WO2015098536A1 - 熱源設備制御システム、および熱源設備制御方法 - Google Patents
熱源設備制御システム、および熱源設備制御方法 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a heat source facility control system and a heat source facility control method for optimizing an operation plan for a heat source facility that supplies hot and cold heat to a heat consumer.
- an acquisition unit is provided for the purpose of providing an optimal operation plan that reflects changes in plant operating conditions and providing a plant optimal operation planning device that reflects the temperature characteristics of the plant.
- the plan creation unit adapts the obtained plant situation to the plant model, thereby creating a plant operation plan in real time, and the plan presentation unit presents the created operation plan.
- the facility capacity operation efficiency correction unit calculates the plant facility rated output from the defined input parameters, calculates the plant operation efficiency correction value, and outputs it to the parameter setting sheet.
- An operation plan planning system that formulates an operation plan for a heat source facility determines the output of a plurality of heat source facilities for a given heat demand.
- the heat demand to be considered at this time is limited to the case where each heat source facility has an amount sufficient for normal operation.
- taking the heat demand in the case of air conditioning as an example especially in the case of air conditioning, the situation where the heat demand uses all of the heat source facilities is only at the peak of the summer daytime, even at summer or at night or in the middle During the season (spring / autumn), the heat demand is very low. Therefore, there are cases where none of the heat source facilities can perform normal operation.
- an operation called a start / stop operation that satisfies a low heat demand is performed by repeating an operation with a minimum load factor and a state without output.
- an appropriate operation plan in the area where such start / stop operation is performed has not been made. Therefore, there is room to further reduce costs and CO2 emissions by creating an operation plan that includes this on / off state.
- Patent Document 1 an optimal operation plan is drawn up following changes in plant operating conditions.
- Patent Document 2 describes a method that eliminates the need for manual adjustment in the number control device when a system is introduced or when a heat source device is added.
- the characteristics for the number control device to perform control are limited to the normal operation region.
- the operation control system of the heat source facility of the present invention aims to optimize not only the normal operation region of the heat source facility but also the operation plan of the heat source facility including the region where the thermal load is low and the start / stop operation is performed. To do.
- a heat source facility control system is a heat source facility control system that optimizes an operation plan of the heat source facility, and is a heat source facility control system that is acquired every hour. Based on a predetermined value, the load factor is low based on a storage unit that stores actual data in which energy consumption is associated with a load factor of a heat source facility, and the energy consumption and the load factor stored in the actual data.
- a model creation unit that creates an optimal operation plan for the heat source equipment based on an objective function that minimizes total CO2 emissions. Configured as a heat source equipment control system to be.
- the present invention is grasped as a heat source equipment control method performed by the heat source equipment control system.
- the present invention by optimizing the operation plan of the heat source facility including not only the normal operation region of the heat source facility but also the region where the heat load is low and the start / stop operation is performed, energy saving and CO2 reduction can be improved more than before. It becomes possible.
- an example of the operation control system 201 of the heat source facility for optimizing the operation plan of the heat source facility including not only the normal operation region of the heat source facility but also the region where the heat load is low and the start / stop operation is shown is shown.
- the start / stop operation is shown in FIG.
- Start / stop operation is an operation when the load is normal operation at a load of 101 or less for a certain heat source facility. By repeating the operation at the minimum load and the stop state alternately, the minimum load or less It is the operation to meet the demand.
- heat is supplied as in the heat source equipment supply heat quantity 103.
- FIG. 2 is an example of a configuration diagram of the heat source equipment control system 201 in the present embodiment.
- the heat source facility operation control system 201 includes a low load energy characteristic deriving unit 204, an optimal calculation data generation unit 207, an optimal calculation heat source facility model generation unit 208, and an optimal calculation unit 211. ing.
- the low load energy characteristic deriving unit 204 obtains the operation information of the heat source equipment 202, and records the correlation between the output and the consumed energy from the consumed energy record database (hereinafter referred to as the consumed energy record DB) 203 to generate the low load.
- the correlation between the load factor of the heat source equipment and the energy consumption during the outage is obtained and the characteristic formula is derived.
- the optimum calculation data creation unit 207 uses the information included in the external data 205 such as temperature and the information of the heat source facility parameter 206 to predetermine equipment that is not subject to the optimum calculation (for example, natural energy or other operation plans). The output of equipment, etc. whose output is necessary for operation plan) is obtained.
- the optimum calculation heat source equipment model creation unit 208 includes an energy consumption characteristic during start / stop operation obtained by the low load energy characteristic derivation unit 204, external data 205 such as temperature, heat source equipment parameters 206, and optimum computation data creation unit 207.
- external data 205 such as temperature, heat source equipment parameters 206
- optimum computation data creation unit 207 In addition to the conventional heat source equipment model for optimal calculation of the heat source equipment, a heat source equipment model with energy characteristics during start / stop operation is generated.
- the optimum computation unit 211 includes the heat source equipment model obtained by the optimum computation heat source equipment model creation unit 208, the output of the heat source equipment outside the optimum operation plan obtained by the optimum computation data creation unit 207, and the predicted heat demand 209 (for example, This is graph data showing the correlation between time and thermal energy for which demand is expected, and the objective function (energy and energy) specified by the user 210 using the thermal energy required at each time is plotted. Based on the one that minimizes the cost), an optimal operation using mathematical programming is performed to obtain an operation plan, and an operation plan 212 obtained by the operation is output.
- the heat source equipment includes not only centrifugal chillers and absorption chillers, which are cold supply facilities, but also various water heaters, etc., which also supply hot heat, as well as absorption chillers using exhaust heat, cogeneration systems, and various other related equipment. Includes various heat source facilities such as pumps and cooling towers.
- FIG. 3 shows a flow for explaining the processing of the heat source equipment control system 201.
- the heat source equipment control system 201 acquires a set of data on the operating load factor of the heat source equipment 202 and the energy consumption corresponding thereto, and stores it in the energy consumption performance DB 203 (S301).
- the heat source facility 1 transmits its own operating load factor and energy consumption at regular intervals, and is stored in the energy consumption record DB 203.
- the energy consumption performance DB 203 as a record including information such as the acquired time (May 31, 2013, 13:00), driving load factor (80%), energy consumption (100 MW), etc., in a comma format. Stored.
- the low load energy characteristic deriving unit 204 derives the characteristic formula from the relationship between the load factor and the consumed energy at the low load (S302).
- the optimum calculation data creation unit 207 uses the external data 205 such as temperature and the heat source equipment parameter 206 (described later), the cooling water temperature related to the heat source equipment model, and the equipment that supplies heat although it is not planned. Are generated by the optimum calculation data creation unit 207 (S303). Although S301 and S302 are performed continuously, S303 can also be performed in parallel.
- a conventional equipment model used for optimum computation generated by the external data 205 such as temperature and the heat source equipment parameter 206 is created by the optimum suitable heat source equipment model creation section 208, and the low load energy characteristic derivation section 204
- An optimal calculation model of energy consumption characteristics at low load using the result of is created (S304).
- the optimal calculation unit 211 uses the information of the heat source facility model calculated by the optimal calculation heat source facility model creation unit 208, to the objective function presented by the user 210 with external conditions such as the predicted heat demand 209 as constraints.
- the operation plan is optimized along with this, and the operation plan is output (S305).
- the load region 403 for normal operation is targeted, but data is acquired for the start / stop operation region 404 having a minimum load factor 402 or less.
- the obtained data is given as a point group as shown in a region 405 surrounded by a dotted line in the right figure.
- start / stop operation since the operation method is different from that in continuous operation, the energy used increases and the characteristics of normal operation become discontinuous.
- the low load energy characteristic deriving unit 204 derives the energy characteristic shown in the graph 501 of FIG. 5 from this data. This energy characteristic is fitted by a least square method or the like using an appropriate curve.
- the optimum calculation data creation unit 207 displays the temperature of the cooling water (for example, data in which the measurement time is associated with the temperature of the cooling water at that time, such as May 31, 2013, 28.5 ° C.), etc.
- External temperature 205 such as the air temperature
- heat source equipment parameters 206 parameters that determine the energy consumption characteristics of the heat source equipment
- the thermal output of the equipment is generated by the optimum calculation data creation unit 207.
- the heat source equipment model creation unit 208 for optimal calculation uses the external data 205 such as the temperature and the heat source equipment parameters 206 to create the equipment model in the normal operation region used in the conventional optimum operation of the heat source equipment. Then, a heat source equipment model for optimum calculation is created in combination with the low load model obtained by the low load energy characteristic deriving unit 204. In general, a piecewise linear approximation as shown in FIG. 6 is performed on the characteristic curve obtained in order to use the mixed integer programming in the optimum arithmetic unit 211. However, the present invention is not limited to this, and a non-linear expression can be used as long as non-linear optimization is possible.
- the optimum calculation unit 211 optimizes the operation plan using the information of the heat source facility model obtained from the optimum calculation heat source facility model creation unit 208 and other information such as predicted heat demand.
- the optimum calculation unit 211 is preliminarily embedded with an objective function and a basic formula of the heat source equipment model formula as shown in the formulas (1) to (3).
- J is the objective function
- etotal is the total power consumption
- Ftotal is the total consumption of gas and oil
- H is the heat (steam and hot water) received from others
- W is water
- e is the others Represents the contribution to the objective function.
- ⁇ , ⁇ , ⁇ , and ⁇ are coefficients, and are used to calculate J as cost or CO2 by changing this value according to designation from the user 210.
- enormal (t) represents the power consumption in the normal operation region of the heat source facility at time t
- eonoff (t) represents the power consumption of the heat source facility due to start / stop operation at time t.
- Equation (3) an equation is shown when enormal (t) and eonoff (t) are respectively piecewise linear approximated.
- k represents the number of the heat source facility, and the total power is obtained by taking this sum.
- the subscripts m and n further represent the numbers of sections of the piecewise linear approximation when considering the characteristics of a certain facility k, and are used to derive the power of one heat source facility by taking the sum.
- x and x ′ represent load factors
- z and z ′ represent selection variables (0-1 variable (0: non-selection 1: selection)) of the divided sections.
- the optimum calculation unit 211 is also set with other constraints such as equal heat supply and demand.
- the optimal computation heat source equipment model creation unit 208 is provided with equipment model parameters such as a, a ', b, and b' in this equation.
- equipment model parameters such as a, a ', b, and b' in this equation.
- a general mixed integer programming method may be used, or a metaheuristic such as nonlinear optimization or a genetic algorithm may be used. Thereby, the operation plan including the start / stop operation state of the heat source facility can be optimized.
- L1 is selected in the region where the amount of heat is small
- L2 is selected in the region where the amount of heat is large.
- the L2 portion of the performance curve of facility 2 is the lowest Since the load factor is 2 or less, when the characteristics in the start / stop operation region are not considered, the facility 1 having the minimum load factor of 1 or more must be moved in this range. Since the optimization considering the characteristics of the L2 portion described above is performed, only the energy consumption of the facility 2 below the energy consumption of the facility 1 is required.
- the low load energy characteristic deriving unit 204 is connected to the heat source facility 202 and the energy consumption result DB 203, but the heat source facility 202 may not be connected. That is, if the operating energy consumption characteristic at the time of start / stop operation is obtained in advance and obtained as the low load energy characteristic and the data is stored in the actual energy consumption DB 203, the heat source equipment 202 may not necessarily be connected. .
- FIG. 9 is a configuration diagram of a modified example of the heat source facility control system 201 in the present embodiment.
- the heat source equipment control system 201 and the heat source equipment control device 901 are connected on the network.
- the heat source equipment control device 901 is connected to the heat source equipment 202 via the network 902, and is a device that controls its operation.
- the heat source equipment control device 901 receives the operation plan 212 generated by the heat source equipment control system 201, and outputs start / stop and load change control commands to the heat source equipment based on the operation plan 212.
- Optimal calculation heat source equipment model creation unit 209: Predicted heat demand, 210 ... User, 211 ... Optimal calculation unit, 212 ... Operation plan
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Abstract
熱源設備の通常運転領域のみでなく、熱負荷が低く発停運転を行う領域も含めた熱源設備の運転計画の最適化を行う。熱源設備の運転計画を最適化する熱源設備運転制御システム（２０１）であって、時間ごとに取得された熱源設備の消費エネルギーと熱源設備の負荷率とを対応付けた実績データを記憶する記憶部と、実績データに記憶されている消費エネルギーと負荷率とに基づいて、所定値を基準として負荷率が低い発停運転時の熱源設備の消費エネルギー特性を求める演算部と、消費エネルギー特性とプラント総消費エネルギー、コストまたは総CO2 排出量を最小化する目的関数とに基づいて、熱源設備の最適運転計画を作成するモデル作成部と、を備える。
Description
本発明は、熱需要家に向けて温冷熱を供給する熱源設備に対して、その運転計画を最適化する熱源設備制御システム、および熱源設備制御方法に関するものである。
従来から、熱源設備の運転計画を作成するため様々な技術がある。例えば、特許文献１では、プラントの運転条件の変更に追従した最適な運転計画を立案するとともに、プラントの温度特性を反映したプラント最適運転計画装置を提供することを目的として、取得部がプラントの状況をリアルタイムに取得すると、計画作成部が、取得されたプラントの状況をプラントモデルに適応させることにより、プラントの運転計画をリアルタイムに作成し、計画提示部が、作成された運転計画を提示し、設備能力運転効率補正部が、定義した入力パラメータからプラントの設備定格出力を計算するとともに、プラントの運転効率補正値を計算し、パラメータ設定シートに出力している。
また、特許文献２では、システム導入時や熱源機の増設時において、台数制御装置における人手による調整を不要とすることを目的として、並列に接続された複数の熱源機と、複数の熱源機の起動及び停止を制御するとともに、起動している熱源機に対して要求負荷に応じた負荷を割り当てる台数制御装置とを備え、各熱源機は、運転状況と成績係数と負荷率との関係を示した各熱源機固有のCOPマップをそれぞれ保有しており、各熱源機は該COPマップから運転状況に応じた適正運転範囲を決定して台数制御装置へ通知し、台数制御装置は各熱源機から通知された適正運転範囲に基づいて熱源機の台数制御及び負荷の割り当てを行っている。
熱源設備の運転計画を立案する運転計画立案システムは、与えられる熱需要に対して、複数の熱源設備の出力を決定する。しかし、この時に考慮する熱需要は各熱源設備が通常運転を行える程度の量を持つ場合に限られる。一方で、冷暖房を行う場合の熱需要を例にとると、特に冷房で考えれば熱需要が複数の熱源設備全てを使うような状況は夏の昼間のピーク時しかなく、夏でも夜間、あるいは中間期（春・秋）等にはその熱需要が非常に低いものとなる。そのため、どの熱源設備も通常運転を行えない場合がある。このような負荷に対しては、通常運転とは異なり、最低負荷率での運転と出力なしの状態を繰り返すことで低熱需要を満たす発停運転と呼ばれる運転を行う。これまでの運転計画立案システムでは、熱源設備が通常運転する場合のみを対象としていたため、こうした発停運転を行う領域における適切な運転計画は立てられていなかった。そのため、この発停運転の状態も含んだ運転計画を立案することで、コストやCO2排出量をさらに削減する余地が存在する。
特許文献１では、プラントの運転条件の変更に追従して最適な運転計画を立案する。しかし、特許文献1に記載された装置では、プラント運転条件の変更に追従してその特性を変化させるのは通常運転領域に限られており、発停運転時の運転が考えられていない。また、特許文献２には、システム導入時や熱源機の増設時において、台数制御装置における人手による調整を不要とする方法が記されている。しかし、特許文献２に記載された装置では、台数制御装置が制御を行うための特性は通常運転領域に限られている。
そこで、本発明の熱源設備の運転制御システムでは、熱源設備の通常運転領域のみでなく、熱負荷が低く発停運転を行う領域も含めた熱源設備の運転計画の最適化を行うことを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる熱源設備制御システムは、熱源設備の運転計画を最適化する熱源設備制御システムであって、時間ごとに取得された熱源設備の消費エネルギーと熱源設備の負荷率とを対応付けた実績データを記憶する記憶部と、前記実績データに記憶されている消費エネルギーと負荷率とに基づいて、所定値を基準として前記負荷率が低い発停運転時の熱源設備の消費エネルギー特性を求める演算部と、前記消費エネルギー特性とプラント総消費エネルギー(熱源設備だけではなく、冷却塔やポンプ、コジェネを含むプラント全体の消費エネルギー)、コストまたは総CO2排出量を最小化する目的関数とに基づいて、前記熱源設備の最適運転計画を作成するモデル作成部と、を備えることを特徴とする熱源設備制御システムとして構成される。
また、本発明は、上記熱源設備制御システムで行われる熱源設備制御方法として把握される。
本発明によれば、熱源設備の通常運転領域のみでなく、熱負荷が低く発停運転を行う領域も含めた熱源設備の運転計画の最適化を行うことで、従来以上の省エネ・CO2削減が可能となる。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる熱源設備制御システムおよび熱源設備制御方法の実施の形態を詳細に説明する。
本実施例では、熱源設備の通常運転領域のみでなく、熱負荷が低く発停運転を行う領域も含めた熱源設備の運転計画の最適化を行う熱源設備の運転制御システム201の例を示す。まず、発停運転について図1に示す。発停運転とは、ある熱源設備に対してその負荷が通常運転を行える最低負荷時供給熱量101以下の場合の運転で、最低負荷での運転と停止状態を交互に繰り返すことで、最低負荷以下の需要を満たすための運転である。図の熱需要102に対しては、熱源設備供給熱量103のように熱を供給する。
図２は、本実施の形態における熱源設備制御システム201の構成図の例である。熱源設備の運転制御システム201は、低負荷時エネルギー特性導出部204と、最適演算用データ作成部207と、最適演算用熱源設備モデル作成部208と、最適演算部211とを有して構成されている。
低負荷時エネルギー特性導出部204は、熱源設備202の運転情報を取得して、その出力と消費エネルギーとの相関を記録する消費エネルギー実績データベース（以下消費エネルギー実績DB）203から、低負荷の発停運転時における熱源設備の負荷率とエネルギー消費量との相関を求めその特性式を導出する。最適演算用データ作成部207は、気温等外部データ205と熱源設備パラメータ206が有する情報を用いて、最適演算の対象でない設備（例えば、自然エネルギーによるものや、その他運転計画が予め定められている設備等、運転計画にその出力等が情報として必要なもの）の出力を求める。
最適演算用熱源設備モデル作成部208は、低負荷時エネルギー特性導出部204によって得られる発停運転時の消費エネルギー特性と、気温等外部データ205と熱源設備パラメータ206と最適演算用データ作成部207から得られる情報を用いて従来からの熱源設備最適演算用の熱源設備モデルに加え、発停運転時のエネルギー特性を伴った熱源設備モデルを生成する。最適演算部211は、最適演算用熱源設備モデル作成部208で得られる熱源設備モデルと最適演算用データ作成部207によって得られる最適運転計画外の熱源設備の出力等と予測熱需要209（例えば、時刻と需要が見込まれる熱エネルギーとの相関関係を示すグラフデータであり、それぞれの時刻で必要とされる熱エネルギーがプロットされているもの）を用いて、ユーザ210が指定する目的関数（エネルギーやコストを最小化するもの）に基づいて、数理計画法を用いた最適演算を行い運転計画を求め、演算により得られた運転計画212を出力する。なお、熱源設備とは冷熱供給設備である遠心冷凍機や吸収冷凍機だけでなく、温熱供給設備である各種温水機等、それから排熱利用吸収冷凍機等やコジェネレーションシステム、関連するさまざまな設備（ポンプや冷却塔）等の様々な熱源設備を含む。
次に、熱源設備制御システム201の処理を説明するフローを図３に示す。まず、熱源設備制御システム201は、熱源設備202の運転負荷率とそれに対する消費エネルギーのデータの組を取得して、消費エネルギー実績DB203に格納する(S301)。これらのデータの組は、例えば、熱源設備１が現時点における自身の運転負荷率および消費エネルギーを一定間隔で送信し、消費エネルギー実績DB203に格納される。例えば、消費エネルギー実績DB203には、カンマ形式で、取得された時刻（２０１３年５月３１日１３時００分）、運転負荷率（８０％）、消費エネルギー（１００ＭＷ）等の情報を含むレコードとして格納される。
次に、低負荷時エネルギー特性導出部204は、低負荷時における負荷率と消費エネルギーの関係性からその特性式を導出する(S302)。次に、最適演算用データ作成部207は、気温等外部データ205と熱源設備パラメータ206（後述）を利用して、熱源設備モデルに関係する冷却水温度や、計画対象外だが熱供給を行う設備の熱出力等を最適演算用データ作成部207によって生成する(S303)。なお、S301,S302は連続して行うが、S303については並列に実施することも可能である。
次に、最適適演算用熱源設備モデル作成部208により、気温等外部データ205や熱源設備パラメータ206によって生成される最適演算に用いる従来の設備モデルを作成すると共に、低負荷時エネルギー特性導出部204の結果を利用した低負荷時のエネルギー消費特性の最適演算モデルを作成する(S304)。次に、最適演算部211が、最適演算用熱源設備モデル作成部208が演算した熱源設備モデルの情報を用いて、予測熱需要209等の外部条件を制約としてユーザ210によって提示される目的関数に沿った運転計画の最適化を行い、運転計画を出力する(S305)。各種条件（例えば、目的関数の係数αとβ）であるパラメータを変化させて計算するか否かを判定し（S306）、その場合には（S306；Yes）、設備パラメータを更新し(S307)、その後再度最適演算を行う（S305）。
続いて、各ステップの詳細を以下に示す。まずS301では消費エネルギーの実績データを取得し、低負荷時エネルギー特性を生成する。データの例を、図４を用いて示す。グラフ401は、熱源設備の負荷率(＝出力/定格出力)に対する消費エネルギーを示したグラフである。従来の運転計画では、通常運転の負荷領域403が対象となるが、最低負荷率402以下の発停運転領域404についてデータを取得する。得られるデータは、右図の点線で囲まれた領域405に示されているような点群として与えられる。発停運転時は連続運転の場合とは運転方法が異なるため、使用エネルギーが大きくなり通常運転の特性とは不連続となる。
S302では、低負荷時エネルギー特性導出部204は、このデータより図５のグラフ501に示すエネルギー特性を導出する。このエネルギー特性は、適当と思われる曲線を用いて最小二乗法等によりフィッティングしたものである。
S303では、最適演算用データ作成部207は、冷却水の温度（例えば、２０１３年５月３１日、２８．５℃のように測定時刻とその時の冷却水の温度とを対応付けたデータ）等の気温等外部データ205を取得し、さらに熱源設備パラメータ206(熱源設備のエネルギー消費特性を定めるパラメータ)を利用して、熱源設備モデルに関係する冷却水温度や、計画対象外だが熱供給を行う設備の熱出力等を最適演算用データ作成部207によって生成する。
次にS304では、最適演算用熱源設備モデル作成部208が、気温等外部データ205や熱源設備パラメータ206を使用して、従来からの熱源設備の最適運転で用いる通常運転領域の設備モデルを作成し、低負荷時エネルギー特性導出部204によって得られた低負荷時のモデルと組み合わせて最適演算用の熱源設備モデルを作成する。一般的には、最適演算部211で混合整数計画法を用いるために得られた特性曲線を、図６に示すような区分線形近似を行う。しかし、それに限定されることはなく、非線形最適化が可能であれば非線形の式を利用することも可能である。
次にS305では、最適演算部211により、最適演算用熱源設備モデル作成部208から得られた熱源設備モデルの情報と、その他予測熱需要等の情報を用いて運転計画の最適化を行う。最適演算部211には、予め式（１）～（３）に示すような目的関数や熱源設備モデル式の基本となる式が埋め込んである。
ここで、式（１）においてJは目的関数、etotalは電力総消費量、Ftotalはガス・油の総消費量、Hは他者から受け取る熱(蒸気や温水)、Wは水、eはその他の目的関数への寄与を表す。α,β,γ,ηは係数であり、ユーザ２１０からの指定によってこの値を変えることによりJをコストやCO2として計算するためのものである。式（２）においてenormal(t)は時刻tにおける熱源設備の通常運転領域の電力消費量、eonoff(t)は時刻tにおける発停運転による熱源設備の電力消費量を示している。式（３）において、enormal(t)とeonoff(t)をそれぞれ区分線形近似した場合の式を示している。kは熱源設備の番号を表し、この和を取ることで全体の電力としている。添字mとnはさらに、ある設備kの特性を考えた際の区分線形近似の区間の番号を表し、和をとることで1台の熱源設備の電力を導出するためのものである。x,x’は負荷率を、z,z’は分割した区間の選択変数(0-1変数(0:非選択1:選択))を表す。a,a’は図６に示したエネルギー消費特性の区分線形近似における比例係数を,b,b’は切片を表し、熱源設備の特性によって変化するパラメータである。これにより、図６に示した区分線形近似の特性を表す。これは電力消費量について展開したものであるがガス消費量等の他の項についても同様である。なお目的関数はこの形に限定されるものではなく、コジェネ設備による発電があれば、それによる電力消費量の減少分が加わる等の変更をする。
また、最適演算部211にはこれ以外にも熱供給量と需要が等しい等の制約条件も設定されている。最適演算用熱源設備モデル作成部208からはこの式のa,a’,b,b’といった設備モデルのパラメータが与えられる。最適な運転方法を求める最適演算の手法としては、一般的な混合整数計画法を用いても良いし、非線形最適化あるいは遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティック等を使用しても良い。これにより、熱源設備の発停運転状態を含んだ運転計画の最適化を行うことができる。
これにより、図７に示すような性能曲線を持つ設備１,２があった場合、設備１発停運転時特性と設備２発停運転時特性との交点を境界として、消費エネルギーが最小となるように、熱量が少ない領域ではL1が、多い領域ではL2が選択される。あるいは図８のように発停運転時の特性が交差するような設備があった場合、従来の発停運転領域での特性を考慮していない場合には設備２の性能曲線のL2部分は最低負荷率２以下となっているため、発停運転領域での特性を考慮していない場合には、この範囲では最低負荷率１以上である設備１を動かすしかなかったが、本実施の形態では、上述したL2部分の特性を考慮した最適化が行われることで、設備１における消費エネルギーを下回る設備２のエネルギーの消費のみで済む。
また発停運転領域の特性として、単純に発停運転外の領域の特性曲線を延長した仮の曲線を用いることもあったが、この場合には、あたかも省エネ運転できる計画となってしまい、実態とは異なるものになっていたため本手法により実際に即した運転計画が立案できる。このようにして、従来以上の省エネ・CO2削減を行うことが可能となる。運転計画は、各熱源設備に対して各時間における起動停止と負荷率を定めたものとして与えられる。
なお、図２に示した例は、低負荷時エネルギー特性導出部204が熱源設備202と消費エネルギー実績DB203と接続しているが、熱源設備202が接続されていなくてもよい。すなわち、予め発停運転時の運転消費エネルギー特性を求めて低負荷時エネルギー特性として求めておき、そのデータを消費エネルギー実績DB203に蓄積させておけば、必ずしも熱源設備202が接続されていなくともよい。
図９は、本実施例における熱源設備制御システム201の変形例の構成図である。本例では、熱源設備制御システム201と熱源設備制御装置901がネットワーク上で接続されている。熱源設備制御装置901は、ネットワーク902によって熱源設備202と接続されており、その運転を制御する装置である。熱源設備制御装置901は、熱源設備制御システム201が生成した運転計画212を受けとり、その運転計画212に基づいて熱源設備に対して起動・停止や負荷変更の制御命令を出力する。このような構成とすることで、本実施例の熱源設備制御システム201を利用した発停運転も含めた熱源設備の最適運転計画を、自動で実運転に反映することが可能となる。
201…熱源設備制御システム，202…熱源設備，203…消費エネルギー実績データベース，204…低負荷時エネルギー特性導出部，205…気温等外部データ，206…熱源設備パラメータ，207…最適演算用データ作成部，208…最適演算用熱源設備モデル作成部，209…予測熱需要，210…ユーザ，211…最適演算部，212…運転計画
Claims (5)
- 熱源設備の運転計画を最適化する熱源設備制御システムであって、
時間ごとに取得された熱源設備の消費エネルギーと熱源設備の負荷率とを対応付けた実績データを記憶する記憶部と、
前記実績データに記憶されている消費エネルギーと負荷率とに基づいて、所定値を基準として前記負荷率が低い発停運転時の熱源設備の消費エネルギー特性を求める演算部と、 前記消費エネルギー特性とプラント総消費エネルギー、コストまたは総CO2排出量を最小化する目的関数とに基づいて、前記熱源設備の最適運転計画を作成するモデル作成部と、
を備えることを特徴とする熱源設備制御システム。 - 前記演算部は、前記実績データに記憶されている消費エネルギーと負荷率とに基づいて、所定値を基準として前記負荷率が高い通常運転時の熱源設備の消費エネルギー特性をさらに求め、
前記モデル作成部は、発停運転時および通常運転時の消費エネルギー特性と、前記目的関数とに基づいて、前記熱源設備の最適運転計画を作成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱源設備制御システム。 - 前記モデル作成部は、発停運転時における前記熱源設備の最適運転計画と通常運転時における前記熱源設備の最適運転計画とを時間軸で１つにまとめた最適運転計画を、前記熱源設備制御システムに接続されたコンピュータの画面上に表示する、
ことを特徴とする請求項２に記載の熱源設備制御システム。 - 前記モデル作成部が作成した前記最適運転計画に基づいて前記熱源設備を制御する熱源設備制御部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の熱源設備制御システム。 - 熱源設備の運転計画を最適化する熱源設備制御システムで行われる熱源設備制御方法であって、
時間ごとに取得された熱源設備の消費エネルギーと熱源設備の負荷率とを対応付けた実績データに記憶されている消費エネルギーと負荷率とに基づいて、所定値を基準として前記負荷率が低い発停運転時の熱源設備の消費エネルギー特性を求める演算ステップと、
前記消費エネルギー特性と前記消費エネルギーを最小化する目的関数とに基づいて、前記熱源設備の最適運転計画を作成するモデル作成ステップと、
を含むことを特徴とする熱源設備制御方法。
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| JP2013271361A JP6427317B2 (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 熱源設備制御システム、および熱源設備制御方法 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2017068800A (ja) * | 2015-10-02 | 2017-04-06 | 中国電力株式会社 | コジェネレーション・システムの機器特性を作成するための方法、システム、及びプログラム |
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| JPS6029539A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 空調機用自動温度制御装置 |
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