SSII2021 [OS1-03] エネルギーの情報化：需要家主体の分散協調型電力マネージメント
•
0 likes•232 views
SSII2021 [OS1-03] エネルギーの情報化：需要家主体の分散協調型電力マネージメント 6月9日 (水) 16:30 - 18:00 メイン会場（vimeo + sli.do） 登壇者：加藤 丈和 氏（京都橘大学） 概要：電力エネルギーマネージメントは、従来から需要家は自由に電力を使用し、中央で集中的にマネージメントを行う中央集中型のマネージメントが行われてきた。しかし、最大需要に合わせた整備投資や、再生可能エネルギーなどの変動電源の導入限界などの問題がある。このような問題を解決するためのIoTやAI技術を用いた「スマートマネージメント」の実施例や、講演者等が提唱する需要家が主体的に電力マネージメントしながら、互いに協調連携する「エネルギーの情報化」の概念について紹介する。
Recommended
Recommended
More Related Content
Similar to SSII2021 [OS1-03] エネルギーの情報化：需要家主体の分散協調型電力マネージメント
Similar to SSII2021 [OS1-03] エネルギーの情報化：需要家主体の分散協調型電力マネージメント (20)
More from SSII
More from SSII (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (20)
SSII2021 [OS1-03] エネルギーの情報化：需要家主体の分散協調型電力マネージメント
- 2. 京都橘⼤学について • 京都市⼭科区にある⼤学 • 2021年４⽉から⼯学部情報⼯学科を新設 • 経済、経営とクロスオーバー • ゼミ、PBL系の科⽬が多い 新棟（アカデミックリンクス） よろしくお願いします
- 3. ⾃⼰紹介︓現在までのキャリアと研究内容 2001.3 同⼤⼤学院⾃然科学研究科博⼠後期課程終了，博⼠（⼯学） コンピュータビジョン，分散協調システム 「階層的分散協調による⼈物⾏動理解のための効果的な顔画像登録」 2001.4- 独⽴⾏政法⼈ 産業技術総合研究所 特別研究員 ウェアラブルビジョンシステム 2003.1- 和歌⼭⼤学 システム⼯学部 助⼿・講師 コンピュータビジョン，⼈物⾏動理解，機械学習アルゴリズム 2008.9- 独⽴⾏政法⼈ 情報通信研究機構 専攻研究員 2009.5- 京都⼤学 ⼤学院情報学研究科 エネルギーの情報化共同研究講座 特定准教授 電⼒マネージメント，電⼒計測・制御，分散協調制御 2016.7- 静岡理⼯科⼤学 理⼯学部 電気電⼦⼯学科 准教授 電⼒マネージメント，機械学習，⼈⼯知能応⽤ 3 電⼒マネジメント 画像処理・理解 パターン認識，機械学習，分散協調システムなどをベースにした実世界応⽤
- 4. ⽬標7「エネルギーをみんなに そしてクリーンに」とは︖ 「すべての⼈々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的 エネルギーへ のアクセスを確保する」 1. 2030年までに、安価かつ信頼できる現代的エネルギーサービスへの普遍的アク セスを確保する。 2. 2030年までに、世界のエネルギーミックスにおける再⽣可能エネルギーの割合 を⼤幅に拡⼤させる。 3. 2030年までに、世界全体のエネルギー効率の改善率を倍増させる。 4. 2030年までに、再⽣可能エネルギー、エネルギー効率及び先進的かつ環境負荷 の低い化⽯燃料技術などのクリーンエネルギーの研究及び技術へのアクセスを 促進するための国際協⼒を強化し、エネルギー関連インフラとクリーンエネル ギー技術への投資を促進する。 5. 2030年までに、各々の⽀援プログラムに沿って開発途上国、特に後発開発途上 国及び⼩島嶼開発途上国、内陸開発途上国のすべての⼈々に現代的で持続可能 なエネルギーサービスを供給できるよう、インフラ拡⼤と技術向上を⾏う。
- 6. 背景︓EMSにもとめられる機能の変化 供給 = 需要 (+損失) [W] を常に一致させる 需要 供給 ⼈の予測困難な消費活動に依存して変動 いくつかのタイプの発電所の組み合わせ 可制御性，経済的効率性を考慮して運⽤ 現状：スマートグリッド • 供給者がトップダウンで需要抑制（デマンドレスポンス） 従来：供給者が供給電力を制御 • 需要家は自由に使用，変動する需要と常に一致するように電力会社が供給制御 一時の需要ピークのための多大な設備投資を避けたい 新たな変動要因の増加 ⇨変動そのままでは誰も使ってくれない 出⼒が変動する電源（太陽光，⾵⼒）を⼤量に導⼊したい ⇨ピークカット，ピークシフト ⇨節電，省エネ，エコ 将来：エネルギーの情報化 ⇨⾃⼰消費（地産地消）型，計画遵守型EMS バッファとなる機器→蓄電池，給湯器（蓄熱装置） ⇨需要家が発電した電⼒を需要家間で融通＝地産地消型協調的コミュニティ
- 10. スマートファクトリ • 中⼩規模⼯場向けのエネルギーマネジメントシステムの開発 • デマンド電⼒監視と電⼒制御 • ⽣産計画と電⼒使⽤計画の最適化 • 低導⼊・ランニングコスト • 蓄電池の活⽤
- 11. ＦＥＭＳ実証実験サイト • ⼩物⾼精度部品プレス⼯場 • 従業員３０名 • 2011/7での契約電⼒︓144kW • 電気機器を下記の３種に分類 • ⽣産機器 • プレス機（⾦属加⼯） • ⼤⼩合わせて２６台 • 組付機（蛍光灯⼝⾦⽣産） • ２台 • 機能補助機器 • コンプレッサ（圧縮空気を⽣産機器へ） • ２台 • 洗浄、すすぎ、乾燥機（製品の洗浄） • リサイクル装置（洗浄液のリサイクル） • 放電加⼯機（プレス機⾦型の補修） • 環境機器 • エアコン • メインエアコン６台 12 それぞれの種類に応じた制御や管理を⾏って⾏ く。
- 12. 実測データ例 13 • コンプレッサ • 新：15kW • 旧：14kW • 洗浄・すすぎ・乾燥槽 • 8kW • リサイクル装置 • 8kW • 放電加⼯機 • 5kW • エアコン • ⼀台あたり最⼤6kW 2013/7/1 デマンドのピーク （100kW) 消費電⼒の⼤きな機器 それぞれの機器について詳細な考察を⾏う
- 13. まとめ 14 • 過去３年の７⽉のデマンド値（W）と電⼒量（Wh）を⽐較 • EMS無し（2011）、省エネエアコン（2012）、システム導⼊（2013） 2011.7 2012.7 2013.7 デマンド値（１年間の 基本料⾦に影響） 145 kW 140 kW 100 kW 電⼒量（従量課⾦） 35,503 kWh 32,474 kWh 26,554 kWh 45 kW (31%減) 59,535円相当 8,949kWh (18%減) 137,278円相当 5 kW (3%減) 6,615円相当 3,029 kWh (8%減) 46,465円相当 • デマンド値の削減 ‒ 2011年と2013年との⽐較：45kW (約31%)減→１年間で714,420円のコストカット • 関⻄電⼒ ⾼圧電⼒BS 基本料⾦にて試算（1,323 /kW） • 電⼒量の削減（１ヶ⽉分） ‒ 2011年と2013年との⽐較：8,949 kWh (約25%)減→137,278円のコストカット • 関⻄電⼒ ⾼圧電⼒BS 電⼒量料⾦（夏季）にて試算（15.34 /kWh） • （各年についてほぼ同じ⽣産が⾏われたと仮定）
- 14. 𝑡! 𝑡" 𝑡# 𝑡$ 𝑡% 𝑡& ⋯ 𝑡'(" 𝑡'(! 𝑡' 𝑚! 𝑚" ⋮ 𝑚) 連携制御EoDのための⽣産スケジューリング プロセス処理数 順序性制約 型抜き 𝑠!,# ∈ {機器𝑚#がとり得る状態} リソース 4kW 5kW 3kW 4kW 4kW 6kW 5kW 4kW 4kW 6kW 5kW 8kW 6kW 5kW 3kW 2kW 6kW 共起性制約 ⽣産実⾏機器数𝑀 塗装 ・・・ 組⽴て ＞ ＞ ＞
- 15. 整数計画問題定式化 • ⽬的関数︓最⼤デマンド値の最⼩化 Min. 𝑧 S. t. 𝑧 − ) !!"# !$% &% #! ) ' ) ( 𝑒',(𝑥!!,',( + 𝑒*+ 𝑅!! + 𝐸!! ,+- ≥ 0 • 順序性制約 S. t. ∀𝑖, 𝑐, 𝑞%, 𝑞. ∶ 𝑛/,0",! ≥ 𝛼/,0",0# 𝑛/,0#,! S. t. ∀𝑖, 𝑐, 𝑞%, 𝑞. ∶ 𝑛/,0",! = 𝛼/,0",0# 𝑛/,0#,!&% • 納期制約 S. t. ∀𝑐, 𝑞, 𝑖 ∶ 𝑛/,0,! ≥ 𝑁/,0,! 全ての制約式を線形記述 数理計画ソルバで解く 30分平均の 消費電⼒ リソース供給機器の電⼒ （共起性制約） 制御変数： 機器の状態 計画からずれた場合は，部分 的に再計算
- 16. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 消費電⼒[kW] デマンドピリオド result plan minTime 実験結果 製品𝑐%: （点線は⽣産スケジュール） 162.5kW→62.5kW
- 17. これからのエネルギーマネジメント • EMSからスマートホーム、スマートファクトリ、スマートオ フィスへ • スマートスピーカーで声で操作できることだけがスマートではない • 本当の意味でのスマートとは︖⇨気の利いた家、⼯場、オフィス • 需要家内だけのEMSから需要化間連携へ • 需要家間で電⼒を融通し合う • FIT終了後の余剰電⼒の有効活⽤
- 19. EMSからスマートファクトリへ • EMSだけでも中⼩⼯場では効果が⼤きいが、限界がある • 電⼒だけでない総合的な効率化が必要 第1次産業⾰命 動⼒を取得 （蒸気機関） 第2次産業⾰命 動⼒が⾰新 （電⼒・モーター） 第3次産業⾰命 ⾃動化が進む （コンピュータ） 第4次産業⾰命 ⾃律的な最適化が可能に ⼤量の情報を基に⼈⼯知能が ⾃ら考えて最適な⾏動をとる 狩猟社会 農耕社会 ⼯業社会 情報社会 Society 5.0 超スマート社会 ＜社会の変化＞ ＜技術の変化＞ ＜産業の在り⽅の変化＞ Connected Industries もの×もの ⼈間×機械・システム 企業×企業 ⼈間×⼈間 （知識や技能の継承） ⽣産×消費 ⽇本の現場⼒×デジタル 多様な協働 新たな 社会を形成 ⼈間中⼼ 課題解決型 個々の産業ごとに発展 ・様々なつながりによる新たな付加価値の創出 ・従来、独⽴・対⽴関係にあったものが融合し、変化 →新たなビジネスモデルが誕⽣ Society 5.0につながるConnected Industries 4 https://www.meti.go.jp/press/2017/05/20170530007/20170530007-2.pdf コネクテッドインダストリーズ（経済産業省）
- 21. スマート化の段階 • レベル0︓データ計測 • センサの設置など • レベル1︓データ集約，⾒える化 • ネットワーク化，IoT化 • 複数箇所，種類のデータを時系列にまとめる • 可視化（グラフ，マップなど） • レベル2︓蓄積，分析 • ⼿動解析 • ⾃動解析 • レベル3︓最適化（⾃動化） • ERPや，⽣産管理システムとの統合 22 安価な端末やインフラが増えてきた IoT対応センサ マイコン クラウド基盤
- 22. スマートファクトリー 23 Society 5.0 = Industry 4.0 に対応したスマートファクトリーとは？ ポイントは，サイバーフィジカル 難しく考えない 物理的対象の動きや相互作⽤をデータ化して解析する ⼯場において重要な対象とは？ 1.ひと：⼈の動き 2.もの：部品，製品の動き 3.機械：設備機器，⼯作機械の動き 4.環境 ⽣産管理 EMS 稼働率の改善 資源管理 MFCA マテリアルフローコスト会計 動線解析，改善 割り振りの最適化 スキル向上，⼈事計画 これらの相互作⽤を読み解くことが⼤事 ⼈流解析、動線解析、⾃動運搬ロボなど、 ビジョンや機械学習技術のの果たすべき役割は⼤きい
- 23. これからのエネルギーマネジメント • EMSからスマートホーム、スマートファクトリ、スマートオ フィスへ • スマートスピーカーで声で操作できることだけがスマートではない • 本当の意味でのスマートとは︖⇨気の利いた家、⼯場、オフィス • 需要家内だけのEMSから需要化間連携へ • 需要家間で電⼒を融通し合う • FIT終了後の余剰電⼒の有効活⽤
- 24. 電⼒カラーリングとは︖ 電⼒にIDをつけて配送 （電⼒の由来の識別、選択） 供給元(電⼒の由来)の区別ない 従来の電⼒ネットワーク 電⼒カラーリング＝電⼒の由来別制御 家ごと、家電ごとに好きな由来の電⼒を使う 電⼒配送のインターネット化（双⽅向，分散制御，個⼈化） メガソーラ ⽕⼒発電所 ⾵⼒発電所 ︖ どの家電で使⽤するかの区別もない メガソーラ ⽕⼒発電所 ⾵⼒発電所 P T 短期変動 P T 変動吸収
- 28. まとめ • 需要化主体の分散型エネルギーマネージメント • まずは、需要家向けEMSの普及 • 特に⼯場や事業所 • 必要なのは電⼒削減だけではない、スマートマネージメント • 中⼩⼯場では、EMSだけでも効果が釣り合う場合も多い • 次の段階は総合的なスマート化 • ⼈、もの（部品、製品）、機械の動きのデータ化、解析が重要 • 特に⼈の動きが重要 • ビジョンの果たす役割は⼤きい • 需要化間電⼒融通 • ポストFITとして、需要化単位で余った電⼒を有効活⽤ • 電⼒カラーリング