JP5342108B2 - コージェネレーションシステム用運転計画装置および運転計画方法 - Google Patents

Description

本発明は、運転計画期間におけるコージェネレーションシステムの最適な運転パターンを決定する運転計画装置に関する。

燃料電池コージェネレーションシステム、ガスエンジンコージェネレーションシステムなどの、電力と熱を発生する熱電併給装置を設けたコージェネレーションシステムは、需要家に設置され、発電した電力を需要家に供給し、電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで、需要家の給湯負荷を賄う。このシステムは、火力発電などの従来の発電システムと比較してエネルギー効率が非常に高く、省エネ機器として普及が期待されている。

しかし、コージェネレーションシステムの省エネ性を最大限に発揮するためには、需要家の電力・熱負荷パターンに適した運転を行う必要がある。たとえば、需要家で熱が使われないのに、電力負荷に合わせてコージェネレーションシステムで発電を行うと、蓄熱量が増え続け、いずれ蓄熱可能な容量を越えてしまう。この場合には、熱を捨てながら発電を続けるか、もしくは無駄な熱をこれ以上発生しないように発電を停止することとなり、需要家の電力を賄うことが出来なくなる。どちらの対処を行っても省エネ性が低下する。

そこで、コージェネレーションシステムには、自動的に設置された需要家の将来の負荷を予測し、その予測に基づいて、省エネ性を発揮する運転を計画するシステムが求められている。

このようなシステムとして、例えば、特許文献１に示すものがある。特許文献１の技術では、所定の運転を計画する期間の電力需要と熱需要を予め予測し、予測した需要に対して、所定の運転を計画する期間内を所定の時間間隔ごとに運転もしくは停止状態のいずれかを設定した運転の計画を運転パターンとして設定し、この運転パターンに従ってコージェネレーションシステムを運転した場合の一次エネルギー使用量を所定の計算式によって算出する。取り得る全ての運転パターンの一次エネルギー使用量を求め、全ての運転パターンの中で最も一次エネルギー使用量が少ない運転パターンに従ってコージェネレーションシステムを運転する。

この処理により、運転計画期間で取り得る全ての運転パターンの中から最も省エネ性の高い運転パターンを選択し、コージェネレーションシステムを運転することが可能となる。

また、特許文献１の他に、需要家の将来の負荷を予測し、その予測に基づいて省エネ性を発揮する運転を計画するシステムとして特許文献２に示すものがある。特許文献２の技術では、起動時刻を仮決めし、計算コストの小さい簡易な計算で発電出力や排熱回収量などを求め、所定の条件を満たす停止時刻を求める。起動時刻をずらして色々な起動時刻で同様に停止時刻を求め、その仮決めした起動・停止時刻に対して放熱損などを考慮した計算コストの大きい詳細な運転の計算を行い消費エネルギー量を算出し、仮決めした起動・停止時刻のうち消費エネルギーが最小となる運転パターンを選択する。そして、仮決めした起動時刻から電力に追従運転を行った場合の排熱回収量が１日に必要な熱量もしくはその大半を賄うという条件を満たす停止時刻を求めている。

この処理により、小さい計算コストで、所定の条件を満たす運転パターンの中で最も省エネ性の高い運転パターンを選択し、コージェネレーションシステムを運転することが可能となる。
特開２００２−２１３３０３号公報 特開２００５−３０２１１号公報

しかしながら、特許文献１の技術によれば、計算コストが膨大になるという課題がある。

たとえば、特許文献１の技術では、取り得る運転パターンの総数は２の４８乗、つまり、約２８兆通りとなる。これは、４８期間に対して、定格運転状態、もしくは停止状態のいずれかを選択する場合に取り得るパターンの総数である。このような膨大な数の運転パターンの全てに対して省エネ性を算出し、最も省エネ性の高い運転パターンを探索するのは、計算コストが莫大となり現実的ではない。

また、特許文献２の技術によれば、計算コストは小さいが、所定の条件を満たした運転パターンの中だけで、省エネ性が最高となる運転パターンを探索しているため、必ずしも全ての運転パターンの中で省エネ性が最も高い運転パターンが求まらないという課題がある。

たとえば、特許文献２の技術では、計算コストを小さくするために、仮決めした起動時刻から電力に追従運転を行った場合の排熱回収量が１日に必要な熱量もしくはその大半を賄うという条件を満たす停止時刻を求めているが、早朝と夕方に電力負荷および熱負荷が大きく、昼間には電力負荷および熱負荷が小さい需要家では、コージェネレーションシステムを早朝に運転し、昼間は運転を停止し、夕方に再度運転するといった二回の起動を行う運転パターンで１日に必要な熱量を賄う運転が最も省エネ性が高くなる。ところが、特許文献２の技術では、前記の通り、一日に一回の起動と停止を行うという制約条件があるために、最も省エネ性の高い運転パターンは探索されない結果となる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小さい計算コストで、省エネ性が高い最適な運転パターンを探索することができるコージェネレーションシステム用運転計画装置および運転計画方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るコージェネレーションシステム用運転計画装置は、コージェネレーションシステムの運転計画期間において、前記コージェネレーションシステムの需要家が使用するエネルギー負荷を予測する負荷予測手段と、前記運転計画期間を複数の期間に分割する分割手段と、分割された前記複数の期間の最初の期間について、前記最初の期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測手段によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンを残すように探索し、続く期間について、前記続く期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測手段によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンであって、直前の期間の探索で残された運転パターンに続く運転パターンを残すように当該期間における前記運転パターンを探索する、という処理を前記複数の期間の最後の期間まで順次繰り返すことによって前記運転計画期間における運転パターンを決定する運転パターン決定手段とを備える。

これにより、各分割期間では、最適運転パターンの探索において、一部の運転パターンだけが最適運転パターンの候補として絞られ、それら一部の運転パターンに続く運転パターンだけが次の分割期間における探索対象となるので、運転計画期間全体で取り得る全ての運転パターンを総当たりで評価する従来技術に比べ、小さい計算コストで、最適な運転パターンが探索される。

なお、本発明は、このような運転計画装置として実現できるだけでなく、運転計画方法として実現したり、運転計画方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納して配布したり、インターネット等の伝送媒体を介して配布することができるのは、言うまでもない。

本発明に係るコージェネレーションシステム用運転計画装置により、より小さい計算コストで、省エネ性が高い最適な運転パターンが探索される。

よって、燃料電池コージェネレーションシステムやガスエンジンコージェネレーションシステムが普及してきた今日における本発明の実用的価値は極めて高い。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のコージェネレーションシステム用運転計画装置（以下、単に「運転計画装置」という。）１００の構成を示す機能ブロック図である。本図では、運転の対象となるコージェネレーションシステムの一例として、燃料電池コージェネレーションシステム１１０も併せて図示されている。

この運転計画装置１００は、与えられた将来の運転計画期間におけるコージェネレーションシステムの最適な運転パターンを小さい計算コストで決定する装置であって、機能的に、負荷予測部１０１、分割部１０２および最適運転パターン決定部１０３を備える。なお、負荷予測部１０１、分割部１０２および最適運転パターン決定部１０３は、本実施の形態では、ＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等によってソフトウェア的に実現される。

負荷予測部１０１は、燃料電池コージェネレーションシステム１１０がエネルギーを供給する先である需要家におけるエネルギー負荷（本実施の形態では、「電力負荷」と「熱負荷」）を計測し、計測したエネルギー負荷に基づいて運転計画期間における需要家でのエネルギー負荷を予測する処理部である。

分割部１０２は、与えられた運転計画期間を複数の期間（以下、この期間を「分割期間」という。）に分割する処理部である。

最適運転パターン決定部１０３は、運転計画期間における最適な運転パターンを決定する処理部であり、分割部１０２で得られた複数の分割期間の最初の分割期間について、負荷予測部１０１によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンを探索し、続く分割期間について、直前の分割期間で探索された運転パターンに続く運転パターンとして、負荷予測部１０１によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンを探索する、という処理を複数の分割期間の最後の分割期間まで順次繰り返す。このとき、この最適運転パターン決定部１０３は、分割部１０２で得られた複数の分割期間のそれぞれについて、負荷予測部１０１によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給できる運転パターンのうち、燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合における当該分割期間の終了時点での需要家における累計的な消費エネルギーに関連する情報である評価値と当該分割期間の終了時点での燃料電池コージェネレーションシステム１１０による蓄熱量とに基づいて、エネルギーを供給するのに適した運転パターンを探索する。

この最適運転パターン決定部１０３は、運転パターン生成部１０３ａ、シミュレーション部１０３ｂおよび運転候補判定部１０３ｃを備える。

運転パターン生成部１０３ａは、分割部１０２で得られた複数の分割期間のそれぞれについて、探索すべき複数の運転パターンを生成する処理部である。本実施の形態では、運転パターン生成部１０３ａは、運転パターンとして、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の起動時刻と停止時刻とで特徴づけられる運転パターン、例えば、それぞれの分割期間について、一定時間の区間に区切り、各区間において燃料電池コージェネレーションシステム１１０を起動するか停止するかを選択した場合に取り得る全ての運転パターンを生成する。

シミュレーション部１０３ｂは、分割部１０２で得られた複数の分割期間のそれぞれについて、運転パターン生成部１０３ａで生成された複数の運転パターンのそれぞれで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合における燃料電池コージェネレーションシステム１１０によるエネルギーの消費と供給および需要家でのエネルギーの消費をシミュレーションすることによって、（１）当該分割期間の終了時点での需要家における累計的な消費エネルギーに関連する情報である評価値（本実施の形態では、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の運転に要するエネルギーを含む需要家における累計消費エネルギーである累計一次エネルギー使用量）、（２）当該分割期間の終了時点での燃料電池コージェネレーションシステム１１０による蓄熱量、および、（３）当該分割期間の終了時点でコージェネレーションシステムが起動しているか停止しているかを示す運転状態（本実施の形態では、起動している場合には、その発電量が含まれる）を、運転パターン生成部１０３ａで生成された複数の運転パターンごとに算出する。そして、シミュレーション部１０３ｂは、いまシミュレーションした運転パターンに関する情報（具体的には、直前の状態または運転パターンと今シミュレーションした運転パターンとを連結した累計運転パターン）と、得られたシミュレーション結果（累計一次エネルギー使用量、蓄熱量、運転状態）とを、運転候補判定部１０３ｃに出力する。

なお、シミュレーション部１０３ｂは、最初の分割期間については、燃料電池コージェネレーションシステム１１０から、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の直前の状態を示す「初期情報」を受け取り、その初期情報に連続する運転パターンとして、運転シミュレーションを実行する。

運転候補判定部１０３ｃは、分割部１０２で得られた複数の分割期間のそれぞれについて、シミュレーション部１０３ｂで算出された複数の運転パターンごとの評価値（本実施の形態では、累計一次エネルギー使用量）、蓄熱量および運転状態に基づいて、蓄熱量が予め定められた複数の蓄熱量の範囲のいずれに属するかを判定し、判定した蓄熱量の範囲ごとに最適な評価値をもつ運転パターンだけを残すことによって、複数の蓄熱量の範囲ごとにゼロまたは１つの運転パターンを特定する。ここで特定された運転パターンに関する情報（累計運転パターン、評価値、蓄熱量、運転状態）は、「運転候補情報」として、シミュレーション部１０３ｂに送られ、次の分割期間のシミュレーションに用いられる。つまり、シミュレーション部１０３ｂは、複数の分割期間のうちの直前の分割期間について運転候補判定部１０３ｃで得られた運転候補情報（累計運転パターン、評価値、蓄熱量、運転状態）を用いて、続く分割期間における運転シミュレーションを実行し、評価値、蓄熱量および運転状態を算出する。

そして、この運転候補判定部１０３ｃは、複数の分割期間のうちの最後の分割期間について運転パターンを特定した後に、複数の蓄熱量の範囲ごとに特定された運転パターンのうち、最適な評価値をもつ運転パターン（ここでは、累計運転パターン）を、最終的に、運転計画期間における最適な運転パターンと決定する。

以下、蓄熱可能な容量が５０００ｗｈである蓄熱タンクを持つ燃料電池コージェネレーションシステムが需要家に設置され、翌日の０時からの２４時間を燃料電池コージェネレーションシステムの運転計画期間とし、運転計画期間内を３０分の時間刻みで起動状態および停止状態のいずれかを選択した場合に取り得る合計２の４８乗通りの運転パターンの中から、最適な運転パターンを決定する場合を例として、本実施の形態における運転計画装置１００の各構成要素の機能を具体的に説明する。

負荷予測部１０１は、需要家の電力負荷と熱負荷を計測し、時刻に対する変化を記憶し、この記憶に基づき、運転計画期間である翌日の０時から２４時間の電力負荷と熱負荷を予測し、シミュレーション部１０３ｂに出力する。

分割部１０２は、運転計画期間を所定の複数の期間、例えば、３つの分割期間に分割し、運転パターン生成部１０３ａに出力する。

運転パターン生成部１０３ａは、分割部１０２から分割期間を受け取り、受け取った分割期間ごとに、その分割期間内で取り得る全ての運転パターンを順次、シミュレーション部１０３ｂに出力し、各分割期間における全ての運転パターンの出力を終えた後に、その旨を示す分割期間完了信号を運転候補判定部１０３ｃに出力する。

シミュレーション部１０３ｂは、負荷予測部１０１から、予測された電力負荷と熱負荷とを受け取り、運転パターン生成部１０３ａから、運転パターンを順次受け取り、燃料電池コージェネレーションシステム１１０から、運転計画期間の最初の時刻である翌日０時での燃料電池コージェネレーションシステム１１０の初期情報（ここでは、発電量または停止状態を示す初期運転状態と、翌日０時での燃料電池コージェネレーションシステム１１０の蓄熱タンクの蓄熱量を示す初期蓄熱量）を取得し、第二以降の分割期間については、運転候補判定部１０３ｃから、直前の分割期間における運転候補情報、つまり、複数の蓄熱量の範囲ごとに特定された最適な運転パターンに関する情報（累計運転パターン、累計一次エネルギー使用量、蓄熱量および運転状態）を取得する。

このシミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンごとに、負荷予測部１０１から受け取った予測負荷に対応するエネルギーを供給するように燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転したと想定した演算である運転シミュレーションを実行する。つまり、最初の分割期間については、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の初期状態と運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンとを連続させた累計運転パターンで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合の運転シミュレーションを実行し、一方、第二以降の分割期間については、運転候補判定部１０３ｃから取得した直前の分割期間での累計運転パターンと運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンとを連続させた累計運転パターンで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合の運転シミュレーションを実行し、その結果として、累計運転パターンの終了時点における燃料電池コージェネレーションシステム１１０の運転に要する累計一次エネルギー使用量、蓄熱量、および、運転状態（起動／停止状態の区別、起動している場合にはその発電量を示す情報）を算出する。

なお、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションの直前において、運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンと予め記憶している蓄熱完了運転パターンとを比較することで、運転シミュレーションの対象となる運転パターンが蓄熱完了運転パターンを含んでいるか否かを判定し、含んでいない場合にだけ、運転シミュレーションを実行する。ここで、蓄熱完了運転パターンとは、運転シミュレーションによって得られる蓄熱量が、燃料電池コージェネレーションシステム１１０が備える蓄熱タンクで蓄熱可能な容量（ここでは、５０００ｗｈ）を越えることになる運転パターンである。また、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションの直後においても、累計運転パターンの各時刻での蓄熱量と上記容量（５０００ｗｈ）とを比較することで、いま運転シミュレーションを終えた累計運転パターンが蓄熱完了運転パターンに相当するか否かを判定し、蓄熱完了運転パターンに相当する場合には、新たな蓄熱完了運転パターンとして記憶し、蓄熱完了運転パターンでない場合にだけ、運転シミュレーションの結果を、累計運転パターンとともに、運転候補判定部１０３ｃに出力する。

運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂから、累計運転パターンごとのシミュレーション結果を受け取り、運転パターン生成部１０３ａから、分割期間完了信号を受け取る。この運転候補判定部１０３ｃは、予め、蓄熱可能な熱量の全範囲を所定の複数の範囲に（本実施の形態では、１０等分に）区分しておき、シミュレーション部１０３ｂから受け取ったシミュレーション結果に含まれる蓄熱量が、いずれの区分に属するかを判定し、各区分ごとに、最小の累計一次エネルギー使用量となる運転パターンだけを残して記憶するという処理を、シミュレーション部１０３ｂから順次送られてくるシミュレーション結果について繰り返し、運転パターン生成部１０３ａから分割期間完了信号を受け取ると、記憶している全ての累計運転パターンに関する情報、つまり、当該分割期間における蓄熱量の区分ごとの最適な累計運転パターンに関する情報（累計運転パターン、累計一次エネルギー使用量、蓄熱量および運転状態）を運転候補情報としてシミュレーション部１０３ｂに出力する。

また、この運転候補判定部１０３ｃは、運転パターン生成部１０３ａから最後の分割期間についての分割期間完了信号を受け取ると、蓄熱量の区分ごとに記憶している全ての累計運転パターンの中で最小の累計一次エネルギー使用量である累計運転パターンを、運転計画期間における最適な運転パターンとして、燃料電池コージェネレーションシステム１１０に出力する。

燃料電池コージェネレーションシステム１１０は、運転候補判定部１０３ｃから送られてくる最適な累計運転パターンを受け取り、その累計運転パターンに従って運転することで、電力と熱を発生し、需要家に供給する。なお、この燃料電池コージェネレーションシステム１１０は、シミュレーション部１０３ｂでの運転シミュレーションに先立ち、運転計画期間の最初の時刻である翌日０時での初期運転状態と初期蓄熱量とをシミュレーション部１０３ｂに出力する。

次に、以上のように構成された本実施の形態における運転計画装置１００の動作の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、毎日０時に運転計画装置１００において運転計画処理の開始指示が出される（Ｓ２０１）。

次に、負荷予測部１０１は、電力・給湯負荷を予測する（Ｓ２０２）。具体的には、負荷予測部１０１は、１分毎に需要家の電力負荷と熱負荷を取得し３０分単位で積算し、負荷を計測した時刻と関連付けて７日前までの負荷を記憶しており、この各時刻の負荷７日分を平均した値を２４時間先までの予測負荷としてシミュレーション部１０３ｂに出力する。たとえば、０時０分から０時３０分までの予測電力負荷は過去７日間の０時０分から０時３０分までの計測された電力負荷の平均値である。

次に、分割部１０２は、運転計画期間である２４時間を３期間に分割する（Ｓ２０３）。具体的には、分割部１０２は、０時から２４時間を、０時から８時を示す第一期間、８時から１６時を示す第二期間、１６時から２４時を示す第三期間の三つの分割期間に分割し、運転パターン生成部１０３ａに出力する。

次に、最適運転パターン決定部１０３は、運転計画期間における最適運転パターンを決定し（Ｓ２０４）、算出した最適運転パターンを燃料電池コージェネレーションシステム１１０に出力する（Ｓ２０５）。これによって、燃料電池コージェネレーションシステム１１０は、その最適運転パターンに従って運転を行い、電力と熱を発生し需要家に供給する。

以上で、運転計画処理が終了する（Ｓ２０６）。
図３は、図２におけるステップＳ２０４（最適運転パターンの決定）の詳細な手順を示すフローチャートである。

図２におけるステップＳ２０４に対する開始指示が出されると（Ｓ３０１）、運転パターン生成部１０３ａは、運転パターンを生成する期間を変更する（Ｓ３０２）。つまり、運転パターン生成部１０３ａは、分割部１０２から受け取った分割された三つの分割期間の中から運転パターンを生成する分割期間を、第一期間、第二期間、第三期間の順に変更する。たとえば、ステップＳ３０２の処理が初めて行われた（第一回目の）場合には、運転パターンを生成する期間は第一期間であり、再びステップＳ３０２の処理が行われた場合は第二期間に変更される。

続いて、運転パターン生成部１０３ａは、当該分割期間における新たな運転パターンを１つ生成する（Ｓ３０３）。そして、シミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａで生成された運転パターンを含む累計運転パターンで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合の運転シミュレーションを実行する（Ｓ３０４）。

次に、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂでシミュレーションされた累計運転パターンが運転計画期間における最適運転パターンの候補となるか否かを判定する（Ｓ３０５）。そして、運転候補判定部１０３ｃは、分割期間完了信号が入力されたか否かを判定することによって、当該分割期間における全ての運転パターンに対する候補判定を終えたか否かを判定する（Ｓ３０６）。その結果、全ての運転パターンに対する候補判定を終えていない場合には（Ｓ３０６でＮＯ）、上記ステップＳ３０３〜Ｓ３０６を繰り返す。

一方、全ての運転パターンに対する候補判定を終えた場合には（Ｓ３０６でＹＥＳ）、運転候補判定部１０３ｃは、全ての分割期間、つまり、運転計画期間全体に対する候補判定が終わったか否かを判定する（Ｓ３０７）。具体的には、運転候補判定部１０３ｃは、分割期間が第三期間であった場合には、運転計画期間全てに対する候補判定が終わったと判断し（Ｓ３０７でＹＥＳ）、全ての蓄熱範囲について記憶していた累計一次エネルギー使用量のうち、最小のものとなる累計運転パターンを運転計画期間における最適運転パターンとして燃料電池コージェネレーションシステム１１０に出力し、処理を終了する（Ｓ３０８）。

一方、分割期間が第三期間でない場合には、運転計画期間全てに対する候補判定が終わっていないと判断し（Ｓ３０７でＮＯ）、運転候補判定部１０３ｃは、全ての蓄熱範囲について記憶していた累計運転パターンと累計一次エネルギー使用量と蓄熱量と運転状態とを運転候補情報としてシミュレーション部１０３ｂに出力し、これによって、上記ステップＳ３０２〜Ｓ３０６が繰り返される。

図４は、図３におけるステップＳ３０３の処理（運転パターンの生成）の詳細な手順を示すフローチャートである。

図３におけるステップＳ３０３に対する開始指示が出されると（Ｓ４０１）、運転パターン生成部１０３ａは、運転パターンを生成し、シミュレーション部１０３ｂに出力する（Ｓ４０２）。具体的には、運転パターン生成部１０３ａは、対象となっている分割期間で取り得る運転パターンの１つである運転パターンを生成し、シミュレーション部１０３ｂに出力する。

このとき、運転パターン生成部１０３ａは、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の起動時刻と停止時刻とで特徴づけられる運転パターンを生成するが、対象となっている分割期間において燃料電池コージェネレーションシステム１１０が起動されている（運転状態である）合計時間が短いものから、かつ、同一の運転状態の合計時間となる運転パターンの中で運転状態である時刻が早いものから先に出力する。

たとえば、運転パターン生成部１０３ａは、８時間の各分割期間について、３０分で区切られた各区間ごとに運転状態か停止状態かを選択することで得られる２の１６乗通りの運転パターンを順に生成するが、その際の順序として、まず、運転状態の合計時間が０である運転パターンを生成し、次に、運転状態の合計時間が３０分となる全ての運転パターンについて、運転状態の時刻が早く到来するものから順に生成し、次に、運転状態の合計時間が１時間となる全ての運転パターンについて、運転状態の時刻が早く到来するものから順に生成し、以降、同様にして、運転状態の合計時間が１時間３０分〜８時間となる全ての運転パターンを順に生成していく。

具体的には、出力される最初の運転パターンは、０時から８時を示す第一期間のうち、運転状態の合計時間が０分である「０時０分から８時０分まで全て停止状態」である。次に、再びこのステップＳ４０２の処理が行われた場合には、出力される運転パターンは、運転状態の合計時間が３０分である「０時０分から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」であり、さらにその次は、「０時３０分から１時０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」である。

次に、運転パターン生成部１０３ａは、対象となっている分割期間における全ての運転パターンをシミュレーション部１０３ｂに出力したか否かを判定する（Ｓ４０３）。たとえば、対象となっている分割期間が第一期間である場合には、「０時０分から８時０分まで全て運転状態」という運転パターンを生成してシミュレーション部１０３ｂに出力したときに、全ての運転パターンを生成して出力したと判定する。

その結果、運転パターン生成部１０３ａは、全ての運転パターンをシミュレーション部１０３ｂに出力したと判定した場合には（Ｓ４０３でＹＥＳ）、運転候補判定部１０３ｃに分割期間完了信号を出力した後に（Ｓ４０４）、処理を終える（Ｓ４０５）。つまり、運転パターン生成部１０３ａは、第一期間、第二期間、第三期間それぞれにおいて、取り得る全ての運転パターンをシミュレーション部１０３ｂに出力し終えるごとに、分割期間完了信号を運転候補判定部１０３ｃに出力する。一方、全ての運転パターンをシミュレーション部１０３ｂに出力したと判定しない場合には（Ｓ４０３でＮＯ）、運転パターン生成部１０３ａは、分割期間完了信号を出力することなく、処理を終える（Ｓ４０５）。

図５は、図３におけるステップＳ３０４（運転シミュレーション）の詳細な手順を示すフローチャートである。

図３におけるステップＳ３０４に対する開始指示が出されると（Ｓ５０１）、シミュレーション部１０３ｂは、各処理部から必要な情報を受け取った後に、運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンが、予め記憶している蓄熱完了運転パターンを含んでいるか否かを判定する（Ｓ５０２）。具体的には、まず、シミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第一期間の運転パターンの１つであれば、燃料電池コージェネレーションシステム１１０から初期運転状態と初期蓄熱量とを取得し、第二期間、または第三期間の運転パターンの１つであれば、運転候補判定部１０３ｃから運転計画期間の運転パターンと一次エネルギー使用量と蓄熱量と運転状態とを取得する。さらに、負荷予測部１０１から翌日の０時から２４時間の予測電力負荷と予測熱負荷とを受け取る。

そして、シミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第一期間の運転パターンの１つである場合には、その運転パターンを運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンとし、一方、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第二期間、または、第三期間の運転パターンの１つである場合には、運転候補判定部１０３ｃから取得した直前の分割期間での累計運転パターンと運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンとを連続させた運転パターンを、運転シミュレーションの対象となる新たな累計運転パターンとして生成する。たとえば、運転候補判定部１０３ｃから取得した第一期間の運転パターンが「０時から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」で、運転パターン生成部１０３ａから送られてきた第二期間の運転パターンが「８時から８時３０まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」であった場合は、シミュレーション部１０３ｂは、「０時から０時３０分までと８時から８時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」という累計運転パターンを、運転シミュレーションの対象となる新たな累計運転パターンとして生成する。

そして、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンにおける運転期間が、予め記憶している蓄熱完了運転パターンの運転期間の全てを含んでいるか否かを判定する。たとえば、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第一期間の運転パターンであり、かつ、予め記憶している蓄熱完了運転パターンの１つが「１時０分から６時０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」である場合には、累計運転パターンが「１時０分から６時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」や「１時０分から６時０分と７時０分から８時０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」となったときには、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンが蓄熱完了運転パターンを含んでいると判定する。

その結果、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンが蓄熱完了運転パターンを含んでいると判定した場合には（Ｓ５０２でＹＥＳ）、その運転パターンについての運転シミュレーションを実行することなく、処理を終了し（Ｓ５０６）、そうでない場合には（Ｓ５０２でＮＯ）、その運転パターンでの運転シミュレーションを実行する（Ｓ５０３）。たとえば、運転シミュレーションの対象となる運転パターンが「１時０分から５時３０分まで運転」である場合には、運転シミュレーションを実行する。

このとき、シミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第一期間の運転パターンの１つである場合には、燃料電池コージェネレーションシステム１１０から取得した初期蓄熱量を運転シミュレーション開始時の蓄熱量とし、燃料電池コージェネレーションシステム１１０から取得した初期運転状態を運転シミュレーション開始時の運転状態として、その運転パターンで運転シミュレーションを行い、各時刻での発電量、蓄熱量を算出し、さらに、その運転パターンの終了時点での蓄熱量と運転状態とを算出する。一方、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第二期間、または第三期間の運転パターンの１つである場合、シミュレーション部１０３ｂは、運転候補判定部１０３ｃから取得した直前の分割期間での累計運転パターンのそれぞれについて、その累計運転パターンの終了時点における蓄熱量を運転シミュレーション開始時の蓄熱量とし、その累計運転パターンの終了時点における運転状態を運転シミュレーション開始時の運転状態として、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンで運転シミュレーションを行い、各時刻での発電量、蓄熱量を算出し、運転パターンの終了時点における蓄熱量と運転状態とを算出する。

なお、運転シミュレーションの詳細は次の通りである。つまり、シミュレーション部１０３ｂは、予め設定した燃料電池コージェネレーションシステム１１０のガス使用量に対する発電量を示す発電効率、蓄熱量を示す排熱回収効率、１分毎に発電量の変化可能な量を示す発電追従性などのハードウェア特性を予め記憶しており、そのハードウェア特性を用いて運転シミュレーションを実行する。

このとき、シミュレーション部１０３ｂは、図６の上図に示されるように、運転計画期間における予測電力負荷および予測熱負荷の時間変化に対して、図６の下図に示されるように、与えられた運転パターンで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転したときの発電量および蓄熱量の時間変化を算出し、さらに、その発電量および蓄熱量で不足した電力量および熱量（つまり、電力会社およびガス会社から購入する電力量および熱量）を算出することによって、燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転するのに要する一次エネルギー（ガス量）と需要家で消費される一次エネルギー（電力量およびガス量）との総和である一次エネルギー使用量を算出する。

より詳しくは、シミュレーション部１０３ｂは、与えられた運転パターンで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を運転した場合に燃料電池コージェネレーションシステム１１０が使用するガス使用量を算出するとともに、各時刻での発電量および蓄熱量を算出し、算出した発電量および蓄熱量と、負荷予測部１０１から受け取った各時刻での予測電力負荷および予測熱負荷とから、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の蓄熱で不足した熱を補うためにガス会社から購入するガス使用量を算出し、上記ガス使用量との総和である買ガス量を算出する。同様に、燃料電池コージェネレーションシステム１１０の発電で不足した電力を補うために電力会社から購入する電力量である買電量の総和を算出する。さらに、予め設定したガス・電力の単位当たりの一次エネルギー使用量を用いて、上記買ガス量に対応する一次エネルギーと上記買電量に対応する一次エネルギーとを合計することで、当該運転パターンでの運転で使用する一次エネルギー使用量を算出する。

そして、シミュレーション部１０３ｂは、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第一期間の運転パターンの１つである場合は、その運転パターンでの一次エネルギー使用量を累計一次エネルギー使用量として、その運転パターンの終了時点での蓄熱量および運転状態とともに、シミュレーション結果として算出し、一方、運転パターン生成部１０３ａから受け取った運転パターンが第二期間、または第三期間の運転パターンの１つである場合は、直前の分割期間での累計一次エネルギー使用量にその運転パターンにおける一次エネルギー使用量を加算して得られる一次エネルギー使用量を新たな累計一次エネルギー使用量として、その運転パターンの終了時点での蓄熱量および運転状態とともに、シミュレーション結果として算出する。

たとえば、累計一次エネルギー使用量の算出例として、運転候補判定部１０３ｃから取得した第一期間の累計運転パターンが「０時から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」で、運転パターン生成部１０３ａから送られてきた第二期間の運転パターンが「８時から８時３０まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」であった場合には、シミュレーション部１０３ｂは、「０時から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」の運転パターンでの一次エネルギー使用量と「８時から８時３０まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」の運転パターンでの一次エネルギー使用量とを加算することで、累計一次エネルギー使用量を算出する。

次に、シミュレーション部１０３ｂは、いま運転シミュレーションを終えた累計運転パターンが蓄熱完了運転パターンであるか否かを判定する（Ｓ５０４）。具体的には、シミュレーション部１０３ｂは、運転シミュレーションによって算出した各時刻での蓄熱量が蓄熱可能な容量である５０００ｗｈを越えているか否かを判定する。

その結果、シミュレーション部１０３ｂは、いずれの時刻においても蓄熱量が蓄熱可能な容量を越えていない場合にだけ（Ｓ５０４でＮＯ）、その累計運転パターンとともに、運転シミュレーションの結果を運転候補判定部１０３ｃに出力したうえで運転シミュレーションを終了し（Ｓ５０６）、一方、蓄熱量が蓄熱可能な容量を越える時刻が存在する場合には（Ｓ５０４でＹｅｓ）、その累計運転パターンを蓄熱完了運転パターンとして新たに記憶したうえで（Ｓ５０５）、運転シミュレーションの結果を運転候補判定部１０３ｃに出力することなく、運転シミュレーションを終了する（Ｓ５０６）。なお、ここで新たに記憶された蓄熱完了運転パターンは、上述したステップＳ５０２での判定（運転シミュレーションの対象となる累計運転パターンが、予め記憶している蓄熱完了運転パターンを含んでいるか否かの判定）に使用される。

図７は、図３におけるステップＳ３０５（最適運転パターンの候補判定）の詳細な手順を示すフローチャートである。

図３におけるステップＳ３０５に対する開始指示が出されると（Ｓ６０１）、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂから受け取った蓄熱量がどの蓄熱範囲に属するかを判定する（Ｓ６０２）。具体的には、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂから累計運転パターンと累計一次エネルギー使用量と蓄熱量と運転状態とを受け取った後に、受け取った蓄熱量が、蓄熱可能な容量５０００ｗｈを０ｗｈから５００ｗｈの範囲を示す第一蓄熱範囲、５０１ｗｈから１０００ｗｈを示す第二蓄熱範囲、同様に４５０１ｗｈから５０００ｗｈを示す第十蓄熱範囲まで均等に区分された１０範囲のいずれに属するかを判定する。

次に、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂから受け取った累計一次エネルギー使用量が、いま判定した蓄熱量の範囲に対応づけて既に記憶されている累計一次エネルギー使用量よりも小さいか否かを判定する（Ｓ６０３）。

その結果、シミュレーション部１０３ｂから受け取った累計一次エネルギー使用量が、いま判定した蓄熱量の範囲に対応づけて既に記憶されている累計一次エネルギー使用量よりも小さい場合には（Ｓ６０３でＹＥＳ）、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂから受け取った累計一次エネルギー使用量を、その蓄熱量の範囲に対応づけて記憶する累計一次エネルギー使用量として更新する（Ｓ６０４）。このとき、運転候補判定部１０３ｃは、累計一次エネルギー使用量だけでなく、その累計運転パターンと蓄熱量と運転状態も併せて、その蓄熱量が属する蓄熱量の範囲に対応づけて記憶する。一方、シミュレーション部１０３ｂから受け取った累計一次エネルギー使用量が、いま判定した蓄熱量の範囲に対応づけて既に記憶されている累計一次エネルギー使用量よりも小さくない場合には（Ｓ６０３でＮＯ）、その蓄熱量の範囲に対応づけて既に記憶されている内容を更新することなく、この累計運転パターンについての候補判定を終了する（Ｓ６０５）。

具体例として、いま、運転候補判定部１０３ｃが、シミュレーション部１０３ｂより、最初の累計運転パターン「０時０分から８時０分まで全て停止状態」のシミュレーション結果として、累計一次エネルギー使用量４０００ｗｈ、蓄熱量０ｗｈおよび運転状態「停止中」を受け取った場合には、運転候補判定部１０３ｃは、受け取った蓄熱量０ｗｈが、０から５００ｗｈの範囲を示す第一蓄熱範囲に属すると判定する。具体的には、運転候補判定部１０３ｃは、図８に示すような運転候補情報を格納するためのデータテーブル、つまり、各蓄熱可能な容量を均等に１０等分した各範囲について、それぞれ、１種類の累計運転パターンに関するシミュレーション結果（ここでは、その累計運転パターン、累計一次エネルギー使用量、蓄熱量および運転状態）を格納するためのデータテーブルを内部に保持している。このデータテーブルは、初期状態では空白である。運転候補判定部１０３ｃは、このデータテーブルに記憶されている累計一次エネルギー使用量が空白である場合は、シミュレーション部１０３ｂより受け取った累計一次エネルギー使用量４０００ｗｈが小さいと判定し、図８に示すデータテーブルの第一蓄熱範囲に対応する空白箇所に、当該累計運転パターンとシミュレーション結果（累計運転パターンとして「０時０分から８時０分まで全て停止状態」、累計一次エネルギー使用量として４０００ｗｈ、蓄熱量として０ｗｈ、運転状態として「停止中」）を格納する。その結果、データテーブルは、図９に示される内容となる。

続いて、運転候補判定部１０３ｃは、シミュレーション部１０３ｂより、次の累計運転パターン「０時０分から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」のシミュレーション結果として、累計一次エネルギー使用量３８００ｗｈ、蓄熱量１００ｗｈ、８時０分の時点の運転状態「停止中」を受け取った場合には、受け取った蓄熱量が第一蓄熱範囲に属すると判定する。そして、運転候補判定部１０３ｃは、いま受け取った累計一次エネルギー使用量３８００ｗｈとデータテーブルの第一蓄熱範囲に記憶されている累計一次エネルギー使用量４０００ｗｈとを比較し、いま受け取った累計一次エネルギー使用量３８００ｗｈが小さいと分かるので、データテーブルの第一蓄熱範囲に対応する箇所に、いま受け取った累計運転パターン「０時０分から０時３０分まで運転状態、残りの時刻は全て停止状態」と、そのシミュレーション結果（累計一次エネルギー使用量３８００ｗｈ、蓄熱量１００ｗｈ、および、運転状態「停止中」）とを上書きして更新する。この時点で、データテーブルは、図１０に示される内容となる。

以上のようにして、いま、運転候補判定部１０３ｃにより、第一期間における全ての累計運転パターンに対する候補判定が終了し、その時点でのデータテーブルが、図１１に示される内容になったとする。ここでは、図１１に示されるように、１０個の蓄熱範囲のうちの一部（蓄熱範囲０〜５００ｗｈ、４００１〜４５００ｗｈ）に、運転候補となる累計運転パターンとそのシミュレーション結果が格納されている。

すると、第二期間についても、シミュレーション部１０３ｂにより、運転パターン生成部１０３ａから与えられる全ての運転パターンについて、図１１に示される全ての運転候補（蓄熱範囲０〜５００ｗｈおよび４００１〜４５００ｗｈに対応する箇所に格納された累計運転パターン）のそれぞれに続く運転パターンでの運転シミュレーションが実行される。たとえば、図１１の蓄熱範囲０〜５００ｗｈに対応づけて格納された累計運転パターンに続く運転パターンとして、運転パターン生成部１０３ａから受け取った全ての運転パターンについての運転シミュレーションが実行され、次に、図１１の蓄熱範囲４００１〜４５００ｗｈに対応づけて格納された累計運転パターンに続く運転パターンとして、運転パターン生成部１０３ａから受け取った全ての運転パターンについての運転シミュレーションが実行される。その結果、第二期間における全ての累計運転パターンに対する候補判定が終了し、その時点でのデータテーブルが、図１２に示される内容になったとする。ここでは、図１２に示されるように、１０個の蓄熱範囲のうちの一部（蓄熱範囲５０１〜１０００ｗｈ、４００１〜４５００ｗｈ、４５０１〜５０００ｗｈ）に、運転候補となる累計運転パターンとそのシミュレーション結果が格納されている。

同様にして、運転候補判定部１０３ｃにより、第三期間における全ての累計運転パターンに対する候補判定が終了し、その時点でのデータテーブルが、図１３に示される内容になったとする。ここでは、図１３に示されるように、１０個の蓄熱範囲のうちの一部（蓄熱範囲０〜５００ｗｈ、５０１〜１０００ｗｈ、４００１〜４５００ｗｈ）に、運転候補となる累計運転パターンとそのシミュレーション結果が格納されている。

このようにして、運転候補判定部１０３ｃは、第三期間における全ての累計運転パターンに対する候補判定が終了すると、データテーブルに記憶していた累計一次エネルギー使用量のうち最小の累計一次エネルギー使用量（ここでは、蓄熱範囲０〜５００ｗｈに対応づけて格納されている１２５００ｗｈ）に対応する累計運転パターン（ここでは、「１５：００〜１６：３０まで運転、残り停止」）を運転計画期間における最適運転パターンとして燃料電池コージェネレーションシステム１１０に出力する。

以上のように、本実施の形態における運転計画装置１００は、図１４に示されるように、運転計画期間における需要家でのエネルギー負荷（電力負荷および熱負荷）を予測するとともに、運転計画期間を複数の分割期間に分割し、最初の分割期間について、予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターン（「Ａ」、「Ｚ」）を探索し、続く期間について、直前の期間で探索された運転パターン（「Ａ」、「Ｚ」）だけに続く運転パターンとして、予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターン（「Ａ」に続く「Ｚ」、「Ｚ」に続く「Ｚ」）を探索する、という処理を複数の期間の最後の期間まで順次繰り返すことによって運転計画期間における最適な運転パターン（「Ａ」−「Ｚ」−「Ａ」）を探索している。

これによって、各分割期間では、最適運転パターンの探索において、一部の運転パターンだけが最適運転パターンの候補として絞られ、それら一部の運転パターンに続く運転パターンだけが次の分割期間における探索対象となるので、運転計画期間全体で取り得る全ての運転パターンを総当たりで評価する従来技術に比べ、小さい計算コストで、最適な運転パターンが探索される。

以下、本実施の形態における効果についてより具体的に説明する。
本実施の形態での計算コストは、シミュレーション部１０３ｂのものが大部分である。これは、シミュレーション部１０３ｂ以外での計算は数値の判定や記憶のみであるが、シミュレーション部１０３ｂは、累計一次エネルギー使用量を算出する際に、予め設定した燃料電池コージェネレーションシステムの発電効率、排熱回収効率、電力への発電追従性などのハードウェア特性から燃料電池コージェネレーションシステム１１０の運転をシミュレートするという複雑な処理を行うためである。

本実施の形態では、運転候補判定部１０３ｃは、分割された運転計画期間に１０個の運転パターンのみを運転候補として算出する。その運転候補から連続した運転パターンのみがその後の分割期間での累計一次エネルギー使用量が算出される。よって、本実施の形態での計算コストは、運転計画期間全体で取り得る全ての運転パターンに対して累計一次エネルギー使用量を算出した場合と比べて、小さい。

本実施の形態と特許文献１の技術による累計一次エネルギー使用量を算出する計算コストを比較する。特許文献１の技術によれば、２の４８乗通りの運転パターンに対して評価が行われる。一方、本実施の形態では、いずれの運転パターンも蓄熱完了運転パターンと判定されなかった場合であっても、第一期間については、２の１６乗通りの運転パターン、第二期間については、第一期間で特定された最大１０通りの運転候補それぞれに対して２の１６乗通りの運転パターン、第三期間については、第二期間で特定された最大１０通りの運転候補それぞれに対して２の１６乗通りの運転パターンについて評価がされるので、それらの和、つまり、（２の１６乗＋２の１６乗×１０＋２の１６乗×１０）通りの運転パターンに対する評価で済む。さらに、本実施の形態では運転計画期間を三つの期間に分割しているので、１通りあたりの計算コストは特許文献１と比較して３分の１である。これを計算すると本実施の形態は特許文献１の約６千万分の１の計算コストとなる。実際には蓄熱完了運転パターンが算出され運転シミュレーションを行わない運転パターンもあるため、本実施の形態の計算コストはさらに小さい。

また、本実施の形態では運転候補判定部１０３ｃは、分割期間の終了時点における蓄熱量が近い（一定範囲内）累計運転パターンのうち、累計一次エネルギー使用量が最小であるものを運転候補として記憶する。これは、同一の蓄熱量となる運転パターンが複数あるならば、累計一次エネルギー使用量が最小になる運転パターン以外の運転パターンは、運転計画期間全体において取り得る全ての運転パターンの中で最小の累計一次エネルギー使用量となる運転パターンとなる可能性がないからである。たとえば、０時から８時の分割された運転計画期間で「０時０分から０時３０分まで起動状態、残りの時刻は全て停止状態」という運転と「０時３０分から１時０分まで起動、残りの時刻は全て停止状態」という運転について、今、蓄熱量が同一とした場合に、前者の運転の方が累計一次エネルギー使用量が少ないとすると、残りの分割された期間で同一の運転パターンであった場合に、累計一次エネルギー使用量は、前者の運転から連続した累計運転パターンの方が常に少ない。

しかし、完全に同一の蓄熱量となる運転パターンは一般的に少ないので、蓄熱量が完全に一致する場合にだけ適用したのでは、全ての運転パターンの中で最小の累計一次エネルギー使用量となる運転パターンとなる可能性がないと判定される運転パターンも少ない。そこで、本実施の形態では蓄熱量に一定の範囲を設けることで、最小の累計一次エネルギー使用量となる運転パターンとなる可能性が低いと判定される運転パターンを多くしている。ただし、蓄熱量の範囲を大きくし過ぎないことで、本実施の形態では、取り得る全ての運転パターンの中で最小の累計一次エネルギー使用量、もしくは、それに近い累計一次エネルギー使用量となる運転パターンが選択されるようにしている。

このように、本実施の形態によれば、小さい計算コストで、全ての運転パターンの中で最小の累計一次エネルギー使用量、もしくは、それに近い累計一次エネルギー使用量となる運転パターンが探索される。

以上、本発明に係る運転計画装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、本実施の形態に対して、当業者が思いつく各種変形を施したものも、本発明に含まれる。

たとえば、本実施の形態では、運転計画期間は、０時から２４時であったが、０時から１２時など、任意の期間でよい。また、分割部１０２は、運転計画期間を３つに分割したが、２つ、４つなど、任意の数に分割してもよい。さらに、運転パターン生成部１０３ａは、３０分刻みで燃料電池コージェネレーションシステム１１０を起動させるか停止させるかの運転パターンを生成したが、運転パターンを生成するときの時間刻みは、３０分に限られず、１５分刻みなど任意の時間刻みでよい。

また、本実施の形態では、運転候補判定部１０３ｃは、蓄熱量の範囲を均等に１０等分して運転候補を記憶したが、蓄熱量の区分については、均等ではなく偏った区分であってもよいし、１５等分や２０等分など任意の区分数でもよい。

また、本実施の形態では、シミュレーション部１０３ｂは、評価値として、一次エネルギー使用量を算出したが、評価値としては、一次イネルギー使用量に限られず、光熱費などでもよい。さらに、運転計画装置１００による運転計画の対象としては、燃料電池コージェネレーションシステムだけに限られず、ガスエンジンコージェネレーションシステムでもよい。

また、本実施の形態では、運転計画装置１００は、ソフトウェア的に実現されたが、専用の電子回路等によってハードウェア的に実現されてもよい。

本発明は、運転計画期間におけるコージェネレーションシステムの最適な運転パターンを決定する運転計画装置として、特に、小さい計算コストで最適な運転パターンを決定する運転計画装置として利用できるだけでなく、ＣＯ_２ヒートポンプや電気温水器などの運転計画装置としても有用である。

本発明の実施の形態におけるコージェネレーションシステム用運転計画装置の構成を示す機能ブロック図 運転計画装置の動作を示すフローチャート 図２におけるステップＳ２０４（最適運転パターンの決定）の詳細な手順を示すフローチャート 図３におけるステップＳ３０３の処理（運転パターンの生成）の詳細な手順を示すフローチャート 図３におけるステップＳ３０４（運転シミュレーション）の詳細な手順を示すフローチャート シミュレーション部の詳細な動作を説明するための図 図３におけるステップＳ３０５（最適運転パターンの候補判定）の詳細な手順を示すフローチャート 運転候補情報を格納するためのデータテーブルを示す図 データテーブルが最初に更新された状態を示す図 データテーブルが最初に更新された状態を示す図 第一期間が完了したときのデータテーブルの状態を示す図 第二期間が完了したときのデータテーブルの状態を示す図 第三期間が完了したときのデータテーブルの状態を示す図 運転計画装置による最適運転パターンの探索処理の概要を示す図

符号の説明

１００ 運転計画装置
１０１ 負荷予測部
１０２ 分割部
１０３ 最適運転パターン決定部
１０３ａ 運転パターン生成部
１０３ｂ シミュレーション部
１０３ｃ 運転候補判定部
１１０ 燃料電池コージェネレーションシステム

Claims (10)

1. コージェネレーションシステムの運転計画期間において、前記コージェネレーションシステムの需要家が使用するエネルギー負荷を予測する負荷予測手段と、
   前記運転計画期間を複数の期間に分割する分割手段と、
   分割された前記複数の期間の最初の期間について、前記最初の期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測手段によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンを残すように探索し、続く期間について、前記続く期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測手段によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンであって、直前の期間の探索で残された運転パターンに続く運転パターンを残すように当該期間における前記運転パターンを探索する、という処理を前記複数の期間の最後の期間まで順次繰り返すことによって前記運転計画期間における運転パターンを決定する運転パターン決定手段と、
   を備えるコージェネレーションシステム用運転計画装置。
2. 前記最適運転パターン決定手段は、前記複数の期間のそれぞれについて、前記負荷予測手段によって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給できる複数の運転パターンについて、前記コージェネレーションシステムを運転した場合における当該期間の終了時点での前記需要家での累計的な消費エネルギーに関連する情報である評価値と当該期間の終了時点での前記コージェネレーションシステムによる蓄熱量とを算出し、算出した蓄熱量が予め定められた複数の蓄熱量の範囲のいずれに属するかを判定し、判定した蓄熱量の範囲ごとに最適な評価値をもつ運転パターンだけを残すことによって前記エネルギーを供給するのに適した運転パターンを探索するとともに、前記複数の期間の最後の期間における最適な評価値をもつ運転パターンを前記運転計画期間における運転パターンとして決定する
   請求項１記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
3. 前記運転パターン決定手段は、
   前記複数の期間のそれぞれについて、探索すべき複数の運転パターンを生成する運転パターン生成部と、
   前記複数の期間のそれぞれについて、前記運転パターン生成部で生成された複数の運転パターンのそれぞれで前記コージェネレーションシステムを運転した場合における前記評価値と前記蓄熱量とを前記複数の運転パターンごとに算出するシミュレーション部と、
   前記複数の期間のそれぞれについて、前記シミュレーション部で算出された前記複数の運転パターンごとの評価値と蓄熱量とに基づいて、前記蓄熱量が予め定められた複数の蓄熱量の範囲のいずれに属するかを判定し、判定した蓄熱量の範囲ごとに最適な評価値をもつ運転パターンだけを残すことによって、前記複数の蓄熱量の範囲ごとにゼロまたは１つの運転パターンを特定する運転候補判定部とを有し、
   前記シミュレーション部は、前記複数の期間のうちの直前の期間について前記運転候補判定部で特定された運転パターンの蓄熱量を用いて、続く期間における前記評価値と前記蓄熱量とを算出し、
   前記運転候補判定部は、前記複数の期間のうちの最後の期間について前記運転パターンを特定した後に、前記複数の蓄熱量の範囲ごとに特定された運転パターンのうち、最適な評価値をもつ運転パターンを前記運転計画期間における運転パターンと決定する
   請求項２記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
4. 前記シミュレーション部は、前記評価値および前記蓄熱量を算出する対象の運転パターンが、前記コージェネレーションシステムが蓄熱可能な容量を越えた運転パターンを含む場合には、前記評価値および前記蓄熱量を算出しない、
   請求項３記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
5. 前記負荷予測手段は、前記エネルギー負荷として、電力負荷と熱負荷とを予測し、
   前記シミュレーション部は、前記電力負荷と前記熱負荷に対応するエネルギーを供給するように前記コージェネレーションシステムを運転した場合における評価値と蓄熱量とを
   算出する
   請求項３記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
6. 前記運転パターン生成部は、前記運転パターンとして、前記コージェネレーションシステムの起動時刻と停止時刻とで特徴づけられる運転パターンを生成する
   請求項３記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
7. 前記シミュレーション部は、前記評価値として、前記需要家で消費される一次エネルギー使用量または光熱費を算出する
   請求項３記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
8. 前記シミュレーション部はさらに、前記評価値と前記蓄熱量とともに、前記複数の期間のそれぞれの終了時点で前記コージェネレーションシステムが起動しているか停止しているかを示す運転状態を前記運転パターンごとに算出するとともに、前記直前の期間について前記運転候補判定部で特定された運転パターンの蓄熱量に加えて、前記運転状態をも用いることで、続く期間における前記評価値と前記蓄熱量と前記運転状態とを算出する
   請求項３記載のコージェネレーションシステム用運転計画装置。
9. 運転計画期間におけるコージェネレーションシステムの運転パターンを決定する運転計画方法であって、
   前記コージェネレーションシステムがエネルギーを供給する先である需要家における前記運転計画期間でのエネルギー負荷を予測する負荷予測ステップと、
   前記運転計画期間を複数の期間に分割する分割ステップと、
   分割された前記複数の期間の最初の期間について、前記最初の期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測ステップによって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンを残すように探索し、続く期間について、前記続く期間で取り得る複数の運転パターンの中から、前記負荷予測ステップによって予測されたエネルギー負荷に対応するエネルギーを供給するのに適した運転パターンであって、直前の期間の探索で残された運転パターンに続く運転パターンの中を残すように当該期間における前記運転パターンを探索する最適運転パターン決定ステップと、
   を含むコージェネレーションシステムの運転計画方法。
10. 運転計画期間におけるコージェネレーションシステムの運転パターンを決定する運転計画装置のためのプログラムであって、
    請求項９記載のコージェネレーションシステムの運転計画方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラム。

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