JP2005226969A - エネルギシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、学習開始時初期にエネルギ消費パターンにできるだけ合わせてエネルギ発生装置の計画運転を行うことができるエネルギシステムを提供することにある。
【解決手段】 標準的な負荷データである標準負荷データを記憶し、エネルギ消費部での実際の負荷データである実負荷データを取得して記憶し、計画対象時期が学習開始時から所定期間が経過するまでの初期期間内である場合に、標準負荷データを用いてエネルギ発生装置の計画運転を行い、計画対象時期が初期期間終了時以降の期間内である場合に、実負荷データを用いてエネルギ発生装置の計画運転を行うように構成され、標準負荷データを設定する標準負荷データ設定手段を備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、エネルギ消費部で消費されるエネルギを発生するエネルギ発生装置と、単位時間毎のエネルギ負荷に関する負荷データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行う運転制御手段とを備えたエネルギシステムに関する。

このようなエネルギシステムとして、エネルギとしての熱のみを発生するヒートポンプ（エネルギ発生装置の一例）等を備えた熱源システム、エネルギとしての電力のみを発生する発電装置（エネルギ発生装置の一例）等を備えた発電システム、エネルギとしての熱と電力とを発生する熱電併給装置（エネルギ発生装置の一例）を備えたコージェネレーションシステム等がある。

エネルギシステムは、例えば一般家庭に設置され、運転制御手段にてエネルギ発生装置を運転させて、そのエネルギ発生装置が発生したエネルギをエネルギ消費部に供給するように構成されており、家庭等でのエネルギコストの低減を図ることを可能にするものである。

例えば、エネルギシステムとしてのコージェネレーションシステムは、熱電併給装置にて発電される電力をエネルギ消費部としての電気機器に供給し、熱電併給装置から発生する熱により湯水を生成し、その湯水を一旦貯湯槽に貯留してエネルギ消費部としての給湯栓や暖房機器に供給するように構成されており、熱電併給装置としては、発電機とその発電機を駆動するエンジンや外燃機関等とを備えて構成したり、燃料電池を備えて構成したりする。

このようなエネルギシステムとして、単位時間毎の熱負荷及び電力負荷であるエネルギ負荷に関する負荷データを記憶する記憶手段、及び、記憶手段に記憶された負荷データを用いて熱電併給装置の計画運転を行う運転制御手段として機能するコンピュータからなる制御部を備えたコージェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

詳しくは、上記記憶手段が、エネルギ消費部での実際の１時間（単位時間）毎の実負荷データを取得して、その実負荷データを１日間内における時刻及び１週間内における曜日に関連付けて記憶し、上記運転制御手段が、次の日における各時刻を計画対象時期に設定して、その計画対象時期と同時刻且つ同曜日に関連付けて記憶された実負荷データを用いて、その計画対象時期において予測される予測負荷データを求め、その予測負荷データに基づいて、熱電併給装置の計画運転を行うように構成されている。

そして、このようなコージェネレーションシステムは、上記記憶手段により記憶されたエネルギ消費部における実際の実負荷データに基づいて、熱電併給装置の計画運転を行うことにより、エネルギ消費部の実際のエネルギ消費状況に合わせて、効率良く熱及び電力であるエネルギを発生及び供給して、エネルギコスト低減効果を向上することができる。

また、このようなコージェネレーションシステムの運転制御手段は、学習開始時から１週間が経過するまでは、予め記憶しておいた標準的な負荷データである標準負荷データを用いて、熱電併給装置の計画運転を行うように構成されている。

特開２００１−２４８９０９号公報

しかし、上記特許文献１のコージェネレーションシステムでは、エネルギ消費部の実際のエネルギ消費状況が標準的なものでは無い場合に、学習開始時初期に標準負荷データを用いて熱電併給装置の計画運転を行うと、熱電併給装置による熱又は電力の発生量のエネルギ消費部における消費量に対する過不足が増加し、エネルギコスト低減効果を充分に得ることができなくなる場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギ消費状況が標準的なものでは無くても、学習開始時初期に、エネルギ消費部におけるエネルギ消費状況にできるだけ合わせてエネルギ発生装置の計画運転を行い、充分なエネルギコスト低減効果を得ることができるエネルギシステムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るエネルギシステムの第１特徴構成は、エネルギ消費部で消費されるエネルギを発生するエネルギ発生装置と、単位時間毎のエネルギ負荷に関する負荷データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行う運転制御手段とを備えたエネルギシステムであって、
前記記憶手段が、前記エネルギ消費部での実際の負荷データである実負荷データを取得して記憶するように構成され、
前記運転制御手段が、計画対象時期が前記記憶手段による前記実負荷データの記憶を開始した学習開始時から所定期間が経過するまでの初期期間内である場合には、標準的な負荷データである標準負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行い、前記計画対象時期が前記初期期間終了時以降の期間内である場合には、前記記憶手段に記憶された前記実負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行うように構成され、
前記標準負荷データを使用者のエネルギ消費状況に合わせるように設定可能な標準負荷データ設定手段を備えた点にある。

上記第１特徴構成によれば、運転制御手段が、計画対象時期が上記学習開始時初期の初期期間内である場合に、標準負荷データ設定手段により予め使用者のエネルギ消費状況に合わせて設定された標準負荷データを用いてエネルギ発生装置の計画運転を行うことで、その初期期間においても、エネルギ消費状況に合わせてエネルギ発生装置の計画運転を行って、効率良くエネルギを発生及び供給することができ、充分なエネルギコスト低減効果を得ることができる。
更に、運転制御手段は、上記初期期間の後の期間においては、実際の実負荷データを用いてエネルギ発生装置の計画運転を行うので、実際のエネルギ消費状況に合わせてエネルギ発生装置の計画運転を行って、一層のエネルギコスト低減効果を得ることができる。

本発明に係るエネルギシステムの第２特徴構成は、前記標準負荷データ設定手段が、前記標準負荷データを予め設定された複数種の前記標準負荷データから選択する形態で設定するように構成されている点にある。

これまで説明してきた標準負荷データは、それ自身を直接設定してもよいが、エネルギシステムの使用者又は設置作業者が、エネルギ消費部のエネルギ消費状況に対して適当な標準負荷データを正確に知ることは困難である。
そこで、上記第２特徴構成によれば、標準負荷データ設定手段により、例えば複数の定型的な標準負荷データのメニューから選択する形態で、エネルギ消費部の標準負荷データの入力を受付けて、その受付けた標準負荷データをエネルギ発生装置の計画運転に利用する標準負荷データに設定することができ、このような簡単な構成で、エネルギ消費部のエネルギ消費状況に合わせて標準負荷データを設定することができる。

本発明に係るエネルギシステムの第３特徴構成は、前記標準負荷データ設定手段が、使用者のエネルギ消費形態に関するエネルギ消費形態情報の入力を受付け、前記受付けたエネルギ消費形態情報に基づいて、前記標準負荷データを設定するように構成されている点にある。

上記第３特徴構成によれば、エネルギシステムの使用者又は設置作業者は、エネルギ消費部のエネルギ消費状況について正確に知ることが困難な場合がある。
そこで、上記第３特徴構成によれば、標準負荷データ設定手段により、使用者の生活パターンや家族構成更にはエネルギを消費するエネルギ消費機器の仕様等に関する上記エネルギ消費形態情報の入力を受付け、その受付けたエネルギ諸費形態情報に基づいて、そのエネルギ消費状況を類推して標準負荷データを設定することができ、このような簡単な構成で、エネルギ消費部のエネルギ消費状況に合わせて標準負荷データを設定することができる。

本発明に係るエネルギシステムの第４特徴構成は、前記エネルギ発生装置が、エネルギとしての熱と電力とを発生する熱電併給装置である点にある。

上記第４特徴構成によれば、エネルギ発生装置が熱電併給装置である場合でも、記憶手段により、実際の熱負荷及び実際の電力負荷に関する実負荷データを取得して記憶し、運転制御手段により、上述のように、計画対象時期が初期期間内である場合に、標準負荷データ設定手段によりエネルギ消費部のエネルギ消費状況に合わせて設定された標準負荷データを用いて熱電併給装置の計画運転を行うことで、効率良く熱及び電力を発生及び供給することができ、充分なエネルギコスト低減効果を得ることができる。

本発明に係るエネルギシステムを、コージェネレーションシステムに適応させた例を、図面に基づいて説明する。

このコージェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、熱と電力とを発生する燃料電池からなる熱電併給装置３（エネルギ発生装置の一例）と、その熱電併給装置３にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク４への貯湯及び熱消費端末５（エネルギ消費部の一例）への熱媒供給を行う貯湯ユニット６と、熱電併給装置３及び貯湯ユニット６の運転を制御する制御部７と、リモコンＲなどから構成されている。熱消費端末５は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。

熱電併給装置３の電力出力側には、熱電併給装置３を備える電力系統を外部電力系統としての商用系統９に連係するためのインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、熱電併給装置３の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。

商用系統９は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１０を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電気機器１１（エネルギ消費部の一例）に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン１２を介して商業用電力供給ライン１０に電気的に接続され、熱電併給装置３からの出力電力がインバータ８及びコージェネ用供給ライン１２を介して電気機器１１に供給されるように構成されている。

コージェネ用供給ライン１２の途中には、コージェネレーションシステムの後述する各種補機、熱電併給装置３の余剰電力を消費して熱を発生し、その熱により貯湯タンク４への貯湯を行うことで、エネルギの回収を行う電気ヒータ１４が接続されている。

商業用電力供給ライン１０には、この商業用電力供給ライン１０にて供給される商業用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１が設けられ、コージェネ用供給ライン１２には、熱電併給装置３の発電電力を計測する発電電力計測部Ｐ２が設けられている。商用電力計測部Ｐ１は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否か、即ち、余剰電力が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、余剰電力の商用系統９への逆潮流を防止するために、発電電力の余剰電力を、電気ヒータ１４にて消費させて回収可能に構成されている。

電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流する熱電併給装置３の冷却水を加熱するように設けられ、熱電併給装置３の電力出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
よって、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより、電気ヒータ１４の電力負荷を調整可能に構成されている。ちなみに、電気ヒータ１４の電力負荷は、電気ヒータ１本当たりの電力負荷（例えば１００Ｗ）にオンされている作動スイッチ１６の個数を乗じた電力量になる。

そして、コージェネレーションシステムは、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の電力負荷が大きくして、余剰電力を電気ヒータ１４にて消費させる運転と、全ての作動スイッチ１６をＯＦＦにして、余剰電力を商用系統９側に逆潮流して売却する運転とに、運転状態を切り換えることができる。

熱電併給装置３には、設定流量（例えば、０．４３３ｍ³／ｈ）でガス燃料が供給されて、熱電併給装置３が定格運転されるようになっており、その定格運転では、熱電併給装置３の発電電力は定格発電電力（例えば１ｋＷ）で略一定になるようになっている。

貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク４、湯水循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させたり熱消費端末５へ循環供給される熱媒を加熱する湯水を循環させる湯水循環ポンプ１９、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、冷却水循環路１５を通流する冷却水にて湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる排熱式熱交換器２４、湯水循環路１８を通流する湯水にて熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、バーナ２７ｂの燃焼により湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる補助加熱器２７などを備えて構成されている。この補助加熱器２７は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換器２７ａと、その熱交換器２７ａを加熱するバーナ２７ｂと、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給する燃焼用ファン２７ｃとを備えて構成されている。

バーナ２７ｂへガス燃料を供給する補助燃料路２８には、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給を断続する補助燃料用電磁弁２９と、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給量を調節する補助燃料用比例弁３０が設けられている。

貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量を検出するための４個のタンクサーミスタＴｔが上下方向に間隔を隔てて設けられている。つまり、タンクサーミスタＴｔが設定温度以上の温度を検出することにより、その設置位置に湯が貯湯されているとして、検出温度が設定温度以上であるタンクサーミスタＴｔのうちの最下部のタンクサーミスタＴｔの位置に基づいて、貯湯量を４段階に検出するように構成され、４個のタンクサーミスタＴｔ全ての検出温度が設定温度以上になると、貯湯タンク４の貯湯量が満杯であることが検出されるように構成されている。

湯水循環路１８には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水循環路１８には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、排熱式熱交換器２４、湯水循環ポンプ１９、補助加熱器２７、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う暖房弁３９、熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。

コージェネレーションシステムに設けられる補機には、このコージェネレーションシステム固有の補機と、このコージェネレーションシステムにおいて本来必要な補機があり、固有の補機としては、冷却水循環ポンプ１７及び湯水循環ポンプ１９などが含まれ、本来必要な補機としては、熱媒循環ポンプ２３などが含まれ、本来必要な補機の電力負荷は、電気機器１１と同様に、使用者にて消費される電力として扱われる。

また、湯水循環路１８には、補助加熱器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉ、補助加熱器２から流出する湯水の温度を検出する出口サーミスタＴｅが設けられている。
また、貯湯タンク４の上部から取り出した湯水を給湯栓２１（エネルギ消費部の一例）へ給湯する給湯路２０には、給湯熱負荷を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末５での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３２も設けられている。

リモコンＲには、各種情報を表示出力する表示部、各種情報を音声にて出力するスピーカ、熱電併給装置３の自動運転及び手動運転の切り換え等を行うためのスイッチ、各種データの入力を行うためのスイッチ等の各種操作部が設けられており、更に、使用者の家族構成（人数、老人の有無、子供の有無等）、平均的な風呂湯張り時間、コージェネレーションシステム設置時の季節や上水温度等の、使用者のエネルギ消費形態に関するエネルギ消費形態情報を入力するためのエネルギ消費形態情報入力部Ｒ１が設けられている。

制御部７は、リモコンＲにより自動運転が指令されると、後述するように熱電併給装置３を学習運転し、一方、手動運転が指令されると、リモコンＲで設定された運転時間帯で熱電併給装置３を運転する。

制御部７は、前述の手動運転及び自動運転において、熱電併給装置３を運転するときには、熱電併給装置３及び冷却水循環ポンプ１７の作動状態を制御し、そして、湯水循環ポンプ１９、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯タンク４内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末５に熱媒を供給する熱媒供給運転等を行うように構成されている。
更に、制御部７は、学習運転により自動運転するために、後述の如く、予測負荷演算処理、データ記憶処理、及び、運転可否判別処理等を実行するように構成されている。

ちなみに、給湯栓２１が開栓されると、貯湯タンク４の上部から湯水が取り出されて、給湯路２０を通じて給湯栓２１に給湯するように構成され、給湯栓２１が開栓されたときに、貯湯タンク４内に湯が貯湯されていないときには、湯水循環ポンプ１９が作動され、貯湯弁３７が開弁されると共に、補助加熱器２７が加熱作動されて、その補助加熱器２７にて加熱されて、貯湯路３６を通じて給湯路２０に給湯されるように構成されている。

まず、制御部７による熱電併給装置３の学習運転について説明を加える。
制御部３は、学習運転において、給湯栓２１、熱消費端末５、及び、電気機器１１であるエネルギ消費部での１時間（単位時間）毎のエネルギ負荷に関する負荷データを、設定周期内における該負荷データの該設定周期に対する相対時期に関する分類、例えば１日又は１週間等の設定周期内においてその負荷データが何時間目又は何日目のデータであるかを認識可能な分類に関連付けて記憶するデータ記憶処理を行う記憶手段Ｘとして機能し、更に、その分類毎に、次の分類に属する計画対象時期に対応する上記分類に関連付けて記憶された負荷データを用いて熱電併給装置３の計画運転を行う運転制御手段Ｙとしても機能するように構成されている。

データ記憶処理について説明を加えると、記憶手段Ｘは、１日等の設定周期内のどの時間帯にどれだけの電力負荷、熱負荷としての給湯熱負荷と暖房熱負荷があったかの設定周期内の過去負荷データを更新して記憶するように構成されている。

まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷データ、給湯熱負荷データ、暖房熱負荷データの３種類の負荷データからなる。そして、記憶手段Ｘは、図３に示すデータ構造のように、各日の計測負荷データＡ及びその計測負荷データにより更新される過去負荷データＤを実負荷データとして取得し、その実負荷データＡ，Ｄ等を、１日間に設定された第１設定周期内における該実負荷データＡ，Ｄの１時間（単位時間）毎の該１日間に対する相対時期に関する第１分類である時刻（ｈ）と、その第１設定周期よりも長い１週間に設定された第２設定周期内において１日毎に区分され該実負荷データＡ，Ｄの１日毎の該１週間に対する相対時期に関する第２分類である曜日（ｉ、月曜日からの日数で表される。）とに関連付けて記憶するように構成されている。

尚、本実施形態では、単位時間が１時間、第１設定周期が１日間、第２設定周期が１週間に設定されているが、別に、これらはエネルギ消費部における実際のエネルギ消費量の変動パターンであるエネルギ消費パターンに合わせて適宜変更可能である。

上述の過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷、給湯熱負荷、及び、暖房熱負荷の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、発電電力計測部Ｐ２、給湯熱負荷計測手段３１、及び、暖房熱負荷計測手段３２にて計測し、その計測した計測負荷データＡを時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）と関連付けて記憶させる。ちなみに、電力負荷は、商用電力計測部Ｐ１で計測した電力と、発電電力計測部Ｐ２で計測した熱電併給装置３の発電出力との和から、電気ヒータ１４の電力負荷とコージェネレーションシステム固有の補機の電力負荷とを差し引いたものとなる。尚、商用電力計測部Ｐ１で計測された電力とは、商用系統９から受電する方向を正とした電力を示し、よって、商用系統９へ電力を逆潮流している場合には、負の値を取る。
そして、計測負荷データＡが１週間分記憶されると、１週間毎に、過去負荷データＤと計測負荷データＡとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい過去負荷データＤを求めて、その求めた新しい過去負荷データＤを記憶して、過去負荷データＤを更新するように構成されている。

具体的に説明すると、図３に示すように、ある時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）の計測負荷データＡ（ｈ，ｉ）が計測されると、その時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）に属する過去負荷データＤ（ｈ，ｉ）を、下記の（式１）により、既に記憶されている１週間前の過去負荷データＤ（ｈ，ｉ）と、計測された計測負荷データＡ（ｈ，ｉ）とから求めた値に更新する。
尚、下記の（式１）において、Ｋは、０．７５の定数に設定されている。
また、１週間前の過去負荷データＤが存在しない場合には、Ｋを０として、過去負荷データＤを計測負荷データＡに更新するように構成されている。

［数１］
Ｄ（ｈ，ｉ）←Ｄ（ｈ，ｉ）×Ｋ＋Ａ（ｈ，ｉ）×（１−Ｋ）・・・（式１）

尚、コージェネレーションシステムが設置されて運転を開始した時点で記憶手段Ｘが計測負荷データＡを取得し始めるので、その記憶手段Ｘが計測負荷データＡの記憶を開始した学習開始時の日（以下、学習開始日と呼ぶ）の各時刻の負荷データは完全には存在せず、２日目から完全に１日間の負荷データが存在することになるので、過去負荷データＤの更新は、その１週間後即ちコージェネレーションシステムを設置した日から９日目以降において、１週間前の過去負荷データＤを用いて適切に行われることになる。

また、熱電併給装置３の計画運転について説明を加えると、運転制御手段Ｙは、図５に示すように、計画対象時期に対応する上記分類に関連付けて記憶された負荷データから、その計画対象時期の予測負荷データを求める予測負荷演算処理（ステップ＃１〜ステップ＃４）を行い、その予測負荷演算処理にて求められた予測負荷データから熱電併給装置３を運転させるか否かの基準となる省エネルギ度基準値を求める省エネルギ度基準値演算処理（ステップ＃５）を行い、更に、その省エネルギ度基準値演算処理にて求められた省エネルギ度基準値よりも現時点での実省エネルギ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置３の運転の可否を判別する運転可否判別処理（ステップ＃６）を行うように構成されている。

このようにして、運転制御手段Ｙは、ステップ＃６で実行される運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

そして、制御部７は、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

ステップ＃１〜ステップ＃４で実行される予測負荷演算処理について説明を加えると、上述したように、各日即ち各曜日（ｉ）に実行され、その日の各時刻（ｈ）にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。

すなわち、運転制御手段Ｙは、ステップ＃１において、過去負荷データＤの更新が適切に行われるようになった学習開始日を基準に９日目以降の後期期間内に計画対象時期があると判断した場合には、ステップ＃４において、ある時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）の計画対象時期の予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を、下記の（式２）により、既に記憶されている１週間前の同時刻且つ同曜日の過去負荷データＤ（ｈ，ｉ）と、前日の同時刻の計測負荷データＡ（ｈ，ｉ−１）（但し、ｉ＝１の場合、ｉ−１をＩとする。）とから求める。そして、このように求められた予測負荷データＢは、１日間且つ１週間の変動周期で変化するエネルギ消費パターンに合った適切なものとなる。
尚、下記の（式２）において、Ｑは、０．２５の定数に設定されている。

［数２］
Ｂ（ｈ，ｉ）＝Ｄ（ｈ，ｉ）×Ｑ＋Ａ（ｈ，ｉ−１）×（１−Ｑ）・・・（式２）

また、記憶手段Ｘは、１日分の各時刻（ｈ）における標準的なエネルギ負荷に関する標準負荷データＤ’を記憶している。
そして、運転制御手段Ｙは、ステップ＃１において、学習開始日を基準に１日目から２日目までの初期期間内に計画対象時期があると判断した場合には、ステップ＃２において、ある時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）の計画対象時期の予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を、下記の（式３）により、その同じ時刻の標準負荷データＤ’（ｈ）と同じ値として求める。

［数３］
Ｂ（ｈ，ｉ）＝Ｄ’（ｈ）・・・（式３）

制御部７は、上記初期期間内において予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を導出するために用いられる標準負荷データＤ’（ｈ）を、エネルギ消費部のエネルギ消費パターンに合わせて設定する標準負荷データ設定処理を行う標準負荷データ設定手段Ｚとしても機能するように構成されている。
詳しくは、この標準負荷データ設定処理では、標準負荷データ設定手段Ｚは、予め複数種の標準負荷データＤ１’（ｈ）〜Ｄｎ’（ｈ）（ｎ＝１，２・・・）を備えており、図６のフロー図に示すように、エネルギ消費形態情報入力部Ｒ１で入力された使用者のエネルギ消費形態に関するエネルギ消費形態情報を受付け（ステップ＃１１）、その受付けたエネルギ消費形態情報から類推されるエネルギ消費部におけるエネルギ消費パターンに合った標準負荷データＤ’（ｈ）を上記複数の標準負荷データＤ１’（ｈ）〜Ｄｎ’（ｈ）（ｎ＝１，２・・・）の中から選択して（ステップ＃１２）、その選択した標準負データＤ’（ｈ）を、上記初期期間内において予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を導出するために用いられる標準負荷データＤ’（ｈ）として記憶手段Ｘに記憶させる。

また、運転制御手段Ｙは、学習開始日を基準に３日目から８日目までの中期期間内においては、１週間前の同時刻且つ同曜日の過去負荷データＤ（ｈ，ｉ）が存在しないことから、予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を、上記の（式１）により求めることができず、又、予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を上記の（式２）により標準負荷データＤ’（ｈ）を用いて求めると、予測負荷データＤ’が実際のエネルギ消費パターンに合ったものでなくなる可能性がある。
そこで、運転制御手段Ｙは、ステップ＃１において、３日目から８日目までの中期期間内に計画対象時期があると判断した場合には、ステップ＃３において、ある時刻（ｈ）及び曜日（ｉ）の計画対象時期の予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を、下記の（式４）により、既に記憶されている１日前の同時刻の計測負荷データＡ（ｈ，ｉ−１）から求める。そして、このように求められた予測負荷データＢは、１日間の変動周期で変化するエネルギ消費パターンに合った適切なものとなる。

［数４］
Ｂ（ｈ，ｉ）＝Ａ（ｈ，ｉ−１）・・・（式４）

また、運転制御手段Ｙは、３日目以降の、中期期間及び後期期間内において、計画対象時期の前日の同時刻の計測負荷データＡ（ｈ，ｉ−１）を用いて予測負荷データＢ（ｈ，ｉ）を求める場合に、その計画対象時期が月曜日又は祭日の次の日等の休日直後の平日である場合には、前日の同時刻の計測負荷データＡ（ｈ，ｉ−１）の代わりに、平日の最新の同時刻の計測負荷データを用いるように構成されている。即ち、運転制御手段Ｙは、平日の計画対象時期の予測負荷データＢに対しては、常に平日の計測負荷データＡを用いて求めることで、平日には平日のエネルギ消費パターンに合わせて熱電併給装置３を計画運転するように構成されている。

図５に示す熱電併給装置３の計画運転のステップ＃５で実行される省エネルギ度基準値演算処理について説明を加えると、運転制御手段Ｙは、予測給湯熱負荷データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって、コージェネレーションシステムの設置施設における省エネルギ化を実現できる省エネルギ度基準値を求めるように構成されている。

例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、予測暖房熱負荷から、下記の（式５）により、図４に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネルギ度を計画対象時期としての１時間毎に１２時間先までの１２個分を求めると共に、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク３に貯湯することができる予測貯湯量を同じく計画対象時期としての１時間毎に１２時間先までの１２個分を求める。

［数５］
省エネルギ度Ｐ＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギ｝×１００・・・（式５）

但し、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、Ｅ３を変数とする関数であり、
ＥＫ１＝有効発電出力Ｅ１の発電所一次エネルギ換算値
＝ｆ１（有効発電出力Ｅ１，発電所での必要エネルギ）
ＥＫ２＝有効暖房熱出力Ｅ２の従来給湯器でのエネルギ換算値
＝ｆ２（有効暖房熱出力Ｅ２，バーナ効率（暖房時））
ＥＫ３＝有効貯湯熱出力Ｅ３の従来給湯器でのエネルギ換算値
＝ｆ３（有効貯湯熱出力Ｅ３，バーナ効率（給湯時））
熱電併給装置３の必要エネルギ：５．５ｋＷ
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときの都市ガス消費量を０．４３３ｍ３とする）
単位電力発電必要エネルギ：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９

また、有効発電出力Ｅ１、有効暖房熱出力Ｅ２、有効貯湯熱出力Ｅ３の夫々は、下記の（式６）〜（式８）により求められる。

［数６］
Ｅ１＝熱電併給装置３の発電電力−（余剰電力＋固有の補機の電力負荷）・・・（式６）
Ｅ２＝熱消費端末５での熱負荷・・・（式７）
Ｅ３＝（熱電併給装置３の熱出力＋電気ヒータ１４の熱出力−有効暖房熱出力Ｅ２）−放熱ロス・・・（式８）
但し、電気ヒータ１４の熱出力＝電気ヒータ１４の電力負荷×ヒータの熱効率とする。

そして、図４に示すように、１時間毎の予測省エネルギ度及び予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク４内の貯湯量が２．５ｋＷである場合には、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量は７．３ｋＷとなる。

そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネルギ度の数値が高いものから選択していくようにしている。

例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図４に示すように、まず、予測省エネルギ度の一番高い７時間先から８時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせる。
次に予測省エネルギ度の高い６時間先から７時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が１．１ｋＷとなる。
また次に予測省エネルギ度の高い５時間先から６時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が４．０ｋＷとなる。

このようにして、予測省エネルギ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図４に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
そうすると、８時間先から９時間先までの単位時間の省エネルギ度を省エネルギ度基準値として設定し、図４に示すものでは、省エネルギ度基準値が１０６となる。

図５に示す熱電併給装置３の計画運転のステップ＃６で実行される運転可否判別処理について説明を加えると、運転可否判別処理では、現時点での電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、現時点での暖房熱負荷から、上記の（式５）により、実省エネルギ度を求める。
そして、その実省エネルギ度が省エネルギ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、実省エネルギ度が省エネルギ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。

つまり、実際の電力負荷、給湯熱負荷及び暖房熱負荷が、予測電力負荷データ、予測給湯熱負荷データ及び予測暖房熱負荷データと略等しければ、実省エネルギ度は、省エネルギ基準値演算処理において求めた予測省エネルギ度と略等しくなるので、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間において、熱電併給装置３が運転されることになる。
従って、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間から成る時間帯が、予測熱負荷及び予測電力負荷と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐに相当する）とに基づいて求めた熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯となる。
つまり、運転制御手段Ｙは、省エネルギ度Ｐが高く且つ熱負荷又は電力負荷が多い時間帯を、熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯として求めるように構成されている。
また、運転制御手段Ｙは、熱の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて熱負荷の時系列変動である予測熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求め、求めた予測熱負荷及び予測電力負荷と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐ）とに基づいて熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転するように構成されている。

次に、制御部７による貯湯運転及び熱媒供給運転について説明を加える。
貯湯運転は、熱電併給装置３の運転中に、暖房弁３９を閉弁し、湯水循環ポンプ１９を作動させる状態で、入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度になるように貯湯弁３７の開度を調整することにより行われる。
その貯湯運転中は、貯湯弁３７の開度を設定最小開度に絞っても入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度よりも低いときは、入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度になるように、暖房弁３９を開弁すると共にその開度を調整して、排熱式熱交換器２４にて加熱された湯の一部を、貯湯タンク４をバイパスさせて通流させる。
そして、その貯湯運転では、取り出し路３５を通じて貯湯タンク４の下部から湯水を湯水循環路１８に取り出し、湯水循環路１８を通流させて、排熱式熱交換器２４にて加熱し、貯湯路３６を通じて貯湯タンク４の上部に戻す形態で、貯湯タンク４の湯水を循環させて、貯湯タンク４に設定温度にて貯湯するように構成されている。

熱媒供給運転は、熱電併給装置３の運転中に、熱消費端末５から暖房運転の開始が指令されると、暖房弁３９を開弁し、湯水循環ポンプ１９を作動させる状態で、入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度になるように貯湯弁３７の開度を調整することにより行われる。
その熱媒供給運転中は、貯湯弁３７を閉弁しても入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度よりも低いときは、補助加熱器２７のバーナ２７ｂが燃焼されると共に、出口サーミスタＴｅの検出温度が設定温度になるように、補助燃料用比例弁３０によりバーナ２７ｂの燃焼量が調節される。
つまり、熱媒供給運転では、熱電併給装置３の熱出力の方が熱消費端末５での暖房熱負荷よりも大きいときには、熱電併給装置３の熱出力の余剰分により、貯湯タンク４に貯湯されるように構成されている。
そして、その熱媒供給運転では、湯水を排熱式熱交換器２４にて加熱しながら湯水循環路１８を通じて循環させて、熱媒加熱用熱交換器２６にて、熱消費端末５へ循環供給される熱媒を加熱するように構成されている。
また、熱電併給装置３の停止中に、熱消費端末５から暖房運転の開始が指令されると、湯水を補助加熱器２７にて加熱しながら湯水循環路１８を通じて循環させるように構成されている。

〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、負荷データを、第１設定周期と第２設定周期との各設定周期内における該設定周期に対する相対時期に関する各分類に関連付けて記憶するように構成したが、別に、負荷データを、複数の単位時間を含む１種の設定周期内における該設定周期に対する相対時期に関連付けて記憶するように構成しても構わない。

（２）上記実施の形態では、標準負荷データ設定手段Ｚは、使用者のエネルギ消費形態に関するエネルギ消費形態情報の入力を受付け、その受付けたエネルギ消費形態情報に基づいて、標準負荷データＤ’（ｈ）を予め設定された複数種の標準負荷データＤ１’（ｈ）〜Ｄｎ’（ｈ）から選択する形態で、標準負荷データを設定するように構成したが、別に、これらの処理を行わずに、エネルギ消費パターンに合った標準負荷データを直接入力することで設定するように構成しても構わない。

（３）上記実施の形態では、運転制御手段Ｙにより、計画対象時期が初期期間終了時からの中期期間内である場合には、実負荷データを用いて熱電併給装置３の計画運転を行ったが、別に、その中期期間においても、初期期間と同様に、標準負荷データを用いて熱電併給装置３の計画運転を行っても構わない。

（４）上記実施の形態では、熱電併給装置３の計画運転において、予測負荷データを用いて熱電併給装置３を定格運転させるか否かを判別し、熱電併給装置３の定格運転及び停止を切り換えるように構成したが、別に、熱電併給装置３を連続運転させ、予測負荷データに基づいて熱電併給装置３の出力を連続的又は段階的に変動させるように構成しても構わない。

（５）上記実施の形態では、本発明に係るエネルギシステムを燃料電池からなる熱電併給装置をエネルギ発生装置として備えたコージェネレーションシステムとして構成したが、別に、上記熱電併給装置を、エンジンや外燃機関等によって発電装置を駆動し、発電装置から電力を発生し、エンジンや外燃機関から熱を発生するように構成しても構わない。
また、本発明に係るエネルギシステムは、エネルギとして熱のみを発生するヒートポンプをエネルギ発生装置として備えた熱源システム、エネルギとして電力のみを発生する発電装置をエネルギ発生装置として備えた発電システム等にも適用することもできる。

コージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図 コージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図 負荷データのデータ構造を説明する図 省エネルギ度基準演算処理を説明する図 計画運転のフロー図 標準負荷データの設定処理のフロー図

符号の説明

３：熱電併給装置（エネルギ発生装置）
４：貯湯タンク
５：熱消費端末（エネルギ消費部）
６：貯湯ユニット
７：制御部
１１：電気機器（エネルギ消費部）
２１：給湯栓（エネルギ消費部）
Ｘ：記憶手段
Ｙ：運転制御手段
Ｚ：標準負荷データ設定手段
Ｒ：リモコン

Claims (4)

1. エネルギ消費部で消費されるエネルギを発生するエネルギ発生装置と、単位時間毎のエネルギ負荷に関する負荷データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行う運転制御手段とを備えたエネルギシステムであって、
   前記記憶手段が、前記エネルギ消費部での実際の負荷データである実負荷データを取得して記憶するように構成され、
   前記運転制御手段が、計画対象時期が前記記憶手段による前記実負荷データの記憶を開始した学習開始時から所定期間が経過するまでの初期期間内である場合には、標準的な負荷データである標準負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行い、前記計画対象時期が前記初期期間終了時以降の期間内である場合には、前記記憶手段に記憶された前記実負荷データを用いて前記エネルギ発生装置の計画運転を行うように構成され、
   前記標準負荷データを使用者のエネルギ消費状況に合わせるように設定可能な標準負荷データ設定手段を備えたエネルギシステム。
2. 前記標準負荷データ設定手段が、前記標準負荷データを予め設定された複数種の前記標準負荷データから選択する形態で設定するように構成されている請求項１に記載のエネルギシステム。
3. 前記標準負荷データ設定手段が、使用者のエネルギ消費形態に関するエネルギ消費形態情報の入力を受付け、前記受付けたエネルギ消費形態情報に基づいて、前記標準負荷データを設定するように構成されている請求項１又は２に記載のエネルギシステム。
4. 前記エネルギ発生装置が、エネルギとしての熱と電力とを発生する熱電併給装置である請求項１〜３の何れか１項に記載のエネルギシステム。

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