JP6334177B2 - 運転計画作成装置、制御装置、運転計画作成方法、およびプログラム - Google Patents

運転計画作成装置、制御装置、運転計画作成方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、運転計画作成装置、制御装置、運転計画作成方法、およびプログラムに関する。
近年、環境への配慮から、建築物のゼロ・エネルギー・ビル（ＺＥＢ）化が推進されている。経済産業省の定義によると、ＺＥＢとは、「建築物における一次エネルギー消費量を、建築物・設備の省エネ性能の向上、エネルギーの面的利用、オンサイトでの再生可能エネルギーの活用等により削減し、年間での一次エネルギー消費量が正味（ネット）でゼロ又は概ねゼロとなる建築物」である。また、実際の建築物においては、一次エネルギー消費量に加え、エネルギーコストも考慮されることが望ましい。
特開２０１３−１７４４１２号公報
本発明が解決しようとする課題は、エネルギー供給装置の一次エネルギー消費量を小さくしつつ、エネルギーコストを小さくすることができる運転計画作成装置、制御装置、運転計画作成方法、およびプログラムを提供することである。
実施形態の運転計画作成装置は、消費量算出部と、コスト算出部と、運転計画作成部と、を持つ。消費量算出部は、負荷に対してエネルギーを供給する複数のエネルギー供給装置による一次エネルギー消費量を算出する。コスト算出部は、前記複数のエネルギー供給装置がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出する。運転計画作成部は、前記消費量算出部が算出する前記一次エネルギー消費量と前記コスト算出部が算出する前記エネルギーコストとに基づいて、前記一次エネルギー消費量がゼロまたは負の値となることである前記一次エネルギー消費量に対する目標を達成した上で、前記エネルギーコストを最小化する前記エネルギーコストに対する目標を夫々達成するように、前記複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する。
第１の実施形態の運転計画作成装置とその周辺装置の全体構成の一例を示す図。 第１の実施形態の運転計画作成装置の全体構成の一例を示す図。 第１の実施形態の運転計画作成装置による運転計画の作成に係る一次エネルギー消費量とエネルギーコストとの関係の一例を示す図。 第１の実施形態の運転計画作成装置が備える年間運転計画作成部の構成の一例を示す図。 第１の実施形態の運転計画作成装置が備える日間運転計画作成部の構成の一例を示す図。 第１の実施形態の運転計画作成装置の動作の第１例を示すフローチャート。 第１の実施形態の運転計画作成装置の動作の第２例を示すフローチャート。 第１の実施形態の運転計画作成装置の動作の第３例を示すフローチャート。 第１の実施形態の運転計画作成装置に係るエネルギー供給装置のエネルギー生成単価の一例を示す表。 第１の実施形態の運転計画作成装置による運転計画作成方法の一例を説明するための図。 第１の実施形態の運転計画作成装置の動作の第４例を示すフローチャート。 第１の実施形態の運転計画作成装置の動作の第５例を示すフローチャート。 第２の実施形態の運転計画作成装置の全体構成の一例を示す図。
以下、実施形態の運転計画作成装置および制御装置を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態の運転計画作成装置とその周辺装置との接続の態様の一例について説明する。
図１は、第１の実施形態の運転計画作成装置とその周辺装置の全体構成の一例を示す図である。
第１の実施形態に係る運転計画作成装置１は、ビルや住宅などの建物２の負荷に対して電力、冷熱、温熱などのエネルギーを供給するエネルギー供給プラント３の運転計画を作成する装置である。ここで、建物は、エネルギーを受容する建築物、建造物、施設、および設備などを含む。また、本明細書において、エネルギー供給プラント３は、複数のエネルギー供給装置を備え、当該複数のエネルギー供給装置全体を指して、エネルギー供給プラント３と称することがある。例えば、エネルギー供給プラント３の運転計画とは、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の運転計画を示す。
また、運転計画作成装置１は、一次エネルギー消費量とエネルギーコストとに基づいて運転計画を作成する。一次エネルギーとは、石炭、石油、天然ガス、薪、水力、原子力、風力、潮流、地熱、太陽エネルギーなど自然から直接採取されるエネルギーのことである。本明細書において、一次エネルギーの消費量は、電力、ガス、およびバイオマス燃料の消費量に一次エネルギー換算値を乗じて算出される。なお、太陽光発電やバイオマスコジェネ等のいわゆる再生可能エネルギーによる創エネルギー量は、一次エネルギー消費量から削減して考えるものとする。
運転計画作成装置１とエネルギー供給プラント３とは、内部ネットワーク４により接続されている。内部ネットワーク４は、さらに制御装置５と、外部通信サーバ６と、が接続され、運転計画作成装置１、エネルギー供給プラント３、制御装置５、および外部通信サーバ６は、互いに通信を行うことができる。
制御装置５は、運転計画作成装置１が作成する運転計画に基づいて、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置を制御する。具体的には、制御装置５は、運転計画作成装置１から受信したエネルギー供給装置の起動、出力レベルなどの作動状態、および停止などを示す制御設定値に基づいて、エネルギー供給装置を制御する。また、制御装置５は、エネルギー供給プラント３の運用データを保存するとともに、エネルギー供給プラント３が正常に動作しているか否かなどの運転状態を監視する。制御装置５は、時々刻々と変化する建物２のエネルギー需要に応じたエネルギー量を供給できるように、運転計画に基づいて、エネルギー供給プラント３を制御する。制御装置５は、例えば、公知のサーバ機能を備えるサーバ装置であり、装置の内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶装置を備える。
外部通信サーバ６は、外部ネットワーク７と接続されている。外部通信サーバ６は、外部ネットワーク７を介して、気象情報サーバ８と通信を行う。気象情報サーバ８は、過去の気象についての気象データとみらいの気象についての気象予測データとを有している。外部通信サーバ６は、気象情報サーバ８から過去の気象データおよび未来の気象予測データを取得する。外部ネットワーク７は、内部ネットワーク４を介して、取得した気象データを運転計画作成装置１に送信する。
内部ネットワーク４および外部ネットワーク７は、例えば、携帯電話網、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）網、ＶＰＮ（Virtual Private Network）網、専用通信回線網、ＷＡＮ（Wide Area Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Network；公衆交換電話網）などによって構成される情報通信ネットワークであり、また、これらの組み合わせであってもよい。
次に、エネルギー供給プラント３が備える各種エネルギー供給装置からのエネルギーの流れの一例について説明する。建物２は、電力、温熱、および冷熱のエネルギーを受容する。図１において、建物２による電力、温熱、および冷熱のエネルギー需要は、それぞれ電力負荷２１、温熱負荷２２、および冷熱負荷２３として示されている。温熱や冷熱のエネルギーは、例えば、水を媒体として供給される。
エネルギー供給プラント３は、受電設備３１１と、ＰＶ（PhotoVoltaics、太陽光発電設備）３１２と、蓄電池３１３と、ＣＧＳ（Co-Generation System、コジェネ）３２１と、ボイラ３２２と、温熱槽３２３と、空冷冷凍機３３１と、水冷冷凍機３３２と、冷熱槽３３３と、吸収式冷凍機３３４と、を備える。
受電設備３１１は、電力会社から電力を受電し、施設に適した電圧に変換する。
ＰＶ３１２は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光パネルを備えた発電設備である。ＰＶ３１２が供給する電気エネルギーの量は、天候などの気象条件により変化する。
蓄電池３１３は、充電および放電の双方を行うことが可能な二次電池を利用した設備である。
ＣＧＳ３２１は、内燃機関や外燃機関によって発電を行うとともに、その排熱を温熱として利用可能なシステムである。本実施形態においてＣＧＳ３２１は、バイオマス燃料をエネルギー源とするが、例えば、ガスをエネルギー源として用いてもよい。
ボイラ３２２は、ガスをエネルギー源として温熱を供給する。
温熱槽３２３は、貯留した熱媒により蓄熱を行う。温熱槽３２３は、例えば、水蓄熱槽である。
空冷冷凍機３３１は、空気を熱源として冷媒の相変化により冷水を供給する機器である。
水冷冷凍機３３２は、水を熱源として冷媒の相変化により冷水を供給する機器である。
冷熱槽３３３は、貯留した熱媒により蓄熱を行う。冷熱槽３３３は、例えば、水蓄熱槽や氷蓄熱槽である。
吸収式冷凍機３３４は、冷媒の凝縮器と蒸発器との間に、水蒸気の吸収と熱源による再生プロセスとを介在させて、冷水を供給する機器である。
上述したように、エネルギー供給装置のうち、空冷冷凍機３３１、水冷冷凍機３３２、冷熱槽３３３、および吸収式冷凍機３３４が冷熱の供給を行う冷熱供給装置である。このうち、空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２は、冷熱の生成に電力を要するため、受電設備３１１、ＰＶ３１２、および蓄電池３１３は、建物２に加え、空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２に電力を供給する。また、吸収式冷凍機３３４は、冷熱の生成に温熱を要するため、ＣＧＳ３２１、ボイラ３２２、および温熱槽３２３は、建物２に加え、吸収式冷凍機３３４に温熱を供給する。ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２は、温熱を生成する温熱供給装置である。また、ＣＧＳ３２１は、電力を供給する電力供給装置でもある。
蓄電池３１３、温熱槽３２３、および冷熱槽３３３は、エネルギーを貯蔵することができる。蓄電池３１３は、ＰＶ３１２およびＣＧＳ３２１により生成された電力を、例えば、電力の生成に要するエネルギーコストが低いときに蓄え、当該エネルギーコストが高いときに電力負荷２１に供給する。また、温熱槽３２３は、ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２により生成された温熱を、例えば、温熱の生成に要するエネルギーコストが低いときに蓄え、当該エネルギーコストが高いときに温熱負荷２２に供給する。同様に、冷熱槽３３３は、空冷冷凍機３３１、水冷冷凍機３３２、および吸収式冷凍機３３４により生成された冷熱を、例えば、冷熱の生成に要するエネルギーコストが低いときに蓄え、当該エネルギーコストが高いときに冷熱負荷２３に供給する。
次に、運転計画作成装置１の構成について説明する。
図２は、運転計画作成装置１の全体構成の一例を示す図である。
運転計画作成装置１は、例えば、公知のサーバ機能を備えるサーバ装置であり、装置の内部にＣＰＵや記憶装置を備える。運転計画作成装置１が備える記憶装置は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ファームウェアやアプリケーションプログラムなど、ＣＰＵが実行するための各種プログラムやＣＰＵが実行した処理の結果などを記憶する。
運転計画作成装置１は、通信部１０と、モデル入力部１１と、表示部１２と、プロセスデータ記憶部１３と、気象データ記憶部１４と、プラントモデル記憶部１５と、演算結果記憶部１６と、演算処理部１７と、プロセスデータ取得部１０１と、気象データ取得部１０２と、運転計画送信制御部１０３と、モデル入力制御部１１１と、表示制御部１２１と、を備える。
通信部１０は、内部ネットワーク４と接続され、制御装置５および外部通信サーバ６と通信を行う。
モデル入力部１１は、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置のプラントモデルとモデルパラメータとの入力を受け付ける。プラントモデルとモデルパラメータについては後述する。モデル入力部１１は、例えば、タッチパネルやマウス、キーボードなどの入力装置を備える。また、モデル入力部１１は、プラントモデルデータとモデルパラメータデータとを記憶する外部記憶装置と接続し、当該データを取得するための通信用インターフェースを備えてもよい。
表示部１２は、運転計画作成装置１が作成した運転計画を表示する。表示部１２は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどの表示装置を備える。
プロセスデータ記憶部１３は、プロセスデータ１３１を記憶する。プロセスデータ１３１は、エネルギー供給プラント３の運用記録、建物２のエネルギー需要の記録などの情報を含む。これらの情報は、日時と対応付けられて記憶され、その時間間隔は、例えば、１時間単位である。
気象データ記憶部１４は、気象データ１４１を記憶する。気象データ１４１は、天候や日照量、日照時間、気温、湿度など、建物２のエネルギー需要、またはエネルギー供給プラント３のエネルギー生成に係る気象情報を含む。これらの情報は日時と対応付けられて記憶され、その時間間隔は、例えば、１時間単位である。また、気象データ１４１は、過去の気象情報の記録の他、天気予報などの気象予測情報を含む。
プラントモデル記憶部１５は、プラントモデルデータ１５１と、モデルパラメータデータ１５２と、を記憶する。
プラントモデルデータ１５１は、エネルギー供給プラント３の態様を示すデータである。プラントモデルデータ１５１は、例えば、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の種類とその接続態様とを示す。
モデルパラメータデータ１５２は、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の詳細を示すデータである。モデルパラメータデータ１５２は、例えば、各エネルギー供給装置が供給するエネルギーの最大出力や、各エネルギー供給装置の入力エネルギーに対する出力エネルギーの変換効率などのデータを含む。また、モデルパラメータデータ１５２は、気象条件によってエネルギー生成効率の変化するＰＶ３１２などについて、気象条件に応じたエネルギー出力を示すデータを含む。また、モデルパラメータデータ１５２は、蓄電池３１３、温熱槽３２３、冷熱槽３３３が蓄積可能なエネルギー量のデータを含む。また、モデルパラメータデータ１５２は、受電設備３１１が受電する電力、ＣＧＳ３２１が消費するバイオマス燃料、およびボイラ３２２が消費するガスのエネルギー単価の日時毎のデータを含む。また、プラントモデルデータ１５１は、電力、ガス、およびバイオマス燃料の一次エネルギー換算係数などのデータを含む。
演算結果記憶部１６は、演算処理部１７による演算処理の結果を記憶し、年間計画データ１６１と、日間計画データ１６２と、ＺＥＢ化乗数データ１６３と、を記憶する。
年間計画データ１６１は、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の年間の運転計画を示す。
日間計画データ１６２は、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の１日間の運転計画を示す。日間計画データ１６２は、例えば、エネルギー供給装置の起動、停止、および運転時の出力レベルなどを示す制御設定値を１時間単位で示す。
ＺＥＢ化乗数データ１６３は、ＺＥＢ化乗数の設定値を示す。ＺＥＢ化乗数の詳細については後述する。
プロセスデータ取得部１０１、気象データ取得部１０２、運転計画送信制御部１０３、モデル入力制御部１１１、表示制御部１２１、および演算処理部１７は、例えば、運転計画作成装置１が記憶装置に記憶するプログラムを、ＣＰＵが実行することによって機能する。
プロセスデータ取得部１０１は、通信部１０を介して、制御装置５からエネルギー供給プラント３のプロセスデータを取得する。ここで、プロセスデータ取得部１０１は、エネルギー供給プラント３から直接プロセスデータを取得してもよい。プロセスデータ取得部１０１は、取得したプロセスデータをプロセスデータ記憶部１３に記憶させる。
気象データ取得部１０２は、通信部１０を介して外部通信サーバ６と通信を行い、外部通信サーバ６が気象情報サーバ８から取得した気象データおよび気象予測データを取得する。気象データ取得部１０２は、取得した気象データおよび気象予測データを気象データ記憶部１４に記憶させる。
運転計画送信制御部１０３は、演算結果記憶部１６から日間計画データ１６２を読み出し、読み出したデータを通信部１０を介して制御装置５に送信する。
モデル入力制御部１１１は、モデル入力部１１が受け付けたプラントモデルデータおよびモデルパラメータデータを、それぞれ、プラントモデルデータ１５１およびモデルパラメータデータ１５２としてプラントモデル記憶部１５に記憶させる。
表示制御部１２１は、演算結果記憶部１６から年間計画データ１６１および日間計画データ１６２を読み出し、表示部１２にエネルギー供給プラント３の運転計画を表示させる。表示制御部１２１は、例えば、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の時刻毎の運転状態を表形式、グラフ形式など様々な表示態様で表示させてよい。
演算処理部１７は、建物２によるエネルギー需要の予測を行い、当該予測した需要量に応じたエネルギー量を供給するためのエネルギー供給プラント３の運転計画を作成する。演算処理部１７は、需要予測部１８と、運転計画作成部１９と、を備える。
需要予測部１８は、プロセスデータ１３１と気象データ１４１とに基づいて、建物２によるエネルギーの需要量の予測を行う。需要予測部１８は、年間需要予測部１８１と、日間需要予測部１８２と、を備える。
年間需要予測部１８１は、建物２による１年間のエネルギー需要の時間変化を予測する。年間需要予測部１８１は、プロセスデータ記憶部１３からプロセスデータ１３１を取得する。また、年間需要予測部１８１は、気象データ記憶部１４から気象データ１４１を取得する。年間需要予測部１８１は、取得したプロセスデータと取得した気象データ１４１とに基づいて、１年間のエネルギー需要の時間変化を予測する。
年間需要予測部１８１は、例えば、過去数年間のエネルギー需要の平均値を時刻毎に算出し、１年間の平均的な１日のエネルギー需要の時間変化を算出する。このように算出した１日間におけるエネルギー需要の時間変化が３６５日続くと考えることで、１年間のエネルギー需要の時間変化が予測されうる。
また、年間需要予測部１８１は、例えば、過去１年間について、月間のエネルギー需要の平均値を時刻毎に算出し、１か月間の平均的な１日のエネルギー需要の時間変化を算出する。そして、この計算を各月について行い、年間需要予測部１８１は、１２の月各々の平均的な１日について、エネルギー需要の時間変化を算出してもよい。このように算出した１日間のエネルギー需要の時間変化が各月毎に続くと考えることで、１年間のエネルギー需要の時間変化が予測されうる。年間需要予測部１８１は、予測した１年間のエネルギー需要の時間変化を示す年間需要予測データを運転計画作成部１９に出力する。
日間需要予測部１８２は、建物２による１日間のエネルギー需要の時間変化を予測する。日間需要予測部１８２は、プロセスデータ記憶部１３からプロセスデータ１３１を取得する。また、日間需要予測部１８２は、気象データ記憶部１４から気象データ１４１を取得する。日間需要予測部１８２は、取得したプロセスデータ１３１と取得した気象データ１４１とに基づいて、１日間のエネルギー需要の時間変化を予測する。日間需要予測部１８２は、例えば、エネルギー需要を予測する１日間の気象予報に基づいて、気温とエネルギー需要の回帰モデルなどにより、１日間のエネルギー需要の時間変化を予測する。日間需要予測部１８２は、予測した１日間のエネルギー需要の時間変化を示す日間需要予測データを運転計画作成部１９に出力する。
運転計画作成部１９は、年間運転計画作成部１９１は、年間需要予測部１８１から取得した年間需要予測データと、プラントモデル記憶部１５から取得したプラントモデルデータ１５１と、モデルパラメータデータ１５２とに基づいて、エネルギー供給プラント３の１年間の運転計画を作成する。以下に、運転計画作成部１９による運転計画の作成方法の原理に係る数式について説明する。
Figure 0006334177
ここで、変数ｄは日にちを示す。変数ｔは、１日を０時から２３時で示した場合の時刻を示す。ｐｅ（ｔ）は、時刻ｔにおける電力の単価［円／ｋＷｈ］を示す。ｐｇおよびｐｏは、それぞれ、ガスおよびバイオマス燃料の単価［円／ｋＷｈ］を示す。ｅｕ（ｔ）は、時刻ｔにおける受電設備３１１の受電電力量［ｋＷｈ］示す。ｇｕ（ｔ）は、時刻ｔにおけるボイラ３２２のガス消費量［ｋＷｈ］。ｏｕ（ｔ）は、時刻ｔにおけるＣＧＳ３２１の燃料消費量［ｋＷｈ］を示す。すなわち、上記の式（１）の左辺は１年間の総エネルギーコストを示している。従って、上記の式（１）の解は、エネルギーコストを最小化する。
Figure 0006334177
ここで、αｅ、αｇ、およびαｏは、それぞれ電力、ガス、およびバイオマス燃料の1次エネルギー換算係数を示す。また、ｅｄ（ｔ）は、時刻ｔにおける建物２による需要電力量［ｋＷｈ］を示す。また、ｅＲ（ｔ）は、時刻ｔにおける空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２の消費電力量の合計［ｋＷｈ］を示す。また、ｅＣＧＳ（ｔ）およびｅＰＶ（ｔ）は、それぞれ、時刻ｔにおけるＣＧＳ３２１およびＰＶ３１２による発電電力量［ｋＷｈ］を示す。
すなわち、上記の式（２）の左辺は、消費したエネルギーの一次エネルギー換算量を示し、右辺は、生成した再生可能エネルギーの一次エネルギー換算量を示す。従って、式（２）は、ＺＥＢを達成するための条件を示している。
その他、目的関数式（１）の制約条件として、以下の式（３）〜（２０）がある。
Figure 0006334177
ここで、ｅＳＴ（ｔ）は、時刻ｔにおける蓄電池３１３の放電電力量［ｋＷｈ］を示す。また、ｅＳＴ（ｔ）が負の値の場合には、ｅＳＴ（ｔ）は、蓄電池３１３に充電される蓄電電力量［ｋＷｈ］を示す。従って、式（３）は、電力の需要と供給とのバランスを示す。
Figure 0006334177
ここで、ｃＲ（ｔ）は、時刻ｔにおける空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２の出力熱量の合計［ｋＷｈ］を示す。ｃＡＢＲ（ｔ）およびｃＳＴ（ｔ）は、それぞれ、時刻ｔにおける吸収式冷凍機３３４および冷熱槽３３３の出力熱量［ｋＷｈ］を示す。また、ｃｄ（ｔ）は、時刻ｔにおける建物２による冷熱需要量［ｋＷｈ］を示す。また、ｃＳＴ（ｔ）が負の値の場合には、ｃＳＴ（ｔ）は、冷熱槽３３３に貯蔵される冷熱量［ｋＷｈ］を示す。従って、式（４）は、冷熱の需要と供給とのバランスを示す。
Figure 0006334177
ここで、ｈＣＧＳ（ｔ）、ｈＢ（ｔ）、およびｈＳＴ（ｔ）は、それぞれ、時刻ｔにおけるＣＧＳ３２１、ボイラ３２２、および温熱槽３２３の出力熱量［ｋＷｈ］を示す。ｈＡＢＲ（ｔ）は、時刻ｔにおける吸収式冷凍機３３４の入力熱量［ｋＷｈ］を示す。ｈｄ（ｔ）は、時刻ｔにおける建物２による温熱需要量［ｋＷｈ］を示す。また、ｈＳＴ（ｔ）が負の値の場合には、ｈＳＴ（ｔ）は、温熱槽３２３に貯蔵される温熱量［ｋＷｈ］を示す。従って、式（５）は、温熱の需要と供給とのバランスを示す。
Figure 0006334177
ここで、ＷＳＴ（ｔ）は、時刻ｔにおける蓄電池３１３の蓄電量［ｋＷｈ］を示す。
Figure 0006334177
ここで、Ｑｃ（ｔ）は、時刻ｔにおける冷熱槽３３３の蓄熱量［ｋＷｈ］を示す。
Figure 0006334177
ここで、Ｑｈ（ｔ）は、時刻ｔにおける温熱槽３２３の蓄熱量［ｋＷｈ］を示す。
Figure 0006334177
式（９）〜（１３）において、ｆは関数を示し、式（９）から（１３）は、それぞれ、ｈＣＧＳ（ｔ）、ｅＣＧＳ（ｔ）、ｈＢ（ｔ）、ＣＲ（ｔ）、ＣＡＢＲ（ｔ）の算出式を示す。
Figure 0006334177
式（１４）〜（１６）は、それぞれ、蓄電池３１３による蓄電、冷熱槽３３３による蓄熱、温熱槽３２３による蓄熱の容量についての制約を示す。
Figure 0006334177
式（１７）および式（１８）は、それぞれ、ＣＧＳ３２１の出力熱量および出力電力についての制約を示す。
Figure 0006334177
式（１９）は、空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２による出力熱量の合計についての制約を示す。
Figure 0006334177
式（２０）は、吸収式冷凍機３３４による出力熱量についての制約を示す。
建物２のＺＥＢ化を達成しつつ、エネルギーコストを最小化するには、上述の式（２）〜（２０）に示す制約条件の下で式（１）の最適解を取得すればよい。以下ではこの問題を、年間運転計画問題と称することがある。制約条件式（２）〜（２０）のうち、式（３）〜（２０）は、各時刻における制約条件、または、前後の時刻間にまたがる制約条件であるため、時間経過に従って順に解くことにより、１日毎の制約条件として扱うことが可能である。
これに対し、制約条件式（２）は、１年間にまたがる制約条件であり、これをそのまま解こうとすると、計算量が膨大になる。そこで、制約条件式（２）をラグランジュ緩和し、目的関数式（１）に組み込むことで、以下の式（２１）が得られる。
Figure 0006334177
ここでγは、ラグランジュ乗数を示し、ゼロより大きい値である。また、ラグランジュ乗数γは、ＺＥＢの達成条件の重みを示し、以下ではγをＺＥＢ化乗数と称する。式（２０）を式（３）に基づいて整理すると、以下の式（２２）が得られる。
Figure 0006334177
また、式（２２）において、蓄電池３１３の放電電力量ｅＳＴ（ｔ）の１年間の総和は、充放電の繰り返しによりゼロと近似できる。従って、以下の式（２３）が得られる。
Figure 0006334177
このラグランジュ緩和により、当初の問題の制約条件式（２）〜（２０）のうち、１年間にまたがる制約条件であった式（２）を除いて目的関数式（２３）を考えることができる。また、この目的関数式（２３）は、当初の目的関数式（１）のｐｅ（ｔ）、ｐｇ、およびｐｏをそれぞれ（ｐｅ（ｔ）＋γαｅ）、（ｐｇ（ｔ）＋γαｇ）、および（ｐｏ（ｔ）＋γαｏ）に置き換えた式である。すなわち、この目的関数式（２３）は、ＺＥＢ化の達成のための制約条件のないエネルギーコスト最小化の問題とみなすことができる。この目的関数式（２３）は、１年間についての式である。この目的関数式（２３）を制約条件式（３）〜（２０）の下で解くことを、以下では年間運転計画緩和問題と称することがある。また、年間運転計画緩和問題を解くことは、１日間についての以下の式（２４）を、制約条件式（３）〜（２０）の下で、３６５日分解くことに相当する。以下では、当該１日毎の問題を日間運転計画緩和問題と称することがある。
Figure 0006334177
次に、ＺＥＢ化乗数γについて説明する。
図３は、エネルギー供給プラント３の一次エネルギー消費量とエネルギーコストとの関係の一例を示す図である。
グラフＧ１は、１次エネルギー消費量のＺＥＢ化乗数γに応じた変化を示す。グラフＧ２は、エネルギーコストのＺＥＢ化乗数γに応じた変化を示す。上述のように、ＺＥＢ化乗数γは、ＺＥＢ化を達成するための制約条件の重みを示す。そのため、図３に示すように、ＺＥＢ化乗数γが大きくなるのに従い、ＺＥＢ化の達成に関する一次エネルギー消費量は、小さくなる。これに対し、ＺＥＢ化乗数γが大きくなるのに従い、エネルギーコストは大きくなる。
例えば、ＺＥＢ化乗数γが０のときの年間運転計画緩和問題は、ＺＥＢ制約を考慮しないエネルギーコストのみを最小化する問題である。従って、このときの解は、エネルギーコストを最小化するが、１次エネルギー消費量はプラスとなり、ＺＥＢが達成されない。これに対し、ＺＥＢ化乗数γを十分大きくしたときの年間運転計画緩和問題は、ＺＥＢの達成条件を満足することを重視した問題である。従って、このときの解は、エネルギーコストを上昇させるものの、１次エネルギー消費量は小さくなり、場合によってはマイナスとなる。従って、１次エネルギー消費量がゼロまたは負になる範囲で最小のＺＥＢ化乗数γであるγｏｐｔを算出することにより、ＺＥＢを達成しつつ、エネルギーコストを最小化することができる。
運転計画作成装置１の構成についての説明に戻る。
図４は、年間運転計画作成部１９１の構成の一例を示す図である。
年間運転計画作成部１９１は、ＺＥＢ化乗数初期化部１９１１と、収束判定部１９１２と、ＺＥＢ化乗数更新部１９１３と、を備える。
ＺＥＢ化乗数初期化部１９１１は、運転計画の作成に当り、ＺＥＢ化乗数γを初期化する。ＺＥＢ化乗数初期化部１９１１は、所定の初期値を演算結果記憶部１６のＺＥＢ化乗数データ１６３に記憶させる。ＺＥＢ化乗数初期化部１９１１は、例えば、ＺＥＢ化乗数γの初期値を０に設定する。
収束判定部１９１２は、演算結果記憶部１６からＺＥＢ化乗数データ１６３が示すＺＥＢ化乗数γにおいて、年間需要予測部１８１から取得した年間需要予測データが示す年間需要予測の条件において、式（２３）の解が収束しているか否かを判定する。より具体的には、収束判定部１９１２は、年間需要予測データの１日毎のデータを日間運転計画作成部１９２に出力することにより、日間運転計画作成部１９２に式（２４）を３６５日分解かせ、式（２３）の解が収束しているか否かを判定する。式（２３）の解が収束していないと判定した場合、収束判定部１９１２は、解が収束していないことをＺＥＢ化乗数更新部１９１３に通知する。収束していると判定した場合、算出した解に基づいた１年間の運転計画を作成する。収束判定部１９１２は、作成した１年間の運転計画を演算結果記憶部１６に年間計画データ１６１として記憶させる。
ＺＥＢ化乗数更新部１９１３は、収束判定部１９１２から解が収束していないことを通知されると、演算結果記憶部１６に記憶されているＺＥＢ化乗数データ１６３が示すＺＥＢ化乗数γを更新し、演算結果記憶部１６に記憶させる。ＺＥＢ化乗数更新部１９１３は、例えば、二分法などのアルゴリズムを用いてＺＥＢ化乗数γを更新する。
図５は、日間運転計画作成部１９２の構成の一例を示す図である。
日間運転計画作成部１９２は、日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データ、または、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータに基づいて、１日間の運転計画を作成する。また、日間運転計画作成部１９２は、制約条件式（３）〜（２０）式を参照し、当該式を満たすように運転計画を作成する。日間運転計画作成部１９２は、ＺＥＢ化乗数反映部１９２１と、算出部１９２２と、冷熱供給装置運転計画作成部１９２６と、コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７と、蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８と、を備える。
ＺＥＢ化乗数反映部１９２１は、演算結果記憶部１６からＺＥＢ化乗数データ１６３を取得し、取得したＺＥＢ化乗数データ１６３が示すＺＥＢ化乗数γを式（２４）のＺＥＢ化乗数γに反映させる。
算出部１９２２は、ＺＥＢ化乗数反映部１９２１が設定したＺＥＢ化乗数γに基づいて、式（３）〜（２０）の制約条件の下で目的関数式（２４）の最適解を算出する。算出部１９２２は、消費量算出部１９２３と、コスト算出部１９２４と、最適化問題計算部１９２５と、を備える。
消費量算出部１９２３は、エネルギー供給プラント３によるエネルギーの消費量に係る値を算出する。消費量算出部１９２３は、例えば、冷熱供給装置運転計画作成部１９２６、コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７、および蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８が作成したエネルギー供給プラント３の運転計画に基づくエネルギーの消費量を算出する。そして、消費量算出部１９２３は、当該消費量の一次エネルギー換算量、すなわち一次エネルギー消費量を算出する。
コスト算出部１９２４は、エネルギー供給プラント３が消費するエネルギーのエネルギーコストに係る値を算出する。コスト算出部１９２４は、例えば、冷熱供給装置運転計画作成部１９２６、コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７、および蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８が作成したエネルギー供給プラント３の運転計画に基づく、エネルギーコストを算出する。
最適化問題計算部１９２５は、消費量算出部１９２３およびコスト算出部１９２４が算出する一次エネルギー消費量およびエネルギーコストに基づいて、例えば、式（２４）の左辺の値を算出する。最適化問題計算部１９２５は、年間需要データの１日毎のデータに基づいて算出した式（２４）の左辺の値を、１日分の日間運転計画緩和問題の解として、年間運転計画作成部１９１に出力する。
冷熱供給装置運転計画作成部１９２６は、日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データ、または、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータから１日間の時刻毎の冷熱需要を取得する。冷熱供給装置運転計画作成部１９２６は、取得した時刻毎の冷熱需要に応じた冷熱を建物２に供給するための冷熱供給装置の運転計画を作成する。冷熱供給装置運転計画作成部１９２６は、作成した運転計画に基づいて冷熱供給装置を運転したときに必要となる電力および温熱を、算出部１９２２に算出させる。
冷熱供給装置運転計画作成部１９２６は、日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データに基づいて作成した運転計画を、演算結果記憶部１６に日間計画データ１６２として記憶させる。また、冷熱供給装置運転計画作成部１９２６は、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータに基づいて作成した運転計画を、日にちと対応付けて、演算結果記憶部１６に年間計画データ１６１として記憶させる。
コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７は、ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２の運転計画を作成する。日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データ、または、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータから１日間の時刻毎の温熱需要および電力需要を取得する。コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７は、取得した時刻毎の電力需要および温熱需要に応じた電力および温熱を建物２に供給するための電力供給装置および温熱供給装置の運転計画を作成する。コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７は、作成した運転計画に基づいて温熱供給装置および電力供給装置を運転したときに必要となる受電電力、バイオマス燃料、およびガスの量を、算出部１９２２に算出させる。
コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７は、日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データに基づいて作成した運転計画を、演算結果記憶部１６に日間計画データ１６２として記憶させる。また、コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７は、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータに基づいて作成した運転計画を日にちと対応付けて、演算結果記憶部１６に年間計画データ１６１として記憶させる。
蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８は、温熱槽３２３および冷熱槽３３３の蓄熱放熱計画と蓄電池３１３の蓄電放電計画とを作成する。蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８は、エネルギーコストの時間変化を鑑みて、エネルギーコストが高いときに放熱および放電を行い、エネルギーコストが安いときに蓄熱および蓄電が行われるように、蓄熱計画および蓄電計画を作成する。蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８は、作成した運転計画に基づいてエネルギー供給プラント３を運転した時のエネルギーコストを、算出部１９２２に算出させる。
蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８は、日間需要予測部１８２から取得した日間需要予測データに基づいて作成した運転計画を、演算結果記憶部１６に日間計画データ１６２として記憶させる。また、蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８は、年間運転計画作成部１９１から取得した年間需要データの１日毎のデータに基づいて作成した運転計画を日にちと対応付けて、演算結果記憶部１６に年間計画データ１６１として記憶させる。
次に、運転計画作成装置１の動作について説明する。
図６は、年間運転計画作成時における運転計画作成装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、運転計画作成装置１は、エネルギー供給プラント３の過去のプロセスデータおよび過去の気象データに基づいて、建物２による年間のエネルギー需要を予測する（ステップＳ１０１）。次に、運転計画作成装置１は、予測された年間のエネルギー需要に基づいて、ＺＥＢ化乗数γの算出と年間運転計画の作成とを行う（ステップＳ１０２）。そして、運転計画作成装置１は、作成した年間運転計画を表示部に表示し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。
図７は、図６のステップＳ１０２における、運転計画作成装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、運転計画作成装置１は、ＺＥＢ化乗数γを初期化する（ステップＳ２０１）。次に、運転計画作成装置１は、ＺＥＢ化乗数γの設定値に基づいて、日間運転計画緩和問題を３６５日分解き、その総和を解として算出する最適化計算を行う（ステップＳ２０２）。次に、運転計画作成装置１は、ステップＳ２０２における最適化計算の解が収束しているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、運転計画作成装置１は、例えば、年間運転計画緩和問題の解が、一定の反復回数の間、所定の閾値以上に改善されない場合、最適化計算の解が収束していると判定する。
最適化計算の解が収束していると判定した場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、運転計画作成装置１は、処理を終了する。また、最適化計算の解が収束していないと判定した場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）、運転計画作成装置１は、ＺＥＢ化乗数γを更新する（ステップＳ２０４）。そして、運転計画作成装置１は、ステップＳ２０２の処理に戻り、更新されたＺＥＢ化乗数γに基づいて、最適化計算を行う。
図８は、図７のステップＳ２０２における、運転計画作成装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、運転計画作成装置１は、ＺＥＢ化乗数γを取得する（ステップＳ３０１）次に、運転計画作成装置１は、１日間の時刻毎に、以下のステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理を行う。運転計画作成装置１は、図６のステップＳ１０１において予測した、時刻毎の冷熱需要を取得する（ステップＳ３０２）。次に、運転計画作成装置１は、取得した冷熱需要に応じた冷熱を供給するための冷熱供給装置の運転計画を作成する（ステップＳ３０３）。
冷熱供給装置の運転計画は、冷熱供給装置各々の起動優先順位に従って決定する。起動優先順位は、例えば、冷熱生成単価表を用いて、冷熱生成単価の安い冷熱供給装置から順に決定する。
図９は、エネルギー供給プラント３が備える冷熱供給装置の冷熱生成単価の一例を示す表である。
図９に示す冷熱生成単価表は、各冷熱供給装置が定格で運転された場合に、冷熱の単位熱量［ｋＷｈ］を生成するために必要な燃料あるいは電力の価格を示す表である。図９に示す表において、行Ｌ１は時刻を示す。また、行Ｌ２は、空冷冷凍機３３１が１［ｋＷｈ］の冷熱を生成するために必要とする燃料の単価を示す。また、行Ｌ３は、水冷冷凍機３３２が１［ｋＷｈ］の冷熱を生成するために必要とする燃料の単価を示す。また、行Ｌ４は、吸収式冷凍機３３４が１［ｋＷｈ］の冷熱を生成するために必要とする燃料の単価を示す。ここで、本実施形態において、空冷冷凍機３３１および水冷冷凍機３３２は電動式であるため、行Ｌ２およびＬ３は、単位冷熱量を生成するために必要な電力価格を示す。また、吸収式冷凍機３３４は温熱式であるため、行Ｌ４は、単位冷熱量を生成するために必要な温熱量を生成するために必要なガス価格を示す。
図９の例において、例えば、０時から７時までと、２２時と、２３時との時間帯において、１［ｋＷｈ］の冷熱を生成するために必要とする燃料の単価は、水冷冷凍機３３２、空冷冷凍機３３１、吸収式冷凍機３３４の順に低い。これに対し、８時から２１時までの時間帯において、１［ｋＷｈ］の冷熱を生成するために必要とする燃料の単価は、吸収式冷凍機３３４、水冷冷凍機３３２、空冷冷凍機３３１の順に低い。そのため、０時から７時までと、２２時と、２３時との時間帯において、水冷冷凍機３３２の起動優先順位が１、空冷冷凍機３３１の起動優先順位が２、吸収式冷凍機３３４の起動優先順位が３であり、８時から２１時までの時間帯において、吸収式冷凍機３３４の起動優先順位が１、水冷冷凍機３３２の起動優先順位が２、空冷冷凍機３３１の起動優先順位が３である。
図１０は、運転計画作成装置１による運転計画の作成方法の一例を説明するための図である。
図１０に示すグラフにおいて、縦軸は冷熱（冷水）のエネルギー量を示し、横軸は時刻を示す。また、折れ線グラフは、冷熱需要の時間変化を示す。また、２つの棒グラフは、それぞれ、水冷冷凍機３３２による出力冷熱と、吸収式冷凍機３３４による出力冷熱とを示す。なお、本実施形態において、一例として、空冷冷凍機３３１の最大出力は３００［ｋＷｈ］、水冷冷凍機３３２の最大出力は６００［ｋＷｈ］であり、吸収式冷凍機３３４の最大出力は３００［ｋＷｈ］であるとする。
図９を用いて説明した時刻毎の起動優先順位に従うと、運転計画作成装置１は、０時から７時までと、２２時と、２３時との時間帯において、起動優先順位が１である水冷冷凍機３３２が、冷熱需要に応じた冷熱を供給するように運転計画を作成する。この時間帯において、冷熱需要は、水冷冷凍機３３２の最大出力以下であるため、水冷冷凍機３３２の運転のみで冷熱需要に対応する。また、８時から２１時までの時間帯において、運転計画作成装置１は、起動優先順位が１である吸収式冷凍機３３４がその最大出力の３００［ｋＷｈ］までの冷熱を供給し、３００［ｋＷｈ］を超える場合は、起動優先順位が２である水冷冷凍機３３２が冷熱需要に対する不足分を供給するように運転計画を作成する。また、運転計画作成装置１は、冷熱供給装置の運転計画の作成において、冷熱槽３３３の運用を考慮してよい。例えば、水冷冷凍機３３２のエネルギーコストが高い時間帯において、冷熱槽３３３が放熱を行い、冷熱負荷を持ち替えるようにする。そして、運転計画作成装置１は、水冷冷凍機３３２のエネルギーコストが低い時間帯に、持ち替えた冷熱を予め生成し、冷熱槽３３３に蓄熱するように、運転計画を作成する。
図８の説明に戻る。ステップＳ３０３の処理を終えると、運転計画作成装置１は、作成した運転計画に基づいて、冷熱供給装置の運転に必要な温熱および電力を算出する（ステップＳ３０４）。次に、運転計画作成装置１は、例えば、１日間の時刻毎に、以下のステップＳ３０５〜Ｓ３０７の処理を行う。運転計画作成装置１は、図６のステップＳ１０１において予測した時刻毎の温熱需要および電力需要とを取得する。また、運転計画作成装置１は、ステップＳ３０４において算出した冷熱供給装置の運転に必要な温熱および電力を、予測した温熱需要および電力需要に加算する（ステップＳ３０５）。次に、運転計画作成装置１は、取得した温熱需要および電力需要に応じた温熱および電力を建物２に供給するためのＣＧＳ３２１およびボイラ３２２の運転計画を作成する（ステップＳ３０６）。
ここで、運転計画作成装置１は、ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２について、冷熱供給装置のときと同様に、起動優先順位を決定し、運転計画を作成する。また、運転計画作成装置１は、単位温熱量を生成するために必要な燃料価格を示す温熱生成単価に基づいて起動優先順位を決定する。また、ＣＧＳ３２１の場合は、温熱と電力とを同時に生成・供給するものとして計算する。また、ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２の運転計画の作成において、運転計画作成装置１は、気象条件に基づいてＰＶ３１２による発電量を推定し、推定した発電量を電力需要から差し引いて、運転計画を作成してもよい。
また、運転計画作成装置１は、温熱槽３２３について、冷熱槽３３３の運用と同様に、温熱槽３２３からの放熱により、ＣＧＳ３２１あるいはボイラ３２２の温熱負荷を持ち替えることによりエネルギーコストを削減できる場合に、持ち替えを実施させるように運転計画を作成する。また、蓄電池３１３は、受電電力が負になり逆潮流を生じている時間帯に逆潮流分の電力量を充電する。そして、運転計画作成装置１は、受電電力量が正であり、電力単価の最も高い時間帯に、逆潮流を起こさないように蓄電池３１３を放電させる。
運転計画作成装置１は、ステップＳ３０６において作成した運転計画に基づいて、ＣＧＳ３２１およびボイラ３２２の運転に必要な燃料および電力を算出し（ステップＳ３０７）、処理を終了する。
図１１は、年間運転計画の修正時における運転計画作成装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、運転計画作成装置１は、例えば、１ヶ月毎に、必要に応じて建物２の１年間のエネルギー需要の予測修正を行う（ステップＳ４０１）。ただし、過去の日にちに対しては、エネルギー需要の予測修正は行わない。また、予測の前提となるデータが変わらない場合には、予測修正を行う必要はない。
そして、運転計画作成装置１は、エネルギー供給プラント３の運転実績と修正した年間需要予測とに基づいて、ＺＥＢ化乗数γを再計算し、年間運転計画を修正し（ステップＳ４０２）、処理を終了する。ここで、ＺＥＢ化乗数γの再計算および年間運転計画の作成において、過去の日にちに対しては、エネルギー供給プラント３の１次エネルギー消費量の実績値を用いる。
図１２は、実際のエネルギー供給プラント３の運用時における日間運手計画の作成時における運転計画作成装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、運転計画作成装置１は、例えば、毎日の所定の時間に、プロセスデータと、過去の気象データおよび未来の気象予測データに基づいて、１日間のエネルギー需要の予測を行う（ステップＳ５０１）。そして、運転計画作成装置１は、作成した日間需要予測データに基づき、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の１日間の運転計画を作成する（ステップＳ５０２）。このとき、ＺＥＢ化乗数γには、例えば、図６のステップＳ１０２において算出した値、または、図１１のステップＳ４０２において再計算した値を用いる。運転計画作成装置１は、作成した１日間の運転計画を制御装置５に送信し、処理を終了する（ステップＳ５０３）。
以上のように、運転計画作成装置１は、消費量算出部１９２３と、コスト算出部１９２４と、運転計画作成部１９と、を備える。消費量算出部１９２３は、建物２に対してエネルギーを供給するエネルギー供給プラント３による一次エネルギー消費量を算出する。コスト算出部１９２４は、エネルギー供給プラント３がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出する。運転計画作成部１９は、消費量算出部１９２３が算出する一次エネルギー消費量とコスト算出部１９２４が算出するエネルギーコストとに基づいて、一次エネルギー消費量またはエネルギーコストに関する所定の目標を達成するように、複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する。
これにより、運転計画作成装置１は、例えば、エネルギー供給プラント３の運転計画の作成時において、一次エネルギー消費量とエネルギーコストとを鑑みて運転計画を作成するため、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の一次エネルギー消費量を小さくしつつ、エネルギーコストを小さくすることができる。従って、運転計画作成装置１は、例えば、建物２のＺＥＢ化を達成しつつ、低いエネルギーコストでエネルギー供給プラント３を運転することができる。
また、運転計画作成部１９は、消費量算出部１９２３が算出する一次エネルギー消費量を示す値にＺＥＢ化乗数γを乗算し、当該乗算した値をコスト算出部１９２４が算出するエネルギーコストを示す値に加算した値に基づいて、エネルギー供給プラント３の運転計画を作成する。これにより、運転計画作成装置１は、年間運転計画問題を少ない計算量で解くことができる。従って、運転計画作成装置１は、エネルギー供給プラント３が備えるエネルギー供給装置の一次エネルギー消費量を小さくしつつ、エネルギーコストを小さくするための運転計画を短時間で作成することができる。
また、運転計画作成装置１は、所定の目標として、消費量算出部１９２３が算出する一次エネルギー消費量がゼロまたは負の値とする。これにより、運転計画作成装置１は、例えば、さらに確実に建物２のＺＥＢ化を達成することができる。
また、消費量算出部１９２３は、所定の期間における一次エネルギー消費量を算出し、コスト算出部１９２４は、所定の期間におけるエネルギーコストを算出する。これにより、運転計画作成装置１は、例えば１年間などの所定の期間における一次エネルギー消費量とエネルギーコストとに基づいて運転計画を作成する。従って、例えば、所定の期間において、一次エネルギーをゼロまたは負の値にするなどの目標を、さらに確実に達成することができる。
また、消費量算出部１９２３は、所定の期間における第１の一次エネルギー消費量と、上述した所定の期間に比して短い期間における第２の一次エネルギー消費量とを算出し、コスト算出部１９２４は、上述した所定の期間における第１のエネルギーコストと、上述した所定の期間に比して短い期間における第２のエネルギーコストとを算出し、運転計画作成部１９は、第１の一次エネルギー消費量と第１のエネルギーコストとに基づいて作成した運転計画を、第２の一次エネルギー消費量と第２のエネルギーコストとに基づいて修正する。
これにより、運転計画作成装置１は、例えば、１年間の一次エネルギー消費量とエネルギーコストとに基づいて作成した運転計画を、１年間よりも短い１ヶ月間または１日間の一次エネルギー消費量とエネルギーコストとに基づいて修正する。従って、運転計画作成装置１は、例えば、１年間における長期的な目標に対して作成した運転計画と、エネルギー供給プラント３の実際の運転状態とのずれを、１日単位で修正することができるため、建物２のＺＥＢ化の達成などの長期的な目標を、さらに確実に達成することができる。
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態の運転計画作成装置の全体構成の一例を示す図である。
第２の実施形態に係る運転計画作成装置１ａは、ビルや住宅などの建物に電力、冷熱、温熱などのエネルギーを供給するエネルギー供給プラントの仮想モデルに対して運転計画を作成することにより、建物のＺＥＢ化の達成時におけるエネルギーコストをシミュレーションするシミュレーターである。運転計画作成装置１ａは、例えば、サーバ装置、パーソナルコンピュータ、タブレット端末装置、スマートフォンなどである。
また、運転計画作成装置１ａは、例えば、装置の内部にＣＰＵや記憶装置を備える。運転計画作成装置１ａが備える記憶装置は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、またはＲＡＭなどを備え、ファームウェアやアプリケーションプログラムなど、ＣＰＵが実行するための各種プログラムやＣＰＵが実行した処理の結果などを記憶する。以下、本実施形態の説明では、第１の実施形態と同一の機能を有する構成については、同一の符号を使用し、説明を省略する。
運転計画作成装置１ａは、ネットワーク９に接続され、ネットワーク９を介して、気象情報サーバ８と通信を行う。ネットワーク９は、例えば、携帯電話網、ＰＨＳ網、ＶＰＮ網、専用通信回線網、ＷＡＮ、ＬＡＮ、ＰＳＴＮなどによって構成される情報通信ネットワークであり、また、これらの組み合わせであってもよい。
運転計画作成装置１ａは、通信部１０と、モデル入力部１１と、表示部１２と、プロセスデータ記憶部１３ａと、気象データ記憶部１４と、プラントモデル記憶部１５と、演算結果記憶部１６aと、演算処理部１７ａと、気象データ取得部１０２と、モデル入力制御部１１１と、表示制御部１２１と、プロセスデータ入力部１３２と、プロセスデータ入力制御部１３３と、を備える。
プロセスデータ記憶部１３ａは、プロセスデータ１３１ａを記憶する。プロセスデータ１３１ａは、例えば、プラントモデル記憶部１５ａが記憶するプラントモデルデータ１５１ａおよびモデルパラメータデータ１５２ａが示すシミュレーション対象のエネルギー供給プラントに構成が類似したエネルギー供給プラントの運用記録の情報を含む。また、プロセスデータ１３１ａは、シミュレーション対象の建物のエネルギー需要の記録の情報などを含む。これらの情報は日時と対応付けられて記憶され、その時間間隔は、例えば、１時間単位である。
プラントモデル記憶部１５ａは、プラントモデルデータ１５１ａと、モデルパラメータデータ１５２ａと、を記憶する。
プラントモデルデータ１５１ａは、シミュレーション対象のエネルギー供給プラントの態様を示すデータである。プラントモデルデータ１５１ａは、例えば、シミュレーション対象のエネルギー供給プラントが備えるエネルギー供給装置の種類とその接続態様とを示す。また、プラントモデルデータ１５１ａは、受電設備が受電する電力、エネルギー供給プラントが消費するバイオマス燃料、およびガスのエネルギー単価の日時毎のデータを含む。また、プラントモデルデータ１５１ａは、電力、ガス、バイオマス燃料の一次エネルギー換算係数のデータを含む。
モデルパラメータデータ１５２ａは、シミュレーション対象のエネルギー供給プラントが備えるエネルギー供給装置の詳細を示すデータである。モデルパラメータデータ１５２ａは、例えば、各エネルギー供給装置が供給するエネルギーの最大出力や、各エネルギー供給装置の入力エネルギーに対する出力エネルギーの変換効率などのデータを含む。また、モデルパラメータデータ１５２ａは、気象条件によってエネルギー生成効率の変化するＰＶなどについて、気象条件に応じたエネルギーの出力などのデータを含む。また、モデルパラメータデータ１５２ａは、蓄電池、温熱槽、および冷熱槽が蓄積可能なエネルギー量のデータを含む。
演算結果記憶部１６ａは、年間計画データ１６１と、ＺＥＢ化乗数データ１６３と、を備える。
プロセスデータ入力部１３２は、プロセスデータの入力を受け付ける。プロセスデータ入力部１３２は、例えば、タッチパネルやマウス、キーボードなどの入力装置を備える。また、プロセスデータ入力部１３２は、プロセスデータを記憶する外部記憶装置と接続し、当該プロセスデータを取得するための通信用インターフェースを備えてもよい。
プロセスデータ入力制御部１３３、気象データ取得部１０２、運転計画送信制御部１０３、モデル入力制御部１１１、表示制御部１２１、および演算処理部１７ａは、例えば、運転計画作成装置１ａが記憶装置に記憶するプログラムを、ＣＰＵが実行することによって機能する。
プロセスデータ入力制御部１３３は、プロセスデータ入力部１３２が取得したプロセスデータをプロセスデータ記憶部１３ａに記憶させる。
演算処理部１７ａは、年間需要予測部１８１ａと、運転計画作成部１９ａと、を備える。年間需要予測部１８１ａは、第１の実施形態の運転計画作成装置１が備える年間需要予測部１８１と同様の処理を行う。ただし、プロセスデータ１３１の代わりにプロセスデータ１３１ａに基づいて、シミュレーション対象の建物が必要とするエネルギーの年間需要予測を行う。
運転計画作成部１９ａは、第１の実施形態の運転計画作成部１９と同様の処理を行う。ただし、プラントモデルデータ１５１の代わりにプラントモデルデータ１５１ａに基づき、また、モデルパラメータデータ１５２の代わりにモデルパラメータデータ１５２ａに基づき、シミュレーション対象のエネルギー供給プラントの運転計画を作成する。
以上のように、運転計画作成装置１ａは、消費量算出部１９２３と、コスト算出部１９２４と、運転計画作成部１９と、を備える。消費量算出部１９２３は、建物２に対してエネルギーを供給する複数のエネルギー供給装置による一次エネルギー消費量を算出する。コスト算出部１９２４は、複数のエネルギー供給装置がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出する。運転計画作成部１９は、消費量算出部１９２３が算出する一次エネルギー消費量とコスト算出部１９２４が算出するエネルギーコストとに基づいて、一次エネルギー消費量またはエネルギーコストに関する所定の目標を達成するように、複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する。
これにより、運転計画作成装置１ａは、例えば、エネルギー供給プラントと建物とについてシミュレーションを行い、建物がＺＥＢ化を達成できるか否かを判定したり、ＺＥＢを達成する場合に要するエネルギーコストを算出したりすることができる。従って、例えば、エネルギー供給プラントとエネルギー供給先の建物の着工前に、ＺＥＢ化の実現可能性を判断することができる。
なお、図１に示した構成は一例であり、例えば、いずれのエネルギー供給装置を採用するか、或いは採用しないかについて、特に制限はない。また、エネルギー供給装置の接続態様も図１に示したものに限らない。また、エネルギー供給プラントは、例示されていないエネルギー供給装置を備えてもよい。
なお、上述の実施形態では、プロセスデータや気象データが１時間単位で記録されていることとしたが、例えば３０分単位や１５分単位、２時間単位などで記録されていてもよい。また、同様に、運転計画作成装置は、１時間ではなく、例えば３０分単位や１５分単位、２時間単位などで、運転計画を作成してよく、これらの時間間隔に特に制限はない。
なお、年間運転計画緩和問題および日間運転計画緩和問題についての各式の情報は、例えば、プラントモデル記憶部１５、１５ａのプラントモデルデータ１５１、１５１ａやモデルパラメータデータ１５２、１５２ａとして記憶されてよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、一次エネルギーとエネルギーコストとに基づいて運転計画を作成するという技術的特徴を持つことにより、建物の正味の1次エネルギー消費量をゼロまたは負にし、いわゆるＺＥＢ化を達成する中で、エネルギーコストを最小化して、エネルギー供給プラントを運転することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
なお、上述した各実施形態における運転計画作成装置１、１ａおよび制御装置５の一部、例えば、プロセスデータ取得部１０１、気象データ取得部１０２、運転計画送信制御部１０３、モデル入力制御部１１１、表示制御部１２１、演算処理部１７、需要予測部１８、年間需要予測部１８１、日間需要予測部１８２、運転計画作成部１９、年間運転計画作成部１９１、日間運転計画作成部１９２、ＺＥＢ化乗数初期化部１９１１、収束判定部１９１２、ＺＥＢ化乗数更新部１９１３、ＺＥＢ化乗数反映部１９２１、算出部１９２２、消費量算出部１９２３、コスト算出部１９２４、最適化問題計算部１９２５、冷熱供給装置運転計画作成部１９２６、コジェネ・ボイラ運転計画作成部１９２７、および蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部１９２８などをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、運転計画作成装置１、１ａおよび制御装置５に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における運転計画作成装置１、１ａおよび制御装置５の一部、または全部を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよい。運転計画作成装置１、１ａおよび制御装置５の各機能部は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
１…運転計画作成装置、２…建物、３…エネルギー供給プラント、４…内部ネットワーク４…制御装置、６…外部通信サーバ、７…外部ネットワーク、８…気象情報サーバ、１０…通信部、１１…モデル入力部、１２…表示部、１３…プロセスデータ記憶部、１４…気象データ記憶部、１５…プラントモデル記憶部、１６…演算結果記憶部、１７…演算処理部、１８…需要予測部、１９…運転計画作成部、１０１…プロセスデータ取得部、１０２…気象データ取得部、１０３…運転計画送信制御部、１１１…モデル入力制御部、１２１…表示制御部、１８１…年間需要予測部、１８２…日間需要予測部、１９１…年間運転計画作成部、１９２…日間運転計画作成部、１９１１…ＺＥＢ化乗数初期化部、１９１２…収束判定部、１９１３…ＺＥＢ化乗数更新部、１９２１…ＺＥＢ化乗数反映部、１９２２…算出部、１９２３…消費量算出部、１９２４…コスト算出部、１９２５…最適化問題計算部、１９２６…冷凍供給装置運転計画作成部、１９２７…コジェネ・ボイラ運転計画作成部、１９２８…蓄熱槽・蓄電池運転計画作成部

Claims (7)

  1. 負荷に対してエネルギーを供給する複数のエネルギー供給装置による一次エネルギー消費量を算出する消費量算出部と、
    前記複数のエネルギー供給装置がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出するコスト算出部と、
    前記消費量算出部が算出する前記一次エネルギー消費量と前記コスト算出部が算出する前記エネルギーコストとに基づいて、前記一次エネルギー消費量がゼロまたは負の値となることである前記一次エネルギー消費量に対する目標を達成した上で、前記エネルギーコストを最小化する前記エネルギーコストに対する目標を夫々達成するように、前記複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する運転計画作成部と、
    を備える運転計画作成装置。
  2. 前記運転計画作成部は、前記消費量算出部が算出する前記一次エネルギー消費量を示す値に係数を乗算し、当該乗算した値を前記コスト算出部が算出する前記エネルギーコストを示す値に加算した値に基づいて、前記複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する
    請求項１に記載の運転計画作成装置。
  3. 前記消費量算出部は、所定の期間における前記一次エネルギー消費量を算出し、
    前記コスト算出部は、前記所定の期間における前記エネルギーコストを算出する
    請求項１又は２に記載の運転計画作成装置。
  4. 前記消費量算出部は、前記所定の期間における第１の一次エネルギー消費量と、前記所定の期間に比して短い期間における第２の一次エネルギー消費量とを算出し、
    前記コスト算出部は、前記所定の期間における第１のエネルギーコストと、前記所定の期間に比して短い期間における第２のエネルギーコストとを算出し、
    前記運転計画作成部は、前記第１の一次エネルギー消費量と前記第１のエネルギーコストとに基づいて作成した運転計画を、前記第２の一次エネルギー消費量と前記第２のエネルギーコストとに基づいて修正する
    請求項３に記載の運転計画作成装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の運転計画作成装置が作成する複数のエネルギー供給装置の運転計画に基づいて、前記複数のエネルギー供給装置を制御する制御装置。
  6. 運転計画作成装置が、負荷に対してエネルギーを供給する複数のエネルギー供給装置による一次エネルギー消費量を算出する消費量算出過程と、
    運転計画作成装置が、前記複数のエネルギー供給装置がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出するエネルギーコスト算出過程と、
    運転計画作成装置が、前記消費量算出過程において算出した前記一次エネルギー消費量と前記エネルギーコスト算出過程において算出した前記エネルギーコストとに基づいて、前記一次エネルギー消費量がゼロまたは負の値となることである前記一次エネルギー消費量に対する目標を達成した上で、前記エネルギーコストを最小化する前記エネルギーコストに対する目標を夫々達成するように、前記複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する運転計画作成過程と、
    を有する運転計画作成方法。
  7. コンピュータに、
    負荷に対してエネルギーを供給する複数のエネルギー供給装置による一次エネルギー消費量を算出する消費量算出手順、
    前記複数のエネルギー供給装置がエネルギーの生成に要するエネルギーコストを算出するエネルギーコスト算出手順、
    前記消費量算出手順において算出された前記一次エネルギー消費量と前記エネルギーコスト算出手順において算出された前記エネルギーコストとに基づいて、前記一次エネルギー消費量がゼロまたは負の値となることである前記一次エネルギー消費量に対する目標を達成した上で、前記エネルギーコストを最小化する前記エネルギーコストに対する目標を夫々達成するように、前記複数のエネルギー供給装置の運転計画を作成する運転計画作成手順、
    を実行させるためのプログラム。
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