(57)【要約】【課題】通期制約を満たす運転計画の算出に要する処理負荷を大幅に軽減する。【解決手段】区間制約条件算出部１６が、所定の見直し周期ごとに、運用条件および通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算し、直近運転計画算出部１７が、見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、計画期間全体の区間制約条件に基づいて直近期間に関する通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、直近期間に含まれる各区間における各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、計画期間において熱源システムに求められるエネルギー需要、前記熱源システムで用いられる各熱源機器の機器特性、および、前記熱源システムに関する運用目的を含む、前記各熱源機器の運用に関する運用条件と、前記計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記計画期間の各区間における前記各熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す熱源運転計画を算出する熱源運転計画算出装置であって、
所定の見直し周期ごとに、前記運用条件および前記通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、前記通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算する区間制約条件算出部と、
前記見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する前記運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、前記計画期間全体の前記区間制約条件に基づいて前記直近期間に関する前記通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記直近期間に含まれる各区間における前記各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出する直近運転計画算出部と
を備えることを特徴とする熱源運転計画算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱源運転計画算出装置において、
前記通期制約は、前記購入エネルギー量に関する負荷率、上限、および下限のうちの少なくとも１つに関する制約からなることを特徴とする熱源運転計画算出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱源運転計画算出装置において、
前記直近運転計画算出部は、直近期間Ｍに含まれる各区間ｔに関する直近運転計画を算出する際、前記通期制約で規定されている、計画期間Ｙと計画期間Ｙのうちの特定期間Ｐとの平均エネルギー消費量比を示す負荷率をαとし、計画期間Ｙと特定期間Ｐとの比をＮｙ／Ｎｐとし、計画期間Ｙのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｙ＼Ｍとし、特定期間Ｐのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｐ＼Ｍとし、区間ｔにおけるエネルギー消費量をｈ*tとし、直近期間Ｍに前記各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈとし、直近期間Ｍに含まれる特定期間Ｐに前記各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈｐとした場合、次の関数式
【数１】
2018101170.tif 000011
を用いた最適化処理により、前記直近運転計画をそれぞれ算出することを特徴とする熱源運転計画算出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱源運転計画算出装置において、
前記通期制約および前記直近制約条件の少なくとも一方を定式化する際に、対応する前記通期制約または前記直近制約条件に対する安全マージンを加えて定式化することを特徴とする熱源運転計画算出装置。
【請求項５】
少なくとも、計画期間において熱源システムに求められるエネルギー需要、前記熱源システムで用いられる各熱源機器の機器特性、および、前記熱源システムに関する運用目的を含む、前記各熱源機器の運用に関する運用条件と、前記計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記計画期間の各区間における前記各熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す熱源運転計画を算出する熱源運転計画算出装置で用いられる熱源運転計画算出方法であって、
区間制約条件算出部が、所定の見直し周期ごとに、前記運用条件および前記通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、前記通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算する区間制約条件算出ステップと、
直近運転計画算出部が、前記見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する前記運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、前記計画期間全体の前記区間制約条件に基づいて前記直近期間に関する前記通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記直近期間に含まれる各区間における前記各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出する直近運転計画算出ステップと
を備えることを特徴とする熱源運転計画算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、需要に応じて複数の熱源機器を効率よく稼働するための熱源運転計画を算出する熱源運転計画算出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源システムでは、電力、都市ガス、石油などのエネルギーを利用して、冷凍機、ボイラ、コジェネレーションなどの各種の熱源機器を運転することにより、冷水や蒸気などの熱エネルギーを生成し、工場やビル建物などの需要家に供給するエネルギー供給システムである。
このような熱源システムでは、省エネルギーや省コストの観点から、需要家で発生する需要を満たしつつ、最小の運転コストで熱源機器を運転する必要がある。
従来、このような熱源機器の発停や負荷率を特定するため、計画対象となる未来の代表日における需要に基づいて運転計画を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来技術では、需要家で発生する未来の需要を、各月を代表する代表日によって求めるものとし、代表日はついては１日分における時刻ごとの需要を定義し、さらに代表日×日数によって代表日と対応する１月分の需要エネルギー総量を定義している。このため、いずれかの月における代表日の需要データが変更された場合、運転計画全体を再計算する必要がある。
【０００５】
しかしながら、熱源システムで熱エネルギーの生成に用いるガスなどのエネルギーを購入する場合、実際には、これらエネルギーの年間消費量に関する契約による通期制約が存在する。したがって、このような通期制約を満たすためには、現時点から契約終了までの最大１年間にわたり、最適な運転計画を予め算出する必要がある。このため、運転計画の算出に必要となる計算処理負荷が大きくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、通期制約を満たす運転計画の算出に要する処理負荷を大幅に軽減できる熱源運転計画算出技術技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明にかかる熱源運転計画算出装置は、少なくとも、計画期間において熱源システムに求められるエネルギー需要、前記熱源システムで用いられる各熱源機器の機器特性、および、前記熱源システムに関する運用目的を含む、前記各熱源機器の運用に関する運用条件と、前記計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記計画期間の各区間における前記各熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す熱源運転計画を算出する熱源運転計画算出装置であって、所定の見直し周期ごとに、前記運用条件および前記通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、前記通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算する区間制約条件算出部と、前記見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する前記運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、前記計画期間全体の前記区間制約条件に基づいて前記直近期間に関する前記通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記直近期間に含まれる各区間における前記各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出する直近運転計画算出部とを備えている。
【０００８】
また、本発明にかかる上記熱源運転計画算出装置の一構成例は、前記通期制約が、前記購入エネルギー量に関する負荷率、上限、および下限のうちの少なくとも１つに関する制約からなるものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記熱源運転計画算出装置の一構成例は、前記直近運転計画算出部が、直近期間Ｍに含まれる各区間ｔに関する直近運転計画を算出する際、前記通期制約で規定されている、計画期間Ｙと計画期間Ｙのうちの特定期間Ｐとの平均エネルギー消費量比を示す負荷率をαとし、計画期間Ｙと特定期間Ｐとの比をＮｙ／Ｎｐとし、計画期間Ｙのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｙ＼Ｍとし、特定期間Ｐのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｐ＼Ｍとし、区間ｔにおけるエネルギー消費量をｈ*tとし、直近期間Ｍに前記各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈとし、直近期間Ｍに含まれる特定期間Ｐに前記各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈｐとした場合、後述する式（３）を用いた最適化処理により、前記直近運転計画をそれぞれ算出するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる熱源運転計画算出方法は、少なくとも、計画期間において熱源システムに求められるエネルギー需要、前記熱源システムで用いられる各熱源機器の機器特性、および、前記熱源システムに関する運用目的を含む、前記各熱源機器の運用に関する運用条件と、前記計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記計画期間の各区間における前記各熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す熱源運転計画を算出する熱源運転計画算出装置で用いられる熱源運転計画算出方法であって、区間制約条件算出部が、所定の見直し周期ごとに、前記運用条件および前記通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、前記通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算する区間制約条件算出ステップと、直近運転計画算出部が、前記見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する前記運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、前記計画期間全体の前記区間制約条件に基づいて前記直近期間に関する前記通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、前記直近期間に含まれる各区間における前記各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出する直近運転計画算出ステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計画期間終了までの運転計画を算出する処理が、通期制約を満たすための各区間における区間制約条件を算出するための準最適化問題と、直近期間における直近運転計画を算出するための最適化問題とに分離され、このうち、区間制約条件については所定の見直し周期ごとに準最適化処理を実行することにより算出され、直近運転計画については見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに最適化処理を実行することにより算出されることになる。
【００１２】
このため、従来技術のように区間制約条件の算出と計画期間の残り期間すべてに関する運転計画の算出とを算出周期ごとに最適化処理により実行する場合と比較して、区間制約条件算出の処理頻度および処理負担を大幅に低減できるとともに、直近運転計画の処理負担についても大幅に低減することができる。したがって、通期制約を満たす運転計画の算出に要する処理負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱源運転計画算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】処理タイミング例を示すシーケンス図である。
【図３】直近運転計画の算出例である。
【図４】処理負荷の変化を示す説明図である。
【図５】熱源運転計画算出処理を示すフローチャートである。
【図６】区間制約条件の算出処理を示す説明図である。
【図７】区間制約条件の算出例である。
【図８】直近制約条件の算出例である。
【図９】直近運転計画の算出処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０について説明する。図１は、熱源運転計画算出装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
この熱源運転計画算出装置１０は、全体として、サーバ装置などの情報処理装置からなり、少なくとも、計画期間において熱源システムに求められるエネルギー需要、熱源システムで用いられる各熱源機器の機器特性、および、熱源システムでのエネルギー消費量に関する最適化目的を含む、各熱源機器の稼働に関する稼働条件と、計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、計画期間の各区間における各熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す熱源運転計画を算出する機能を有している。
【００１６】
[発明の原理]
一般に、最適な運転計画を算出する背景には、ガス年間消費量に関する契約のような、比較的長期に渡る通期制約を守りたいというニーズと、直近のエネルギー需要を満たす省コストな運転を行いたいというニーズの、２つのニーズがある。このうち、直近のエネルギー需要は、最新の気象予報を利用したり、最新の需要家の状況を加味したりした方が、正確に予測できる。このため、短い期間で各時刻における熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す運転計画を更新したほうがよい。
【００１７】
ここで、このような高頻度な予測により得たい運転計画は、あくまで直近期間における運転計画であり、通期制約を守れるならば、直近期間以降の計画期間終了までの長期にわたり、各時刻における熱源機器の発停および負荷率の少なくとも一方を示す運転計画を、その都度更新する必要はない。実際、このような、計画期間終了までの運転計画を算出する最適化問題は、遠い未来のエネルギー需要予測を必要とする。しかし、このような遠い未来のエネルギー需要予測には多くの誤差が含まれるため、得られる運転計画は不正確であり、遠い未来の各時刻における熱源機器の制御に用いることは難しい。
【００１８】
したがって、直近期間以降の計画期間終了までの運転計画の算出においては、厳密な最適化は必要なく、通期制約を満たすための各区間における区間制約条件、すなわちガス消費量を算出する準最適化問題として捉えればよいということになる。これは、区間制約条件で示された任意の区間で指定されたガス消費量を消費できなかったとしても、それ以降の区間でリカバリー可能であるため、厳密にガス消費量を計算する必要はないからである。
【００１９】
一般に、最適化問題とは、ある目的関数の値が極値（最小または最大）となる変数を探索する問題であり、数多くの手法が提案されている。このような最適化問題では、極値に相当する大域的な最適解が探索されるまで処理を続ける、いわゆる最適化処理と、予め設定した制約を満たす局所的な解、すなわち近似解が探索された時点で処理を終了する、いわゆる準最適化処理とがある。特に、目的関数によっては、このような近似解が複数存在する場合があり、このような近似解が見つかった時点で探索処理を終了することにより、処理時間および処理時間を削減できる。
【００２０】
本発明は、このような計画期間終了までの運転計画を算出するための最適化問題が、通期制約を満たすための各区間における区間制約条件を算出するための準最適化問題と、直近期間における直近運転計画を算出するための準最適化問題とに分離可能であることに着目し、区間制約条件については所定の見直し周期ごとに準最適化処理を実行することにより算出し、直近運転計画については見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに最適化処理を実行することにより算出するようにしたものである。
これにより、区間制約条件算出の処理頻度および処理負担を低減することができるとともに、直近運転計画の処理負担を低減することができる。
【００２１】
［熱源運転計画算出装置］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０の構成について詳細に説明する。
図１に示すように、熱源運転計画算出装置１０には、主な機能部として、通信Ｉ／Ｆ部１１、操作入力部１２、画面表示部１３、データ取得部１４、記憶部１５、区間制約条件算出部１６、直近運転計画算出部１７、区間制約条件ＤＢ１８、および運転計画ＤＢ１９が設けられている。
【００２２】
通信Ｉ／Ｆ部１１は、気象データなどの各種データを提供するサーバ、管理者端末、熱源システムなどの外部装置と通信ネットワークを介してデータ通信を行う機能を有している。
操作入力部１２は、キーボード、マウス、タッチパネルなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出する機能を有している。
【００２３】
画面表示部１３は、ＬＣＤなどの画面表示装置からなり、メニュー画面、設定画面、運転計画画面などの各種画面を表示する機能を有している。
データ取得部１４は、熱源運転計画の算出処理に用いる各種処理データを、通信ネットワークを介して接続された外部装置から、あるいはオペレータ操作を検出する操作入力部１２から取得して記憶部１５に格納する機能を有している。
【００２４】
記憶部１５は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、熱源運転計画の算出処理に用いる各種処理データ、さらには算出処理用のプログラムを記憶する機能を有している。記憶部１５で記憶する主な処理データとしては、エネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４、およびエネルギー契約データ２５がある。
【００２５】
エネルギー需要データ２１は、運転計画の計画期間において、熱源システムに求められる、冷温水需要量や電力需要量など、各種のエネルギー需要を示すデータである。一般に、エネルギー需要は、２４時間単位で繰り返される傾向が高く、例えば、平日・休日を示す各月の代表日に関するパターンや、夏期・冬期のピーク日に関するパターンなど、複数のパターンを用いてもよい。
【００２６】
機器特性データ２２は、熱源システム２０で用いる各熱源機器に関する機器効率、最大（定格）生成熱量、最小生成熱量などの各種動作特性を示すデータである。
運用目的データ２３は、熱源システム２０に対して要請される運用目的を示すデータであり、熱源システム２０の運用時に目的となる経済性、省エネルギー性、環境保全、制御性などの各種指標を示すデータである。
機器稼働条件データ２４は、熱源システムで用いる各熱源機器に関する起動優先順位、頻繁な発停に対するペナルティ、機器での故障発生に対する停止条件など、各熱源機器の稼働に関する条件を示すデータである。
【００２７】
エネルギー契約データ２５は、ガス負荷率、電力デマンド、ガスデマンドなど、エネルギー供給会社との間で締結したエネルギー契約、および、このエネルギー契約の対象となるエネルギー消費の実績に関するデータである。特に、ガス負荷率については、運転計画の計画期間全体にわたりガス消費量を調整する必要があり、契約遵守が難しいとされている。本実施の形態では、このガス負荷率に基づく年間契約を通期制約とした場合を例として説明するものとし、契約内容に基づく通期制約条件式については後述により詳細に説明する。
【００２８】
区間制約条件算出部１６は、所定の見直し周期ごとに、記憶部１５から取得したエネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４からなる運用条件と、記憶部１５から取得したエネルギー契約データ２５からなる通期制約とを定式化する機能と、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる一部またはすべての区間におけるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算し、区間制約条件ＤＢ１８へ登録する機能とを有している。
【００２９】
直近運転計画算出部１７は、見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、記憶部１５から取得したエネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４からなる運用条件に基づき、対応する直近期間に関する運用条件である直近運用条件を定式化する機能と、区間制約条件ＤＢ１８から取得した計画期間全体の区間制約条件に基づいて直近期間に関する通期制約を示す直近制約条件を定式化する機能と、これら直近運用条件と直近制約条件とを定式化して得られた関数式を最適化処理することにより、直近期間に含まれる各区間における各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出し、運転計画ＤＢ１９へ登録する機能とを有している。
【００３０】
区間制約条件ＤＢ１８は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、計画期間に設けられた各区間における区間制約条件を記憶するデータベースである。
運転計画ＤＢ１９は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、計画期間に設けられた各直近期間における各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画を記憶するデータベースである。
【００３１】
［処理タイミング］
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０における準最適化処理および最適化処理に関する処理タイミングについて説明する。図２は、処理タイミング例を示すシーケンス図である。
図２に示すように、運転計画の計画期間Ｙを４月１日から翌年の３月３１日までの１年間とし、見直し周期Ｅを１ヶ月とした場合、区間制約条件算出部１６による準最適化処理を用いた区間制約条件算出処理は、見直し周期Ｅすなわち１ヶ月ごとに、それぞれの月初めに合わせて、例えばその直前に実行される。なお、見直し周期Ｅは、１か月に限定されるものではなく、２週間ごとあるいは２か月ごとなど、実際の熱源システムにおいて区間制約条件に要求される精度に応じて調整すればよい。
【００３２】
この際、区間制約条件の算出対象となる算出対象期間は、計画期間Ｙのうち処理を実行する見直し周期Ｅ以降の残りの期間に含まれる各区間となる。例えば、４月１日に実施する初回の算出処理では、翌年の３月３１日までの１２ヶ月分に含まれる各区間が算出対象となり、５月１日に実施する２回目の算出処理では、翌年の３月３１日までの１１ヶ月分に含まれる各区間が算出対象となる。なお、区間制約条件の算出対象期間は、見直し周期Ｅ以降の残りの期間に含まれるすべての区間に限定されるものではなく、処理を実行する見直し周期Ｅ以降に後続する、少なくとも次の見直し周期Ｅの到来までの期間に含まれる各区間を算出対象期間とすればよい。
【００３３】
また、図２に示すように、算出周期Ｆを１時間とした場合、直近運転計画算出部１７による最適化処理を用いた直近運転計画算出処理は、それぞれの時刻先頭に合わせて、例えばその直前に実行される。なお、算出周期Ｆは、１時間に限定されるものではなく、３０分ごとあるいは１週間ごとなど、実際の熱源システムにおいて直近運転計画に要求される精度に応じて、算出対象期間以下の範囲で調整すればよい。
【００３４】
この際、直近運転計画の算出対象となる算出対象期間は、予め設定されている直近期間Ｍ、例えば２４時間分に含まれる各区間となる。図３は、直近運転計画の算出例である。ここでは、各区間（時刻）に関する区間制約条件に基づいて算出された、Ｎ（Ｎは２以上の整数）台の熱源機器＃１，＃２，…，＃Ｎに関する、２４時間分の各時刻における発停（稼働要否）が示されている。この直近運転計画によれば、例えば、熱源機器＃１は７時から２０時まで運転され、熱源機器＃２は９時から１７時まで運転されることになる。
【００３５】
なお、直近運転計画の算出には、気温や天気などの予測データを使用するため、これら予測データの予測精度が十分であれば、直近運転計画の算出対象期間を数日間、さらには１週間など、２４時間より長く設定してもよく、あるいは１２時間分に短縮して、高い精度の直近運転計画を算出するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、処理負荷の変化を示す説明図である。ここでは、図２の例に基づいて、計画期間Ｙを４月１日から翌年の３月３１日までの１年間とし、見直し周期Ｅを１ヶ月とした場合における、区間制約条件算出処理に関する処理負荷の変化が示されている。なお、直近運転計画算出処理は、算出対象期間が比較的短くて一定であるため、処理負荷も小さく一定である。
【００３７】
従来技術によれば、例えば運転計画の算出周期に合わせて区間制約条件算出処理と同等の処理を最適化処理により実行しているため、図４の破線で示すような処理負荷が発生することになる。一方、本実施の形態によれば、区間制約条件算出処理が見直し周期Ｅ（１か月ごと）で間欠的に実行されるとともに、準最適化処理により実行されるため、処理負荷は大幅に削減されることがわかる。なお、区間制約条件算出処理は、算出対象期間を計画期間の末までとした場合、処理回数増加に応じて処理負担は低減する。
【００３８】
準最適化処理による区間制約条件算出処理の具体例としては、整数変数を緩和した緩和解を求める方法や、分枝限定法における上下限のギャップを大きくする方法がある。
このような準最適化処理により得られた解は、最適解である保証はないが、通期制約条件が満たされていれば、区間制約条件は算出可能である。
【００３９】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０の動作について説明する。図５は、熱源運転計画算出処理を示すフローチャートである。
熱源運転計画算出装置１０は、オペレータによる運転計画算出指示に応じて、図５の熱源運転計画算出処理を実行する。
【００４０】
［算出条件の設定］
まず、データ取得部１４は、外部装置や操作入力部１２から、エネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４、エネルギー契約データ２５などの各種処理データを取得し、記憶部１５に格納することにより、運転計画の算出に用いる算出条件を設定する（ステップ１００）。
【００４１】
このうち、エネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４は、算出条件のうち、各熱源機器の運用に関する運用条件として用いられる。また、エネルギー契約データ２５は、算出条件のうち、ガス年間負荷率契約など、計画期間全体に対して適用される購入エネルギー量に関する通期制約として用いられる。
【００４２】
ガス年間負荷率契約は、冬季におけるガス消費量の偏りを軽減するための契約であり、一般的には、１年のうち１２月、１月、２月、３月の冬季４ヶ月分を特定期間Ｐ（最大需要月）と設定し、特定期間Ｐにおける月平均ガス消費量に対する、年間平均ガス消費量の割合を、負荷率α以上とすることを契約条件とするものである。
【００４３】
例えば、１年のうちｉ月のガス消費量をｇｉとした場合、ガス年間負荷率契約の契約条件式は次の式（１）で表される。
【数１】
2018101170.tif 000003
【００４４】
負荷率αについては、需要者との実際のガス年間負荷率契約ごとに個別に設定されるものの、通常は、１未満であって１／３以上の値が設定される。これにより、需要者は、特定期間Ｐにおける平均ガス消費量のα分以上のガスを年間平均して消費することになる。一般的に、気温が高い夏季は、気温の低い冬季に比べてのガス消費量が低減する傾向があるため、予め年間を通してガス消費量を計画的に調整する必要がある。本実施の形態では、このような通期制約を各区間における区間制約条件として配分する処理を、後述する区間制約条件算出部１６での準最適化処理により行っている。
【００４５】
なお、ガス年間負荷率契約の対象となるガス消費量に、付帯設備などの熱源システム以外で消費されるガス消費量が含まれている場合、これらガス消費量に関する特定期間Ｐにおける合計消費量（予定）を式（１）の右辺括弧内に加え、全期間における合計消費量（予定）を式（１）の左辺括弧内に加えればよい。
【００４６】
また、エネルギー需要データ２１については、ガス消費量と同様に、すべての区間について設定してもよいが、現実的には、いくつかの代表日を定めてそれぞれエネルギー需要を定義しておき、月や曜日に応じて対応する代表日が繰り返されるものとすればよい。代表日のエネルギー需要については、過去の実績などから定義すればよい。
【００４７】
この際、１つの代表日に対して同じ運転計画が算出されるように最適化問題を定義すれば、すべての区間について運転計画を算出するのに比べて、最適化問題の規模を小さくできる。例えば、４月１日と４月８日が同じ代表日で表され、両日については全く同じ運転計画を算出してよい、と定義すれば、両日については１日分の運転計画を算出すればよいことになる。
【００４８】
［区間制約条件の算出（準最適化）］
次に、区間制約条件算出部１６は、ステップ１００において、データ取得部１４により設定された算出条件を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間Ｙに含まれる各区間におけるガス消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算し、区間制約条件ＤＢ１８へ登録する（ステップ１０１）。なお、定式化や準最適化の手法については、一般的な公知の手法を用いればよい。
【００４９】
図６は、区間制約条件の算出処理を示す説明図である。区間制約条件算出処理では、記憶部１５のエネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４が、算出条件のうち熱源システムに関する運用条件として用いられ、記憶部１５の取得したエネルギー契約データ２５が、算出条件のうち熱源システムに関する通期制約として用いられる。
【００５０】
例えば、区間制約条件を算出する算出対象期間を計画期間Ｙ全体とし、計画期間Ｙに含まれるすべての区間をｔ∈Ｙとし、ガス年間負荷率契約における負荷率をαとし、ガス年間負荷率契約における特定期間ＰをＮｙヶ月のうちのＮｐヶ月とし、特定期間Ｐに含まれる区間をｔ∈Ｐとし、区間ｔにおける区間制約条件すなわちガス消費量をｈ*tとした場合、通期制約を示す関数式は、前述した式（１）に基づき、次の式（２）で表される。
【数２】
2018101170.tif 000004
【００５１】
これにより、運用条件下で通期制約が満足される区間制約条件が、区間ｔごとに算出される。図７は、区間制約条件の算出例である。ここでは、１時間ごとの各区間ｔについて、区間制約条件としてガス消費量ｈ*tが算出されている。この際、前述したように、需要データとして代表日のデータを用いている場合には、ガス消費量ｈ*tについても同じ代表日の同じ時刻には同じガス消費量となるため、実際には区間ｔごとにそれぞれ個別のガス消費量ｈ*tを算出する必要はない。
【００５２】
なお、既に契約が開始されていて、契約期間内の過去のガス消費量が実績として得られており、エネルギー契約データ２５に含まれている場合は、その実績値を最適化の条件に含めるものとする。過去の実績値を最適化の条件に含めた場合、前述した式（２）の両辺の総和から過去の区間を除外し、その代わりに特定期間Ｐに含まれる実績ガス消費量の合計を右辺の総和の結果に加え、全期間における実績ガス消費量の合計を左辺の総和に加えればよい。対象とする熱源システム以外のガス消費量を契約に含む場合も同様である。
【００５３】
［直近運用条件の更新］
次に、データ処理部１４は、外部装置や操作入力部１２から、直近期間に関する、エネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、機器稼働条件データ２４などの各種処理データを取得し、記憶部１５に格納することにより、直近運転計画の算出に用いる直近運用条件を更新する（ステップ１０２）。
【００５４】
このうち、エネルギー需要データ２１については、直近期間に関する最新のエネルギー需要が取得されて更新される。この際、エネルギー需要については、最新の気象予報や需要家の稼働状況などを元に、予測した値を用いてもよい。
また、運用目的データ２３については、運用目的に用いるエネルギー単価が、直近期間においてデマンドレスポンスにより短期的に変動した場合、その変動分を反映させればよい。
【００５５】
また、機器稼働条件データ２４については、直近期間における熱源機器の起動優先順位の変更や、突発的に故障した熱源機器を必ず停止させる制約条件の設定などを反映させればよく、オペレータが操作入力してもよいし、熱源機器の故障状況が登録されている他システムからデータを取得してもよい。
【００５６】
［直近制約条件の算出］
続いて、直近運転計画算出部１７は、区間制約条件算出部１６で算出した計画期間全体の各区間に関する区間制約条件を区間制約条件ＤＢ１８から取得し、これら区間制約条件から、直近期間に関する通期制約を示す直近制約条件を算出する（ステップ１０３）。
図８は、直近制約条件の算出例である。ここでは、区間制約条件算出部１６により、計画期間Ｙにおける１時間ごとの各区間ｔについて、区間制約条件としてガス消費量ｈ*tが算出されているものとし、直近運転計画算出部１７は、これらガス消費量ｈ*tに基づいて、直近期間Ｍに関する通期制約を示す直近制約条件を算出する。
【００５７】
ガス年間負荷率契約では、前述したように、例えば１年のうち１２月、１月、２月、３月の冬季４ヶ月分を特定期間Ｐ（最大需要月）と設定するため、直近期間Ｍ内に特定期間Ｐと特定期間Ｐ以外の通常期間Ｑとの境界が含まれる場合がある。したがって、図８では、直近期間Ｍのうち通常期間Ｑに含まれる期間を直近通常期間Ｑｍと定義し、直近期間Ｍのうち特定期間Ｐに含まれる期間を直近特定期間Ｐｍと定義する。また、計画期間Ｙのうち直近期間Ｍ以外の通常期間Ｑを残余通常期間Ｑｒと定義し、計画期間Ｙのうち直近期間Ｍ以外の特定期間Ｐを残余特定期間Ｐｒと定義する。
【００５８】
前述の式（１）で示したとおり、ガス年間負荷率契約は、特定期間Ｐにおける月平均ガス消費量に対する、年間平均ガス消費量の割合を、負荷率α以上とする契約条件である。したがって、図８に示すように、直近期間Ｍ全体での合計ガス消費量をｈｍとし、直近特定期間Ｐｍ全体での合計ガス消費量をｈｐとし、直近期間Ｍ以外の残余通常期間Ｑｒと残余特定期間Ｐｒとにおけるガス消費量が、区間制約条件として求めたガス消費量ｈ*tと一致すると見なした場合、通期制約であるガス年間負荷率契約は、ｈｍとｈｐとの関係として表すことができる。
【００５９】
すなわち、計画期間Ｙと計画期間Ｙのうちの特定期間Ｐとの平均エネルギー消費量比を示す負荷率をαとし、計画期間Ｙと特定期間Ｐとの比をＮｙ／Ｎｐとし、計画期間Ｙのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｙ＼Ｍとし、特定期間Ｐのうち直近期間Ｍに含まれない区間ｔの集合をｔ∈Ｐ＼Ｍとし、区間ｔにおけるエネルギー消費量をｈ*tとし、直近期間Ｍに各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈｍとし、直近期間Ｍに含まれる特定期間Ｐに各熱源機器で使用されるエネルギー消費量の合計をｈｐとした場合、式（１）は次の式（３）で表すことができる。また、式（３）では、ｈｍとｈｐ以外の変数の値はすべて既知であるから、定数Ｃ1を用いれば、次の式（４）のように表現できる。
【００６０】
【数３】
2018101170.tif 000005
【数４】
2018101170.tif 000006
【００６１】
なお、式（３）では、直近期間Ｍ内に特定期間Ｐと特定期間Ｐ以外の通常期間Ｑとの境界が含まれる場合を例として説明したが、境界が含まれない場合もこれら式で説明できる。すなわち、直近期間Ｍがすべて通常期間Ｑである場合にはｈｐ＝０とすればよい。また、直近期間Ｍがすべて特定期間Ｐである場合にはｈｐ＝ｈｍとすればよい。
【００６２】
［直近運転計画の算出］
続いて、直近運転計画算出部１７は、前述のようにして更新・算出した直近運用条件と直近制約条件とを定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、直近期間に含まれる各区間における各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出し、得られた直近運転計画が運転計画ＤＢ１９に格納される（ステップ１０４）。なお、定式化や最適化の手法については、一般的な公知の手法を用いればよい。
【００６３】
図９は、直近運転計画の算出処理を示す説明図である。ここでは、データ取得部１４により更新された、エネルギー需要データ２１、機器特性データ２２、運用目的データ２３、および機器稼働条件データ２４が、直近運用条件の定式化に用いているが、変更のないデータについては、記憶部１５に格納されているそれまでのデータを用いればよい。
また、エネルギー契約データ２５に基づいて区間制約条件算出部１６により算出された区間制約条件が、区間制約条件ＤＢ１８から読み出されて、直近制約条件の定式化に用いられている。
【００６４】
この後、直近運転計画算出部１７は、すべての計画期間について、直近運転計画の算出が完了したか確認し（ステップ１０５）、算出完了の場合には（ステップ１０５：ＹＥＳ）、一連の熱源運転計画算出処理を終了する。
一方、算出未完了の場合（ステップ１０５：ＮＯ）、直近運転計画算出部１７は、見直し周期Ｅが到来したか確認する（ステップ１０６）。
【００６５】
ここで、見直し周期Ｅが到来していない場合には（ステップ１０６：ＮＯ）、ステップ１０２へ移行し、算出期間Ｆの到来に応じて、次の直近期間の直近運転計画の算出処理を実行する。
また、見直し周期Ｅが到来している場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）、データ取得部１４により、区間制約条件に関する算出条件を更新した後（ステップ１０７）、ステップ１０１へ移行して、区間制約条件算出部１６による、区間制約条件の再算出処理を実行する。
【００６６】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、区間制約条件算出部１６が、所定の見直し周期ごとに、運用条件および通期制約を定式化し、得られた関数式を準最適化処理することにより、残りの計画期間に含まれる各区間における、通期制約の対象となるエネルギー消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算し、直近運転計画算出部１７が、見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに、対応する直近期間に関する運用条件である直近運用条件を定式化するとともに、計画期間全体の区間制約条件に基づいて直近期間に関する通期制約を示す直近制約条件を定式化し、得られた関数式を最適化処理することにより、直近期間に含まれる各区間における各熱源機器に関する発停および負荷率の少なくとも一方を示す直近運転計画をそれぞれ算出するようにしたものである。
【００６７】
これにより、計画期間終了までの運転計画を算出する処理が、通期制約を満たすための各区間における区間制約条件を算出するための準最適化問題と、直近期間における直近運転計画を算出するための最適化問題とに分離され、このうち、区間制約条件については所定の見直し周期ごとに準最適化処理を実行することにより算出され、直近運転計画については見直し周期内に複数設けられた算出周期ごとに最適化処理を実行することにより算出されることになる。
【００６８】
このため、従来技術のように区間制約条件の算出と計画期間の残り期間すべてに関する運転計画の算出とを算出周期ごとに最適化処理により実行する場合と比較して、区間制約条件算出の処理頻度および処理負担を大幅に低減できるとともに、直近運転計画の処理負担についても大幅に低減することができる。したがって、通期制約を満たす運転計画の算出に要する処理負荷を軽減することが可能となる。
なお、本実施の形態では、熱源運転計画は、各熱源機器の発停を示すものとして説明したが、発停だけでなく、それぞれの熱源機器の起動時における負荷率を熱源運転計画に含めてもよい。また、停止時の負荷率をゼロとして、各熱源機器の負荷率のみを、熱源運転計画として示してもよい。
【００６９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０について説明する。
第１の実施の形態では、通期制約が負荷率を用いたガス年間負荷率契約である場合を例として説明したが、通期制約についてはこれに限定されるものではない。本実施の形態では、通期制約の他の例として、ガス年間負荷率契約に加えて、年間ガス消費量を下限で制約するガス年間下限契約が設定されている場合について説明する。
【００７０】
例えば、１年のうちｉ月のガス消費量をｇｉとし、年間ガス消費量に対する下限値をＬとした場合、ガス年間下限契約の契約条件式は次の式（５）で表される。
【数５】
2018101170.tif 000007
【００７１】
ここで、区間制約条件を算出する算出対象期間を計画期間Ｙ全体とし、計画期間Ｙに含まれるすべての区間をｔ∈Ｙとし、区間ｔにおける区間制約条件すなわちガス消費量をｈ*tとした場合、通期制約を示す関数式は、前述した式（５）に基づき、次の式（６）で表される。
【数６】
2018101170.tif 000008
【００７２】
したがって、区間制約条件算出部１６は、前述した図５のステップ１０１において、区間制約条件を算出する際、前述した式（６）で示される関数式を準最適化処理に加えることにより、残りの計画期間Ｙに含まれる各区間におけるガス消費量に関する区間制約条件をそれぞれ再計算することになる。
【００７３】
ここで、直近期間Ｍ全体での合計ガス消費量をｈｍとし、区間ｔにおけるガス消費量をｈ*tとした場合、この式（５）は、直近期間Ｍにガス年間負荷率契約の特定期間Ｐが含まれているか否かに関係なく、次の式（７）により表現できる。
また、区間制約条件としてガス消費量ｈ*tが算出されていれば、ｈｍ以外の変数の値はすべて既知であるから、定数Ｃ2を用いれば、次の式（８）のように表現できる。
【００７４】
【数７】
2018101170.tif 000009
【数８】
2018101170.tif 000010
【００７５】
したがって、直近運転計画算出部１７は、前述した図５のステップ１０３において、直近運転計画を算出する際、前述した式（８）の関数式を直近制約条件として最適化処理に加えることにより、直近運転計画を算出することになる。
【００７６】
なお、ここでは、通期制約が年間ガス消費量を下限で制約するガス年間下限契約からなる場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、年間ガス消費量を上限で制約するガス年間下限契約からなる場合も同様であり、前述した式（５）、式（６）、式（７）、式（８）において、下限Ｌを上限Ｈに置き換えるとともに、不等号を≧から≦に置き換えればよい。また、下限Ｌと上限Ｈの両方を設定した契約でも同様である。さらに、ガス年間負荷率契約との組み合わせに限定されるものではなく、ガス年間負荷率契約を適用せず、例えばガス年間下限契約だけを通期制約としてもよい。もちろん、ガス消費量以外の電気や熱などのエネルギー消費量の契約についても同様である。
【００７７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる熱源運転計画算出装置１０について説明する。
ガスなどのエネルギー消費量は、気候変動などの外乱から影響を受けることがあるため、通期制約として適用されるガス年間負荷率契約などの契約については、ある程度の余裕を持った運転計画を算出しておく場合がある。
このような場合には、通期制約に対する安全マージンε＞０を定義して、前述した式（１）、式（２）、式（５）、式（６）の右辺に追加すればよい。この際、不等号が≧の場合には「＋ε」を追加し、不等号が≦の場合には「−ε」を追加すればよい。
【００７８】
また、安全マージンは、契約期間が始まったばかりのときは大きくし、契約期間が経過するに従って小さくするなどしてもよい。そうすれば、契約終了間際になって契約が満たせなくなるという状況を防ぎつつも、エネルギー購入コストをなるべく抑えることができる。
【００７９】
また、前述した式（３）や式（７）に安全マージンεを追加して、直近制約条件を調整してもよい。直近制約条件を調整する場合、直近のエネルギー需要予測の結果を元に、εの大きさを調整してもよい。例えば、特定期間Ｐ（冬期）に、直近の蒸気需要が比較的大きい（その区間における代表日と比較してもよいし、月平均や前日と比較してもよい）と予測された場合、ボイラによるガス消費を多くしないと蒸気需要を満たせない可能性を見越して、式（３）に追加するεを小さくし、式（７）に追加するεを大きくするなどしてもよい。
あるいは、夏期に直近の冷水需要が比較的小さいと予測された場合、コージェネレーションシステムによってガスを消費し、その排熱を利用した熱吸収式冷凍機を動かせば冷水需要を満たせる可能性を見越して、式（３）や式（７）に追加するεを大きくするなどしてもよい。
【００８０】
また、需給が逼迫しており、契約による制約条件を一時的に緩和したい場合には、安全マージンεを負の値にすることで、制約を緩和してもよい。あるいは、運転計画算出の結果、制約を満たせない（求解できない）場合に、εの値を小さくして（既に負の場合は負方向に大きくして）、もう一度算出を行ってもよい。
【００８１】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…熱源運転計画算出装置、１１…通信Ｉ／Ｆ部、１２…操作入力部、１３…画面表示部、１４…データ取得部、１５…記憶部、１６…区間制約条件算出部、１７…直近運転計画算出部、１８…区間制約条件ＤＢ、１９…運転計画ＤＢ、２１…エネルギー需要データ、２２…機器特性データ、２３…運用目的データ、２４…機器稼働条件データ、２５…エネルギー契約データ。
【図１】
2018101170.tif 000012
【図２】
2018101170.tif 000013
【図３】
2018101170.tif 000014
【図４】
2018101170.tif 000015
【図５】
2018101170.tif 000016
【図６】
2018101170.tif 000017
【図７】
2018101170.tif 000018
【図８】
2018101170.tif 000019
【図９】
2018101170.tif 000020