JPH06137640A

JPH06137640A - エネルギーシステム及びその運転制御方法

Info

Publication number: JPH06137640A
Application number: JP4285619A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimoda; 下田　　誠; Akihiko Yamada; 昭彦山田; Shoji Nakahara; 正二中原; Masahiro Yoshioka; 正博吉岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3162209B2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱源機器プラントの運用方法に柔軟性を持た
せ、一次エネルギーの使用量を変更しても、それに応じ
た最適運用計画を立案できるようにする。【構成】少なくとも二種類の一次エネルギー源を入力
とする熱源機器プラントと、該熱源機器プラントの制御
手段と、該熱源機器プラントのデータベース、とを基本
構成とするエネルギーシステムの運転方法であって、少
なくとも該一次エネルギーの使用比率を一定周期の間不
変とする運転モードを設定し、該運転モードの下で該熱
源機器プラントの制御手段を制御して、供給熱エネルギ
ーを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のエネルギー源を
入力とする熱源機器を用いて利用者へ温熱又は冷熱など
を供給するエネルギーシステム及びその運転制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のエネルギー源を入力とする熱源機
器から利用者へ温熱又は冷熱などを供給するエネルギー
システム及びその運転制御方法に関して、多くの報告な
いしは出願がなされている。例えば、伊東らは、「船舶
用熱・電力供給プラントの構成機器規模に関する最適設
計」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、Vol.51,No.467(昭
60-7),p1663-1670）において、熱源機器及び電力機器の
規模を数理計画法を用いて最適化する方法について報告
し、規模最適化には需要に応じて最適な運転計画を立案
することが必要である旨述べると共にそのための手法と
して分枝限定法を利用した混合整数計画方法を用いてい
る。

【０００３】また、特開昭60-11046号公報には、熱源機
器の運転方法において、強制停止、電力使用量のピーク
カット及び蓄熱運転などの運転モードを、一日を複数の
時間帯に分割し、各時間帯毎に前記各モードを割当てる
ことにより、蓄熱効率を向上させて運転費の削減を図る
熱源機器の運転制御方法が記載されている。各モードは
予め設定されており、該各モードのオンオフを制御する
ためのアルゴリズムを提案しているが、該各モードの設
定値の変更に関しては特に言及していない。

【０００４】また、特開平3-291439号公報には、地域冷
暖房のための冷水、温水などを発生するための熱源プラ
ントにおいて、予測負荷データの入力手段から入力され
た一日の予測負荷曲線を負荷帯産出手段で離散化し、か
つ、各時間毎に量子化してこれを予め設定された負荷帯
のいずれかに分類し、この分類された負荷帯の運転モー
ド候補を運転モード選出手段によって運転モード一覧テ
ーブルから運転コストの低い順に複数選出するように
し、その選出れさた運転パターン作成手段を介して運転
パターンを作成し、運転スケジュールを策定するように
した熱源プラントの運転制御装置が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
において、熱源機器及び電力機器の規模を数理計画法を
用いて最適化する方法は、数理計画手法を用いるため
に、機器特性、制約条件、目的関数などを数式で定式化
できないものについて、この方法を適用することは困難
である。

【０００６】また、特開昭60-11046号公報あるいは特開
平3-291439号公報などに記載された手段は、いずれも基
本的に安価なエネルギー源を選択することを主目的とし
たものであって、いわば運転モード毎にコストを比較し
運転コストの低い順に各運転モードを選択し割当てるも
のであるといえる。換言すれば、従来の熱源機器の運転
方法はいわば経済性の追求が主目的であって、複数種類
のエネルギー供給量や料金比を変えて制御するという概
念は記載されていない。

【０００７】ところで、最近の地球環境問題、例えば、
酸性雨防止、温暖化防止などへの対応から、これらエネ
ルギープラントからの各種排出物の量及び種類が問題視
され、クリーンでかつ少量の排気物であることが要請さ
れるようになっている。そして、その要請に基づいて、
エネルギー発生量の低減や使用燃料の転換を余儀なくさ
れることが起こってきている。また、地域冷暖房プラン
トのようにエネルギープラントは公共的要素が強い施設
であり、通常、地方自治体及び、電力会社、ガス会社な
どのエネルギー関連会社が出資した第３セクター方式が
多くなる傾向がある。

【０００８】このような状況下でコストミニマムを追求
する際には、単に従来のように経済性を重視した運転・
制御ばかりでなく、他の制約条件として、環境負荷を小
さくするための制約条件、あるいは、出資エネルギー会
社の利益を等しくする、使用量を等しくするといった、
今まで考慮していなかった制約条件下でコストミニマム
を追求することが必要となってくる。

【０００９】このためには、運転制御方法として従来の
機器効率や運転効率を最高にするアプローチだけではな
く、各種エネルギーの使用比率あるいは使用料金比率を
状況に応じて指定し、そのなかにおいて従来の経済性を
追求する必要性、すなわち、課題が生じてきている。本
発明はそのような事情に鑑みてなされたものであり、熱
源機器プラントの運用方法に柔軟性を持たせ、一次エネ
ルギーの使用量を変更しても、それに応じた最適運用計
画を立案できるようにするエネルギーシステム及びその
運転制御方法を得ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、基本的に、複数の異な
った種類のエネルギーの使用比率あるいは使用料金比率
を運転員の指定により優先的に可変とするモード設定手
段を設定することにより達成される。より具体的には、
本発明は上記の目的を達成するために、少なくとも二種
類の一次エネルギー源を入力とする熱源機器プラント
と、該熱源機器プラントの制御手段と、該熱源機器プラ
ントのデータベース、とを基本構成とするエネルギーシ
ステムの運転方法において、少なくとも該一次エネルギ
ーの使用比率を一定周期の間不変とする運転モードを設
け、該運転モードの下で該熱源機器プラントの制御手段
を制御して、供給熱エネルギーを変化させることを可能
としたエネルギーシステムおよびその運転制御方法を開
示する。

【００１１】該一次エネルギーの使用比率の設定に際し
て、該一次エネルギーの消費料金比率に基づいて一定周
期の間不変とする運転モードを設定することは、第３セ
クター方式によるエネルギーシステムの運転制御方法と
して特に好ましい態様である。

【００１２】

【作用】本発明においては上記の構成を有することによ
り、優先的に各種エネルギーの使用比率あるいは使用料
金比率を状況に応じて指定し、そのなかにおいて従来の
経済性を追求する運転制御方法である従来の機器効率や
運転効率を最高にする運転を行うことが可能となり、環
境破壊に対する有効な対応が可能となるばかりでなく、
第３セクター方式のエネルギーシステムの運転を円滑に
行うことも可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説
明する。本発明によるエネルギーシステムの基本構成を
図１に示す。このシステムは、データベース１０００
と、モード設定機能２０００と、制御機能３０００と、
少なくとも二種類の一次エネルギー源を入力とする熱源
機器プラント４０００とをその基本機能としている。

【００１４】データベース１０００には、該熱源機器プ
ラント４０００に使用されている機器の運転性能、運転
履歴、熱源の需要状況及びそのときの操作量と一次エネ
ルギーの使用量と料金の関係などが格納されている。モ
ード設定機能２０００では、運転員の設定によるモード
値に相当する操作量設定値２０が制御機能３０００に出
力される。

【００１５】該制御機能３０００は、操作量設定値２０
を受けて、該操作量設定値２０から想定される、熱源機
器プラント４０００内の各種熱源機器の操作量である制
御指令３０を該熱源機器プラント４０００へ出力する。
該熱源機器プラント４０００では、該制御指令３０に基
づき、各種熱源機器が制御され、必要となる電力４０、
冷水４１、温水４２及び蒸気４３が需要家に供給され
る。

【００１６】図２を用いてモード設定機能２０００の詳
細を説明する。モード設定機能２０００はモード設定メ
ニュー２１００、モード入力機能２２００及びモード計
算機能２３００から構成されている。前記モード設定メ
ニュー２１００は、前記モード計算機能２３００内のメ
モリー領域に格納されていて、必要に応じて、自動的あ
るいは手動により、該モード計算機能２３００から出力
されて運転員が監視している監視装置の画面上に表示さ
れるか、あるいは該モード計算機能２３００が格納され
ている操作盤上に設けらている。

【００１７】モード設定メニュー２１００は、運転員が
次の運転サイクルにおける運転計画を立案する際や上位
管理者から運転モードの設定変更要求があった際に、運
転員のメニュー設定の入力を待つ状態になる。運転員に
よりメニュー設定のキー入力があると、操作量設定値２
０を出力する。例えば、使用している一次エネルギーが
電力及びガスの二種類であるときには、表示されるメニ
ューとしては、高効率運転、電力／ガス運転費比率、電
力／ガス使用量比率、最大電力使用量などである。運転
員が画面上に表示された該モード設定メニュー２１００
を見て、該時間帯において望ましい運転モードを選択す
ると、画面表示が前記モード入力機能２２００の画面に
切り変わる。

【００１８】具体的に説明すると、表示メニューから電
力／ガス運転費比率あるいは電力／ガス使用量比率を、
今後の決められた期間内（通常は一定周期）で一定とす
るよう選択すると、前記モード入力機能２２００の画面
表示に前記選択された電力／ガス運転費比率あるいは電
力／ガス使用量比率が表示される。該画面で運転員が該
比率を設定するように指示すると、モード計算機能２３
００はデータベース１０００からの情報に基づくそれま
での運転費あるいは使用量の積算値を比較することで、
前記比率が該設定値になるように今後の電力、ガスの使
用量を演算して、その演算結果が操作量設定値２０とし
て制御機能３０００に送られる。

【００１９】該制御機能３０００では、前記操作量設定
値２０を受けて、これを制約条件として前記熱源機器４
０００内の熱源機器の運転負荷率を計算して該熱源機器
４０００の制御指令として制御指令３０を送り、必要と
なるエネルギーが生成されて必要とする需要家に供給さ
れる。該モード入力機能２２００での上記操作は画面上
の設定値を該モード計算機能２３００に付属したキーボ
ードによりキー入力することにより、あるいは画面上の
設定値を示すダイヤル、ボタンなどを指、ペンあるいは
マウスなどで移動することにより、また、運転員の声に
よる方法などの種々の方法により行うことができる。ま
た、モード入力機能２２００に使用される表現としては
数値ではっきり断定されるものばかりでなく、少し大き
くとかかなり小さくといったファジィ的表現でも可能で
あることはいうまでもない。

【００２０】次に、図３を用いて制御機能３０００につ
いて説明する。該制御機能３０００は、制約条件作成機
能３１００と、運転状況把握機能３２００と、最適化計
算機能３３００と、合理性チェック機能３４００とから
構成されており、演算結果が制御指令３０として熱源機
器プラント４０００へ送られる。該制約条件作成機能３
１００では、前記モード設定機能２０００からの出力で
ある前記操作量設定値２０を受けて、該設定値２０を達
成するための必要条件となる制約条件信号３１を作成す
る。一方、運転状況把握機能３２００では、運転状態の
履歴が収納されているデータベース１０００を定期的に
参照することにより、該当する時刻時刻における前記熱
源機器プラント４０００内の熱源機器の運転状態、余裕
率及び運転可能機器のリストアップを行い、その時点で
の各熱源機器の運転状態信号３２を最適化計算機能３３
００に送る。該最適化機能３３００では、制約条件信号
３１及び運転状態信号３２を受けて、該制約条件信号３
１を満足しつつ、各熱源機器の余裕率内で目的関数を最
小にする、該熱源機器の運転負荷率信号３３を合理性チ
ェック機能３４００に送る。

【００２１】該合理性チェック機能３４００では、該運
転負荷率信号３３を受け、一方、データベース１０００
内の機器特性データベースから各熱源機器の機器特性を
検索し、前記運転負荷率信号３３で与えられた負荷率で
の運転が該当時間内で達成できるかどうかを検討する。
もし、前記運転負荷率信号３３で与えられた負荷率での
運転が不可能な場合には、達成可能な負荷率の上限、あ
るいは、下限の負荷率を合理性チェック信号３４として
制約条件作成機能３１００に送る。

【００２２】該制約条件作成機能３１００では、前記合
理性チェック信号３４を受けて、該合理性チェック信号
３４に相当する制約条件をデータベース１０００を参照
しつつ作成し、新たなる制約条件信号３１として最適化
計算機能３３００に送る。以下、最適化計算機能３３０
０からの動作は先に記載した通りである。該負荷率での
運転が達成可能な場合には、該運転負荷率信号３３を合
理性チェック信号３４として熱源機器プラント４０００
に送る。前記最適化計算機のう３３００で使用される最
適化手法としては、線形計画法、ダイナミックプログラ
ミングなどの数理計画手法はもとより、ＡＩ的手法でも
可能であることはいうまでもない。

【００２３】図４に示すプラントの構成例に基づいて熱
源機器プラント４０００の一例を説明する。熱源機器プ
ラント４０００は、エネルギー発生装置である発電装置
（ここでは、ガスタービン）４１００、冷熱発生装置
（ここでは、ガス吸収式冷凍機）４２００、温熱発生装
置（ここでは、廃熱回収ボイラ）４３００、温水発生装
置（ここでは、吸収式冷温水機）４４００、エネルギー
分配機能４５００、蒸気ヘツダー４６００、冷水貯槽４
８００および温水貯槽４７００から主に構成されてい
る。発電装置４１００、冷熱発生装置４２００、温熱発
生装置４３００および温水発生装置４４００は前記合理
性チェック信号３４中に含まれている熱源機器の運転負
荷率を受けて、該負荷率になるように各熱源機器の運転
状態が決定し、需要家で必要となる電力４０、冷熱４
１、温熱４２および温水４３を出力する。

【００２４】

【発明の効果】このように本発明によれば、少なくとも
二種類の一次エネルギー源を入力とする熱源機器プラン
トを持つエネルギーシステムにおいて、少なくとも該一
次エネルギーの使用比率を一定周期の間不変とする運転
モードを設定し、運転員が優先的に設定した前記運転モ
ード下においてエネルギーの高効率利用運転を達成でき
るようにしたので、環境破壊に対する有効な対応が可能
となるばかりでなく、第３セクター方式のエネルギーシ
ステムの運転を円滑に行うことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図。

【図２】本発明のモード設定機能の詳細構成図。

【図３】制御機能の詳細構成図。

【図４】熱源機器プラントの詳細図。

【符号の説明】

１０００データベース２０００モード設定機能３０００制御機能４０００熱源機器プラント２１００モード設定メニュー２２００モード入力機能２３００モード計算機能３１００制約条件作成機能３２００運転状況把握機能３３００最適化計算機能３４００合理性チェック機能４１００エネルギー発生装置２０操作量設定値３０制御指令３１制約条件信号３２運転状態信号３３運転負荷率信号３４合理性チェック信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉岡正博茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも二種類の一次エネルギー源を
入力とする熱源機器プラントと、該熱源機器プラントの
制御手段と、該熱源機器プラントのデータベース、とを
基本構成とするエネルギーシステムの運転方法におい
て、少なくとも該一次エネルギーの使用比率を一定周期
の間不変とする運転モードを設定し、該運転モードの下
で該熱源機器プラントの制御手段を制御して、供給熱エ
ネルギーを変化させることを可能とした、エネルギーシ
ステムの運転制御方法。
【請求項２】少なくとも二種類の一次エネルギー源を
入力とする熱源機器プラントと、該熱源機器プラントの
制御手段と、該熱源機器プラントのデータベース、とを
基本構成とするエネルギーシステムにおいて、少なくと
も該一次エネルギーの使用比率を一定周期の間不変とす
る運転モードを設定し得る運転モード設定手段をさらに
有しており、該運転モードの下で該熱源機器プラントの
制御手段を制御して、供給熱エネルギーを変化させるこ
とを可能としたエネルギーシステム。
【請求項３】該一次エネルギーの使用比率を該一次エ
ネルギーの消費料金比率に基づいて一定周期の間不変と
する運転モードを設定することを特徴とする、請求項１
記載のエネルギーシステムの運転制御方法。
【請求項４】該一次エネルギーの使用比率を該一次エ
ネルギーの消費料金比率に基づいて一定周期の間不変と
する運転モードを設定する手段をさらに有することを特
徴とする、請求項２記載のエネルギーシステム。