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公開番号2024149645
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2024126209,2023174707
出願日2024-08-01,2023-10-06
発明の名称熱電設備のシミュレーションシステム
出願人株式会社E.I.エンジニアリング
代理人個人,個人
主分類H02J 3/00 20060101AFI20241010BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】太陽光発電機器及び蓄電機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することの可能な熱電設備のシミュレーションシステムを提供すること。
【解決手段】プロセス条件設定部22は、太陽光発電機器の水平面日射量等のプロセス条件を設定する。運転条件設定部40は、蓄電条件設定部41と太陽光発電出力条件設定部42とをさらに有する。演算部7pは、連続制御における太陽光発電機器の出力変動及び蓄電機器の充放電条件に伴い、複合全エネルギーのいずれかの製造量が目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び調整を繰り返す収斂計算を行う。蓄電機器の1日の合計充電量と蓄電機器の1日の合計放電量とが等しくなり且つ電力エネルギーのバランスを維持し得る蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求め、加算された電力エネルギーの使用量に基づいてユーティリティー消費量を計算する。
【選択図】図2c
特許請求の範囲【請求項１】
複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（以下、「供給エネルギー」という。）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（以下、「複合全エネルギー」という。）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求める熱電設備のシミュレーションシステムであって、
前記熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び蓄電機器並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含み、
日別で時間帯毎に利用設備で必要とされる複合全エネルギーの量を設定するエネルギー負荷設定部と、
前記熱電設備及び前記利用設備の少なくとも外気温度又は湿球温度のいずれか並びに前記太陽光発電機器の水平面日射量を含むプロセス条件を設定するプロセス条件設定部と、
時間帯別の前記熱電機器毎の運転可否及び運転優先順位を設定する運転条件設定部と、
前記運転条件設定部の運転条件に従い前記熱電設備を運転させた結果の前記複合全エネルギーの製造量を少なくとも計算する演算部とを備え、
前記運転条件設定部は、前記蓄電機器の構成及び充放電条件を設定する蓄電条件設定部と、前記太陽光発電機器の出力効率を設定すると共に前記太陽光発電機器の出力制御を連続制御に設定する太陽光発電出力条件設定部とをさらに有し、
前記熱電機器のうち前記太陽光発電機器及び前記蓄電機器を除くいずれかが前記プロセス条件によって変動する部分負荷特性を含み、
前記太陽光発電機器は、前記プロセス条件のうち前記水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備え、
前記演算部は、
前記連続制御における前記太陽光発電機器の出力変動及び前記蓄電機器の前記充放電条件に伴い、前記複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する前記複合全エネルギーのバランスを調整し、前記製造量が前記目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返す収斂計算を行って、前記蓄電機器の１日の合計充電量と前記蓄電機器の１日の合計放電量とが等しくなり且つ電力エネルギーのバランスを維持し得る前記蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求め、
求めた前記充電量を時間帯毎に電力エネルギーの使用量に加算し、
加算された電力エネルギーの使用量に基づいてユーティリティー消費量を計算する熱電設備のシミュレーションシステム。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記充放電条件は、前記蓄電機器の運用方法と、前記蓄電機器の充電スケジュールと、受電電力の上限値とを少なくとも含み、前記運用方法には、前記受電電力が前記上限値を超えないように買電量を制限するピークカット運転が選択され、前記演算部は、前記上限値を超える電力量を前記蓄電機器の放電量とすると共に前記放電量に基づいて前記蓄電機器が放電を行う時間帯を除く時間帯毎の前記充電量を求める請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項３】
前記充電スケジュールは、前記蓄電機器の充電開始時刻と、時間帯あたりの最大可能充電量とを含み、前記演算部は、前記１日の合計放電量と前記最大可能充電量とに基づいて前記蓄電機器の充電終了時刻を決定すると共に当該充電終了時刻を含む時間帯における最終充電量を求める請求項２記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項４】
前記充電スケジュールは、前記蓄電機器の充電開始時刻と、充電終了時刻と、これらの時刻間の時間帯毎の充電量とを含み、前記演算部は、前記１日の合計放電量と前記時間帯毎の充電量とに基づいて前記蓄電機器の充電終了時刻又は前記時間帯の内の少なくとも１以上の時間帯における充電量を求める請求項２記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項５】
前記充放電条件は、前記蓄電機器の運用方法と、前記蓄電機器の放電時間帯と、前記放電時間帯毎の最大可能放電量と、前記蓄電機器の充電スケジュールとを少なくとも含み、前記運転条件設定部は、前記放電時間帯を少なくとも含む時間帯において前記蓄電機器を含む発電系機器の運転優先順位を設定し、前記運用方法には、前記放電時間帯及び前記放電量に基づいて前記蓄電機器より放電を行うスケジュール放電が選択され、前記演算部は、前記充電スケジュールに基づいて前記放電時間帯を除く時間帯毎に前記蓄電機器の充電量を求める請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項６】
前記充放電条件は、前記蓄電機器の運用方法と、前記蓄電機器の放電時間帯と、前記放電時間帯毎の最大可能放電量と、前記蓄電機器の充電スケジュールとを少なくとも含み、前記運転条件設定部は、前記熱電設備から外部へ電力を供給する売電量と売電する売電時間帯を設定する売電条件設定部とをさらに有し、前記運転条件設定部は、前記放電時間帯を少なくとも含む時間帯において前記蓄電機器を含む発電系機器の運転優先順位を設定し、前記運用方法には、設定された前記放電時間帯及び前記放電量に基づいて前記蓄電機器より放電を行うスケジュール放電が選択され、前記演算部は、前記売電量が満たされるように前記運転優先順位に基づいて前記蓄電機器の放電量を求めると共に、前記充電スケジュールに基づいて前記放電時間帯を除く時間帯毎に前記蓄電機器の充電量を求める請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項７】
前記複合全エネルギーは、電力エネルギーの前に蒸気エネルギー、この蒸気エネルギーの前にその他のエネルギーの順で計算される請求項１記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項８】
前記熱電機器は、コージェネレーションをさらに含み、
前記蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求めた結果、前記コージェネレーションが部分負荷運転となる場合に、前記演算部は、前記収斂計算を再度行う請求項７記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項９】
前記太陽光発電出力条件設定部は、前記太陽光発電機器と前記蓄電機器との連結をＡＣ連結又はＤＣ連結の一方に選択する連結状態選択部をさらに有し、ＤＣ連結が選択された場合に、前記太陽光発電機器の出力効率を１とする請求項１～８のいずれに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
【請求項１０】
前記蓄電条件設定部は、前記蓄電機器の構成を２系列に分けて設定可能であり、前記演算部は、各系列の前記蓄電機器の充電率（ＳＯＣ）が等しくなるように充放電量の分配が実行される２系列の蓄電機器を１つの蓄電機器と見なす請求項１～８のいずれに記載の熱電設備のシミュレーションシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法に関する。さらに詳しくは、複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（以下、「供給エネルギー」という。）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（以下、「複合全エネルギー」という。）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求める熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
上述の如き熱電設備のシミュレーションシステム及び熱電設備運転方法について、次の特許文献１が知られている。同文献によれば、複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する複合全エネルギーのバランスを調整し、製造量が目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返すことにより、正確なシミュレーションを行っている。この熱電機器には、太陽光発電機器や太陽光集熱機等も含まれており、太陽光関連機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することが可能である。
【０００３】
一方、近年では、太陽光発電機器及び蓄電機器の性能が飛躍的に向上し、これら機器を組み合わせた利用も増加している。それに応じて、太陽光発電機器及び蓄電機器を含めた熱電設備のシミュレーションも的確に行えるシステムが望まれるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６１１８９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、太陽光発電機器及び蓄電機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用することの可能な熱電設備のシミュレーションシステム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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱電設備のシミュレーションシステムの特徴は、複数の熱電機器が接続され、少なくとも電力及び燃料（以下、「供給エネルギー」という。）が供給され、少なくとも電力、低冷水、冷水、温水、給湯、高圧蒸気及び低圧蒸気のうち少なくともいずれか２種類のもの（以下、「複合全エネルギー」という。）を製造して利用設備に供給する熱電設備における前記熱電機器の運転条件と供給エネルギーの使用量又は複合全エネルギーの製造量との関係を求める構成において、前記熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び蓄電機器並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含み、日別で時間帯毎に利用設備で必要とされる複合全エネルギーの量を設定するエネルギー負荷設定部と、前記熱電設備及び前記利用設備の少なくとも外気温度又は湿球温度のいずれか並びに前記太陽光発電機器の水平面日射量を含むプロセス条件を設定するプロセス条件設定部と、時間帯別の前記熱電機器毎の運転可否及び運転優先順位を設定する運転条件設定部と、前記運転条件設定部の運転条件に従い前記熱電設備を運転させた結果の前記複合全エネルギーの製造量を少なくとも計算する演算部とを備え、前記運転条件設定部は、前記蓄電機器の構成及び充放電条件を設定する蓄電条件設定部と、前記太陽光発電機器の出力効率を設定すると共に前記太陽光発電機器の出力制御を連続制御に設定する太陽光発電出力条件設定部とをさらに有し、前記熱電機器のうち前記太陽光発電機器及び前記蓄電機器を除くいずれかが前記プロセス条件によって変動する部分負荷特性を含み、前記太陽光発電機器は、前記プロセス条件のうち前記水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備え、前記演算部は、前記連続制御における前記太陽光発電機器の出力変動及び前記蓄電機器の前記充放電条件に伴い、前記複合全エネルギーのいずれかの製造量が前記エネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する前記複合全エネルギーのバランスを調整し、前記製造量が前記目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び前記調整を繰り返す収斂計算を行って、前記蓄電機器の１日の合計充電量と前記蓄電機器の１日の合計放電量とが等しくなり且つ電力エネルギーのバランスを維持し得る前記蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求め、求めた前記充電量を時間帯毎に電力エネルギーの使用量に加算し、加算された電力エネルギーの使用量に基づいてユーティリティー消費量を計算することにある。
【０００７】
上記構成によれば、熱電機器は、少なくとも、太陽光発電機器及び蓄電機器並びにモータを用いたポンプを少なくとも備える熱電機器を含む。そして、熱電機器のうち太陽光発電機器及び蓄電機器を除くいずれかはプロセス条件によって変動する部分負荷特性を含み、太陽光発電機器は、プロセス条件のうち水平面日射量に基づく斜面日射量及び外気温度によって変動する出力特性を備える。また、蓄電機器は、その構成及び充放電条件に応じて充電量及び放電量は変化する。さらに、従来の太陽光発電機器は、太陽光発電のモジュール（アレイ）の基数単位でしか出力制御ができず、段階的な出力制御となり、調整のために少なからず買電を要していた。しかし、技術の進展により、パワーコンディショナー等を含む太陽光発電機器において１％単位での定格出力制御が可能となり、太陽光発電の出力を連続的に制御することが可能となり、蓄電機器への充電が効率よく行われるようになった。本発明では、運転条件設定部は、蓄電機器の構成及び充放電条件を設定する蓄電条件設定部と、太陽光発電機器の出力効率を設定すると共に太陽光発電機器の出力制御を連続制御に設定する太陽光発電出力条件設定部とをさらに有する。これにより、上述の如き機器を含む熱電設備において、現実に即した運転条件及び充放電条件の設定が可能となる。
【０００８】
そして、上記設定に基づき、演算部は、連続制御における太陽光発電機器の出力変動及び蓄電機器の充放電条件に伴い、複合全エネルギーのいずれかの製造量がエネルギー負荷設定部で設定した目標値に収斂するように当該熱電機器の負荷率を変更させると共にその変更された負荷率に基づいて少なくとも当該熱電機器に関連する複合全エネルギーのバランスを調整し、製造量が目標値に収斂するまで当該熱電機器の負荷率の変更及び調整を繰り返す収斂計算を行って、蓄電機器の１日の合計充電量と蓄電機器の１日の合計放電量とが等しくなり且つ電力エネルギーのバランスを維持し得る蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求める。そして、１日の合計充電量と蓄電機器の１日の合計放電量とが等しくなり且つ電力エネルギーのバランスを維持し得る蓄電機器の充電量及び放電量を時間帯別に求める。これによって、連続制御における太陽光発電機器の出力変動及び蓄電機器の充放電条件に応じて、各種熱電機器の出力が調整されると共に電力バランス及び蓄電バランスが確保される。そして、蓄電機器からの放電は、発電系機器での発電と見做すことができるので、求めた充電量を時間帯毎に電力エネルギーの使用量に加算し、加算された電力エネルギーの使用量に基づいてユーティリティー消費量を計算する。このように、太陽光発電機器及び蓄電機器と他の熱電機器とを合理的に統合利用してシミュレートすることができる。
【０００９】
前記充放電条件は、前記蓄電機器の運用方法と、前記蓄電機器の充電スケジュールと、受電電力の上限値とを少なくとも含み、前記運用方法には、前記受電電力が前記上限値を超えないように買電量を制限するピークカット運転が選択され、前記演算部は、前記上限値を超える電力量を前記蓄電機器の放電量とすると共に前記放電量に基づいて前記蓄電機器が放電を行う時間帯を除く時間帯毎の前記充電量を求めるとよい。ピークカット運転とは、熱電設備の買電電力が、予め設定した買電量を超えるときに放電を行うことで、買電電力を一定値以下に抑える運転方法である。また、蓄電機器は、充電と放電を同時に行うことはできない。よって、演算部が、上限値を超える電力量を蓄電機器の放電量とすると共に放電量に基づいて蓄電機器が放電を行う時間帯を除く時間帯毎の前記充電量を求めることで、ピークカット運転においても、熱電設備のシミュレートが可能である。
【００１０】
係る場合、前記充電スケジュールは、前記蓄電機器の充電開始時刻と、時間帯あたりの最大可能充電量とを含み、前記演算部は、前記１日の合計放電量と前記最大可能充電量とに基づいて前記蓄電機器の充電終了時刻を決定すると共に当該充電終了時刻を含む時間帯における最終充電量を求めるとよい。上述のピークカット運転において、充電スケジュールとして蓄電機器の充電開始時刻と、時間帯あたりの最大可能充電量とを設定し、１日の合計放電量と最大可能充電量に基づいて充電終了時刻及び最終充電量を決定することで、このような充電スケジュールの設定においても熱電設備のシミュレートが可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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