(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量やコストに配慮した最適なエネルギー流量及び設備容量を算出することができるエネルギーシステム最適化装置の提供。【解決手段】エネルギー需要部、前記需要部にエネルギーを供給するエネルギー供給部、前記供給部と前記需要部との間に介在し、前記エネルギーの貯蔵、変換、或いは合流を行う機器、を有するエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を最適化するエネルギーシステム最適化装置１であって、前記需要部におけるエネルギー需要データ、前記供給部におけるエネルギー供給データ、前記機器における機器特性データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている上記データから、前記エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストを目的関数とする最適化計算を行い、前記ＣＯ２排出量又はコストが最小となる前記エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出する算出部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー需要部、前記需要部にエネルギーを供給するエネルギー供給部、前記供給部と前記需要部との間に介在し、前記エネルギーの貯蔵、変換、或いは合流を行う機器、を有するエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を最適化するエネルギーシステム最適化装置であって、
前記需要部におけるエネルギー需要データ、前記供給部におけるエネルギー供給データ、前記機器における機器特性データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記エネルギー需要データ、前記エネルギー供給データ、前記機器特性データから、前記エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストを目的関数とする最適化計算を行い、前記ＣＯ２排出量又はコストが最小となる前記エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出する算出部と、を備えることを特徴とするエネルギーシステム最適化装置。
【請求項２】
前記エネルギー供給部は、バイオマスエネルギー供給部、再生可能エネルギー供給部、系統電力供給部、及びガス供給部のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項３】
前記バイオマスエネルギー供給部における前記エネルギー供給データは、バイオマスエネルギーのコスト、ＣＯ２排出係数、及び利用可能量を含み、
前記再生可能エネルギー供給部における前記エネルギー供給データは、再生可能エネルギーのコスト、ＣＯ２排出係数、利用可能量を含む第１データ群、又は再生可能エネルギーの発電量、コスト、ＬＣＣＯ２排出量、効率、耐用年数、容量、運転条件を含む第２データ群を含み、
前記系統電力供給部における前記エネルギー供給データは、電力のコスト、及びＣＯ２排出係数を含み、
前記ガス供給部における前記エネルギー供給データは、ガスのコスト、及びＣＯ２排出係数を含むことを特徴とする請求項２に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項４】
前記エネルギー需要データは、エネルギー需要量、及びデマンドレスポンス設定値を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項５】
前記機器特性データは、機器のコスト、ＬＣＣＯ２排出量、効率、耐用年数、容量、運転条件を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項６】
前記算出部による最適化計算は、線形計画法により行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量及びコストの目的関数に重み付けした和で表される評価値を目的関数として最適化計算を行い、前記評価値が最小となる前記エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項８】
前記エネルギーシステムが複数存在し、複数のエネルギーシステム間を結合する電力融通線により複数のエネルギーシステム間において電力融通している場合、
前記記憶部は、前記電力融通線における電力融通データを記憶し、
前記算出部は、前記電力融通データを考慮して、前記最適化計算を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【請求項９】
外部の系統電力から、前記電力融通線を介して複数のエネルギーシステムに電力を供給している場合、
前記記憶部は、前記外部の系統電力における電力供給データを記憶し、
前記算出部は、前記電力供給データを考慮して、前記最適化計算を行うことを特徴とする請求項８に記載のエネルギーシステム最適化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を最適化するエネルギーシステム最適化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーシステムの運転計画の立案等を行うために、所定の制約条件のもとで、所定の目的関数の最適化を行う装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、需要家にエネルギーを供給するために、コージェネレーションシステムの発電及び発熱、並びに伝熱変換設備の伝熱交換に関するスケジュールを含む運転スケジュールを作成するエネルギー需給調整装置が開示されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化するエネルギーマネジメントシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２０４２６号公報
【特許文献２】特開２０１６−４２７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エネルギーシステムの運転計画の立案等に当たっては、エネルギーシステムのエネルギー流量や設備容量を最適化することが望まれている。また、エネルギーシステムを運用する事業者は、エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量やコストを抑えたいというニーズがある。
【０００７】
そこで、本発明では、エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量やコストに配慮した最適なエネルギー流量及び設備容量を算出することができるエネルギーシステム最適化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態は、エネルギー需要部、前記需要部にエネルギーを供給するエネルギー供給部、前記供給部と前記需要部との間に介在し、前記エネルギーの貯蔵、変換、或いは合流を行う機器、を有するエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を最適化するエネルギーシステム最適化装置であって、前記需要部におけるエネルギー需要データ、前記供給部におけるエネルギー供給データ、前記機器における機器特性データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記エネルギー需要データ、前記エネルギー供給データ、前記機器特性データから、前記エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストを目的関数とする最適化計算を行い、前記ＣＯ２排出量又はコストが最小となる前記エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出する算出部と、を備える。
【０００９】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記エネルギー供給部は、バイオマスエネルギー供給部、再生可能エネルギー供給部、系統電力供給部、及びガス供給部のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００１０】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記バイオマスエネルギー供給部における前記エネルギー供給データは、バイオマスエネルギーのコスト、ＣＯ２排出係数、及び利用可能量を含み、前記再生可能エネルギー供給部における前記エネルギー供給データは、再生可能エネルギーのコスト、ＣＯ２排出係数、利用可能量を含む第１データ群、又は再生可能エネルギーの発電量、コスト、ＬＣＣＯ２排出量、効率、耐用年数、容量、運転条件を含む第２データ群を含み、前記系統電力供給部における前記エネルギー供給データは、電力のコスト、及びＣＯ２排出係数を含み、前記ガス供給部における前記エネルギー供給データは、ガスのコスト、及びＣＯ２排出係数を含むことが好ましい。
【００１１】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記エネルギー需要データは、エネルギー需要量、及びデマンドレスポンス設定値を含むことが好ましい。
【００１２】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記機器特性データは、機器のコスト、ＬＣＣＯ２排出量、効率、耐用年数、容量、運転条件を含むことが好ましい。
【００１３】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記算出部による最適化計算は、線形計画法により行われることが好ましい。
【００１４】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記算出部は、前記エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量及びコストの目的関数に重み付けした和で表される評価値を目的関数として最適化計算を行い、前記評価値が最小となる前記エネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出することが好ましい。
【００１５】
上記エネルギーシステム最適化装置において、前記エネルギーシステムが複数存在し、複数のエネルギーシステム間を結合する電力融通線により複数のエネルギーシステム間において電力融通している場合、前記記憶部は、前記電力融通線における電力融通データを記憶し、前記算出部は、前記電力融通データを考慮して、前記最適化計算を行うことが好ましい。
【００１６】
上記エネルギーシステム最適化装置において、外部の系統電力から、前記電力融通線を介して複数のエネルギーシステムに電力を供給している場合、前記記憶部は、前記外部の系統電力における電力供給データを記憶し、前記算出部は、前記電力供給データを考慮して、前記最適化計算を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量やコストに配慮した最適なエネルギー流量及び設備容量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】最適化計算処理の対象となるエネルギーシステムのモデルの一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置における最適化計算処理の流れを示すフロー図である。
【図４】図２に示すエネルギーシステムの場合に設定される制約条件を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図６】式１７におけるＣＯ２排出量とコストのトレードオフ関係を示す曲線を示す。
【図７】最適化計算処理の対象となる複合型のエネルギーシステムのモデルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すエネルギーシステム最適化装置は、後述するように、エネルギー需要部、前記需要部にエネルギーを供給するエネルギー供給部、前記供給部と前記需要部との間に介在し、前記エネルギーの貯蔵、変換、或いは合流を行う機器、を有するエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を最適化するものである。
【００２０】
図１に示すエネルギーシステム最適化装置１は、ＣＰＵ等を含む情報処理装置、ＲＡＭ等を含む記憶装置等から構成され、機能ブロックとして、情報記憶部１０、目的関数記憶部１２、流量・容量算出部１４、算出結果記憶部１６を有する。エネルギーシステム最適化装置１には、入力装置１８、表示装置２０が接続されている。入力装置１８は、ユーザーからの入力操作を受け付けるためのユーザインターフェースであり、例えば、マウスやキーボード等である。表示装置２０は、エネルギーシステム最適化装置１が出力する情報や計算結果等を表示するためのユーザインターフェースであり、例えば、ディスプレイなどである。
【００２１】
情報記憶部１０には、入力装置１８を介して入力された、エネルギー需要部におけるエネルギー需要データ、エネルギー供給部におけるエネルギー供給データ、機器における機器特性データが、記憶される。
【００２２】
目的関数記憶部１２には、入力装置１８を介して入力された、目的関数に関するデータが記憶される。目的関数に関するデータは、エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストを求める関数、及び制約条件を含む。
【００２３】
流量・容量算出部１４は、情報記憶部１０に記憶された各データから、目的関数記憶部１２に記憶された目的関数及び制約条件を用いた最適化計算を行い、エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストが最小となるエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量を算出する。最適化計算には、例えば、線形計画法、混合整数計画法、又は非線形計画法等が用いられる。
【００２４】
算出結果記憶部１６には、流量・容量算出部１４により算出されたエネルギーシステムのエネルギー流量、設備容量が記憶される。また、算出結果記憶部１６には、最小化されたＣＯ２排出量又はコストも記憶される。
【００２５】
情報記憶部１０、目的関数記憶部１２、流量・容量算出部１４、算出結果記憶部１６等は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理装置がＲＡＭにロードした所定のプログラムを実行することにより実現される。情報記憶部１０、目的関数記憶部１２、算出結果記憶部１６等のデータは、例えば、ＲＡＭ等の情報記録装置に格納される。
【００２６】
次に、図１に示すエネルギーシステム最適化装置１の動作、すなわちエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量の最適化計算処理について説明する。
【００２７】
以下では、最適化計算処理の対象となるエネルギーシステムの具体的モデルを例に挙げて説明する。
【００２８】
図２は、最適化計算処理の対象となるエネルギーシステムのモデルの一例を示す図である。図２に示すエネルギーシステム１００は、例えば、工場のエネルギーシステムを想定したものである。図２に示すエネルギーシステム１００は、エネルギー供給部として、系統電力供給部、再生可能エネルギー供給部、ガス供給部としての水素供給部及び都市ガス供給部、バイオマスエネルギー供給部を備えている。また、図２に示すエネルギーシステム１００は、エネルギー需要部として、電力需要部、熱需要部、ガス需要部を備えている。また、これらのエネルギー供給部とエネルギー需要部との間には、エネルギーを貯蔵する貯蔵機器（図２では貯蔵と表記）、エネルギーを変換する変換機器（図２では変換と表記）、エネルギーを合流する合流機器（図２では合流と表記）が介在している。
【００２９】
図２に示す系統電力供給部は、需要部側に電力を供給する装置であり、例えば、受電設備（変圧器、避雷器、変流器）等が挙げられる。図２に示す再生可能エネルギー供給部は、例えば、風力、太陽光、地熱、潮力、波力等の再生可能エネルギーを使用して発電し、需要部側に電力を供給する発電設備、或いは、再生可能エネルギー発電事業者等から買い受けた電力を、需要部側に供給する設備に分けられる。上記発電設備は、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置等が挙げられ、以下、再生可能エネルギー発電設備と称する場合がある。再生可能エネルギー発電事業者等から買い受けた電力を、需要部側に供給する設備は、例えば、受電設備等が挙げられ、以下再生可能エネルギー受電設備と称する場合がある。水素ガス供給部や都市ガス供給部は、水素ガスや都市ガスを需要部側に供給する装置である。また、バイオマスエネルギー供給部は、木質チップやペレット、バイオガス等のバイオマスエネルギーを需要部側に供給する装置である。
【００３０】
図２に示すエネルギーを貯蔵する貯蔵機器は、供給されるエネルギーを貯蔵し、貯蔵したエネルギーを需要部側に供給（放出）するものであり、例えば、二次電池、ＰｔＧ（水電解、メタン製造、アンモニア製造）、ＣＡＥＳ等が挙げられる。図２に示すエネルギーを合流する合流機器は、供給される複数のエネルギーを合流し、需要部側に供給するものであり、例えば、自営線、ガス配管等が挙げられる。なお需要部側への供給は複数のエネルギーに分岐して供給する場合も含まれる。図２に示すエネルギーを変換する変換機器は、供給されたエネルギーを別種のエネルギーに変換（供給されたエネルギーを使用して別種のエネルギーを生成）して、需要部側に供給するものであり、例えば、コージェネレーションシステム、燃料電池、ガス変換装置（例えば、水素からメタン）等が挙げられる。
【００３１】
図２に示すエネルギーシステム１００において、各設備間の矢印はエネルギーの流れを表している。矢印のうち、実線の矢印は電力の流れを表し、一点鎖線の矢印は熱の流れを表し、破線の矢印は、その他のエネルギー（ガス、バイオマスエネルギー等）の流れを表している。図２に示すエネルギーシステム１００では、例えば、系統電力供給部、再生可能エネルギー供給部等のエネルギー供給部から供給されるエネルギー（電力、ガス、バイオマスエネルギー）が、貯蔵機器、変換機器、合流機器を介して、電力需要部、熱需要部、ガス需要部に供給される。このような設備間のエネルギーの流れを、エネルギーフローと称する。
【００３２】
エネルギーシステムにおいては、エネルギーコストやＣＯ２排出量を抑えたエネルギーフローとすることが望まれる。そして、本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置１を用いれば、ＣＯ２排出量又はコストが最小となるエネルギーシステムのエネルギー流量（すなわち、各設備間を流れるエネルギー流量）及び設備容量が算出されるため、ＣＯ２排出量又はコストを抑えたエネルギーフローを作成することが可能となる。
【００３３】
図３は、本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置における最適化計算処理の流れを示すフロー図である。
【００３４】
まず、入力装置１８を介して入力された、エネルギー供給部におけるエネルギー供給データ、エネルギー需要部におけるエネルギー需要データ、機器における機器特性データが、情報記憶部１０に記憶される（ステップＳ１０）。
【００３５】
図２に示すエネルギーシステム１００の場合、エネルギー供給部におけるエネルギー供給データとして、バイオマスエネルギー供給部におけるエネルギー供給データ、再生可能エネルギー供給部におけるエネルギー供給データ、系統電力供給部におけるエネルギー供給データ、都市ガス供給部におけるエネルギー供給データ、水素供給部におけるエネルギー供給データが、情報記憶部１０に記憶される。バイオマスエネルギー供給部におけるエネルギー供給データは、例えば、任意期間の単位時間ごとの任意地域における、バイオマスエネルギーの利用可能量（ＡＳｉｔ）、単位量当たりのコスト（Ｐｉｔ）、単位量当たりのＣＯ２排出係数（Ｐ’ｉｔ）等である。また、再生可能エネルギー供給部が再生可能エネルギー受電設備の場合におけるエネルギー供給データは、例えば、任意期間の単位時間ごとの任意地域における、再生可能エネルギーの利用可能量（ＡＳｉｔ）、単位量当たりのコスト（Ｐｉｔ）、単位量当たりのＣＯ２排出係数（Ｐ’ｉｔ）等である。また、再生可能エネルギー供給部が再生可能エネルギー発電設備の場合におけるエネルギー供給データは、任意期間の単位時間ごとの任意地域における、再生可能エネルギー供給部の発電量（Ｓｉｔ）、再生可能エネルギー供給部の単位容量あたりのコスト（初期コスト及び維持コスト：Ｐｉ）、ＬＣＣＯ２排出量（ライフサイクルＣＯ２排出量：Ｐ’ｉ）、効率（ηｉ）、耐用年数（Ｔｉ）、容量（Ｃｉ又はｙｉ）、運転条件（最低負荷：Ｌｉ、負荷の上げ幅：ｕＷｉ、負荷の下げ幅：ｄＷｉ）等である。また、系統電力供給部におけるエネルギー供給データは、例えば、任意期間の任意時間における、電力の単位量当たりのコスト（Ｐｉｔ）、単位量当たりのＣＯ２排出係数（Ｐ’ｉｔ）等である。また、都市ガス供給部及び水素ガス供給部におけるそれぞれのエネルギー供給データは、例えば、任意期間の任意時間における、ガスの単位量当たりのコスト（Ｐｉｔ）、単位量当たりのＣＯ２排出係数（Ｐ’ｉｔ）等である。なお、上記は、図２に示すエネルギーシステム１００の場合であり、計算対象となるエネルギーシステムにおいて使用されるエネルギー供給部に対応したエネルギー供給データが情報記憶部１０に記憶されればよい。
【００３６】
図２に示すエネルギーシステム１００の場合、エネルギー需要部におけるエネルギー需要データとして、電力需要部におけるエネルギー需要データ、熱需要部におけるエネルギー需要データ、ガス需要部におけるエネルギー需要データが、情報記憶部１０に記憶される。電力需要部、熱需要部、ガス需要部それぞれのエネルギー需要データは、例えば、任意期間の任意時間における、エネルギー需要量（Ｄｉｔ）、デマンドレスポンス設定値（ＤＲ設定値：Ｒｉｔ）等である。なお、デマンドレスポンスを利用しない系では、ＤＲ設定値は不要である。
【００３７】
図２に示すエネルギーシステム１００の場合、機器における機器特性データとして、貯蔵機器における機器特性データ、変換機器における機器特性データ、合流機器における機器特性データが、情報記憶部１０に記憶される。機器特性データは、例えば、任意期間の任意時間における、機器のコスト（初期コスト及び維持コスト：Ｐｉ）、ＬＣＣＯ２排出量（ライフサイクルＣＯ２排出量：Ｐ’ｉ）、効率（ηｉ）、耐用年数（Ｔｉ）、容量（Ｃｉ又はｙｉ）、運転条件（最低負荷：Ｌｉ、負荷の上げ幅：ｕＷｉ、負荷の下げ幅：ｄＷｉ）等である。
【００３８】
次に、入力装置１８を介して入力された、エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストを求める関数及び制約条件を含む目的関数に関するデータが、目的関数記憶部１２に記憶される（ステップＳ１２）。
【００３９】
図４は、図２に示すエネルギーシステムの場合に設定される制約条件を説明するための図である。以下、ｘｉｔはエネルギーシステムの設備間を流れるエネルギー流量を示し、上付きのｔは単位時間、下付きｉは設備間ＩＤを示す。以下の他の記号の上付きのｔは単位時間を示し、下付きｉは設備ＩＤを示す。
【００４０】
（１）エネルギー供給の制約
図４（１）に示すエネルギー供給部から、他の設備へのエネルギー供給において、下式（１）に示す制約条件が設定される。ＡＳｉｔは、エネルギー供給部のエネルギーの利用可能量を示し、上記のバイオマスエネルギーの利用可能量等である。また、再生可能エネルギー供給部が再生可能エネルギー受電設備の場合には、再生可能エネルギーの供給に対しても下式（１）の制約条件が設定され、ＡＳｉｔは、上記の再生可能エネルギーの利用可能量（ＡＳｉｔ）である。また、なお、エネルギーシステムの設備間を流れるエネルギー流量ｘｉｔの下付きｉにおいては、説明の便宜上、数字を当てはめている。以下同様である。
ｘ１ｔ≦ＡＳｉｔ          （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）            （１）
【００４１】
（２）再生可能エネルギー供給の制約
再生可能エネルギー供給部が再生可能エネルギー発電設備の場合には、図４（２）に示す再生可能エネルギー供給部から、他の設備へのエネルギー供給において、下式（２）に示す制約条件が設定される。Ｓｉｔは、上記の再生可能エネルギー供給部の発電量である。また、Ｃｉは、上記の再生可能エネルギー供給部の固定された設備容量を示している。設備容量を算出する場合は、Ｃｉを最適化する設備容量ｙｉに置き換えればよい。以下同様である。
ｘ１ｔ≦Ｃｉ×Ｓｉｔ          （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）          （２）
【００４２】
（３）変換機器の制約
図４（３）に示すエネルギーを変換する変換機器において、式（３）〜（６）に示す制約条件が設定される。ηｉは、上記のエネルギー変換機器の効率である。図４（３）に示す変換機器は、１つのエネルギーの供給から２つ以上のエネルギーの出力があるコージェネレーションシステムの場合の例であり、この場合には、式（３）〜（４）に示すようにそれぞれの効率をかける。また、変換機器の設備容量Ｃｉが入力側エネルギーを基準としている場合、式（５）のように設定され、変換機器の設備容量Ｃｉが出力側エネルギーを基準としている場合、式（６）のように設定される。
ｘ２ｔ＝ｘ１ｔ×ηｉ          （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）          （３）
ｘ３ｔ＝ｘ１ｔ×ηｉ          （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）          （４）
ｘ１ｔ≦Ｃｉ                （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）          （５）
ｘ２ｔ≦Ｃｉ                （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）          （６）
【００４３】
（４）エネルギーの合流・分岐の制約
図４（４）に示すエネルギーを合流する合流機器でのエネルギーの合流・分岐において、式（７）に示す制約条件が設定される。図４（４）に示すエネルギーの合流・分岐は、２つのエネルギーが合流し、２のエネルギーに分岐している場合の例であるが、合流・分岐するエネルギーの数は特に制限されるものではない。
ｘ１ｔ＋ｘ２ｔ＝ｘ３ｔ＋ｘ４ｔ      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）    （７）
【００４４】
（５）エネルギーの貯蔵の制約
図４（５）に示すエネルギーを貯蔵する貯蔵機器でのエネルギーの貯蔵において、式（８）及び（９）に示す制約条件が設定される。図４（５）に示すｘ３ｔは、時刻ｔに貯蔵機器に貯蔵されたエネルギー流量であり、ｘ３ｔ−１は、時刻ｔ−１に貯蔵機器に貯蔵されたエネルギー流量である。なお、１つ前の時刻（ｔ−１）のエネルギー流量を入力側に持ってくることで、貯蔵機器でのエネルギー貯蔵を表現している。また、二次電池のような蓄電装置の場合には、充放電効率の制約条件を設定することが好ましく、この場合には、貯蔵機器の前後に変換設備を追加し、上式（３）及び（４）を貯蔵の制約条件として追加する。
ｘ１ｔ＋ｘ３ｔ−１＝ｘ２ｔ＋ｘ３ｔ      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）    （８）
ｘ３ｔ≦Ｃｉ                      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）    （９）
【００４５】
（６）エネルギー需要の制約
図４（６）に示すエネルギー需要部でのエネルギー需要において、式（１０）及び（１１）に示す制約条件が設定される。図４（６）に示すｘ２ｔ及びｘ２ｔ−１は、ＤＲしたエネルギー流量を表現しており、下げＤＲを正の値、上げＤＲを負の値として入れる。Ｄｉｔは、上記のエネルギー需要量であり、Ｒｉｔは、上記のＤＲ設定値である。
ｘ１ｔ−ｘ２ｔ−１≧Ｄｉｔ−ｘ２ｔ      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）    （１０）
ｘ２ｔ＝ｘ１ｔ×Ｒｉｔ                  （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）    （１１）
【００４６】
（７）各種設備の運転条件の制約
図４（７）に示す各設備における運転条件において、式（１２）〜（１４）に示す制約条件が設定される。ここで、図４（７）の各種設備は、発電設備、貯蔵機器又は変換機器である。上記発電設備は、再生可能エネルギー供給部が再生可能エネルギー発電設備の場合に適用される。Ｌｉは、上記の最低負荷を示し、ｕＷｉは、上記の負荷の上げ幅、ｄＷｉは、上記の負荷の下げ幅を示す。式（１２）〜（１４）は、運転条件が、入力側エネルギーを基準とする場合であるが、運転条件が、出力側エネルギーを基準とする場合には、式（１２）〜（１４）のｘ１ｔをｘ２ｔ、ｘ１ｔ−１をｘ２ｔ−１と読み替えればよい。
ｘ１ｔ≧Ｃｉ×Ｌｉ                  （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）      （１２）
ｘ１ｔ≦ｘ１ｔ−１＋Ｃｉ×ｕＷｉ      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）      （１３）
ｘ１ｔ≦ｘ１ｔ−１−Ｃｉ×ｄＷｉ      （ｔ＝１，２，３・・・ｎ）      （１４）
【００４７】
エネルギーシステムのＣＯ２排出量を目的関数とする式は、以下の式（１５）のように定義される。式１５の右辺の第１項はエネルギーのＣＯ２量を表し、第１項におけるＰ’ｉｔは、エネルギーのＣＯ２排出係数であり、第１項におけるｘｉｔは、エネルギー供給部から流れるエネルギー流量である。また、式１５の右辺の第２項は設備のＣＯ２量を表し、第２項におけるＣｉは、上記の各設備の容量であり、第２項におけるＰ’ｉは、上記の各設備のＬＣＣＯ２排出量であり、Ｔｉは、上記の各設備の耐用年数であり、ＡＴは、例えば、１年に相当する単位時間である。
【００４８】
【数１】
2019080400.tif 000003
（１５）
【００４９】
エネルギーシステムのコストを目的関数とする式は、以下の式（１６）のように定義される。式１６の右辺の第１項は、エネルギー購入コストを表し、第１項におけるＰｉｔは、上記の各種エネルギーのコストであり、第１項におけるｘｉｔは、エネルギーシステムの設備間を流れるエネルギー流量である。また、式（１６）の右辺の第２項は、設備コストを表し、第２項におけるＣｉは、上記の各設備の容量であり、第２項におけるＰｉは、上記の各設備の単位容量あたりのコスト（初期コスト及び維持コスト）であり、Ｔｉは、上記の各設備の耐用年数であり、ＡＴは、例えば、１年に相当する単位時間である。
【００５０】
【数２】
2019080400.tif 000004
（１６）
【００５１】
図３に戻り、流量・容量算出部１４は、目的関数記憶部１２から、上記制約条件及び目的関数を含む目的関数に関するデータを取得すると共に、情報記憶部１０から、エネルギー需要データ、エネルギー供給データ、機器特性データを取得する（ステップＳ１４）。そして、上記制約条件及び目的関数に、情報記憶部１０から取得したデータを当てはめて、例えば線形計画法による最適化計算を行い、エネルギーシステムのＣＯ２排出量又はコストが最小となるエネルギー流量及び設備容量を算出する（ステップＳ１６）。
【００５２】
流量・容量算出部１４により算出されたエネルギー流量及び設備容量は、算出結果記憶部１６に格納される（ステップＳ１８）。
【００５３】
本実施形態により算出されたエネルギーシステムのエネルギー流量、具体的にはエネルギーシステムにおける各設備間のエネルギー流量、及び設備容量の結果は、エネルギーシステムのエネルギーフローにおいて、ＣＯ２排出量或いはコストを配慮した最適なエネルギーフローを示すこととなる。また、ユーザーは、本実施形態により算出されたエネルギーシステムのエネルギー流量及び設備容量の結果から、エネルギーシステムの設備構成、エネルギーシステムの各設備の運転計画、設備導入計画、又はエネルギー購入計画等を作成することが可能である。ひいては、作成したエネルギーシステムの各設備の運用計画を実行するための処理プログラムを有する制御装置をエネルギーシステムに設置して、各設備の運用計画に基づいた各設備の自動運転も可能である。さらには、想定地域や工場において、運用前に、事業性やＣＯ２削減効果を評価したり、導入すべきエネルギー種を選定したり、デマンドレスポンス効果を評価したりすることも可能である。
【００５４】
図５は、本実施形態に係るエネルギーシステム最適化装置の構成の他の一例を示すブロック図である。図５に示すエネルギーシステム最適化装置２において、図１に示すエネルギーシステム最適化装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図５に示すエネルギーシステム最適化装置２は、図１に示すエネルギーシステム最適化装置１の構成に加え、エネルギーフロー図作成部２２、パラメータ作成部２４を備える。エネルギーフロー図作成部２２は、エネルギーシステムのエネルギーフロー図を作成するためのインターフェースであり、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｖｉｓｉｏのマクロプログラム等によって構成される。エネルギーフロー図作成部２２は、例えば、図３に示すようなエネルギー供給部、変換、貯蔵、合流等の機器、エネルギー需要部等のオブジェクト、設備間のエネルギーの流れ等のオブジェクトを図形として備えている。エネルギーフロー図作成部２２は、例えば、ユーザーにより、上記オブジェクトを示す図形が作業シート上に配置され、エネルギーシステムのエネルギーフロー図（例えば、図３）が作成されると、エネルギーフロー情報として、パラメータ作成部２４に出力する。
【００５６】
パラメータ作成部２４は、エネルギーフロー図作成部２２からエネルギーフロー情報を取得すると、エネルギーフロー情報に対応する制約条件を入力するための作業シートを生成する。例えば、エネルギーフロー情報として、図２に示す再生可能エネルギー供給部から他の設備へのエネルギー供給を示す情報が含まれていれば、上式（２）に示す制約条件を入力するための作業シートが生成される。
【００５７】
ユーザーにより、作業シートを介してエネルギーフロー情報に対応する制約条件が入力されると、制約条件のデータとして、流量・容量算出部１４に出力する。
【００５８】
流量・容量算出部１４は、パラメータ作成部２４から制約条件のデータを取得する共に、情報記憶部１０に格納されている各種データを取得し、また、目的関数記憶部１２に格納されている目的関数に関するデータを取得する。なお、目的関数記憶部１２には、式（１５）、式（１６）等の目的関数のみが格納されていればよい。流量・容量算出部１４では、パラメータ作成部２４から取得した制約条件及び目的関数記憶部１２から取得した目的関数に、情報記憶部１０から取得したデータを入力し、前述の最適化計算を行う。
【００５９】
以下に、他の実施形態について説明する。
【００６０】
エネルギーシステムにおけるＣＯ２排出量及びコストを目的関数として最適化計算を実施することが好ましい。この場合には、更に、ＣＯ２排出量及びコストそれぞれの目的関数に重み付けした和で表される評価値を目的関数として最適化計算を行い、評価値が最小となるエネルギーシステムの流量及び設備容量を算出することが好ましい。評価値の目的関数は、例えば、式（１７）で表される。式（１７）の右辺の第１項は、エネルギーシステムのコストの目的関数をその最小値で除して正規化し、重み付け（ｗ）を掛けた関数である。式１７の右辺の第２項は、エネルギーシステムのＣＯ２排出量の目的関数をその最小値で除して正規化し、重み付け（１−ｗ）を掛けた値である。なお、図６に、式１７におけるＣＯ２排出量とコストのトレードオフ関係を示す曲線を示す。
【００６１】
【数３】
2019080400.tif 000005
（１７）
【００６２】
上記式（１７）に示す評価値を目的関数として最適化計算を行うことで、ＣＯ２排出量及びコスト両方のバランスがとれた最適なエネルギーフローを示すことが可能となる。
【００６３】
本実施形態では、１つのエネルギーシステムに対して最適化計算処理を実行する例について説明したが、複数のエネルギーシステム間で電力融通する複合型のエネルギーシステムに対して最適化計算処理を実行してもよい。複合型のエネルギーシステムは、例えば、複数の工場それぞれに設置されたエネルギーシステム間で電力融通するエネルギーシステムが考えられる。
【００６４】
図７は、最適化計算処理の対象となる複合型のエネルギーシステムのモデルの一例を示す図である。図７に示す複合型のエネルギーシステムは、Ａ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ａ、Ｂ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ｂ、エネルギーシステム１００Ａとエネルギーシステム１００Ｂとの間を結合し、両者の間で電力融通させる電力融通線、を備える。また、図７に示す複合型のエネルギーシステムでは、外部の系統電力から、電力融通線を介して、Ａ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ａ及びＢ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ｂに電力が供給されている。Ａ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ａ及びＢ工場に設置されるエネルギーシステム１００Ｂは、説明を容易とするため、図２に示すエネルギーシステム１００と同様とする。
【００６５】
図７に示すような複合型のエネルギーシステムに対する最適化計算処理は、電力融通線における電力融通データ、外部の系統電力における電力供給データを考慮することが好ましい。
【００６６】
本実施形態では、複合型のエネルギーシステムに対して最適化計算処理を行う場合、情報記憶部１０には、前述のデータに加え、電力融通線における電力融通データ、外部の系統電力における電力供給データが記憶される。
【００６７】
図７に示す複合型のエネルギーシステムの場合、電力融通線における電力融通データは、例えば、単位時間毎のエネルギー融通可能量等である。また、外部の系統電力における電力供給データは、例えば、任意期間の単位時間のＬＣＣＯ２、コスト等である。
【００６８】
また、図７に示す複合型のエネルギーシステムに対して最適化計算処理を行う場合、前述の制約条件に加え、電力融通線から、エネルギーシステム間でエネルギーを融通する制約条件、外部の系統電力の電力供給の制約条件等が設定される。これらの制約条件は、図４（４）に示す合流ブロックを電力融通に置き換えることで、１つの制約条件として扱うことが可能であり、式（７）に示す制約条件が適用される。
【００６９】
電力融通データ、外部の系統電力における電力供給データから、上記制約条件を追加した最適化計算を行うことで、複合型のエネルギーシステム全体のエネルギーフローを最適化することが可能となる。
【００７０】
最適化計算処理を行うエネルギーシステムの対象施設は、工場に限定されるものではなく、例えば、自動車、飛行機、船、家、ビル、マイクログリッド等でもよい。いずれにしろ、本実施形態では、エネルギー需要部、エネルギー供給部、当該需要部と供給部との間に介在する貯蔵機器、変換機器、或いは合流を行う機器を有するエネルギーシステムが最適化計算処理の対象である。
【符号の説明】
【００７１】
１，２  エネルギーシステム最適化装置、１０  情報記憶部、１２  目的関数記憶部、１４  流量・容量算出部、１６  算出結果記憶部、１８  入力装置、２０  表示装置、２２  エネルギーフロー図作成部、２４  パラメータ作成部、１００，１００Ａ，１００Ｂ  エネルギーシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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