JP4564594B2 - 熱電設備のシミュレーションシステム - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電設備のシミュレーションシステムに関する。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に関する。
【０００２】
上述の如きシミュレーションシステムにおいては、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることが望ましい。目標値に近づけることができれば、運転の評価も正確に行うことができ、また、省エネルギーや環境負荷の低減のための計画を実践することが容易になるからである。一方、この種のシステムに関連するものとしては、例えば、次に列挙した特許文献１〜７に記載の如きものが知られている。
【０００３】
特許文献１の空調機シミュレーションシステムは、熱電機器を表現する模擬要素を個別に結合することでモデルを構築する。この個別の結合は各模擬要素の第２のセル群を互いに参照させる。したがって、モデルの構築には少なくとも各熱電機器の結合関係・結合順を判断できる専門的知識が必要であり、簡易にシミュレートを開始することができなかった。また、「外気湿球温度、送風量、コイル出入口空気温度」等の外部条件を与えて、構築したモデルの関数における互いの入出力関係に生じた変動を収束計算させている。したがって、実際に必要とされる熱負荷の目標値に合わせ、その運転条件を求めることは全く考慮されていない。
【０００４】
一方、特許文献２の熱電供給最適化システムでは、目的関数を設定し、設備制約や需給バランス制約を与えた上で最適化を図り、その結果として機器最適規模、最適運転パターン、潜在価格、エネルギー単価を求めている。したがって、ユーザーが介入して自由に機器の構成や運転状況を設定することができない。この点は遺伝的アルゴリズムを利用する特許文献３，４、コージェネレーションのコスト最小化に関する特許文献５、電主・熱主運転の判定に関する特許文献６、既存のエネルギ生成設備からの選択に関する特許文献７も同様である。
【０００５】
また、これら各特許文献のシステムでは、熱電機器間の定義が個別に設定されており、それらの定義は極めて複雑である。しかも、複合全エネルギーに相当する少なくとも２種類のエネルギー間には非線形関係が存在し、複数の複雑な機器間の関係の定義を全て充足させる運転条件を求めるプログラミングはさらに複雑となり現実的ではない。そして、これらを解消するために、一部の特許文献では、遺伝的アルゴリズム（特許文献３，４）や、２５，５０、７５％（特許文献５）等の段階的負荷率設定が用いられている。その結果、任意の負荷率に対応した運転条件の設定は不可能であり、実情に即した運転条件を求めることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】
特開２００６−２２６５７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２７７２１号公報
【特許文献３】
特開２００４−３１８８２４号公報
【特許文献４】
特開平１１−３９００４号公報
【特許文献５】
特開平８−２００１５５号公報
【特許文献６】
特開２００２−２９５３０８号公報
【特許文献７】
特開２００３−６７４５６号公報
【発明の概要】
発明が解決しようとする課題
［０００７］
かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、簡易に熱電設備の構築が可能であり、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることで負荷率を含む運転条件を実情に近づくように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を提供することにある。
課題を解決するための手段
【０００８】
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熱電設備のシミュレーションシステムであって、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、予め各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとを関連づけると共に運転条件部の操作により熱電機器を選択することでモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を少なくとも一つ含む各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられた熱電設備のシステム構成を自由に構築可能なシステム構築設定部と、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、前記演算部は、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。
［０００９］
上記構成によれば、システム構築設定部では予め各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとを関連づけられているので、熟練者でなくとも、熱電設備のシステム構成を自由に構築することができる。しかも、運転条件部の操作により熱電機器を選択することでモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を少なくとも一つ含む各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられる。そして、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まで当該熱電機器の負荷率の変更及び複合全エネルギーのバランス調整を繰り返す収斂計算を行う。例えば、ガスタービンコージェネを含む熱電設備で、電力の逆潮が生じないように目標供給電力に近づくように負荷率を変更させると、低圧蒸気量の変動に伴い、当該熱電設備に含まれる機器の内部消費電力も変動し、目標発電量自体が変動するため、上述した従来のシステムでは収斂させることができない。しかし、本発明では、「各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられている」ので、電力エネルギーバランスをとり、内部消費電力の差し引かれた外部への供給電力を目標値（内部消費のみの場合はゼロを含む）に収斂させることが可能となる。この例では、低圧蒸気と電力との相互作用に伴う問題を解消するために収斂計算を行っているが、他の２種類のエネルギーにおける相互作用の問題も同様に解決することができる。
［００１０］
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せ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。
［００１１］
前記各熱電機器は、少なくとも発電系、ボイラ系、冷水系、温水系、低冷水系及び給湯系として系統別に分類されており、選択されることにより、系列のバランス結果の負荷を分担する。これにより、システム構築が合理的になされることとなる。
［００１２］
前記システム構築設定部は同一機種、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、前記運転条件設定部の運転条件に従い各々を動作させることが可能である。これにより、各機器の合理的な選定と動作設定が可能である。
【００１３】
また、前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を熱負荷優先で運転した場合に、熱電設備又は利用設備で必要となる蒸気負荷を前記発電系機器の排熱ボイラから発生する蒸気量が越えないように収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率（各発電系の発電量）を設定してもよい。
【００１４】
前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を電力負荷優先で運転した場合に、前記発電系機器の発電機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収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率（各発電系の発電量）を設定してもよい。
【００１５】
前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と排温水投入型吸収冷凍機と他の冷水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記排温水投入型吸収冷凍機が製造する冷水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱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を計算し、この発生冷水熱量が前記冷水熱量に対して不足する場合に、不足する冷水熱量を前記他の冷水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の冷水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の冷水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、冷水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１６】
前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と温水回収熱交換器と他の温水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記温水回収熱交換器が製造する温水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱量で発生可能な温水回収熱交換器の発生温水熱量を計算し、この発生温水熱量が前記温水熱量に対して不足する場合に、不足する温水熱量を前記他の温水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の温水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の温水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、温水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１７】
前記低冷水系・冷水系・温水系・給湯系機器及び蒸気発生機器と発電系機器を備え、前記電力・ボイラの運転条件設定部に最低買電量制御の指定部を備え、電力会社からの購入電力が指定した最低買電量となるように収斂計算を行い、当該発電系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１８】
前記熱電機器が前記複合全エネルギーのいずれかの負荷に対する熱源機器を複数有し、各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を変更することで全体の熱収支を計算して再度各熱源機器の負荷率を算出し、全ての熱源機器の負荷率が１００％以下となるまで出口温度の変更を繰り返し行うようにしても構わない。係る場合、各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を当該負荷率が１００％となる温度に設定してもよい。
【００１９】
同構成によれば、出口温度設定に伴う問題を解消することが可能となる。特に、上述の収斂計算の前提として行われることで、熱電設備をより実情に即した運転可能な条件に設定することができる。
【００２０】
また、前記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に記録保存可能であることが望ましい。
【００２１】
前記供給エネルギーがさらに低冷水、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を含めてもよい。
【００２２】
熱電設備から排熱される熱を外部利用水に放熱し、又は空気から熱を採熱して温熱を作る空冷ヒートポンプ又は外部利用水から採熱で温熱を作る電動ヒートポンプシステムを含めてもよい。
【００２３】
また、本発明は、コンピュータに読み込まれることにより上述の各機構の実現するコンピュータプログラム及びこれを記憶した記憶媒体として実施することができる。
【００２４】
また、複数種の熱電機器と、前記供給エネルギーと、前記複合全エネルギーとを予め接続線で接続し関連づけたフロー図として熱電設備を表示し制御する表示制御部をさらに備え、そのフロー図において熱電機器が選択されることでその選択された熱電機器に対する前記関連づけに基づいて熱電設備のシステム構成を構築すると共に、選択された熱電機器及び前記接続線並びに関連づけられた複合全エネルギー及び供給エネルギーを識別可能に表示してもよい。
【００２５】
係る場合、前記選択された熱電機器の機器データは、ＤＢサーバから読み込んだ機器テンプレートファイル又はユーザーが修正した機器テンプレートファイルのいずれかを利用することで設定可能であるとよい。なお、機器データが入力されていない熱電機器を設定することも可能である。
【００２６】
識別可能に表示された熱電機器の内、熱電機器の機器データの設定が完了した熱電機器に設定変更完了の旨をさらに識別可能に表示するようにしても構わない。
【００２７】
さらに、前記演算部による前記収斂計算の完了を判定する計算判定部をさらに備え、前記熱電機器は熱源機器を含み、前記計算判定部は、前記運転条件設定部で設定した機器の能力が不足し前記収斂計算が完了しないと判定した場合に、前記収斂計算が完了するように前記運転条件設定部で設定した運転優先順位が最も低い熱源機器の台数を増加し、前記演算部が変更された熱源機器の台数に基づいて再度収斂計算を行うことが望ましい。熱源機器が多く設定されている場合は、優先順位に従って必要な台数で演算部が計算を行う。また、熱源機器の台数を増加した場合に、前記計算判定部はその増加した熱源機器の運転条件を少なくとも増加した熱源機器の種別と共に表示してもよい。
【００２８】
前記熱電設備で前記エネルギー負荷設定部に設定された電力負荷について、利用設備で使用される電力負荷のみであるか、利用設備及び熱電設備の両方で使用される電力負荷であるかを切替え選択してエネルギー評価できる設定部を有してもよい。また、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、利用設備及び熱電設備の両方で使用される蒸気負荷であるかを切り替え選択してエネルギー評価できる設定部を有してもよい。
【００２９】
前記運転条件において時間を指定し、表示された前記熱電機器、前記供給エネルギー及び前記複合全エネルギーのいずれかを選択することで、当該運転条件の指定時間における前記演算部の計算結果を表示してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
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の特徴によれば、簡易に熱電設備の構築が可能であり、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることで負荷率を含む運転条件を実情に近づくようにシミュレートするが可能となった。
【００３１】
すなわち、各構成機器の運転台数や負荷率等の運転条件を実態に合致するように再現させることができるようになった。これにより、供給エネルギーの消費量もより正確に再現でき、省エネルギーや環境負荷の評価・低減を簡易迅速に実践することが可能となった。また、これによって、環境負荷の小さな機器を合理的に選定することも可能となった。
【００３２】
さらに、電力コストやシステム構築設定部で設定された熱電機器への機器性能入力をデータベースから行うことで、熟練者でなくともこれらの設定を容易に行えるようになった。そして、各設定部へ設定された条件及びパラメータをケースファイルとして電子記録媒体に記録保存し、ネットワーク等で共有することにより、ユーザーに対する省エネルギーの合理的なコンサルティングが可能となった。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】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。
【図１ｂ】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。
【図１ｃ】（ａ），（ｂ）は熱電設備のフロー図の表示形態の一例を示す図である。
【図２ａ】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。
【図２ｂ】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。
【図２ｃ】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。
【図３】各設定部の設定手順を示すフロー図である。
【図４】熱電負荷データの一例を示す図である。
【図５】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。
【図６】電力負荷の切り替え選択を説明する模式図である。
【図７】昼間の発電・ボイラの運転条件の設定を示す図である。
【図８ａ】一般的ロジックフロー全体を示す図である。
【図８ｂ】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。
【図８ｃ】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。
【図８ｄ】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。
【図８ｅ】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。
【図９ａ】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。
【図９ｂ】図９ａと同条件での低圧蒸気バランスの一例を示すグラフである。
【図９ｃ】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。
【図９ｄ】逆潮電力、余剰蒸気なしとする収斂計算結果を示す図９ｂ相当図である。
【図１０ａ】年間電力バランスのグラフの一例である。
【図１０ｂ】年間低圧蒸気バランスのグラフの一例である。
【図１０ｃ】年間冷水バランスのグラフの一例である。
【図１１】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１２】図１１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。
【図１３】冷水系機器の負荷率計算のフロー図である。
【図１４】各冷水系機器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本発明の実施形態について、図１〜１４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。
【００３６】
【表１ａ】
【００３７】
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及びポンプ系機器Ｍ９００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Ｍ１００〜９００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。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を除いたものをいう。
【００３８】
【表１ｂ】
【００３９】
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。
【００４０】
【表１ｃ】
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
読込まれた各データ１００ａは、ユーザーが本システムの中で修正することが可能であり、例えば、吸収冷凍機の機器性能データ（成績係数、ＣＯＰ、Coefficient Of Performanceの略称、以下同様）が経年変化で劣化した場合には機器データを手動で性能に合わせて修正してシミュレーションを実施する。この修正したデータを本システムのユーザー専用の機器テンプレートファイル１０３ｂに蓄積して機器の経年変化によるエネルギー損失を定量的に評価することが可能となる。
【００４６】
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熱電機器のいずれかが部分負荷特性を含み、演算部７ｐは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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ユーザーが更なる省エネルギー対策手段の相談を受けたい場合には、ユーザーが作成したケースファイル等の個別データ１００ｂをＤＢサーバーの個別データ群１１０に保存する。このケースファイルを管理者端末３から読み込み、ケーススタディーを実施する。そのコンサルティングの結果であるケースファイルを個別データ群１１０に再度保存し、ユーザーは再びこれを参照する。コンサルタントとしての管理者端末３及びＤＢサーバー４の利用と本システムのユーザーが共通のシミュレーションツールで見える形で省エネルギー対策を実施することができる。
【００５０】
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及びターボ冷凍機Ｍ３５０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。
【００５１】
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、各設定部において読み込まれる各種データが記憶されてあり、電力料金等ＤＢ１０１、環境負荷ＤＢ１０２及び機器性能ＤＢ１０３を備えている。
【００５２】
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。ユーティリティーコストは供給エネルギーの使用量とエネルギーの価格を乗じて求められる。
【００５３】
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。
【００５４】
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９，１０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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、上述の外気温度、湿球温度は、温度データ設定部２４においても設定可能である。上述のエネルギー負荷設定部１０の外気温度及び湿球温度を利用するか、温度データ設定部２４を利用するかを選択可能である。これにより、設置場所が異なるケースの検討に外気温度、湿球温度を切り替えて迅速に検討することが可能となる。また、この温度データ設定部２４は、外気温度、湿球温度の他、河川水温度、海水温度等の設定を行う。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
図６に示すように、熱電設備Ｍで消費される電力量Ｅ１、利用設備Ｆで消費される電力量Ｅ２、発電系機器Ｍ１００の発電量Ｅａ（Ｅａ１〜３）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）、Ｅａ１＞Ｅ１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、Ｅａ２＞Ｅ１＋Ｅ２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、Ｅａ３＞Ｅ２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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以外（利用設備）の供給のみとする設定である。ガスタービン等回収蒸気の種類は低圧蒸気と設定する。
【００７３】
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。
【００７４】
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。電力コスト設定部２１ａは、電力契約種別、選択約款の附加種別及び消費電力量別によって定められた電力コストを設定する。
【００７５】
電力の契約種別は、高圧・特別高圧電力、季節別・時間帯別電力、時間帯別電力の契約種別からいずれかを選択して設定する。例えば高圧・特別高圧電力契約の場合、高圧・特別高圧電力契約の基本料金単価、契約電力、力率及び月別の従量料金を設定する。また、選択約款付加は、ピーク電力調整契約、予備電力契約、蓄熱調整契約、自家発補給電力及びアンシラリーサービスから選定約款を適宜選択し設定する。
【００７６】
また、燃料コスト設定部２１ｂは、化石燃料及びその他の燃料のコストを設定する。ガス料金は、ガス料金の基本料金について夏期、冬期別に定額基本料金、流量基本料金別に設定する項目及び月別に夏期従量料金及び冬期従量料金を設定する。また、油燃料料金欄には、重油、灯油、その他の油の各単価を月別に設定する。
【００７７】
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。本実施形態において、ガスタービン発電機、低圧ボイラ、吸収冷凍機、ターボ冷凍機を選択し、設定する。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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等における内部電力を示す。この内部電力が、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。
【００８２】
次に、フロー図上での熱電設備Ｍのシステム構築について説明する。
図１ａに示すように、フロー図の初期表示は、熱電機器等の各構成要素が薄く表示される。そして、例えば、低圧ボイラＭ２２０を選択すると、低圧ボイラＭ２２０の機器データの設定が開始される。この機器データの設定は、例えば機器性能ＤＢ１０３から読込み保存した機器データテンプレートファイル（機器性能データ）１０３ａを利用して行われる。また、ユーザーが適宜手動で修正し保存したユーザー専用の機器テンプレートファイル１０３ｂを利用して設定することも可能である。
【００８３】
そして、機器データが読み込まれた熱電機器は、図１ｃ（ａ）に示す如く初期表示より濃く表示され、他の熱電機器と識別可能に表示される。これにより、ユーザー自らがシステム構築の状況を視覚的に認識でき、簡単に確認することができる。なお、「識別可能」とは、読込が行われていない熱電機器と読込が行われた熱電機器とが表示画面上で視覚的に区別できる態様をいい、表示の濃淡の他、例えば同図（ｂ）に示す如く線の太さ、色の変更又は色及び濃淡双方を変更させても構わない。また、上記の設定において、直接機器データを入力して設定しても構わない。
【００８４】
選択した低圧ボイラＭ２２０は、受入エネルギーとして燃料Ｒ３と、製造エネルギーとして蒸気Ｓ２とを予め関連づけた接続線で接続してある。よって、低圧ボイラＭ２２０を選択することで、燃料Ｒ３及び蒸気Ｓ２をその選択に連動させ、接続線及びエネルギーも識別可能に表示される。また、低圧ボイラＭ２２０から蒸気Ｓ２が供給される低圧ヘッダＨ２も併せて識別可能に表示される。これにより、フロー上で視覚的にエネルギーの流れが把握することができる。そして、他の熱電機器を順次選択していくことで、熱電設備Ｍを構築する。なお、同種の熱電機器を複数台設定することも可能である。
【００８５】
ここで、機器データの読込を行った熱電機器において、シミュレーションを行うに際し、ユーザーが手動で設定する事項も存在するため、設定事項に漏れが生じている場合も想定され得る。そこで、表示制御部７０は、読込、設定が正常に完了した場合にその熱電機器に設定変更完了の旨を完了表示としてさらに識別可能に表示する。ここで、「完了表示」とは、識別可能に表示された熱電機器の内、正常に読込、設定が完了した熱電機器と、設定漏れ等が生じている熱電機器とをさらに識別可能に表示し、これらを区別し得る態様のものをいう。よって、設定漏れのある熱電機器を正常設定された熱電機器とは異なる態様で表示するもの（警告表示）も含む。完了表示としては、正常設定の熱電機器と他の熱電機器とを区別できる態様であればよく、表示の濃淡や線の太さの他、色の変更又は色及び濃淡双方を変更させても構わない。これにより、ユーザーに視覚的に警告を与えることができ、正常な設定完了に導くことができる。また、設定を修正した場合には、表示態様を変更して完了表示にしてもよい。なお、設定漏れの事項の重要度に応じて、さらに区別可能な態様にて表示させることも可能である。
【００８６】
また、図１ｃに示すように、機器データの読込が完了した熱電機器を選択することにより、表示制御部７０はその熱電機器の台数及び基本的能力をフロー図上に表示する。例えば、同図の如く、表示ウィンドゥ７１に設定された低圧ボイラＭ２２０の機種毎に設計能力、台数及びメーカー名を表示する。これらの情報により少なくとも熱電機器の設定状態がフロー上で簡単に確認できる。そして、システム構築が完了した熱電設備Ｍの各熱電機器は、運転条件設定部４０で運転条件が設定される。なお、フロー図や上記情報は、適宜出力し印刷することが可能である。
【００８７】
システム構築は上述のフロー図によるものに限られない。例えば、図示省略する初期画面において設定する機器の分類を選択し、機器の分類毎の選定画面において、機器を選定してもよい。例えば表１ｂに示す如き一覧から冷水系を選択すると共に吸収冷凍機を選択し、全メーカの製品名称、型番、燃料別等を記載した機種を全て表示させる。そして、メーカを選択し、機器名称、型番、能力等が表示された各種の機器を表示させる。次に、選択した機種の能力別に冷房能力（ＫＷ，ＵＲＳＴ）、ＣＯＰ等の機器選定に必要となる一覧表が表示され、機器の主要仕様、共通条件や備考等を確認し、機器を選択する。そして、選択した機器の機器データをダウンロードしファイルを保存し、システム構築設定部３０を介して設定を読み込む。この吸収冷凍機は冷水系に分類されているので、選定した機器は冷水系機器とみなされて、熱電設備Ｍが構築される。このように、各熱電機器が分類されているので、表１ａ，ｂに示す如き様々な熱電機器を備えた熱電設備であっても、機器性能ＤＢ１０３から読込むことで、容易に且つ自由に熱電設備を構築することができる。
【００８８】
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、低冷水系及び給湯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。
【００８９】
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。
【００９０】
【表２】
【００９１】
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外気温度＝吸気温度＋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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。また、変更した機器性能データを機器テンプレートファイル１０３ｂとして保存することができる。さらに、いつでも機器の主要仕様表を確認し機器データとすることができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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と設定する。ここではガスタービンが優先として設定する。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とし、最低買電量の設定を行わず全て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吸収冷凍機及び電動ターボ冷凍機とし、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。
【０１０９】
上述の如く作成した月別、日別及びパターン別の運転条件は複製可能であり、他の月の日別運転条件に上書きして、または必要なら一部変更し、運転条件を迅速に作成することができる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。時間帯別出力の一例として、図９ａ，ｃに電力バランス結果、図９ｂ，ｄに蒸気バランス結果を示す。
【０１１２】
また、図１０ａ〜ｃに年間電力バランス、年間低圧蒸気バランス、年間冷水バランスのグラフを示す。図１０ａ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及び熱電設備以外の電力消費量Ｅ４が月別にそれぞれ表示される。また、図１０ｂ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及び吸収冷凍機の蒸気消費量Ｂ３が表示される。これらのグラフから年間を通して逆潮電力Ｅ５及び余剰蒸気Ｂ４は生じていないことが分かる。
【０１１３】
時間帯別出力においては、上述の他、一次エネルギー／環境負荷／システムＣＯＰ等の出力が可能である。また、年間計算においては、上述の他、熱電機器（例えば発電系機器）の年間の運転時間、一次エネルギー／環境負荷集計、システムＣＯＰ／ＣＯ2排出原単位、最大値表、電力蒸気累積負荷曲線等の出力も可能である。なお、出力はこれらの例に限られず、様々な観点から出力を行うことができる。
【０１１４】
さらに、設定した運転条件において運転時間を指定し、フロー図に表示された熱電機器、供給エネルギー及び複合全エネルギーのいずれかを選択することで、表示制御部７０によりその指定した運転時間におけるシミュレーション結果を表示することも可能である。例えば、図７に示すように、運転条件設定部４０において、昼間、夜間の時間帯を１時間単位で設定し、その時間帯毎に熱電機器の優先順位を設定する。そして、１時間単位で設定した運転条件に従ってシミュレーションが行われる。従って、運転時間の指定により、その時間を含む特定時間帯におけるシミュレーション結果を容易に把握することできる。なお、本実施形態において、運転時間単位を１時間としているがあくまで一例に過ぎず、例えば３０分、１５分等適宜設定可能である。
【０１１５】
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８時〜９時を、熱主運転の場合は８月の１８時〜１９時を例示する。
【０１１６】
「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
【０１１７】
本例において、運転条件設定部４０では、予め第一優先が吸収冷凍機、第二優先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）。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＞必要流量であるので、吸収冷凍機は１台と決定される。また、ＣＯＰは冷却温度の補正を考慮して１．２８７と決定される。
【０１１８】
「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）。
【０１１９】
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）。
【０１２０】
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ＥＢ（Ｓ０７）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。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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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、吸収冷凍機Ｍ３１０を１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）。
【０１２３】
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、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）。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
ここで、図示省略するが、Ｓ３５ｃ〜Ｓ７１，Ｓ７３の初回のループのみＧＴコージェネが発電不足か否かを判定するＧ１≦Ｅａ−Ｗ１の場合、不足電力を購入して、計算は終了する。一方、Ｇ１＞Ｅａ−Ｗ１の場合、ＡＢＳ（Ｇ１−（Ｅａ−Ｗ１））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。
【０１２６】
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。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。
【０１２７】
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
【０１２８】
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）。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
次に、計算例をさらに詳述する。まず、電主運転では、第一優先を吸収冷凍機Ｍ３１０、第二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、吸収冷凍機Ｍ３０１の冷水最大送水量が必要流量より大であるので、吸収冷凍機を１台と決定する。次に、第一優先の吸収冷凍機Ｍ３１０の冷水製造量、電力消費量、蒸気消費量、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。
【０１３２】
次に、第一回目の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８時から９時の逆潮電力Ｅ５を見ると１６２ＫＷ逆潮している。これはＧ１＞Ｅａ−Ｗ１に相当する。発電機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負荷率を順次先述のＰmidと変更して収斂計算を行う。Ｇ１＜Ｅａ−Ｗである場合、収斂計算を完了する。
【０１３３】
次に、熱主運転でも吸収冷凍機の冷水最大送水量が必要流量より大であるので、吸収冷凍機を１台と決定する。ガスタービンを１００％負荷で運転すると、図９ｂの如くの１８時から１９時は余剰蒸気Ｂ４が０．８ｔ／ｈ発生している上述のＡＢＳ（Ｓ１−Ｓ２）≦αとなるようにガスタービン負荷率Ｐ１を求める。
【０１３４】
表３ａに、第一回のＧＴコージェネの発電量、負荷率等の計算結果を、表３ｂにこれに用いた計算式を示す。また、発電と蒸気バランスとの収斂計算を行った結果を表４に示す。表３ｂ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。
【０１３５】
【表３ａ】
【０１３６】
【表３ｂ】
【０１３７】
【表４】
【０１３８】
以上の説明は、図１ｂに示す熱電設備を例に説明したものであり、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。
【０１３９】
「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。
【０１４０】
「高圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３）」
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。
【０１４１】
「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）。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
ここで、図１１，１２を例に説明する。図１１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１２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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
「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。
【０１４８】
「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。
【０１４９】
図９ａ，ｂ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、８時から１０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、図９ｂは、電主で逆潮を許した場合の蒸気バランスシミュレーション結果である。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９ｂでは、１８時から２２時間帯で余剰蒸気が発生している。
【０１５０】
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９ｃ、ｄに示すように、全ての時間帯で逆潮電力、余剰蒸気が解消し０となる。
【０１５１】
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、吸収冷凍機の関連機器として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吸収冷凍機の蒸気量、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。吸収冷凍器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(例えば電動ターボ冷凍機)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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
ところで、冷水ＥＢ（Ｓ０１）、温水ＥＢ（Ｓ０２）では、Ｓ１４，Ｓ２４において出口温度均一との取り扱いを行った。しかし、経年劣化等により設定出口温度では機器性能を超える場合や、ＣＯＰの高い機器の活用等で、出口温度を低く設定した場合に出口温度が設定温度にできない場合が生じ、これらのエネルギーバランス過程が完結しない。そこで、図１４に示す機器構成において、図１３の処理をさらに冷水ＥＢ（Ｓ０１）、温水ＥＢ（Ｓ０２）で行うことで、実状に合致したエネルギーバランスのとれた機器の負荷率が設定される。
【０１５５】
図１４の熱電設備は、先の吸収冷凍機Ｍ３１０、温水熱交換機Ｍ４１０のような冷水系、温水系の機器ｍ００１、ｍ００２〜ｍ００ｎを複数台備えている。これらの機器は並列に接続され、出口の冷水又は温水が合流して「需要家」である冷水負荷Ｓ１又はバイパス流路ｍＢＰに送られ、それぞれ回収される。以下では、、表５に示す性能の３台の吸収冷凍機を用いて、表６の式と図１３のフローにより計算を行った過程を表７に表示する。なお、冷凍機器については、設計能力QikW、実際能力QAikW、設計温度差ΔTi℃、流量Fim3/hであるものとする。また、冷凍機出口温度Ti℃、需要家送り温度TF℃、需要家負荷熱量QLMJ/h、需要家温度差ΔTL℃、需要家戻り温度TR℃、需要家負荷流量FLm3/h 、バイパス流量FBPm3/h、冷凍機入口温度TR'℃、冷凍機負荷率LFi％、上限負荷率LHFi％、修正出口温度Ti'℃とする。
【０１５６】
【表５】
【０１５７】
【表６】
【０１５８】
まず、各冷水系機器の設計能力(Qi)と設計温度差(ΔTi)から流量(Fi)を求める（Ｓ９１、式６−１）。各冷水系機器の流量（Fi)と出口温度（Ti)から需要家送り温度(TF)を求める（Ｓ９２、式６−２）。需要家送り温度（TF)と負荷の温度差(ΔTL)から需要家からの戻り温度(TR)を求める（Ｓ９３、式６−３）。需要家の負荷熱量(QL)と温度差(ΔTL)から需要家の負荷流量(FL)を求める（Ｓ９４、式６−４）。需要家からの戻り温度(TR)、流量、バイパス流量(FBP)及びバイパス冷水温度(TF)から冷凍機入口温度(TR’)を求める(Ｓ９５ 、式６−５，６−６)。各冷水系機器の温度差(TR - Ti)と設計温度差(ΔTi)から負荷率(LFi)を求める(Ｓ９６ 、式６−７)。各冷凍機の負荷率(LFi)＜機器上限負荷率(LHFi)であるか否かを判断する（Ｓ９７）。上限負荷率を超える機器がある場合は、該当冷水系機器が上限負荷率(LHFi)で運転するとして出口温度を修正する(Ti )（Ｓ９８、式６−８）。そして、Ｓ９１〜Ｓ９７のフローを繰りかえし、全冷水系機器につき（各冷凍機の負荷率(LFi)≦機器上限負荷率(LHFi)）となっていれば、上記ルーチンを終了する。
【０１５９】
表７の例では、左端の欄が設定反復回数を示し、Ｓｔは設定、Ｃｒは修正を示す。これらの区分けに対し、ｍ００１〜００３に対応する列にそれぞれ冷凍機出口温度Ti℃、需要家送り温度TF℃が記入されている。また、ｍ００３の右側には、機器共通の各値が反復回数毎に表示されている。最初の設定（左端蘭０）では、機器ｍ００３が１０４．８％と１００％を超過するためこれを１００％とする出口温度５．５４℃に再設定し、１回目の繰り返し計算に入る。これが１０２．１％であるため、さらに１００％となる出口温度５．６５℃に再設定する。以下、この手順を繰り返し、５回目で１００％に到達し、終了している。なお、負荷率が１００％よりも下の任意の値となるように出口温度を再設定してもよいが、負荷率１００％以下となるように出口温度を再設定するのが取り扱い上便宜である。図１３のルーチンは図８ａ，ｂのルーチンに組み入れられ反復計算されるからである。
【０１６０】
【表７】
【０１６１】
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。
上記実施形態において、最低買電量を０ＫＷ（電力の逆潮が０となる状態）とし収斂計算を行った。しかし、低冷水系・冷水系・温水系・給湯系機器及び蒸気発生機器と発電系機器を備える熱電設備において最低買電量は適宜設定して行うことができる。例えば電力・ボイラの運転条件設定部４０に設けた最低買電量制御の指定部である最低買電量欄に買電電力を１００ＫＷと設定した場合、発電系機器の運転台数及び負荷率をパラメータとして電力会社からの購入電力が指定した最低買電量となるように収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の運転台数及び負荷率を設定する。この収斂計算は上記実施形態での収斂計算と異ならず、収斂させる買電電力が０ＫＷか１００ＫＷであるかの違いで発電量の数値が異なるだけである。上記シミュレーション計算の例では、総発電量８２７．３５ＫＷ、最低買電量０ＫＷであるので、８２７．３５ＫＷの数値を次の基点の判断値として、収斂計算をして買電電力が０ＫＷとなるように１００％負荷時の発電量１０００ＫＷから収斂計算をして低圧蒸気ボイラの負荷率とガスタービンの発熱量をバランスさせる。最低買電量が１００ＫＷであれば、８２７．３５−１００＝７２７．３５ＫＷを次の基点の判断値として同様に収斂計算をして買電電力が１００ＫＷになるようにバランスさせる。
【０１６２】
尖頭期買電量設定が入った状態で収斂計算を行っても、上述の収斂計算は全く異ならない。各時間帯でバランスをとった結果の尖頭時間帯の買電電力量が計算されて、コストの集計で電力単価が掛け算されるだけである。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
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、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。
【符号の説明】
【０１６４】
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
【０００１】
本発明は、熱電設備のシミュレーションシステムに関する。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に関する。
【０００２】
上述の如きシミュレーションシステムにおいては、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることが望ましい。目標値に近づけることができれば、運転の評価も正確に行うことができ、また、省エネルギーや環境負荷の低減のための計画を実践することが容易になるからである。一方、この種のシステムに関連するものとしては、例えば、次に列挙した特許文献１〜７に記載の如きものが知られている。
【０００３】
特許文献１の空調機シミュレーションシステムは、熱電機器を表現する模擬要素を個別に結合することでモデルを構築する。この個別の結合は各模擬要素の第２のセル群を互いに参照させる。したがって、モデルの構築には少なくとも各熱電機器の結合関係・結合順を判断できる専門的知識が必要であり、簡易にシミュレートを開始することができなかった。また、「外気湿球温度、送風量、コイル出入口空気温度」等の外部条件を与えて、構築したモデルの関数における互いの入出力関係に生じた変動を収束計算させている。したがって、実際に必要とされる熱負荷の目標値に合わせ、その運転条件を求めることは全く考慮されていない。
【０００４】
一方、特許文献２の熱電供給最適化システムでは、目的関数を設定し、設備制約や需給バランス制約を与えた上で最適化を図り、その結果として機器最適規模、最適運転パターン、潜在価格、エネルギー単価を求めている。したがって、ユーザーが介入して自由に機器の構成や運転状況を設定することができない。この点は遺伝的アルゴリズムを利用する特許文献３，４、コージェネレーションのコスト最小化に関する特許文献５、電主・熱主運転の判定に関する特許文献６、既存のエネルギ生成設備からの選択に関する特許文献７も同様である。
【０００５】
また、これら各特許文献のシステムでは、熱電機器間の定義が個別に設定されており、それらの定義は極めて複雑である。しかも、複合全エネルギーに相当する少なくとも２種類のエネルギー間には非線形関係が存在し、複数の複雑な機器間の関係の定義を全て充足させる運転条件を求めるプログラミングはさらに複雑となり現実的ではない。そして、これらを解消するために、一部の特許文献では、遺伝的アルゴリズム（特許文献３，４）や、２５，５０、７５％（特許文献５）等の段階的負荷率設定が用いられている。その結果、任意の負荷率に対応した運転条件の設定は不可能であり、実情に即した運転条件を求めることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】
特開２００６−２２６５７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２７７２１号公報
【特許文献３】
特開２００４−３１８８２４号公報
【特許文献４】
特開平１１−３９００４号公報
【特許文献５】
特開平８−２００１５５号公報
【特許文献６】
特開２００２−２９５３０８号公報
【特許文献７】
特開２００３−６７４５６号公報
【発明の概要】
発明が解決しようとする課題
［０００７］
かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、簡易に熱電設備の構築が可能であり、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることで負荷率を含む運転条件を実情に近づくように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を提供することにある。
課題を解決するための手段
【０００８】
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熱電設備のシミュレーションシステムであって、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、予め各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとを関連づけると共に運転条件部の操作により熱電機器を選択することでモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を少なくとも一つ含む各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられた熱電設備のシステム構成を自由に構築可能なシステム構築設定部と、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、前記演算部は、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。
［０００９］
上記構成によれば、システム構築設定部では予め各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとを関連づけられているので、熟練者でなくとも、熱電設備のシステム構成を自由に構築することができる。しかも、運転条件部の操作により熱電機器を選択することでモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を少なくとも一つ含む各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられる。そして、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まで当該熱電機器の負荷率の変更及び複合全エネルギーのバランス調整を繰り返す収斂計算を行う。例えば、ガスタービンコージェネを含む熱電設備で、電力の逆潮が生じないように目標供給電力に近づくように負荷率を変更させると、低圧蒸気量の変動に伴い、当該熱電設備に含まれる機器の内部消費電力も変動し、目標発電量自体が変動するため、上述した従来のシステムでは収斂させることができない。しかし、本発明では、「各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられている」ので、電力エネルギーバランスをとり、内部消費電力の差し引かれた外部への供給電力を目標値（内部消費のみの場合はゼロを含む）に収斂させることが可能となる。この例では、低圧蒸気と電力との相互作用に伴う問題を解消するために収斂計算を行っているが、他の２種類のエネルギーにおける相互作用の問題も同様に解決することができる。
［００１０］
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せ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。
［００１１］
前記各熱電機器は、少なくとも発電系、ボイラ系、冷水系、温水系、低冷水系及び給湯系として系統別に分類されており、選択されることにより、系列のバランス結果の負荷を分担する。これにより、システム構築が合理的になされることとなる。
［００１２］
前記システム構築設定部は同一機種、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、前記運転条件設定部の運転条件に従い各々を動作させることが可能である。これにより、各機器の合理的な選定と動作設定が可能である。
【００１３】
また、前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を熱負荷優先で運転した場合に、熱電設備又は利用設備で必要となる蒸気負荷を前記発電系機器の排熱ボイラから発生する蒸気量が越えないように収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率（各発電系の発電量）を設定してもよい。
【００１４】
前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を電力負荷優先で運転した場合に、前記発電系機器の発電機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収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率（各発電系の発電量）を設定してもよい。
【００１５】
前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と排温水投入型吸収冷凍機と他の冷水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記排温水投入型吸収冷凍機が製造する冷水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱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を計算し、この発生冷水熱量が前記冷水熱量に対して不足する場合に、不足する冷水熱量を前記他の冷水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の冷水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の冷水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、冷水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１６】
前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と温水回収熱交換器と他の温水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記温水回収熱交換器が製造する温水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱量で発生可能な温水回収熱交換器の発生温水熱量を計算し、この発生温水熱量が前記温水熱量に対して不足する場合に、不足する温水熱量を前記他の温水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の温水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の温水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、温水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１７】
前記低冷水系・冷水系・温水系・給湯系機器及び蒸気発生機器と発電系機器を備え、前記電力・ボイラの運転条件設定部に最低買電量制御の指定部を備え、電力会社からの購入電力が指定した最低買電量となるように収斂計算を行い、当該発電系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定してもよい。
【００１８】
前記熱電機器が前記複合全エネルギーのいずれかの負荷に対する熱源機器を複数有し、各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を変更することで全体の熱収支を計算して再度各熱源機器の負荷率を算出し、全ての熱源機器の負荷率が１００％以下となるまで出口温度の変更を繰り返し行うようにしても構わない。係る場合、各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を当該負荷率が１００％となる温度に設定してもよい。
【００１９】
同構成によれば、出口温度設定に伴う問題を解消することが可能となる。特に、上述の収斂計算の前提として行われることで、熱電設備をより実情に即した運転可能な条件に設定することができる。
【００２０】
また、前記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に記録保存可能であることが望ましい。
【００２１】
前記供給エネルギーがさらに低冷水、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を含めてもよい。
【００２２】
熱電設備から排熱される熱を外部利用水に放熱し、又は空気から熱を採熱して温熱を作る空冷ヒートポンプ又は外部利用水から採熱で温熱を作る電動ヒートポンプシステムを含めてもよい。
【００２３】
また、本発明は、コンピュータに読み込まれることにより上述の各機構の実現するコンピュータプログラム及びこれを記憶した記憶媒体として実施することができる。
【００２４】
また、複数種の熱電機器と、前記供給エネルギーと、前記複合全エネルギーとを予め接続線で接続し関連づけたフロー図として熱電設備を表示し制御する表示制御部をさらに備え、そのフロー図において熱電機器が選択されることでその選択された熱電機器に対する前記関連づけに基づいて熱電設備のシステム構成を構築すると共に、選択された熱電機器及び前記接続線並びに関連づけられた複合全エネルギー及び供給エネルギーを識別可能に表示してもよい。
【００２５】
係る場合、前記選択された熱電機器の機器データは、ＤＢサーバから読み込んだ機器テンプレートファイル又はユーザーが修正した機器テンプレートファイルのいずれかを利用することで設定可能であるとよい。なお、機器データが入力されていない熱電機器を設定することも可能である。
【００２６】
識別可能に表示された熱電機器の内、熱電機器の機器データの設定が完了した熱電機器に設定変更完了の旨をさらに識別可能に表示するようにしても構わない。
【００２７】
さらに、前記演算部による前記収斂計算の完了を判定する計算判定部をさらに備え、前記熱電機器は熱源機器を含み、前記計算判定部は、前記運転条件設定部で設定した機器の能力が不足し前記収斂計算が完了しないと判定した場合に、前記収斂計算が完了するように前記運転条件設定部で設定した運転優先順位が最も低い熱源機器の台数を増加し、前記演算部が変更された熱源機器の台数に基づいて再度収斂計算を行うことが望ましい。熱源機器が多く設定されている場合は、優先順位に従って必要な台数で演算部が計算を行う。また、熱源機器の台数を増加した場合に、前記計算判定部はその増加した熱源機器の運転条件を少なくとも増加した熱源機器の種別と共に表示してもよい。
【００２８】
前記熱電設備で前記エネルギー負荷設定部に設定された電力負荷について、利用設備で使用される電力負荷のみであるか、利用設備及び熱電設備の両方で使用される電力負荷であるかを切替え選択してエネルギー評価できる設定部を有してもよい。また、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、利用設備及び熱電設備の両方で使用される蒸気負荷であるかを切り替え選択してエネルギー評価できる設定部を有してもよい。
【００２９】
前記運転条件において時間を指定し、表示された前記熱電機器、前記供給エネルギー及び前記複合全エネルギーのいずれかを選択することで、当該運転条件の指定時間における前記演算部の計算結果を表示してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
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の特徴によれば、簡易に熱電設備の構築が可能であり、複合全エネルギーのいずれかを目標値に精度良く近づけることで負荷率を含む運転条件を実情に近づくようにシミュレートするが可能となった。
【００３１】
すなわち、各構成機器の運転台数や負荷率等の運転条件を実態に合致するように再現させることができるようになった。これにより、供給エネルギーの消費量もより正確に再現でき、省エネルギーや環境負荷の評価・低減を簡易迅速に実践することが可能となった。また、これによって、環境負荷の小さな機器を合理的に選定することも可能となった。
【００３２】
さらに、電力コストやシステム構築設定部で設定された熱電機器への機器性能入力をデータベースから行うことで、熟練者でなくともこれらの設定を容易に行えるようになった。そして、各設定部へ設定された条件及びパラメータをケースファイルとして電子記録媒体に記録保存し、ネットワーク等で共有することにより、ユーザーに対する省エネルギーの合理的なコンサルティングが可能となった。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】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。
【図１ｂ】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。
【図１ｃ】（ａ），（ｂ）は熱電設備のフロー図の表示形態の一例を示す図である。
【図２ａ】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。
【図２ｂ】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。
【図２ｃ】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。
【図３】各設定部の設定手順を示すフロー図である。
【図４】熱電負荷データの一例を示す図である。
【図５】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。
【図６】電力負荷の切り替え選択を説明する模式図である。
【図７】昼間の発電・ボイラの運転条件の設定を示す図である。
【図８ａ】一般的ロジックフロー全体を示す図である。
【図８ｂ】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。
【図８ｃ】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。
【図８ｄ】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。
【図８ｅ】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。
【図９ａ】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。
【図９ｂ】図９ａと同条件での低圧蒸気バランスの一例を示すグラフである。
【図９ｃ】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。
【図９ｄ】逆潮電力、余剰蒸気なしとする収斂計算結果を示す図９ｂ相当図である。
【図１０ａ】年間電力バランスのグラフの一例である。
【図１０ｂ】年間低圧蒸気バランスのグラフの一例である。
【図１０ｃ】年間冷水バランスのグラフの一例である。
【図１１】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１２】図１１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。
【図１３】冷水系機器の負荷率計算のフロー図である。
【図１４】各冷水系機器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本発明の実施形態について、図１〜１４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。
【００３６】
【表１ａ】
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及びポンプ系機器Ｍ９００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Ｍ１００〜９００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。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を除いたものをいう。
【００３８】
【表１ｂ】
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。
【００４０】
【表１ｃ】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
読込まれた各データ１００ａは、ユーザーが本システムの中で修正することが可能であり、例えば、吸収冷凍機の機器性能データ（成績係数、ＣＯＰ、Coefficient Of Performanceの略称、以下同様）が経年変化で劣化した場合には機器データを手動で性能に合わせて修正してシミュレーションを実施する。この修正したデータを本システムのユーザー専用の機器テンプレートファイル１０３ｂに蓄積して機器の経年変化によるエネルギー損失を定量的に評価することが可能となる。
【００４６】
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熱電機器のいずれかが部分負荷特性を含み、演算部７ｐは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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ユーザーが更なる省エネルギー対策手段の相談を受けたい場合には、ユーザーが作成したケースファイル等の個別データ１００ｂをＤＢサーバーの個別データ群１１０に保存する。このケースファイルを管理者端末３から読み込み、ケーススタディーを実施する。そのコンサルティングの結果であるケースファイルを個別データ群１１０に再度保存し、ユーザーは再びこれを参照する。コンサルタントとしての管理者端末３及びＤＢサーバー４の利用と本システムのユーザーが共通のシミュレーションツールで見える形で省エネルギー対策を実施することができる。
【００５０】
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及びターボ冷凍機Ｍ３５０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。
【００５１】
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、各設定部において読み込まれる各種データが記憶されてあり、電力料金等ＤＢ１０１、環境負荷ＤＢ１０２及び機器性能ＤＢ１０３を備えている。
【００５２】
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。ユーティリティーコストは供給エネルギーの使用量とエネルギーの価格を乗じて求められる。
【００５３】
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。
【００５４】
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９，１０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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、上述の外気温度、湿球温度は、温度データ設定部２４においても設定可能である。上述のエネルギー負荷設定部１０の外気温度及び湿球温度を利用するか、温度データ設定部２４を利用するかを選択可能である。これにより、設置場所が異なるケースの検討に外気温度、湿球温度を切り替えて迅速に検討することが可能となる。また、この温度データ設定部２４は、外気温度、湿球温度の他、河川水温度、海水温度等の設定を行う。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
図６に示すように、熱電設備Ｍで消費される電力量Ｅ１、利用設備Ｆで消費される電力量Ｅ２、発電系機器Ｍ１００の発電量Ｅａ（Ｅａ１〜３）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）、Ｅａ１＞Ｅ１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、Ｅａ２＞Ｅ１＋Ｅ２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、Ｅａ３＞Ｅ２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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以外（利用設備）の供給のみとする設定である。ガスタービン等回収蒸気の種類は低圧蒸気と設定する。
【００７３】
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。
【００７４】
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。電力コスト設定部２１ａは、電力契約種別、選択約款の附加種別及び消費電力量別によって定められた電力コストを設定する。
【００７５】
電力の契約種別は、高圧・特別高圧電力、季節別・時間帯別電力、時間帯別電力の契約種別からいずれかを選択して設定する。例えば高圧・特別高圧電力契約の場合、高圧・特別高圧電力契約の基本料金単価、契約電力、力率及び月別の従量料金を設定する。また、選択約款付加は、ピーク電力調整契約、予備電力契約、蓄熱調整契約、自家発補給電力及びアンシラリーサービスから選定約款を適宜選択し設定する。
【００７６】
また、燃料コスト設定部２１ｂは、化石燃料及びその他の燃料のコストを設定する。ガス料金は、ガス料金の基本料金について夏期、冬期別に定額基本料金、流量基本料金別に設定する項目及び月別に夏期従量料金及び冬期従量料金を設定する。また、油燃料料金欄には、重油、灯油、その他の油の各単価を月別に設定する。
【００７７】
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。本実施形態において、ガスタービン発電機、低圧ボイラ、吸収冷凍機、ターボ冷凍機を選択し、設定する。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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等における内部電力を示す。この内部電力が、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。
【００８２】
次に、フロー図上での熱電設備Ｍのシステム構築について説明する。
図１ａに示すように、フロー図の初期表示は、熱電機器等の各構成要素が薄く表示される。そして、例えば、低圧ボイラＭ２２０を選択すると、低圧ボイラＭ２２０の機器データの設定が開始される。この機器データの設定は、例えば機器性能ＤＢ１０３から読込み保存した機器データテンプレートファイル（機器性能データ）１０３ａを利用して行われる。また、ユーザーが適宜手動で修正し保存したユーザー専用の機器テンプレートファイル１０３ｂを利用して設定することも可能である。
【００８３】
そして、機器データが読み込まれた熱電機器は、図１ｃ（ａ）に示す如く初期表示より濃く表示され、他の熱電機器と識別可能に表示される。これにより、ユーザー自らがシステム構築の状況を視覚的に認識でき、簡単に確認することができる。なお、「識別可能」とは、読込が行われていない熱電機器と読込が行われた熱電機器とが表示画面上で視覚的に区別できる態様をいい、表示の濃淡の他、例えば同図（ｂ）に示す如く線の太さ、色の変更又は色及び濃淡双方を変更させても構わない。また、上記の設定において、直接機器データを入力して設定しても構わない。
【００８４】
選択した低圧ボイラＭ２２０は、受入エネルギーとして燃料Ｒ３と、製造エネルギーとして蒸気Ｓ２とを予め関連づけた接続線で接続してある。よって、低圧ボイラＭ２２０を選択することで、燃料Ｒ３及び蒸気Ｓ２をその選択に連動させ、接続線及びエネルギーも識別可能に表示される。また、低圧ボイラＭ２２０から蒸気Ｓ２が供給される低圧ヘッダＨ２も併せて識別可能に表示される。これにより、フロー上で視覚的にエネルギーの流れが把握することができる。そして、他の熱電機器を順次選択していくことで、熱電設備Ｍを構築する。なお、同種の熱電機器を複数台設定することも可能である。
【００８５】
ここで、機器データの読込を行った熱電機器において、シミュレーションを行うに際し、ユーザーが手動で設定する事項も存在するため、設定事項に漏れが生じている場合も想定され得る。そこで、表示制御部７０は、読込、設定が正常に完了した場合にその熱電機器に設定変更完了の旨を完了表示としてさらに識別可能に表示する。ここで、「完了表示」とは、識別可能に表示された熱電機器の内、正常に読込、設定が完了した熱電機器と、設定漏れ等が生じている熱電機器とをさらに識別可能に表示し、これらを区別し得る態様のものをいう。よって、設定漏れのある熱電機器を正常設定された熱電機器とは異なる態様で表示するもの（警告表示）も含む。完了表示としては、正常設定の熱電機器と他の熱電機器とを区別できる態様であればよく、表示の濃淡や線の太さの他、色の変更又は色及び濃淡双方を変更させても構わない。これにより、ユーザーに視覚的に警告を与えることができ、正常な設定完了に導くことができる。また、設定を修正した場合には、表示態様を変更して完了表示にしてもよい。なお、設定漏れの事項の重要度に応じて、さらに区別可能な態様にて表示させることも可能である。
【００８６】
また、図１ｃに示すように、機器データの読込が完了した熱電機器を選択することにより、表示制御部７０はその熱電機器の台数及び基本的能力をフロー図上に表示する。例えば、同図の如く、表示ウィンドゥ７１に設定された低圧ボイラＭ２２０の機種毎に設計能力、台数及びメーカー名を表示する。これらの情報により少なくとも熱電機器の設定状態がフロー上で簡単に確認できる。そして、システム構築が完了した熱電設備Ｍの各熱電機器は、運転条件設定部４０で運転条件が設定される。なお、フロー図や上記情報は、適宜出力し印刷することが可能である。
【００８７】
システム構築は上述のフロー図によるものに限られない。例えば、図示省略する初期画面において設定する機器の分類を選択し、機器の分類毎の選定画面において、機器を選定してもよい。例えば表１ｂに示す如き一覧から冷水系を選択すると共に吸収冷凍機を選択し、全メーカの製品名称、型番、燃料別等を記載した機種を全て表示させる。そして、メーカを選択し、機器名称、型番、能力等が表示された各種の機器を表示させる。次に、選択した機種の能力別に冷房能力（ＫＷ，ＵＲＳＴ）、ＣＯＰ等の機器選定に必要となる一覧表が表示され、機器の主要仕様、共通条件や備考等を確認し、機器を選択する。そして、選択した機器の機器データをダウンロードしファイルを保存し、システム構築設定部３０を介して設定を読み込む。この吸収冷凍機は冷水系に分類されているので、選定した機器は冷水系機器とみなされて、熱電設備Ｍが構築される。このように、各熱電機器が分類されているので、表１ａ，ｂに示す如き様々な熱電機器を備えた熱電設備であっても、機器性能ＤＢ１０３から読込むことで、容易に且つ自由に熱電設備を構築することができる。
【００８８】
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、低冷水系及び給湯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。
【００８９】
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。
【００９０】
【表２】
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外気温度＝吸気温度＋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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。また、変更した機器性能データを機器テンプレートファイル１０３ｂとして保存することができる。さらに、いつでも機器の主要仕様表を確認し機器データとすることができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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と設定する。ここではガスタービンが優先として設定する。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とし、最低買電量の設定を行わず全て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吸収冷凍機及び電動ターボ冷凍機とし、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。
【０１０９】
上述の如く作成した月別、日別及びパターン別の運転条件は複製可能であり、他の月の日別運転条件に上書きして、または必要なら一部変更し、運転条件を迅速に作成することができる。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。時間帯別出力の一例として、図９ａ，ｃに電力バランス結果、図９ｂ，ｄに蒸気バランス結果を示す。
【０１１２】
また、図１０ａ〜ｃに年間電力バランス、年間低圧蒸気バランス、年間冷水バランスのグラフを示す。図１０ａ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及び熱電設備以外の電力消費量Ｅ４が月別にそれぞれ表示される。また、図１０ｂ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及び吸収冷凍機の蒸気消費量Ｂ３が表示される。これらのグラフから年間を通して逆潮電力Ｅ５及び余剰蒸気Ｂ４は生じていないことが分かる。
【０１１３】
時間帯別出力においては、上述の他、一次エネルギー／環境負荷／システムＣＯＰ等の出力が可能である。また、年間計算においては、上述の他、熱電機器（例えば発電系機器）の年間の運転時間、一次エネルギー／環境負荷集計、システムＣＯＰ／ＣＯ2排出原単位、最大値表、電力蒸気累積負荷曲線等の出力も可能である。なお、出力はこれらの例に限られず、様々な観点から出力を行うことができる。
【０１１４】
さらに、設定した運転条件において運転時間を指定し、フロー図に表示された熱電機器、供給エネルギー及び複合全エネルギーのいずれかを選択することで、表示制御部７０によりその指定した運転時間におけるシミュレーション結果を表示することも可能である。例えば、図７に示すように、運転条件設定部４０において、昼間、夜間の時間帯を１時間単位で設定し、その時間帯毎に熱電機器の優先順位を設定する。そして、１時間単位で設定した運転条件に従ってシミュレーションが行われる。従って、運転時間の指定により、その時間を含む特定時間帯におけるシミュレーション結果を容易に把握することできる。なお、本実施形態において、運転時間単位を１時間としているがあくまで一例に過ぎず、例えば３０分、１５分等適宜設定可能である。
【０１１５】
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８時〜９時を、熱主運転の場合は８月の１８時〜１９時を例示する。
【０１１６】
「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
【０１１７】
本例において、運転条件設定部４０では、予め第一優先が吸収冷凍機、第二優先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）。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＞必要流量であるので、吸収冷凍機は１台と決定される。また、ＣＯＰは冷却温度の補正を考慮して１．２８７と決定される。
【０１１８】
「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）。
【０１１９】
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）。
【０１２０】
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ＥＢ（Ｓ０７）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。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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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、吸収冷凍機Ｍ３１０を１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）。
【０１２３】
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、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）。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
ここで、図示省略するが、Ｓ３５ｃ〜Ｓ７１，Ｓ７３の初回のループのみＧＴコージェネが発電不足か否かを判定するＧ１≦Ｅａ−Ｗ１の場合、不足電力を購入して、計算は終了する。一方、Ｇ１＞Ｅａ−Ｗ１の場合、ＡＢＳ（Ｇ１−（Ｅａ−Ｗ１））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。
【０１２６】
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。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。
【０１２７】
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
【０１２８】
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）。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
次に、計算例をさらに詳述する。まず、電主運転では、第一優先を吸収冷凍機Ｍ３１０、第二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、吸収冷凍機Ｍ３０１の冷水最大送水量が必要流量より大であるので、吸収冷凍機を１台と決定する。次に、第一優先の吸収冷凍機Ｍ３１０の冷水製造量、電力消費量、蒸気消費量、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。
【０１３２】
次に、第一回目の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８時から９時の逆潮電力Ｅ５を見ると１６２ＫＷ逆潮している。これはＧ１＞Ｅａ−Ｗ１に相当する。発電機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負荷率を順次先述のＰmidと変更して収斂計算を行う。Ｇ１＜Ｅａ−Ｗである場合、収斂計算を完了する。
【０１３３】
次に、熱主運転でも吸収冷凍機の冷水最大送水量が必要流量より大であるので、吸収冷凍機を１台と決定する。ガスタービンを１００％負荷で運転すると、図９ｂの如くの１８時から１９時は余剰蒸気Ｂ４が０．８ｔ／ｈ発生している上述のＡＢＳ（Ｓ１−Ｓ２）≦αとなるようにガスタービン負荷率Ｐ１を求める。
【０１３４】
表３ａに、第一回のＧＴコージェネの発電量、負荷率等の計算結果を、表３ｂにこれに用いた計算式を示す。また、発電と蒸気バランスとの収斂計算を行った結果を表４に示す。表３ｂ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。
【０１３５】
【表３ａ】
【表３ｂ】
【表４】
以上の説明は、図１ｂに示す熱電設備を例に説明したものであり、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。
【０１３９】
「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。
【０１４０】
「高圧蒸気ＥＢ（Ｓ０３）」
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。
【０１４１】
「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）。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
ここで、図１１，１２を例に説明する。図１１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１２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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
「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。
【０１４８】
「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。
【０１４９】
図９ａ，ｂ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、８時から１０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、図９ｂは、電主で逆潮を許した場合の蒸気バランスシミュレーション結果である。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９ｂでは、１８時から２２時間帯で余剰蒸気が発生している。
【０１５０】
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９ｃ、ｄに示すように、全ての時間帯で逆潮電力、余剰蒸気が解消し０となる。
【０１５１】
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、吸収冷凍機の関連機器として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吸収冷凍機の蒸気量、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。吸収冷凍器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(例えば電動ターボ冷凍機)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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
ところで、冷水ＥＢ（Ｓ０１）、温水ＥＢ（Ｓ０２）では、Ｓ１４，Ｓ２４において出口温度均一との取り扱いを行った。しかし、経年劣化等により設定出口温度では機器性能を超える場合や、ＣＯＰの高い機器の活用等で、出口温度を低く設定した場合に出口温度が設定温度にできない場合が生じ、これらのエネルギーバランス過程が完結しない。そこで、図１４に示す機器構成において、図１３の処理をさらに冷水ＥＢ（Ｓ０１）、温水ＥＢ（Ｓ０２）で行うことで、実状に合致したエネルギーバランスのとれた機器の負荷率が設定される。
【０１５５】
図１４の熱電設備は、先の吸収冷凍機Ｍ３１０、温水熱交換機Ｍ４１０のような冷水系、温水系の機器ｍ００１、ｍ００２〜ｍ００ｎを複数台備えている。これらの機器は並列に接続され、出口の冷水又は温水が合流して「需要家」である冷水負荷Ｓ１又はバイパス流路ｍＢＰに送られ、それぞれ回収される。以下では、、表５に示す性能の３台の吸収冷凍機を用いて、表６の式と図１３のフローにより計算を行った過程を表７に表示する。なお、冷凍機器については、設計能力QikW、実際能力QAikW、設計温度差ΔTi℃、流量Fim3/hであるものとする。また、冷凍機出口温度Ti℃、需要家送り温度TF℃、需要家負荷熱量QLMJ/h、需要家温度差ΔTL℃、需要家戻り温度TR℃、需要家負荷流量FLm3/h 、バイパス流量FBPm3/h、冷凍機入口温度TR'℃、冷凍機負荷率LFi％、上限負荷率LHFi％、修正出口温度Ti'℃とする。
【０１５６】
【表５】
【表６】
まず、各冷水系機器の設計能力(Qi)と設計温度差(ΔTi)から流量(Fi)を求める（Ｓ９１、式６−１）。各冷水系機器の流量（Fi)と出口温度（Ti)から需要家送り温度(TF)を求める（Ｓ９２、式６−２）。需要家送り温度（TF)と負荷の温度差(ΔTL)から需要家からの戻り温度(TR)を求める（Ｓ９３、式６−３）。需要家の負荷熱量(QL)と温度差(ΔTL)から需要家の負荷流量(FL)を求める（Ｓ９４、式６−４）。需要家からの戻り温度(TR)、流量、バイパス流量(FBP)及びバイパス冷水温度(TF)から冷凍機入口温度(TR’)を求める(Ｓ９５ 、式６−５，６−６)。各冷水系機器の温度差(TR - Ti)と設計温度差(ΔTi)から負荷率(LFi)を求める(Ｓ９６ 、式６−７)。各冷凍機の負荷率(LFi)＜機器上限負荷率(LHFi)であるか否かを判断する（Ｓ９７）。上限負荷率を超える機器がある場合は、該当冷水系機器が上限負荷率(LHFi)で運転するとして出口温度を修正する(Ti )（Ｓ９８、式６−８）。そして、Ｓ９１〜Ｓ９７のフローを繰りかえし、全冷水系機器につき（各冷凍機の負荷率(LFi)≦機器上限負荷率(LHFi)）となっていれば、上記ルーチンを終了する。
【０１５９】
表７の例では、左端の欄が設定反復回数を示し、Ｓｔは設定、Ｃｒは修正を示す。これらの区分けに対し、ｍ００１〜００３に対応する列にそれぞれ冷凍機出口温度Ti℃、需要家送り温度TF℃が記入されている。また、ｍ００３の右側には、機器共通の各値が反復回数毎に表示されている。最初の設定（左端蘭０）では、機器ｍ００３が１０４．８％と１００％を超過するためこれを１００％とする出口温度５．５４℃に再設定し、１回目の繰り返し計算に入る。これが１０２．１％であるため、さらに１００％となる出口温度５．６５℃に再設定する。以下、この手順を繰り返し、５回目で１００％に到達し、終了している。なお、負荷率が１００％よりも下の任意の値となるように出口温度を再設定してもよいが、負荷率１００％以下となるように出口温度を再設定するのが取り扱い上便宜である。図１３のルーチンは図８ａ，ｂのルーチンに組み入れられ反復計算されるからである。
【０１６０】
【表７】
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。
上記実施形態において、最低買電量を０ＫＷ（電力の逆潮が０となる状態）とし収斂計算を行った。しかし、低冷水系・冷水系・温水系・給湯系機器及び蒸気発生機器と発電系機器を備える熱電設備において最低買電量は適宜設定して行うことができる。例えば電力・ボイラの運転条件設定部４０に設けた最低買電量制御の指定部である最低買電量欄に買電電力を１００ＫＷと設定した場合、発電系機器の運転台数及び負荷率をパラメータとして電力会社からの購入電力が指定した最低買電量となるように収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の運転台数及び負荷率を設定する。この収斂計算は上記実施形態での収斂計算と異ならず、収斂させる買電電力が０ＫＷか１００ＫＷであるかの違いで発電量の数値が異なるだけである。上記シミュレーション計算の例では、総発電量８２７．３５ＫＷ、最低買電量０ＫＷであるので、８２７．３５ＫＷの数値を次の基点の判断値として、収斂計算をして買電電力が０ＫＷとなるように１００％負荷時の発電量１０００ＫＷから収斂計算をして低圧蒸気ボイラの負荷率とガスタービンの発熱量をバランスさせる。最低買電量が１００ＫＷであれば、８２７．３５−１００＝７２７．３５ＫＷを次の基点の判断値として同様に収斂計算をして買電電力が１００ＫＷになるようにバランスさせる。
【０１６２】
尖頭期買電量設定が入った状態で収斂計算を行っても、上述の収斂計算は全く異ならない。各時間帯でバランスをとった結果の尖頭時間帯の買電電力量が計算されて、コストの集計で電力単価が掛け算されるだけである。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
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、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。
【符号の説明】
【０１６４】
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 (23)
- 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であって、
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、
予め各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとを関連づけると共に運転条件部の操作により熱電機器を選択することでモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を少なくとも一つ含む各熱電機器間及び各熱電機器と前記複合全エネルギーとが関連づけられた熱電設備のシステム構成を自由に構築可能なシステム構築設定部と、
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、
前記演算部は、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。 - 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記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 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記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記各熱電機器は、少なくとも発電系、ボイラ系、冷水系、温水系、低冷水系及び給湯系として系統別に分類されており、選択されることにより、系列のバランス結果の負荷を分担する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記システム構築設定部は同一機種、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、前記運転条件設定部の運転条件に従い各々を動作させることが可能である請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を熱負荷優先で運転した場合に、熱電設備又は利用設備で必要となる蒸気負荷を前記発電系機器の排熱ボイラから発生する蒸気量が越えないように収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率を設定する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備が排熱ボイラを持つ発電系機器を備え、発電系機器を電力負荷優先で運転した場合に、前記発電系機器の発電機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収斂計算を行い当該発電系機器の時間帯毎の発電負荷率を設定する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と排温水投入型吸収冷凍機と他の冷水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記排温水投入型吸収冷凍機が製造する冷水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱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を計算し、この発生冷水熱量が前記冷水熱量に対して不足する場合に、不足する冷水熱量を前記他の冷水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の冷水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の冷水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、冷水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備がガスエンジンを含む蒸気発生機器と温水回収熱交換器と他の温水系機器とを備え、前記運転条件における運転台数及び負荷率に基づき前記温水回収熱交換器が製造する温水熱量を計算し、前記ガスエンジンの排温水熱量で発生可能な温水回収熱交換器の発生温水熱量を計算し、この発生温水熱量が前記温水熱量に対して不足する場合に、不足する温水熱量を前記他の温水系機器で補うように前記運転条件に従って前記他の温水系機器の運転台数又は負荷率を変更し、前記蒸気発生機器の発生蒸気量が変更した運転台数又は負荷率における前記他の温水系機器の必要蒸気量に収斂するように前記蒸気発生機器の負荷率を変更させて収斂計算を行い、温水系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記低冷水系・冷水系・温水系・給湯系機器及び蒸気発生機器と発電系機器を備え、前記電力・ボイラの運転条件設定部に最低買電量制御の指定部を備え、電力会社からの購入電力が指定した最低買電量となるように収斂計算を行い、当該発電系機器の時間帯毎の運転台数又は負荷率を設定する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電機器が前記複合全エネルギーのいずれかの負荷に対する熱源機器を複数有し、
各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を変更することで全体の熱収支を計算して再度各熱源機器の負荷率を算出し、
全ての熱源機器の負荷率が１００％以下となるまで出口温度の変更を繰り返し行う請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。 - 各熱源機器のうち負荷率が１００％を超える機器の出口温度を当該負荷率が１００％となる温度に設定する請求項１１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記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に記録保存可能である請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記供給エネルギーがさらに低冷水、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を含む請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 熱電設備から排熱される熱を外部利用水に放熱し、又は空気から熱を採熱して温熱を作る空冷ヒートポンプ又は外部利用水から採熱で温熱を作る電動ヒートポンプシステムを含む請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 複数種の熱電機器と、前記供給エネルギーと、前記複合全エネルギーとを予め接続線で接続し関連づけたフロー図として熱電設備を表示し制御する表示制御部をさらに備え、そのフロー図において熱電機器が選択されることでその選択された熱電機器に対する前記関連づけに基づいて熱電設備のシステム構成を構築すると共に、選択された熱電機器及び前記接続線並びに関連づけられた複合全エネルギー及び供給エネルギーを識別可能に表示する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記選択された熱電機器の機器データは、ＤＢサーバから読み込んだ機器テンプレートファイル又はユーザーが修正した機器テンプレートファイルのいずれかを利用することで設定可能である請求項１６記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 識別可能に表示された熱電機器の内、熱電機器の機器データの設定が完了した熱電機器に設定変更完了の旨をさらに識別可能に表示する請求項１６記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記演算部による前記収斂計算の完了を判定する計算判定部をさらに備え、前記熱電機器は熱源機器を含み、前記計算判定部は、前記運転条件設定部で設定した機器の能力が不足し前記収斂計算が完了しないと判定した場合に、前記計算が完了するように前記運転条件設定部で設定した運転優先順位が最も低い熱源機器の台数を増加し、前記演算部が変更された熱源機器の台数に基づいて再度収斂計算を行う請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 熱源機器の台数を増加した場合に、前記計算判定部はその増加した熱源機器の運転条件を少なくとも増加した熱源機器の種別と共に表示する請求項１９記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備で前記エネルギー負荷設定部に設定された電力負荷について、利用設備で使用される電力負荷のみであるか、利用設備及び熱電設備の両方で使用される電力負荷であるかを切替え選択してエネルギー評価できる設定部を有する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記熱電設備で前記エネルギー負荷設定部に設定された蒸気負荷について、利用設備で使用される蒸気負荷のみであるか、利用設備及び熱電設備の両方で使用される蒸気負荷であるかを切り替え選択してエネルギー評価できる設定部を有する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
- 前記運転条件において時間を指定し、表示された前記熱電機器、前記供給エネルギー及び前記複合全エネルギーのいずれかを選択することで、当該運転条件の指定時間における前記演算部の計算結果を表示する請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
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