(57)【要約】【課題】地域内の需要家、エネルギー供給センターから成るエネルギーネットワークにおいて、再生可能エネルギーや排熱が熱需要に比べて多い場合、余剰エネルギーが無駄になるため、これらの有効活用と、電力と熱を相互融通して、一層の省エネルギーとＣＯ２排出の低減を図る。【解決手段】需要家のエネルギー使用情報、エネルギー供給家の運転計画、気象予報等の情報を用いて、需要家が使用するエネルギー需要量、再生可能エネルギー設備のエネルギー供給量、供給家のエネルギー供給量の予測によりネットワーク内の電力余剰量または熱余剰量を評価して、電力または熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行う制御装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地域内エネルギーネットワーク上のエネルギー需要家のエネルギー使用情報、エネルギー供給家の運転計画、気象予報等の情報を入力する入力部と、
前記入力情報を用いて需要家が使用する電力や熱のエネルギー需要量を予測する演算部と、
再生可能エネルギー設備のエネルギー供給量を予測する演算部と、
エネルギー供給家のエネルギー供給量を予測する演算部と、
エネルギー供給家およびエネルギーセンターにおける複数種類のエネルギー供給設備の最適運転計画を計算する演算部と、
前記最適運転計画に基づいて各エネルギー供給設備の起動・停止および負荷率をエネルギー供給設備に指令または運転管理者へガイダンスを出力するエネルギー供給設備運転指令部と、
入力情報と演算結果と運転結果を記憶する記憶部と、
入力情報と演算結果と運転結果を表示する結果表示部と、を備えたエネルギー供給設備最適運転制御装置であって、
エネルギーネットワーク上の各需要家、各供給家、エネルギーセンターが同一受電系統内にある場合、ネットワーク内の電力余剰量または熱余剰量を評価して、電力または熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行うことを特徴とするエネルギー供給設備最適運転制御装置。
【請求項２】
地域内エネルギーネットワーク上のエネルギー需要家のエネルギー使用情報、エネルギー供給家の運転計画、気象予報等の情報を入力する入力部と、
前記入力情報を用いて需要家が使用する電力や熱のエネルギー需要量を予測する演算部と、
再生可能エネルギー設備のエネルギー供給量を予測する演算部と、
エネルギー供給家のエネルギー供給量を予測する演算部と、
エネルギー供給家およびエネルギーセンターにおける複数種類のエネルギー供給設備の最適運転計画を計算する演算部と、
前記最適運転計画に基づいて各エネルギー供給設備の起動・停止および負荷率をエネルギー供給設備に指令または運転管理者へガイダンスを出力するエネルギー供給設備運転指令部と、
入力情報と演算結果と運転結果を記憶する記憶部と、
入力情報と演算結果と運転結果を表示する結果表示部と、を備えたエネルギー供給設備最適運転制御装置であって、
エネルギーネットワーク上の各需要家、各供給家、エネルギーセンターが同一受電系統内にない場合、ネットワーク内の熱余剰量を評価して、熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行うエネルギー供給設備最適運転制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエネルギー供給設備最適運転制御装置において、電力余剰が発生した場合、蓄電池により蓄電、または、電気駆動のエネルギー供給設備で生成される温水や冷水などの熱媒体を蓄熱する設備を用いて蓄熱を実施するエネルギー供給設備最適運転制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のエネルギー供給設備最適運転制御装置において、エネルギーネットワーク上で温水が余剰の場合、温水を熱源とする冷水製造設備で生成される冷水を蓄熱する設備により蓄熱を実施するエネルギー供給設備最適運転制御装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のエネルギー供給設備最適運転制御装置において、エネルギーネットワーク上で温水が余剰の場合、温水を熱源とする排熱回収発電設備で発電した電力を蓄電する設備により蓄電を実施するエネルギー供給設備最適運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーセンターとエネルギー需要家から構成される地域内や複数の製造工場から構成される工業団地で使用される電力や熱を融通し合うエネルギーネットワークにおいて、各種エネルギー供給設備の最適運転計画を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止が喫緊の課題となっており、エネルギー起源のＣＯ２排出を削減することが求められている。製造業では、石油ショックを契機に、製造プロセスの改変、省エネ機器の導入、燃料転換等による省エネが積極的に進められ、エネルギー消費は、ほぼ横ばいで推移している。しかし、製造業のエネルギー消費量は、国内全消費量の約40% と依然として高い割合を占めている。また、住宅、業務部門では、快適さや利便性を求めるライフスタイルの普及を背景に、エネルギー消費量は年々増加している。今後、省エネ・ＣＯ２排出削減を実現するためには、再生可能エネルギーの積極的な活用や電気や熱の相互融通により、エネルギーを有効利用することが求められている。
【０００３】
エネルギーをネットワーク化して相互融通により省エネを行うことの従来技術としては、例えば、特許文献１に示すように、熱供給プラントと複数の需要家をネットワーク化した地域冷暖房の最適運転制御装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４３７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、地域冷暖房の最適運転制御装置では、運転コスト、エネルギー使用量またはＣＯ２排出量等の評価関数を最小化するように、予測された需要家の熱需要に対して各エネルギー供給設備の最適運転状態を計算し、起動・停止や定格出力に対する運転出力を意味する負荷率の制御指示を出力する。
【０００６】
しかし、従来技術では、エネルギーセンターからの一方向のエネルギー供給のみであり、エネルギー供給側が分散して相互にエネルギーを融通することや再生可能エネルギーの有効利用を対象にしていないため、更なる省エネを実現することは難しい。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、地域内の省エネ・ＣＯ２排出削減を実現するため、ネットワーク上の再生可能エネルギーの有効活用および電力と熱を相互融通するためのエネルギー供給設備最適運転計画を用いた運転方法を提供する装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、地域内でのＣＯ２排出量を低減するため、需要家のエネルギー使用情報、エネルギー供給家の運転計画、気象予報等の情報を用いて、需要家が使用するエネルギー需要量、再生可能エネルギー設備のエネルギー供給量、供給家のエネルギー供給量を予測して、エネルギー供給家およびエネルギーセンターにおける複数種類のエネルギー供給設備の最適運転計画を実施し、各エネルギー供給設備の起動・停止および負荷率をエネルギー供給設備に指令または運転管理者へガイダンスを出力するエネルギー供給設備最適運転装置において、ネットワーク内の電力余剰量または熱余剰量を評価して、電力または熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行うことを特徴とするエネルギー供給設備最適運転制御装置である。
【発明の効果】
【０００９】
ネットワーク内で生成する再生可能エネルギーおよび供給家からのエネルギーを無駄なく有効活用できるエネルギー供給設備の最適運転を実施することにより、従来技術では達成できなかった、更なる省エネおよびＣＯ２排出量削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による一実施例のエネルギーネットワーク装置の構成。
【図２】本発明による一実施例のエネルギーネットワーク最適運転制御装置の構成。
【図３】本発明によるエネルギー供給設備運転の評価フロー。
【図４】本発明によるエネルギーネットワークの最適運転計画の一例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態では、地域内の各需要家のエネルギー使用情報、各エネルギー供給家の運転計画、気象予報等の情報を用いて、需要家が使用するエネルギー需要量、再生可能エネルギー設備のエネルギー供給量、エネルギー供給家のエネルギー供給量を予測して、エネルギー供給家およびエネルギーセンターにおける複数種類のエネルギー供給設備の最適運転計画を実施し、各エネルギー供給設備の起動・停止および負荷率をエネルギー供給設備に指令または運転管理者へガイダンスを出力する際に、ネットワーク内の電力余剰量または熱余剰量がある場合、電力または熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行う。これにより、ネットワーク内でエネルギーを無駄なく利用することにより、ＣＯ２排出量を最小化するエネルギー供給設備の最適運転制御装置を提供することができる。
【００１２】
［実施例１］
図１は、本発明による一実施例のエネルギーネットワークの構成を示す。エネルギーネットワークは、電力および熱を供給するエネルギーセンター1、需要家2、再生可能エネルギー設備としての太陽光発電設備3および太陽熱集熱設備4、エネルギー供給家としての清掃工場5および燃料電池設備6から構成されている。エネルギーセンター1内のエネルギー供給設備は、ボイラー7、吸収式温水機8、ヒートポンプ9、コージェネレーションシステム10、排熱回収発電設備27、高温水槽11、低温水槽12から構成されている。
【００１３】
エネルギーセンター1内のエネルギー供給設備で生成された高温水13は、送液ポンプ18により往管15を通って需要家2に送られ、低温水14となり復管16を通してエネルギーセンター1に戻ってくる。エネルギーネットワーク配管15, 16と、需要家2、太陽熱集熱設備4、清掃工場5、燃料電池設備6または排熱回収発電設備27との熱交換は、それぞれ熱交換器17で行われる。
【００１４】
電力20は、電力系統21から供給され、エネルギーネットワーク内は受電設備23より下流のエネルギーネットワーク電力系統22で繋がって、各機器に電力が供給される。ネットワーク内の需要家2、再生可能エネルギー設備、エネルギー供給家、エネルギー供給設備は、情報通信ネットワーク25で繋がっており、エネルギーネットワーク監視制御装置24で制御される。
【００１５】
図２は、本発明による一実施例のエネルギーネットワーク監視制御装置24の構成を示す。本装置は、需要家のエネルギー使用情報、気象予報、電力や熱についての供給家の運転計画、設備仕様、設備状態量等の情報を入力する入力部101、前記情報に基づき需要家の電力および熱需要量の演算部102、再生可能エネルギーの電力および熱供給量の演算部103、エネルギー供給家の電力および熱供給量の演算部104、ネットワーク上の電力余剰量および熱余剰量の演算部106、電力および熱供給家の運転計画修正部107、以上の情報に基づきエネルギー供給設備最適運転計画を実施する演算部108、前記最適運転計画結果に基づきエネルギー供給設備の運転方法を判断して指令を行うエネルギー供給設備運転指令部109、入力情報、演算結果、運転指令の結果を表示する結果表示部110、入力情報、演算結果、運転指令の結果を記憶するデータ記憶部111、から構成される。
【００１６】
図３は、エネルギーネットワーク監視制御装置のエネルギー供給設備最適運転制御の評価フローを示す。まず、ステップ200において、地域内エネルギーネットワーク上のエネルギー需要家のエネルギー使用情報、気象予報、エネルギー供給家の運転計画、設備仕様、設備状態量等の情報を入力する。そして、ステップ201において、需要家の過去のエネルギー使用情報、気象予報に基づき需要家が使用する電力や熱のエネルギー需要量を記憶ベース推論やニューラルネット等による需要予測手法を用いて予測する。つぎに、ステップ202において、気象予報、再生可能エネルギー設備仕様および設備状態量に基づき再生可能エネルギー設備である太陽光発電設備3および太陽熱集熱設備4で発生する電力および熱の供給量を予測する。つぎに、ステップ203において、エネルギー供給家である清掃工場5の運転計画に基づき、清掃工場5で発生する電力および熱量を予測する。つぎに、ステップ204において、蓄電および蓄熱装置を含むエネルギー供給設備の計画期間内の最適運転計画を行う。
【００１７】
つぎに、ステップ205において、計画期間内においてエネルギーネットワーク内で発生する電力余剰量および熱余剰量を評価する。つぎに、ステップ206において、エネルギーネットワーク内で電力余剰量または熱余剰量が発生した場合、ステップ208において、電力または熱の供給家の運転計画を修正する。この場合、エネルギーネットワーク監視制御装置24からエネルギー供給家の運転計画を直接変更してもよいし、運転計画変更を依頼してもよい。さらに、ステップ203、204、205を再度実施し、ステップ206において、エネルギーネットワーク内で電力余剰量または熱余剰量が発生しない場合は、ステップ207においてエネルギー供給設備へ運転を指令する。
【００１８】
ここで、ステップ204における蓄電および蓄熱装置を含む複数種類、複数台数のエネルギー供給設備の計画期間内の最適運転計画について説明する。エネルギーネットワーク内の各需要家の電力需要量Pdを合計した総電力需要量は、エネルギーネットワーク外の電力系統から購入した電力P0、太陽光発電等の再生可能エネルギーによる電力Pr、清掃工場等のエネルギー供給家による電力Pf、コージェネレーションシステム等の発電設備による電力Pe、蓄電設備による電力Ps（放電：正の値、蓄電：負の値）を用いて、以下の式で与えられる。
【００１９】
2013156937.tif 000003
【００２０】
ここで、太陽光発電等の再生可能エネルギーによる電力Pr、清掃工場等の供給家による電力Pf、コージェネレーションシステム等の発電設備による電力Pe、蓄電設備による電力Psは、エネルギーネットワーク内の電力である。
【００２１】
また、エネルギーネットワーク内の各需要家の熱需要量Qdを合計した総熱需要量は、太陽熱集熱設備等の再生可能エネルギーによる熱量Qr、清掃工場等のエネルギー供給家による熱量Qf、ヒートポンプ等の熱源設備による熱量Qe、蓄熱設備による熱量Qs（放熱：正の値、蓄熱：負の値）を用いて以下の式で与えられる。
【００２２】
2013156937.tif 000004
【００２３】
ここで、式(1)、(2)は、運転計画期間を任意の整数Nで分割した時間間隔Δt当りの電力量および熱量を表す。例えば、運転計画期間を24時間とし、1時間間隔で分割した場合の、ある時刻の1時間当たりの電力量および熱量を示す。
【００２４】
エネルギーネットワーク内でのＣＯ２排出量を最小化するため、エネルギー供給設備の最適運転計画のための評価関数Jは、以下の式で与えられる。
【００２５】
2013156937.tif 000005
【００２６】
ここで、Epo,tは電力使用に伴う時間間隔Δt 当りのＣＯ２排出量、 Egtは燃料使用に伴う時間間隔Δt 当りのＣＯ２排出量である。また、Extは電力および燃料以外の要因による時間間隔Δt 当りのＣＯ２排出量であり、例えば、清掃工場において、ゴミの焼却により発生するＣＯ２排出量がある。
【００２７】
本実施例では、評価関数Jとして、電力や燃料の使用に伴うＣＯ２排出量としたが、電力料金や燃料代を用いると、運転コストを最小化する最適運転計画を実施することが可能となる。
【００２８】
図１に示す実施例１では、熱余剰量が発生した場合、温水を熱源とする排熱回収発電設備27において、例えばバイナリー発電装置により熱を電力に変換して使用したり、蓄電池19で蓄電を実施したりすることもできる。逆に、電力余剰量が発生した場合、ヒートポンプ9により電力を温水に変換して使用したり、高温水槽11で蓄熱を実施したりすることもできる。図１に示す実施例１ではエネルギーとしては電力と温水を対象にしているが、電気駆動のターボ冷凍機や、燃料または高温水駆動の吸収式冷凍機のような冷水製造設備を含む冷水配管系統も設置されている場合には、電力余剰量が発生したとき、ターボ冷凍機により電力を冷水に変換して使用したり、蓄熱槽で冷水を蓄熱したりすることもできる。また、温水供給に余剰が発生したとき、吸収式冷凍機により温水を冷水に変換して使用したり、蓄熱槽で冷水を蓄熱したりすることもできる。
【００２９】
以上により、エネルギーネットワーク内の総電力需要および総熱需要、再生可能エネルギーによる電力および熱供給量、エネルギー供給家からの電力および熱供給量を入力条件とし、式(1)、(2) を制約条件とし、式(3)を評価関数とし、エネルギー供給設備による電力Peおよび熱量Qe、蓄エネルギー設備による充電・放電量Psおよび蓄熱・放熱量Qsを最適化パラメータとして線形計画法やメタヒューリスティクスなどの最適化手法を用いて最適化計算を実施することにより、再生可能エネルギーおよびエネルギー供給家からのエネルギーを最大限利用して、エネルギーネットワーク内で発生するＣＯ２排出量を最小化することができる。最適化パラメータとするエネルギー供給設備による電力Peおよび熱量Qeは、具体的には、起動停止変数（1：起動、0：停止）と負荷率（0〜1）を最適化パラメータとして扱う。また、蓄エネルギー設備による充電・放電量Psおよび蓄熱・放熱量Qsの場合は、最大蓄エネルギー量に対する蓄エネルギー量および放出エネルギー量を負荷率として扱い、蓄エネルギーの負荷率は、-1〜0、放出エネルギーの負荷率は0〜1で変化する。
【００３０】
上記最適化解析の結果、ステップ206で電力または熱エネルギーに余剰が発生した場合には、図３のステップ208において、電力または熱の供給家の運転計画を修正する。
【００３１】
上記の運転最適計画は、エネルギーネットワーク上の各需要家、各エネルギー供給家、エネルギーセンターが同一受電系統内にある場合を対象としているが、エネルギーネットワーク上の各需要家、各エネルギー供給家、エネルギーセンターが同一受電系統内にない場合がある。この場合、熱エネルギーのみを対象としたネットワークを構成しているため、熱余剰量のみを評価して、熱の供給家の運転計画を修正した後に各種エネルギー供給設備の最適運転計画を行う。
【００３２】
春季および秋季の中間期はエネルギー需要が少ない場合があり、再生可能エネルギーとエネルギー供給家からのエネルギー供給のみで電力余剰量または熱余剰量が発生する可能性がある。このような場合、発生したエネルギーをネットワーク上で全て消費することができず、エネルギーの無駄が発生し、十分な省エネを実現することができない。
【００３３】
本発明の一実施例として、図４に清掃工場の運転計画を修正した場合の例を示す。本実施例では、エネルギーとして温水を対象にした場合を示す。図４(a)に示すように清掃工場の運転計画を修正する前の場合、熱需要、清掃工場の排熱、太陽熱を最大限利用するように、ボイラー運転および蓄熱槽の放熱・蓄熱の運転計画を最適化したにもかかわらず熱余剰が発生している。その結果、余剰熱は廃棄され、エネルギーの無駄が発生している。そこで、図４(b)に示すように、熱余剰が発生しないように、清掃工場の運転計画を修正して排熱供給量を変化させ、ボイラー運転および蓄熱槽の放熱・蓄熱の運転計画を最適化することができる。その結果、清掃工場の運転計画修正前に廃棄していた余剰熱を無駄なく利用することができ、ＣＯ２排出量を削減することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
エネルギーセンターとエネルギー需要家から構成される地域内や複数の製造工場が立地する工業団地で使用される電力や熱を相互融通しあうエネルギーネットワークにおいて、再生可能エネルギーや工場排熱を相互融通することにより、省エネ、ＣＯ２排出低減を実現するエネルギー供給設備の最適運転方法および装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３５】
1…エネルギーセンター、2…需要家、3…太陽光発電設備、4…太陽熱集熱設備、5…清掃工場、6…燃料電池設備、7…ボイラー、8…吸収式温水機、9…ヒートポンプ、10…コージェネレーションシステム、11…高温水槽、12…低温水槽、13…高温水、14…低温水、15…往管、16…復管、17…熱交換器、18…ポンプ、19…蓄電池、20…電力、21…電力系統、22…エネルギーネットワーク電力系統、23…受電設備、24…エネルギーネットワーク監視制御装置、25…情報通信ネットワーク、26…燃料、27…排熱回収発電設備、
101…入力部、102…需要家の電力および熱需要量の演算部、103…再生可能エネルギーの電力および熱供給量の演算部、104…エネルギー供給家の電力および熱供給量の演算部、106…ネットワーク上の電力余剰量および熱余剰量の演算部、107…エネルギー供給家の運転計画修正部、108…エネルギー供給設備最適運転計画演算部、109…エネルギー供給設備運転指令部、110…結果表示部、111…データ記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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