[論文レビュー] Home Energy Management Systems in Future Smart Grids

Ilyas Khan, Anzar Mahmood+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2013

Smart Grid Energy Management参考文献 10被引用数 39

ひとこと要約

本稿は、将来のスマートグリッドにおけるホームエナジー・マネジメント・システム（HEMS）の包括的レビューを提案しており、ピーク需要を低減し、エネルギ効率を向上させるために、時刻別料金（ToU）、リアルタイム料金（RTP）、およびクリティカルピーク料金（CPP）などの価格制度を活用した最適化および通信技術に焦点を当てている。本稿は、HEMSを地域発電と統合し、動的料金を適用することでピーク対平均比（PAR）を顕著に低減できることを示しており、グリッドの安定性とユーザーの節約に寄与する。

ABSTRACT

We present a detailed review of various Home Energy Management Schemes (HEM,s). HEM,s will increase savings, reduce peak demand and Pto Average Ratio (PAR). Among various applications of smart grid technologies, home energy management is probably the most important one to be addressed. Various steps have been taken by utilities for efficient energy consumption.New pricing schemes like Time of Use (ToU), Real Time Pricing (RTP), Critical Peak Pricing (CPP), Inclining Block Rates (IBR) etc have been been devised for future smart grids.Home appliances and/or distributed energy resources coordination (Local Generation) along with different pricing schemes leads towards efficient energy consumption. This paper addresses various communication and optimization based residential energy management schemes and different communication and networking technologies involved in these schemes.

研究の動機と目的

• 将来のスマートグリッドにおけるホームエナジー・マネジメント・システム（HEMS）が、効率的なエネルギー消費を実現する役割を分析すること。
• 時刻別料金（ToU）、リアルタイム料金（RTP）、クリティカルピーク料金（CPP）、および上行ブロック料金（IBR）などのさまざまな価格制度が、家庭のエネルギー費用とグリッドへの負荷をどのように低減できるかを調査すること。
• 住宅エネルギー管理におけるリアルタイムデータ交換を支援する通信およびネットワーキング技術を評価すること。
• HEMSにおける家庭用家電機器および分散エネルギー資源（例：地域発電）の調整を最適化する技術を検討すること。
• HEMSがピーク対平均比（PAR）や全体的なエネルギー節約といった主要指標に与える影響を評価すること。

提案手法

• 既存のホームエナジー・マネジメント・スキーム（HEM）およびスマートグリッド技術との統合に関する体系的レビューを実施すること。
• 時刻別料金（ToU）、リアルタイム料金（RTP）、クリティカルピーク料金（CPP）、および上行ブロック料金（IBR）を含むさまざまな価格メカニズムを分析すること。
• 住宅用エネルギー機器のリアルタイム監視および制御を可能にする通信プロトコルおよびネットワーキングアーキテクチャを検討すること。
• 家庭用家電機器のスケジューリングおよびグリッド供給と統合する地域発電（例：太陽光パネル）のための最適化モデルを評価すること。
• PAR低減、エネルギー費用の節約、負荷バランスの観点から、HEMSのパフォーマンスを評価すること。
• 家電機器および分散エネルギー資源の連携制御が、システム効率の向上にどのように寄与するかを統合的に検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時刻別料金（ToU）、リアルタイム料金（RTP）、クリティカルピーク料金（CPP）、上行ブロック料金（IBR）といった異なる価格制度は、住宅用エネルギー消費パターンと費用節約にどのように影響を与えるか？
• RQ2 通信およびネットワーキング技術は、住宅におけるリアルタイムエネルギー管理を実現するために果たす役割は何か？
• RQ3 HEMSにおける最適化技術は、ピーク対平均比（PAR）を低減し、グリッドの安定性を向上させるのにどのように寄与できるか？
• RQ4 HEMSと地域発電（例：屋上ソーラーパネル）を統合することで、エネルギー効率とユーザーの節約にどのような影響が生じるか？
• RQ5 将来のスマートグリッドにおけるHEMSの大規模な展開における主な課題と機会は何か？

主な発見

• 動的料金モデルと組み合わせたHEMスキームは、ピーク需要を顕著に低減し、エネルギー効率を向上させる。
• HEMSと地域発電を統合することで、エネルギー費用が低下し、主電源への依存度が低下する。
• クリティカルピーク料金（CPP）やリアルタイム料金（RTP）といった価格制度は、ピーク時間帯の負荷をシフトさせるのに効果的である。
• 最適化に基づくHEMSは、ピーク対平均比（PAR）を低減でき、グリッドの信頼性向上とインfraストラクチャへの負荷軽減に寄与する。
• リアルタイムデータ交換および制御を実現するためには、効果的な通信技術が不可欠である。
• 本研究は、家電機器および分散エネルギー資源の連携管理が、測定可能なエネルギー節約とシステム効率の向上をもたらすことを確認した。