JP2017091462A - 機器選定システム、機器選定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】最適なコジェネレーション機器を選定する機器選定装置を提供する。
【解決手段】機器選定システム１０は、コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける第一設備による電力の需要特性情報と、コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける第二設備による熱の需要特性情報と、第一設備に電力を供給しつつ第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報と、に基づいて、第一設備への電力の供給および第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、稼働率を初期値から変化させつつ負担量の最小値を算出し、負担量が最小となるコジェネレーション機器を選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コジェネレーションシステムの機器選定システム、機器選定方法及びプログラムに関する。

発電機が生産した電力とともに電力の生産過程で排出される熱を暖房などに利用するコジェネレーションシステムと呼ばれる発電システムが提供されている。コジェネレーションシステムを設計する際には、熱の利用を優先的に考慮して機器の選定や運用計画を行う熱主という考え方と、電力の利用を中心に設計を行う電主という考えがある。
例えば、特許文献１には、熱主、電主など複数の運転方式でコジェネレーションシステムの運転を行った場合のそれぞれの運転方式でのエネルギー消費量を算出する運用計画設定方法が記載されている。

また、特許文献２には、コジェネレーションシステムにおいて、電力および熱の供給を行う熱源設備に接続されたさまざまな熱電機器の運転条件や負荷を変更させながら、熱源設備の生産するエネルギーを目標値に収斂させるシミュレーションシステムについて記載されている。

特開平８−２００１５５号公報 特許第４５６４５９４号公報

工場などへのコジェネレーションシステムの導入に関して、需要に応じた電力および熱の最適な供給量を考慮する必要があるが、これらを考慮した適切な発電設備を選定する明確な手法は提供されてこなかった。また、特許文献１、特許文献２にも需要に応じた発電設備の選定については開示が無い。

そこでこの発明は、上述した課題を解決し、機器選定システム、機器選定方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の態様に従えば、コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得する需要情報取得部と、前記コジェネレーションシステムに設けられ、前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得する性能情報取得部と、前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出する計算部と、前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する機器選択部と、を備える機器選定システムが提供される。

本発明の態様に従えば、コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得し、前記コジェネレーションシステムに設けられ、前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得し、前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出し、前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する、機器選定方法が提供される。

本発明の態様に従えば、機器選定システムのコンピュータを、コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得する手段、前記コジェネレーションシステムに設けられた前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得する手段、前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出する手段、前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する手段、として機能させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、コジェネレーションシステムの導入に際して最適な機器を選定することができる。

本発明の第一の実施形態によるコジェネレーションシステムの概略図である。 本発明の第一の実施形態による機器選定システムのブロック図である。 本発明の第一の実施形態による電力および熱の需要特性情報の一例である。 本発明の第一の実施形態によるコジェネレーション機器の性能情報の一例である。 本発明の第一の実施形態による機器選定システムの処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態による機器選定システムのブロック図である。 本発明の第二の実施形態による電力および熱の需要特性の一例である。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態による機器選定システムを図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態によるコジェネレーションシステムの概略図である。
コジェネレーションシステムは、コジェネレーション機器１（以下、コジェネ機器と称する）、系統電源２、ボイラ３、機器４、機器５を含んでいる。コジェネ機器１は、例えばガスタービンやガスエンジンなどである。コジェネ機器１は、電力を発電し、発電した電力を電力の供給先となる機器４へ供給する。また、コジェネ機器１は、電力の発電時に排出した熱を熱の供給先である機器５へ供給する。機器４および機器５は、例えば工場６などに設けられている。
系統電源２は、例えば発電所などの電力を生成する設備である。機器４による電力需要がコジェネ機器１から供給される電力を上回る場合、系統電源２は、機器４へ不足分の電力を供給する。
ボイラ３は、熱を生成する設備である。機器５による熱需要がコジェネ機器１の供給する熱を上回る場合、ボイラ３は、機器５へ不足分の熱を供給する。

機器４の電力需要、機器５の熱需要、どの程度コジェネ機器１に電力および熱の需要を負担させるかによって、どのコジェネ機器１をコジェネレーションシステムに導入するかは異なってくる。本実施形態による機器選定システムは、コジェネ機器１、系統電源２、ボイラ３の稼働に要するコストをコジェネ機器１の稼働率ｘの関数で表し、収束計算により熱や電力の需要を考慮しつつコストを最小にする稼働率を計算する。

図２は、本発明の第一の実施形態による機器選定システムのブロック図である。
図２に示す通り、機器選定システム１０は、入力受付部１１、需要情報取得部１２、性能情報取得部１３、稼働率決定部１４、計算部１５、機器選択部１６、出力部１７、記憶部１８を備えている。機器選定システム１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバ装置である。機器選定システム１０は、ディスプレイ、キーボード、マウスなどと接続されている。

入力受付部１１は、ユーザが不図示のキーボードやマウスなどを用いて行った操作の操作情報を受け付ける。
需要情報取得部１２は、コジェネ機器１から電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備（設備４）による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備（設備５）による熱の需要特性情報と、を取得する。
性能情報取得部１３は、第一設備に電力を供給しつつ第二設備に熱を供給するコジェネ機器１の稼働率に応じた性能情報を取得する。
稼働率決定部１４は、入力受付部１１が受け付けた稼働率の決定に必要な情報に基づいて、コジェネ機器１の稼働率の初期値を決定する。
計算部１５は、稼働率決定部１４が決定した稼働率の初期値を用いて、コジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報と、第一設備による電力の需要特性情報と、第二設備による熱の需要特性情報と、に基づいて、第一設備への電力の供給および第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算する。計算部１５は、その計算において稼働率を初期値から微小変化させつつ負担量の最小値を収束計算する。
機器選択部１６は、負担量が最小となるコジェネ機器１を選択する。
出力部１７は、ユーザに必要な種々の情報をディスプレイに出力する。
記憶部１８は、コジェネ機器１が電力を供給する機器４の電力需要を示す電力の需要特性情報、コジェネ機器１が熱を供給する機器５の熱需要を示す熱の需要特性情報、コジェネ機器１の性能情報など種々の情報を記憶している。
これら、入力受付部１１、需要情報取得部１２、性能情報取得部１３、稼働率決定部１４、計算部１５、機器選択部１６、出力部１７は、機器選定システム１０の備えるＣＰＵが記憶部１８からプログラムを読み出し実行することで備わる機能である。

図３は、本発明の第一の実施形態による電力および熱の需要特性情報の一例である。
図３（ａ）は、コジェネ機器１が電力を供給する機器４の電力需要を示す電力の需要特性情報の一例である。図３（ａ）の縦軸は電力の需要量、横軸は時間である。図３（ａ）は、例えば、１日における電力需要の変動を示している。グラフ２Ａは、コジェネ機器１によって供給される電力の大きさを示す。もし、コジェネ機器１がグラフ２Ａの示す大きさの電力を供給し続けるとすると、時刻ＴＡ１においては、コジェネ機器１によって供給される電力だけでは不足し、時刻ＴＡ２においては、コジェネ機器１によって供給される電力は余ることになる。時刻ＴＡ１においては不足分を系統電源２から供給し、時刻ＴＡ２においては余った電力を捨てたり、蓄電設備があれば蓄電したり、または売却する運用を行う。

図３（ｂ）は、コジェネ機器１が熱を供給する機器５の熱需要を示す熱需要特性の一例である。図３（ｂ）の縦軸は熱の需要量、横軸は時間である。図３（ｂ）は、例えば、１日における熱需要の変動を示している。グラフ２Ｂは、コジェネ機器１によって供給される熱の大きさを示す。もし、コジェネ機器１がグラフ２Ｂの示す大きさの熱を供給し続けるとすると、時刻ＴＢ１においては、コジェネ機器１によって供給される熱だけでは不足し、時刻ＴＢ２においては、コジェネ機器１によって供給される熱は余ることになる。時刻ＴＢ１においてはボイラ３を稼働して熱を供給し、時刻ＴＢ２においては余った熱を捨てる運用を行う。
記憶部１８は、図３（ａ）、図３（ｂ）で例示した電力および熱の需要特性情報（需要特性を示す曲線や関数）を例えば１５年分記憶している。後述するように計算部１５は、電力と熱の需要に応じてコジェネ機器選定のための計算を行う。

図４は、本発明の第一の実施形態によるコジェネレーション機器の性能特性の一例である。
図４（ａ）は、コジェネ機器１が出力する電力および熱の出力効率の特性を示している。図４（ａ）の縦軸は効率、横軸は稼働率である。
グラフ３１は、コジェネ機器１の稼働率に応じた熱の出力効率を示している。図が示すようにコジェネ機器１による熱の出力効率は、コジェネ機器１の稼働率が高くなるにつれ上昇する。
グラフ３２は、コジェネ機器１の稼働率に応じた電力の出力効率を示している。図が示すようにコジェネ機器１による電力の出力効率は、コジェネ機器１の稼働率に関わらずほぼ一定である。より正確には、稼働率が高くなるにつれ若干低下する傾向がある。

図４（ｂ）は、コジェネ機器１の全出力と稼働率との関係（燃料効率）を示している。図４（ｂ）の縦軸は出力、横軸は稼働率である。
グラフ３３は、コジェネ機器１の稼働率に応じたコジェネ機器１の全出力（電力出力と熱出力の和）を示している。図が示すようにコジェネ機器１の出力は、コジェネ機器１の稼働率が高くなるにつれ上昇する。
記憶部１８は、複数のコジェネ機器１のそれぞれについて定められた図４（ａ）、図４（ｂ）で例示した電力および熱の出力効率とコジェネ機器１の稼働率の関数（グラフ３１やグラフ３２）、コジェネ機器１の全出力と稼働率の関数（グラフ３３）を記憶している。これら複数のコジェネ機器１とは、コジェネレーションシステムへ導入する候補となるコジェネ機器１である。

ここで、コジェネ機器１が出力する熱の出力は、以下の式で表すことができる。
Ｗ_{heat_cogene}（ｘ） ＝ Ｗ_fuel（ｘ） × η_{heat_cogene}（ｘ） ・・・・（１）
Ｗ_{heat_cogene}（ｘ）はコジェネ機器１が出力する熱、Ｗ_fuel（ｘ）はコジェネ機器１の全出力、η_{heat_cogene}（ｘ）は熱の出力効率である。Ｗ_fuel（ｘ）はグラフ３３によって、η_{heat_cogene}（ｘ）はグラフ３１によって求めることができる。

また、コジェネ機器１が出力する電力は、以下の式で表すことができる。
Ｗ_{elec_cogene}（ｘ） ＝ Ｗ_fuel（ｘ） × η_{elec_cogene}（ｘ） ・・・・（２）
Ｗ_{elec_cogene}（ｘ）はコジェネ機器１が出力する電力、Ｗ_fuel（ｘ）はコジェネ機器１の全出力、η_{elec_cogene}（ｘ）は電力の出力効率である。Ｗ_fuel（ｘ）はグラフ３３によって、η_{elec_cogene}（ｘ）はグラフ３２によって求めることができる。
式（１）、式（２）により、コジェネ機器１が出力する電力および熱は、コジェネ機器１の稼働率の関数で表すことができることがわかる。これらの式と図３で例示した電力および熱の需要特性から、あるコジェネ機器１について、電力または熱の需要を満たすような稼働率ｘを求めることができる。例えば、式（２）の左辺に図３（ａ）が示すある１時間における電力の需要量を代入することで、その１時間の電力需要を満たすコジェネ機器１の稼働率を求めることができる。また、求めた稼働率を式（１）に代入することで、その１時間においてコジェネ機器１が出力する熱を計算することができる。また計算したコジェネ機器１による熱の出力と図３（ｂ）が示す当該１時間における熱の需要量とを比較すれば熱の需要量を過不足なく満たすかどうかを判定することができる。このように電力の需要をまかなうようにコジェネ機器１の稼働率を決定する方式を「電主」という。
一方、式（１）の左辺に図３（ｂ）が示すある１時間における熱の需要量を代入して、その１時間における熱の需要量を過不足なく満たすようなコジェネ機器１の稼働率を決定する方式を「熱主」という。

一般に、発電機器の熱の出力効率（η_{heat_cogene}（ｘ））は、電力の出力効率（η_{elec_cogene}（ｘ））に比べ高いことが多い（例えば、熱の出力効率が５０％、電力の出力効率が３０％など）。従って電主によって稼働率を決定すると熱が余る傾向にあり、逆に熱主によって稼働率を決定すると電力が不足する傾向がある。不足した電力は例えば電源系統２から供給して補う。このときのコストは、コジェネ機器１の稼働に必要な燃料のコストと電源系統２から供給した分の電気料金の和となる。一方、コジェネ機器１による熱の出力量が熱の需要量を下回る場合、足りない分はボイラ３を稼働させることで補う。このときのコストは、コジェネ機器１の稼働に必要な燃料のコストとボイラ３の稼働に必要な燃料のコストの和となる。このようにコジェネレーションシステムに導入するコジェネ機器１を選定する際に、例えばコストがなるべく低くなるようなコジェネ機器１を選定するのであれば、コジェネ機器１に関するコストだけではなく、電源系統２から購入する電力のコストやボイラ３のコストなどを考慮する必要がある。
次に図５のフローチャートを用いて、コジェネ機器１の選定処理の一例について説明する。

図５は、本発明の第一の実施形態による機器選定システムの処理の一例を示すフローチャートである。
前提として記憶部１８には、電力の供給先である機器４の１５年分の電力の需要特性情報、熱の供給先である機器５の１５年分の熱の需要特性情報、導入候補となる複数の発電設備の稼働率に応じた電力効率、稼働率に応じた熱効率、稼働率に応じた出力を規定するテーブルや関数などが格納されているものとする。また、最もコストを低減できるコジェネ機器１を選定する場合を例に説明を行う。
まず、機器選定システム１０に対してユーザが機器選定処理の開始指示操作を行う。すると入力受付部１１がその指示操作を受け付け、機器選定処理を開始する。まず、出力部１７がユーザにコジェネ機器１の稼働率の決定に必要な情報の入力を促す表示を出力する。例えば、出力部１７が「電主」、「熱主」、「電主と熱主の平均」、「電主の７０％」などの選択肢を提示してユーザがその中から選択してもよい。ユーザが稼働率の初期値を決定できる情報を入力すると、入力受付部１１がその入力を受け付ける（ステップＳ１）。入力受付部１１は、受け付けた情報を稼働率決定部１４へ出力する。
次に需要情報取得部１２が所定期間（１５年分）にわたる熱の需要特性情報、電力の需要特性情報を記憶部１８から読み出して取得する（ステップＳ２）。次に性能情報取得部１３がコジェネ機器１の性能情報（稼働率に応じた電力の出力効率、稼働率に応じた熱の出力効率、稼働率に応じた全出力）を記憶部１８から読み出して取得する（ステップＳ３）。

次に稼働率決定部１４は、１５年分の電力および熱の需要特性情報のうち最初の１時間における電力および熱の需要量の情報を抽出して取得する（ステップＳ４）。ここで取得したある１時間（hour_1）における熱の需要量をＷ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）、電力の需要量をＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）とする。

次に稼働率決定部１４は、稼働率を決定する（ステップＳ５）。例えば、ユーザが「電主」を選択した場合、稼働率決定部１４は、式（２）の左辺にＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）を代入し、稼働率ｘを決定する。また、例えば、ユーザが「熱主」を選択した場合、稼働率決定部１４は、式（１）の左辺にＷ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）を代入し、稼働率ｘを決定する。また、例えば、ユーザが「電主と熱主の平均」を選択した場合、稼働率決定部１４は、式（２）の左辺にＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）を代入して計算した稼働率ｘ１と式（１）の左辺にＷ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）を代入して計算した稼働率ｘ２の平均値を計算し、その平均値を稼働率ｘに決定する。また、例えば、ユーザが「電主の７０％」を選択した場合、稼働率決定部１４は、式（２）の左辺にＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）×０．７を代入し、稼働率ｘを決定（仮決定）する。稼働率決定部１４は、決定した稼働率ｘを計算部１５に出力する。「電主の７０％」の選択肢は、上述のように一般的に熱効率の方が高く電主によって稼働率を決定すると熱が余る場合が多く、その熱が無駄になってしまうことから、小規模なコジェネ機器を導入して電力の足りない分を系統電源２から補う運用を行う場合を想定した選択肢である。なお、「７０％」は一例であり、ステップＳ１で機器４による電力需要量および機器５による熱需要量に応じて異なった値を設定できるようにしてもよい。なお、このステップＳ５における稼働率ｘの決定とは、稼働率の仮決定である。後述するように、本実施形態では、仮決定した稼働率ｘを初期値として、稼働率をΔｘずつ繰り返し変化させ、最終的にコストを最小にすることができる稼働率及びそのときの最小コストを求める。

次に、計算部１５がコジェネ機器１を稼働率ｘで稼働した場合のコストを算出する。まず、計算部１５は、熱供給の計算を行う（ステップＳ６）。具体的には、計算部１５は、Ｗ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）と式（１）によって求めたＷ_{heat_cogene}（ｘ）とを比較する。Ｗ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）≦Ｗ_{heat_cogene}（ｘ）の場合、コジェネ機器１による排熱で機器４による熱の需要をまかなうことができるので、計算部１５はボイラ３の稼働は必要ないと判定する。Ｗ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）＞Ｗ_{heat_cogene}（ｘ）の場合、コジェネ機器１による排熱では機器４による熱の需要をまかなうことができないので、計算部１５はボイラ３の稼働が必要であると判定する。また、この場合、計算部１５は、ボイラ３による熱の出力量（Ｗ_boiler）を以下の式で計算する。
Ｗ_boiler ＝ Ｗ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）−Ｗ_{heat_cogene}（ｘ）・・・（３）

次に、計算部１５は、電力供給の計算を行う（ステップＳ７）。具体的には、計算部１５は、Ｗ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）と式（２）によって求めたＷ_{elec_cogene}（ｘ）とを比較する。Ｗ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）≦Ｗ_{elec_cogene}（ｘ）の場合、コジェネ機器１による電力で機器５による電力の需要をまかなうことができるので、計算部１５は電力系統２から電力を供給する必要はないと判定する。Ｗ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）＞Ｗ_{elec_cogene}（ｘ）の場合、コジェネ機器１による電力では機器５による電力の需要をまかなうことができないので、計算部１５は電力系統２からの電力の供給が必要であると判定する。また、計算部１５は、電力系統２から供給する電力（Ｗ_系統）を以下の式で計算する。
Ｗ_系統 ＝ Ｗ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）−Ｗ_{elec_cogene}（ｘ）・・・（４）

次に、計算部１５は、１時間当たりのコストの計算を行う（ステップＳ８）。コストの計算は稼働率ｘの関数として与えられ、例えば以下の式で行うことができる。
１時間当たりのコスト ＝ コジェネ機器稼働のための燃料コスト（ｘ）＋ ボイラ３の稼働のための燃料コスト（ｘ）＋ 系統電力コスト − 売電収入 ・・・（５）
ボイラ３の稼働が必要ない場合は、「ボイラ３の稼働のための燃料コスト（ｘ）」の項は０である。また、系統電源２から電力を購入する必要が無い場合は、「系統電力コスト」の項は０である。また、コジェネ機器１による発電電力が余る場合であっても、その電力を売却できない場合は、「売電収入」の項は０である。
記憶部１８は、式（５）で例示した１時間当たりのコスト算出用の稼働率ｘの関数ｆ_Ａ（ｘ）を記憶しており、計算部１５は、式（５）で例示したコスト算出用の関数ｆ_Ａ（ｘ）を記憶部１８より読み出す。なお、関数ｆ_Ａ（ｘ）は、ｘの非線形関数として与えられることがわかっている。

次に、計算部１５は、関数ｆ_Ａ（ｘ）に稼働率ｘを代入して、稼働率ｘでの１時間当たりのコストを算出する。次に計算部１５は、計算した１時間当たりのコストが最小かどうかを判定する（ステップＳ９）。コストが最小とは、稼働率ｘの値を微小変化させたときに収束する最小の値のことである。例えば、計算部１５は、前回計算したコストと今回計算したコストとの差が所定の範囲内であれば、稼働率ｘ付近でのコストの値が収束し、計算した１時間当たりのコストが最小であると判定する。計算部１５は、前回計算したコストと今回計算したコストとの乖離が所定の値以上であれば、計算した１時間当たりのコストが最小ではないと判定する。また、例えば、１回目の計算（稼働率ｘを関数ｆ_Ａ（ｘ）に代入して求めた１時間当たりのコスト）では、求めたコストが最小かどうか不明なので、計算部１５は、計算した１時間当たりのコストが最小ではないと判定する。つまり、計算部１５は、仮決定した稼働率ｘの値を変化させて、稼働率ｘに近い稼働率においてコストが最小となるときの稼働率ｘ＋Δｘを求める。

計算した１時間当たりのコストが最小ではないと判定した場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、計算部１５は、稼働率ｘを修正する（ステップＳ１０）。例えば、計算部１５は、稼働率ｘを微小変化させて稼働率をｘ＋Δｘとする。あるいは、計算部１５は、例えば、稼働率ｘ＝１００（％）の場合、稼働率をｘ−Δｘとする。そして、計算部１５は、ステップＳ６からの処理を再度行う。

このようにして、稼働率を微小変化させながら1時間当たりのコストを複数回計算し、計算したコストが最小の値に収束すると、計算部１５は、仮決定した稼働率ｘに近い稼働率における１時間当たりの最小コストが計算できたと判定する。計算した１時間当たりのコストが最小であると判定すると（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、計算部１５は、例えば前回と今回の最小コストのうち小さい方を最小コスト、そのときの稼働率ｘ＋Δｘを求めるべき稼働率として決定し、最小コストと稼働率を記憶部１８に記録する（ステップＳ１１）。なお、所定の回数計算を繰り返してもコストが収束しない場合、現在計算対象としているコジェネ機器１については、ステップＳ１で入力した条件における最小コストなしとして、再度、ユーザに条件の入力を求めてもよい。あるいは、ステップＳ５で決定した稼働率を所定の値（Δｘより大きな値）だけ変化させ、ステップＳ５以降の処理を繰り返してもよい。

次に、計算部１５は、未計算期間が存在するか否かを判定する（ステップＳ１２）。例えば、最小コストの計算を開始して１回目のときは、１５年分の最初の１時間分の計算を行っただけであるので計算部１５は、未計算期間が存在すると判定する。未計算期間が存在する場合、需要情報取得部１２は、次の１時間の熱および電力の需要情報を取得する（ステップＳ４）。そして機器選定システム１０は、ステップＳ４からステップＳ１１の処理を繰り返す。１５年間の全てについて１時間ごとに最小コストと最小コストを満たす稼働率ｘを計算し終えたら、計算部１５は所定期間（１５年間）における総コストを計算する（ステップＳ１３）。具体的には、計算部１５は、記憶部１８に記録した１時間ごとの最小コストを１５年分集計する。また、計算部１５は、最小コストを集計した値に現在計算対象としているコジェネ機器１の初期導入コストを加算して総コストとする。計算部１５は、コジェネ機器１の識別情報と計算した総コストを対応付けて記憶部１８に記録する。

次に計算部１５は、未計算コジェネ機器が存在するか否かを判定する（ステップＳ１４）。未計算コジェネ機器とは、ステップＳ１３での総コストの計算を行っていないコジェネ機器１のことである。未計算コジェネ機器が存在する場合、次に計算対象とするコジェネ機器１を選択し、そのコジェネ機器１の性能情報を読み出してステップＳ３からの処理を繰り返す。このようにして計算部１５は、全てのコジェネ機器１の総コストを計算し、コジェネ機器１の識別情報と総コストを対応付けて記憶部１８に記録する。

全てのコジェネ機器１について総コストを記録すると、計算部１５は、機器選択部１６に総コストが最小となる機器のコジェネ機器１の選択を指示する。機器選択部１６は、記憶部１８からコジェネ機器１ごとの総コストを読み出して、総コストが最小となるコジェネ機器を選択する（ステップＳ１５）。機器選択部１６は、選択したコジェネ機器１の識別情報と総コストを出力部１７に出力する。出力部１７は、取得したコジェネ機器１の識別情報と総コストとを機器選定システム１０に接続されたディスプレイに出力する。なお、出力部１７は、選択したコジェネ機器１についての１時間ごとの稼働率を出力するようにしてもよい。

なお、ステップＳ８〜ステップ９における1時間当たりの最小コストの算出は、例えば、次のようにして行ってもよい。
例えば、計算部１５は、目標コストを取得して記憶部１８より読み出したコスト算出用の関数ｆ_Ａ（ｘ）と目標コストの交点を求める。換言すれば、コスト算出用の関数ｆ_Ａの値が目標コストとなる場合の以下の方程式の解ｘを求める。
目標コスト ＝ ｆ_Ａ（ｘ） ・・・（６）

ここで、目標コストは、例えば、当該１時間当たりのＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）の大きさに対応付けて予め記憶部１８に格納されていてもよい。あるいは、ユーザが任意に入力できる値であってもよい。
まず、計算部１５は式（６）の方程式がいくつの実数解を持つかを検討する。解の個数は、例えば判別式によって求めることができる。解の個数が０または複数の場合、計算部１５は目標コストの値を微小変化させ、解の個数が１となるように調整する。例えば、式（６）が２次方程式「ｙ＝ｘ^２＋ａｘ＋ｂ」である場合、解の個数が０であれば目標コストを上げ、解の個数が２であれば目標コストを下げるように調整すると解の個数を１とすることができる。解の個数が１となる調整後の目標コストは、当該１時間におけるステップＳ１で指定した稼働率における最小コストである。

次に計算部１５は、稼働率ｘを微小変化させてｘ＋Δｘとして（ステップＳ１０）、ステップＳ６からのコスト計算を再度行う。今回の計算においても解の個数が１となるような調整を行い、稼働率ｘ＋Δｘにおける最小コストを求める。ここで、前回計算した最小コスト（解が1個になるような調整後の目標コスト）と今回計算した最小コストとの乖離が所定の範囲内に収束すれば、例えば前回と今回の最小コストのうち小さい方を最終的な最小コスト、そのときの解ｘ´を最小コストとなる稼働率ｘとして決定し、最小コストと稼働率ｘを記憶部１８に記録する（ステップＳ１１）。計算部１５は、最小コストが決定するまでΔｘを微小変化させて続けて計算を繰り返し行う。

本実施形態によれば、ユーザは、電主、熱主などの運転形態を指定するだけで、指定した運転形態で稼働させた場合における電力および熱の需要を満たすことのできる最小コストのコジェネ機器１を選定することができる。また、ユーザは、選定したコジェネ機器１を総コストが最小となるように稼働させた場合の稼働パターン（例えば１時間ごとの稼働率）を把握することができる。

なお、図５のフローチャートでは、コストが最小となるようなコジェネ機器１の選択方法を例に説明を行ったがコストに代えて入力するエネルギーや環境負荷を最小にすることができるコジェネ機器１を選択するようにしてもよい。
入力エネルギーは、発電機器の稼働に必要な燃料のエネルギーの量、系統電源２から供給する電力の生産に要するエネルギーの量、ボイラ３の稼働に必要な燃料のエネルギーの和である。稼働率ｘからコジェネ機器１に必要な燃料を算出することができる。また、式（３）によってボイラ３の出力を計算すると、その出力に対応する燃料の消費量を求めることができる。同様に式（４）から系統電源２から供給する電力を算出すると、その出力に対応する燃料の消費量を求めることができる。さらにコジェネ機器１などに必要な燃料消費量を求めることにより、コジェネ機器１などに必要な入力エネルギーは、それぞれの燃料消費量をエネルギー換算することで求めることができる。記憶部１８は、これらコジェネ機器１などの燃料消費量と入力エネルギーの換算テーブルや１時間当たりの入力エネルギーを求める稼働率ｘの非線形関数ｆ_Ｂを記憶しているものとする。計算部１５は、この関数ｆ_Ｂを用いて１時間ごとの入力エネルギーを計算し、所定の目標入力エネルギー、稼働率ｘを微小変化させながら、入力エネルギーの最小値とそのときの稼働率ｘを求める。計算部１５は、この計算を１５年分繰り返し、ある一つのコジェネ機器１についての総入力エネルギーを計算する。また、計算部１５は、全てのコジェネ機器１について１５年分の総入力エネルギーを計算して、計算結果を記憶部１８に記録する。機器選択部１６は、総入力エネルギーが最小となるコジェネ機器１を選択する。これにより、ユーザは、コジェネ機器１の稼働に必要な燃料などを最小にするコジェネ機器１と稼働パターンを把握することができる。

また、機器選択部１６が環境負荷を最小にするコジェネ機器１を選択するように構成してもよい。環境負荷は、例えば、コジェネ機器１、系統電源２、ボイラ３が排出するＣＯ_２の排出量によって判定することができる。入力エネルギーの場合と同様に、コジェネ機器１の稼働率ｘを初期入力することにより、コジェネ機器１、系統電源２、ボイラ３の燃料消費量を計算することができる。さらに記憶部１８がそれぞれの燃料について燃料消費量とＣＯ_２排出量を換算するテーブルや１時間当たりのＣＯ_２排出量を求める稼働率ｘの非線形関数ｆ_Ｃを記憶しているものとする。計算部１５は、この関数ｆ_Ｃを用いて１時間ごとのＣＯ_２排出量を計算し、所定の目標ＣＯ_２排出量、稼働率ｘを微小変化させながら、ＣＯ_２排出量の最小値とそのときの稼働率ｘを求める。計算部１５は、この計算を１５年分繰り返し、ある一つのコジェネ機器１についての総ＣＯ_２排出量を計算する。また、計算部１５は、全てのコジェネ機器１について１５年分の総ＣＯ_２排出量を計算して、計算結果を記憶部１８に記録する。機器選択部１６は、総ＣＯ_２排出量が最小となるコジェネ機器１を選択する。これにより、ユーザは、コジェネ機器１の稼働によって生じるＣＯ_２排出量（環境負荷）を最小にするコジェネ機器１と稼働パターンを把握することができる。

＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態による機器選定システムを図６〜図７を参照して説明する。
図６は、本発明の第二の実施形態による機器選定システムのブロック図である。
図６で示すように、本実施形態による機器選定システム１０は、損失情報取得部１９を備えている。また、記憶部１８は、機器４へ供給する際の電力のロス、機器５へ供給する際の熱のロスを示す情報をさらに記憶している。第二の実施形態による機器選定システム１０のその他の構成は、第一の実施形態と同様である。
損失情報取得部１９は、記憶部１８が記憶する時間ごとの電力ロス情報および時間ごとの熱のロス情報を取得する。電力のロスとは、例えば機器４の待機電力である。また、熱のロスとは、コジェネ機器１から機器５へ熱を供給する配管などの設備で生じる。熱のロスには、例えば、配管からの放熱に伴い配管内蒸気が凝縮・ドレン化しスチームトラップから排出されるロス、スチープトラップにて捕捉されたドレンが排出される際に配管内蒸気が同時に漏洩するロス、蒸気配管、バルブ、フランジ等を含む配管系統に物理的損傷等があり、蒸気が漏洩するロスなどがある。

図７は、本発明の第二の実施形態による電力および熱の需要特性の一例である。
図７（ａ）のグラフ３４は、コジェネ機器１が電力を供給する機器４の電力需要と機器４における電力ロスの和を示している。グラフ３５は、機器４における電力ロスを示している。図７（ａ）の縦軸は電力の需要量と電力ロスの和、横軸は時間である。
図７（ｂ）のグラフ３６は、コジェネ機器１が電力を供給する機器５の熱需要と機器５における熱ロスの和を示すグラフの一例である。グラフ３７は、機器５における熱ロスを示している。図７（ｂ）の縦軸は熱の需要量と熱ロスの和、横軸は時間である。
記憶部１８は、図７（ａ）、７（ｂ）で例示した関数やそれらに対応するテーブルなどを記憶している。

本実施形態では、需要情報取得部１２が電力および熱の需要情報を記憶部１８から読み出す。また、損失情報取得部１９が電力および熱のロス情報を記憶部１８から読み出す。電力ロスをＷ_{elec_loss}（year,month,day,hour_1）、熱ロスをＷ_{heat_loss}（year,month,day,hour_1）とする。「電主」に基づいて初期稼働率ｘを求める場合、稼働率決定部１４は、Ｗ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）＋Ｗ_{elec_loss}（year,month,day,hour_1） ＝ Ｗ_{elec_cogene}（ｘ）より稼働率ｘを計算する。同様に「熱主」に基づいて初期稼働率ｘを求める場合、稼働率決定部１４は、Ｗ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）＋Ｗ_{heat_loss}（year,month,day,hour_1） ＝ Ｗ_{heat_cogene}（ｘ）より稼働率ｘを計算する。また、計算部１５は、式（３）においてＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）の代わりにＷ_{elec_demand}（year,month,day,hour_1）＋Ｗ_{elec_loss}（year,month,day,hour_1）を用いてＷ_系統を計算し、式（４）においてＷ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）の代わりにＷ_{heat_demand}（year,month,day,hour_1）＋Ｗ_{heat_loss}（year,month,day,hour_1）を用いてＷ_boilerを計算する。第二の実施形態では、計算部１５はこれらの値を用いて図５で例示したフローチャートと同様の機器選定処理を行う。

本実施形態によれば、電力ロスや熱ロスを考慮したコジェネ機器１の選定が可能になる。特に１５年の長期に渡ってコジェネ機器１を運用することを考えるとこれら電力や熱のロスを真の電力および熱の需要量に加えて計算することは有意義である。
また、電力ロスは、機器４によって異なる。１５年の間に機器４を新たな機器に交換するようなことがあれば交換後の電力ロスも変化する。例えば、１５年の間には待機電力が削減された機器と交換することが可能になるかもしれない。記憶部１８が新たな機器についての電力ロス情報を記憶していれば、機器４の交換後に必要なより正確な電力に基づいてコジェネ機器１の選定を行うことができる。機器５の熱ロスについても同様である。また、熱ロスについては機器５の交換だけでなく、コジェネ機器１と機器５を結ぶ配管系等のメンテネンスによって熱ロスの低減を図ることができる。記憶部１８がメンテナンスの頻度やメンテナンス作業の内容に応じた熱ロス情報を記憶していれば、機器５の配管系等のメンテナンス計画を考慮した熱ロス分を含む熱需要に基づいてコジェネ機器１の選択を行うことができる。

なお、上述の機器選定システム１０は内部にコンピュータを有している。そして、上述した機器選定システム１０の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態の機器選定システム１０は、１台のコンピュータにより実現されてもよいし、２台以上のコンピュータを有線または無線で接続し、これら複数のコンピュータにより実現されてもよい。

１・・・コジェネ機器（コジェネレーション機器）
２・・・系統電源
３・・・ボイラ
４、５・・・機器
１０・・・機器選定システム
１１・・・入力受付部
１２・・・需要情報取得部
１３・・・性能情報取得部
１４・・・稼働率決定部
１５・・・計算部
１６・・・機器選択部
１７・・・出力部
１８・・・記憶部
１９・・・損失情報取得部

Claims (11)

1. コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得する需要情報取得部と、
   前記コジェネレーションシステムに設けられ、前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得する性能情報取得部と、
   前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出する計算部と、
   前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する機器選択部と、
   を備える機器選定システム。
2. 前記計算部は、所定の期間にわたって前記コジェネレーション機器を稼働した場合の前記負担量の最小値を算出し、
   前記機器選択部は、前記所定の期間における前記負担量の合計が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する、
   請求項１に記載の機器選定システム。
3. 前記負担量は、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要なコストであって、
   前記計算部は、前記コジェネレーション機器の燃料コストと、前記コジェネレーション機器による熱の供給量が前記熱の需要特性情報が示す熱の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による熱の供給に必要なコストと、前記コジェネレーション機器による電力の供給量が前記電力の需要特性情報が示す電力の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による電力の供給に必要なコストと、に基づいて前記コストを算出する、
   請求項１または請求項２に記載の機器選定システム。
4. 前記負担量は、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要なエネルギーであって、
   前記計算部は、前記コジェネレーション機器の燃料に対応するエネルギーと、前記コジェネレーション機器による熱の供給量が前記熱の需要特性情報が示す熱の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による熱の供給に必要なエネルギーと、前記コジェネレーション機器による電力の供給量が前記電力の需要特性情報が示す電力の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による発電に必要なエネルギーと、に基づいて前記エネルギーを算出する、
   請求項１または請求項２に記載の機器選定システム。
5. 前記負担量は、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給によって生じる環境負荷であって、
   前記計算部は、前記コジェネレーション機器の稼働によって生じる環境負荷と、前記コジェネレーション機器による熱の供給量が前記熱の需要特性情報が示す熱の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による熱の供給によって生じる環境負荷と、前記コジェネレーション機器による電力の供給量が前記電力の需要特性情報が示す電力の需要量を下回る場合の前記コジェネレーション機器以外の設備による発電によって生じる環境負荷と、に基づいて前記環境負荷を算出する、
   請求項１または請求項２に記載の機器選定システム。
6. 前記稼働率の初期値は、前記電力の需要特性情報が示す電力の需要量を過不足なく満たす稼働率と前記熱の需要特性情報が示す熱の需要量を過不足なく満たす稼働率とのうち少なくとも一方に基づく値である、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の機器選定システム。
7. 前記稼働率の初期値は、前記電力の需要特性情報が示す電力の需要量より所定の量だけ少ない需要量を満たす稼働率である、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の機器選定システム。
8. 前記計算部は、前記電力の需要特性情報が示す前記第一設備による電力の需要量に、前記第一設備による電力のロス分を加算した値を用いて前記負担量を計算する、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の機器選定システム。
9. 前記計算部は、前記熱の需要特性情報が示す前記第二設備による熱の需要量に、前記第二設備への熱の供給における熱のロス分を加算した値を用いて前記負担量を計算する、
   請求項１から請求項８の何れか１項に記載の機器選定システム。
10. コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得し、
    前記コジェネレーションシステムに設けられ、前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得し、
    前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出し、
    前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する、
    機器選定方法。
11. 機器選定システムのコンピュータを、
    コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第一設備による電力の需要特性情報と、前記コジェネレーションシステムから熱の供給を受ける一つまたは複数の機器からなる第二設備による熱の需要特性情報と、を取得する手段、
    前記コジェネレーションシステムに設けられた前記第一設備に電力を供給しつつ前記第二設備に熱を供給するコジェネレーション機器の稼働率に応じた性能情報を取得する手段、
    前記稼働率の初期値を取得し、当該取得した初期値に応じた前記コジェネレーション機器の性能情報と、前記電力の需要特性情報と、前記熱の需要特性情報と、に基づいて、前記第一設備への電力の供給および前記第二設備への熱の供給に必要な負担の負担量を計算し、前記稼働率を前記初期値から変化させつつ前記負担量の最小値を算出する手段、
    前記負担量が最小となる前記コジェネレーション機器を選択する手段、
    として機能させるためのプログラム。

Images