能源知識庫

重點摘述

日本北九州智慧社區創造事業為八幡東區東田地區的住宅樓設置了HEMS（家庭能源管理系統），並與CEMS（區域能源管理系統）聯動，對根據能促進節電的動態定價來控制空調等家電和蓄電池的方法進行實際驗證。 該項目的設想是，基於HEMS的家電控制在一定程度上可以預測節電量，通過將需求事先上報給CEMS，則能為制定地區的電力供求計劃提供參考。而且，還希望通過實證試驗，了解居民是否接受基於HEMS的家電控制。
       針對上述設想，該計畫通過2012年度冬季和2013年度夏季實施的動態定價，明確了以下幾點：（1）對於空調，雖然可以通過控制溫度節省電力，但用電情況會隨人員進出等條件發生變化，不適合作為向CEMS上報需求計劃時的用電量預測對象；（2）雖然住戶會有意減少電視機和微波爐的使用，但在需要時無論電價高低都會使用；（3）在動態定價時居民會減少洗衣機的使用；（4）部分人在某些情況下不接受家電控制，但並非完全不接受。

       在設置了HEMS的住宅樓裏，有2戶還同時設置了蓄電池（分別為10kWh和6kWh）。其目的是為了在電價低的深夜充電，在電價高的白天使用，實現錯峰。2013年度夏季（7～9月）動態定價時的錯峰率平均約為88％，冬季（12月）約為76％（圖1）。冬季錯峰率低是因為在動態定價較高的時段用電量較大，蓄電池儲存的電能無法滿足需求。不過，2012年度冬季的錯峰率平均約為59％，可見，通過改進蓄電池的使用方法，錯峰率得到了明顯改善。
       2014年5～6月，實施了以再生能源發生電力剩餘為前提的“CBP（Critical Bottom Pricing）”的實際驗證，將電力剩餘時段價格較低的電力用來為蓄電池充電，在其他時段使用。  在北九州開展的實證試驗中，以提高能源使用效率為目標的措施之一，是向居民家中的家電設備供應直流電。具體操作由夏普負責。該公司在位於東田地區的一戶氫能源驗證住宅內安裝支援直流供電的家電設備，從2013年4月開始進行試驗。直流供電的電壓為380V，是數據中心等使用的標準電壓。
       冰箱和空調等多數家電內部都是利用直流電工作，因此要將電力公司供應的交流電轉換為直流電。但轉換必然會產生轉換損耗。為此，該試驗就是要利用直流供電消除轉換損耗，提高電力使用效率。通過以380V的電壓向家電供電，盡可能減少電壓轉換造成的功率損耗。另外，北九州的驗證住宅設置的系統的蓄電池電壓與直流供電電壓相同，實現了無需變壓器的蓄電池直連系統。
       變壓器的損耗在大功率運行時約為百分之幾，但當功率較小時，效率會大幅下降。其電力損耗雖然微小，但由於是一年365天、一天24小時持續消耗，所以全年的損耗不容小覷。
       驗證住宅還設置了輸出約為4kW的光伏發電系統和容量約9kWh的鋰離子蓄電系統。通過監控家電的用電量、光伏發電量和蓄電池餘量等數據，設置在住宅中的控制器能夠以最優方式控制蓄電池的充放電，最大限度有效利用光伏發電的電力（圖1）。通過與CEMS聯動，住宅內的控制器會在前一天接收動態定價的指令，在制定光伏發電計劃、需求計劃的同時，制定充放電計劃，進行控制。

       該項目還進行了優化蓄電池容量方面的驗證。之前的實驗一直使用9kWh蓄電池。結果顯示，蓄電池只需釋放出最大容量的一半左右，就能實現錯峰率目標的50％左右。通過權衡錯峰率與成本的關係，研發人員認為蓄電池的容量應該可以降低。這樣，在實際應用時就能降低蓄電池的成本。2014年的試驗中採用的是2kWh的蓄電池，相當於一般家庭採用4kWh左右容量的蓄電池。
       2014年度的驗證還結合分時段調整電費的機制進行了模擬。其難點在於如何融入“效用”的概念。現階段電池成本相對還是較高，且一般住宅用電力系統仍屬交流系統，雖然直流供電系統可減少能量因多級轉換所產生之損耗，但更換為直流供電系統，屬基礎重大建設，工程浩大，不易執行；但若考慮將電池依據負載用電特性以及搭配再生能源，藉由能量管理平台進行最佳化能量調度，同樣可達成節電效果，同時兼具發展再生能源與節能減碳之目標。