(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記エネルギー変換手段の変換効率と、上記エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換手段の出力容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップを含むことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項２】
電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、複数のエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記各エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記各エネルギー変換手段の変換効率と、上記各エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記各エネルギー変換手段における入力エネルギー量及び最大入力容量と部分負荷率との間の関係と、上記各エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記各エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段の出力容量と、上記各エネルギー変換手段の部分負荷率と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップを含むことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項３】
電力供給源と都市ガス供給源からのエネルギーに基づいて、ガスエンジンとヒートポンプと排熱利用吸収式冷凍機とを用いて、電力負荷と冷房負荷と暖房負荷とにエネルギーを供給するためのコージェネレーションシステムを含む建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
電力負荷量と冷房負荷量と暖房負荷量とを含む入力エネルギー量と、ガスエンジンの装置価格と、ヒートポンプの装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の台数と、ヒートポンプの台数と、電力料金データと、ガス料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトンアルゴリズムを用いて、上記評価関数の関数値が最小となるように、購入電力量と、購入電力量の最大値と、購入ガス量と、購入ガス量の最大値と、冷房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、暖房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、冷房のためのヒートポンプへの入力電力量と、暖房のためのヒートポンプへの入力電力量と、廃棄電力量と、廃棄排熱量と、排熱利用吸収式冷凍機の装置容量と、ヒートポンプの装置容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストと、電力のランニングコストと、ガスのランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップとを含むことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項４】
上記温熱負荷は、暖房負荷と給湯負荷とのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項５】
上記エネルギー変換手段は、発電機と、電気式熱源と、製氷用熱源及び蓄熱槽と、排熱利用機と、燃料式冷温水発生器と、ガスヒートポンプと、燃料式ボイラとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１、２又は４記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項６】
上記評価関数は、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコストとの差を、上記建物エネルギーシステムのランニングコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのランニングコストとの差で除算してなる投資回収年数であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項７】
上記評価関数は、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたエネルギーの消費量であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項８】
上記評価関数は、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたＣＯ2の排出量であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項９】
上記評価関数は、請求項６記載の投資回収年数と、請求項７記載のエネルギーの消費量と、請求項８記載のＣＯ2の排出量との線形結合で表された評価関数であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項１０】
上記計算された入力エネルギー量となるように上記各エネルギー変換手段を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項１１】
上記計算されたガスの購入量となるようにガスエンジンを制御し、上記計算された冷房のための入力熱量及び暖房のための入力熱量となるように排熱利用吸収式冷凍機を制御し、上記計算された冷房のための入力電力及び暖房のための入力電力となるようにヒートポンプを制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の建物エネルギーシステムの制御方法。
【請求項１２】
電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記エネルギー変換手段の変換効率と、上記エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換手段の出力容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１３】
電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、複数のエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記各エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記各エネルギー変換手段の変換効率と、上記各エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記各エネルギー変換手段における入力エネルギー量及び最大入力容量と部分負荷率との間の関係と、上記各エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記各エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段の出力容量と、上記各エネルギー変換手段の部分負荷率と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１４】
電力供給源と都市ガス供給源からのエネルギーに基づいて、ガスエンジンとヒートポンプと排熱利用吸収式冷凍機とを用いて、電力負荷と冷房負荷と暖房負荷とにエネルギーを供給するためのコージェネレーションシステムを含む建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
電力負荷量と冷房負荷量と暖房負荷量とを含む入力エネルギー量と、ガスエンジンの装置価格と、ヒートポンプの装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の台数と、ヒートポンプの台数と、電力料金データと、ガス料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトンアルゴリズムを用いて、上記評価関数の関数値が最小となるように、購入電力量と、購入電力量の最大値と、購入ガス量と、購入ガス量の最大値と、冷房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、暖房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、冷房のためのヒートポンプへの入力電力量と、暖房のためのヒートポンプへの入力電力量と、廃棄電力量と、廃棄排熱量と、排熱利用吸収式冷凍機の装置容量と、ヒートポンプの装置容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストと、電力のランニングコストと、ガスのランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１５】
上記温熱負荷は、暖房負荷と給湯負荷とのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１６】
上記エネルギー変換手段は、発電機と、電気式熱源と、製氷用熱源及び蓄熱槽と、排熱利用機と、燃料式冷温水発生器と、ガスヒートポンプと、燃料式ボイラとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２、１３又は１５記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１７】
上記評価関数は、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコストとの差を、上記建物エネルギーシステムのランニングコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのランニングコストとの差で除算してなる投資回収年数であることを特徴とする請求項１２乃至１６のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１８】
上記評価関数は、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたエネルギーの消費量であることを特徴とする請求項１２乃至１６のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項１９】
上記評価関数は、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたＣＯ2の排出量であることを特徴とする請求項１２乃至１６のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項２０】
上記評価関数は、請求項１７記載の投資回収年数と、請求項１８記載のエネルギーの消費量と、請求項１９記載のＣＯ2の排出量との線形結合で表された評価関数であることを特徴とする請求項１２乃至１６のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項２１】
上記計算された入力エネルギー量となるように上記各エネルギー変換手段を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１２又は１３記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項２２】
上記計算されたガスの購入量となるようにガスエンジンを制御し、上記計算された冷房のための入力熱量及び暖房のための入力熱量となるように排熱利用吸収式冷凍機を制御し、上記計算された冷房のための入力電力及び暖房のための入力電力となるようにヒートポンプを制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１４記載の建物エネルギーシステムの制御装置。
【請求項２３】
請求項１乃至１１のうちの１つに記載の建物エネルギーシステムの制御方法における各ステップを含む制御処理プログラムを記録したことを特徴とする建物エネルギーシステムの制御処理プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法及び装置、並びに建物エネルギーシステムの制御処理プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステム（以下、ＣＧＳという。）は、従来、単一のエネルギーから、二つ以上の有効なエネルギーを得るものであるが、ここでは、ガス燃料により発電を行うと同時にその排熱を回収して熱を供給するシステムを対象とする。このため、ＣＧＳは、エネルギー有効利用やピーク電力負荷問題に対しても有効であり、地球環境問題の対策などにも期待されているシステムである（例えば、従来技術文献１「空気調和・衛生工学会，”都市ガスによるコージェネレーションシステム計画・設計と評価”，丸善，１９９４年」参照。）。
【０００３】
ＣＧＳの設計における重要な課題は、電気及び熱の需要量に基づいて、長期的な経済性にすぐれた方式及び装置構成を決めることである。しかしながら、各装置の運用方策を考慮し、装置の構成・容量を決めるのは非常に複雑で、一般に困難を極める問題である。このため、電力需要追従や熱需要追従といったシステム運用にルールを定めて、シミュレーション的手法により経済的評価やシステム運用を実施しているのが、従来の一般的な手法（以下、従来例という。）である（例えば、従来技術文献１及び従来技術文献２「藁谷ほか，”建物設備の設計要素が省エネルギー効果に及ぼす影響の分析１”，１９９７年空気調和・衛生工学会学術講演会論文集」参照。）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、従来は、ガスエンジンの運転を電力需要に応じて設定する（電主導）か、冷暖房需要に応じて設定する（熱主導）かにより、設計条件を評価していた。このため、運転条件を設定したときの評価は可能であるが、運転条件をも含めた最適化計算ができないという問題点があった。
【０００５】
また、建物エネルギーシステムは、電力供給源と燃料供給源からエネルギーを得つつ、建物に必要とされている電力負荷、冷房負荷又は冷熱負荷（冷房負荷は冷熱負荷ともいう。）、暖房負荷、給湯負荷を満たすシステムであり、ＣＧＳを含む建物エネルギーシステムにおいても同様の問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較して最適な設計ができ運用制御することができる建物エネルギーシステムの制御方法及び装置、並びに制御処理プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法は、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記エネルギー変換手段の変換効率と、上記エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換手段の出力容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法は、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、複数のエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記各エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記各エネルギー変換手段の変換効率と、上記各エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記各エネルギー変換手段における入力エネルギー量及び最大入力容量と部分負荷率との間の関係と、上記各エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記各エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段の出力容量と、上記各エネルギー変換手段の部分負荷率と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
さらに、第３の発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法は、電力供給源と都市ガス供給源からのエネルギーに基づいて、ガスエンジンとヒートポンプと排熱利用吸収式冷凍機とを用いて、電力負荷と冷房負荷と暖房負荷とにエネルギーを供給するためのコージェネレーションシステムを含む建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
電力負荷量と冷房負荷量と暖房負荷量とを含む入力エネルギー量と、ガスエンジンの装置価格と、ヒートポンプの装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の台数と、ヒートポンプの台数と、電力料金データと、ガス料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力するステップと、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶するステップと、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトンアルゴリズムを用いて、上記評価関数の関数値が最小となるように、購入電力量と、購入電力量の最大値と、購入ガス量と、購入ガス量の最大値と、冷房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、暖房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、冷房のためのヒートポンプへの入力電力量と、暖房のためのヒートポンプへの入力電力量と、廃棄電力量と、廃棄排熱量と、排熱利用吸収式冷凍機の装置容量と、ヒートポンプの装置容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストと、電力のランニングコストと、ガスのランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力するステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記建物エネルギーシステムの制御方法において、上記温熱負荷は、好ましくは、暖房負荷と給湯負荷とのうちの少なくとも１つを含む。また、上記エネルギー変換手段は、好ましくは、発電機と、電気式熱源と、製氷用熱源及び蓄熱槽と、排熱利用機と、燃料式冷温水発生器と、ガスヒートポンプと、燃料式ボイラとのうちの少なくとも１つを含む。
【００１１】
上記建物エネルギーシステムの制御方法において、上記評価関数は、好ましくは、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコストとの差を、上記建物エネルギーシステムのランニングコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのランニングコストとの差で除算してなる投資回収年数である。また、上記評価関数は、好ましくは、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたエネルギーの消費量である。さらに、上記評価関数は、好ましくは、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたＣＯ2の排出量である。さらに、上記評価関数は、好ましくは、上記投資回収年数と、上記エネルギーの消費量と、上記ＣＯ2の排出量との線形結合で表された評価関数である。
【００１２】
上記第１又は第２の発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法において、好ましくは、上記計算された入力エネルギー量となるように上記各エネルギー変換手段を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うステップをさらに含む。また、上記第３の発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法において、好ましくは、上記計算されたガスの購入量となるようにガスエンジンを制御し、上記計算された冷房のための入力熱量及び暖房のための入力熱量となるように排熱利用吸収式冷凍機を制御し、上記計算された冷房のための入力電力及び暖房のための入力電力となるようにヒートポンプを制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うステップをさらに含む。
【００１３】
第４の発明に係る建物エネルギーシステムの制御装置は、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記エネルギー変換手段の変換効率と、上記エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換手段の出力容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明に係る建物エネルギーシステムの制御装置は、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、複数のエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記各エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記各エネルギー変換手段の変換効率と、上記各エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記各エネルギー変換手段における入力エネルギー量及び最大入力容量と部分負荷率との間の関係と、上記各エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記各エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記各エネルギー変換手段の出力容量と、上記各エネルギー変換手段の部分負荷率と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、第６の発明に係る建物エネルギーシステムの制御装置は、電力供給源と都市ガス供給源からのエネルギーに基づいて、ガスエンジンとヒートポンプと排熱利用吸収式冷凍機とを用いて、電力負荷と冷房負荷と暖房負荷とにエネルギーを供給するためのコージェネレーションシステムを含む建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御装置であって、
電力負荷量と冷房負荷量と暖房負荷量とを含む入力エネルギー量と、ガスエンジンの装置価格と、ヒートポンプの装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の装置価格と、排熱利用吸収式冷凍機の台数と、ヒートポンプの台数と、電力料金データと、ガス料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力する入力手段と、
上記入力手段によって入力された入力パラメータを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトンアルゴリズムを用いて、上記評価関数の関数値が最小となるように、購入電力量と、購入電力量の最大値と、購入ガス量と、購入ガス量の最大値と、冷房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、暖房のための排熱利用吸収式冷凍機への入力熱量と、冷房のためのヒートポンプへの入力電力量と、暖房のためのヒートポンプへの入力電力量と、廃棄電力量と、廃棄排熱量と、排熱利用吸収式冷凍機の装置容量と、ヒートポンプの装置容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストと、電力のランニングコストと、ガスのランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記建物エネルギーシステムの制御装置において、上記温熱負荷は、好ましくは、暖房負荷と給湯負荷とのうちの少なくとも１つを含む。また、上記エネルギー変換手段は、好ましくは、発電機と、電気式熱源と、製氷用熱源及び蓄熱槽と、排熱利用機と、燃料式冷温水発生器と、ガスヒートポンプと、燃料式ボイラとのうちの少なくとも１つを含む。
【００１７】
上記建物エネルギーシステムの制御装置において、上記評価関数は、好ましくは、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコストとの差を、上記建物エネルギーシステムのランニングコストと上記比較対象のエネルギー供給システムのランニングコストとの差で除算してなる投資回収年数である。また、上記評価関数は、好ましくは、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたエネルギーの消費量である。さらに、上記評価関数は、好ましくは、上記各入力エネルギー量の線形結合で表されたＣＯ2の排出量である。さらに、上記評価関数は、好ましくは、上記投資回収年数と、上記エネルギーの消費量と、上記ＣＯ2の排出量との線形結合で表された評価関数である。
【００１８】
上記第１又は第２の発明に係る建物エネルギーシステムの制御装置において、好ましくは、上記計算された入力エネルギー量となるように上記各エネルギー変換手段を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う制御手段をさらに備える。また、上記第３の発明に係る建物エネルギーシステムの制御装置において、好ましくは、上記計算されたガスの購入量となるようにガスエンジンを制御し、上記計算された冷房のための入力熱量及び暖房のための入力熱量となるように排熱利用吸収式冷凍機を制御し、上記計算された冷房のための入力電力及び暖房のための入力電力となるようにヒートポンプを制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う制御手段をさらに備える。
【００１９】
第７の発明に係る建物エネルギーシステムの制御処理プログラムを記録した記録媒体は、上記建物エネルギーシステムの制御方法における各ステップを含む制御処理プログラムを記録したことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る第１の実施形態であるコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）の制御装置の構成を示すブロック図である。この第１の実施形態のＣＧＳ１００の制御装置は、電力供給源ＥＰと都市ガス供給源ＵＧからのエネルギーに基づいて、ガスエンジン３１とヒートポンプ３０と排熱利用吸収式冷凍機３２とを用いて、電力負荷と冷房負荷と暖房負荷とにエネルギーを供給するためのコージェネレーションシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御し、ここで、所定の入力パラメータに基づいてハミルトンアルゴリズムを用いて上記評価関数の関数値が最小となるように、所定の変数及び出力パラメータを計算して出力し、そして、計算された出力パラメータとなるようにガスエンジン３１、排熱利用吸収式冷凍機３２及びヒートポンプ３０を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うことを特徴としている。
【００２２】
まず、ＣＧＳ１００のモデルについて説明する。設計制御の対象とするＣＧＳモデルと比較モデル（比較対象のエネルギー供給システムのモデルをいう。）を図３及び図４に示す。図３のＣＧＳモデルにおいて、電力供給源ＥＰからの電気エネルギーはヒートポンプ（以下、ＨＰという。）３０及び電力負荷Ｌ１に供給され、都市ガス供給源ＵＧからのガスエネルギーはガスエンジン（以下、ＧＥという。）に供給される。ＧＥ３１は、供給されるガスエネルギーを電気エネルギーに変換してＨＰ３０及び電力負荷Ｌ１に出力し、ここで、エネルギー変換時に排熱する。ＨＰ３０は、電力供給源ＥＰ及びＧＥ３１からの電気エネルギーを熱エネルギーに変換して発生し、冷房負荷Ｌ２と暖房負荷Ｌ３に出力する。一方、排熱利用吸収式冷凍機（以下、ＡＲという。）３２は、公知の排熱利用吸収方法により、ＧＥ３１からの排熱を利用して、冷房負荷Ｌ２及び暖房負荷Ｌ３から熱エネルギーを吸収して冷凍作用を行う。ここで、電力負荷Ｌ１は照明機器や電気機器などを含み、冷房負荷Ｌ２は冷房機を含み、暖房負荷Ｌ３は暖房機を含む。
【００２３】
一方、図４の比較モデルでは、電力供給源ＥＰからの電気エネルギーがＨＰ３０及び電力負荷Ｌ１に供給され、ＨＰ３０は電力供給源ＥＰのみからの電気エネルギーを熱エネルギーに変換して発生し、冷房負荷Ｌ２と暖房負荷Ｌ３に出力する。
【００２４】
すなわち、ＣＧＳ１００では、電力以外に都市ガスを購入してＧＥ３１による発電電力と排熱を建物の電力、冷暖房負荷需要に利用するものである。ＣＧＳ１００の経済性などの評価には、電力のみを購入し、冷暖房需要にはＨＰ３０を利用するモデルと比較した。ＣＧＳ１００を導入すると、ＨＰ３０は小容量化が可能であるが、発電のためのＧＥ３１や、ＡＲ３２が必要となる。
【００２５】
ＣＧＳ１００の経費は、イニシャルコストとして初期購入装置の費用を、ランニングコストとしてシステムを運用するために購入する電力やガスなどの購入費用とＣＧＳメンテナンスコストを考える。ランニングコストの低減を目的として、ＧＥ３１の容量を大きくすると、イニシャルコストが増大する。逆に、ＧＥ３１の容量を小さくすると、イニシャルコストは減少するがランニングコストの低減効果が小さくなる。また、季節・時間的に変動する電力需要と冷暖房の熱需要が比例的に変化しない場合が多く、このことがシステム設計を複雑にしている。このような条件に対して効率的に運用できる経済的なシステムを設計する必要がある。本実施形態では、ＣＧＳ１００の導入によるイニシャルコストの増加分をランニングコストの減少により何年で回収できるか（投資回収年数）を評価関数とし、投資回収年数を最小にするシステムとその運用条件を計算し、ＣＧＳ１００を制御する制御装置について開示する。
【００２６】
図１において、本実施形態のＣＧＳの制御装置は、デジタル計算機で構成され、
（ａ）当該制御装置の動作及び処理を演算及び制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）１０と、
（ｂ）オペレーションプログラムなどの基本プログラム及びそれを実行するために必要なデータを格納するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１１と、
（ｃ）ＣＰＵ１０のワーキングメモリとして動作し、ＣＧＳの制御処理で必要なパラメータやデータを一時的に格納するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１２と、
（ｄ）例えばハードディスクメモリで構成され、入力パラメータを記憶する入力パラメータ１と、変数及び出力パラメータを記憶する変数及び出力パラメータメモリ４２と、評価関数の関数データを記憶する評価関数データメモリ４３とを備えたパラメータメモリ１３と、
（ｅ）入力パラメータのデータや指示コマンドを入力するためのキーボード１４に接続され、キーボード１４から入力されたデータや指示コマンドを受信して所定の信号変換などのインターフェース処理を行ってＣＰＵ１０に伝送するキーボードインターフェース２１と、
（ｆ）ＣＰＵ１０によって計算された出力パラメータや制御情報、設定指示画面などを表示するＣＲＴディスプレイ１５に接続され、表示すべき画像データをＣＲＴディスプレイ１５用の画像信号に変換してＣＲＴディスプレイ１５に出力して表示するディスプレイインターフェース２２と、
（ｇ）ＣＰＵ１０によって計算された出力パラメータや制御情報、設定指示画面などを印字するプリンタ１６に接続され、印字すべき印字データの所定の信号変換などを行ってプリンタ１６に出力して印字するプリンタインターフェース２３と、
（ｈ）ＣＰＵ１０によって計算された出力パラメータや制御情報に基づいて制御されるＣＧＳ１００に接続され、それらのデータの所定の信号変換などを行ってＣＧＳ１００に出力して制御する制御インターフェース２４と、
（ｉ）ＣＧＳの制御処理プログラムが記憶されたＣＤ−ＲＯＭ１８から制御処理処理プログラムのプログラムデータを読み出すＣＤ−ＲＯＭドライブ装置１７に接続され、読み出された制御処理プログラムのプログラムデータを所定の信号変換などを行ってＲＡＭ１２又は別のハードディスクメモリに（図示せず。）に転送するドライブ装置インターフェース２５とを備え、
これらの回路１０−１３及び２１−２５はバス２０を介して接続される。
【００２７】
当該制御装置において、詳細後述するＣＧＳの制御処理のための制御処理プログラムは，上述のように、ＣＤ−ＲＯＭ１８に格納してもよいし、ＲＡＭ１２又は別のハードディスクメモリに予め記憶するようにしてもよい。
【００２８】
本実施形態に係るＣＧＳモデルは以下の条件を仮定した。
（１）ＧＥ３１からの排熱の廃棄及び発電余剰電力を許可する。
（２）ＡＲ３２とＨＰ３０は月単位で冷房又は暖房の運転する。
（３）ＡＲ３２とＨＰ３０の台数分割を考慮する。
（４）ＧＥ３１、ＡＲ３２、ＨＰ３０の装置は任意の容量を可能とする。
（５）各装置３０−３２の部分負荷特性は考慮しない。
【００２９】
次いで、ＣＧＳの制御処理で用いる各種データ及びその計算式について説明する。
【００３０】
（ａ）電力、冷房、暖房負荷データ
ｍ月ｈ時の月標準の電力負荷（ｋＷ）、冷房負荷（ｋＷ）、暖房負荷（ｋＷ）は、それぞれ、ｄd（ｍ，ｈ）、ｄc（ｍ，ｈ）、ｄw（ｍ，ｈ）で与える。
【００３１】
（ｂ）装置性能及び価格データ
最大入力容量ｘgmを持つＧＥ３１の発電効率をηgd、排熱回収率をηgt、イニシャルコスト（工事費も含む装置価格）をＧg（ηgdｘgm）とする。最大入力容量ｘamを持つＡＲ３２の冷房効率をηac、暖房効率をηaw、イニシャルコストをＧa（ηacｘam）とする。最大入力容量ｘhmを持つＨＰ３０の冷房効率をηhc、暖房効率をηhw、イニシャルコストをＧh（ηhcｘhm）とする。ここでは、装置コストは実質価格をもとに、次式で近似した。ここで、ａijは近似のための係数である。
【００３２】
【数１】
Ｇg(ηgdｘgm）＝ａ11ηgdｘgm−ａ12（ηgdｘgm）a13
【数２】
Ｇa（ηacｘam）＝ａ21＋ａ22ηacｘam
【数３】
Ｇh（ηhcｘhm）＝ａ31ηhcｘhm−ａ32（ηhcｘhm）a33
【００３３】
（ｃ）電力、都市ガス、ＣＧＳメンテナンスのコスト
購入電力の時間当たりのピーク値をｘdm、１年間の積算値をｘds、使用電力量あたりの基本料金と従量料金をそれぞれｃdp、ｃds、また、購入ガスの時間当たりのピーク値をｘgm、１年間の積算値をｘgs、定額基本料金、使用ガス量あたりの従量基本料金と従量料金をそれぞれｃgb、ｃgp、ｃgsとし、発電量あたりのＣＧＳメンテナンスコストをｃcmとする。１年間の電力ランニングコストｘrcd、及びＣＧＳメンテナンスを含むガスランニングコストｘrcg、総ランニングコストｘrcは次式となる。
【００３４】
【数４】
ｘrcd＝ｃdpｘdm＋ｃdsｘds
【数５】
ｘrcg＝ｃgb＋ｃgpｘgm＋（ｃgs＋ｃcmηgd）ｘgs
【数６】
ｘrc＝ｘrcd＋ｘrcg
【００３５】
次いで、ＣＧＳモデルの変数について説明する。計算には、購入電力ｘd（ｍ，ｈ）、購入ガスｘg（ｍ，ｈ）、冷房及び暖房のためのＡＲ３２の入力熱エネルギーｘac（ｍ，ｈ）、ｘaw（ｍ，ｈ）、冷房及び暖房のためのＨＰ３０の入力電力ｘhc（ｍ，ｈ）、ｘhw（ｍ，ｈ）、余剰電力ｚd（ｍ，ｈ）、廃棄する余剰排熱ｚt（ｍ，ｈ）、をそれぞれ負でない変数とする。電力エネルギー、ＧＥ３１の排熱出力、冷房負荷、暖房負荷で以下の関係が成立する。
【００３６】
【数７】
ｘd（ｍ，ｈ）＋ηgdｘg（ｍ，ｈ）
＝ｄd（ｍ，ｈ）＋ｘhc（ｍ，ｈ）＋ｘhw（ｍ，ｈ）＋ｚd（ｍ，ｈ）
【数８】
ηgtｘg（ｍ，ｈ）＝ｘac（ｍ，ｈ）＋ｘaw（ｍ，ｈ）＋ｚt（ｍ，ｈ）
【数９】
ηacｘac（ｍ，ｈ）＋ηhcｘhc（ｍ，ｈ）＝ｄc（ｍ，ｈ）
【数１０】
ηawｘaw（ｍ，ｈ）＋ηhwｘhw（ｍ，ｈ）＝ｄw（ｍ，ｈ）
【００３７】
台数分割のイニシャルコストの計算においては、ＨＰ３０をｎh台に均等に分割したとき、ｍ月の冷房及び暖房への台数振り分け後の１台あたりの入力容量ｘhm（ｍ）を計算する。ＨＰ３０が賄う暖房負荷がない月は、次式となる。
【００３８】
【数１１】
0004275259.tif 000002
【００３９】
同様に、ＨＰ３０が賄う冷房負荷のない月は次式となる。
【００４０】
【数１２】
0004275259.tif 000003
【００４１】
冷暖房が同時に存在する月は、整数ｎx（０＜ｎx＜ｎh）を導入し次式となる。
【００４２】
【数１３】
ｘhm（ｍ）
＝Ｍｉｎ［Ｍａｘ［ｘhc（ｍ，ｈ）／ｎx，ｘhw（ｍ，ｈ）／（ｎh−ｎx）］］ｎx
【００４３】
従って、年間を通じた必要入力容量ｘhmは次式となる。
【００４４】
【数１４】
0004275259.tif 000004
【００４５】
非均等に２台に分割したＡＲ３２の必要入力容量ｘam1、ｘam2は、ＡＲ３２が賄う暖房負荷がない月は、次式となる。
【００４６】
【数１５】
0004275259.tif 000005
【００４７】
同様に、ＡＲ３２が賄う冷房負荷のない月は次式となる。
【００４８】
【数１６】
0004275259.tif 000006
【００４９】
冷暖房負荷が同時に存在する月は次式となる。
【００５０】
【数１７】
0004275259.tif 000007
【数１８】
0004275259.tif 000008
【００５１】
ここで、ＣＧＳのイニシャルコストｘic1は次式で与えられるとする。
【００５２】
【数１９】
ｘic1
＝Ｇg（ηgdｘgm）＋Ｇh（ηhcｎhｘhm）＋Ｇa（ηacｘam1＋ηacｘam2）
【００５３】
また、ＨＰ３０の２台非均等分割の例では、このときのＨＰ３０の必要入力容量をｘhm1、ｘhm2とすると、ＡＲ３２と同様に計算でき、ＣＧＳ１００のイニシャルコストｘic2は次式で与えられる。
【００５４】
【数２０】
ｘic2
＝Ｇg（ηgdｘgm）＋Ｇh（ηhcｘhm1＋ηhcｘhm2）
＋Ｇa（ηacｘam1＋ηacｘam2）
【００５５】
次いで、各変数について説明する。本実施形態の制御装置は、装置価格、料金、建物の負荷データを含む入力データが与えられたとき、目的とする条件（評価関数）にあった、購入電力、ガス、装置容量などの出力データを計算する制御処理を行う。従って、本実施形態によれば、ユーザの求める条件にあったシステム構成を計算することができる。ここで、入力パラメータを表１に示し、このパラメータはキーボード１４を用いて入力されて入力パラメータメモリ４１に記憶される。また、変数及び出力パラメータを表２に示し、このパラメータはＣＧＳの制御処理において計算途中で計算されるパラメータであってしかも出力パラメータとして出力されるパラメータである。
【００５６】
【表１】
入力パラメータ
―――――――――――――――――――――――――――――
電力負荷量                        ｄd（ｍ，ｈ）
冷房負荷量                        ｄc（ｍ，ｈ）
暖房負荷量                        ｄw（ｍ，ｈ）
―――――――――――――――――――――――――――――
ＧＥ３１の発電効率                ηgd
ＧＥ３１の排熱回収率              ηgt
ＡＲ３２の冷房効率                ηac
ＡＲ３２の暖房効率                ηaw
ＨＰ３０の冷房効率                ηhc
ＨＰ３０の暖房効率                ηhw
――――――――――――――――――――――――――――
ＧＥ装置価格近似式（数１）        Ｇg
ＡＲ装置価格近似式（数２）        Ｇa
ＨＰ装置価格近似式（数３）        Ｇh
―――――――――――――――――――――――――――――
ＡＲ分割台数                      ｎa
ＨＰ分割台数                      ｎh
―――――――――――――――――――――――――――――
電力基本料金                      ｃdp
電力従量料金                      ｃds
ガス定額基本料金                  ｃgb
ガス従量基本料金                  ｃgp
ガス従量料金                      ｃgs
―――――――――――――――――――――――――――――
ＣＧＳメンテナンスコスト          ｃcm
比較モデルのイニシャルコスト      ｙic
比較モデルのランニングコスト      ｙrc
―――――――――――――――――――――――――――――
【００５７】
表１において、装置価格の近似式については、係数が記憶される。すなわち、ＧＥ３１の工事費を含む装置価格であるイニシャルコストＧｇ（ηgd，ｘgm）を計算するためには、数１に示すように、発電効率ηgdと最大入力容量ｘgmからＧＥ３１のイニシャルコストを計算するための関係を予めパラメータメモリ１３に記憶する。また、ＡＲ３２の工事費を含む装置価格であるイニシャルコストＧａ（ηac，ｘam）を計算するためには、数２に示すように、冷房効率ηacと最大入力容量ｘamからＡＲ３２のイニシャルコストを計算するための関係を予めパラメータメモリ１３に記憶する。さらに、ＨＰ３３の工事費を含む装置価格であるイニシャルコストＧｈ（ηhc，ｘhm）を計算するためには、数３に示すように、冷房効率ηhcと最大入力容量ｘhmからＨＰ３３のイニシャルコストを計算するための関係を予めパラメータメモリ１３に記憶する。
【００５８】
【表２】
変数及び出力パラメータ
――――――――――――――――――――――――――――――
購入（入力）電力量                ｘd（ｍ，ｈ）
購入電力量の最大値                ｘdm
購入（入力）ガス量                ｘg（ｍ，ｈ）
購入ガス量の最大値                ｘgm
――――――――――――――――――――――――――――――
冷房のためのＡＲ入力熱量          ｘac（ｍ，ｈ）
暖房のためのＡＲ入力熱量          ｘaw（ｍ，ｈ）
冷房のためのＨＰ入力電力量        ｘhc（ｍ，ｈ）
暖房のためのＨＰ入力電力量        ｘhw（ｍ，ｈ）
――――――――――――――――――――――――――――――
廃棄電力量                        ｚd（ｍ，ｈ）
廃棄排熱量                        ｚt（ｍ，ｈ）
ＡＲ装置容量（出力容量）          ｘam
ＨＰ装置容量（出力容量）          ｘhm
――――――――――――――――――――――――――――――
ＣＧＳのイニシャルコスト          ｘic
電力のランニングコスト            ｘrcd
ガスのランニングコスト            ｘrcg
ＣＧＳのランニングコスト          ｘrc
――――――――――――――――――――――――――――――
【００５９】
本実施形態において、最適化計算の評価関数として、経済性評価において代表的な投資回収年数Ｕを用い、そのデータは評価関数データメモリ４３に記憶される。都市ガスを使用せず電力のみを使用した比較モデルのイニシャルコストｙicとランニングコストｙrcから、評価関数としての投資回収年数Ｕは次式となる。
【００６０】
【数２１】
Ｕ＝（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）
【００６１】
次いで、最適化の計算に使用した公知のハミルトニアンアルゴリズムを簡単に説明する。２ｎ次元で質点系の位置をｘ1，…，ｘn、運動量をｐ1，…，ｐnで表すと次式が成立する。
【００６２】
【数２２】
ｄｘi／ｄｔ＝∂Ｈ／∂ｐi
【数２３】
ｄｐi／ｄｔ＝−∂Ｈ／∂ｘi
【００６３】
その運動状態はハミルトニアンの正準方程式で記述できる。ここで、保存力（位置エネルギーＵ）を受けている質点（質量ｍ＝１）では、ハミルトンの特性関数Ｈは、次式で与えられる。
【００６４】
【数２４】
0004275259.tif 000009
【００６５】
ここで、ハミルトンの特性関数と運動量を消去すると次式が得られる。
【００６６】
【数２５】
ｄ2ｘi／ｄｔ2＝−∂Ｕ／∂ｘi
【００６７】
この式は、位置エネルギーから受ける力を加速度とした運動を示している。これをもとに、各変数が評価関数から受ける力をもとに、ヴェルレ法により運動を計算し、評価関数の最小値の点に収束させる計算法をハミルトニアンアルゴリズムと呼んでいる。数２５から明らかなように、運動量を導入することにより自由度の次元を上げており、我々は「高次元アルゴリズム」とも呼び、複雑なシステムの最適解を求める手法として利用している。
【００６８】
なお、実際の計算処理では、変数ｘd（ｍ，ｈ）、ｘg（ｍ，ｈ）、ｘac（ｍ，ｈ）、ｘaw（ｍ，ｈ）、ｘhc（ｍ，ｈ）、ｘhw（ｍ，ｈ）、ｚd（ｍ，ｈ）、ｚt（ｍ，ｈ）から、数７乃至数１０と、ｘd（ｍ，ｈ）とｚd（ｍ，ｈ）の関係を利用して変数を削減し、ｘhc（ｍ，ｈ）、ｘhw（ｍ，ｈ）、ｚt（ｍ，ｈ）の変数を選択した。これにより、１７２８（＝３×１２×２４×２）次元の位相空間での質点の運動を想定（仮定）し、評価関数から受ける力を加速度として、微小時間毎の変化を追跡し、最適化を行った。各変数の変化できる範囲と評価関数から算出する加速度の詳細は以下に示す。
【００６９】
ｘhc（ｍ，ｈ）、ｘhw（ｍ，ｈ）、ｚt（ｍ，ｈ）の変数に対する運動可能な範囲と、ＣＧＳモデルのイニシャルコストが数２０で表されるときの加速度計算のための展開式を以下に示す。ここで使用するＴｒｕｅ［］は、［］内が真のとき１、偽のとき０となる関数である。
【００７０】
（ａ）変数ｘhc（ｍ，ｈ）について
０≦ｘhc≦ｄc／ηhcのとき
【００７１】
【数２６】
∂Ｕ／∂ｘhc
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｘhc）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2｝（∂ｘrc／∂ｘhc）
【数２７】
∂ｘic／∂ｘhc
＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｘhc）
＋（∂Ｇa／∂ｘac）（∂ｘac／∂ｘhc）＋（∂Ｇh／∂ｘhc）
【数２８】
∂Ｇg／∂ｘg
＝（ａ11ηgd−ａ12ａ13ηgda13ｘgma13-1）Ｔｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］
【数２９】
∂ｘg／∂ｘhc＝−ηhc／（ηgtηac）
【数３０】
∂Ｇa／∂ｘac
＝ａ22ηac（Ｔｒｕｅ［ｘac＝ｘam1］＋Ｔｒｕｅ［ｘac＝ｘam2］）
【数３１】
∂ｘac／∂ｘhc＝−ηhc／ηac
【数３２】
∂Ｇh／∂ｘhc
＝（ａ31ηhc−ａ32ａ33ηhca33ｘhm）
×（Ｔｒｕｅ［ｘhc＝ｘhm1］＋Ｔｒｕｅ［ｘhc＝ｘhm2］）
【数３３】
∂ｘrc／∂ｘhc
＝（∂ｘrcd／∂ｘd）（∂ｘd／∂ｘhc）
＋（∂ｘrcg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｘhc）
【数３４】
∂ｘrcd／∂ｘd＝ｃdpＴｒｕｅ［ｘd＝ｘdm］＋ｃds
【数３５】
∂ｘrcg／∂ｘg＝ｃgpＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］＋ｃds＋ｃcmηgd
【数３６】
∂ｘd／∂ｘhc＝１−ηgd（∂ｘg／∂ｘhc）
【００７２】
（ｂ）変数ｘhw（ｍ，ｈ）について
０≦ｘhw≦ｄw／ηhwのとき
【００７３】
【数３７】
∂Ｕ／∂ｘhw
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｘhw）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2｝（∂ｘrc／∂ｘhw）
【数３８】
∂ｘic／∂ｘhw
＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｘhw）
＋（∂Ｇa／∂ｘaw）（∂ｘaw／∂ｘhw）＋（∂Ｇh／∂ｘhw）
【数３９】
∂ｘg／∂ｘhw＝−ηhw／（ηgtηaw）
【数４０】
∂Ｇa／∂ｘaw
＝ａ22ηaw（Ｔｒｕｅ［ｘaw＝ｘam1］＋Ｔｒｕｅ［ｘaw＝ｘam2］）
【数４１】
∂ｘaw／∂ｘhw＝−ηhw／ηaw
【数４２】
∂Ｇh／∂ｘhw
＝（ａ31ηhw−ａ32ａ33ηhwa33ｘhm）
×（Ｔｒｕｅ［ｘhw＝ｘhm1］＋Ｔｒｕｅ［ｘhw＝ｘhm2］）
【数４３】
∂ｘrc／∂ｘhw
＝(∂ｘrcd／∂ｘd)(∂ｘd／∂ｘhw)＋(∂ｘrcg／∂ｘg)(∂ｘg／∂ｘhw)
∂ｘd／∂ｘhw＝１−ηgd（∂ｘg／∂ｘhw）
【００７４】
（ｃ）変数ｚt（ｍ，ｈ）について
ｚt≧０のとき
【００７５】
【数４４】
∂Ｕ／∂ｚt
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｚt）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2｝（∂ｘrc／∂ｚt）
【数４５】
∂ｘic／∂ｚt＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｚt）
【数４６】
∂ｘg／∂ｚt＝１／ηgt
【数４７】
∂ｘrc／∂ｚt
＝（∂ｘrcd／∂ｘd）（∂ｘd／∂ｚt）＋（∂ｘrcg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｚt）
【数４８】
∂ｘd／∂ｚt＝−ηgd（∂ｘg／∂ｚt）
【００７６】
図２は、図１のコージェネレーションシステムの制御装置によって実行されるＣＧＳ制御処理を示すフローチャートである。図２において、まず，ステップＳ１で入力パラメータを入力した（割り込み処理）か否かが判断され、ＹＥＳとなったとき、ステップＳ２で投資回収年数Ｕ1を最小とする評価関数に基づくハミルトニアンアルゴリズムを用いて変数及び出力パラメータを計算して変数及び出力パラメータメモリ４２に記憶する。本実施形態では、数２１の評価関数の関数値が最小となるように、公知のハミルトニアンアルゴリズムを用いて変数及び出力パラメータを計算する。次いで、ステップＳ３では、計算された変数及び出力パラメータをＣＲＴディスプレイ１５に表示するとともに、プリンタ１６を用いて印字する。そして、ステップＳ４では、計算された出力パラメータ値となるように、ＣＧＳ１００の各装置を制御して運用する。ステップＳ４の運用制御処理では、具体的には、計算された購入ガス量ｘg（ｍ，ｈ）となるようにＧＥ３１を制御し、冷房のためのＡＲ入力熱量ｘac（ｍ，ｈ）及び暖房のためのＡＲ入力熱量ｘaw（ｍ，ｈ）となるようにＡＲ３２を制御し、冷房のためのＨＰ入力電力ｘhc（ｍ，ｈ）及び暖房のためのＨＰ入力電力ｘhw（ｍ，ｈ）となるようにＨＰ３０を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うことができる。
【００７７】
【実施例】
本発明者らは、図１のＣＧＳの制御装置のシミュレーションを行った。その計算条件と結果について以下に説明する。
【００７８】
ＣＧＳモデルで投資回収年数を最小とするシステムの最適化計算に使用したデータは以下の通りである。
（ａ）負荷データ
負荷データは、冷暖房需要が同時に存在する延べ床面積１０，０００ｍ2の標準的なホテルを想定した。電力、冷房、暖房の月別時刻単位の負荷変動を図５乃至図７に示す。
（ｂ）装置価格
工事費を含んだ複数メーカの装置の市場価格とその近似値を図８乃至図１０に示す。このときの、数１乃至数３の係数は、出力容量（ｋＷ）、価格（千円）としたとき、それぞれ、ａ11＝３８０、ａ12＝３．１、ａ13＝１．５、ａ21＝１０，０００、ａ22＝５５、ａ31＝９５、ａ32＝１１、ａ33＝１．２とした。本実施例では、台数分割したときは、容量の合計で装置価格を決めており、分割によるコスト損を考慮していない。
（ｃ）料金係数データ
電力、都市ガスの料金及びＣＧＳ１００のメンテナンスに必要なコストの計算には、使用量（ｋＷ）、料金（千円）としたとき、それぞれ、ｃdp＝１８．７２、ｃds＝０．４８、ｃgb＝５４０、ｃgp＝１．１８４、ｃgs＝０．０６６７８、ｃcm＝０．１０５とした。ここでは、１ヶ月を３０日として年間ランニングコストを計算している。
上記のデータを使用した時の比較モデルのイニシャルコストとランニングコストは、それぞれ、ｙic＝４７７１７とｙrc＝７１２０３（単位千円）である。
【００７９】
本実施例の計算では、下記の３つのＣＧＳモデルについて投資回収年数Ｕを最小とする計算を実施した。
（ａ）モデル１
ＡＲ３２を１台、必要な容量を均等に分割したＨＰ３０を複数台使用したＣＧＳモデルであり、ＡＲ３２の使用は、各月の冷暖房負荷に対して、大きい負荷に優先的に使用した。
（ｂ）モデル２
必要な容量を非均等に分割したＡＲ３２を２台と、必要な容量を均等に分割したＨＰ３０を複数台使用したＣＧＳモデルである。
（ｃ）モデル３
ＡＲ３２、ＨＰ３０とも必要な容量を非均等に２台に分割したＣＧＳモデルである。
【００８０】
さらに、本実施例のシミュレーションにおける計算結果について以下に説明する。各モデルで最小となる投資回収年数の計算結果を図１１に、そのときの、イニシャルコスト、ランニングコスト、総廃棄熱量の計算結果を、それぞれ、図１２乃至図１４に示す。また、同じく投資回収年数が最小となるときのイニシャルコスト及びランニングコストの内訳を図１５及び図１６に示す。これらの計算結果について以下に説明する。
【００８１】
（ａ）モデル１とモデル２
投資回収年数を評価関数として最適化すると、ＨＰ３０の分割数が少ないときは、廃棄する熱量が存在してもガスを多く購入しランニングコストを低減している。ＨＰ３０の分割数を増加させるにしたがい、ガスの無駄遣いを減らし（廃棄熱量の低減）て電力を利用し、イニシャルコストの低減とランニングコストの増加による投資回収年数の低減を可能としている。これらの変化は、図１５及び図１６から明らかである。ここで使用した負荷データではＨＰの分割数４ないし５程度でその効果は飽和し、それ以上分割台数を増加させてもその効果はほとんどないことが分かった。
【００８２】
モデル１とモデル２で、投資回収年数、イニシャルコスト、ランニングコストは、ほぼ、同様の傾向を示す。ＡＲを非均等に分割したモデル２では、モデル１より投資回収年数の低減を期待したが、計算結果では低減できなかった。しかし、必要な容量を非均等に分割した効果として、図１４から廃棄熱量のわずかな低減が期待できる。このときの容量の分割の割合は、１／２０以下であった。
【００８３】
（ｂ）モデル３
図１１乃至図１９の結果から、モデル３は、モデル１と２のＨＰ分割数を増加させたときの投資回収年数を実現できることが分かった。この結果は、ＡＲ３２及びＨＰ３０ともに２分割と分割数は少ないが、非均等分割を行うことにより、投資回収年数を最小とする条件のもとで、かなり理想的なシステム最適化が可能なことがわかった。このときのＡＲ３２の分割比は約１４：１、ＨＰの分割比は約４：１であった。
【００８４】
本実施例では、ＣＧＳの運用を電力需要追従や熱需要追従などのルールを定めず、投資回収年数を最小とするシステムの最適化及び装置分割の依存性を検討した。その結果、エネルギー購入時の料金体系も含んだ投資回収年数による評価が、ハミルトニアンアルゴリズムを使用することにより可能であることを確認した。このような評価法は、理想的な運用によるシステム最適化とその運用条件に関する詳細な計算値を導出する上で、有効な手段である。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によれば、制御変数が多く複雑な動きをするシステムの最適化計算に有効なハミルトニアンアルゴリズムを利用して、経済性の観点からＣＧＳの制御方法及び装置を提供している。電力需要追従や熱需要追従などのシステム運用ルールを定めず、装置分割を考慮したＣＧＳにおいて、購入電力、購入ガスの料金体系を含めた投資回収年数を評価関数として、システムの最適化を行った結果、本制御方法及び装置がＣＧＳの最適運用を考慮した設計に有効であることを確認した。
【００８６】
＜変形例＞
以上の実施形態では、評価関数を投資回収年数Ｕ1として、この値が最小となるＣＧＳ１００の設計及び制御を行っているが、本発明はこれに限らず、以下の評価関数を用いてもよい。
【００８７】
（Ａ）評価関数を１次エネルギー消費量Ｕ2として、この値が最小となるＣＧＳ１００の設計及び制御を行ってもよい。
【数４９】
Ｕ2＝ｃ1ｘds＋ｃ2ｘgs
ここで、ｃ1，ｃ2はそれぞれ電力及び都市ガスの購入量から１次エネルギーに変換するための係数であり、ｘds，ｘgsはそれぞれ電力及びガスの購入量である。
【００８８】
（Ｂ）評価関数をＣＯ2排出量Ｕ3として、この値が最小となるＣＧＳ１００の設計及び制御を行ってもよい。
【数５０】
Ｕ3＝ｃ3ｘds＋ｃ4ｘgs
ここで、ｃ3，ｃ4はそれぞれ電力及び都市ガスの購入量からＣＯ2排出量に変換するための係数であり、ｘds，ｘgsはそれぞれ電力及びガスの購入量である。
【００８９】
（Ｃ）さらに、評価関数Ｕを次式で表すように、評価関数Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の線形結合で表し、その重みづけ係数ｋ1、ｋ2、ｋ3を自由に選択することにより、所望の性能を有するＣＧＳ１００の設計及び制御を行ってもよい。
【数５１】
Ｕ＝ｋ1Ｕ1＋ｋ1Ｕ2＋ｋ1Ｕ3
【００９０】
本実施形態においては、図２のＣＧＳの制御処理のプログラムデータをＣＤ−ＲＯＭ１７ａに格納しているが、本発明はこれに限らず、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ＭＯなどの光ディスク又は光磁気ディスクの記録媒体、もしくは、フロッピーディスクなどの磁気ディスクの記録媒体など種々の記録媒体に格納してもよい。これらの記録媒体は，コンピュータで読み取り可能な記録媒体である。また、図２の制御処理のプログラムデータを予めＲＯＭ１１又は別のメモリに格納して当該ＣＧＳの制御処理を実行してもよい。
【００９１】
＜第１の実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）所望の評価関数のもとで、また所定の運用条件で、最適なシステム設計条件を算出できる。ここで、評価関数は、経済性のみならず、エネルギー効率、環境性などの評価関数を用いることができ、ＣＧＳ１００の最適な設計を行うことができ、最適な条件で運用制御することができる。
（２）台数分割による複数の装置の利用、冷暖需要が同時に存在する負荷条件、イニシャルコストも変数として、ＣＧＳ１００の最適な設計ができ運用制御することができる。
（３）それ故、電主導、熱主導に無関係な運用条件で、また、冷暖房用装置の均等分割又は不均等分割による効率的運用条件で、ＣＧＳ１００の最適な設計ができ運用制御することができる。
【００９２】
＜用語の補足説明＞
まず、ＣＧＳのメインテナンスコスト（保守コスト）について説明する。メインテナンスコストは維持修理費差額とも呼ばれ、以下に示すようにＣＧＳの保守は数年にわたり一巡するので、その年平均費用と一般方式との差額として定義される。
（１）標準点検整備費：ＣＧＳの製造会社との間で行われる定期的な整備費、部品交換費であり、数年単位サイクルとなるのでこれらの総計を年平均とする。
（２）脱硝及び消耗品：脱硝に必要な装置の交換及び純水製造、水処理、薬品代及び潤滑油代を見込む。
（３）保守管理費：日常点検を行う場合、またはボイラ・タービン主任技術者の選任などにより、必要となる人件費を見込む。
【００９３】
次いで、経済性を評価するための指標について説明する。ランニングコストとイニシャルコストに基づいて、ＣＧＳの経済性が評価される。代表的な経済性評価指標には、単純回収年数、年間経常費、ライフサイクルコストなどがある。
（ａ）単純回収年数：単純回収年数（単純償却年数）は、次式のように、ＣＧＳの導入による従来システムに対する設備投資分を年間の運転メリットで除算したもので、金利などのファクタは加味しない。簡便で定性的な比較に優れているため、初期の企画段階から最もよく使われている指標である。しかし、設備や建物の耐用年数に対応する長期間の定量的経済性評価には適した指標とはいえない。単純回収年数でＣＧＳの経済性を評価する場合、一般に民生用の建物では、単純回収年数で３〜５年以内がＣＧＳの導入意思決定の目安と考えてよい。
【００９４】
【数５２】
単純回収年数
＝｛（コージェネレーションシステムのイニシャルコスト）
−（従来システムのイニシャルコスト）｝
／｛（従来システムのランニングコスト）
−（コージェネレーションシステムのランニングコスト）｝
【００９５】
（ｂ）年間経常費：年間経常費は、ランニングコストに、固定費を加えたものである。固定費とは、イニシャルコストを耐用年数や金利などを考慮して、１年当たりの金額に換算したもので、以下の式で求められる。
【００９６】
【数５３】
ＰＴ
＝Ｃ｛（１＋Ａｒ’）×｛ｉ（１＋ｉ）t／（１＋ｉ）t-1｝
＋｛Ａｒ（１−Ｓ／Ｃ）｝／（１−t√（Ｓ／Ｃ））×ｔ｝
【００９７】
ここで、ＰＴは固定費（円／年）、Ｃは設備費（円）、Ａは税及び保険料に対する設備の評価額を設備費で除した割合（評価率）、Ｓは残存価格（円）、ｉは利率、ｔは耐用年数、ｒ，ｒ’はそれぞれ保険料率、税率である。年間経常費は、長期的な経済性の効果を評価することができる最も簡便な指標である。
【００９８】
（ｃ）ライフサイクルコスト（ＬＣＣ）：ライフサイクルコストは、最近、年間経常費に代わる指標として注目されている長期的な経済性指標で、金利や物価上昇、エネルギー単価の上昇をも加味し、企画設計、建設にかかる費用から、保守管理、修理、保険及び廃棄処分費まですべて考慮して評価する。正確なコストや数量など細部にわたる詳細な積算資料がないと精度が得られず、考慮するファクターも多いため計算はわかりにくいものにならざるをえない。そのため、企画や初期の設計段階では試算しにくい指標とされてきた。しかし、ライフサイクルコストは、省エネルギーに起因する運転費のメリットをより適正に評価できる指標で、定量的な経済性効果を需要家に提示する意味で意義がある。以下に試算概念を示す。
【００９９】
【数５４】
0004275259.tif 000010
【０１００】
ここで、ＬＣＣはライフサイクルコスト、Ｃeは企画・設計・建設の初期コスト、Ｆpは現価換算率＝１／（１＋ｉ）n、ＣRは建物の寿命中の部材の修理費・更新費、Ｃojはｊ年度の年間運転費（ベース年換算）、Ｉojはｊ年度のインフレ率（金利上昇率）、Ｃmjはベース年換算のｊ年次の年間維持費、Ｓは廃棄処分費又は残存価値、ｉは利息である。
【０１０１】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態においては、第１の実施形態のＣＧＳにおいて、ガスエンジン３１、ヒートポンプ３０、排熱利用吸収式冷凍機（ＡＲ）３２（冷暖房機として用いる。）などのエネルギー変換装置において、部分負荷状態（最大定格出力が出ておらず、所定の部分負荷率で部分的に出力が出ている状態をいう。）における性能変化の状態を考慮して、すなわち、部分負荷特性を考慮してＣＧＳの最適な設計、制御、運用を行う。第１の実施形態では、最大負荷を基準に設計された通常部分負荷状態で運転されているため、この特性の良い方が省エネルギー上重要となる。例えば、発電機の出力容量を１００ｋＷ、２台に分割したとき、仮にある時間に１５０ｋＷの需要があった場合、１台目を１００ｋＷ、２台目を５０ｋＷで分担させるか、２台とも７５ｋＷで分担させるかにより消費エネルギーが違ってくる。これは発電機の部分負荷率によって発電効率が違っているためである。本発明に係る第２の実施形態ではこの部分負荷率も考慮し最適な設計をおこなうものである。以下では、第１の実施形態と異なる事項について詳細に説明する。
【０１０２】
まず、計算条件について説明する。建物の電力と冷暖房の負荷を電力のみでまかなったとき（図４の比較モデル）に比較し、ガスエンジン発電機を使用し電力とその排熱を利用したときは、経済化が期待できる。ここでは、以下の条件を仮定し、投資回収年数（イニシャルコストの増加÷年間ランニングコストの減少）を最小にするＣＧＳの設計方法を説明する。
【０１０３】
（１）ガスエンジン発電機（ＧＥ）３１における排熱の廃棄と発電余剰電力を許可する。
（２）各エネルギー変換装置３０，３１，３２の部分負荷率を考慮する
（３）エネルギー変換装置の装置コストは実質価格をもとにした近似式を使用する。
（４）電力利用の冷暖房機（ヒートポンプ（ＨＰ））３０と排熱利用吸収式冷暖房機（ＡＲ）３２は、月単位で冷房又は暖房のみの使用に限定する。
（５）排熱利用吸収式冷暖房機（ＡＲ）３２及びヒートポンプ３０の均等台数分割を考慮する。
【０１０４】
次いで、各種のデータについて説明する。１日を２４時間の時刻で分割した月平均の電力負荷（ｋＷ）、冷房負荷（ｋＷ）、暖房負荷（ｋＷ）を、それぞれ、ｄd（ｍ，ｈ）、ｄc（ｍ，ｈ）、ｄw（ｍ，ｈ）とする。
【０１０５】
また、都市ガスの入力容量ｘg、最大入力容量ｘgm＝Ｍａｘ［ｘg］を持つガスエンジン（ＧＥ）３１の発電効率をηgd、発電部分負荷率をＦgd、排熱回収能力をηgl、イニシャルコスト（装置価格と工事費）をＧgとしたとき、発電部分負荷率ＦgdとイニシャルコストＧgは次式で与えられるものとする。
【０１０６】
【数５５】
Ｆgd（ｘg／ｘgm）＝ａge（ｘg／ｘgm）＋ｂge
【数５６】
Ｇg（ηgdｘgm）＝３８０ηgdｘgm−３．１（ηgdｘgm）1.5
【０１０７】
また、排熱入力容量ｘa、最大入力容量ｘamを持つ排熱利用吸収式冷凍機（ＡＲ）３２において、冷房効率ηac、暖房効率ηaw、イニシャルコストＧaとする。このとき、イニシャルコストＧaは次次式で与えられるものとする。
【０１０８】
【数５７】
Ｇa（ηacｘam）＝１４０００＋２１．５ηacｘam
【０１０９】
電力の入力容量ｘh、最大入力容量ｘhmを持つヒートポンプ（ＨＰ）３０の冷房効率をηhc、冷房時の部分負荷率をＦhc、暖房効率をηhw、イニシャルコストをＧhとしたとき、冷房時の部分負荷率ＦhcとイニシャルコストＧhは次式で与えられるものとする。
【０１１０】
【数５８】
Ｆhc（ｘh／ｘhm）＝ａhp（ｘh／ｘhm）＋ｂhp
【数５９】
Ｇh（ηhcｘhm）＝１２０ηhcｘhm−２０（ηhcｘhm）1.1
【０１１１】
なお、数５５乃至数５９の左辺を計算するための右辺の係数は、パラメータメモリ１３に予め記憶される。
【０１１２】
次いで、電力と都市ガスの料金計算式について説明する。購入電力量の時間当たりのピーク値をｘdm、１年間の積算値をｘdsとすると、１年間の電力料金は、
【数６０】
ｃdpｘdm＋ｃdsｘds
となる。ここで、ｃdp、ｃdsはそれぞれ電力基本料金と電力従量料金である。購入ガス量の時間当たりのピーク値をｘgm、１年間の積算値をｘgsとすると、１年間の電力料金は、
【数６１】
ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs
で表すことができる。ここで、ｃgb、ｃgp、ｃgsはそれぞれ、ガス定額基本料金、ガス従量基本料金、ガス従量料金である。このときの年間ランニングコストの合計ｘrcは次式となる。
【数６２】
ｘrc＝ｃdpｘdm＋ｃdsｘds＋ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs
【０１１３】
次いで、ＣＧＳのモデルについて説明する。ここでは、購入電力量ｘd（ｍ，ｈ）、購入ガス量ｘg（ｍ，ｈ）、冷房及び暖房のためのＡＲ３２への入力熱エネルギーｘac（ｍ，ｈ）、ｘaw（ｍ，ｈ）、冷房及び暖房のためのＨＰ３０への入力電力ｘhc（ｍ，ｈ）、ｘhw（ｍ，ｈ）、余剰電力ｚd（ｍ，ｈ）、余剰排熱ｚt（ｍ，ｈ）、ＡＲ３２とＨＰ３０の１台あたりの最大入力容量をｘam、ｘhm、ゼロ又は正の変数とする。ここで、ＡＲ３２とＨＰ３０の台数分割数をそれぞれｎa、ｎhとする。このとき、各装置３２，３０の入出力では以下の関係が成立する。以下では、（ｍ，ｈ）、（ｍ）を省略する。
【０１１４】
【数６３】
電力のエネルギー：
ｘd−ｚd＝ｄd＋ｘhc＋ｘhw−ηgdＦgd（ｘg／ｘgm）ｘgm
【数６４】
ＧＥ３１の排熱出力：
ηgtｘg＝ｘac＋ｘaw＋ｚt
【数６５】
暖房負荷：
ηawｘaw＋ηhwｘhw＝ｄw
【数６６】
冷房負荷：
ηacｘac
＋ηhc｛Ｉｎｔ［ｘhc／ｘhm］＋Ｆhc（Ｓｕｒ［ｘhc／ｘhm］）｝ｘhm＝ｄc
【０１１５】
ここで、関数Ｉｎｔ［・］は引数の整数部分のみを示す関数であり、関数Ｓｕｒ［・］は引数の整数部を切り捨てて小数部のみを示す関数である。以下、同様である。
【０１１６】
次いで、ＨＰ３０の入力最大容量の計算について説明する。ｍ月の冷房及び暖房への台数振り分け後の必要入力容量ｘhm（ｍ）は次式となる。
【０１１７】
【数６７】
ｘhw＝０のとき：ｘhm（ｍ）＝ｘhc／ｎh
【数６８】
ｘhc＝０のとき：ｘhm（ｍ）＝ｘhw／ｎh
【数６９】
その他のとき：
0004275259.tif 000011
【０１１８】
ここで、関数Ｍｉｎは、その下に示す変数を変化させたときの最小値を示す関数であり、関数Ｍａｘは、その下に示す変数を変化させたときの最大値を示す関数である。従って、年間を通じた必要入力容量ｘhmは次式で与えられる。
【０１１９】
【数７０】
0004275259.tif 000012
【０１２０】
また、ＡＲ３２の必要容量は同様に求められる。このときのイニシャルコストｘicは次式となる。
【０１２１】
【数７１】
ｘic＝Ｇg（ηgdｘgm）＋Ｇa（ηacｘam）ｎa＋Ｇh（ηhcｘhm）ｎh
【０１２２】
都市ガスを使用せず、電力のみを使用した比較モデルのイニシャルコストｙicとランニングコストｙrcから、評価関数としての投資回収年数Ｕは次式となる。
【０１２３】
【数７２】
Ｕ＝（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）
【０１２４】
さらに、最適化計算のための準備について説明する。冷房及び暖房のためのＨＰ３０への入力電力ｘhc、及びｘhwから、冷房及び暖房のためのＡＲ３２への入力熱エネルギーｘac、ｘawは次式で求まる。
【０１２５】
【数７３】
ｘaw＝（ｄw／ηaw）−（ηhw／ηaw）ｘhw
【数７４】
ｘac
＝（ｄc／ηac）
−(ηhc／ηac){Ｉｎｔ[ｘhc／ｘhm]＋Ｆhc(Ｓｕｒ[ｘhc／ｘhm])}ｘhm
【０１２６】
さらに、購入ガス量ｘg、及び（購入電力量ｘd）−（余剰排熱量ｚd）は次式から求められる。
【０１２７】
【数７５】
ｘg＝（ｘa＋ｚt）／ηgt
【数７６】
ｘd−ｚd＝ｄd＋ｘh−ηgdＦgd（ｘg／ｘgm）ｘgm
【０１２８】
ここで、変数はすべてゼロまたは正の数で、経済的（廃棄する電力を最小とする）条件から、数７６の右辺が正のときはｚd＝０、右辺が負のときはｘd＝０とする。ここで、変数ｘhc、ｘhwが変化できる範囲は以下となる。
【０１２９】
【数７７】
０≦ｘhw≦（ｄw／ηhw）
【数７８】
０≦ｘhc≦［（ｄc／ηhc）−｛ｎhc（１−ａhp）＋ｂhp｝ｘhm］／ａhp
ここで、
【数７９】
ｎhc＝Ｉｎｔ［ｘhc／ｘhm］
【０１３０】
さらに、ハミルトニアンアルゴリズムの微係数の計算方法について説明する。ハミルトニアンアルゴリズムでは、評価関数から受ける力で仮想的に運動する。この力は、評価関数を変数で偏微分して求める。ここで、変化させる変数は、ｘhc、ｘhw、ｚtである。
【０１３１】
まず、ｘhcの微係数について以下に示す。
【０１３２】
【数８０】
∂Ｕ／∂ｘhc
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｘhc）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2｝（∂ｘrc／∂ｘhc）
【数８１】
∂ｘic／∂ｘhc
＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｘac）（∂ｘac／∂ｘhc）
＋ｎa（∂Ｇa／∂ｘac）（∂ｘac／∂ｘhc）＋ｎh（∂Ｇh／∂ｘhc）
【数８２】
∂Ｇg／∂ｘg
＝（３８０ηgt−４．６５ηgt1.5√（ｘgm）Ｔｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］
【数８３】
∂ｘg／∂ｘac＝１／ηgt
【数８４】
∂Ｇa／∂ｘac＝２１．５ηacＴｒｕｅ［ｘac→ｘam］
【数８５】
∂ｘac／∂ｘhc＝−ηhcａhp／ηac
【数８６】
∂Ｇh／∂ｘhc
＝ηhc｛１２０−２２（ηhcｘhm）0.1｝Ｔｒｕｅ［ｘhc→ｘhm］
【数８７】
∂ｘrc／∂ｘhc
＝（∂／∂ｘd）（ｃdpｘdm＋ｃdsｘds）（∂ｘd／∂ｘhc）
＋(∂／∂ｘg)(ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs)
×(∂ｘg／∂ｘac)(∂ｘac／∂ｘhc)
【０１３３】
上記数８４において、Ｔｒｕｅ［ｘac→ｘam］は、１回の演算に行われる収束計算回数のうち、ある１回の収束計算においてとりうる変数の値が、ｘac＞ｘamの場合真（つまり１）となり、ｘac≦ｘamの場合偽（つまり０）となる関数である。また、上記数８６において、Ｔｒｕｅ［ｘhc→ｘhm］も同様の関数である。
【０１３４】
【数８８】
∂（ｃdpｘdm＋ｃdsｘds）／∂ｘd＝ｃdpＴｒｕｅ［ｘd＝ｘdm］＋ｃds
【数８９】
∂（ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs）／∂ｘg
＝ｃgpＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］＋ｃgs
【数９０】
∂ｘd／∂ｘhc
＝１−ηgd（ａge＋ｂgeＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］）
×（∂ｘg／∂ｘac）（∂ｘac／∂ｘhc），
ｘd＞０のとき
【数９１】
∂ｘd／∂ｘhc＝０，ｘd＝０のとき
【０１３５】
次いで、ｘhwの微係数について以下に示す。
【０１３６】
【数９２】
∂Ｕ／∂ｘhw
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｘhw）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2｝（∂ｘrc／∂ｘhw）
【数９３】
∂ｘic／∂ｘhw
＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｘaw）（∂ｘaw／∂ｘhw）
＋ｎa（∂Ｇa／∂ｘaw）（∂ｘaw／∂ｘhw）＋ｎh（∂Ｇh／∂ｘhw）
【数９４】
∂ｘg／∂ｘaw＝１／ηgt
【数９５】
∂ｘaw／∂ｘhw＝−ηhw／ηaw
【数９６】
∂Ｇa／∂ｘaw＝２１．５μacＴｒｕｅ［ｘaw→ｘam］
【数９７】
∂ｘaw／∂ｘhw＝−ηhw／ηaw
【数９８】
∂Ｇh／∂ｘhw
＝ηhc｛１２０−２２（ηhcｘhm）0.1｝Ｔｒｕｅ［ｘhw→ｘhm］
【数９９】
∂ｘrc／∂ｘhw
＝（∂／∂ｘd）（ｃdpｘdm＋ｃdsｘds）（∂ｘd／∂ｘhw）
＋（∂／∂ｘg）（ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs）
×（∂ｘg／∂ｘaw）（∂ｘaw／∂ｘhw）
【数１００】
（∂／∂ｘd）（ｃdpｘdm＋ｃdsｘds）＝ｃdpＴｒｕｅ［ｘd＝ｘdm］＋ｃds
【数１０１】
（∂／∂ｘg）（ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs）
＝ｃgpＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］＋ｃgs
【数１０２】
∂ｘd／∂ｘhw
＝１−ηgd（ａge＋ｂgeＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］）
×（∂ｘg／∂ｘaw）（∂ｘaw／∂ｘhw），
ｘd＞０のとき
【数１０３】
∂ｘd／∂ｘhw＝０，ｘd＝０のとき
【０１３７】
さらに、ｚtの微係数の式を以下に示す。
【０１３８】
【数１０４】
∂Ｕ／∂ｚt
＝｛１／（ｙrc−ｘrc）｝（∂ｘic／∂ｚt）
＋｛（ｘic−ｙic）／（ｙrc−ｘrc）2）（∂ｘrc／∂ｚt）
【数１０５】
∂ｘic／∂ｚt＝（∂Ｇg／∂ｘg）（∂ｘg／∂ｚt）
【数１０６】
∂ｘg／∂ｚt＝１／ηgl
【数１０７】
∂ｘrc／∂ｚt
＝（∂／∂ｘd）（ｃdpｘdm＋ｃdsｘds）（∂ｘd／∂ｚt）
＋（∂／∂ｘg）（ｃgb＋ｃgpｘgm＋ｃgsｘgs）（∂ｘg／∂ｚt）
【数１０８】
∂ｘd／∂ｚt
＝−ηgd（ａge＋ｂgeＴｒｕｅ［ｘg＝ｘgm］）（∂ｘg／∂ｚt），
ｘd＞０のとき
【数１０９】
∂ｘd／∂ｚt＝０，ｘd＝０のとき
【０１３９】
さらに、部分負荷率の近似式の係数について以下に示す。
【０１４０】
（ａ）ガスエンジン（ＧＥ）３１のための係数
【数１１０】
０．００≦ｘ＜０．２５のとき：
ａge＝０．６５，ｂge＝０．００
【数１１１】
０．２５≦ｘ＜０．５０のとき：
ａge＝１．０１，ｂge＝−０．０９
【数１１２】
０．５０≦ｘ＜０．７５のとき：
ａge＝１．１９，ｂge＝−０．１８
【数１１３】
０．７５≦ｘ≦１．００のとき：
ａge＝１．１５，ｂge−０．１５
【０１４１】
（ｂ）ヒートポンプ（ＨＰ）３０のための係数
【数１１４】
０．０≦ｘ＜０．２のとき：
ａhp＝０．２５，ｂhp＝０．００
【数１１５】
０．２≦ｘ＜０．４のとき：
ａhp＝１．７５，ｂhp＝−０．３０
【数１１６】
０．４≦ｘ＜０．６のとき：
ａhp＝１．２０，ｂhp＝−０．０８
【数１１７】
０．６≦ｘ＜０．８のとき：
ａhp＝１．００，ｂhp＝０．０４
【数１１８】
０．８≦ｘ≦１．０のとき：
ａhp＝０．８０，ｂhp＝０．２０
【０１４２】
第２の実施形態においては、第１の実施形態に比較して、各エネルギー変換装置の部分負荷率を考慮して、上記の式を用いて同様に、図１の制御装置が図２のＣＧＳの制御処理を実行する。すなわち、図２において、まず，ステップＳ１で入力パラメータを入力した（割り込み処理）か否かが判断され、ＹＥＳとなったとき、ステップＳ２で数７２で示した投資回収年数Ｕを最小とする評価関数に基づくハミルトニアンアルゴリズムを用いて変数及び出力パラメータを計算して変数及び出力パラメータメモリ４２に記憶する。本実施形態では、数７２の評価関数の関数値が最小となるように、公知のハミルトニアンアルゴリズムを用いて変数及び出力パラメータを計算する。次いで、ステップＳ３では、計算された変数及び出力パラメータをＣＲＴディスプレイ１５に表示するとともに、プリンタ１６を用いて印字する。そして、ステップＳ４では、計算された出力パラメータ値となるように、ＣＧＳ１００の各装置を制御して運用する。ステップＳ４の運用制御処理では、具体的には、計算された購入ガス量ｘg（ｍ，ｈ）及び発電部分負荷率ＦgdとなるようにＧＥ３１を制御し、冷房のためのＡＲ入力熱量ｘac（ｍ，ｈ）及び暖房のためのＡＲ入力熱量ｘaw（ｍ，ｈ）となるようにＡＲ３２を制御し、冷房のためのＨＰ入力電力ｘhc（ｍ，ｈ）及び暖房のためのＨＰ入力電力ｘhw（ｍ，ｈ）となるようにかつ冷房時の部分負荷率ＦhcとなるようにＨＰ３０を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行うことができる。
【０１４３】
なお、第２の実施形態で用いる評価関数は、数７２の投資回収年数に限定されず、第１の実施形態で示された別の評価関数であってもよい。
【０１４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態における作用効果に加えて、ガスエンジン３１、ヒートポンプ３０、排熱利用吸収式冷凍機３２とを含む各エネルギー変換装置の部分負荷特性を考慮して、各エネルギー変換装置の部分負荷率を計算して制御するようにしたので、各エネルギー変換装置をより効率的に動作させることができ、ＣＧＳ全体の経済性、エネルギー効率、環境性などを考慮して最適に設計して運用することができる。
【０１４５】
＜第３の実施形態＞
図２０は、第１又は第２の本実施形態のコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）を含む第３の実施形態に係る建物エネルギーシステム２００の構成を示すブロック図であり、本発明の設計制御対象の全てを網羅した建物エネルギーシステムの構成を示している。このシステムの制御装置は、第１又は第２の実施形態に係る図１の制御装置と同様の制御装置を備え、当該制御装置を図２０のシステムに適用したことを特徴としている。なお、図２０においては、Ｌ２を冷房負荷に代えて冷熱負荷としている。
【０１４６】
図２０において、電力供給源ＥＰから供給される電力エネルギーは、電力負荷Ｌ１、電気式熱源５２、及び製氷用熱源５３ａに供給される。天然ガスなどの都市ガスや石油などの燃料供給源ＵＧから供給される燃料エネルギーは発電機５１、燃料式冷温水発生器５５、ガスヒートポンプ５６及び燃料式ボイラ５７に供給される。発電機５１は例えばガスエンジン、ガスタービン、燃料電池、ディーゼルエンジンなどを含み、供給される燃料エネルギーを電気エネルギーに変換して、変換後の電気エネルギー又は排熱エネルギーを、電力負荷Ｌ１、電気式熱源５２、及び製氷用熱源５３ａに加えて、排熱利用機５４、暖房負荷Ｌ３、及び給湯負荷Ｌ４に供給する。ここで、発電機５１、電気式熱源５２、製氷用熱源５３ａ及び蓄熱槽５３ｂ、排熱利用機５４、燃料式冷温水発生器５５、ガスヒートポンプ５６、燃料式ボイラ５７はいずれもエネルギー変換装置である。なお、電力供給源ＥＰ又は発電機５１からの電気エネルギーをエネルギー変換装置の各装置５２乃至５７への補助機動力エネルギーとして供給してもよい。
【０１４７】
電気式熱源５２は例えばヒートポンプ、ターボ冷凍機、スクリュー式冷凍機などを含み、供給される電気エネルギーを冷熱エネルギー又は暖房エネルギーに変換して冷熱負荷Ｌ２、及び暖房負荷Ｌ３に供給する。また、製氷用熱源５３ａは例えばブライン（不凍液）ヒートポンプ、ブライン・ターボ冷凍機などを含み、供給される電気エネルギーを用いて製氷して製氷された氷の冷熱エネルギーを、例えば氷蓄熱槽、水蓄熱槽を含む蓄熱槽５３ｂで蓄熱した後、冷熱負荷Ｌ２に供給するとともに、製氷された氷の冷熱エネルギー又は暖房エネルギーを直接に、冷熱負荷Ｌ２及び暖房負荷Ｌ３に供給する。さらに、排熱利用機５４は例えば排熱利用式冷凍機などを含み、発電機５１からの排熱エネルギーを冷熱エネルギーに変換して冷熱負荷Ｌ２に供給する。また、燃料式冷温水発生器５５は供給される都市ガス又は石油などの燃料を用いて冷水又は温水を発生して冷熱負荷Ｌ２及び暖房負荷Ｌ３に供給する。さらに、ガスヒートポンプ５６は供給される都市ガスを用いて冷熱エネルギー及び暖房エネルギーを発生してそれぞれ冷熱負荷Ｌ２及び暖房負荷Ｌ３に供給する。またさらに、燃料式ボイラ５７は都市ガス又は石油などの燃料を用いてお湯を沸かし、それを暖房負荷Ｌ３及び給湯負荷Ｌ４に供給する。
【０１４８】
図２０において、電力負荷Ｌ１は建物内の種々の電気機器を含み、冷熱負荷Ｌ２は建物内で冷熱エネルギーを必要とする冷凍機や、空調機器などの冷房負荷を含む。また、暖房負荷Ｌ３と給湯負荷Ｌ４はまとめて温熱負荷とも呼ばれる。ここで、暖房負荷は例えば空調用温熱源である。また、給湯負荷Ｌ４は例えば以下の用途の給湯負荷がある。
（ａ）空調用温熱源、
（ｂ）給湯用温熱源、
（ｃ）融雪用温熱源、
（ｄ）温水プール用温熱源、
（ｅ）調理用温熱源、
（ｆ）洗濯用温熱源、
（ｇ）例えば病院等の滅菌、消毒用温熱源、
（ｈ）工場用温熱源。
【０１４９】
第３の実施形態に係る図２０の建物エネルギーシステムにおいても、第１又は第２の実施形態におけるコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）の制御装置と同様に、電力供給源ＥＰと燃料供給源ＵＧとのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換装置を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷Ｌ１と冷熱負荷Ｌ２と温熱負荷Ｌ３，Ｌ４のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、上述した所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する。ここで、電力負荷Ｌ１の電力負荷量と冷熱負荷Ｌ２の冷熱負荷量と温熱負荷Ｌ３，Ｌ４の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、エネルギー変換装置の装置分割台数と、エネルギー変換装置の変換効率と、エネルギー変換装置の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、エネルギー変換装置のエネルギー料金データと、建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを例えばキーボード１４を用いて入力して、パラメータメモリ１３に記憶する。次いで、図１の制御装置のＣＰＵ１０と同様のＣＰＵは、パラメータメモリ１３に記憶された入力パラメータに基づいて、上述の所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、エネルギー変換装置への入力エネルギー量と、エネルギー変換装置からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換装置の出力容量と、建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する。さらに、上記計算された入力エネルギー量となるようにエネルギー変換装置を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う。
【０１５０】
以上説明したように本実施形態によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）所望の評価関数のもとで、また所定の運用条件で、最適なシステム設計条件を算出できる。ここで、評価関数は、経済性のみならず、エネルギー効率、環境性などの評価関数を用いることができ、建物エネルギーシステムの最適な設計を行うことができ、最適な条件で運用制御することができる。
（２）台数分割による複数の装置の利用、冷暖需要が同時に存在する負荷条件、イニシャルコストも変数として、建物エネルギーシステムの最適な設計ができ運用制御することができる。
（３）それ故、電主導、熱主導に無関係な運用条件で、また、冷暖房用装置の均等分割又は不均等分割による効率的運用条件で、建物エネルギーシステムの最適な設計ができ運用制御することができる。
（４）さらに、エネルギー変換装置の部分負荷特性を考慮して、各エネルギー変換装置の部分負荷率を計算して制御するようにしたので、各エネルギー変換装置をより効率的に動作させることができ、建物エネルギーシステム全体の経済性、エネルギー効率、環境性などを考慮して最適に設計して運用することができる。
【０１５１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る建物エネルギーシステムの制御方法又は装置によれば、電力供給源と燃料供給源とのうちの少なくとも一方から供給されるエネルギーに基づいて、少なくとも１つのエネルギー変換手段を用いて、上記供給されるエネルギーを所定の別のエネルギーに変換して、変換後のエネルギーを電力負荷と冷熱負荷と温熱負荷のうちの少なくとも１つに供給するための建物エネルギーシステムにおいて、所定の評価関数を用いて最適な構成となるように制御する建物エネルギーシステムの制御方法であって、
上記電力負荷の電力負荷量と上記冷熱負荷の冷熱負荷量と上記温熱負荷の温熱負荷量のうちの少なくとも１つと、上記エネルギー変換手段の装置分割台数と、上記エネルギー変換手段の変換効率と、上記エネルギー変換手段の変換効率及び最大入力容量とイニシャルコストとの間の関係と、上記エネルギー変換手段のエネルギー料金データと、上記建物エネルギーシステムのメンテナンスコストと、比較対象のエネルギー供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む入力パラメータを入力し、
上記入力された入力パラメータを記憶手段に記憶し、
上記記憶手段に記憶された入力パラメータに基づいて、所定のハミルトニアンアルゴリズムとを用いて、上記評価関数の関数値が最小又は最大となるように、上記エネルギー変換手段への入力エネルギー量と、上記エネルギー変換手段からの廃棄エネルギー量と、上記エネルギー変換手段の出力容量と、上記建物エネルギーシステムのイニシャルコスト及びランニングコストとを含む変数及び出力パラメータを計算して出力する。そして、上記計算された入力エネルギー量となるように上記各エネルギー変換手段を制御することにより、上記計算された最適な設計条件を保持して運用を行う
【０１５２】
従って、本発明によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）所望の評価関数のもとで、また所定の運用条件で、最適なシステム設計条件を算出できる。ここで、評価関数は、経済性のみならず、エネルギー効率、環境性などの評価関数を用いることができ、建物エネルギーシステムの最適な設計を行うことができ、最適な条件で運用制御することができる。
（２）台数分割による複数の装置の利用、冷暖需要が同時に存在する負荷条件、イニシャルコストも変数として、建物エネルギーシステムの最適な設計ができ運用制御することができる。
（３）それ故、電主導、熱主導に無関係な運用条件で、また、冷暖房用装置の均等分割又は不均等分割による効率的運用条件で、建物エネルギーシステムの最適な設計ができ運用制御することができる。
（４）さらに、エネルギー変換装置のの部分負荷特性を考慮して、各エネルギー変換装置の部分負荷率を計算して制御するようにしたので、各エネルギー変換装置をより効率的に動作させることができ、建物エネルギーシステム全体の経済性、エネルギー効率、環境性などを考慮して最適に設計して運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る第１の実施形態であるコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１のコージェネレーションシステムの制御装置によって実行されるＣＧＳ制御処理を示すフローチャートである。
【図３】  第１の実施形態のＣＧＳモデルの構成を示すブロック図である。
【図４】  比較例の比較モデルの構成を示すブロック図である。
【図５】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた各月毎及び各時刻毎の電力負荷データを示すグラフである。
【図６】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた各月毎及び各時刻毎の冷房負荷データを示すグラフである。
【図７】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた各月毎及び各時刻毎の暖房負荷データを示すグラフである。
【図８】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた、発電容量に対するガスエンジン（ＧＥ）のコストを示すグラフである。
【図９】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた、冷却能力に対する排熱利用吸収式冷凍機（ＡＲ）のコストを示すグラフである。
【図１０】  第１の実施形態のシミュレーションにおいて用いた、冷却能力に対するヒートポンプ（ＨＰ）のコストを示すグラフである。
【図１１】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する最小となる投資回収年数を示すグラフである。
【図１２】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する投資回収年数が最小のときのイニシャルコストを示すグラフである。
【図１３】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する投資回収年数が最小のときのランニングコストを示すグラフである。
【図１４】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する投資回収年数が最小のときの廃棄熱量を示すグラフである。
【図１５】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対するガスエンジン（ＧＥ）のイニシャルコストを示すグラフである。
【図１６】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する排熱利用吸収式冷凍機（ＡＲ）のイニシャルコストを示すグラフである。
【図１７】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対するヒートポンプ（ＨＰ）のイニシャルコストを示すグラフである。
【図１８】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する電力のランニングコストを示すグラフである。
【図１９】  第１の実施形態のシミュレーション結果である、ヒートポンプ（ＨＰ）の分割台数に対する、コージェネレーションシステム（ＣＧＳ）のメンテナンスコストを含む都市ガスのランニングコストを示すグラフである。
【図２０】  第１又は第２の本実施形態のコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）を含む第３の実施形態に係る建物エネルギーシステム２００の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…ＣＰＵ、
１１…ＲＯＭ、
１２…ＲＡＭ、
１３…パラメータメモリ、
１４…キーボード、
１５…ＣＲＴディスプレイ、
１６…プリンタ、
１７…ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置、
１８…ＣＤ−ＲＯＭ，
２０…バス、
２１…キーボードインターフェース、
２２…ディスプレイインターフェース、
２３…プリンタインターフェース、
２４…制御インターフェース、
２５…ドライブ装置インターフェース、
３０…ヒートポンプ（ＨＰ）、
３１…ガスエンジン（ＧＥ）、
３２…排熱利用吸収式冷凍機（ＡＲ）、
４１…入力パラメータメモリ、
４２…変数及び出力パラメータメモリ、
４３…評価関数メモリ、
５１…発電機、
５２…電気式熱源、
５３ａ…製氷用熱源、
５３ｂ…蓄熱槽、
５４…排熱利用機、
５５…燃料式冷温水発生器、
５６…ガスヒートポンプ、
５７…燃料式ボイラ、
１００…コージェネレーションシステム（ＣＧＳ）、
２００…建物エネルギーシステム、
ＥＰ…電力供給源、
ＵＧ…都市ガス供給源、
ＵＧ’…燃料供給源、
Ｌ１…電力負荷、
Ｌ２…冷房負荷又は冷熱負荷、
Ｌ３…暖房負荷、
Ｌ４…給湯負荷。
【図１】
0004275259.tif 000013
【図２】
0004275259.tif 000014
【図３】
0004275259.tif 000015
【図４】
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【図５】
0004275259.tif 000017
【図６】
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【図７】
0004275259.tif 000019
【図８】
0004275259.tif 000020
【図９】
0004275259.tif 000021
【図１０】
0004275259.tif 000022
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004275259.tif 000025
【図１４】
0004275259.tif 000026
【図１５】
0004275259.tif 000027
【図１６】
0004275259.tif 000028
【図１７】
0004275259.tif 000029
【図１８】
0004275259.tif 000030
【図１９】
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【図２０】
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