 2 排出原単位を考慮する

ル・コバルト系とマンガン系を用いるリチウム電と、貯蔵装置全体の効率として、75 〜 80 ％以上が池（４電池系）を開発した結果、家庭用 LC

望ましいとされていることから、電池として 96 ％（20kWh）や電気自動車（45kWh）の基本モジュー以上の高効率のリチウム二次電池による分散型電ル電池（２〜３ kWh）が製作でき、まずまずの軽池電力貯蔵は環境調和型電池電力貯蔵装置の最有量・コンパクト化が達成されており、電気自動車

力候補として注目されている。

（EV）用の加速性能を支配する出力密度も高いこと

所内研究では、リチウムイオン電池を搭載したが示されている。さらに、電池の変換効率が鉛や超小型 EV を用い走行時電池性能評価手法を確立し、ニッケル・水素電池の 75 〜 85 ％にくらべ 96 ％以上

走行試験を開始するとともに電池材料に着目したと極めて高いことが特筆される。図は開発した４劣化機構の解明、短期間に寿命を推定する方法な

種類のリチウム電池モジュール写真を示す。最終ども開発中であり、リチウム電池の特徴を活かし評価の 13 年度にむけて、さらに改良が図られておた分散型電池電力貯蔵の実用化支援研究を推進しり確実に開発目標に近づいている。さらに、11 年ている。

度には基本計画に、20kWh 級 LC や 45kWh 級 EV

定置型ニッケル・コバルト系

定置型ニマンガン系

移動体用ニッケル・コバルト系

移動体用マンガン系

図78

評価試験を行ったモジュール電池

第

章

6

今後の研究展開と期待される成果

第６章

今後の研究展開と期待される成果 ● 目狛江研究所需要家システム部

狛江研究所需要家システム部

次

部長

橋本

栄二

上席研究員

七原

俊也

６−１

需要家サービスに関する研究ビジョン ………………………………………………………………………………… 81

６−２

今後の研究展開 …………………………………………………………………………………………………………… 83

橋本 栄二（昭和44年入所）
電力品質など配電技術，太陽光発電など分散型電源系統連系技術，高調波対策技術および電気利用技術などに関する研究に従事している。

80

七原 俊也（66ページに掲載）

６−１

¸

需要家サービスに関する研究ビジョン

需要家サービス分野における研究開発のロードマ

可能な限りエネルギー自立ができる分散型自給システ

ップ

ムを完成させるシナリオが適切であろう。

将来の動向が見通せない不確実性の時代と言われな

これらのインフラを構築していく技術は、揃っていがら、消費者ニーズは確実に変化している。あらゆるるか、揃いつつある。その内A、Bを構築していくに企業は、この消費者ニーズの動向を見極めながら、企

当たり、キー技術になるのは、需要地設置電源（分散業が存続するための将来戦略を懸命に模索していると型電源）、給電ネットワーク技術、情報通信技術等であいえよう。エネルギー分野においては、世界の潮流は、る。このような背景では、現時点でのコンセプト構築

環境と調和したエネルギー利用であり、情報と融和しは充分行えるばかりでなく、各時点において実現は可たエネルギー利用である。これに対応したエネルギー能であると考えられる。

戦略を有した企業が、自由化の中で生き残れる企業と
いえよう。

¹

「環境・顧客に優しい電気・情報の複合サービ
ス・システムの構築」の研究目標

21 世紀中葉までの需要家サービス分野を展望すると、人と環境に優しく、人々の多様な要求に応えうるエネ

現在、需要家サービス分野の新しい展開に利用可能

ルギーと情報の総合サービスネットワークの構築が望な技術シーズは、マイクロガスタービンなどの需要地まれる。その構築に向かってチャレンジしていくこと

設置電源（分散型電源）、パワーエレクトロニクスを活が重要であろう。

用した給電ネットワーク技術、および情報通信技術でこのような視点から、電力中央研究所では、21 世紀あろう。これらを適用した 2010 年までの第一段階の研中葉に向けた需要家サービス分野の研究開発の目標と究目標として以下の項目があげられる。

して、次のようなロードマップを考えた。

A

A （環境・顧客に優しい）電気・情報の複合サービス
システムの構築（2010 年）
B（顧客が主体となる）エネルギー・情報の総合サ

サービス
B

高効率の新しい給電方式

C

停電の少ないロバストな給電ネットワーク構成オ
プション

ービスシステムの構築（2030 年）
C（地域が自律可能な）エネルギー・情報の自律サービスシステムの構築（2050 年）
まず、第一段階として 2010 年までに、現在の需要家

サービス・インフラをベースに電気・情報技術を発展時代にマッチした電気・情報のマルチメニュー・

D

新しい高効率な電気・熱利用技術・方式

E

電気・熱サービス事業におけるリサイクルのあり方
当面取り組むべき上記の課題について以下に概観す

させて環境と顧客に優しい電気・情報システムを構築る。

するとともに、利便性の高い電気の利用システムを構（À）時代にマッチした電気・情報のマルチメニュー・

築していくことである。次の第二段階は、2030 年まで

サービスに、電気、ガス、熱、水道、情報などのライフライン

需要家における双方向電力フローによる電気料金算を環境インパクト・ミニマムおよび変換・輸送エネル

定、季時別料金体系における電気の効率的利用法の情

ギー・ミニマムの条件を満たすような、統合されたエ

報提供、その他需要家に必要な情報の提供などのサーネルギー・情報システムの実現を目指すシナリオが考

ビスインフラのあり方を提言し、必要な技術開発を行えられる。その後、2050 年までに、先端的な技術を援う。

用して、地方、地域、ビル、家庭のそれぞれの単位で、・電力ネットワークと情報ネットワークの連携・協調

電中研レビュー No.41 ● 81

電力ネットワークシステムと情報ネットワークシス
テムの融合により、需要家ニーズに見合った電力と情・分散型電源の影響を極小化するネットワーク
電力品質、潮流調整などの面から分散型電源の連系報を統合してサービスする技術を開発する。

が容易であり、その影響を極小化できるネットワーク

・スマ−ト・メータ（メータリング・ビリング）（需要地ネットワーク）を構築する。またさらに分散型

双方向計量・季節別時間帯別計量などの機能を持つ

電源が増大した場合のネットワークとして、電力貯蔵

メータ（インターフェース）を開発し、各種料金制度

を含むネットワーク構成の基本理念を検討すべきであに対応した遠隔によるメータリング・ビリング手法をる。

確立する。さらに、需要家ニーズに見合った付加価値（Œ）新しい高効率な電気・熱利用の方式・技術

サービスを提供できるメータ（インターフェース）を

電気や熱の効率的利用方式を探索・提案しながら、考案する。

省エネ・高効率エネルギー利用システムを構築し、高（Ã）高効率の新しい給電方式

効率社会の実現の一助とするとともに、生活者への快需要地設置型電源のグリーン化および高効率化を図るとともに、効率向上のために配電昇圧の可能性を探索するとともに、必要な技術開発を行う。
・分散型電源クリーン・エネルギーである太陽光発電や風力発電、

適環境を提供する。
・ヒートポンプ・蓄熱・コジェネ
自然冷媒によるヒートポンプ・蓄熱の高効率化・小型化・低コスト化に関する着実な取り組みを行うとともに、これら技術の適用分野の拡大を図る。さらに、化石燃料の高効率利用が可能な燃料電池やマイクロガ

これらの技術やコージェネレーション技術（マイクロスタービンの分散型電源の積極的な導入を支援するた

ガスタービンや燃料電池）を組み合わせた、より高効めに必要な技術開発をソフト・ハードの両面から行う。

率で利便性の高いシステムを設計・評価する手法を開あわせて、将来有望な技術オプションについて開発を

発する。

行う。

・電気自動車・ 20kV/200,400V 配電への移行

将来の交通機関の省エネルギー化・インテリジェン

需要密度の増大、配線の輻輳化の解消を目的としたト化に備えて、二次電池や燃料電池で駆動する電気自高効率を実現する配電のため、配電昇圧は必須である。

動車のあり方を検討するとともに､高効率で環境に優し

現在のシステムからスムーズに移行するため、分散電

い電気自動車の実証を行っていく必要がある。また人

源を含む 400V/200V 級配電システムの運用・制御およ

間・環境に優しい交通システムを開発する必要がある。

び保護技術を開発する。100V から 200V へ移行するとき

・快適な熱環境の提供

共用の期間があるので、誤用が起こらない 200V のコン

オフィスビルなどを対象に、勤務者に快適な熱環境

セントの開発が必要である。それに併行して運用制御を提供するための空間設計を行うツールやそれに必要

および保護技術の開発を行うことが望ましい。

な各種技術を開発する。

（Õ）停電の少ないロバストな給電ネットワーク構成オ

・効率の高い電気利用機器

プション

快適な照明空間を高効率で実現できる照明機器など、

どのような配電ネットワークが経済的でロバストな

様々な電気利用機器のための基礎技術の開発を行う。

のかを明らかにし、可能性のあるいくつかのオプショ（œ）電気・熱サービス事業におけるリサイクルのありンを提案していく必要がある。

方・自然災害に強い配電ネットワーク（雷害、台風、地最も着手しがたい研究対象ではあるが、リサイクル

震、雪害）

は時代の要請である。この分野を開拓し研究展開を図

事象発生確率にマッチした、より進んだ確率的手法、る必要がある。

および災害時に復旧し易い系統構成を実現する手法等

たとえば、エネルギー面からのみならず，社会的なを開発するとともに、特定地域の希望に即した供給信要因などの視点にも注視しつつ，多面的なリサイクル

頼度を有するネットワークを構築する。

手法・フローの総合的な評価を行い，望ましいリサイ

82クル社会の構築に必要なオプションを提案していく必

現在、当研究所のこの分野では「電気」の川下の技術要がある。

研究者を主として内包しているが、それに加えて、エネルギー・情報の総合サービスを提供する未来技術分º

ビジョンの実現に向けての体制

野に人材を確保していくことが望ましい。しかしこのこのような需要家サービス分野のロードマップにしような広範な分野の全てを網羅することは困難なので、たがって研究開発を展開する場合、当研究所では保有競争と協力の原則による他の研究機関との連携の方策する人的資源を最大限に活用することが優先される。

を探索していく必要がある。

６−２¸

シーズ＆ニーズ

今後の研究展開当研究所では、当面の 2001 年〜 2005 年までの５ヶ年のこれまで需要家サービス分野においては、エネルギ

研究計画を策定した。ここでは、特に需要家構内と需ーを効率的に発生し、需要家に届けるとともに、その要地域におけるエネルギーサービスに関わる計画につエネルギーを上手に利用する情報と手段を提供するこいて概要を紹介する。

とにあった。しかしながら、情報通信分野における消（À）エネルギー・電力需給のシステム分析

費者のニーズは、明らかに他人との差別化、個々の個コストダウンや技術革新の動向など不確定要素は残性にあった自分のツールを保有する方向にある。エネ

るものの、ビジョンで述べたように、マイクロガスタ

ルギー分野に関しても、今後は、経済性の追求と同時ービン（MGT）や固体高分子形燃料電池（PEFC）なに、他との差別化等、情報通信分野と同様なニーズがどのように小規模店舗や一般住宅にも適用可能な分散生じるものと考えられる。現実にグリーン料金制度に型電源が大量に普及する可能性がある。また、助成型参加する需要家や、コスト高にもかかわらず太陽光発の負荷平準化方策でなく、情報技術（IT）と宅内通信電を設置する需要家が増加していることからもこのこ

インフラを活用した省エネアドバイザリーシステムなとが伺える。

ど新しい需要家サービスが注目されている。

このようなニーズに応えたサービスを実現する手段

このような背景をベースに、当研究所がこれまでにとして、マイクロガスタービンや固体高分子型燃料電培ってきた情報提供による DSM の効果分析手法などの池など小型で高効率が期待できる分散型電源技術があ知見を用いて、エネルギー競争時代における新たな総る。

合エネルギーサービスを提案する。

これらの分散型電源が大量に導入されても影響を受

また、個別需要家のエネルギー最適化のみならず、

けないフリーアクセス可能な給電システムの構築がキPEFC など分散型電源が大規模に普及した時の電源計画

ー技術となり、これを実現するためのシーズとして、やネットワーク投資、国レベルの CO 2 排出量に与える

高機能化、低コスト化が進んでいるパワーエレクトロ

影響を評価する。さらに自由化が進展した時の送電設

ニクス技術、および高度な情報通信技術がある。

備投資のあり方など電力市場における新たな費用配分

これらのシーズを組み合わせる技術こそ、今後の需ルールについて検討し、電気事業の経営課題である自要家サービス部門に期待される研究開発項目であり、由化が経営に及ぼす影響を事前に評価する。これらの前節で述べたビジョンの趣旨である。

研究を通じて得られた成果は、電力会社の実務で活用できるようシステム化を図る。

¹

短期研究計画と期待される成果
需要家部門における研究ビジョンを達成するため、（Ã）住宅・ビルの快適環境設計技術の開発
産業用電力需要が低迷する中で、オフィスビルや家

電中研レビュー No.41 ● 83

庭におけるいわゆる民生用の電力需要は、着実な伸び行うため、当研究所では分散型電源や蓄熱システムのを示している。したがって、我が国全体ならびに電気

排熱を考慮できる建物周辺部の熱環境予測手法の開発

事業にとって有効な省エネルギーや負荷平準化を実現を行う。

するためには、民生用に使用されているエネルギーをターゲットにすることが重要な鍵となる。

具体的には、２ km 四方程度の地域を対象として、気温、湿度、風速などを計算できる街区熱環境予測数値

民生用の電力需要の中でも、電力需要のピークの伸モデルを開発する。また、建築物と街区間の熱移動やびは、空調に要するエネルギーが大半を占めていると日射の侵入などを考慮した建築物内の熱環境評価手法いえる。近年、急速に普及している OA 機器の発熱が、を開発する。

空調エネルギーの伸びに拍車をかけている。

これらの研究成果により、ヒートアイランド現象のまた、2000 年４月に住宅品質確保促進法が施行され、効果的な抑制対策や各種省エネルギー方策の評価が可住宅構造、温熱環境、遮音性等の品質項目について、能となり、街区全体における省エネルギーや負荷平準

第三者機関が格付けすることとなった。

化の実現に寄与する。

このような背景にあって、当研究所は、省エネルギ（Œ）住宅・ビルの省エネ革新技術

ーや負荷平準化を図りつつ、快適な温熱環境を維持す

省エネルギー機器として期待されているヒートポン

ることを目的とした、温熱環境評価プログラムを開発

プ、および負荷平準化やピーク需要抑制技術としてのしてきた。今後は、このプログラムの普及を図るとと蓄熱システムのより一層の高効率化やコストダウン技

もに照明環境の評価手法を開発し、作業性に富んだ快術開発は、電気事業の経営課題の一つである。

適なオフィスビルの実現に向けた研究を推進する。
また、需要家において新たなエネルギーサービスを提供するためには、需要家内の電気機器の使用実態を特に、ヒートポンプについては、フロン系冷媒の生産全廃、排出が規制されることから、環境にやさしい
新たな冷媒を使用する技術開発が急がれている。

把握することが不可欠である。このような実態調査を

当研究所では、このような背景から毒性、可燃性が容易に行うため、需要家内に立ち入ること無く、需要ない CO 2 を冷媒とするヒートポンプの開発に着手、基家に供給している引込線の電流と電圧を測定すること

礎的な研究成果をベースに家庭用給湯ヒートポンプので、屋内の電気機器の使用実態を個別に測定できる非開発を進めている。今後は、CO2 冷媒ヒートポンプの高侵入型モニタリングシステムを開発する。

性能化のための伝熱基礎現象の解明等の基礎研究も含

このような研究によって得られる成果は、省エネル
ギー診断、快適性診断など電気事業における ESCO 事
業にも展開できるものと考えている。
（Õ）都市環境調和技術
ヒートアイランド化による都市部の気温上昇が、夏場の地域環境の悪化やビル等建築物の冷房エネルギー

めて、空調用ヒートポンプのフロンに代る自然冷媒方式の研究開発を推進する。
蓄熱に関しては、カプセル蓄熱技術をベースに、新
しい温熱蓄熱材の物性予測手法の開発を進めてきた。
今後は、さらにシステム・機器技術、蓄熱物質の両面から高性能化を目指して研究開発を進めていく。

消費の増加の一因になっていると指摘されている。従また、ヒートポンプや蓄熱システムに加えてコジェ

来の排熱に加えて、今後は化石燃料投入タイプの分散

ネレーション熱利用機器を含むいわゆるエネルギー利型電源の排熱が、さらに都市部の気温上昇を招く恐れ

用機器に関して、普及は進んでいるものの、有効性をがある。ヒートアイランド現象の抑制対策として、排評価する手法、技術の確立が熱望されている。このた熱の抑制はもとより建物の屋上緑化や白色塗装、街路め、当研究所の中立研究機関としての立場を活かして、緑化、建物配置の工夫などがあげられている。

エネルギー利用機器の性能評価手法を開発する。

このような対策の有効性や新たな対策手法の開発を

84

お

わ

り

に

理事 首席研究員 田中 祀捷

わが国を含む先進国は、栽培有機資源（リサイクル資源）から採掘鉱物資源（非リサイクル資源）への移行に
より、エネルギー資源の多消費文明を築いてしまった。
そのため、資源枯渇と地球温暖化が危惧されるようになった。今後は、エネルギー寡消費で豊かな社会を建設することを目指すべきであろう。
そのためには、種々の高効率エネルギー転換技術や省エネルギー技術を開発すると同時に、革新的技術を開発
して、社会をエネルギー消費のGNP弾性値が低い構造に変革してくことが必要である。そのためには、過去に保持していた「もったいない」感覚や「物を大切にする」意識を復権するような意識改革を行うことも望ましい。
さて、現代の物質文明を単純化すると、先進国は「プレ脱工業化システム文明」にあり、開発途
上国は「工業化システム文明」にある。エネルギー寡消費に向かっていくとすれば、この二つの文明の衝突が起こる恐れがある。この衝突を、政治・経済・技術的に、回避し共存共栄の道を探っていかなければならないが、その中でも情報技術やバイオ・遺伝子技術といった技術革新をもって根源的な解決を与えてくれるように行動していかなければならない。
本レビューのテーマである「需要家と電気事業のエネルギーをトータルでとらえる」ことは、情報技術という新しいツールを用いて、供給者と需要者のコミュニケーションを良くし、エネルギー
寡消費で豊かな社会を建設することに通じるものである。エネルギーという「米」を、「資源・エネルギーを大切にする」ことを意識しつつ、リサイクル技術も含む革新技術を用いて、どのように料理するかが問われているといえる。本分野の積極的な取組みが期待される。

電中研レビュー No.41● 85

開発（その２）−需要家対応業務の遠隔処理のための電引用文献・資料等

力コントローラの基本設計−」、電中研研究報告R94011、1995年３月

第１章

æ

吉光司「需要家情報ネットワークの開発（その３）−需∏T. P.ヒューズ、「電力の歴史」平凡社、1996

要家対応業務の遠隔処理と新たな需要家サービスのため

π

安達、｢エネルギー産業の歴史と現状｣エネルギータイムの電力コントローラの開発−」、電中研研究報告R95015、

ズ社、1992∫

通産省、「電力負荷平準化対策の今後の在り方（中間報1996年６月
ø告）」電事審負荷平準化小委、1997

竹下和磨、鈴木正「需要家情報ネットワークの開発（その４）−マルチメディア通信システムの基本構成−」、
電中研研究報告R95016、1996年３月

第２章
∏

¿

「テレビ受信用同軸ケーブルを用いた屋内マルチメディ

野優子、若林雅代「2025年までの経済社会・エネルギー

アLANシステムの開発」、電気学会 通信研究会資料No.

の長期展望」、電央研研究報告Y990018、2000年５月
π

岩坪哲四郎、橋本克巳「都市のエネルギー需給分析と省CMN-98-32、1998年６月¡

エネ都市の省エネ負荷平準化効果の評価」、電力中央研
究所研究報告W96018、1997年５月∫

下門信太郎、鈴木正、吉川真紀子、柳瀬晋、深津欣也

服部恒明、大河原透、加藤久和、人見和美、永田豊、星¬篠原靖志、吉光司「電力有効利用支援システムの開発（その１）」、電中研研究報告R98008、1999年６月

吉光司「需要家情報サービスシステムの開発（その１）」、
電中研調査報告R96026、1997年６月
篠原靖志、吉光司「電力有効利用支援システムの開発（その１）」、電中研研究報告R98008、1999年６月√

吉光司、篠原靖志、浅利真宏「家庭用電力有効利用支援ª

通産省：総合エネルギー統計システムの開発−電力有効利用支援のための機能の開発º

住環境計画研究所：家庭用エネルギーハンドブック、省とその評価−」、電中研研究報告R99011、2000年５月

エネルギーセンター、1999

ƒ

斎川路之、橋本克巳、長谷川浩巳、岩坪哲四郎「CO2ヒΩエネルギー経済統計要覧、2000

ートポンプサイクルの効率把握と挙動・制御に関する検æ

平成11年度電力受給の概要

討」、電中研研究報告W98004、1999年３月

ø

http://www.openplanet.co.jp/index.htm¿

服部恒明、大河原透、加藤久和、人見和美、永田豊、星≈講演論文集、Vol.ø、2000年

野優子、若林雅代「2025年までの経済社会・エネルギーの長期展望」、電中研研究報告Y990018、2000年５月

橋本克巳、斎川路之、岩坪哲四郎「超臨界CO2の熱伝達率に関する実験的研究」、第37回日本伝熱シンポジウム∆

M. Saikawa, K. Hashimoto, CRIEPI; T. Kobayakawa, K.

¡

空気調和・衛生工学会、58巻、11号

Kusakari, TEPCO; M. Ito, H. Sakakibara, DENSO Co.,¬今村栄一、浅野浩志「中小規模業務用需要家におけるマ

2000, Development of Prototype of CO2 Heat Pump

イクロガスタービンの最適導入計画」、電中研研究報告

Water Heater for Residential Use, Proceedings of 4th

Y00003、2000年6月

IIR-Gustav Lorentzen Conference on Natural Working√

Fluids

三田寺要治、田中昭雄、中上英俊、上村民男「オフィスビルにおけるOA機器のエネルギー消費実態」、第16回エ«

安田陽子、岩坪哲四郎「潜熱蓄熱物質探索に向けたコン
ピュータシミュレーションによる分子設計手法の調査・

ネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文

評価」、電中研研究報告W97013、1998年３月

集、2000年１月»

土屋陽子、岩坪哲四郎、長谷川浩巳「潜熱蓄熱物質に向第３章

けたコンピュータシミュレーションによる物性予測」、∏

電中研研究報告W99009、1999年12月

土屋智子、山野紀彦、小杉素子「ライフスタイルの家庭用エネルギー消費に及ぼす影響分析」、電中研研究報告

π…

４月14日登録浅野浩志「家庭用間接負荷制御実験における情報提供と

由本勝久、中野幸夫「非侵入型モニタリングシステムのピーク抑制協力金の効果分析」、電中研研究報告Y97008、

開発（その１）−ニューラルネットワークによるインバー
タ機器の同定−」、電中研研究報告T98045、1999年５月

1998年４月∫ª

浅野浩志「間接負荷制御試験における価格効果の持続性À入型モニタリングシステムのための電気機器オン・オフ

浅野浩志、今中健雄「間接負荷制御試験におけるピーク

状態同定手法の開発」、電中研研究報告R99004、2000年

Y00001、2000年5月Ω

86

小野田崇、Gunnar R̲tsch、中野幸夫、由本勝久「非侵の分析」、電中研研究報告Y99004、1999年６月

３月

抑制効果と発電設備繰り延べ効果」、電中研研究報告º

特許「小型消費電力測定装置」第3056046号、平成12年

Y98018、1999年

Ã

Y. Amano, K. Yoshimoto, Y. Nakano, and B.

吉光司、鈴木正「需要家情報ネットワークの開発（そのKermanshahi,１）−需要家対応業務の遠隔処理に関する検討−」、電Intrusive Load Monitoring

Artificial Neural Nets for Non-

中研研究報告R93010、1994年３月

on Electrical Engineering 2000（ICEE2K）, A-3-06,

吉光司、竹下和磨、鈴木正「需要家情報ネットワークのJuly 24-28, 2000.

, International Conference

第４章
∏

π

布の時空間特性」、電中研調査報告U99022、1999年

高橋雅仁、浅野浩志、永田豊「統合資源計画モデルの開…

の開発（その２）−東京23区を対象とした数値シミュレ

研究報告Y97021、1998年９月

ーション」、電中研研究報告U99022、1999年

高橋雅仁、浅野浩志「業務用需要家の省エネルギー対策

占部亘、宮永俊之、中野幸夫「日射反射率の増加によるとグリーン電力に関する意識調査」、電中研研究調査資

冷房負荷の削減−ビルのエネルギー消費に及ぼす都市熱料Y00909、2000年７月∫

環境の影響評価−」、電中研研究報告T99077、2000年６月（財）電力中央研究所編「トリレンマ問題群
地球環境

どうなる

À

温暖化問題の未来」、電力新報社、pp.241、ºΩ

社団法人ニューオフィス推進協議会

調査研究部会：期第５章

すいオフィスとは？─、pp.2、1994年３月∏

Integrated Resource T&D Planning
Guidebook, ABB, 1994

宮永俊之、中野幸夫「放射冷房による居住熱環境の改善

π

第１報：遮へいを考慮した形態係数の高宮永俊之、中野幸夫「拡散面と鏡面からなる三次元閉空∫ª

第２報：熱放射環境Ω

画系論文集、日本建築学会計画系論文集、No.526、Energy, 1999ø

宮永俊之、大沼敏治、中野幸夫、松木直子、岡建雄、

中野幸夫、宮永俊之、大沼敏治、「氷蓄熱式放射冷房シ

A White Paper

分散型発配電研究会「マイクロガスタービン電源の開発 ・ 実 用 化 動 向 と 研 究 課 題 」、 電 中 研 研 究 調 査 資 料
T99902、1999年¿

市川建美、斎川路之、岩坪哲四郎「マイクロガスタービ
ンと固体高分子型燃料電池の開発動向と運用特性」、電中研研究調査資料T99921、2000年¡

斎川路之、高橋徹、岩坪哲四郎、浜松照秀、市川建美

ステムの開発（その２）−エネルギー消費特性とランニ「マイクロガスタービン（MGT）による熱電併給システ

ングコスト−」、電中研研究報告T96028、平成９年５月

ムの評価−床面積10000m2事務所ビルに適用した場合の中野幸夫、宮永俊之、「氷蓄熱式放射冷房システムの開

経済性・省エネ性−」、電中研研究調査資料W99901、

発（その３）−イニシャルコストをふまえた総合評価−」
、

1999年
¬

究所研究報告：W96018、1997年５月

Y00003√ƒ「空気調和衛生工学便覧 II

空調設備編」、空気調和・衛生工学会編

電力中央研究所研究報告：W95031、1996年３月
土屋陽子、長谷川浩巳、岩坪哲四郎「カプセル型氷蓄熱

今村、浅野「自家用発電システムの設置動向調査」、電力中央研究所調査報告Y97018、1998年

橋本克巳、岩坪哲四郎、斎川路之、長谷川浩巳、三巻利夫「地域エネルギー供給システム設計評価手法の検討」、

今村栄一、浅野浩志「小規模業務用需要家におけるマイクロガスタービンの最適導入計画」、電中研研究報告

岩坪哲四郎、橋本克巳「都市のエネルギー需給分析と省
エネ都市の省エネ負荷平準化効果の評価」、電力中央研»

Joseph Iannucci, et al. (Distributed Utility Associates),

ASHRAE STANDARD : Thermal Environment

電中研研究報告T97067、平成10年５月«

What s in the Cards forEnergy Journal, Special Issue,

Distributed Utility Perspectives,

究報告T95075、平成８年６月∆

J. Pfeifenberger, et al.,Distributed Resources,

Prepared for the IEA Working Party on Renewable

適性に及ぼす放射および湿度の影響評価−」、電中研研≈

エイモリー・ロビンス著、室田泰弘・槌屋治紀訳、「ソFanger, P.O.: Thermal Comfort, Copenhagen Danish「氷蓄熱式放射冷房システムの開発（その１）−温熱快ƒJournal of Political

1997
æ

1981

√

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Conditions for Human Occupancy, ANSI/ASHRAE 55¬

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査会新エネルギー部会資料、平成12年１月

間内の放射伝熱─改良型光線追跡法を用いた計算方法¡

Introduction to

梅干野晁「住まいの環境学─快適な住まいづくりを科学

系論文集、No.518、pp.37-44、1999年４月¿

H.L. Willis and G.B. Rackliffe,する─」、放送大学教育振興会、pp.174、1996年３月

精度計算法と熱環境解析への応用」、日本建築学会計画

øPreliminaly survey

Energy and Building, Vol.25, No.2, pp.149-158, 1997.3

待されるオフィス像─オフィスワーカーにとって働きやに関する研究æたとえば、Berdahl, P., Bretz, S. E.

of the solar reflectance of cool roofing materials,

1998年９月ª田村英寿、水鳥雅文「建物周辺における熱環境予測手法

発と蓄熱式空調プログラム普及方策への適用」、電中研≈「総合エネルギー調査会 省エネルギー基準部会エアコ

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水鳥雅文、田村英寿「東京23区における夏季人工排熱分

電中研レビュー No.41● 87

既刊「電中研レビュー」ご案内
NO. 32「人間と技術の調和に向けて―ヒューマンファクター研究―」1995. 3
NO. 33「放射線ホルミシス―研究の意義と取り組み―」1996. 3
NO. 34「ガスタービン研究―高効率発電の主役を担う―」1997. 1
NO. 35「地下の探査・可視化技術」1997. 5
NO. 36「送電線コンパクト化技術の開発―高分子材料の適用―」1998. 3
NO. 37「乾式リサイクル技術・金属燃料FBRの実現に向けて」2000. 1
NO. 38「大気拡散予測手法」2000. 3
NO. 39「新時代に向けた電力システム技術」2000. 6
NO. 40「原子燃料サイクルバックエンドの確立に向けて」2000. 11

編 集 後 記
本年３月に発電部門に続いて電力の小売の部分自由化

要家のエネルギー使用特性，情報技術を取り入れた快適が行われるようになりました。電気は現代生活に欠かすさとエネルギー効率の向上，地域まで考えたエネルギー

ことができないエネルギーであり，情報の媒体でもあり効率の向上など広いテーマを取り上げています。21世紀ます。このような機会に需要家のみでなく電気事業のエは環境と分散化の世紀といわれていますが，本レビュー

ネルギーをトータルでとらえ，より豊かで便利な生活やがその扉を開く端緒となれば幸いです。

産業活動に役立てることを目的として本電中研レビューを作成いたしました。
本レビューでは，これまで当研究所が研究してきた需最後になりましたが，（財）省エネルギーセンター専
務理事橋本城二様には，大変示唆に富んだ巻頭言をいた
だき，心よりお礼申し上げます。

● 編集兼発行・財団法人 電力中央研究所◯

電中研レビュー NO.41● 平成12年11月29日◯

広報部
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本部／経済社会研究所 P100−8126 東京都千代田区大手町1−6−1 @（03）3201−6601 我孫子研究所 P270−1194 千葉県我孫子市我孫子1646 @（0471）82−1181
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