JP2015203874A - 熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光関連機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することの可能な熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法を提供すること。
【解決手段】 熱電機器は、少なくとも太陽光関連機器並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含む。プロセス条件設定部２２は、熱電設備及び利用設備の少なくとも外気温度又は湿球温度のいずれか並びに太陽光関連機器の水平面日射量を含むプロセス条件を設定する。演算部は、太陽光関連機器の出力変動に伴い、複合全エネルギーのいずれかの製造量がエネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも熱電機器に関連する複合全エネルギーのバランスを調整し、製造量が目標値に収斂するまで熱電機器の負荷率の変更及び調整を繰り返す収斂計算を行う。
【選択図】 図２ｃ

Description

本発明は、熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法に関する。さらに詳しくは、複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（以下、「供給エネルギー」という。）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（以下、「複合全エネルギー」という。）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求める熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法に関する。

上述の如き熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法について、次の特許文献１が知られている。同文献によれば、複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する複合全エネルギーのバランスを調整し、製造量が目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返すことにより、正確なシミュレーションを行っている。

一方、近年は太陽光発電機器や太陽光集熱機も利用されているが、他の熱電機器との独立した併用にすぎず、統合的に用いられることはなかった。したがって、太陽光発電機器や太陽光集熱機の利用効率のシミュレーションも的確には行われておらず、これら太陽光利用機器を他の熱電機器と統合的に用いて、エネルギーの節減を行うことは未だ不十分であった。

国際公開第２００９／１２８５４８号

かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、太陽光関連機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することの可能な熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱電設備のシミュレーションシステムの特徴は、複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（供給エネルギー）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（複合全エネルギー）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求めるものであり、前記熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び／又は太陽熱集熱機器（太陽光関連機器）並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含み、日別で時間帯毎に利用設備で必要とされる複合全エネルギーの量を設定するエネルギー負荷設定部と、前記熱電設備及び前記利用設備の少なくとも外気温度又は湿球温度のいずれか並びに前記太陽光関連機器の水平面日射量を含むプロセス条件を設定するプロセス条件設定部と、時間帯別の前記熱電機器毎の運転可否及び運転優先順位を設定する運転条件設定部と、前記運転条件設定部の運転条件に従い前記熱電設備を運転させた結果の前記複合全エネルギーの製造量を少なくとも計算する演算部とを備え、前記熱電機器のうち前記太陽光関連機器を除くいずれかが前記プロセス条件によって変動する部分負荷特性を含み、前記太陽光関連機器は前記プロセス条件のうち前記水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備え、前記演算部は、前記太陽光関連機器の出力変動に伴い、前記複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する前記複合全エネルギーのバランスを調整し、前記製造量が前記目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返す収斂計算を行うことにある。

上記特徴構成によれば、前記熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び／又は太陽熱集熱機器（太陽光関連機器）を備えている。また、モータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含む。太陽光関連機器は、プロセス条件のうち水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備える。そして、演算部は、太陽光関連機器の出力変動に伴い、複合全エネルギーのいずれかの製造量がエネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させる。したがって、他の種類の熱電機器は太陽光関連熱電機器の変動に応じて自動的にその出力を調整する。

そして、その変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する複合全エネルギーのバランスを調整し、製造量が前記目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び調整を繰り返す収斂計算を行う。これにより、太陽光関連機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することが可能となる。

ここで、前記斜面日射量は、緯度、経度、標高、時刻、水平面全天日射量、水平面全天日射量直達成分及び水平面全天日射量天空散乱成分を少なくとも含む当該日時の水平面日射量データ並びに前記太陽光関連機器のパネル傾き及び方位よりそれぞれ導かれる、斜面日射量直達成分、斜面日射量天空散乱成分及び斜面日射量地面反射成分の合算により求められることが望ましい。

前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力は次式により求められるとよい。

前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量Ｑcoは次式により求められるとよい。

前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、前記熱電機器は発電系機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力の変動を当該発電系機器の負荷率調整により吸収するとよい。

前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、前記熱電機器は太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は太陽熱温水熱交換器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量の変動を太陽熱温水投入型吸収冷凍機の燃焼量調整及び／又は他の熱電機器による温水及び／又は冷水の熱量の調整により吸収するとよい。

前記太陽熱集熱機器から供給される太陽熱温水の温度が所定の値を超えた後、前記太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は前記太陽熱温水熱交換器が運転に用いられることが望ましい。

前記複合全エネルギーは、電力エネルギーの前に蒸気エネルギー、この蒸気エネルギーの前にその他のエネルギーの順で計算されるようにしてもよい。例えば冷水や温水は、蒸気エネルギーから製造でき、蒸気エネルギーは電力エネルギーの製造過程で生成できるため、エネルギーロスを少なくしかも合理的に収斂計算ができるからである。加えて、前記収斂計算は代数方程式数値計算法による収束計算が望ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る熱電設備運転方法の特徴は、上記いずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステムを用いて熱電設備の運転を行う熱電設備運転方法であって、前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、前記熱電機器は発電系機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力の変動を当該発電系機器の負荷率調整により吸収することにある。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る熱電設備運転方法の他の特徴は、上記いずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステムを用いて熱電設備の運転を行う熱電設備運転方法であって、前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、前記熱電機器は太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は太陽熱温水熱交換器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量の変動を太陽熱温水投入型吸収冷凍機の燃焼量調整及び／又は他の熱電機器による温水及び／又は冷水の熱量の調整により吸収することにある。

上記本発明に係る熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法の特徴によれば、太陽光関連機器と他の熱電機器とを負荷率調整により合理的に統合利用することが可能となった。

また、その前提として、太陽光関連機器のシミュレーションもより正確となり、これらの機器の導入評価や、その設置の事前評価や、効率の良い設置施工のシミュレーションも行えるようになった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

本発明に係るシミュレーションシステムの対象となる熱電設備の一般的システム図である。 本発明の第一実施形態に係る熱電設備のブロック図である。 本発明の第二実施形態に係る熱電設備のブロック図である。 本発明に係るシミュレーションシステムのビジネスデータフロー図である。 本発明に係るシミュレーションシステムのハードウエアの構成図である。 本発明に係るシミュレーションシステムのソフトウエアの構成図である。 各設定部の設定手順を示すフロー図である。 熱電負荷データの一例を示す図である。 ガスタービンコージェネの機器性能データの１５℃における発電効率、熱回収率の部分負荷特性グラフである。 電力負荷の切り替え選択を説明する模式図である。 昼間の発電・ボイラの運転条件の設定を示す図である。 一般的ロジックフロー全体を示す図である。 冷水及び温水エネルギーバランスの一般的ロジックフロー図である。 低圧蒸気エネルギーバランスの一般的ロジックフロー図である。 ガスエンジン排温水エネルギーバランスの一般的ロジックフロー図である。 給湯エネルギーバランス及び電力エネルギーバランスの一般的ロジックフロー図である。 ガスタービン負荷１００％運転時の８月時間帯別電力バランスの一例を示すグラフである。 逆潮電力、余剰蒸気なしとする収斂計算結果を示す図９ａ相当図である。 ガスタービン負荷１００％運転時の８月時間帯別蒸気バランスの一例を示すグラフである。 逆潮電力、余剰蒸気なしとする収斂計算結果を示す図９ｃ相当図である。 斜面日射量の計算フローを示す図である。 太陽光発電機器による発電量の計算フローを示す図である。 太陽熱集熱機器による集熱量の計算フローを示す図である。 ソーラージェネリンクの機器性能データを示す図であり、（ａ）は熱回収率、（ｂ）は燃料消費率、（ｃ）は太陽熱温水利用可能温度のグラフである。 ソーラージェネリンクでの冷水発生を説明する図である。 ソーラージェネリンクの部分負荷特性グラフである。 ガスエンジン、温水吸収冷凍機及び他の冷水系機器の関係を示すブロック図である。 図１４に示す各冷水系機器の冷水製造量と負荷率の関係を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、図１〜１５を参照しながら説明する。
図１ａに本発明の対象となる熱電設備の一般的システム図を例示する。熱電設備Ｍは複数の熱電機器より構成される。同図に例示する熱電設備Ｍには、次の表１ａの如く、蒸気Ｒ（高圧蒸気Ｒ１及び低圧蒸気Ｒ２）、化石燃料及びその他燃料（以下、単に「燃料」という。）Ｒ３、電力Ｒ４、冷水Ｒ５、温水Ｒ６が供給され、蒸気Ｓ（高圧蒸気Ｓ１及び低圧蒸気Ｓ２）、冷水Ｓ３，４、温水Ｓ５，６、給湯Ｓ７、電力Ｓ８が製造され利用設備（ビル、工場、地域冷暖房等）に供給される。

熱電機器は、大略、発電系機器Ｍ１００、ボイラ系機器Ｍ２００、冷水系機器Ｍ３００、温水系機器Ｍ４００、低冷水系機器Ｍ５００、給湯系機器Ｍ６００、冷却塔系機器Ｍ７００（グループ冷却塔）、蓄熱系機器Ｍ８００、ポンプ系機器Ｍ９００及び太陽光関連機器Ｍ１０００に系統別に分類されており、これらを適宜組み合わせて上述の如き熱電設備が構築される。各系統Ｍ１００〜１０００に含まれる熱電機器を例えば表１ｂに列挙する。なお、表１ｂは例示に過ぎず、例えば低冷水系機器として、低冷水系電動ターボ冷凍機や低冷水系電動ヒートポンプを設け、低冷水が供給されるようにすることも可能である。また、ジェネリンク（登録商標）は、ガスコージェネレーション（ガスエンジン、燃料電池）から発生する１００℃以下の排熱温水を有効に利用し、冷房を行う排温水投入型吸収冷凍機である。太陽光関連機器Ｍ１０００は、他の熱電機器に電力Ｒ４を供給する太陽光発電機器Ｍ１１００と、他の熱電機器としての太陽熱温水利用機器に太陽熱温水Ｒ７を供給する太陽熱集熱機器Ｍ１２００を含む。太陽熱温水Ｒ７の供給を受ける太陽熱温水利用機器としては、ソーラージェネリンク（太陽熱温水投入型吸収冷凍機）及び／又はソーラー温水熱交換器がある。また、本明細書において、熱源機器とは、熱電機器から発電系機器及び太陽光発電機器を除いたものをいう。

ここで、シミュレーションシステム１は、図２ａの如く構成されており、ＤＢサーバー４に対しネットワーク５を通じて、複数のユーザー端末２と、管理者端末３とが接続されている。ユーザー端末２及び管理者端末３等のハードウエアの構成は、図２ｂ及び表１ｃに示すように構成されている。各端末のハードウエアは、大略、ユーザーインターフェイス６、ＣＰＵ７等を備え、データ及びプログラム等７ｘ〜７ｚを稼働させて処理を行う。

ユーザーインターフェイス６はモニタ６ａ、キーボード６ｂ、マウス６ｃを備え、後述の表示画面のボタンや入力欄をユーザーが操作するためのものである。ユーザーインターフェイス６はＣＰＵ７、一時記憶メモリ７ｂ、ＨＤＤ７ｃ、ネットワークアダプタ７ｄ等とデータバス、アドレスバス等のバス７ａにより接続されている。ＣＰＵ７、一時記憶メモリ７ｂ、ＨＤＤ７ｃ等は連携して演算部７ｐを構成し、上記データ、アプリケーションプログラム等を稼働させる。

図２ａに示すように、ＤＢサーバー４のデータベース（「データベース」を以下、「ＤＢ」と省略する。）群１００は、電力料金等ＤＢ１０１、環境負荷ＤＢ１０２及び機器性能ＤＢ１０３を備えている。この電力料金等ＤＢ１０１には、電力料金等の供給エネルギーの価格に関する情報が記憶され、保存される。環境負荷ＤＢ１０２には公表されている各種データ等から作成される環境負荷データ（単位環境負荷）が記憶される。また、機器性能ＤＢ１０３には、機器の部分負荷特性、外気温度及び湿球温度による機器効率の変化、内部動力消費量及びシステムに組み込まれた機器の制約条件等が主要メーカの機種別、燃料別、能力別に記憶され、図１の体系に組み込まれる。

本システムのユーザーは、ＤＢサーバー４に対しＴＣＰ／ＩＰ等のネットワーク５を通じてアクセスし、電力料金データファイル１０１ａ、環境負荷データファイル１０２ａ及びメーカ・機器データテンプレートファイル１０３ａを各ＤＢ１０１〜１０３から読み込み、読込データ１００ａとして保存する。これらの読み込みにより、カタログに記載されていないデータや、更新機器のデータ、新機種のデータ等を利用することができる。

電力料金データ及び環境負荷データは、各ユーザーの独自の評価データに手動で変更してシミュレーションを実施することもでき、ケースファイル１０６に保存される。このように、後述する各設定部へ設定された条件及びパラメータはケースファイルとして電子記録媒体であるＨＤＤ７ｃに記録可能である。なお、電子記録媒体としては、ＨＤＤ７ｃに限らず、磁気ディスク、光ディスク、ＲＡＭ等の各種のリムーバブルディスクを電子記録媒体として使用することも可能である。

演算部７ｐでは、処理用アプリケーション７ｙ、負荷作成アプリケーション７ｚが稼働する。負荷作成アプリケーション７ｚは状況に応じて熱電負荷を作成し、熱電負荷ファイル１０４に保存する。そして、これらを稼働させ、ユーザーが評価するエネルギーシステムに合わせたデータに修正して実施したシミュレーションデータをケースファイル１０６と熱電負荷ファイル１０４として保存することができる。評価用には、アウトプットグラフ、帳票の表示１５５、簡易印刷１５６、ファイル（表形式）１５７として出力を行うことができる。ユーザーは、いつでもケースファイル１０６を読込んで省エネルギー効果等を評価することができる。また、エネルギーシステムの太陽光関連機器を除く熱電機器のいずれかが部分負荷特性を含み、太陽光関連機器が後述の斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備え、演算部７ｐはその出力特性に伴い複合全エネルギーのいずれかの製造量がエネルギー負荷設定部で設定した目標値となるように当該熱電機器の負荷率を変更させて収斂計算を行う。また、演算部７ｐは、収斂計算が完了するように熱電機器の台数を判定し台数を変更する計算判定部７ｑを備える。

例えば運転条件設定部４０で余分な台数又は不適切な熱電機器の種類が選択されていた場合、収斂計算が目標値に収束しないことが想定され得る。係る場合に、熱源機器では設定した優先順位に従って熱負荷に見合う台数のみを立ち上げて、その台数により演算部７ｐが再度収斂計算を行う。発電系機器は買電により処理でき、収束計算の負荷低減のため、自動立上を行わないように構成されている。

一方、設定した熱電機器の能力が乏しい又は台数が少なく、目標値（例えば、目標冷水負荷）まで計算結果が到達せずに収斂計算が完了しないと判定した場合には、計算判定部７ｑは設定した優先順位の最も低い熱源機器を１台増加させ、再度収斂計算を行う。この収斂計算が完了可能となるまで繰り返し行い、負荷に見合うだけの台数に増加させる。ここで、優先順位の最も低い熱源機器は、通常熱電設備のシステム構成において重要度が低く、熱電設備全体に与える影響は小さいものと考えられる。また、優先順位の最も低い熱源機器の台数を増加させるだけであるので、再計算を簡易に行うことができる。これにより、熱電設備全体に大きな影響を与えることなく迅速にシミュレーションを行うことができる。さらに、計算判定部７ｑは、増加した熱源機器の種別と増加した熱源機器の運転時間（運転条件）とを増加した台数と共に画面上に表示する。これにより、ユーザーはシミュレーション結果を参照して、最適な運転計画の設定及び熱電設備のシステムの構築を行うことができる。

図１ｂに本実施形態における熱電設備Ｍのブロックフローを示す。この熱電設備Ｍは、ガスタービンコージェネレーションＭ１２０、低圧ボイラＭ２２０、吸収式冷凍機Ｍ３１０、ターボ冷凍機Ｍ３５０、ソーラージェネリンクＭ３８１、太陽光発電機器Ｍ１１００及び太陽熱集熱機器Ｍ１２００より構成してある。ガスタービンコージェネレーションＭ１２０は、排熱ボイラＭ１２０ａを備えている。太陽光発電機器Ｍ１１００（太陽光発電ユニット）は、太陽光発電モジュール（アレイ）と、図示省略するパワーコンディショナーと接続箱を含む。太陽熱集熱機器Ｍ１２００（太陽熱集熱システム）は、集熱器本体Ｍ１２０１、太陽熱温水タンクＭ１２０２、図示省略する太陽熱温水ポンプ、ラジエータ及びこれらを接続する配管を含む。なお、集熱器（１枚以上のパネル）、ポンプ及びラジエータで１つのユニットを構成し、このユニットの１又は複数が１つの貯湯槽を介して太陽熱温水利用機器と接続されて１つの太陽熱集熱システムを構成する。

図２ｃに示すように、本発明に係るシミュレーションシステム１のソフトウェア構成は、大略、エネルギー負荷設定部１０、基本条件設定部２０、システム構築設定部３０、運転条件設定部４０、運転結果出力部５０、ケースファイル等作成部６０及び表示制御部７０よりなる。また、ＤＢ群１００は、先の図２ａと同様である。

基本条件設定部２０は、ユーティリティーコスト設定部２１、プロセス条件設定部２２、環境負荷設定部２３及び温度データ設定部２４とからなる。ユーティリティーコスト設定部２１は、電力コスト設定部２１ａ及び燃料コスト設定部２１ｂを備えている。

ここで、図３にシミュレーションシステムの各設定部の設定手順を示す。
この設定手順は、図２ｃ及び図３に示すように、まず、エネルギー負荷設定部１０によりエネルギー負荷を設定する（Ｓ２０１）。次に、プロセス条件設定部２２により熱媒のプロセス条件を設定する（Ｓ２０２）。そして、環境負荷設定部２３及びユーティリティーコスト設定部２１により環境負荷ＤＢ１０２及び電力料金等ＤＢ１０１から読み込むことで環境負荷データ及びユーティリティーコストを設定する（Ｓ２０３，２０４）。これらを設定後、システム構築設定部３０において、熱電機器を選択して機器性能データを読み込むことにより熱電設備を構築し（Ｓ２０６，２０７）、その構築した熱電設備における運転条件を運転条件設定部４０により設定する（Ｓ２０８）。熱電設備の構築状況は適宜表示制御部７０を介してフロー図に表示される。上記各ステップで設定した条件は、ケースファイル等作成部６０によりユーザー機器テンプレートファイル１０３ｂ、熱電負荷ファイル１０４及びケースファイル１０６等の個別データ１００ｂとして適宜保存することができる。また、上記各ステップにおいてＤＢ群１００の各種データを利用して設定したが、保存している個別データ１００ｂを利用して各種設定を行うことも可能である。

そして、これらの設定条件に基づいて時間帯別及び／又は年間のシミュレーションを演算部７ｐにより実行する（Ｓ２０９）。その結果は運転結果出力部５０により、図９に示す如きグラフや帳票の形式で出力される（Ｓ２１０）。また、条件を変更して繰り返しシミュレーションを行うことも可能である。係る場合、運転優先順位、運転可否及び最低買電量、電主、熱主等の変更等（Ｓ２１１）は運転条件で行い、比較検討の為の機器の追加、変更及び削除等（Ｓ２１２）はシステム構築設定で行う。そして、再度シミュレーションを実行し出力する（Ｓ２０９，２１０）。

ここで、上記シミュレーションにおける一般的バランス計算処理手順を図８を参照しながら説明する。エネルギーバランスステップを以下、「ＥＢ」と省略する。
同図に示すように、一般的処理手順は、冷水ＥＢ（Ｓ０１）、温水ＥＢ（Ｓ０２）、低圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３）、高圧蒸気ＥＢ（Ｓ０４）、ガスエンジン排温水ＥＢ（Ｓ０５）、給湯ＥＢ（Ｓ０６）、電力ＥＢ（Ｓ０７）からなる。このように、複合全エネルギーは、電力エネルギーの前に蒸気エネルギー、この蒸気エネルギーの前にその他のエネルギーの順で、上記各ステップでの設定条件に基づいて順次計算される。

エネルギー負荷設定（Ｓ２０１）において、エネルギー負荷設定部１０は、月別、日別及びパターン別で時間帯毎に利用設備で必要とされる複合エネルギーの量を設定する。例えば、図４に示す如く、外気温度、湿球温度及び熱電負荷データとして冷水負荷、蒸気負荷、電力負荷、冷水供給温度及び冷水戻り温度を設定する。外気温度は、ガスタービンの吸気温度と関連し、その吸気温度はガスタービン発電量のパラメータとなる。後述する機器性能データにおいて、吸気温度は外気温度＋任意温度例えば＋２℃として規定してある。

湿球温度は、冷却水温度に影響し、吸収式冷凍機及びターボ冷凍機の性能（ＣＯＰ）の変数となり電力消費量、化石燃料消費量に関係する。後述する機器性能データにおいて、冷却水温度は湿球温度＋任意温度例えば＋５℃として規定してある。この外気温度、湿球温度は、例えば気象庁のＨＰからダウンロードしたデータを用いて設定する。また、外気温度、湿球温度の他、河川水温度、海水温度、下水・井戸水等の温度も月別で時間帯毎に設定可能である。

また、冷水負荷、低冷水負荷、温水負荷、低圧蒸気、高圧蒸気、給湯負荷、電力負荷等の熱電負荷データは、熱電設備が既に稼働している場合、その稼働時に採取してある熱電負荷データを利用して設定することができる。また、このエネルギー負荷設定は、１２ヶ月分を各月最大８パターンの負荷まで２４時間データで設定可能であり、さらに、夏季設計日、冬期設計日の負荷を設定可能である。ここで、夏季設計日とは予測される冷熱の最大負荷で例えば８月の１５％アップの負荷等を設定する。同様に冬期設計日とは予測される温熱の最大負荷で例えば２月の１５％アップの負荷等を設定する。また、冷水、低冷水、温水の各供給温度及び戻り温度も同様に設定可能である。

次に、プロセス条件設定（Ｓ２０２）において、プロセス条件設定部２２は、基本条件、燃料データ、電気系統・蒸気系統及びガスタービン等回収蒸気の種類等の熱媒のプロセス条件を設定する。このプロセス条件設定部２２は、エネルギー負荷設定部１０の熱媒の温度差、外気温度及び湿球温度を使用するかを選択すると共に、冷水、温水、低冷水の供給温度と戻り温度との各目標温度差及びミニマムバイバス流量を設定する。また、高圧・低圧蒸気の条件（圧力ＭｐａＧ、蒸気エンタルピーｋＪ／ｋｇ、還水のエンタルピーｋＪ／ｋｇ、蒸気回収率％）を設定する。

ここで、蒸気エンタルピーの計算処理手順では、まず蒸気圧力を設定し、蒸気種別として飽和蒸気又は過熱蒸気のいずれかを選択すると、その蒸気圧力が過熱蒸気であるか飽和蒸気であるかを判定する。飽和蒸気である場合、設定された圧力により、飽和蒸気エンタルピーが計算され、その計算結果が蒸気エンタルピーとして入力される。一方、過熱蒸気である場合、過熱蒸気温度を入力すると過熱蒸気エンタルピーが計算され、計算結果が蒸気エンタルピーとして入力される。なお、高圧蒸気と低圧蒸気の各圧力は個別に設定可能であり、計算手順はいずれも同一である。

例えば、冷水の目標温度差を５℃にミニマムバイバス量は０で設定し、低圧（飽和）蒸気の圧力を吸収冷凍機の蒸気条件である０．７８５ＭｐａＧと設定すると、低圧（飽和）蒸気のエンタルピーの計算結果となった２７７０．９ｋＪ／ｋｇが入力される。

燃料のプロセス条件では、ガス、重油、灯油及びその他の油の発熱量及び比重を設定する。電気系統及び蒸気系統については、熱電負荷データの電力負荷、低圧蒸気負荷の内訳、発電電力の供給先、ガスタービン及び追焚きガスタービン、ガスエンジンの回収蒸気種別、蒸気減圧による電力回収をそれぞれ設定する。

熱電負荷データの電力負荷の内訳は、エネルギー負荷設定部１０で設定した電力負荷が熱電設備以外に供給される電力負荷であるか、熱電設備の電力を含んだ電力負荷であるかを選定する。熱電設備以外の負荷の設定により、エネルギー負荷設定部１０で設定した電力負荷は利用設備に供給される電力として設定される。

同様に熱電負荷データの低圧蒸気負荷の内訳は、低圧蒸気負荷が熱電設備以外に供給される蒸気負荷であるか、熱電設備で発生する蒸気負荷であるかを選定する。熱電設備以外への供給のみの場合、設定された蒸気負荷は利用設備へ供給する蒸気である。また、全蒸気負荷（蒸気発生器からの蒸気負荷）を選択する場合は、利用設備に蒸気が供給され且つ熱電設備で蒸気が使用される場合であり、蒸気発生機器から発生する合計流量として設定される。上述の電力負荷及び蒸気負荷はシミュレーションに用いられ、結果として帳票等に出力される。

また、蒸気減圧による電力回収は、高圧蒸気に余剰が生じ低圧蒸気に減圧される時に電力回収ができる電力回収設備について設定する。係る場合、最大発電量と部分負荷発電量に必要な高圧蒸気量と排蒸気のエンタルピーを設定する。なお、本実施形態に係る熱電設備Ｍでは高圧蒸気から低圧蒸気への減圧はないため、設定していない。

各回収蒸気種別は、発電系機器（ガスタービン、追焚きガスタービン、ガスエンジン）から発生する蒸気を低圧蒸気とするか、高圧蒸気とするかを選択する。例えば、「低圧蒸気」と設定した場合、ガスタービンＭ１２０の排熱ボイラＭ１２０ａからの蒸気供給先を低圧蒸気側に供給することが指定される。

さらに、プロセス条件設定部２２は、太陽光関連機器のプロセス条件としての水平面日射量を設定する。水平面日射量データには、機器が設置される場所の緯度、経度、標高及び元日からの通し日数を含む共通データと、データ時刻、気温、水平面全天日射量、水平面全天日射量直達成分、水平面全天日射量天空散乱成分、風速の１時間毎のデータを含む。さらに、寒冷地においては積雪のデータを含んでもよい。１時間毎のデータは、例えば公的機関等が公表している日射量データベースからダウンロードした日射量データを用いる。また、太陽光発電モジュール（又は太陽熱集熱器本体）の傾斜角（例えば水平を０度）及び方位（例えば真南を０度、西向きを正とし、−９０〜９０度）も設定する。方位や傾斜角を任意に設定できるので、方位や傾斜角をパラメータとして容易にシミュレートすることも可能である。例えば同一地点において最適な方位や傾斜角を検討できる。

そして、上記の水平面日射量データ、傾斜角及び方位に基づいて、斜面日射量直達成分、斜面日射量天空散乱成分及び斜面射量地面反射成分がそれぞれ求められ、これらを合算して斜面日射量が求められる。計算の詳細を下記数３〜６及び図１０ａに示す。なお、本実施形態において、斜面日射量天空散乱成分の計算にＰｅｒｅｚモデルの式を用いるが、これに限られるものではない。また、太陽時角には、時間帯の中央時間（例えば、９時から１０時の一時間では、９：３０）が用いられる。この斜面日射量は、太陽光発電機器及び太陽熱集熱機器に共通するデータである。下記に記載の「ＮＥＤＯ」とは、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の略称である。また、「ＭＥＴＰＶ−１１」とは、ＮＥＤＯの年間時別日射量データベースの名称である。

発電電力の供給先の設定は、発電系機器が発電した電気をどこに供給し利用するかを決定するために、熱電設備と利用設備の電力を負担、熱電設備のみの電力を負担、利用設備のみの電力を負担のいずれかから選択する。例えば、「熱電設備と需要家（利用設備）の電力負担」を選択した場合、利用設備と熱電設備の両方に電力が供給される。合計電力に対して発電され不足分は買電する設定となる。

電力供給先を「熱電設備への供給」と選択すると、熱電設備で消費される電力量にあわせて発電系機器が発電するように電力をバランスさせる。また、「需要家のみ」を選択すれば、同様に熱源以外の電力量にあわせて発電系機器が発電するように電力をバランスさせる。つまり、発電電力の供給先の決定により発電系機器が発電する量が変わることとなる。

図６に示すように、熱電設備Ｍで消費される電力量ＣＥ１、利用設備Ｆで消費される電力量ＣＥ２、発電系機器Ｍ１００及び太陽光発電機器Ｍ１１００の発電量ＧＥａ（ＧＥａ１〜３）とすると、熱電設備Ｍだけで電力が使用される場合（例えばターボ冷凍機Ｍ３５０への供給）、ＧＥａ１＞ＣＥ１であれば逆潮しないように収斂計算を行う。熱電設備Ｍ及び利用設備Ｆの両方で電力が使用される場合、ＧＥａ２＞ＣＥ１＋ＣＥ２であれば逆潮しないように収斂計算を行う。また、利用設備Ｆだけで使用される場合は、ＧＥａ３＞ＣＥ２であれば逆潮しないように収斂計算される。つまり、収斂させる電力の量が異なることとなる。この点は蒸気についても同様である。

このように、電力負荷について、利用設備で使用される電力負荷のみであるか、利用設備且つ熱電設備の両方で使用される電力負荷であるかを選定することで切り替え選択してエネルギー評価することができ、又、蒸気負荷については、利用設備で使用される蒸気負荷のみであるか、利用設備且つ熱電設備の両方で使用される蒸気負荷であるかを選定することで切り替え選択してエネルギー評価することができる。

図１ｂの熱電設備Ｍにおいては、基本条件の設定は冷水の目標温度差、低圧蒸気圧力及びそのエンタルピーの設定となる。燃料データの設定は、ガス低位発熱量及び比重の設定である。電気系統・蒸気系統の条件設定は、電力負荷の内訳を熱電設備以外の負荷（利用設備）のみに設定し、蒸気負荷の内訳を熱電設備以外（利用設備）での使用とする設定である。ガスタービン等回収蒸気の種類は低圧蒸気と設定する。

環境負荷データ設定（Ｓ２０３）において、環境負荷データ設定部２３は環境負荷データを設定する。具体的には、エネルギー負荷設定部１０、基本条件設定部２０、システム構築設定部３０及び運転条件設定部４０にて設定した条件で求められた電力消費量及び化石燃料及び他の燃料消費量に対し、環境負荷データ（単位環境負荷）をそれぞれ乗じて環境負荷（一次エネルギー、ＣＯ₂、ＮＯｘ、ＳＯｘ）を出力するために設定する。設定されるデータは電力、ガス、灯油、重油、その他の油毎にＣＯ₂、ＮＯｘ、ＳＯｘの各排出原単位及び原油換算値である。電力は、さらに一次エネルギー換算値が設定される。また、電力は、例えば昼間及び夜間のように時間帯別に設定可能である。

次に、ユーティリティーコスト設定（Ｓ２０４）において、電力コスト設定部２１ａ及び燃料コスト設定部２１ｂは、電力及び燃料コストの設定を行う。

システム構築設定（Ｓ２０６）において、システム構築設定部３０は、熱電設備Ｍのシステム構成を構築する。このシステム構築設定部３０は同一機種、能力の異なる機種、動作のためのエネルギーが異なる機種又はメーカの異なる機種の熱電機器を複数台任意に設定し、運転条件設定部４０の運転条件に従い各々を動作させることが可能である。

熱電機器の各性能データは、ＤＢ群１００の機器性能ＤＢ１０３に記憶されており、機器データ読み込み（Ｓ２０７）において、この性能データを読み込むことにより設定する。機器性能ＤＢ１０３は、上述の機器の系統毎に、機器別、メーカー別、型番別、燃料別、能力別、性能別に分類整理されて記憶されている。性能データの読み込みは、システム構築設定部３０及び表示制御部７０を介してこれらの分類を選択して行う。

この表示制御部７０は、図１ａに示す如きフロー図として表示すると共に、そのフロー図上で熱電設備のシステム構築を行う。このフロー図は、熱電設備Ｍを構成し得る複数種の熱電機器と、熱電設備Ｍに供給され各熱電機器に受入られる供給エネルギーと、熱電設備Ｍで製造され利用設備に供給される複合全エネルギーとを予め接続線で接続し関連づけた図である。

これらの熱電機器は、その熱電機器の種別によって受入れるエネルギーと製造され供給するエネルギーが特定される。そのため、予め各熱電機器とその熱電機器で受入及び／又は製造されるエネルギーを接続線で関連づけ接続した熱電設備をフロー図として作成しておくことができる。接続線は、受入及び／又は製造されるエネルギー毎に割り振られてある。

上述の如きフロー図上で熱電機器を選択することで、設定した熱電機器及びエネルギーが識別可能に表示されるので、熱電機器とエネルギーとの関連が視覚的に理解できる。よって、高度な専門家でなくても熱電設備Ｍのシステム構築が可能となる。なお、図１ｂの実線は各機器Ｍ１２０，Ｍ２２０，Ｍ３１０，Ｍ３８１，Ｍ１２０１等における内部電力を示す。また、太陽光関連機器は、水平面日射量データに基づく斜面日射量及び外気温度によって出力特性が変動し、製造される電力や太陽熱温水熱量が変動する。この内部電力及び太陽光関連機器の出力特性の変動が、エネルギーバランスの変更の一因となり、収斂計算によりエネルギーバランスが保たれる。図１ａ，ｂに示すフロー図はあくまで一例に過ぎず、適宜設定可能であり、予め複数種のフロー図を作成し記憶しておいても構わない。

熱電設備を構成する熱電機器は、系列毎に分類され、機器種別に整理されているので、少なくとも発電系、ボイラ系、冷水系、温水系、低冷水系、給湯系及び太陽光関連系として系列別に分類された機器を選択して機器データを読込むことでその系統に選定された機器とみなされ、各系統の機能に応じて各熱電機器間並びに各熱電機器間と複合全エネルギーの系統及び供給エネルギーとを関連付けて設定することができる。その結果、各機器は読み込まれると適切に接続され、系列のバランス結果の負荷を分担する役割を担うことができる。但し、機器の選定では、熱電設備を構成したに過ぎず、運転条件設定部４０で設定された優先順位に従って機器は運転される。

ここで、上述の如く機器性能ＤＢ１０３より読込みこんだ熱電機器の機器性能データについて説明する。
ガスタービンコージェネＭ１２０の機器性能データは、表２に示す如きガスタービンの吸気温度別（例えば０℃、１５℃、３０℃）における運転負荷率％と発電効率％、排熱ボイラ熱回収率％の関係を含んでいる。この関係により、エネルギー負荷設定部１０において設定された外気温度でその時間の性能が決定される。表２に示す如き設定を行うことで、説明変数を吸気温度と負荷率とした多変量回帰式モデルにより、図５に例示する如き吸気温度１５℃及び負荷率で発電効率及び熱回収率が決定される。また、吸気温度は変更可能であり、吸気温度を変更することで温度毎の性能カーブを図５と同様のグラフで表示することができる。このように、設定した温度以外の温度性能については、この回帰式により吸気温度及び負荷率で発電効率及び熱回収率が決定される。

また、出力制限、補機の消費電力、起動時ロスに関する設定を行う。出力制限の設定は、運転下限、上限及び制限開始時の各吸気温度℃、定格出力に対する比率％の値並びに出力制限の近似が直線近似か二次曲線近似かを設定する。補機の消費電力は、定格負荷と部分負荷（５０％負荷運転時）の出力％を設定する。また、ガスタービンを停止しなければならない最低負荷率を設定し、吸気温度と外気温度の関係を例えば吸気温度＝外気温度＋２℃と設定し、ガスタービンから発生するＮＯｘ低減用の水／蒸気噴射の対ガス重量比％等を設定する。起動時のエネルギーロス（定格運転（１５℃負荷率１００％）相当分）が何分相当かを設定する。

さらに、主機の能力・台数・燃料、ＮＯｘ値、ガスタービン１台当たりの能力及び水の消費量の計算に使用される排熱ボイラからのブローダウン量を設定する。また、ガスタービンから排熱される熱を何処へ排熱するかを設定する。外気温度が高くなると発電出力が低下するので吸気冷却を設定することができる。なお、図１ｂに示す熱電設備においては吸気冷却を採用していないので、設定していない。

ガスタービンコージェネレーションＭ１２０の機器性能データは、システム構築設定部３０により機器性能ＤＢ１０３から発電系、能力、メーカ等を選択して読込まれる。このデータの読み込みにより、データが設定される。本実施形態においては、コージェネレーションの排熱ボイラから発生する蒸気の接続先は、プロセス条件設定部２２におけるガスタービン及び追炊きガスタービンの回収蒸気の種類で設定された低圧蒸気に供給される。発生する低圧蒸気の圧力及びエンタルピーはプロセス条件設定部２２で設定した低圧蒸気の圧力０．７８５ＭｐａＧ、低圧蒸気のエンタルピー２７７０．９ｋＪ／ｋｇで発生される。

低圧ボイラＭ２２０の機器性能データは、低圧ボイラの複数の任意の負荷率％における熱効率％を設定する。また、上記と同様に、ブローダウン量、主機の能力・台数・燃料、ＮＯｘ値、補機の消費電力及び起動時のエネルギーロスを設定する。低圧ボイラＭ２２０機器の性能データも上記と同様に、データの読み込みにより設定される。低圧ボイラから発生する蒸気の接続先及び低圧蒸気の圧力及びエンタルピーは、上記と同様にプロセス条件設定部２２において設定した条件にて設定される。

吸収式冷凍機Ｍ３１０の機器性能データは、任意の複数の部分負荷率における冷水モード運転時のＣＯＰを設定する。これらを設定することで、上記回帰式と同様に、各モードにおけるＣＯＰと冷却水温度をパラメータとして、変化するＣＯＰ％との関係が設定される。また、冷水、冷却水の各設計温度差を設定する。冷却水温度は、外気湿球温度、河川水、海水の温度データに対し任意温度を付与して例えば湿球温度＋５℃と設定可能であり、機器の運転可能な下限値も設定する。また、各モードにおけるＣＰＯと出口温度をパラメータに追加してもよい。以下の各機器においても同様である。

冷水モードＣＯＰと冷却水温度をパラメータとして変化するＣＯＰ％との関係及び湿球温度をパラメータとして冷却塔能力との関係を上記回帰式により同様に求める。また、主機の台数、設計能力及び実際能力（経年劣化した場合等の能力）、付属冷却塔のファン１台当りの能力及び消費電力、冷却塔能力及び付属冷却塔の補給水濃縮倍率を設定する。付属冷却塔の外気湿球温度と冷却能力の関係を上述の回帰式を用いて設定する。

さらに、ポンプの消費動力等を設定する。ポンプの消費動力は、冷水ポンプ、冷却水ポンプの各揚程を設定する。揚程は設備によって異なるため、手動で入力する。また、ポンプの流量制御方式を例えば定流量と設定する。さらに、吸収冷凍機の補機の消費電力及び起動時のエネルギーロスを上記と同様に設定する。

ここで、ポンプ効率の計算処理手順では、上記各揚程を設定すると、自動でポンプ効率等が算出され設定される。なお、ポンプ効率を例に説明するがモータ効率も同様に計算される。本例においては、冷水、冷却水も水である為に比重は１とする。

始めに、ポンプ容量を計算する。熱電機処理熱量及び温度差より内部計算により算出される。求めたポンプ容量を用いてポンプ効率を求める。なお、ＪＩＳ Ｂ８３１３のＡ効率をポンプ容量の対数３次式で近似する。次に、モータ軸動力を求め、そのポンプ軸動力に基づいてモータ余裕率を算定する。ポンプ揚程は上記で入力された値が参照される。求めたモータ余裕率及びモータ軸動力からモータ所要動力を算出する。求めたモータ所要動力に基づいて、モータ効率を算出する。そして、求めたモータ効率及びポンプ効率からモータ、ポンプ総合効率を算出し、その計算結果が、ポンプ効率として設定される。また、上記のステップで求めたポンプ容量、ポンプ軸動力、モータ所要動力は内部データとして記憶される。

さらに、吸収冷凍機から発生する排熱を排熱する場所を設定する。付属冷却塔からの排熱かグループ冷却塔からの排熱かを選択することが可能である。また、これら冷却塔からの排熱に変えて図１ａに示す外部利用水Ｗである河川水／海水からの直接排熱及び河川水／海水からの間接排熱（熱交換器を介した）を選択することも可能である。外部利用水Ｗには河川水／海水の他、下水、井戸水、下水処理水等も含まれる。河川水／海水を選択すると、基本条件設定部２０の温度データ設定部２４により設定された温度データを利用して排熱される。海水へ直接排熱の場合は海水を選択して記載の温度条件で海水に排熱され海に放熱される。間接排熱の場合は、図１ａの送水ポンプＭ９６０を熱電設備に追加して排熱を熱交換して同様に海に放熱される。

熱電設備に空冷ヒートポンプや電動ヒートポンプ等のヒートポンプを備える場合、採熱についての設定も同様に可能である。空冷ヒートポンプは外気温度（空気）から採熱して温水（温熱）を作る機器である。電動ヒートポンプは冷却塔又は外部利用水Ｗから採熱して温水（温熱）を作ることも可能な機器である。温水は暖房に使用され冬期に負荷が大きくなるため、外気温が低い空気から採熱する空冷ヒートポンプのＣＯＰは小さく効率は低くなる。一方、外部利用水Ｗは冬期でも外気温より高いので電動ヒートポンプで外部利用水Ｗから採熱することで高いＣＯＰで温熱を効率よく作ることができる。例えば、河川水／海水を選択することで電動ヒートポンプの採熱源を設定する。吸収冷凍機Ｍ３１０の性能データも上記と同様に、データの読み込みにより、設定される。蒸気の供給、低圧蒸気の圧力及びエンタルピーは上記と同様である。

ターボ冷凍機Ｍ３５０の機器性能データは、主機の能力・台数を設定する。また、部分負荷率と冷水運転の時のＣＯＰを設定し、冷水ＣＯＰと冷却水温度をパラメータとして変化するＣＯＰ％との関係を設定する。設計の冷水温度差及び冷却水温度差及び冷却水温度を設定する。これらの設定は吸収式冷凍機と同様である。また、冷水ＣＯＰと負荷率をパラメータとして、変化するＣＯＰとの関係及び冷水ＣＯＰと冷却水温度をパラメータとして、変化するＣＯＰ％との関係についても同様に回帰式により求める。また、ポンプ効率や排熱先の設定も吸収式冷凍機と同様の設定であり、機器データの読み込みにより設定する。

太陽光発電機器Ｍ１１００の機器性能データは、太陽電池パネルのタイプ（例えば、結晶系であるかアモルファルス系であるか）、１基当たりの合計定格出力、標準試験条件における日射強度、電力取出し可能最低日射量、モジュール変換効率、パワーコンディショナーの実効効率及び消費電力を設定する。これらのデータは機器ＤＢ１０３に格納されており、読み込むことで設定される。また、基数、アレイ設置方式（架台設置、屋根置き、屋根一体形等）を設定する。そして、これら設定及び先にプロセス条件設定部２２の水平面日射量データに基づく斜面日射量（設定した斜面）、外気温度及び風速に基づいて有効発電電力が求められる。このように、太陽光発電機器は、斜面日射量、外気温度及び風速によって変動する出力特性を備える。なお、計算の詳細を上記数１、下記数７及び図１０ｂに示す。

太陽熱集熱機器Ｍ１２００の機器性能データは、集熱器本体Ｍ１２０１の特性（集熱効率の式がＪＩＳ１次式、ＪＩＳ２次式、ヨーロッパ規格ＥＮ２次式のいずれであるか、及び係数の設定）、集熱器の有効集熱面積及び内容量、太陽熱温水ポンプの消費電力（定格容量（ｍ³/ｈ）、揚程（ｍ）、効率（％））、太陽熱温水一次配管の内容積、ラジエータの消費電力、貯湯槽Ｍ１２０２の容量、太陽熱温水密度、太陽熱温水比熱、太陽熱温水温度上限、放熱ロスが設定される。また、運転開始時太陽熱温水温度と夜間降下温度も設定される。

ここで、太陽熱集熱機器（集熱システム）の集熱量と太陽熱温水利用機器の熱回収量との間では、太陽熱温水のバランスがとられる。上記数２より集熱器の集熱量は、まず集熱器出口温度を下記数８中のＡ）ＪＩＳ一次式、Ｂ）ＪＩＳ二次式又はＣ）ＥＮ式のいずれかにより求め、その出口温度と集熱器入口温度の差に循環流量を掛けて算出される（上記数２）。入口温度はその時間帯で一定として太陽熱温水の平均温度を用いる。この太陽熱温水温度の変化は、集熱量と熱回収量、放熱ロス及び太陽熱温水保有量から計算される。この太陽熱温水保有量は、貯湯槽容量、集熱器内容量、太陽熱温水一次配管内容積（集熱システム側）、太陽熱温水二次配管内容積（太陽熱温水利用機器側）の和である。夜が明けて太陽熱集熱機器が集熱（蓄熱）を開始しても、夜間に集熱システム全体が温度降下（放熱ロス）しているため、その集熱が直ちに熱回収に利用されない。もちろん、集熱量は斜面日射量及び外気温によっても変動する。そのため、太陽熱温水利用機器において冷水や温水の製造量（熱量）や燃料の燃焼量を調整し、集熱量の変動を吸収する。また、日射量は、日射強度に集熱面積を乗じて求められ、結果として集熱効率は、集熱量、集熱面日射強度及び集熱面積から求められる。計算の詳細を上記数２、下記数８〜１０及び図１０ｃに示す。

図１ｂに示すように、本実施形態では、太陽熱温水利用機器としてソーラージェネリンクＭ３８１を用いる。ソーラージェネリンクＭ３８１は、太陽熱温水を回収して冷水製造の燃料消費を軽減するガス焚き冷温水機である。太陽熱温水は日射量によってその温度が変化するため、太陽熱温水温度が例えば６０℃〜９０℃程度に変化しても熱回収可能に設計されたジェネリンクである。このソーラージェネリンクは、太陽熱温水が不足又はない場合に燃料の燃焼で補って冷水を製造する。なお、同様に温水を製造することも可能である。

ソーラージェネリンクの太陽熱回収量は、負荷率と冷却水温度と太陽熱温水温度によって決定される。図１１（ａ）（ｂ）の例では、負荷率がＬｃの点よりも低い範囲では太陽熱のみで冷水製造でき、それを超えると燃料を消費しながら太陽熱も回収する。なお、燃料消費率は太陽熱を回収しないときを１００％としている。また、ソーラージェネリンクの太陽熱回収は、太陽熱温水温度が利用可能温度以上の時にのみ可能となる。利用可能温度とは、太陽熱温水温度がこの利用可能温度以上とならなければ熱回収できない太陽熱温水の最低温度をいう。そして、ソーラージェネリンクの負荷率が決定すると、その時間帯における太陽熱温水温度と冷却水温度から太陽熱回収量が決定される。同図（ｃ）に示すように、太陽熱温水利用可能温度は負荷率に対し定まり、冷却水温度によって上下する。

図１２に示すように、ソーラージェネリンクは、利用可能な太陽熱温水が十分にある場合にはその分だけ太陽熱を回収し、太陽熱ＣＯＰを乗じて太陽熱により冷水製造量が求まる。太陽熱による冷水製造量がソーラージェネリンクの分担する冷水製造量に足りない場合、燃料を燃焼させてその発熱量に燃料ＣＯＰを乗じて燃料による冷水製造量が求まる。このように、太陽熱による冷水製造量＋燃料による冷水製造量＝分担する冷水熱量となるように燃料の燃焼量を調整する。この燃料燃焼量の調整により、太陽熱集熱機器の集熱量の変動を吸収することができる。

ソーラージェネリンクＭ３８１の機器性能データは、図１３（ａ）に示す如き熱回収量と負荷率との関係、同図（ｂ）に示す如き燃料消費率と負荷率との関係を含んでいる。表３に示す如き設定をすることで太陽熱回収量や燃料消費率が決定する。また、図１１（ｃ）に示す如き、太陽熱温水利用可能温度と負荷率との関係も含んでいる。

なお、上記各機器性能データは、任意に性能等の変更が可能であり、システム構築設定部３０により、変更理由等のコメントを付与することが可能である。

運転条件設定部４０は、運転条件設定（Ｓ２０８）において月別、日別及びパターン毎に時間帯別で前記熱電機器毎の運転可否及び／又は運転優先順位を設定する。この運転条件の設定により熱電機器の運転計画が構築される。
図７に示すように、発電機器、ボイラ機器の昼間の運転計画を設定する。この設定画面において、昼間の時間(例えば８時から２２時)を任意の２つの時間帯に分け、その時間帯毎にそれぞれの負荷の状況に応じて任意に最大第六優先順位までを設定する。なお、同図は設定の一例に過ぎず、設定可能な時間帯の数及び優先順位は適宜増減可能である。例えば、８時から２２時を６つの任意の時間帯に分割し、各時間帯において最大第８優先順位まで設定することも可能である。また、運転方式を電力負荷優先か熱負荷優先かを選択設定する。同図では８時から１８時まで、低圧ボイラ、ガスタービンコージェネの運転を設定し、発電系機器の運転を電力負荷優先としている。１８時から２２時についても低圧ボイラガスタービンコージェネの運転を設定して、発電系機器の運転を熱負荷優先の運転方法を選定している。昼間の最低買電量を設定する項目は、電力会社から購入する最低買電電力量を規定するものであり、同図では０ＫＷと設定してある。

また、複数の発電系機器の運転制御方法を指定する発電系機器の負荷分担方法を選択設定する。同図には、「ラスト機のみ部分負荷」を設定した例を示す。「ラスト機のみ部分負荷」は、運転優先順位の最後に指定された機器の部分負荷運転で発電量を調整する場合に設定する。また、「全ＧＴ／全ＧＥ同一負荷運転」や「ラストモデルのみ均一負荷」の設定も可能である。「全ＧＴ／全ＧＥ同一負荷運転」は、設定された発電機ガスタービン、ガスエンジンを全て同一負荷で運転して発電量を調整する場合に設定される。また、「ラストモデルのみ均一負荷」の設定は、複数の発電機で優先順位が最後に指定されている機器が複数台であり、この最後の優先順位の複数台の機器で発電量を調整する場合に設定する。このように、複数の発電機器が設定されている場合には、様々な発電機の制御方法にて検討することができる。なお、夜間の時間（例えば２２時から８時）も上記と同様に設定可能である。昼間、夜間の時間帯は自由に変更可能であり、サマータイムについても対応可能である。

冷水、温水系機器についても運転条件を設定する。例えば昼間の時間(８時から２２時)を任意の４つの時間帯に分け、その時間帯毎に負荷の状況に応じて最大第８優先順位まで設定する。なお、この設定される時間帯の数及び優先順位も上記と同様に適宜増減可能である。また、優先順位の他、各機器の出口温度も設定する。低冷水系機器も同様に設定可能である。

図１ｂに示すように、熱電設備Ｍに太陽光発電機器Ｍ１１００が含まれる場合、運転条件設定部４０は、図７に示す如くユーザーが設定した運転条件（運転順位）に関わらず、強制的に太陽光発電機器を発電系機器よりも優先させる。これは、日時を問わず適用される。また、太陽熱集熱機器は、集熱可能な斜面日射量が生じている時間帯のみ運転するように設定される。太陽光エネルギーは、その供給量を調整不可能であるので、太陽光関連機器で製造される電力及び／太陽熱温水を有効利用し且つその変動を吸収するために他の優先順位よりも優先させる。

外部の活用できる高圧蒸気、低圧蒸気、冷水、温水、電力を受け入れる受入量を設定する。各受入量は、複数の任意の時間帯を設定し、各時間帯における受入量をそれぞれ設定する。例えば低圧蒸気最大１ｔ／ｈを昼夜ごみ焼却設備から受け入れる設定とすると、熱電設備の低圧蒸気使用量が１ｔ／ｈより小さい場合は、熱電設備に必要な蒸気量のみを受け入れる。他方、熱電設備の低圧蒸気使用量が１ｔ／ｈより大きい場合は、最大の１ｔ／ｈの低圧蒸気を受け入れて不足分は熱電設備で低圧蒸気をバランスさせる。なお、熱電設備で製造し他の設備に供給可能な複合全エネルギー量も同様に設定する。これらの設定値が考慮され供給エネルギーや複合全エネルギーのバランスがとられる。高圧蒸気、冷水、温水、電力も全て同様に処理される。これにより、エネルギー負荷設定部１０で設定されたエネルギー負荷を参照しながら運転条件設定部４０で熱電設備の運転計画を設定することができる。

図１ｂに示す熱電設備Ｍにおいては、発電ボイラの昼間で使用する設備をガスタービン及び低圧ボイラとし、発電系機器は自動的にボイラより優先機器としてとして設定する。更に太陽光発電機器は、昼間の時間帯、夜間の時間帯に関係なく日射量によって発電されるので、太陽光発電機器が熱電設備に組込まれると、昼間の時間帯の第一優先順位として太陽光発電機器が発電系機器よりも優先機器として扱われる。従ってここでは太陽光発電機器の次にガスタービンが優先として設定している。また、最低買電量を０ＫＷと設定する。一方、夜間は低圧ボイラのみの表示とし、夜間の時間帯の第一優先順位として太陽光発電機器が扱われる。最低買電量の設定を行わず不足電力は買電するように設定する。また、冷水温水の昼間で使用する設備を太陽熱温水投入型吸収冷凍機、吸収冷凍機及び電動ターボ冷凍機とし、太陽熱温水投入型吸収冷凍機を優先する設定を行う。一方、夜間は吸収冷凍機のみに設定する。これらを１２ヶ月分設定する。

上記各ステップにおける運転条件設定後、シミュレーションが実行されその結果が出力される。出力ステップ（Ｓ２１０）において、運転結果出力部５０は、シミュレーション結果を時間帯別及び／又は年間計算として出力する。出力形式として、グラフや帳票等がある。

時間帯別及び年間計算出力としては、電力バランス、低圧蒸気バランス、燃料消費、冷水バランス、運転台数、従量料金（ユーティリティーコスト）、電力消費詳細及び電力消費量の結果を出力可能である。図１ｂの熱電設備Ｍにおける時間帯別出力の一例として、図９ａ，ｂに電力バランス結果、図９ｃ、ｄに蒸気バランス結果を示す。図９ａに示す例では、買電量Ｅ１、ＧＴコージェネレーションの発電量Ｅ２、熱電設備の電力消費量Ｅ３、熱電設備以外の電力消費量Ｅ４及び太陽光発電機器の発電量Ｅ６が表示されており、逆潮電力Ｅ５が生じている。しかし、後述する収斂計算の結果、図９ｂに示す如く逆潮電力Ｅ５が生じていないことが分かる。また、図９ｃの例では、低圧ボイラの蒸気発生量Ｂ１、ＧＴコージェネレーションの蒸気発生量Ｂ２、利用設備への蒸気供給量Ｂ３及び吸収冷凍機の蒸気消費量Ｂ４が表示されており、余剰蒸気Ｂ５が生じている。しかし、後述する収斂計算の結果、図９ｄに示す如く余剰蒸気Ｂ５が生じていないのが分かる。

ここで、図２ｃ、３、８ａ〜ｅ、９を参照しながら、運転条件設定部４０による運転条件設定（Ｓ２０８）及び演算部７ｐによるシミュレーション計算手順について以下説明する。これらは、図８ａのＳ０１〜０７のステップよりなり、各ステップは図８ｂ〜ｅに対応する。なお、以下の各説明において、電主（電力優先）運転は、電力に逆潮が生じない運転であり、熱主（熱負荷優先）運転は例えば蒸気の放出等が生じない運転である。また、各ステップの説明に当たり、図１ｂの熱電設備を用いた実例に関連するステップのみを先に示す。電主運転の場合は８月の９時〜１６時及び２１時〜２２時を(熱主運転の場合は８月の１８時〜２２時を)例示する。

「冷水ＥＢ（Ｓ０１、図８ｂ）」
まず、冷水熱負荷及び往還温度差の読み込み（Ｓ１１）、必要冷水流量の計算を計算する（Ｓ１２）。次に、冷凍機の運転優先順位に基づいて、冷水熱負荷と冷水流量の両者を満足する冷凍機の運転台数を決定し（Ｓ１３）、運転する各冷凍機の運転負荷率及びＣＯＰを計算する（Ｓ１４）。この計算において、冷水出口温度設定が同じであれば均一負荷率とする。そして、運転する各冷凍機の冷熱製造量、電力・燃料・蒸気の消費量、冷却塔排熱、熱回収ＨＰの温水回収熱量等を計算し（Ｓ１５）、温水エネルギーバランスステップ（Ｓ２）に移行する。なお、冷却塔排熱は上述の外部利用水への排熱も可能である。

本例において、運転条件設定部４０では、８時から９時の運転優先順位が予め第一優先が太陽熱温水投入型吸収冷凍機、第二優先が吸収冷凍機、第三優先順位がターボ冷凍機と設定されている。エネルギー負荷設定部１０の冷水負荷値と供給温度及び戻り温度とを読み込む（Ｓ１１）。そして、必要冷水流量を必要流量＝冷水負荷÷｛（冷水戻り温度−冷水供給温度）×４．１８６０５｝」との計算式で算出する（Ｓ１２）。必要冷水流量は、４１１．７ｍ³／ｈであり冷水最大送水量とを比較して、運転台数を決定する（Ｓ１３）。必要流量冷水最大送水量＞必要流量を満足させる必要が有る。太陽熱温水投入型吸収冷凍機の流量は１５０．３ｍ³／ｈであり１台では不足するので、第二優先である吸収冷凍機の流量が２７３．３ｍ³／ｈであり２台で必要流量に対応する。また、ＣＯＰは冷却温度の補正を考慮して太陽熱温水投入型吸収冷凍機は、１．５６５８、吸収冷凍機は、１．３２４６０と決定される。

「低圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３、図８ｃ）」
同図に示すように、まず、低圧プロセス蒸気熱負荷の読み込み（Ｓ３１ａ）、低圧プロセス蒸気量の計算する（Ｓ３１ｂ）。低圧蒸気消費量を低圧プロセス蒸気量と熱電機器駆動用低圧蒸気量との和から算出し（Ｓ３１ｃ）、発電系機器が低圧蒸気回収であるか否かを判断する（Ｓ３２ａ）。低圧蒸気回収でない場合、低圧ボイラの運転優先順位に基づいて、低圧ボイラ負荷を満足する低圧ボイラの運転台数を決定し（Ｓ３３ａ）、運転する各低圧ボイラの運転負荷率を計算（１台のみ部分負荷率）して（Ｓ３３ｂ）、運転する各低圧ボイラの蒸気製造量、電力・燃料の消費量などを計算する（Ｓ３３ｃ）。

他方、発電系機器が低圧蒸気回収である場合、低圧ボイラ負荷Ｓ２を低圧蒸気消費量から低圧蒸気受入量を差し引くことで求めると共に、低圧ボイラの蒸気発生量、電力消費量、燃料などを計算する（Ｓ３２ｂ）。ここで、低圧蒸気受入量は外部からの排蒸気受入も可能とする。そして、電主運転か熱主運転かを判断する（Ｓ３４）。

電主運転である場合、Ｓ３５ａ〜Ｓ３５ｆの及び一点鎖線で囲むＳ７１〜Ｓ７３の電力ＥＢのステップが実行される。なお、電力ＥＢ０７は図８ｄに示すが、理解の便宜のためにここで説明する。目標発電量から運転機器とその運転台数を設定し（Ｓ３５ａ）、発電系機器を最大負荷率（１００％）に設定する（Ｓ３５ｂ）。そして、Ｓ３５ｃ〜Ｓ３５ｆ、７１、７３のステップを実行し、余剰電力が一定誤差範囲（例えば１ｋＷ）以内であれば（Ｓ７３）終了し後続のステップに移行する。ここで、ステップＳ３５ｃ,Ｓ７１における発電量には、太陽光発電機器の発電量が加えられる。余剰電力が誤差範囲以内でなければ（Ｓ７３）、後述するように発電系機器の負荷率Ｐ１を変更し、Ｓ３５ｃ〜Ｓ３５ｆ、７１〜７４のステップを余剰蒸気が誤差範囲以内となるまで繰り返す収斂（収束）計算を実行する。

熱主運転である場合、Ｓ３７ａ〜Ｓ３８ｂのステップが実行される。Ｓ３７ａ〜Ｓ３７ｃのステップはそれぞれ電主運転のＳ３５ａ〜Ｓ３５ｃと同様であるが、ガスタービンコージェネＭ１２０が発電系機器及び蒸気発生機器の双方に相当する。Ｓ３７ｃ〜Ｓ３８ｂのステップが余剰蒸気が一定誤差範囲α内となるまで繰り返し実行することは電主運転と同様である。但し、蒸気と電気との間の相互影響がない場合は、繰り返し数は１回となり、さらに次のステップに移行する。

ここで、ステップＳ３５ａ〜Ｓ７４に関連する図１ｂの熱電設備Ｍを用いた電主運転の収斂計算についてさらに詳しく説明する。冷水負荷、冷水の温度差から必要な冷凍機台数と負荷率を求め、太陽熱温水投入型吸収冷凍機Ｍ３８１を１台と吸収冷凍機Ｍ３１０を１台、計２台と決定する。そして、この時の負荷率より必要な低圧蒸気量Ｓ２（ｔ／ｈ）を求める（Ｓ３２ｂ）。

システム内消費電力Ｅａ及び最低買電量Ｗ１との差異（Ｅａ−Ｗ１）ｋＷを目標発電量とし、これから、太陽光発電電力を差し引いてガスタービンコージェネＭ１２０等の運転台数を決定する（Ｓ３５ａ）。システム内消費電力Ｅａは、Ｍ１２０，Ｍ２２０，Ｍ３１０，Ｍ３５０，Ｍ３８１，Ｍ１２０１等の機器の内部消費電力と電力負荷Ｓ８とを含むものとする。ガスタービンＭ１２０等の発電系機器の負荷率を１００％に設定する（Ｓ３５ｂ）。そして、設定されたガスタービンでの発電量Ｇ１（ｋＷ／ｈ）、回収蒸気量Ｓ１（ｔ／ｈ）、内部消費電力、燃料消費量等を関係式１等より求める（Ｓ３５ｃ）。

この計算結果から回収可能な低圧蒸気量Ｓ１（ｔ）を求め、Ｓ１，Ｓ２を比較して余剰蒸気が発生するか否かを判断する（Ｓ３５ｄ）。蒸気が余剰している場合は設備外に廃棄する（Ｓ３５ｅ）。蒸気が不足の場合、Ｓ３（ｔ／ｈ）＝Ｓ２−Ｓ１に相当する低圧ボイラＭ２２０を運転し、その蒸気発生量、内部消費電力、消費燃料等を計算する（Ｓ３５ｆ）。そして、上述の結果より、システム内消費電力Ｅａを積算計算する（Ｓ７１ａ）。

ここで、図示省略するが、Ｓ３５ｃ〜Ｓ７１，Ｓ７３の初回のループのみＧＴコージェネが太陽光発電量Ｅｓを考慮した上で発電量不足か否かを判定する。Ｇ１≦Ｅａ−Ｗ１−Ｅｓの場合、不足電力を購入して、計算は終了する。一方、Ｇ１＞Ｅａ−Ｗ１−Ｅｓの場合、ＡＢＳ（Ｇ１−（Ｅａ−Ｗ１−Ｅｓ））が許容される誤差範囲α以内かを判定する。本実施形態では許容誤差範囲α＝±１ｋＷ以内としており、誤差範囲内の場合、計算は終了する。なお、図中のＡＢＳとは、数値から符号＋−を除く関数である。

許容誤差が±１ｋＷ以内でない場合、ＧＴコージェネの負荷率Ｐ１を変更し、Ｇ１＝Ｅａ−Ｗ１−Ｅｓになるよう式２から負荷率Ｐ１を求める。しかし、負荷率Ｐ１が変更され、回収蒸気量Ｓ１が変動すると、当該ＧＴコージェネや他の機器の運転条件の変動に伴って内部消費電力が変動し、システム内消費電力Ｅａも変動する結果、電主運転で逆潮を防ぐという当初の目的を達成できない。また、太陽光発電機器は、斜面日射量、外気温度及び風速によって発電量は変動する。そこで、Ｓ７３の収斂がなされるまで、以下の如くＳ７４の負荷率Ｐ１変更を経てＳ３５ｃからＳ７１を繰り返す収斂計算が必要となる。

ここで、ＧＴコージェネ負荷率Ｐと排熱回収率Ｓ％との関係は、式１の如く、また、同負荷率Ｐと発電効率Ｇ％との関係は、式２の如く表される。両関係式ともに、多変量回帰式モデル、独立２変数式の一般形である。但し、吸気温度をＴ℃とする。
Ｓ＝ｆ（Ｔ，Ｐ） 式１
Ｇ＝ｇ（Ｔ，Ｐ） 式２

吸気温度を一定とした場合、各説明変数による２次式として作成した目標発電量から負荷率％を求めると、２次式の解として得ることができる。しかし、ガスタービンでは最低負荷率％による制限があるため、負荷率最大Ｐmax％）と最低負荷率（Ｐmin％）との中間値（Ｐmid％）を計算開始点としている。そこで、Ｐmid％での発電量が目標発電量より大である場合にＰmax＝Ｐmid とし、Ｐmid％での発電量が目標発電量より小である場合にＰmin＝Ｐmid とする２分検索による収束計算で目標の負荷率％を求める。同時に、Ｐmid％での発電量ｋＷと目標発電量ｋＷ間の差は、１ｋＷ以下を許容誤差としている。なお、収束不可の場合を考慮して最大収束計算回数を２０回としているが、収束回数は適宜設定可能である。収斂した場合はさらに次のステップに進む（Ｓ３６ａ）。

２分検索方は代数方程式数値計算法よる収束計算方法の一例に過ぎない。代数方程式数値計算法よる収束計算方法は、高次代数方程式や分数方程式、無理方程式、あるいは超越方程式のように微分・積分を含まない方程式の数値計算である。その他、代表的なものとしてニュートン・ラプソン法、２分検索法、レギュラ・ファルシ法ベアストウ・ヒッチコック法、リン法、ベルヌーイ法、グレッフェ法等を用いてもよい。本発明における全ての収斂計算はこれらの各手法を用いることができる。

上述とは異なり、Ｓ３７ａ〜Ｓ３８ｂの熱主運転では、回収蒸気量Ｓ１と低圧蒸気負荷Ｓ２との差が誤差範囲α内であるか否かが検討される。通常、そのための負荷率Ｐ１の変更は１度設定すれば足り、収斂計算を行う必然性はない。しかし、熱電可変ＧＴコージェネＭ１１０の如き機器では、発生した蒸気を再び回収し発電効率を向上させることが可能である。かかる場合、蒸気回収率及び／又は負荷率Ｐ１を変更し、低圧蒸気の過不足がなく及び電力の逆潮が発生せぬよう収斂計算を行うことも可能である。

次に、計算例をさらに詳述する。まず、電主運転では、第一優先を太陽熱温水投入型吸収冷凍機Ｍ３８１を１台、第二優先を吸収冷凍機Ｍ３１０、第三優先をターボ冷凍機Ｍ３５０と設定する。エネルギー負荷設定部１０から冷水負荷値と供給温度と戻り温度差を読込み、冷水の負荷のエネルギーに相当する必要流量を計算する。必要流量は、冷水負荷÷{（冷水戻り温度−冷水供給温度）×４．１８６０５}よりから求められる。本例においては、必要送水流量が４１１．７ｍ³／ｈであるので、第一優先を太陽熱温水投入型吸収冷凍機Ｍ３８１を１台、第二優先を吸収冷凍機Ｍ３１０の１台の計２台で冷水最大送水量が必要流量より大であるので、２台運転と決定する。次に、第一優先の太陽熱温水投入型吸収冷凍機Ｍ３８１及び第二優先の吸収冷凍機Ｍ３１０の冷水製造量、電力消費量、蒸気消費量、ガス（燃料）消費量、冷却塔排熱量をそれぞれ計算する。この吸収冷凍機Ｍ３１０の蒸気消費量から低圧ボイラＭ２２０の台数及び負荷率を決定し、低圧ボイラＭ２２０のガス消費量、及び電力消費量を計算する。

次に、第一回目の太陽光発電量Ｅｓ＋ガスタービン発電機の発電量Ｇ１、システム内必要電力Ｅａ及び運転条件設定部４０の最低買電量Ｗ１との関係を比較する。図９ａに示す如く、例えば９時から１０時で逆潮電力Ｅ５が発生している。これはＧ１＋Ｅｓ＞Ｅａ−Ｗ１に相当する。発電機及び太陽光発電からの電力量が余剰電気として電力会社に逆潮しないようにガスタービン発電機の負荷率を順次先述のＰmidと変更して収斂計算を行う。Ｇ１＋Ｅｓ＜Ｅａ−Ｗである場合、収斂計算を完了する。このように、コージェネレーション機器（ガスタービンコージェネＭ１２０）の負荷率調整により、太陽光発電機器の発電電力の変動を吸収することができる。

次に、熱主運転でも太陽熱温水投入型吸収冷凍機Ｍ３８１と吸収冷凍機Ｍ３１０の冷水最大送水量が必要流量より大であるので、蒸気を必要とする吸収冷凍機が１台運転と決定する。ガスタービンを１００％負荷で運転すると、例えば１８時から１９時は余剰蒸気Ｂ５が発生していると、上述のＡＢＳ（Ｓ１−Ｓ２）≦αとなるようにガスタービン負荷率Ｐ１を求める。

第一回のＧＴコージェネの発電量、負荷率等の計算式を表４に示す。表４中、式３−３が上記式１に、式３−４が上記式２にそれぞれ相当する。

熱電設備の構成により、図８ａに示す他のバランス計算ステップが行われる。以下に、上述以外のステップについて説明する。

「温水ＥＢ（Ｓ０２）」
図８ａに示すように、温水熱負荷及び往還温度差を読み込み（Ｓ２１）、必要温水流量の計算を計算する（Ｓ２２）。次に、温水系機器の運転優先順位に基づいて、温水熱負荷と温水流量の両者を満足する温水系機器の運転台数を決定し（Ｓ２３）、運転する各温水系機器の運転負荷率を計算する（Ｓ２４）。この計算において、温水出口温度設定が同じであれば均一負荷率とし、熱回収ＨＰの負荷率は他と異なる場合がある。そして、運転する各温水系機器の温熱製造量、電力・燃料・蒸気の消費量、採熱量などを計算し（Ｓ２５）、先の低圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３）へ移行する。なお、採熱量は外部利用水（海水、河川水など）からの採熱も可能である。

「高圧蒸気ＥＢ」
これは、Ｓ０３の低圧蒸気ＥＢにおける「低圧蒸気」が「高圧蒸気」と置換される他はほぼ同様であるため図示省略する。但し、ヘッダーで減圧されて低圧蒸気として受け入れられる分量は、先のステップＳ３５ｅにおける余剰蒸気とはならない点が異なる。低圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３）の符号Ｂから詳細を図示しない高圧蒸気ＥＢ（Ｓ０４）を経て符号Ｃ以降にガスエンジン排温水ＥＢ（Ｓ０５）が実行される。

「ガスエンジン排温水ＥＢ（Ｓ０５、図８ｄ）」
まず始めに、先の冷水ＥＢ（Ｓ０１）において、各冷水系機器の運転台数及び負荷率が計算され、排温水投入型吸収冷凍機の冷水熱量（製造量Ｍａ）Ａ及び他の冷水系機器の冷水熱量が決定される（Ｓ１３〜Ｓ１５）。また、先の温水ＥＢ（Ｓ０２）において、各温水系機器の運転台数及び負荷率が計算され、温水回収熱交換器の温水熱量Ｂが決定される（Ｓ２３〜Ｓ２５）。

次いで、排温水投入型吸収冷凍機が運転しているか否かを判定する（Ｓ５１ａ）。運転している場合、ガスエンジンの排温水量を計算し、その排温水量で発生可能な排温水投入型吸収冷凍機の発生冷水熱量Ａ’を計算する（Ｓ５２ａ）。そして、発生冷水熱量Ａ’が先の冷水熱量Ａに対して不足するかを判定し（Ｓ５３ａ）、不足しない場合はＳ５５ａへ移行する。他方、不足する場合、不足する冷水熱量を他の冷水系機器で製造するように冷水系機器の運転優先順位に基づいて他の冷水系機器の運転台数及び負荷率を決定し（Ｓ５４ａ）、Ｓ５５ａへ移行する。他の冷水系機器の必要蒸気量Ｓ２及び蒸気発生機器の発生蒸気量Ｓ１を求め（Ｓ５５ａ、Ｓ５６）、発生蒸気量Ｓ１と必要蒸気量Ｓ２の差分が所定の誤差範囲αとなるか判定する（Ｓ５７）。なお、誤差範囲αの単位及び数値は、エネルギーによって異なる。

差分が誤差範囲α以内でない場合、蒸気発生機器の負荷率を変更し（Ｓ５８）、符号ＳＲ５７ａの経路を通ってステップＳ５２ａに戻る。不足冷水熱量が解消し且つ誤差範囲α以内となるまで上記ステップＳ５２ａ〜５８を繰り返し行う。すなわち、発生蒸気量Ｓ１が必要蒸気量Ｓ２に収束するように蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、冷水及び蒸気のバランスがとれる冷水系機器の運転台数及び／又は負荷率を決定する。差分が誤差範囲α以内となれば、給湯ＥＢ（Ｓ０６）へ移行する。

一方、排温水投入型吸収冷凍機が運転していない場合、温水回収熱交換器が運転しているかを判定する（Ｓ５１ｂ）。温水回収熱交換器が運転している場合、図中の破線で囲むステップＳ５２ｂ〜５８，経路ＳＲ５７ｂの手順となる。この手順は上述の冷水系機器と同様であり、蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、温水及び蒸気の双方のバランスをとれる温水系機器の運転台数及び／又は負荷率を決定する。温水回収熱交換器が運転していない場合は給湯ＥＢ（Ｓ０６）へ移行する。

ここで、図１４，１５を例に説明する。図１４に例示する熱電設備では、ガスエンジンＭ１５０と、排温水投入型吸収冷凍機として温水吸収冷凍機Ｍ３２０と、他の冷水系機器としての吸収冷凍機Ｍ３１０とを有する。図１５に示すように、先のステップＳ１３〜Ｓ１５において、冷水負荷Ｃに対し、各機器の運転台数及び負荷率Ｌｐが計算され、冷水熱量（製造量Ｍａ）ＡがＡ１と決定される。

発生冷水熱量Ａ’がＡ１’の場合、Ｓ７４ａにおいて、不足熱量ｘを補った冷水熱量Ａ２’を製造するよう吸収冷凍機Ｍ３１０の負荷率をａ２’に変更する。発生冷水熱量Ａ１”の場合、吸収冷凍機Ｍ３１０で不足熱量ｙを補えず、例えば新たに吸収冷凍機Ｍ３１０’を立ち上げ、２台の吸収冷凍機で不足熱量ｙを補うように各吸収冷凍機の負荷率をａ２”，ｄ１に変更する。このように、冷水系機器の運転台数及び／又は負荷率を変更すると、必要蒸気量Ｓ２が変動し、蒸気Ｓｏ（Ｓ１）を供給するガスエンジンＭ１５０の負荷率も変動する。その結果、排温水量ＷＷｏが変動し、温水吸収冷凍機Ｍ３２０の冷水熱量も変動する。そこで、発生蒸気量Ｓ１と必要蒸気量Ｓ２の差分が所定の誤差範囲αとなるようにガスエンジンＭ１５０の負荷率を決定する（Ｓ５５ａ〜５８）。ここで、ガスエンジンＭ１５０には最低運転負荷率が規定されており、その負荷率以下では運転しない。係る場合、例えば低圧ボイラ等の他の蒸気発生機器から蒸気を供給し、蒸気発生機器の発生蒸気量Ｓ１が必要蒸気量Ｓ２に収斂するように蒸気発生機器の負荷率を変更する（Ｓ５８）。なお、排温水投入型吸収冷凍機としてジェネリンク（登録商標）を用いても構わない。また、排温水投入型吸収冷凍機及び温水回収熱交換器を併用することも可能である。

なお、太陽熱温水利用機器として用いられるソーラージェネリンクは、上記排温水型吸収式冷凍機に相当するものとして、上記エネルギーバランスが実行される。また、ソーラー温水熱交は、温水回収熱交換器に相当するものとして、上記エネルギーバランスが実行される。

「給湯ＥＢ（Ｓ０６、図８ｅ）」
まず、給湯熱負荷、給湯供給温度、給水温度が読み込まれ（Ｓ６１）、給水流量および貯湯タンク内温度を計算する（Ｓ６２）。次に、貯湯タンク内温度により給湯機の運転／停止および運転／停止の台数を決定し（Ｓ６３）、指定時刻に貯湯タンク蓄熱満了するよう給湯機追加運転する（Ｓ６４）。そして、運転する各給湯機の製造熱量、電力・燃料の消費量を計算し（Ｓ６５）、次の電力ＥＢ（Ｓ０７）に移行する。

「電力ＥＢ（Ｓ０７）」
ここでは、上述のＳ７１の次に電主運転か否かが判断されれ（Ｓ７２）、大略先の低圧蒸気ＥＢでの説明の通りである。熱主運転の場合は（Ｓ７２），買電量を計算し（Ｓ７５）、終了する。電主運転で負荷率Ｐ１を再設定した場合は、説明の便宜上低圧蒸気ＥＢ０３のＳ３５ｃの前（Ｋ）に戻るように設定したが、計算に矛盾を生じない限り、例えば冷水ＥＢ０１の当初位置（Ｋ’）に戻るように設定しても構わない。条件を再設定し、再度全ての系統の機器において運転状態を再度調整し、特定の複合全エネルギーが目標値に収斂することに意味がある。

図９ａ，ｃに図１ｂの熱電設備でＧＴコージェネを１００％負荷で運転した場合のグラフを示す。上述の如く、プロセス条件設定部２２で電力負荷の内訳を「熱電設備以外への負荷」と設定したので、エネルギー負荷設定部１０で設定した電力負荷値が熱源以外の電力欄に入力され、熱電設備に必要な電力がシミュレーションした結果として熱電電力欄に入力される。図９ａでは、９時から１５時の時間帯及び２１時から２２時で逆潮電力Ｅ５が発生している。また、上述の如く、プロセス条件設定部２２で低圧蒸気負荷の内訳を「熱電設備以外への供給のみ」と設定したので、エネルギー負荷設定部１０で設定した低圧蒸気負荷値が低圧蒸気負荷欄に０と入力され、低圧蒸気合計欄にはシミュレーションした結果として熱電設備Ｍに必要な蒸気使用量が入力される。図９ｃでは、１８時から２２時の時間帯で余剰蒸気Ｂ５が発生している。

そこで、運転条件設定部４０において、８時から１８時までを電力負荷優先に、余剰蒸気の生じる１８時から２２時を熱電負荷優先に設定する。そして、上述した如き収斂計算を行い、図９ｂ、ｄに示す如く全ての時間帯で逆潮電力、余剰蒸気が解消し０となる。

各機器には関連する機器が各機器モデルの中に組み込まれ各機器毎の運転条件(負荷率)に従って、又は、制限条件があればその条件の範囲で運転され計算される。例えば、太陽熱温水投入型吸収冷凍機の関連機器として太陽熱温水投入型吸収冷凍機の補機動力、冷水ポンプ、冷却水ポンプ、個別冷却塔、制約条件として起動ロス、運転可能な冷却水温度の下限値等を考慮して運転される太陽熱温水投入型吸収冷凍機の太陽熱回収量、ガス（燃料）量、電力量、水の使用量、アウトプットされる冷水量が計算される。太陽熱温水投入型吸収冷凍機１台では負荷設定部の冷水流量が不足する場合は、運転条件設定部４０で設定された冷凍機の順番で他の冷凍器（例えば吸収冷凍機）が立上がり冷水量をバランスさせる。もし、それでも冷水バランスが取れない場合は、優先順位の最後の機器（例えばターボ冷凍機）が自動的に追起動してバランスさせるように構成されている。

吸収冷凍機に供給される蒸気は、必要蒸気バランスからボイラ系及び発電系で発生される蒸気から供給されるように構成されている。ボイラ系も発電系についても冷水系と同様に各機器はモデル化されていて、運転条件設定部４０で設定された順番で立上がり蒸気量、発電量をバランスさせる。もしそれでも蒸気、電気のバランスが取れない場合は、優先順位の最後の熱源機器が追起動してバランスさせるように構成されている。もし、ガスタービン発電機を停止しても余剰電力が生じる場合は、太陽光発電機器を、最後に１基ずつ停止させることでバランスがとられる。

このように、システムバランス計算の手順は、各系列毎に順番、例えば冷水、温水、低圧蒸気、高圧蒸気、給湯、電力の順番に熱電収支バランスを組み立てる。組み立てた条件に変更が生じた時場合は、多変数代数方程式数値解析法で収斂計算を行い、全ての系統の熱電バランスを計算する。このバランス結果に基づいて各機器の負荷で運転し出力された機器のアウトプットが、必要とされる情報に整理されて運転結果出力部５０により上述の如く出力される。その出力は、上述した如き時間帯別出力及び年間計算出力によるグラフ形式や帳票形式にて行われる。

最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について説明する。
上記実施形態では、太陽熱温水利用機器としてソーラージェネリンクＭ３８１を用いた。しかし、これに限られるものではなく、例えば図１ｃに示す如く、ソーラー温水熱交Ｍ４２４を用いることも可能である。このソーラー温水熱交は、太陽熱温水を利用して温水を製造する。また、ソーラー温水熱交の負荷率は太陽熱回収量によって決定される。ソーラー温水熱交の機器性能データは、主機の台数と能力、温水ポンプと太陽熱温水ポンプの消費電力（揚程、効率）、温水及び太陽熱温水の各設計温度差、二次配管内容積を設定する。そして、太陽熱利用可能量と太陽熱回収量から必要温水が算出され、他の温水系機器と調整される。このように、他の熱電機器による温水熱量の調整により太陽熱集熱機器の集熱量の変動を吸収することができる。なお、ソーラージェネリンクとソーラー温水熱交は熱電設備に双方含めることはできるが同時に使用することもできる。

上記実施形態において、太陽光関連機器のパネル傾き及び方位をユーザーが入力し、その入力値（固有値）に基づき斜面日射量を求めた。しかし、例えば、太陽追尾型の太陽光発電機器の場合、これら角度は季節（月）や時間で変動する。その場合、ユーザーの入力に替えて例えば月別・時間毎に最適なパネル傾き及び方位を算出し、その算出値に基づき斜面日射量を求めるとよい。

本発明は、複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び化石燃料が供給され、電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気を製造して利用設備に供給する熱電設備において、熱電設備が少なくとも太陽光関連機器を有し、複合全エネルギーのいずれかを製造するのに要するエネルギー使用量をシミュレートする熱電設備のシミュレーションシステムとして利用することができる。また、本発明は、エネルギー負荷設定部、基本条件設定部、システム構築設定部及び運転条件設定部の条件で求められた電力消費量及び化石燃料及び他の燃料消費量並びに環境負荷データ設定部の単位環境負荷をそれぞれ乗じて環境負荷（一次エネルギー、ＣＯ₂、ＮＯｘ、ＳＯｘ）をシミュレートするシステムとして利用することができる。さらに、本発明は、熱電機器の現状シミュレートによる運転診断、運転方法の変更による省エネルギー、機器リニューアルによる改良とその省エネルギー、環境負荷低減の評価及びコンサルテーションに利用することができる。

１：シミュレーションシステム、２：ユーザー端末、３：管理者端末、４：ＤＢサーバー、５：ネットワーク、６：ユーザーインターフェイス、６ａ：モニタ、６ｂ：キーボード、６ｃ：マウス、７：ＣＰＵ（演算手段）、７ａ：バス、７ｂ：一時記憶メモリ、７ｃ：ＨＤＤ、７ｄ：ネットワークアダプタ、７ｐ：演算部、７ｑ：計算判定部、７ｘ：データファイル、７ｙ：処理用アプリケーション（演算手段）、７ｚ：負荷作成アプリケーション、１０：エネルギー負荷設定部、２０：基本条件設定部、２１：ユーティリティーコスト設定部、２１ａ：電力コスト設定部、２１ｂ：燃料コスト設定部、２２：プロセス条件設定部、２３：環境負荷データ設定部、２４：温度データ設定部、３０：システム構築設定部、４０：運転条件設定部、５０：運転結果出力部、６０：ケースファイル等作成部、７０：表示制御部、７１：表示ウィンドゥ、１００：データベース群、１００ａ：読込データ、１１０：個別データ群、２００：顧客データベース、２０１：ケースファイルデータベース、Ｆ：利用設備、Ｍ：熱電設備

Claims (11)

1. 複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（以下、「供給エネルギー」という。）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（以下、「複合全エネルギー」という。）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求めるものであり、
   前記熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び／又は太陽熱集熱機器（以下、「太陽光関連機器」という。）並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含み、
   日別で時間帯毎に利用設備で必要とされる複合全エネルギーの量を設定するエネルギー負荷設定部と、
   前記熱電設備及び前記利用設備の少なくとも外気温度又は湿球温度のいずれか並びに前記太陽光関連機器の水平面日射量を含むプロセス条件を設定するプロセス条件設定部と、
   時間帯別の前記熱電機器毎の運転可否及び運転優先順位を設定する運転条件設定部と、
   前記運転条件設定部の運転条件に従い前記熱電設備を運転させた結果の前記複合全エネルギーの製造量を少なくとも計算する演算部とを備え、
   前記熱電機器のうち前記太陽光関連機器を除くいずれかが前記プロセス条件によって変動する部分負荷特性を含み、
   前記太陽光関連機器は前記プロセス条件のうち前記水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備え、
   前記演算部は、前記太陽光関連機器の出力変動に伴い、前記複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する前記複合全エネルギーのバランスを調整し、前記製造量が前記目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返す収斂計算を行う熱電設備のシミュレーションシステム。
2. 前記斜面日射量は、緯度、経度、標高、時刻、水平面全天日射量、水平面全天日射量直達成分及び水平面全天日射量天空散乱成分を少なくとも含む当該日時の水平面日射量データ並びに前記太陽光関連機器のパネル傾き及び方位よりそれぞれ導かれる、斜面日射量直達成分、斜面日射量天空散乱成分及び斜面日射量地面反射成分の合算により求められる請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
3. 前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力Ｅ_phは次式により求められる請求項２記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
   

   
4. 前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量Ｑcoは次式により求められる請求項２記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
   

   
5. 前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、前記熱電機器は発電系機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力の変動を当該発電系機器の負荷率調整により吸収する請求項１〜４のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
6. 前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、前記熱電機器は太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は太陽熱温水熱交換器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量の変動を太陽熱温水投入型吸収冷凍機の燃焼量調整及び／又は他の熱電機器による温水及び／又は冷水の熱量の調整により吸収する請求項１〜４のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
7. 前記太陽熱集熱機器から供給される太陽熱温水の温度が所定の値を超えた後、前記太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は前記太陽熱温水熱交換器が運転に用いられる請求項６記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
8. 前記複合全エネルギーは、電力エネルギーの前に蒸気エネルギー、この蒸気エネルギーの前にその他のエネルギーの順で計算される請求項１〜７のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
9. 前記収斂計算は代数方程式数値計算法による収束計算である請求項１〜８のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステムを用いて熱電設備の運転を行う熱電設備運転方法であって、前記太陽光関連機器は前記太陽光発電機器を含み、前記熱電機器は発電系機器を含み、当該太陽光発電機器の発電電力の変動を当該発電系機器の負荷率調整により吸収する熱電設備運転方法。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の熱電設備のシミュレーションシステムを用いて熱電設備の運転を行う熱電設備運転方法であって、前記太陽光関連機器は前記太陽熱集熱機器を含み、前記熱電機器は太陽熱温水投入型吸収冷凍機及び／又は太陽熱温水熱交換器を含み、当該太陽熱集熱機器の集熱量の変動を太陽熱温水投入型吸収冷凍機の燃焼量調整及び／又は他の熱電機器による温水及び／又は冷水の熱量の調整により吸収する熱電設備運転方法。

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