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⬟ɹ研究目的 電力の安定供給の観点から電力負荷平準化策の一つと して、ピークとなる昼間の電力消費を需要が減少する夜 間等に移動し、蓄電、蓄熱、蓄冷等することで電力需要 を分散させるピークシフトが推奨されており、高効率発 電設備の稼働率の向上、低効率・高発電単価の発電設備 の稼働頻度の低下により、一次エネルギー削減効果が期 待できる。ピークシフトを推奨するため需要家側には時 間帯別料金プランによる金銭的インセンティブが設けら れている。 しかし、東日本大震災以降、原子力発電所 ( 原発 ) が 停廃止することにより電源構成が変化し、一次エネル ギー消費原単位、電気料金単価が変化したため、現状の 電源構成におけるピークシフトによる一次エネルギー及 びエネルギーコスト削減効果を再検討する必要がある。 本研究では同一の住戸の２部屋において蓄熱式暖房器 ( 蓄暖器 ) ※１ を設置した部屋 (24 時間暖房 ) とエアコン ( 在 室時のみ暖房 ) を設置した部屋の温熱環境、各設備の電力 消費量を実測し、熱的快適性と電気料金、一次エネルギー 消費量を比較することでピークシフト効果の検討を行う。 ⬡ɹ研究概要 2.1 対象住宅・部屋・設備 : 図１に対象住宅３階平面 を示す。対象住宅は新潟市に 1996 年９月に建設された 住宅とし、対象室は３階寝室① ( 室Ａ ) 及び３階寝室 ② ( 室Ｂ )、対象設備は室Ａに設置された蓄暖器 ※２ 及 び室Ｂに設置されたエアコン ※３ である。 2.2 測定方法 : 測 定 期 間 は 2015 年 11 月 1 日 ( 日 ) ～ 2016 年３月 31 日 ( 木 ) の冬季期間とする。対象設備の 電力消費量 ※４ は 10 秒間隔 で測定し、対象設備設置室 の温湿度、グローブ温度は 15 分間隔で測定 ※５ する。 2.3 時刻別一次エネルギー 消費原単位 : 図２に東北電 力の電力供給量と時刻別一 次エネルギー消費原単位の 関係 (2016 年度 ) を、図３ に最寒日 ※６ (2016 年１月 24 日 ( 日 )) における時刻別 一次エネルギー消費原単位及び実績供給値の推移を示 す。時刻別一次エネルギー消費原単位は、既往の研究 文１) の手法により 2016 年度の電源構成を調査し算出する。 時刻別一次エネルギー消費原単位は概ね原発稼働時は 4.0[MJ/kWh]程度、原発停止時は6.5[MJ/kWh]程度となる。 2.4 電気料金 : 表１に原発稼働及び停止時における東北 電力の時間帯別電灯Ａの料金プラン ※７ を示す。震災以降、 原発の停廃止により電気料金単価が変化し、夜間では原発 停止時が料金プラン最安値時の約 1.87 倍である。又、夜 間に対する昼間の料金比は料金プラン最安値時で 4.65、 原発稼働時で 3.41、原発停止時で 3.13 であり、原発停止 時には金銭的インセンティブが少なくなっている。 2.5 解析方法 : 測定された温湿度、グローブ温度より 各部屋における作用温度及び PM V ※８ の算出を行い、熱的 快適性及び各設備の電力消費量の比較を行う。東北電力 の時刻別一次エネルギー消費原単位より一次エネルギー 消費量を、時間帯別料金プランより電気料金を算出する。 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 LNG (MACC, ACC) LNG (CC) 石油系 (汽力) 水力 原子力 緊急電源 揚水 揚水 石炭 (汽力) 石炭 (汽力) LNG (MACC, ACC) LNG (CC) 石油系 (汽力) ホール トイレ・ 洗面所 子供室 寝室② (室Ｂ) 寝室① (室Ａ) 800 1000 1200 1400 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 時刻別一次エネルギー消費原単位[MJ/kWh](原発稼働時) 時刻別一次エネルギー消費原単位[MJ/kWh](原発停止時) 実績供給値[万kW] 図２ 東北電力の電力供給量と 時刻別一次エネルギー消費原単位の関係 (2016 年度 ) 新潟大学工学部建設学科建築学コース 卒業研究梗概 平成 28 年度 住宅における電力需要のピークシフトに関する研究 蓄熱式暖房器とヒートポンプエアコンの電気料金及び室内温熱環境に関する比較検討 Ｔ１３Ｋ６９３Ａ 建入 怜衣 指導教員 赤林 伸一 教授 電力供給量 [ 万 kW] 時刻別一次エネルギー 消費原単位 [MJ/kWh] 表１ 原発稼働及び停止時における 東北電力の時間帯別電灯Ａの料金プラン ※７ 図１ 対象住宅３階平面 7,280 Ｎ エアコン 蓄暖器 温湿度 グローブ温度 測定箇所 時刻別一次エネルギー消費原単位 ( 原発停止時 ) 時刻別一次エネルギー 消費原単位 [MJ/kWh] 時刻別一次エネルギー消費原単位 ( 原発稼働時 ) 原発稼働時 原発停止時 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 図３ 最寒日 ※６ (2016 年１月 24 日 ( 日 )) における 時刻別一次エネルギー消費原単位及び実績供給値の推移 単位 :[mm] 原発停止時 実施期間 基本料金 (15kVA) [ 円 / 月 ] 昼間 (7:00 ～ 23:00) [ 円 /kWh] 夜間 (23:00 ～翌日 7:00) [ 円 /kWh] ５時間通電機器割引額 ( 蓄熱式電気暖房器等 ) [ 円 /kVA] 夜間に対する 昼間の料金比 料金 プラン ※ ７ 最安値 時 2002年７月１日～ 2005年１月１日 3,300.0 27.21 5.85 194.40 4.65 原発稼働時 2008年９月１日～ 2013年８月31日 3,465.0 28.66 8.41 3.41 原発停止時 2014年４月１日～ 3,564.0 34.19 10.92 3.13 実績供給値 [ 万 kW] 実績供給値 ( 右軸 ) 原発稼働時
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⬟ɹ研究目的 電力の安定供給の観点から電力負荷平準化策の一つと
して、ピークとなる昼間の電力消費を需要が減少する夜
間等に移動し、蓄電、蓄熱、蓄冷等することで電力需要
を分散させるピークシフトが推奨されており、高効率発
電設備の稼働率の向上、低効率・高発電単価の発電設備
の稼働頻度の低下により、一次エネルギー削減効果が期
待できる。ピークシフトを推奨するため需要家側には時
間帯別料金プランによる金銭的インセンティブが設けら
れている。
しかし、東日本大震災以降、原子力発電所 (原発 )が
停廃止することにより電源構成が変化し、一次エネル
ギー消費原単位、電気料金単価が変化したため、現状の
電源構成におけるピークシフトによる一次エネルギー及
びエネルギーコスト削減効果を再検討する必要がある。
本研究では同一の住戸の２部屋において蓄熱式暖房器
(蓄暖器)
※１
を設置した部屋(24時間暖房)とエアコン(在
室時のみ暖房 )を設置した部屋の温熱環境、各設備の電力
消費量を実測し、熱的快適性と電気料金、一次エネルギー
消費量を比較することでピークシフト効果の検討を行う。
⬡ɹ研究概要2.1 対象住宅・部屋・設備 :図１に対象住宅３階平面
を示す。対象住宅は新潟市に 1996 年９月に建設された
住宅とし、対象室は３階寝室① ( 室Ａ ) 及び３階寝室
② (室Ｂ )、対象設備は室Ａに設置された蓄暖器
※２
及
び室Ｂに設置されたエアコン
※３
である。
2.2 測定方法 :測定期間は 2015 年 11 月 1 日 ( 日 ) ～
2016 年３月 31 日 ( 木 ) の冬季期間とする。対象設備の
電力消費量
※４
は 10 秒間隔
で測定し、対象設備設置室
の温湿度、グローブ温度は
15 分間隔で測定
※５
する。
2.3 時刻別一次エネルギー
消費原単位 :図２に東北電
力の電力供給量と時刻別一
次エネルギー消費原単位の
関係 (2016 年度 ) を、図３
に最寒日
※６
(2016 年１月 24 日 ( 日 )) における時刻別
一次エネルギー消費原単位及び実績供給値の推移を示
す。時刻別一次エネルギー消費原単位は、既往の研究
文１)
の手法により 2016 年度の電源構成を調査し算出する。
時刻別一次エネルギー消費原単位は概ね原発稼働時は
4.0[MJ/kWh]程度、原発停止時は6.5[MJ/kWh]程度となる。
2.4 電気料金 :表１に原発稼働及び停止時における東北
電力の時間帯別電灯Ａの料金プラン
※７
を示す。震災以降、
原発の停廃止により電気料金単価が変化し、夜間では原発
停止時が料金プラン最安値時の約 1.87 倍である。又、夜
間に対する昼間の料金比は料金プラン最安値時で 4.65、
原発稼働時で 3.41、原発停止時で 3.13 であり、原発停止
時には金銭的インセンティブが少なくなっている。
2.5 解析方法 :測定された温湿度、グローブ温度より
各部屋における作用温度及び PMV
※８
の算出を行い、熱的
快適性及び各設備の電力消費量の比較を行う。東北電力
の時刻別一次エネルギー消費原単位より一次エネルギー
消費量を、時間帯別料金プランより電気料金を算出する。
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
LNG
(MACC,
ACC)
LNG
(CC)
石油系
(汽力)
水力
原子力
緊急電源
揚水
揚水
石炭
(汽力)
石炭
(汽力)
LNG
(MACC,
ACC)
LNG
(CC)
石油系
(汽力)
ホール
トイレ・
洗面所
子供室
寝室②
(室Ｂ)
寝室①
(室Ａ)
800
1000
1200
1400
3.04.05.06.07.0
時刻別一次エネルギー消費原単位[MJ/kWh](原発稼働時)時刻別一次エネルギー消費原単位[MJ/kWh](原発停止時)実績供給値[万kW]
図２ 東北電力の電力供給量と
時刻別一次エネルギー消費原単位の関係 (2016 年度 )
新潟大学工学部建設学科建築学コース
卒業研究梗概 平成 28 年度
住宅における電力需要のピークシフトに関する研究
蓄熱式暖房器とヒートポンプエアコンの電気料金及び室内温熱環境に関する比較検討
Ｔ１３Ｋ６９３Ａ 建入 怜衣
指導教員 赤林 伸一 教授
電力供給量 [万 kW]時刻別一次エネルギー
消費原単位[MJ/kWh]
表１ 原発稼働及び停止時における
東北電力の時間帯別電灯Ａの料金プラン
※７
図１ 対象住宅３階平面
7,280
Ｎ
エアコン
蓄暖器
温湿度
グローブ温度
測定箇所
時刻別一次エネルギー消費原単位 (原発停止時 )
時刻別一次エネルギー
消費原単位[MJ/kWh]
時刻別一次エネルギー消費原単位 (原発稼働時 )
原発稼働時 原発停止時
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
図３ 最寒日
※６
(2016 年１月 24 日 ( 日 )) における
時刻別一次エネルギー消費原単位及び実績供給値の推移
単位 :[mm]
原発停止時
実施期間
基本料金
(15kVA)
[円/月]
昼間(7:00
～23:00)
[円/kWh]
夜間(23:00
～翌日7:00)
[円/kWh]
５時間通電機器割引額
(蓄熱式電気暖房器等)
[円/kVA]
夜間に対する
昼間の料金比
料金プラン※７
最安値時
2002年７月１日～
2005年１月１日
3,300.0 27.21 5.85
194.40
4.65
原発稼働時
2008年９月１日～
2013年８月31日
3,465.0 28.66 8.41 3.41
原発停止時 2014年４月１日～ 3,564.0 34.19 10.92 3.13
実績供給値[万kW]
実績供給値 (右軸 )
原発稼働時
ンが約 1.13 倍である。
現状の設備では、全ての料金プランにおいてエアコ
ンの電気料金が安くなる。しかし対象住宅が建てられ
た1996年のエアコンの暖房定格COPは約3.0
文２)
である。
今回の対象設備であるエアコンの暖房定格 COP は 4.55
であり、当時のエアコンの暖房定格 COP は現在の機種と
比較して約 2/3である。従って当時のエアコンの電力消
費量が現在の 1.5 倍になると仮定するとエアコンの冬季
積算電気料金は料金プランが最安値時では 21,896[ 円 ]
となり、蓄暖器を使用することによる金銭的インセン
ティブが得られる。現在ではエアコンの性能の上昇や、
夜間の電気料金単価の値上りにより、蓄暖器を用いたピー
クシフトによる金銭的インセンティブはないと考えられる。
⬥ まとめ① PMV の在室時平均は室Ａ (蓄暖器 )が 0.72( 標準偏差
0.17)、室Ｂ ( エアコン ) が 0.61( 標準偏差 0.22) で
あり、両室とも概ね同等の快適性である。
②冬季期間において、原発稼働時・停止時共に時刻別一
次エネルギー消費原単位の差が小さい為、蓄暖器とエ
アコンの一次エネルギー消費量の比と電力消費量との
比は概ね同等である。従って、冬季期間では蓄暖器を
用いたピークシフトによる一次エネルギーの削減効果
は、ほとんどないと考えられる。
③冬季期間の積算電気料金では、全ての料金プランにおい
て蓄暖器よりエアコンの方が電気料金が安くなる。現在、
エアコンの性能の上昇や夜間の電気料金単価が値上がり
しており、蓄暖器を用いたピークシフトによる金銭的イ
ンセンティブはないと考えられる。
846 4,404 1,352
7,057
01,0002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,000
エアコン(原発稼働時) 蓄暖器(原発稼働時)エアコン(原発停止時) 蓄暖器(原発停止時)
218
1,146
0200400600800
1,0001,2001,400
エアコン 蓄暖器
⬣ 実測結果3.1 PMV：図４に 2015 年 12 月 26 日～ 2016 年３月 31
日における在室時平均 PMV の関係を示す。各部屋の在
室時
※９
平均 PMV は室Ａが 0.72( 標準偏差 0.17)、室Ｂが
0.61( 標準偏差 0.22) であり、概ね同等の値となる。
3.2 最寒日
※６
含む３日間の電力消費量の比較 :図５
に最寒日
※６
含む３日間の電力消費量と時刻別一次エネ
ルギー消費原単位の推移を示す。各設備の期間積算電
力消費量は、蓄暖器が 30.7[kWh] であり、エアコンの
8.94[kWh] の約 3.43 倍となる。
3.3 冬季期間における比較：図６に冬季期間の電力
消費量と一次エネルギー消費量を示す。電力消費量の
冬季期間合計は蓄暖器が 1,146[kWh] でありエアコン
の 218[kWh] と比較して約 5.26 倍となる。一次エネル
ギー消費量の冬季期間合計は、原発稼働時では蓄暖器が
4,404[MJ] でありエアコンの 846[MJ] と比較して約 5.21
倍となる。原発停止時では、蓄暖器が 7,057[MJ] でエア
コンの 1,352[MJ] と比較して約 5.22 倍である。又、各
設備毎に原発稼働・停止時で比較すると、一次エネルギー
消費量は原発停止時では稼働時と比較して、蓄暖器、エ
アコン共に約 1.60 倍に増加する。
原発稼働・ 停止時共に昼間と夜間の時刻別一次エネル
ギー消費原単位の差が小さく、蓄暖器とエアコンの一次エ
ネルギー消費量の比は電力消費量の比と概ね同等であり、
冬季期間において蓄暖器を用いたピークシフトによる一次
エネルギー消費量の削減効果はほとんどないと考えられる。
図７に冬季期間の積算電気料金を示す。冬季期間合計は、
料金プラン最安値時では蓄暖器が 21,263[ 円 ] でありエア
コンの 20,098[ 円 ] とほぼ同等となる。原発稼働時では蓄
暖器が 25,021[ 円 ] でありエアコンの 21,359[ 円 ] と比較
して約 1.17 倍、原発停止時では蓄暖器が 28,392[ 円 ] であ
りエアコンの 22,729[ 円 ] と比較して
約 1.25 倍となる。設備毎に原発稼働・
停止時で比較すると原発停止時では
稼働時と比較し蓄暖器は約 1.13 倍、
エアコンでは約 1.06 倍となる。又、
原発停止時を料金プラン最安値時と比
較すると蓄暖器が約 1.34 倍、エアコ
※１ 夜間の電力で装置内のレンガに蓄熱し、その熱を終日に渡り放熱する暖房設備である。
※２ 定格出力２[kW]、深夜１時～翌日６時まで５時間蓄熱運転。
※３ 定格暖房出力 2.8[kW]、暖房定格COP4.55、通年エネルギー消費効率 (APF)5.8、概ね在
室時のみ (18 時～翌日６時 )に稼働。
※４ 各設備系統ごとに分電盤で電力トランスデューサとデータロガーにより測定する。
※５ 温湿度、グローブ温度ともに、佐藤計器社製記憶計 SK-L200TH Ⅱαを使用し、測定点
は床面より高さ約 1,200[mm] とする。
※６ 気象庁データより 2015 年 11 月１日～ 2016 年３月 31 日において日平均外気温が最低
を記録した日。気象庁 web ページ :http://www.jma.go.jp/jma/index.html
※７ 東北電力 時間帯別電灯Ａ (1990 年 11 月１日～ 2016 年３月 31 日の電気料金単価 ) を
使用する。 web ページ :http://www.tohoku-epco.co.jp/
※８ 代謝量 1.0[met]、着衣量 2.0[clo]、風速 0.1[m/s] と仮定し、乾球温度、相対湿度は
実測値、平均放射温度は実測値より算出する。
※９ 蓄暖器は 24 時間、エアコンは 18時～翌日６時までの 12時間の平均とする。
文１) 赤林ら：「家庭用燃料電池による一次エネルギー削減効果に関する研究 その１」
日本建築学会大会学術講演梗概集、2014 年
文２) 株式会社住環境計画研究所より。 web ページ :http://www.jyuri.co.jp/
図７ 冬季期間の積算電気料金
図５ 最寒日
※６
含む３日間の電力消費量と
時刻別一次エネルギー消費原単位の推移
(2015 年 11 月 1 日～ 2016 年３月 31 日までの最寒日
※６
(１月 24 日 ( 日 )) を
含む３日間 :2016 年１月 23 日 ( 土 ) ～ 2016 年１月 25 日 ( 月 ))
図４ 在室時
※９
平均
PMV の関係
室Ａの在室時平均 PMV[-]
原発稼働時 原発停止時
y = 0.6819x + 0.115R² = 0.2808
0.00.20.40.60.81.01.21.4
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
図６ 冬季期間の電力消費量と一次エネルギー消費量
(ａ )電力消費量 (ｂ )一次エネルギー消費量
原発稼働時 原発停止時
エアコン 蓄暖器 エアコン 蓄暖器
5.26 倍
5.21 倍
5.22 倍
料金プラン最安値時
在室時における日平均PMV
20,098 21,263 21,359 25,021 22,729
28,392
-5,00005,00010,00015,00020,00025,00030,00035,000
エアコン 蓄暖器 エアコン 蓄暖器 エアコン 蓄暖器
3.04.05.06.07.08.0
0.00.51.01.52.02.5
蓄暖器の１時間積算電力消費量[kWh] エアコンの１時間積算電力消費量[kWh]時刻別一次エネルギー消費原単位(原発稼働時)[MJ/kWh] 時刻別一次エネルギー消費原単位(原発停止時)[MJ/kWh]
グレー部分 : 在室時時刻別一次エネルギー消費原単位 (原発停止時 )
エアコンの電力消費量
蓄暖器の電力消費量
時刻別一次エネルギー
消費原単位 ( 原発稼働時 )
基本料金(15kVA) 昼間の電気料金 夜間の電気料金 割引料金 合計
2016/ １/23( 土 ) 2016/ １/24( 日 ) 2016/ １/25( 月 )
