JP7433717B2 - コージェネレーションシステムの設備決定方法、設備決定装置、設備決定プログラム、及び、コンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、コージェネレーションシステムの設備決定方法、設備決定装置、設備決定プログラム、及び、コンピュータ読取可能な記録媒体に関する。

従来、燃料電池やガスエンジン等の廃熱を給湯に利用したコージェネレーションシステムが知られている（特許文献１参照）。このようなコージェネレーションシステムには、集合住宅、老健施設、及び病院等に適用されるものがある。

特許第４４２６８６０号公報

ここで、集合住宅等に利用されるコージェネレーションシステムは、例えば燃料電池やガスエンジン等の電力を発すると共に熱を排出するコージェネレーション設備と、コージェネレーション設備からの廃熱を利用して湯水の加熱を行うためのバッファタンクと、を備え、バッファタンクからの湯水を各家庭等の貯湯槽に供給して貯湯又は貯湯槽内の湯水と熱交換する構成となっている。

このようなコージェネレーションシステムは、高い発電効率と高い廃熱利用効率とが求められている。このため、コージェネレーション設備は、高い発電効率を実現する観点から部分負荷運転をせずにベースロードの全負荷運転を行うことが望ましい。さらにコージェネレーション設備によっては一旦停止させると起動時間が長く、簡単に停止と起動とを繰り返すことができず２４時間３６５日運転が基準となるものもある。

よって、コージェネレーション設備を例えば２４時間３６５日全負荷でベースロード運転しつつも廃熱を上手く利用することが望まれるが、廃熱利用の熱負荷がない場合にはラジエータによって熱を捨てなければならなくなってしまう。そこで、熱を捨てることを避けるために蓄熱槽や貯湯槽を設けることがあるが、コージェネレーション設備に対して容量が適切でないとシステム全体の効率の低下を招いてしまう。

なお、この問題は、２４時間３６５日全負荷でベースロード運転するコージェネレーション設備に限らず、例えば極力止められず、又は極力部分負荷運転が行われないコージェネレーション設備においても共通するものである。このため、３６５日のうち数日等が止められたり、２４時間のうち数時間等が止められたりするコージェネレーション設備においても共通する問題である。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、システム全体の効率の低下を抑えることができるコージェネレーションシステムの設備決定方法、設備決定装置、設備決定プログラム、及び、コンピュータ読取可能な記録媒体を提供することにある。

本発明は、複数の需要者における給湯利用に応じた２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷に基づいて、２以上の分割期間から構成される特定期間毎の総給湯負荷を特定期間よりも長い所定期間にわたって算出し、算出した特定期間毎の総給湯負荷のうち少なくとも総給湯負荷が低負荷側となる特定期間を代表期間として設定し、設定された代表期間における総給湯負荷に基づいてコージェネレーション設備の容量を決定し、設定された代表期間を構成する２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷のうち、決定されたコージェネレーション設備の容量を上回る給湯負荷の合計分に基づいて複数の貯湯槽の容量を決定する。

本発明によれば、システム全体の効率の低下を抑えることができる。

コージェネレーションシステムの一例を示す構成図である。 図１に示したコージェネレーションシステムの一部構成図である。 本実施形態に係る設備決定装置を示すブロック図である。 図３に示した給湯負荷算出部により算出される１年間にわたる１日毎の総給湯負荷の一例を示す図である。 図４に示した代表日における１時間毎の単位給湯負荷の一例を示す図である。 熱ロスを考慮した代表日における１時間毎の単位給湯負荷の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムの設備決定方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明するが、それに先立ってコージェネレーションシステムについて説明する。

なお、本発明は以下に示す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適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、コージェネレーションシステムの一例を示す構成図であり、図２は、図１に示したコージェネレーションシステムの一部構成図である。

図１に示すコージェネレーションシステムＣＳは、コージェネレーション設備Ｃを含む第１設備１００と、ボイラＢＯを含む第２設備２００と、複数の需要者側設備３００と、供給経路Ｌと、差圧測定部４００と、循環ポンプＰと、第１及び第２温度センサＴ１，Ｔ２と、電動弁ＳＶとを有している。このコージェネレーションシステムＣＳは、第１及び第２設備１００，２００により得られる熱媒（温水を想定するが不凍液であってもよい）を、供給経路Ｌを通じて需要者側設備３００における各需要者の貯湯槽３１０（図２参照）に供給するものである。

第１設備１００は、コージェネレーション設備Ｃと、バッファタンク１１０と、接続配管１２０と、熱交換器（加熱器）１３０と、バイパス電動弁ＢＶと、ラジエータＲと、廃熱系循環ポンプＷＰと、廃熱温度センサＷＴとを備えている。

コージェネレーション設備Ｃは、発電を行うと共に熱を排出する燃料電池やガスエンジン等の機器である。バッファタンク１１０は、コージェネレーション設備Ｃにより得られた廃熱（例えば、燃料電池の電気を作る過程で発生される熱や、ガスエンジンの冷却に利用されて加熱された冷却水や、ガスエンジンの排気ガス）を利用して熱媒を加熱する熱交換器１３０を内蔵するものである。

接続配管１２０は、コージェネレーション設備Ｃとバッファタンク１１０とを接続する配管である。図１においては、コージェネレーション設備Ｃが燃料電池を想定している。このため、接続配管１２０は、コージェネレーション設備Ｃからバッファタンク１１０へ、及び、バッファタンク１１０からコージェネレーション設備Ｃへ、冷却水を循環させるものとして図示されている。

また、接続配管１２０は、バッファタンク１１０内の熱交換器１３０に接続されている。コージェネレーション設備Ｃから排出された冷却水は、熱交換器１３０に流入し、熱交換器１３０における熱交換を経てバッファタンク１１０内の熱媒を加熱する。

また、接続配管１２０はバイパス配管１２１を備えている。バイパス配管１２１は、バッファタンク１１０（熱交換器１３０）をバイパスするものであり、コージェネレーション設備Ｃから排出された冷却水をバッファタンク１１０に導入させることなくコージェネレーション設備Ｃに戻すための配管である。

バイパス配管１２１にはバイパス電動弁ＢＶが設けられている。バイパス電動弁ＢＶは、コージェネレーション設備Ｃに戻す冷却水温度が所定の温度以下にならないように開度が調整され、且つ、バッファタンク１１０内の熱媒を加熱する必要がないときに開けられ、冷却水の全量又は少量がバッファタンク１１０（熱交換器１３０）を介することなく迂回するようにされる。

廃熱温度センサＷＴは、廃熱により加熱された冷却水（バイパス配管１２１を経由しないときはバッファタンク１１０における熱媒加熱により温度が低下した冷却水）の温度を検出するものである。

ラジエータＲは、冷却水温度が高すぎる場合に冷却水を冷却するために機能するものである。廃熱系循環ポンプＷＰは、コージェネレーション設備Ｃとバッファタンク１１０との間で冷却水を循環させるための動力源となるものである。

第２設備２００は、ボイラＢＯと、バッファタンク２１０と、熱交換器ＨＥと、接続配管２３１，２３２と、ボイラ系循環ポンプＢＰ１，ＢＰ２とを備えている。

ボイラＢＯは、燃料を燃焼させ、その熱エネルギーによって水等を加熱するものである。熱交換器ＨＥは、ボイラＢＯからの水等を利用して熱媒を加熱するものである。バッファタンク２１０は、熱交換器ＨＥにより加熱された熱媒を蓄えるものである。

第１接続配管２３１は、ボイラＢＯと熱交換器ＨＥとをつなぐ配管である。第２接続配管２３２は、熱交換器ＨＥとバッファタンク２１０とをつなぐ配管である。第１ボイラ系循環ポンプＢＰ１は、ボイラＢＯと熱交換器ＨＥとの間で水等を循環させるための動力源となるものである。第２ボイラ系循環ポンプＢＰ２は、熱交換器ＨＥとバッファタンク２１０との間で熱媒を循環させるための動力源となるものである。

複数の需要者側設備３００は、各需要者に対して１つずつ設けられる設備である。図２に示すように、需要者側設備３００は、貯湯槽３１０と、熱交換器３２０と、二方弁３３０とを備えている。

貯湯槽３１０は、各需要者に設けられ、内部に温水を蓄えるものである。熱交換器３２０は、後述の第１経路Ｌ１からの熱媒を導入して貯湯槽３１０の湯水を加熱し、後述の第４経路Ｌ４へ排出するものである。二方弁３３０は、例えば後述の第４経路Ｌ４上に設けられた弁体である。二方弁３３０の開度が制御されることで、熱交換器３２０への熱媒の導入量が制御される。この需要者側設備３００において、貯湯槽３１０に蓄えられた温水は、水道管等から供給される冷水と混合され適切な温度とされたうえで蛇口等から需要者側に供給される。

供給経路Ｌは、第１～第４経路Ｌ１～Ｌ４を備えている。第１経路Ｌ１は、第１設備１００のバッファタンク１１０から複数の需要者側設備３００それぞれの貯湯槽３１０までを接続する配管である。この第１経路Ｌ１によって、バッファタンク１１０内の熱媒がそれぞれの貯湯槽３１０に供給される。

第２経路Ｌ２は第１経路Ｌ１の途中位置から第２設備２００のバッファタンク２１０までを接続する配管である。このため、第１設備１００のバッファタンク１１０内の熱媒は、第２設備２００のバッファタンク２１０へも供給可能となっている。電動弁ＳＶは、上記の途中位置に設けられている。この電動弁ＳＶの制御によって、第１設備１００のバッファタンク１１０内の熱媒が第２設備２００のバッファタンク２１０へ供給されたり、供給が禁止されたりする。

第３経路Ｌ３は、第２設備２００のバッファタンク２１０から第１経路Ｌ１の接続点Ａまでを接続する配管である。この接続点Ａは、上記した途中位置よりも下流側（需要者側設備３００側）に位置している。第２設備２００のバッファタンク２１０内の熱媒は、第３経路Ｌ３及び第１経路Ｌ１を経て複数の需要者側設備３００それぞれの貯湯槽３１０に供給可能となっている。

第４経路Ｌ４は、複数の需要者側設備３００それぞれの貯湯槽３１０から第１設備１００のバッファタンク１１０までを接続する配管である。このため、第４経路Ｌ４には、各貯湯槽３１０における湯水の加熱によって温度低下した熱媒が流れることとなる。この第４経路Ｌ４は、接続点Ｂにおいて１本に合流してバッファタンク１１０に接続される。

差圧測定部４００は、第１経路Ｌ１（接続点Ａの下流側）と第４経路Ｌ４（接続点Ｂの下流側）との差圧を検出するものである。貯湯槽３１０内の湯水温度が低下した場合には二方弁３３０の開度が大きくされる。この結果、第１経路Ｌ１と第４経路Ｌ４との差圧が小さくなる。よって、差圧測定部４００は差圧を測定することでそれぞれの二方弁３３０の開度を代用的に検出しているといえる。循環ポンプＰは、第１設備１００及び第２設備２００と、需要者側設備３００との間で熱媒を循環させる動力源となるものである。この循環ポンプＰは、差圧測定部４００により測定された差圧に基づいて回転数制御される。すなわち、循環ポンプＰは差圧が小さくなると回転数が大きくされて熱媒の循環量が大きくなる。結果として、二方弁３３０の開度が大きくなったときに熱媒の循環量が大きくなり、貯湯槽３１０内の湯水温度を上昇させることとなる。

第１温度センサＴ１は、第１経路Ｌ１のうち電動弁ＳＶの上流側における熱媒温度を検出するものである。第２温度センサＴ２は、第１経路Ｌ１のうち接続点Ａの下流側における熱媒温度を検出するものである。不図示の制御部は、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２の信号に基づいて電動弁ＳＶを制御する。例えば制御部は、第１設備１００のバッファタンク１１０の熱媒温度（第１温度センサＴ１による検出温度）が充分に高い場合、電動弁ＳＶを制御して第１設備１００のバッファタンク１１０からの熱媒を、第２設備２００のバッファタンク２１０を経由することなく、複数の需要者側設備３００の貯湯槽３１０に供給する。一方、制御部は、第１設備１００のバッファタンク１１０の熱媒が充分に高い温度ではない場合、電動弁ＳＶを制御して第１設備１００のバッファタンク１１０からの熱媒を、第２設備２００のバッファタンク２１０に供給する。熱媒は、第２設備２００のバッファタンク２１０を経由することで適正温度（第２温度センサＴ２による検出温度で確認）まで昇温され、複数の需要者側設備３００の貯湯槽３１０に供給される。または、第２温度センサＴ２の値が、予め設定する所定の目標温度になるように開度を調整する制御でもよい。

このようなコージェネレーションシステムＣＳは、複数の貯湯槽３１０の温度が所定温度で維持されるように、温水の利用がない場合であっても循環ポンプＰが小さめの回転数で駆動している。この状態において、各需要者で温水が利用されると貯湯槽３１０内の温水温度が低下する。これにより、その需要者の二方弁３３０の開度が大きくなり、差圧測定部４００により測定される差圧が小さくなる。この結果、循環ポンプＰの回転数が大きくされる。

ここで、第１温度センサＴ１より検出される熱媒温度が充分に高い場合、第２設備２００のバッファタンク２１０内の熱媒は利用されることなく、第１設備１００のバッファタンク１１０内の熱媒が複数の需要者側設備３００の貯湯槽３１０に供給される。一方、第１温度センサＴ１より検出される熱媒温度が充分に高くない場合、電動弁ＳＶが制御され、第１設備１００のバッファタンク１１０内の熱媒が第２設備２００のバッファタンク２１０に供給される。そして、第２設備２００のバッファタンク２１０において適正温度（第２温度センサＴ２による検出温度で確認）まで昇温された熱媒が複数の需要者側設備３００の貯湯槽３１０に供給される。

ここで、上記のようなコージェネレーションシステムＣＳは、高い発電効率と高い廃熱利用効率とが求められているため、コージェネレーション設備Ｃが例えば２４時間３６５日全負荷でベースロード運転されることが好ましく、且つ、廃熱を上手く利用することが好ましい。特に、廃熱についてはラジエータＲで捨てることなく、利用されることが好ましい。このため、熱を捨てることを避けるために各貯湯槽３１０を大容量とすることが考えられるが、この場合にはコージェネレーション設備Ｃに対して容量が適切ではなくシステム全体の効率の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係る設備決定装置が提案される。図３は、本実施形態に係る設備決定装置を示すブロック図である。図３に示す設備決定装置１は、環境に応じてコージェネレーション設備Ｃの大きさや、貯湯槽３１０の容量を適切に決定するための装置である。このような設備決定装置１は、入力部１０と、処理部２０と、出力部３０とを備えている。

入力部１０は、設備決定装置１を利用する利用者によって操作される操作部等によって構成されている。この入力部１０には、各種条件や初期値等が入力される。処理部２０は、設備決定プログラムが実行されることで機能するものであり、給湯負荷算出部（給湯負荷算出手段）２１と、設定部（設定手段）２２と、コージェネ容量決定部（コージェネ容量決定手段）２３と、貯湯容量決定部（貯湯容量決定手段）２４と、記憶部２６とを備えている。設備決定プログラムは、予め記憶部２６に記憶されていてもよいし、ＵＳＢメモリやＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に記録されたものが新たにダウンロードされて記憶部２６に記憶されてもよい。さらに、設備決定プログラムは、ネットワークを通じてダウンロードされて記憶部２６に記憶されてもよい。

出力部３０は、コージェネ容量決定部２３や貯湯容量決定部２４による決定結果を利用者に向けて出力するものであり、例えばディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の紙媒体の印刷機で構成されている。また、出力部３０は、メール等によって結果を出力する通信部で構成されていてもよい。

給湯負荷算出部２１は、複数の需要者における給湯利用に応じた２４時間（２以上の分割期間の一例）それぞれの単位給湯負荷に基づいて、１日（２以上の分割期間から構成される特定期間の一例）毎の総給湯負荷を１年間（特定期間よりも長い所定期間の一例）にわたって算出するものである。

ここで、２４時間それぞれの単位給湯負荷（すなわち１日における給湯負荷の推移）については、予め記憶部２６に記憶されている。また、２４時間それぞれの単位給湯負荷については、一人暮らし、二人暮らし、及び４人家族等の区分毎に分けて記憶されている。さらに、記憶部２６には、３６５日又は月毎や季節毎の給水温度の変化情報や地域における給水温度の変化情報についても記憶している。

例えば図１に示すように、コージェネレーションシステムＣＳが６戸のマンション（単身用）に適用される場合、給湯負荷算出部２１は、記憶部２６から一人暮らし用の２４時間それぞれの単位給湯負荷の情報を読み込んで、これを６倍する。次いで、給湯負荷算出部２１は、３６５日又は月毎や季節毎の給水温度の変化情報や地域における給水温度の変化情報を加味して、１日毎の総給湯負荷を１年間にわたって算出する。

図４は、図３に示した給湯負荷算出部２１により算出される１年間にわたる１日毎の総給湯負荷の一例を示す図である。図４に示すように、例えば各戸の給湯負荷の情報が合算されることで、３６５日それぞれの総給湯負荷が算出される。特に、給水温度の変化情報が考慮されることによって、例えば冬は給水温度が低く設定温度（例えば４２℃）の湯を需要者に供給するにあたり貯湯槽３１０の温水使用量が多くなって給湯負荷が高まる等が反映された１日毎の総給湯負荷が算出される。

再度図３を参照する。設定部２２は、給湯負荷算出部２１により算出された１日毎の総給湯負荷のうち、総給湯負荷が最小なる最小日（少なくとも低負荷側となる特定期間の一例）を代表日（代表期間の一例）として設定するものである。なお、設定部２２は、少なくとも１年間で低負荷側（低負荷側と高負荷側に分けた場合の低負荷側）のいずれかの日であれば、最小日に限らず、例えば最小から２番目等の日であってもよい。

コージェネ容量決定部２３は、設定部２２により設定された代表日における総給湯負荷に基づいてコージェネレーション設備の容量を決定するものである。この際、コージェネ容量決定部２３は、代表日を構成する単位給湯負荷から、単位給湯負荷の平均値（代表値）を算出して、コージェネレーション設備Ｃの容量を決定する。

図５は、図４に示した代表日における１時間毎の単位給湯負荷の一例を示す図である。図５に示すように、代表日については、例えば朝方と昼間に僅かな給湯負荷があり、その後夜間において最も給湯負荷が高く１８時～１９時において最大となる。コージェネ容量決定部２３は、このような単位給湯負荷から平均値を算出し、平均値に基づいてコージェネレーション設備Ｃの容量を決定する。

この場合において、コージェネ容量決定部２３は、平均値に近い容量のコージェネレーション設備Ｃを選択する。具体的にコージェネレーション設備Ｃは、無数の容量が存在するわけでなく、段階的に容量が定められている。コージェネ容量決定部２３は、このような段階的な容量から、平均値に近いものを選択することで、コージェネレーション設備Ｃの容量を決定する。これにより、代表日については理論上、コージェネレーション設備Ｃをベースロードの全負荷運転で貯湯槽３１０に熱を貯めながら利用したとしても廃熱を略捨てることなく利用することができるためである。

特に、コージェネ容量決定部２３は、平均値よりも小さい容量となるようにコージェネレーション設備Ｃの容量を選択することが好ましい。コージェネレーション設備Ｃの容量が小さいほど、コージェネレーション設備Ｃについてベースロードの全負荷運転を行っても廃熱を捨てる可能性が少なくなり、熱効率が良くなるためである。

再び図３を参照する。貯湯容量決定部２４は、１時間毎の単位給湯負荷のうちコージェネ容量決定部２３により決定されたコージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分に基づいて複数の貯湯槽３１０の総容量を決定するものである。原則として、コージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分については、これに対応できるように複数の貯湯槽３１０において熱量を確保しておく必要がある。このため、このような給湯負荷分に応じた総容量で複数の貯湯槽３１０を決定しておくことが良い。例えば、コージェネレーション設備Ｃの容量が単位給湯負荷から平均値に決定された場合、貯湯容量決定部２４は、図５に示すコージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分（ハッチング部分）を複数の貯湯槽３１０の総容量として決定することとなる。

なお、この場合において、複数の貯湯槽３１０については例えば所定の給湯設計温度（例えば６５℃）を基準にして、熱量を確保できる総容量が決定される。

また、貯湯容量決定部２４は、複数の貯湯槽３１０の総容量を決定した後に、個別の貯湯槽３１０の容量も決定する。この場合、貯湯容量決定部２４は、例えば総容量を戸数で均等割して各容量を決定してもよいし、一人暮らしや４人家族等の区分毎に重みづけを行って各容量を決定してもよい。

以上により、本実施形態に係る設備決定装置１は、コージェネレーション設備Ｃの容量と、複数の貯湯槽３１０の総容量（個別の貯湯槽３１０の容量）とを決定する。特に、コージェネレーション設備Ｃの容量は、給湯負荷が最小となる最小日に基づいて決定されていることから、コージェネレーション設備Ｃについてベースロードの全負荷運転を行っても、廃熱を捨てる可能性が小さくなる。しかも、コージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分に基づいて複数の貯湯槽３１０の容量を決定するため、代表日において給湯負荷が高まった過渡的な負荷分を賄えるだけの容量を複数の貯湯槽３１０で設定することとなり、貯湯槽３１０の容量を適切化することとなる。

なお、上記においてバッファタンク１１０については、例えばコージェネレーション設備Ｃの容量に合わせて大きさが決定され、廃熱と熱媒との熱交換が円滑に行われる程度の大きさを有していればよい。さらに、バッファタンク２１０についても同様に、ボイラＢＯに応じて大きさが決定され、廃熱と熱媒との熱交換が円滑に行われる程度の大きさを有していればよい。加えて、バッファタンク１１０は、熱交換器１３０を内部に有しているが、これに限らず、熱交換器ＨＥと同様に外部に有していてもよい。同様に、バッファタンク２１０は、熱交換器ＨＥを外部に有しているが、これに限らず、熱交換器１３０と同様に内部に有していてもよい。

さらに、処理部２０は熱ロス算出部２５を備えている。熱ロス算出部２５は、バッファタンク１１０、決定された総容量の複数の貯湯槽３１０、及び、供給経路Ｌにおける熱ロス分を算出するものである。熱媒については、バッファタンク１１０や供給経路Ｌの表面積の大きさに依存して放熱してしまう。また、複数の貯湯槽３１０内の温水についても、複数の貯湯槽３１０の表面積に応じて放熱してしまう。このため、熱ロス算出部２５は、このような熱ロスを算出することとなる。なお、熱ロス算出部２５は、熱ロスを算出するにあたり外気温度や地中温度を一定値と仮定してもよいが、これに限らず、外気温度や（特に地中温度の変化は非常に少ないが）地中温度の変化を考慮してもよい。

コージェネ容量決定部２３は、熱ロス算出部２５による算出結果を加味してコージェネレーション設備Ｃの容量について再決定を行う。このコージェネ容量決定部２３は、熱ロス算出部２５により算出された代表日の熱ロス分に相当する負荷を、前回算出された代表日における総給湯負荷に加算し、加算して得られた総給湯負荷に基づいてコージェネレーション設備Ｃの容量を決定する。

図６は、熱ロスを考慮した代表日における１時間毎の単位給湯負荷の一例を示す図である。図６に示すように、コージェネ容量決定部２３は、例えば１時間毎の単位給湯負荷それぞれに対して１時間毎の熱ロス分に相当する負荷を加算し、加算して得られた単位給湯負荷から平均値を算出し、この平均値に基づいてコージェネレーション設備Ｃの容量を再決定する。この際、コージェネ容量決定部２３は、上記と同様に、なるべく平均値に近く、且つ、平均値以下となる容量のコージェネレーション設備Ｃに再決定することとなる。なお、算出する値は平均値に限られるものではない。

また、貯湯容量決定部２４は、１時間毎の単位給湯負荷それぞれに対して１時間毎の熱ロス分に相当する負荷を加算し、加算して得られた単位給湯負荷のうち、前回決定されたコージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分に基づいて複数の貯湯槽３１０の容量（総容量）を再決定する。ここで、図６に示すように、コージェネレーション設備Ｃの容量が単位給湯負荷から平均値に決定された場合、貯湯容量決定部２４は、図６に示すコージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分（ハッチング部分）を複数の貯湯槽３１０の総容量として再決定することとなる。

また、貯湯容量決定部２４は、複数の貯湯槽３１０の総容量を再決定した後、上記と同様にして、個別の貯湯槽３１０の容量も決定する。

上記のような処理を実行するため、設備決定装置１は、今回決定された複数の貯湯槽３１０の容量と、前回決定された複数の貯湯槽３１０の容量との差が所定範囲内となった場合、今回決定された複数の貯湯槽３１０の容量を最終結果として採用する。

一方、設備決定装置１は、今回決定された複数の貯湯槽３１０の容量と、前回決定された複数の貯湯槽３１０の容量との差が所定範囲内とならなかった場合、熱ロス算出部２５による処理、コージェネ容量決定部２３による決定処理、及び貯湯容量決定部２４による決定処理を再度実行することとなる。

図７は、本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムＣＳの設備決定方法を示すフローチャートである。まず、図７に示すように、給湯負荷算出部２１は、１時間単位の単位給湯負荷から構成される１日毎の総給湯負荷を、１年間にわたって算出する（Ｓ１）。この処理において給湯負荷算出部２１は、予め記憶部２６に記憶されている一人暮らし及び家族用等の給湯負荷データに基づいて算出を行う。

次に、設定部２２は、代表日を設定する（Ｓ２）。この処理において設定部２２は、１日の総給湯負荷が最小となる日を代表日に設定する。なお、代表日は、１日の総給湯負荷が最小となる日に限らず、１日の総給湯負荷を１年間で低負荷側と高負荷側とに分けた場合に、低負荷側に属する日のいずれか１つが選択されてもよい。

次に、コージェネ容量決定部２３は、代表日における１時間毎の単位給湯負荷の平均値を算出する（Ｓ３）。なお、コージェネ容量決定部２３は、平均値に限らず、極小値及び極大値を除く平均値や中央値等を採用してもよい。

次いで、コージェネ容量決定部２３は、ステップＳ３において算出された平均値に基づいて、コージェネレーション設備Ｃの容量を決定する（Ｓ４）。この処理においてコージェネ容量決定部２３は、段階的に容量が定められているコージェネレーション設備Ｃから、平均値に最も近いものを選択したり、平均値以下で最も近いものを選択したりする。

その後、貯湯容量決定部２４は、ステップＳ４において決定されたコージェネレーション設備Ｃの容量に基づいて、複数の貯湯槽３１０の総容量を決定する（Ｓ５）。この場合において貯湯容量決定部２４は、図５に示すようにコージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分に基づいて複数の貯湯槽３１０の総容量を決定する。すなわち、コージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷を賄うように複数の貯湯槽３１０の総容量が決定される。

次に、貯湯容量決定部２４は、ステップＳ５において決定された複数の貯湯槽３１０の総容量に基づいて、各貯湯槽３１０の容量を決定する（Ｓ６）。この処理において貯湯容量決定部２４は、単に総容量を世帯数等で均等割して各貯湯槽３１０の容量を決定してもよいし、一人暮らし世帯や４人家族世帯等を考慮して案分してもよい。

その後、熱ロス算出部２５は、バッファタンク１１０、ステップＳ６において決定された各貯湯槽３１０、及び、供給経路Ｌにおける代表日の熱ロス分を算出する（Ｓ７）。すなわち、熱ロス算出部２５は、バッファタンク１１０、ステップＳ６において決定された各貯湯槽３１０、及び、供給経路Ｌからの放熱分を算出する。

次に、コージェネ容量決定部２３は、ステップＳ７において算出された代表日の熱ロス分に相当する負荷を、ステップＳ１において算出された代表日における総給湯負荷に加算し、加算して得られた総給湯負荷に基づいてコージェネレーション設備Ｃの容量を決定する（Ｓ８）。すなわち、コージェネ容量決定部２３は、図６に示すようにしてコージェネレーション設備Ｃの容量を再決定する。この処理においては、ステップＳ４と同様に、平均値に近く且つ平均値以下の容量に決定されることが好ましい。

その後、貯湯容量決定部２４は、ステップＳ８において決定されたコージェネレーション設備Ｃの容量に基づいて、複数の貯湯槽３１０の総容量を再決定する（Ｓ９）。この処理において貯湯容量決定部２４はステップＳ５と同様にして複数の貯湯槽３１０の総容量を再決定する。

次いで、貯湯容量決定部２４は、ステップＳ９において決定された複数の貯湯槽３１０の総容量に基づいて、各貯湯槽３１０の容量を再決定する（Ｓ１０）。この処理において貯湯容量決定部２４はステップＳ６と同様にして各貯湯槽３１０の容量を再決定する。

その後、処理部２０は、前回決定された複数の貯湯槽３１０の総容量（例えばステップＳ５において決定された複数の貯湯槽３１０の総容量）と、今回決定された複数の貯湯槽３１０の総容量（例えばステップＳ９において決定された複数の貯湯槽３１０の総容量）との容量差が所定範囲（例えば数％）内であるかを判断する（Ｓ１１）。

所定範囲内でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理はステップＳ７に移行する。このため、処理部２０は、熱ロス算出部２５による処理（２回目）、コージェネ容量決定部２３による決定処理（３回目）、及び貯湯容量決定部２４による決定処理（３回目）を実行することとなる。実行後、容量差が所定範囲内とならない場合には、再度、熱ロス算出部２５による処理（３回目以降）、コージェネ容量決定部２３による決定処理（４回目以降）、及び貯湯容量決定部２４による決定処理（４回目以降）が実行される。

容量差が所定範囲内である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、処理部は繰り返し実行されるステップＳ８～Ｓ１０の最新の処理において決定されたコージェネレーション設備Ｃの容量、及び複数の貯湯槽３１０の総容量（各貯湯槽３１０の容量）を最終結果とする。

このようにして、本実施形態に係るコージェネレーションシステムＣＳの設備決定方法、設備決定装置１、設備決定プログラム及びコンピュータ読取可能な記録媒体によれば、１日毎の総給湯負荷が最小となる日を代表日として設定し、設定された代表日の総給湯負荷に基づいてコージェネレーション設備Ｃの容量を決定するため、コージェネレーション設備Ｃを全負荷のベースロード運転で貯湯槽３１０に熱を貯めながら利用しても捨てる熱は小さくなる。また、コージェネレーション設備Ｃの容量を上回る給湯負荷分に基づいて複数の貯湯槽３１０の容量を決定するため、代表日内において給湯負荷が高まった過渡的な負荷分を賄えるだけの容量を複数の貯湯槽３１０で設定することとなり、貯湯槽３１０の容量を適切化することとなる。従って、システム全体の効率の低下を抑制することができる。

また、熱ロスを加味して、より適切なコージェネレーション設備Ｃと複数の貯湯槽３１０の容量を決定することで、一層システム全体の効率の低下を抑制することができる。

また、今回決定された複数の貯湯槽３１０の容量と、前回決定された複数の貯湯槽３１０の容量との差が所定範囲内となった場合に最終結果とするため、所定範囲外となった場合にコージェネレーション設備Ｃの容量と複数の貯湯槽３１０の容量とを繰り返し実行することとなり、今回の容量と前回の容量との差異が小さく、計算上のバラつきが抑えられた状態のより一層適切なコージェネレーション設備Ｃと複数の貯湯槽３１０の容量を決定することとなり、より一層システム全体の効率の低下を抑制することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記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で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、本実施形態において給湯負荷算出部２１は、１時間単位の単位給湯負荷に基づいて１日の総給湯負荷を１年間にわたって算出しているが、これに限らず、例えば３時間単位の単位給湯負荷に基づいて１月の総給湯負荷を１年間にわたって算出してもよいし、１日単位の単位給湯負荷に基づいて１週間（又は１月）の総給湯負荷を１０年間にわたって算出してもよいし、各期間についてはコージェネレーションシステムＣＳの適用状態に応じて適宜設定可能である。この場合、設定部２２は代表日に代えて代表週や代表月等を設定してもよい。

１ ：設備決定装置
１０ ：入力部
２０ ：処理部
２１ ：給湯負荷算出部（給湯負荷算出手段）
２２ ：設定部（設定手段）
２３ ：コージェネ容量決定部（コージェネ容量決定手段）
２４ ：貯湯容量決定部（貯湯容量決定手段）
２５ ：熱ロス算出部
２６ ：記憶部
３０ ：出力部
１００ ：第１設備
１１０ ：バッファタンク
１２０ ：接続配管
１２１ ：バイパス配管
１３０ ：熱交換器（加熱器）
２００ ：第２設備
２１０ ：バッファタンク
２３１ ：第１接続配管
２３２ ：第２接続配管
３００ ：需要者側設備
３１０ ：貯湯槽
３２０ ：熱交換器
３３０ ：二方弁
４００ ：差圧測定部
Ａ ：接続点
Ｂ ：接続点
ＢＯ ：ボイラ
ＢＰ１ ：第１ボイラ系循環ポンプ
ＢＰ２ ：第２ボイラ系循環ポンプ
ＢＶ ：バイパス電動弁
Ｃ ：コージェネレーション設備
ＣＳ ：コージェネレーションシステム
ＨＥ ：熱交換器
Ｌ ：供給経路
Ｐ ：循環ポンプ
Ｒ ：ラジエータ
ＳＶ ：電動弁
Ｔ１ ：第１温度センサ
Ｔ２ ：第２温度センサ
ＷＰ ：廃熱系循環ポンプ
ＷＴ ：廃熱温度センサ

Claims (6)

1. 発電を行うと共に熱を排出するコージェネレーション設備と、前記コージェネレーション設備からの廃熱を利用して湯水を加熱する加熱器と、複数の需要者に設けられた複数の貯湯槽と、前記加熱器にて加熱された熱媒を前記複数の貯湯槽に対して供給する供給経路と、を備えたコージェネレーションシステムの設備決定方法であって、
   前記複数の需要者における給湯利用に応じた２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷に基づいて、前記２以上の分割期間から構成される特定期間毎の総給湯負荷を前記特定期間よりも長い所定期間にわたって算出する給湯負荷算出工程と、
   前記給湯負荷算出工程において算出された特定期間毎の総給湯負荷のうち少なくとも総給湯負荷が低負荷側となる特定期間を代表期間として設定する設定工程と、
   前記設定工程において設定された代表期間における総給湯負荷に基づいて前記コージェネレーション設備の容量を決定する第１コージェネ容量決定工程と、
   前記設定工程において設定された代表期間を構成する２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷のうち、前記第１コージェネ容量決定工程において決定された前記コージェネレーション設備の容量を上回る給湯負荷の合計分に基づいて前記複数の貯湯槽の容量を決定する第１貯湯容量決定工程と、
   を有することを特徴とするコージェネレーションシステムの設備決定方法。
2. 前記加熱器を有するバッファタンク、第ｎ（ｎは自然数）貯湯容量決定工程において決定された容量の前記複数の貯湯槽、及び前記供給経路における熱ロス分を算出する第ｎ熱ロス算出工程と、
   前記第ｎ熱ロス算出工程において算出された前記代表期間の熱ロス分に相当する負荷を、前記給湯負荷算出工程において算出された前記代表期間における総給湯負荷に加算し、加算して得られた総給湯負荷に基づいて前記コージェネレーション設備の容量を決定する第（ｎ＋１）コージェネ容量決定工程と、
   前記第ｎ熱ロス算出工程において算出された前記２以上の分割期間それぞれの熱ロス分に相当する負荷を、前記設定工程において設定された代表期間を構成する２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷に加算し、加算して得られた単位給湯負荷のうち、前記第（ｎ＋１）コージェネ容量決定工程において決定された前記コージェネレーション設備の容量を上回る給湯負荷の合計分に基づいて前記複数の貯湯槽の容量を決定する第（ｎ＋１）貯湯容量決定工程と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの設備決定方法。
3. 前記第（ｎ＋１）貯湯容量決定工程において決定された前記複数の貯湯槽の容量と、前記第ｎ貯湯容量決定工程において決定された前記複数の貯湯槽の容量との差が所定範囲内となった場合、前記第（ｎ＋１）貯湯容量決定工程において決定された前記複数の貯湯槽の容量を最終結果として採用し、
   前記第（ｎ＋１）貯湯容量決定工程において決定された前記複数の貯湯槽の容量と、前記第ｎ貯湯容量決定工程において決定された前記複数の貯湯槽の容量との差が所定範囲内とならなかった場合、
   前記バッファタンク、第（ｎ＋１）貯湯容量決定工程において決定された容量の前記複数の貯湯槽、及び前記供給経路における熱ロス分を算出する第（ｎ＋１）熱ロス算出工程、
   前記第（ｎ＋１）熱ロス算出工程において算出された前記代表期間の熱ロス分に相当する負荷を、前記給湯負荷算出工程において算出された前記代表期間における総給湯負荷に加算し、加算して得られた総給湯負荷に基づいて前記コージェネレーション設備の容量を決定する前記第（ｎ＋２）コージェネ容量決定工程、
   並びに、前記第（ｎ＋１）熱ロス算出工程において算出された前記２以上の分割期間それぞれの熱ロス分に相当する負荷を、前記設定工程において設定された代表期間を構成する２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷に加算し、加算して得られた単位給湯負荷のうち、前記第（ｎ＋２）コージェネ容量決定工程において決定された前記コージェネレーション設備の容量を上回る給湯負荷の合計分に基づいて前記複数の貯湯槽の容量を決定する前記第（ｎ＋２）貯湯容量決定工程、を実行する
   ことを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステムの設備決定方法。
4. 発電を行うと共に熱を排出するコージェネレーション設備と、前記コージェネレーション設備からの廃熱を利用して湯水を加熱する加熱器と、複数の需要者に設けられた複数の貯湯槽と、前記加熱器にて加熱された湯水を前記複数の貯湯槽に対して供給する供給経路と、を備えたコージェネレーションシステムの設備決定装置であって、
   前記複数の需要者における給湯利用に応じた２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷に基づいて、前記２以上の分割期間から構成される特定期間毎の総給湯負荷を前記特定期間よりも長い所定期間にわたって算出する給湯負荷算出手段と、
   前記給湯負荷算出手段により算出された特定期間毎の総給湯負荷のうち少なくとも低負荷側となる特定期間を代表期間として設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された代表期間における総給湯負荷に基づいて前記コージェネレーション設備の容量を決定するコージェネ容量決定手段と、
   前記設定手段により設定された代表期間を構成する２以上の分割期間それぞれの単位給湯負荷のうち、前記コージェネ容量決定手段により決定された前記コージェネレーション設備の容量を上回る給湯負荷の合計分に基づいて前記複数の貯湯槽の容量を決定する貯湯容量決定手段と、
   を備えることを特徴とするコージェネレーションシステムの設備決定装置。
5. 請求項１から請求項３いずれか１項に記載の設備決定方法をコンピュータに実行させるための設備決定プログラム。
6. 請求項５に記載の設備決定プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。

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