デマンド管理

はじめに

デマンドグラフ

左図は、ある日のデマンドの状況を棒グラフで表したものです。それぞれの棒はデマンドを、高さは大きさを示しており、棒の数は1日あたり48個（24時間÷30分＝48）あります。デマンドとは30分間の消費電力量のことで、デマンドを抑えるとはそれぞれの棒の高さを抑えることです。したがって、30分ごとの管理（1年では48個×365日）を継続的に行うことが必要になります。デマンドの管理を行っていない工場やビルなどでは、棒の高さがどんどん高くなり、その結果無駄な電気代（基本料金）を支払っていることになるのですが、気づいていないケースが以外に多いのではないでしょうか。

＜ピーク発生のメカニズム＞
電気は生産活動を行うに当たり必要だから使うわけで、一つの工場やビルにおいて様々な場面で相互に意識されることなく使用されます。思わぬ時にあるいは同じようなパターンでピークが発生することがよくあります。

＜全負荷の把握＞
ピークというのはそれぞれの電気設備が重なって稼働している時に発生します。現在の電気の使用状況がどの程度なのか把握できる環境を整えると、このような状況のもとではこの設備の運転は少し抑制できるなどの判断が可能となります。

＜見える化・どこでも化の実現＞
中小規模の工場やビルの全体の電力使用状況をつぶさにどこからでもリアルタイムに可視化するような装置は、あるようでありません。そのようなニーズに答えたのが「省エネでまこん（DEMS）」です。

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スマートデマンド管理

「省エネでまこん(DEMS)」では、以下のような”スマートデマンド管理”手法により電気の基本料金を下げます。

・いつどんなときに大きなデマンドが発生したかは「デマンド分析画面」で把握できます。発生に気づいたときには関係者へヒアリングし、生情報もあわせて取得しておきます。
・それらの情報をもとに要因を特定し、可能な範囲で少しづつ対策を行えばデマンドは徐々に下がるはずです。空調を止めたりすることはその場しのぎとしては効果が期待できる場合もありますが、抜本的な対策とはなりません。
省エネでまこんは「システム的思考」でデマンド抑制を行うスマートデマンド管理方式です。
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デマンド監視

デマンド管理画面

・ステップ1（電気使用量の実態把握）
まずは、工場やビルで使用されている全体の電力使用量の計測を行います。計測を行う計器や装置は、精度、分解能、データ記録容量、操作性や視認性などについて管理水準に合ったものを選定してください。
・ステップ2（デマンド目標設定）
電力使用量が把握できる環境が整ったら、最大需要電力の管理目標値を決めます。日常の管理において、デマンドがこの目標値を超えそうになった時、不急設備の停止や空調設備の温度緩和などの対策を行うわけですが、目標値の超過予測や対処は人手では非効率で不安定です。

図は省エネでまこんのデマンド管理画面で、このまま使用するとデマンドが「目標超過」するであろう状況を示したものです。

デマンド監視制御装置（デマンドコントローラーの導入・活用）

最大需要電力の抑制
・デマンド警報発生時に停止する機器のリスト（容量、運転スケジュール、設定値、管理担当者等）を作成します。停止する機器において、例えば停止できない曜日、時間帯、設定値の上下限、最低停止時間など関係者からヒアリングしておくことで、職場環境への悪化や製品品質への影響を未然に防止できます。
・デマンド警報が発生した時には手順に則り対応します。デマンドコントローラー導入初期では、警報発生時には一斉放送などにより伝達し手動で対応するのが良いでしょう。必要に応じ、この結果得られた知見を制御に組み込むとスムーズに自動化へ移行できます。

効果の検証
・手動対応による負荷停止等の作業記録と電力使用量記録データ（30秒データ）との突き合わせや停止した負荷容量を把握します。
・関係者に環境や品質への影響についてヒアリングを行います。
・目標値改善について検討、PDCAを繰り返します。

実際の空調デマンド制御

以下は、ある日の「省エネでまこん」による空調デマンド制御の状況です。

10時49分（※）、「省エネでまこん」はデマンドが目標超過することを予測（図1　デマンド警報）
同時に、空調機に対してデマンド信号を出力。空調機コントローラはこの信号を受けて圧縮機の運転を抑制
その結果、消費電力は129kWから104kWへと下がり（図2）、デマンドは目標以下に抑制できた

※省エネでまこんではデマンド制御対象設備容量とデマンド残時間の関係を見て、最適なタイミングで制御を行います。

図1　デマンド警報

図2　消費電力

「図2　消費電力」は、受電端電力量（電力会社からのパルス信号）を30秒間隔で電力換算表示したものです。横軸は時間（30秒）で、縦軸は電力（ｋW）です。10:49:00には129kWでしたが、デマンド信号により室外機が抑制された結果、10:50:00には104kWまで下がりました。

ポイント

デマンド制御対象設備の能力とデマンド残時間の関係を見て最適なタイミングでデマンド制御
デマンド制御の状況が記録されるため、後から追跡調査が可能
受電端電力（工場等の全体の電力量）は30秒ごとに記録しているため、ある程度の大きさの負荷の動作状況は把握可能（今回は1分の間に25kW下がったことが確認できた）

なお、室外機は10年以上前に生産されたもので、デマンド制御基板を入手し組み込みました。この制御基板に「省エネでまこん」からデマンド信号（接点信号）を出力します。

図3　デマンド制御基板

最大需要電力について

最大需要電力と契約電力の関係

各月の契約電力は、「その月の最大需要電力と前11か月の最大需要電力のうち、いずれか大きい値」となります。
このルールを下図に適用すると、2015年8月の契約電力は、同年1月の最大需要電力が最も大きかったため、この月の最大需要電力が契約電力となります。参考までに同年7月の契約電力は、前11か月内の2014年8月の最大需要電力が適用されています。

一方、2016年2月に注目すると、前11か月と比べて当月の最大需要電力が最も大きかったため、当月の最大需要電力が契約電力として適用されます。以降の1年間の契約電力は、この値を下回ることはありません。
本例では、2015年8月に発生した最大需要電力が契約電力となり、その後2016年1月まで下がる傾向にありましたが、同年2月に再び上がったケースで、日々の管理が重要であることが認識できます。

電気料金の仕組み

電気料金は以下のとおり計算され、使用量に応じた電力量料金のほかに基本料金がかかります。基本料金と電力量料金の比率は右図のとおりで、基本料金は電気料金全体の20%～40%程度を占めており、デマンド管理を行えばこの基本料金を確実に下げることができます。この比率は業種や稼働状況により異なりますが、比率の高いほど効果は上がります。

電気料金の内訳

電気料金＝基本料金+電力量料金
1)基本料金

基本料金＝契約電力×基本料金単価×（185-力率）÷100

瞬間的（※）に電気をたくさん使用することで契約電力は上がります。電力供給サイドとしては最大需要に見合った供給設備を確保しなければならないためです。需要サイドとしてはピークシフトやピークカット（節電対策）を行い最大需要電力を抑制すれば基本料金は下がります。
ただし、契約電力とは、「最大需要電力のうち，その月を含む過去1年間の最も大きな電力（電力会社）」ですので、一度上がった契約電力を下げるには一年かかることになります。

2)電力量料金

電力量料金=電力使用量×料金単価

電力量料金は電力使用量に比例します。発電に必要な燃料コストに相当し、需要サイドとしては機器の効率化や無駄の削除（省エネ対策）により電力使用量は削減できます。

注）ここでは、燃料費調整額や契約メニューによる電力量単価の違いについては考慮しません。
※連続した30分単位の管理

3)実際の基本料金

・基本料金単価：　1,258円/kW～2,020円/kW（単純平均：1,698円/kW）
・年間の基本料金（契約電力300kWの場合）：　1,698［円/kW］×300［kW］×0.85×12［月］＝5,195［千円/年］
注）基本料金単価は北海道電力から九州電力の工場向け契約における最低と最高の単価。北海道電力や九州電力は他の電力会社に比べ高い傾向にある。本例の場合、契約電力を1ｋW下げると、電気料金は年間では約17,000円下がる。