HPWH 運転パターンの評価 - 代表日における HPWH の最適運用方法検討結果

第 4 章 PV 設置住宅群のヒートポンプ給湯機による有効電力制御方

4.5 代表日における HPWH の最適運用方法検討結果

4.5.4 HPWH 運転パターンの評価

本章にてHPindex1を最大化するためのHPWHの運転方法として，4.3.1項にてパターン1，パターン 2，パターン3を提案している。本項では，それぞれのパターンに対する最適化の達成度を評価するため，以下の項目について分析を行う。

①パターン別のPVの出力抑制回避率（HPindex1，HPindex0）

②パターン別のHPWH時間帯別運転時間率

③パターン別のHPWH稼働率

以下，それぞれの項目について詳述する。

（１）パターン別の PVの出力抑制回避率（HPindex1，HPindex0）

各季節の代表4日間において設定した IallSUPrate 5ケース（25％, 20%, 15%, 10%, 5%）について，パターン 1, パターン2, パターン3それぞれのケースにおける HPindex1及び HPindex0を算出した。図 4- 22にHPindex1及びHPindex0の算出結果を示す。HPindex1は，

いずれのパターンにおいても，2月が最も大きく，11月，5月，8月の順番になり，2月と 8月ではHPindex1 が最大3倍近い差になることが確認できた。これは，季節による HPWH の消費電力量の差の影響により発生した現象である。ただし，HPWH の消費電力量が最大となる2月においても PVの出力抑制量を完全に零にすることはできないことも合わせて確認できた。また，パターン間の HPindex1 の差は，最大0.6％程度となっており，パターン間のHPindex1 の大きい差は発生しないことが確認できた。

また，HPindex1の最大値は2月7日のI_allSUP_rateが25%の際に最大9%になることが合わ 0%

10%

12%

14%

16%

2月7日 11月15日 5月21日 8月10日 2月7日 11月15日 5月21日 8月10日 2月7日 11月15日 5月21日 8月10日 2月7日 11月15日 5月21日 8月10日 2月7日 11月15日 5月21日 8月10日

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

HPindex0

同一時間帯二時間帯三時間帯

I_allSUP_rate I_allSUP_rate I_allSUP_rate I_allSUP_rate I_allSUP_rate

85 せて確認できた。

(a)HPindex1

(b)HPindex0

図4- 22 パターン別HPindex1,HPindex0

（２）パターン別の HPWH時間帯別運転時間率

次にパターン別のHPWHの運転時間帯を把握するため，各パターンにおける 1軒平均のトレンド曲線を分析した。図 4- 23に2月7日のIallSUPrate 25％時の運転パターン別の1軒平均のトレンド曲線を示す。なお，2月7日の負荷パターンは，図 4- 9に示したとおり，

日中に大きな変動がないものが設定されている。従って，9時頃から 15時頃にかけて負荷電力が上昇しているのは，HPWH の昼間運転による影響である。パターン別の HPWHの運転時間帯はそれぞれ特徴があり，パターン 1は，PVの発電がピークとなる時間帯を中心

12%

15%

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5% IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5% IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5% IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

2月7日 11月15日 5月21日 8月10日

パターン間の最大値と最小値の差

HPindex1

パターン1 パターン2 パターン3 Max-Min

12%

15%

2月7日 11月15日 5月21日 8月10日

パターン間の最大値と最小値の差

HPindex0

パターン1 パターン2 パターン3 Max-Min

に前後の時間帯で対象とあるように HPWHの運転が行われることが，パターン 2は，PV の出力抑制量が大きい時間帯がピークとなるように，出力抑制量に応じて HPWHの運転が行われることが，パターン 3は，パターン 2と同様であるが，パターン2よりもピーク時間帯のHPWH 消費電力が大きくなり，他の時間帯の HPWH の消費電力が少なくなることが確認できた。

(a)パターン1

(b) パターン 2 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

発電・負荷電力（kW)

発電負荷出力抑制

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

発電・負荷電力（kW)

発電負荷出力抑制

87 (c)パターン3

図4- 23 パターン別の 1軒平均トレンド曲線(2月7日 IallSUPrate25％)

次に，代表日4日間，IallSUPrate別のHPWH運転時間帯を定量的に評価するため，(4.15) 式で定義する HPWH時間帯別運転時間率（HPTrate）について分析を行った。(4.15)式にて，

Topは，区分した時間(30 分)を，Tsnは，9:00～14:00 を対象とした30分単位の区分開始時

刻を，Tenは，9:00～14:00 を対象とした30分単位の区分終了時刻をそれぞれ示す。

図4- 24(a)より，2月のIallSUPrate 25％の場合の HPTrate は，パターン1では，10：00 から 13：00までが一定，パターン 2では，11：00から12：00をピークとして，それ以外の時間帯は，概ね PVの発電パターンに沿う形で左右対称，パターン 3では11：30～12：30 をピークとして，それ以外の時間帯は，概ね PVの発電パターンに沿う形で左右対称となることが確認できた。また，IallSUPrateが低下すると，PVの出力抑制が発生していない時間帯での HPWHの運転をさけるため，HPTrateも同様に全体的に低下することも合わせて確認できた。

n op

n T T

HPL T

N

dt t

HPL

・





Trate

) (

HP

(4.15)

ここに，HPTrate：HPWH時間帯別運転時間率，Tsn：9:00～14:00を対象とした30 分単位の区分開始時刻，Tsn：9:00～14:00を対象とした 30分単位の区分終了時刻，TOP：区分した時間（30 分）

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

発電・負荷電力（kW)

発電負荷出力抑制

88 (a) 2月7日

(b) 11月15日

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

9:00-9:30 9:30-10:00 10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00 13:00-13:30 13:30-14:00 9:00-9:30 9:30-10:00 10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00 13:00-13:30 13:30-14:00 9:00-9:30 9:30-10:00 10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00 13:00-13:30 13:30-14:00 9:00-9:30 9:30-10:00 10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00 13:00-13:30 13:30-14:00 9:00-9:30 9:30-10:00 10:00-10:30 10:30-11:00 11:00-11:30 11:30-12:00 12:00-12:30 12:30-13:00 13:00-13:30 13:30-14:00

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

HPTrate

パターン1 パターン2 パターン3

I_allSUP_rate25% I_allSUP_rate20% I_allSUP_rate15% I_allSUP_rate10% I_allSUP_rate 5%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

HPTrate

パターン1 パターン2 パターン3

I_allSUP_rate25% I_allSUP_rate20% I_allSUP_rate15% I_allSUP_rate10% I_allSUP_rate 5%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

HPTrate

パターン1 パターン2 パターン3

I_allSUP_rate25% I_allSUP_rate20% I_allSUP_rate15% I_allSUP_rate10% I_allSUP_rate 5%

（d）8月10 日

図4- 24 HPWH時間帯別運転時間率（HPTrate）分析結果

図4- 24 (b),(c),(d)より，11月，5月，8月についてもパターン 2は同様の傾向であり，パ

ターン1も，運転時間帯の設定の差（2月，11月は二時間帯，5月，8月は三時間帯）はあるものの，概ね 2月と同様の傾向となることが確認できるが，パターン3のIallSUPrate 25％時の 11月，5月，8月については，他よりもHPTrateが最大になる時間帯が2月7日よりも遅くなることが確認できた。これは，PVの出力抑制量とHPWH の消費電力量が拮抗する時間帯に 1軒目の HPWHの運転時間帯が決定され，PVのピーク時刻や消費電力の差により，この時間帯が 2月よりも遅くなることにより発生する現象である。

（３）パターン別の HPWH稼働率

次に，HPWH の稼働率HPrateについて分析を行った。HPrateは，(4.16)式に示すとおり，

コミュニティ全体で HPWHの昼間運転を実施する軒数NHPを住宅総軒数Nで規格化した値である。HPrateは，次節にて詳述する長期間運用時の天気予報が外れた日の HPWHの昼間運転による逆潮流電力量の低減や順調流電力量の増加リスクを軽減するため，少ない運転台数で，PVの出力抑制回避率が大きくなるHPHW の運転方法を最適とし，これを評価するために定義したものである。図 4- 25に代表日 4日間，IallSUPrate別のHPrate分析結果を示す。

N HP

_rate

100 ・ N

^HP



(4.16) 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

IallSUPrate 25% IallSUPrate 20% IallSUPrate 15% IallSUPrate 10% IallSUPrate 5%

HPTrate

パターン1 パターン2 パターン3

I_allSUP_rate25% I_allSUP_rate20% I_allSUP_rate15% I_allSUP_rate10% I_allSUP_rate 5%

図4- 25 HPrate分析結果

IallSUPrate 25%では，4日間全ての運転パターンにて，HPrateは 80%以上であった。しか

し，IallSUPrateの低下に合わせて HPTrateと同様に HPrateも低下し，2月7日のIallSUPrate 5%

では，パターン 3においてHPrateは最小15%が記録された。HPrateは，8月＞5月＞11月＞

2月の順番となった。これは，HPWH の消費電力量が小さい月は， PVの出力抑制回避率の低下を HPrateを増加させることで回避するために発生した現象である。

次にパターン別HPrateの比較評価を行なった。パターン別のHPrateに大きい差はないが，

パターン 2で他のパターンと比較して HPrateが低いケースが多いことが確認できた。これは，SUPⁿの積分値が多い時間帯(＝PVの発電ピーク時間帯)に住宅リストの順番が早い住宅でのHPWH の運転が集中するため，住宅リストの順番が遅い住宅では，他の住宅の HPWH の運転により，同時間帯のPVの出力抑制が減少する。住宅リストの順番が遅い住宅では，他の時間帯で PVの出力抑制が元々発生していないため，結果として HPWHの昼間運転が行なわれないことにより発生した現象である。パターン 1，パターン 3では，住宅リストの順番が早い住宅での PVの発電ピーク時間帯の HPWHの運転が，パターン 2よりもやや分散しているため，住宅リストの遅い住宅で HPWHの運転が可能となり，HPrate

がやや増加する傾向となった。

（４）まとめ

代表日におけるパターン別の運転結果を分析した結果，以下のとおりとなった。

① パターン別HPindex1及び HPindex0の分析

・パターン1適用時にHPindex1が最大となるケースが約33%，パターン2では約53%，

パターン3では約13%であった。

10%20%

30%

40%50%

60%

70%80%

90%

100%

2月7日 11月15日 5月21日 8月10日

HPrate

パターン1 パターン2 パターン3

・パターン間のHPindex1の差は平均 0.35%であり，最大でも0.62%と大きい差は発生しなかった。

・HPindex1は2月が最大，8月が最小，HPWHの昼間運転により低減する逆潮流電力量と増加する消費電力量の和は 2月が最大，8月が最小となった。これは，季節によりHPWH の消費電力量が変化することが原因である。

・全ての条件において，PVの出力抑制を回避（IallSUPrate＝HPindex0）することはできなかった。

② パターン別HPWH 時間帯別運転時間率

基本的には，PVのピーク時間帯（＝PVの出力抑制のピーク時間帯）に，HPWHの運転が集中するが，パターン 3のIallSUPrateが大きい条件において，HPTrateが最大になる時間帯が 1時間程度遅くなるケースがあることが確認できた。

③ パターン別HPWH 稼働率

パターン2は，他のパターンよりもHPrateがやや小さくなるが，パターン別のHPWH 稼働率に大きい差は発生しなかった。

以上より，パターン別に HPWH時間帯別運転時間率やHPWH 稼働率の特性にやや差があるものの，パターン別のHPindex1に大きい差は認められないことから，次節「長期間運用時のHPWHの最適運用方法の検討」においては，各住宅の運転時間帯が簡単に定義可能な実運用を想定したパターン1を採用することとした。

ドキュメント内太陽光発電設置住宅群の出力抑制回避手法に関する研究 (ページ 90-97)