JP6610213B2 - 需要量算出システム、需要量算出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、コジェネレーションシステムの設計支援に用いる需要量算出システム、需要量算出方法及びプログラムに関する。

発電機が生産した電力とともに電力の生産過程で排出される熱を暖房などに利用するコジェネレーションシステムと呼ばれる発電システムが提供されている。コジェネレーションシステムを設計する際には、熱および電力の需要量を把握することが必要である。

例えば、特許文献１には、熱主、電主など複数の運転方式でコジェネレーションシステムの運転を行った場合のそれぞれの運転方式でのエネルギー消費量を算出する運用計画設定方法が記載されている。この方法を用いると、年間の各時点における需要量の推定値に基づいて、複数の運転方式についてのランニングコストをシミュレーションし、最小コストの運用方式を選択することができる。なお、この特許文献１の方法に限らず、ランニングコスト等のシミュレーションを行って、コジェネレーションシステムの設計支援を行う方法は、これまでにも多数提案されている。

特開平８−２００１５５号公報

ところで、これまで一般的に提案されてきたコジェネレーションシステムの設計支援方法では、現状の熱および電力の需要量を満たすことを条件としてシミュレーション等を行うことが一般的であった。しかし、コジェネレーションシステムは、一度導入すると比較的長期間（例えば１５年間など）にわたって使用するものであり、その間の熱および電力の需要量が不変であるとは限らない。従って、導入当時、最も低コストとなるように設計されたコジェネレーションシステムが、使用開始から５年後、１０年後には、需要量の変化などのために必ずしも最適なシステムではなくなっている可能性がある。しかし、これまでのコジェネレーションシステムの設計支援において、将来における熱および電力の需要量の変動を考慮する手法は提供されてこなかった。

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

本発明の態様に従えば、コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出システムであって、前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出する負荷需要量算出部と、単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出するロス削減量算出部と、前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出するとともに、算出した前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正するロス量算出部と、前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する総需要量算出部と、を備える需要量算出システムが提供される。

本発明の態様に従えば、コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出方法であって、前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出し、単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出し、前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出し、算出された前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正し、前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する、需要量算出方法が提供される。

本発明の態様に従えば、コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出システムのコンピュータを、前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出する手段、単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出する手段、前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出する手段、算出された前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正する手段、前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する手段、として機能させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、コジェネレーションシステムを計画するにあたり、将来のエネルギー計画、設備計画を考慮した適切な熱や電力の需要曲線を得ることができる。

本発明の一実施形態によるコジェネレーションシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による需要量算出システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による熱および電力の需要量の一例である。 本発明の一実施形態による負荷設備の構成の変化に伴う総需要量の変化を説明する図である。 本発明の一実施形態による熱のロス量の削減を説明する図である。 本発明の一実施形態による電力需要量と熱需要量の変換の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態による熱需要量の算出処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態による電力需要量の算出処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるコジェネレーション機器の選定処理のフローチャートである。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による需要量算出システムを図１〜図９を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態によるコジェネレーションシステムの概略図である。
コジェネレーションシステム１００（以下、コジェネシステム１００と称する）は、コジェネレーション機器１（以下、コジェネ機器と称する）、系統電源２、ボイラ３を含んでいる。コジェネ機器１は、例えばガスタービンやガスエンジンなどである。コジェネ機器１は、電力を発電し、発電した電力を電力の供給先となる負荷設備４へ供給する。また、コジェネ機器１は、電力の発電時に排出した熱を熱の供給先である負荷設備５へ供給する。負荷設備４および負荷設備５は、例えば工場６などに設けられている。
系統電源２は、例えば発電所などの電力を生成する設備である。負荷設備４による電力需要がコジェネ機器１から供給される電力を上回る場合、系統電源２は、負荷設備４へ不足分の電力を供給する。
ボイラ３は、熱を生成する設備である。負荷設備５による熱需要がコジェネ機器１の供給する熱を上回る場合、ボイラ３は、負荷設備５へ不足分の熱を供給する。

ここで、負荷設備４による電力の需要量、あるいは負荷設備５による熱の需要量によってどれぐらいの容量のコジェネ機器１を導入すればよいか、あるいは導入したコジェネ機器１をどのように運用するかは異なってくる。
また、例えば、負荷設備４に供給する電力には、負荷設備４の稼働のために用いる電力の他、待機電力などの電力のロスが含まれる。また、負荷設備５に熱を供給する際には、配管７Ａ、７Ｂからの放熱などによる熱のロスが生じる。正確な需要量を予測するためには、負荷設備４、５の稼働によって消費される需要量（真の需要量）だけではなく、これらのエネルギーロス量を考慮しなければならない。
また、コジェネ機器１は、一度導入すると比較的長期間（例えば１５年）使用するものであるから、その間に負荷設備４、５を入れ替えたり、あるいは増設または撤去したりすることも考えられる。負荷設備４、５に変化があると、負荷設備４、５による真の需要量も変化する。また、１５年の間には、さまざまな省エネ対策を行うことによって、真の需要量およびエネルギーロス量を削減できる可能性がある。
そこで、本実施形態では、これらの変動要素を考慮した、熱および電力の正確な需要量を算出する需要量算出システムを提供する。

図２は、本発明の一実施形態による需要量算出システムのブロック図である。
需要量算出システム１０は、コジェネシステム１００が供給する熱および電力の需要量を算出するシステムである。図２に示す通り、需要量算出システム１０は、入力受付部１１、負荷需要量算出部１２、ロス量算出部１３、ロス削減量算出部１４、ロス削減モデル提示部１５、総需要量算出部１６、電熱需要量変換部１７、出力部１８、記憶部１９を備えている。需要量算出システム１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバ装置である。需要量算出システム１０は、ディスプレイ、キーボード、マウスなどと接続されている。

入力受付部１１は、ユーザが不図示のキーボードやマウスなどを用いて行った操作の操作情報を受け付ける。
負荷需要量算出部１２は、コジェネシステム１００からエネルギーの供給を受ける負荷設備が稼働することによって消費されるエネルギーの需要量（以下、真の需要量と呼ぶ）を算出する。具体的には、負荷需要量算出部１２は、コジェネシステム１００から熱の供給を受ける熱負荷設備（負荷設備５）が稼働時に消費する熱の需要量、コジェネシステム１００から電力の供給を受ける電力負荷設備（負荷設備４）が稼働時に消費する電力の需要量を算出する。

ロス量算出部１３は、コジェネシステム１００から供給されるエネルギーのうち、負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出する。具体的は、ロス量算出部１３は、熱負荷設備（負荷設備５）への熱の供給における熱のロス量、電力負荷設備（負荷設備４）による電力のロス量を算出する。
ロス削減量算出部１４は、単位時間毎のエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、ロス量算出部１３が算出したロス量のうち、削減可能な削減量を算出する。
ロス削減モデル提示部１５は、削減できる可能性のあるエネルギーロスの削減量の選択肢を提示する。

総需要量算出部１６は、真の需要量とロス量とを合計して負荷設備の総需要量を算出する。具体的には、総需要量算出部１６は、熱負荷設備（負荷設備５）による熱の需要量と熱負荷設備（負荷設備５）への熱の供給における熱のロス量とを合計して、熱負荷設備による総需要量を算出する。また、総需要量算出部１６は、電力負荷設備（負荷設備４）による電力の需要量と電力負荷設備（負荷設備４）による電力のロス量とを合計して、電力負荷設備による総需要量を算出する。また、総需要量算出部１６は、所定の期間について例えば日々の総需要量の算出を行い、その期間における日ごとの熱および電力の総需要量の推移を示す時系列のデータ（需要曲線）を算出する。

電熱需要量変換部１７は、コジェネシステム１００が備える熱源について、電力によって稼働する熱源設備（ヒートポンプなど）と電力を使用せずに稼働する熱源設備（ボイラなど）とを置き換える変更を行った場合、その変更によって生じる熱および電力の需要の変化量を算出する。例えば、電熱需要量変換部１７は、コジェネシステム１００が備える熱源であるボイラ３を、ボイラ３が負荷設備５に供給する熱と同量の熱を供給するヒートポンプに置き換えた場合のヒートポンプによる電力の需要量を算出する。また、電熱需要量変換部１７は、この場合のボイラ３による熱の需要量を算出する。
出力部１８は、ユーザに必要な種々の情報をディスプレイに出力する。
記憶部１９は、熱および電力の総需要量の算出に必要な種々の情報を記憶している。

これら、入力受付部１１、負荷需要量算出部１２、ロス量算出部１３、ロス削減量算出部１４、ロス削減モデル提示部１５、総需要量算出部１６、電熱需要量変換部１７、出力部１８は、需要量算出システム１０の備えるＣＰＵが記憶部１９からプログラムを読み出し実行することで備わる機能である。

図３は、本発明の一実施形態による熱および電力の需要量の一例である。
図３の左のグラフは、負荷設備４による電力の総需要量を示している。電力の総需要量は、真の需要量とロス量を合計した値である。真の需要量とは、負荷設備４が稼働することによって消費する電力である。ロス量は、例えば、待機電力、ムダ使いによって消費される電力などである。
右のグラフは、負荷設備５による熱の総需要量を示している。熱の総需要量は、真の需要量とロス量を合計した値である。真の需要量とは、負荷設備５が稼働することによって消費する熱である。ロス量は、例えば、コジェネ機器１やボイラ３から負荷設備５に蒸気を送る際に失われる熱（配管ロス）である。配管ロスには、例えば、配管からの放熱に伴い配管内蒸気が凝縮・ドレン化しスチームトラップから排出されるロス、スチープトラップにて捕捉されたドレンが排出される際に配管内蒸気が同時に漏洩するロス、蒸気配管、バルブ、フランジ等を含む配管系統に物理的損傷等があり、蒸気が漏洩するロスなどがある。

コジェネシステム１００を設計する場合、真の需要量だけに基づいて設計しロス量を考慮に入れなかったり、ロス量を漠然と捉えてシステムに必要な需要量を見込んだりすると、実際の需要量と比べ乖離が生じることになる。そこで、本実施形態では、電力および熱のロス量を予め測定し、測定値に基づくロス量を算出する。例えば、電力のロス量の場合、エネルギー管理を行う従業員など（以下ユーザと呼ぶ）が、負荷設備４による消費電力を所定期間測定する。また、ユーザは、この期間における負荷設備４の稼働状況を把握する。所定期間測定した電力には待機電力などの電力のロス量が含まれている。ユーザは、測定した消費電力から、負荷設備４の稼働状況から推定される負荷設備４の稼働による消費電力分を減算して、負荷設備４の単位時間毎の待機電力（ロス量）を求める。ユーザは、求めた単位時間毎のロス量を需要量算出システム１０に入力する。需要量算出システム１０は、入力された負荷設備４の単位時間毎のロス量を記憶部１９に書き込んで記憶させる。

また、例えば、熱のロス量の場合、エネルギー管理を行うユーザが、配管ロスによるロス量を測定する。例えば、ユーザは、現在稼働しているボイラなどの熱源と負荷設備５を含むシステムにおける熱源と負荷設備５との間に設置された配管で配管ロスを測定する。配管ロスの測定方法は、例えば、特開２０１１−１９６６７７で開示された方法を用いることができる。この文献には、蒸気管の内部空間を閉空間とした無負荷状態とし、この状態における蒸気管内の蒸気量を計測することで配管ロスを計測する方法が記載されている。ユーザは、測定した単位時間毎および単位長あたりの配管ロスによるロス量を需要量算出システム１０に入力する。需要量算出システム１０は、入力された配管ロスによるロス量を記憶部１９に書き込んで記憶させる。
本実施形態では、これらの測定値を用いて熱および電力のロス量を算出する。

図４は、本発明の一実施形態による負荷設備の構成の変化に伴う総需要量の変化を説明する図である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）を用いて、負荷設備４（電力）を例に、真の需要量とロス量とを含む総需要量の時系列のデータ（需要量曲線）を算出する方法について説明を行う。
図４（ａ）〜図４（ｃ）のそれぞれは、所定の期間（例えば１年）における負荷設備４の総需要量を示したグラフである。説明の便宜上、図４（ａ）は現在から１年後までの期間における総需要量を、図４（ａ）はその後の１年間の総需要量を、図４（ｃ）はさらのその後１年の総需要量を示しているものとする。

図４（ａ）は、現在から１年間の電力の総需要量を示すグラフである。記憶部１９は、現在の負荷設備４の構成における単位時間毎の真の需要量（稼働時の消費電力）とロス量（非稼働状態での待機電力など）とを予め記憶しているものとする。ユーザは、負荷設備４の稼働状況の予測を需要量算出システム１０に入力する。稼働状況とは、例えば、季節要因などを考慮した１日あたりの稼働時間の年間を通じた推移の情報である。負荷需要量算出部１２は、記憶部１９が記憶する単位時間毎の真の需要量に、１年間の稼働予測に基づく１日あたりの稼働時間を乗算した値を、対象となる１年間について求め、１年間の真の需要量の推移を算出する。また、ロス量算出部１３は、例えば、単位時間毎のロス量に１年間の稼働予測に基づく１日の非稼働時間を乗算した値（待機電力）を、対象となる１年間について求め、１年間のロス量の推移を算出する。総需要量算出部１６は、これらの値を合計して１年間の総需要量の推移を示す情報を生成する。図４（ａ）は、総需要量算出部１６が生成した情報の一例である。
なお、単位時間毎の真の需要量、季節要因などを考慮した稼働状況の予測から上述の計算を行う関数などが予め記憶部１９に記録されていて、負荷需要量算出部１２は、この関数を用いて１年間の真の需要量の推移を算出してもよい。ロス量算出部１３によるロス量の算出についても同様である。

図４（ｂ）は、次の１年間の電力の総需要量を示すグラフである。次の１年は、ユーザがエネルギー計画の一環として省エネ対策を行うことが計画されているとする。具体的には、ユーザは、使用していない設備の電源をオフにする実践を行う。これにより、待機電力を削減し、ロス量を減らすことができる。記憶部１９は、負荷設備４の電源をオフすることによって削減できる単位時間毎の削減量を記憶している。ユーザは、１日あたりの負荷設備４の電源をオフにできる時間を需要量算出システム１０に入力する。ロス削減量算出部１４は、入力された値を取得し、この値に単位時間毎の削減量を乗算して、１日あたりの削減可能なロス量を算出する。ロス量算出部１３は、負荷設備４のロス量からロス削減量算出部１４が算出した削減可能なロス量を減算する処理を１年分について行い、省エネ対策後の負荷設備４による電力のロス量を算出する。総需要量算出部１６は、真の需要量の１年間の推移とロス量の１年間の推移を合計して、省エネ対策を行った場合の１年間の総需要量の推移を示す情報を生成する。図４（ｂ）は、総需要量算出部１６が生成した情報の一例である。

図４（ｃ）は、さらに次の１年間の電力の総需要量を示すグラフである。この１年の開始時に、負荷設備４の構成の変化が計画されているものとする。構成の変化とは、例えば、設備計画に基づく負荷設備４の入れ替えなどである。記憶部１９は、予め入れ替え後の負荷設備４の真の需要量、ロス量を記憶している。負荷需要量算出部１２は、入れ替え後の新たな負荷設備４の単位時間毎の真の需要量と１日の稼働時間、あるいは月や季節ごとの稼働状況に応じて、新たな負荷設備４の導入後１年間における真の需要量の時系列のデータを算出する。同様に、ロス量算出部１３は、新たな負荷設備４の単位時間毎のロス量と、年間を通じた１日ごとの非稼働状況に基づいて、１年間におけるロス量の時系列のデータを算出する。また、総需要量算出部１６は、これらの値を合計して、新たな負荷設備４の導入後１年間の新たな負荷設備４による総需要量を算出する。図４（ｃ）は、総需要量算出部１６が生成した情報の一例である。
最後に、総需要量算出部１６は、生成した図４（ａ）〜図４（ｃ）で例示した総需要量のグラフを時系列に並べた情報（３年間の需要曲線）を生成する。

このようにして、需要量算出システム１０は、所定の期間における負荷設備による正確な需要量を算出することができる。より具体的には、需要量算出システム１０は、負荷設備が稼働することによって消費されるエネルギー（真の需要量）だけでなく、負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を含んだ総需要量の需要曲線を得ることができる。また、省エネ対策などによるロス量の削減が可能な場合、需要量算出システム１０は、その削減量を反映した需要曲線を得ることができる。また、需要量算出システム１０は、所定の期間における負荷設備の構成の変化に応じた総需要量を算出することができる。これにより、例えば、事業拡大による負荷設備の増設、耐用年数の経過に伴う負荷設備の入れ替えなどにも対応することができる。本実施形態の需要量算出システム１０によれば、例えば１５年間等の長期に渡る使用が計画されるコジェネレーションシステムの設計において、将来のエネルギー計画や設備計画を考慮し、より実態に即した需要曲線を得ることができる。

次に図５を用いて、負荷設備５（熱）を例に、ロス量の削減量を算出する他の方法について説明を行う。
図５は、本発明の一実施形態による熱のロス量の削減を説明する図である。
図５（ａ）は、熱のロス量の削減計画に基づいて、達成期限ごとに、ロスの目標削減量（割合）を入力し、その目標に応じて総需要量算出部１６が生成した熱の総需要量の需要曲線である。
ユーザは、例えば、１年目で−１０％、３年目に−３０％、７年目に−７０％といった削減目標を需要量算出システム１０に入力する。需要量算出システム１０では、ロス削減量算出部１４が入力された値を取得し、ロス量算出部１３が算出したロス量から削減目標に対応する削減量を減算する。例えば、１年目のロス量の算出においては、ロス削減量算出部１４は、ロス量の１０％を削減量として算出する。ロス量算出部１３は、先に算出したこの期間におけるロス量からこの削減量を減じて１年目のロス量を算出する。３年目、７年目についても同様である。総需要量算出部１６は、このようにして算出した目標削減量分を削除したロス量の時系列のデータと真の需要量の時系列のデータとを合計して、図５（ａ）で例示する需要曲線を生成する。本実施形態の需要量算出システム１０によれば、ユーザのロス削減目標に応じた需要曲線を得ることができる。ここで、配管ロスを削減する方法の例を挙げる。１．配管に断熱材を巻いて放熱を防ぐ、または断熱材が劣化している場合は断熱材を交換する。２．蒸気トラップの劣化による蒸気漏れを防ぐため、新たな蒸気トラップと交換する。３．配管系統に生じているピンホールや亀裂などを塞ぐ。一般にこれらの配管系統に対するメンテナンス作業を行うことで熱のロス量を削減することができることが知られている。ユーザは、これらのメンテナンス作業とその作業による配管ロスの削減効果を把握しておく。ユーザは、計画しているメンテナンス作業によって得られる削減効果に応じた削減目標を需要量算出システム１０に入力すると、メンテナンス作業の効果を反映したロス量を含む熱の需要曲線を得ることができる。

図５（ｂ）は、熱のロス量の削減モデルに基づく熱の総需要量の需要曲線である。図５（ａ）を用いて説明した方法は、目標削減量やその目標を達成するための方法が分かっているユーザには適したものであった。しかし、全てのユーザが必ずしも達成可能な削減目標を明確に把握しているわけではない。以下に説明する方法によれば、そのようなユーザでも、達成可能な熱ロスの削減量を把握しつつ、熱ロスの削減を行った場合の需要曲線を得ることができる。
記憶部１９は、予め達成可能な削減量のデータを複数記憶している。例えば、記憶部１９は、現在検討しているシステムと同様のコジェネレーションシステムで配管ロスの削減を行った事例における熱のロスの削減量の平均値を記憶している。同様に、記憶部１９は、同事例のうち最も熱のロスの削減量が大きかった事例の削減量（トップランナー値）を記憶している。また、記憶部１９は、現在検討しているコジェネシステム１００において達成可能な配管ロスの削減量の理論値を記憶している。この理論値は、例えば、ディッタスベルター（Dittus-Boelter）の式などを用いて算出する。

ロス削減モデル提示部１５は、記憶部１９から、削減量の平均値、トップランナー値、理論値を読み出して、これらの値と現在検討しているコジェネシステム１００において予想される配管ロス量と併せてユーザに提示する。また、ロス削減モデル提示部１５は、削減量のモデルとなる平均値やトップランナー値を達成するのに用いた熱ロスの削減方法を提示する。なお、現在検討しているコジェネシステム１００において予想される配管ロス量については、例えば、ロス削減モデル提示部１５は、記憶部１９から配管の単位長さあたりのロス量を読み出して、検討中のシステムにおける配管の長さなど、配管ロスに影響するパラメータで補正した値を、現在検討しているコジェネシステム１００において予想される配管ロス量とする。

ユーザは、提示された目標削減量の選択肢から、その削減量や削減方法を参考にして、平均値またはトップランナー値を選択する。また、ユーザは、選択した値を何年で達成するかを需要量算出システム１０に入力する。需要量算出システム１０では、ロス削減量算出部１４が入力された値を取得し、例えば１日あたりに必要な削減量を算出する。また、ロス量算出部１３は、自身が算出した１日あたりのロス量から、ロス削減量算出部１４が算出した１日あたりに必要な削減量を減じて、ユーザが指定した期間で目標削減値を達成する場合の日々のロス量を算出する。総需要量算出部１６は、このようにして算出したロス量の時系列のデータと真の需要量の時系列のデータとを合計して、図５（ｂ）で例示する需要曲線を生成する。例えば需要曲線５０は、ユーザが１０年でトップランナー値を達成することを選択した場合の総需要量算出部１６が生成した需要曲線である。また、例えば、需要曲線５１は、ユーザが５年で平均値を達成することを選択した場合の総需要量算出部１６が生成した需要曲線である。

図６は、本発明の一実施形態による電力需要量と熱需要量の変換の一例を説明する図である。これまでに、負荷設備の構成の変化や、エネルギーロス量の削減に伴って、総需要量が変化する場合の例を説明した。図６では、ボイラ３をヒートポンプ８に置き換えて、負荷設備５への熱の供給の一部をヒートポンプ８から行うようにコジェネシステム１００の構成を変更する場合の需要曲線を生成する処理を説明する。
図６（ａ）の左図は、図１で例示したコジェネシステム１００のうち、ボイラ３と負荷設備５と配管７Ｂの構成を抽出して示した図である。図６（ａ）の右図は、図６（ａ）の左図の構成を採用した場合の負荷設備４による電力の総需要量と負荷設備５による熱の総需要量を示したグラフである。次に、負荷設備５による真の需要量を満たすようにボイラ３をヒートポンプ８で置き換える構成を考える。

図６（ｂ）の左図は、図６（ａ）で例示した構成のうち、ボイラ３をヒートポンプ８で置き換えた構成を示した図である。ボイラ３は、原油などの燃料で稼働する。一方、ヒートポンプ８は電力で稼働し、エネルギー効率が高い。この構成において、負荷設備５がヒートポンプ８から供給される熱の総需要量を、そのときのヒートポンプ８の稼働に必要な電力の総需要量に置き換えて示したのが図６（ｂ）の右図のグラフである。この場合、ヒートポンプ８のエネルギー効率が高いため、熱の総需要量と電力の総需要量の合計は、ボイラ３を用いた構成の場合より小さな値となり、全体として省エネ化できる可能性がある。

記憶部１９は、負荷設備５による真の需要量に対応付けて、その真の需要量に対応した熱の供給を行う場合のヒートポンプ８による電力の総需要量（電熱変換需要量と呼ぶ）を記憶している。出力部１８は、「ボイラの代わりにヒートポンプを使用した場合の需要曲線を生成しますか？」などのメッセージをディスプレイに表示する。ユーザがヒートポンプを使用した場合の需要曲線の生成を選択すると、電熱需要量変換部１７は、記憶部１９から電熱変換需要量を読み出して、総需要量算出部１６が生成した熱の総需要量のうちボイラ３が負担する分を、電力の総需要量に変換する。なお、記憶部１９には、ボイラ３によって負荷設備５に供給される熱の実績値などが記録されており、電熱需要量変換部１７は、この実績値に基づいて熱の総需要量のうちボイラ３が負担する分を決定する。総需要量算出部１６は、熱の総需要曲線からボイラ３が負担する分を減じて、ヒートポンプ８を含む構成における熱の総需要曲線を生成する。また、総需要量算出部１６は、電力の総需要曲線に、電熱需要量変換部１７が変換した電力の総需要量を加えて、ヒートポンプ８を含む構成における電力の総需要曲線を生成する。
これにより、ボイラ３をヒートポンプ８に置き換えた構成とした場合の需要曲線を生成することができるため、コジェネレーションシステムを検討する際のユーザの選択肢が広がる。

なお、ボイラ３をヒートポンプ８に置き換える場合を例に説明を行ったが、検討中のコジェネシステム１００がもともとヒートポンプ８を備えた構成である場合、電熱需要量変換部１７は、ヒートポンプ８をボイラ３に置き換えた場合の熱および電力の需要の変化量を算出し、総需要量算出部１６は、その変更によって生じる需要量の変化分を熱の総需要量に加算し、電力の総需要量から変化分を減算してボイラ３に置き換えた場合の需要曲線を生成してもよい。

また、電力によって稼働する熱源と電力を使用せずに稼働する熱源とを置き換える変更を行う場合を例に説明を行ったが、電熱需要量変換部１７は、コジェネレーションシステムが備える発電機について、熱によって稼働する発電機と熱を使用せずに稼働する発電機とを置き換える変更を行った場合、その変更によって生じる熱および電力の需要の変化量を算出するように構成されていてもよい。その場合、総需要量算出部１６は、その変更によって生じる需要量の変化分を加減して熱および電力の総需要量を算出する。

次に図７、図８のフローチャートを用いて、需要曲線の生成処理について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による熱需要量の算出処理のフローチャートである。
まず、入力受付部１１が熱を供給する負荷設備に関する情報の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。負荷設備に関する情報とは、例えば、設備計画やエネルギー計画に基づくある設備の構成に変化がない期間ごとの、負荷設備５の単位時間毎の真の需要量、ボイラ３などの熱源を稼働したときの単位時間毎の熱ロス量、季節要因や稼働要因の情報である。入力受付部１１は、受け付けた情報を記憶部１９に記録する。

また、入力受付部１１は、熱の需要曲線の生成指示をユーザから受け付ける。すると、総需要量算出部１６が、ステップＳ１０１で入力された情報に基づいて、需要曲線を生成する対象とする期間において負荷設備５の構成の変化が予定されているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。構成の変化とは、負荷設備５の増設や撤去、交換などである。負荷設備５の構成が変化するとその設備による熱の需要量が変化する。また、配管系統の構成にも影響が出るため熱ロス量も変化する。従って対象とする全期間を構成が変化しない期間ごとに分節し、熱の真の需要量、ロス量の算出を行う。構成の変化が予定されている場合、総需要量算出部１６は、対象とする全期間を負荷設備５の構成が変化しない期間ごとに分節する（ステップＳ１０３）。構成の変化が予定されていない場合、総需要量算出部１６は、対象とする期間全体を１つの分節した期間として設定する（ステップＳ１０４）。次に総需要量算出部１６は、負荷需要量算出部１２に分節した期間ごとの真の需要量の算出を指示する。また、総需要量算出部１６は、ロス量算出部１３に分節した期間ごとの熱のロス量の算出を指示する。

次に指示を受けた負荷需要量算出部１２は、分節した期間ごとの負荷設備５の構成に対応した単位時間毎の真の需要量を記憶部１９から読み出して取得する（ステップＳ１０５）。次に負荷需要量算出部１２は、記憶部１９から季節要因（気温など）や稼働要因（稼働時間など）を示す変数を読み出して取得して、分節した期間ごとの真の熱需要量を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、負荷設備５が暖房設備の場合、季節が冬で外気温が低い程、暖房設備が稼働し熱の需要量が増えると考えられる。負荷需要量算出部１２は、季節要因、稼働要因、真の需要量から所定期間の需要量の推移を算出する関数などを記憶部１９から読み出して、単位時間毎の真の需要量と読み出した関数などとを用いて、分節した期間ごとの真の需要量の時系列（例えば１日ごと）のデータを算出する。

これと並行して、指示を受けたロス量算出部１３は、分節した期間ごとの単位時間毎の熱のロス量を記憶部１９から読み出して取得する（ステップＳ１０７）。次に負荷需要量算出部１２は、季節要因（気温など）や稼働要因（稼働時間など）を示す変数を記憶部１９から読み出して取得して、分節した期間ごとに熱ロス量を算出する（ステップＳ１０８）。例えば、負荷設備５が暖房設備の場合、季節が冬で外気温が低い程、配管を流れる蒸気の温度と外気温の差が大きくなるため、熱のロス量が増加する。また、夏場であれば、暖房を使用しないため負荷設備５に熱を供給する必要が無く、ボイラ３の稼働時間も減少する。ボイラ３が稼働しなければ熱のロスは発生しない。ロス量算出部１３は、季節要因、稼働要因、ロス量から所定期間のロス量の推移を算出する関数などを記憶部１９から読み出して、熱源を稼働させたときの単位時間毎のロス量と読み出した関数などとを用いて、分節した期間ごとの熱のロス量の時系列（例えば１日ごと）のデータを算出する。

続いて、入力受付部１１は、熱のロス量の削減計画情報の入力を受け付ける（ステップＳ１０９）。例えば、入力受付部１１は、単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、１日にその削減の実践を行う時間の情報の入力を受け付ける。あるいは、入力受付部１１は、ロス量の目標削減割合とその達成期限の情報の入力を受け付ける。あるいは、入力受付部１１は、ロス量の削減モデルに基づく、目標削減量とその目標の達成に要する期間の情報の入力を受け付ける。入力受付部１１は、入力を受け付けた情報をロス削減量算出部１４に出力する。次にロス削減量算出部１４は、熱ロスの削減計画を熱ロス量に反映させる（ステップＳ１１０）。具体的には、ロス削減量算出部１４は、取得した情報から例えば１日ごとの熱ロスの削減量を算出する。例えば、単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、１日にその削減の実践を行う時間の情報を取得した場合、ロス削減量算出部１４は、単位時間毎におけるロスの削減量と、削減の実践を行う時間とを乗算して１日あたりのロスの削減量を算出する。この削減量は季節要因や稼働要因などによって日々異なる値となってもよい。そして、ロス削減量算出部１４は、ロス量算出部１３に算出したロスの削減量を出力し、熱のロス量の時系列データについて削減量の反映を指示する。ロス量算出部１３は、１日ごとの熱のロス量の時系列データからその１日に削減できるロスの削減量を減じて、熱ロスの削減計画を反映した熱ロス量の時系列データを算出する。

次に総需要量算出部１６は、負荷需要量算出部１２が算出した真の需要量の時系列データと、ロス量算出部１３が算出した熱ロス削減計画反映後の熱ロス量の時系列データを取得する。総需要量算出部１６は、それらを対象期間全体について足し合わせて、熱の総需要量の推移を示す需要曲線を生成する（ステップＳ１１１）。これにより、対象期間（例えば、１５年間）の正確な熱の需要曲線を得ることができる。

図８は、本発明の一実施形態による電力需要量の算出処理のフローチャートである。
まず、入力受付部１１が電力を供給する負荷設備に関する情報の入力を受け付ける（ステップＳ２０１）。負荷設備に関する情報とは、例えば、設備計画やエネルギー計画に基づく設備の構成に変化がない期間ごとの、負荷設備４を稼働したときの単位時間毎の需要量、負荷設備４が非稼働時の単位時間毎の電力のロス量、季節要因や稼働要因の情報である。入力受付部１１は、受け付けた情報を記憶部１９に記録する。

また、入力受付部１１は、電力の需要曲線の生成指示をユーザから受け付ける。すると、総需要量算出部１６が、ステップＳ２０１で入力された情報に基づいて、需要曲線の生成対象とする期間において負荷設備４の構成の変化が予定されているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。負荷設備４の構成が変化し、例えば現行の設備をエネルギー効率の高い設備と交換すると、電力消費量（真の需要量）、待機電力（ロス量）が変化する。従って対象とする全期間を、構成が変化しない期間ごとに分節し、電力の真の需要量、ロス量の算出を行う。構成の変化が予定されている場合、総需要量算出部１６は、対象とする期間を負荷設備４の構成が変化しない期間ごとに分節する（ステップＳ２０３）。構成の変化が予定されていない場合、総需要量算出部１６は、対象とする期間全体を１つの分節した期間として設定する（ステップＳ２０４）。次に総需要量算出部１６は、負荷需要量算出部１２に分節した期間ごとの真の需要量の算出を指示する。また、総需要量算出部１６は、ロス量算出部１３に分節した期間ごとの電力のロス量の算出を指示する。

次に指示を受けた負荷需要量算出部１２は、分節した期間ごとの負荷設備４の構成に対応した単位時間毎の真の需要量を記憶部１９から読み出して取得する（ステップＳ２０５）。次に負荷需要量算出部１２は、記憶部１９から季節要因（気温など）や稼働要因（稼働時間など）を示す変数を読み出して取得して、分節した期間ごとの真の電力需要量を算出する（ステップＳ２０６）。負荷需要量算出部１２は、季節要因、稼働要因、真の需要量から所定期間の需要量の推移を算出する関数を記憶部１９から読み出して、単位時間毎の真の需要量と読み出した関数などとを用いて、分節した期間ごとの真の需要量の時系列（例えば１日ごと）のデータを算出する。

これと並行して、指示を受けたロス量算出部１３は、分節した期間ごとの負荷設備４の単位時間毎のロス量（待機電力）を記憶部１９から読み出して取得する（ステップＳ２０７）。次に負荷需要量算出部１２は、季節要因（気温など）や稼働要因（稼働時間など）を示す変数を記憶部１９から読み出して取得して、分節した期間ごとにロス量を算出する（ステップＳ２０８）。例えば、ロス量算出部１３は、季節要因、稼働要因、ロス量から所定期間のロス量の推移を算出する関数を記憶部１９から読み出して、負荷設備４の構成に対応した単位時間毎のロス量と読み出した関数などとを用いて、分節した期間ごとの電力のロス量の時系列（例えば１日ごと）の値を算出する。

続いて、入力受付部１１は、電力のロス量の削減計画情報の入力を受け付ける（ステップＳ２０９）。例えば、入力受付部１１は、単位時間毎における電力ロスの削減量と、１日にその削減の実践を行う時間の情報の入力を受け付ける。あるいは、入力受付部１１は、ロス量の目標削減割合とその達成期限の情報の入力を受け付ける。あるいは、入力受付部１１は、ロス量の削減モデルに基づく、目標削減量とその目標の達成に要する期間の情報の入力を受け付ける。入力受付部１１は、入力を受け付けた情報をロス削減量算出部１４に出力する。次にロス削減量算出部１４は、電力ロスの削減計画を電力ロス量に反映させる（ステップＳ２１０）。具体的には、ロス削減量算出部１４は、取得した情報から例えば１日ごとの電力ロスの削減量を算出する。そして、ロス削減量算出部１４は、ロス量算出部１３に算出した電力ロスの削減量を出力し、電力のロス量の時系列データについて削減量の反映を指示する。ロス量算出部１３は、１日ごとの電力のロス量の時系列データからその１日に削減できる電力ロスの削減量を減じて、電力ロスの削減計画を反映した電力のロス量の時系列データを算出する。

次に総需要量算出部１６は、負荷需要量算出部１２が算出した期間ごとの真の需要量の時系列情報と、ロス量算出部１３が算出した電力ロス削減計画反映後の期間ごとの電力ロス量の時系列情報を取得して、それらを全対象期間について足し合わせて、電力の総需要量の推移を示す需要曲線を生成する（ステップＳ２１１）。これにより、対象期間（例えば、１５年間）の正確な電力の需要曲線を得ることができる。

なお、ステップＳ１１１やステップＳ２１１の後に、総需要量算出部１６が、さらにボイラ３をヒートポンプ８に置き換えた場合の熱および電力の総需要曲線を生成するような処理としてもよい。

最後に、本実施形態の需要量算出システム１０によって得られた需要曲線を用いてコジェネ機器を選択する処理の一例を説明する。
図９は、本発明の一実施形態によるコジェネレーション機器の選定処理のフローチャートである。
まず、コジェネ機器選定システムが、需要量算出システム１０から熱の需要曲線を取得する（ステップＳ３０１）。また、コジェネ機器選定システムは、需要量算出システム１０から電力の需要曲線を取得する（ステップＳ３０２）。コジェネ機器選定システムは、選定対象となる複数のコジェネ機器の性能情報を取得する（ステップＳ３０３）。性能情報には、機器ごとの稼働率に応じた電力および熱の出力効率等の情報が含まれている。次にコジェネ機器選定システムが、稼働率を決定する（ステップＳ３０４）。例えば、コジェネ機器の選定を「熱主（熱の需要量を満たすようにコジェネ機器を稼働させる）」で行う場合、コジェネ機器選定システムは、熱の需要曲線と各コジェネ機器の熱の出力効率とから、各コジェネ機器の稼働率を決定する。また、コジェネ機器の選定を「電主（電力の需要量を満たすようにコジェネ機器を稼働させる）」で行う場合、コジェネ機器選定システムは、電力の需要曲線と各コジェネ機器の電力の出力効率とから、各コジェネ機器の稼働率を決定する。

次に、コジェネ機器選定システムは、目標コストを取得する。目標コストとは、例えば、ユーザが、今回コジェネ機器を選定する上で定めたコストの上限値である。
次に、コジェネ機器選定システムは、決定した稼働率で各コジェネ機器を稼働したときのコジェネシステム全体のコストを算出する（ステップＳ３０６）。例えば、「熱主」で稼働率を計算した場合、コジェネ機器だけでは電力の需要を賄えないのであれば、系統電源から電力を購入しなければならない。この場合、コジェネ機器選定システムは、コジェネ機器の導入や運転に必要なコストの他、電力の購入に必要なコストを含む全コストを算出する。あるいは、「電主」で稼働率を計算した場合、コジェネ機器だけでは熱の需要を賄えないのであれば、ボイラ等の熱源を稼働しなければならない。この場合、コジェネ機器選定システムは、コジェネ機器にかかるコストの他に、ボイラの稼働に必要な燃料の購入に必要なコストを含む全コストを算出する。この全コストは、コジェネ機器の稼働率ｘの非線形な関数Ｆ（ｘ）で与えられることがわかっている。コジェネ機器選定システムは、「関数Ｆ（ｘ）＝ステップＳ３０５で取得した目標コスト」の方程式を解く。このときコジェネ機器選定システムは、ｘの値の初期値に、ステップＳ３０４で算出した稼働率を代入し、収束計算を行う。コジェネ機器選定システムは、各コジェネ機器について、上記の方程式の解を収束計算によって求め、コジェネ機器ごとにコストが最小となるときの稼働率ｘと最小コストを求める。そして、コジェネ機器選定システムは、求めた最小コストが最も安くなるコジェネ機器を選定する。

本実施形態の需要量算出システム１０によれば、長期に渡る電力や熱の正確な総需要量を示す需要曲線を得ることができる。従って、コジェネ機器選定システムは、正確な需要曲線に基づいて、適切なコジェネ機器を選択することができる。

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

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

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１・・・コジェネ機器（コジェネレーション機器）
２・・・系統電源
３・・・ボイラ
４、５・・・負荷設備
１０・・・需要量算出システム
１１・・・入力受付部
１２・・・負荷需要量算出部
１３・・・ロス量算出部
１４・・・ロス削減量算出部
１５・・・ロス削減モデル提示部
１６・・・総需要量算出部
１７・・・電熱需要量変換部
１８・・・出力部
１９・・・記憶部

Claims (7)

1. コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出システムであって、
   前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出する負荷需要量算出部と、
   単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出するロス削減量算出部と、
   前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出するとともに、算出した前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正するロス量算出部と、
   前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する総需要量算出部と、
   を備える需要量算出システム。
2. 前記ロス量算出部が算出したロス量について、削減できる可能性のあるエネルギーロスの削減量の選択肢を提示するロス削減モデル提示部、
   をさらに備え、
   前記ロス量算出部は、選択された前記削減量の選択肢に応じて前記ロス量を補正する、
   請求項１に記載の需要量算出システム。
3. 前記コジェネレーションシステムが備える熱源について、電力によって稼働する熱源設備と電力を使用せずに稼働する熱源設備とを置き換える変更を行った場合、その変更によって生じる熱および電力の需要の変化量を算出する電熱需要量変換部、
   をさらに備え、
   前記総需要量算出部は、前記変更によって生じる需要量の変化分を加減した電力および熱の総需要量を算出する、
   請求項１または請求項２に記載の需要量算出システム。
4. 前記負荷需要量算出部は、コジェネレーションシステムから電力の供給を受ける電力負荷設備による電力の需要量を算出し、
   前記ロス量算出部は、前記電力負荷設備による電力のロス量を算出する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の需要量算出システム。
5. 前記負荷需要量算出部は、前記総需要量を算出する全期間を、前記負荷設備の構成の変化が生じない期間ごとに分節し、前記分節した期間ごとの真の需要量を算出し、
   前記ロス量算出部は、前記分節した期間ごとのロス量を算出し、
   前記総需要量算出部は、前記分節した期間ごとの真の需要量とロス量とを合計した総需要量を、前記分節した期間の全てについて算出し、前記全期間における総需要量を算出する、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の需要量算出システム。
6. コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出方法であって、
   前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出し、
   単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出し、
   前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出し、
   算出された前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正し、
   前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する、
   需要量算出方法。
7. コジェネレーションシステムが供給するエネルギーの需要量を算出する需要量算出システムのコンピュータを、
   前記コジェネレーションシステムからエネルギーの供給を受ける負荷設備の稼働によって消費されるエネルギーの真の需要量を算出する手段、
   単位時間毎におけるエネルギーロスの削減量と、その削減を行う期間の情報を取得し、エネルギーのロス量のうち削減できる削減量を算出する手段、
   前記コジェネレーションシステムから供給されるエネルギーのうち、前記負荷設備の稼働以外で消費されるエネルギーのロス量を算出する手段、
   算出された前記ロス量から前記削減量を減算して前記ロス量を補正する手段、
   前記真の需要量と補正後の前記ロス量とを合計して前記負荷設備の総需要量を算出する手段、
   として機能させるためのプログラム。

Images