能源设备计划装置及能源设备计划方法与流程

1.本发明涉及能源设备计划装置以及能源设备计划方法。


背景技术：

2.在街区、建筑物具有热、电力这样的能源需求。为了应对这些需求，需要用于供给热、电力的能源设备(以下，简称为“设备”)。
3.关于热，有热泵、吸收式冷热水机等空调/热源设备。另外，通过蓄热槽，以夜间便宜的电费使空调/热源设备工作来蓄热，由此能够实现节能。
4.关于电力，能够从现有的输配电电线实现电力的供求，但也可通过分散能源设备实现电力的供求。例如，也能够在建筑物的屋顶或空地设置太阳能发电设备或风力发电设备。
5.另外，通过在多个建筑物之间协商调配能源来提高设备效率的机制也正在普及。
6.鉴于以上的观点，需要考虑当前时刻的能源需求以及将来预定期间的能源需求，制定关于将什么样的设备配置在哪个配置场所的设备计划。如果制定仅应对当前时刻需求的设备计划，则将来能源设备的容量有时会不足或过剩。
7.在专利文献1中公开了一种模拟装置，其能够使用数据中心的单独设备的消耗电力模型来进行数据中心的电力模拟。该模拟装置具有：第1消耗电力计算部，其针对服务器的每个机型保持服务器消耗电力模型，当取得了服务器的机型信息和运转量时，使用相当于机型信息的服务器消耗电力模型来导出在所设定的吸气温度下进行了运转量的运转后的服务器的消耗电力和温度；流体分析部，其进行在服务器的配置空间内使空调装置工作时的热流体分析，导出运转后的服务器的吸气温度；以及第2消耗电力计算部，其针对每个空调装置保持空调消耗电力模型，导出用于使空间成为由流体分析部更新后的吸气温度的空调装置消耗电力。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本特开2017
‑
151617号公报


技术实现要素：

11.发明要解决的课题
12.但是，在上述专利文献1公开的技术中，针对相当于设备的每个空调装置保持服务器配置空间内的空调消耗电力模型，并导出用于使空间成为由流体分析部更新后的吸气温度的空调装置消耗电力，但是未考虑存在多个设备，即存在多个空调装置时的设备间的影响。
13.本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种能源设备计划装置以及能源设备计划方法，能够提示考虑了设备间影响时的设备配置场所。
14.用于解决课题的手段
15.为了解决上述课题，本发明一个观点的能源设备计划装置具有：取决于设置场所的设备性能计算部，其考虑在设备设置场所的设备间影响来计算供给能源的设备的设备性能；以及最佳化处理部，其根据取决于设置场所的设备性能计算部计算出的设备的设备性能，提示设置场所中的设备配置场所。
16.发明效果
17.根据本发明，能够实现一种能源设备计划装置以及能源设备计划方法，其能够提示考虑了设备间影响时的设备配置场所。
附图说明
18.图1用于说明实施例的能源设备计划装置的整体结构。
19.图2是表示实施例的设置场所信息计算部的处理的一例的流程图。
20.图3表示实施例的能源需求预测部的热需求预测的一例。
21.图4表示实施例的能源需求预测部预测出的热需求预测及其概率的例子。
22.图5是表示实施例的取决于设置场所的设备性能计算部的处理的一例的流程图。
23.图6表示设备的设置场所的一例。
24.图7表示设备性能变化量的一例。
25.图8表示基于设备间距离的设备性能变化率的一例。
26.图9是表示实施例的最佳化处理部的处理的一例的流程图。
27.图10是表示实施例的最佳化处理部的设备结构/设置场所内配置候选群生成处理的一例的流程图。
28.图11表示实施例的显示部中显示的画面的一例。
具体实施方式
29.以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明的实施方式并不限定保护范围涉及的发明，另外，在实施方式中说明的各要素及其全部组合并不一定是发明的解决手段所必须的。
30.在本说明书中记载为“数据”时，对其个数没有限定。并且，其形式也没有限定。进一步说，以所谓的表形式保管、存储在存储介质中的数据等也是这里所说的“数据”。
31.实施例
32.(整体的结构)
33.图1用于说明实施例的能源设备计划装置的整体结构。
34.本实施例的能源设备计划装置1具有存储部10、设置场所信息计算部20、能源需求计算部30、取决于设置场所的设备性能计算部40、最佳化处理部50、显示部60。设置场所信息计算部20、能源需求预测部30、取决于设置场所的设备性能计算部40使用存储在存储部10的数据(在后面详细说明)来执行各种处理动作。
35.设置场所信息计算部20使用存储部10的数据来计算设置场所信息。能源需求预测部30使用存储部10的数据来计算能源需求。取决于设置场所的设备性能计算部40使用存储部10的数据来计算取决于设置场所的设备性能。
36.使用设置场所信息计算部20、能源需求计算部30、取决于设置场所的设备性能计
算部40计算出的信息，通过最佳化处理部50计算能源设备结构。显示部60显示其结果。
37.本实施例的能源设备计划装置1由能够进行各种信息处理的装置构成，作为一例由计算机等信息处理装置构成。信息处理装置具有运算元件、存储介质以及通信接口，还具有鼠标、键盘等输入装置、显示器等显示装置。
38.运算元件例如是cpu(central processing unit：中央处理单元)、fpga(field
‑
programmable gate array：现场可编程门阵列)等。存储介质例如具有hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)等磁存储介质、ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、ssd(solid state drive：固态驱动器)等半导体存储介质等。另外，dvd(digital versatile disk：数字多功能光盘)等光盘与光盘驱动器的组合也被用作存储介质。此外，磁带介质等公知的存储介质也被用作存储介质。
39.在存储介质中存储有固件等程序。在能源设备计划装置1开始动作时(例如接通电源时)，从该存储介质读出固件等程序并执行从而进行能源设备计划装置1的整体控制。另外，在存储介质中除了程序以外，还存储有能源设备计划装置1的各处理所需的数据等。
40.或者，本实施例的能源设备计划装置1也可以由构成为信息处理装置能够经由通信网络进行通信的云来构成。
41.(存储部)
42.在存储部10中，作为一例存储有卫星数据、天气数据、设置场所数据、需求数据、设备规格数据、设备测量数据、设备模型、设备设置成本数据、设备维护成本数据、设置制约数据、能源价格数据。
43.卫星数据包含通过卫星、飞机测量场所的地形等而得到的数据。天气数据包含设置场所的外部气温、湿度、风况的数据，设置场所数据包含设置场所的图形数据、设置场所的测量数据、设置场所种类。
44.需求数据包含设置场所过去的热和电力需求数据、设置场所的建筑物种类。设备规格数据包含各种的空调/热源设备、电力设备的规格数据，包含设置时需要确保的最小空间数据，也包含寿命数据。
45.设备测量数据包含各种的空调/热源设备、电力设备的能源消耗量、cop(coefficient of performance：性能系数)、冷热水温度、发电量。另外，设备测量数据包含已设置在设置对象场所的设备的测量数据。设备模型用于计算各种的空调/热源设备、电力设备的性能。
46.设备设置成本数据是设置设备所需的成本。设备维护成本数据是设置了设备后的维护所花费的成本。设置制约数据是在设置对象场所设置设备时的制约条件。例如，在太阳能发电的情况下，设置制约数据是无法设置在室内这样的数据。能源价格数据是燃料单价、电力单价等能源价格数据。
47.(设置场所信息计算部)
48.图2是表示实施例的设置场所信息计算部20的处理的一例的流程图。
49.首先，设置场所信息计算部20从存储部10取得能源设备计划的对象场所的卫星数据和设置场所数据(s201)。
50.接着，设置场所信息计算部20进行从存储部10取得的卫星数据的图像识别(s202)。然后，设置场所信息计算部20通过该图像识别来掌握设备配置。例如，掌握在建筑
物屋顶配置设备。
51.接着，设置场所信息计算部20将s201中取得的设置场所数据与s202中处理后的卫星数据进行比较，进行设置场所数据的校正判断(s203)。例如，设置场所信息计算部20将设置场所数据、卫星数据的日期以及设备配置进行比较。如果卫星数据的日期是最新的，图像识别出的设备配置与设置场所数据的图形数据不同，则设置场所信息计算部20判断为需要校正。在其他情况下，设置场所信息计算部20判断为不需要校正。
52.然后，设置场所信息计算部20使用在s202中图像识别出的卫星数据，对在s203中判断为需要校正的设置场所数据进行校正。作为一例，设置场所信息计算部20只要修正设置场所数据的图形数据中的与设备配置有关的坐标值即可。
53.(能源需求预测部)
54.能源需求预测部30使用存储部10的需求数据和天气数据，预测当前和将来多个预定期间的能源需求，并求出其概率。
55.图3表示实施例的能源需求预测部30进行的热需求预测的一例。
56.在图3中，310是当前时刻的热需求预测值，311表示中间期的热需求，312表示夏季的热需求，313表示冬季的热需求。320是5年后的热需求预测值，321表示中间期的热需求，322表示夏季的热需求，323表示冬季的热需求。330是10年后的热需求预测值，331表示中间期的热需求，332表示夏季的热需求，333表示冬季的热需求。
57.能源需求预测部30针对图3所示的热需求预测值还求出其概率。图4表示实施例的能源需求预测部30预测出的热需求预测及其概率的例子。
58.在图3、图4所示的例子中示出了热需求的情况，但并不限于此，电力需求也同样如此。由此，计算出多个预定期间的能源需求及其概率。
59.(取决于设置场所的设备性能计算部)
60.图5是表示实施例的取决于设置场所的设备性能计算部40的处理的一例的流程图。
61.首先，取决于设置场所的设备性能计算部40从存储部10取得设备规格数据、设备测量数据、设置场所数据、设备模型(s401)。
62.接着，取决于设置场所的设备性能计算部40按照设备的每个种类对s401中取得的设备规格数据、设备测量数据、设置场所数据、设备模型进行分类(s402)。例如，能够根据设备名称对设备规格数据、设备测量数据、设置场所数据、设备模型进行分类。并且，能够根据设备容量等详细地进行再分类。或者，也可以通过k均值算法(k
‑
means)或混合正态分布模型进行聚类。
63.接着，取决于设置场所的设备性能计算部40按每个设置场所对s402中分类后的设备种类进行再分类(s403)。设备测量数据是被赋予了设置有设备的场所的标签的数据。例如，蓄热槽能够设置在地下室或屋顶。在为设置在地下室的蓄热槽的情况下，赋予地下室的标签。在为设置在屋顶的蓄热槽的情况下，赋予屋顶的标签。取决于设置场所的设备性能计算部40从在s402中分类后的设备种类中检索这样的设备测量数据的设备。结果，能够按每个设置场所对设备种类进行再分类。如上述的蓄热槽那样，设备测量数据在相同的设备中具有在多个场所测量出的数据。因此，将从多个场所测量到的设备测量数据与各设备种类匹配起来。
64.接着，取决于设置场所的设备性能计算部40计算取决于设置场所的设备特性(s404)。例如，在蓄热槽的情况下，其特性根据设置场所而变化。关于蓄热槽，外部气温、太阳热对热损失有影响，因此其特性根据设置在屋顶和室内中的哪一方而变化。取决于设置场所的设备性能计算部40使用在s403中再分类后的每个设备种类的设备测量数据和设备模型，在各个设备种类下计算每个设置场所的设备性能。
65.作为取决于设置场所的设备特性，以计算蓄热槽效率的情况为例进行说明。设为在s403中分类后的蓄热槽的效率计算模型为下式(1)。
66.[数式1]
[0067][0068]
其中，η为效率，h
out
为散热量，h
in
为蓄热量。
[0069]
能够使用在s403中分类后的作为设备测量数据的散热量h
out
和蓄热量h
in
、作为设备模型的式(1)，来计算效率η。因为在s403中按照每个设置场所对设备进行了分类，所以能够计算出各自不同的设置场所的效率。
[0070]
另外，在针对每个设备种类存在多个设备测量数据的情况下，能够将根据各个设备测量数据计算出的取决于设置场所的设备特性的平均作为设备种类的代表特性来使用。
[0071]
然后，在相同的设置场所设置设备的情况下，取决于设置场所的设备性能计算部40计算设备间影响导致的设备性能变化量(s405)。
[0072]
图6表示设备的设置场所的一例。在图6所示的例子中，太阳能发电设备401和冷却塔402设置在建筑物的屋顶400。
[0073]
图7表示设备性能变化量的一例。图7所示的例子表示了如图6那样设置了太阳能发电设备401和冷却塔402时的太阳能发电输出比。
[0074]
已知太阳能发电的发电量根据日照量而变化，另外，太阳能发电设备401的效率根据外部气温而变化。图7的图表中的横轴即外部气温是气象局公开的建筑物所在地域的外部气温或在建筑物的外部气温测定点测量出的外部气温。在图7中，404是没有冷却塔402时的相对于外部气温的太阳能发电输出比，405是设置了冷却塔402时的相对于外部气温的太阳能发电输出比。对于404，从在s404中计算出的取决于设置场所的设备性能中使用未设置冷却塔402时的取决于设置场所的设备性能。
[0075]
在设置了冷却塔402时，除了外部气温以外，太阳能发电设备401的表面温度还由于来自冷却塔402的散热而上升，因此如405那样太阳能发电输出比降低。这样的温度上升根据太阳能发电设备的表面与冷却塔之间的距离而变化，因此如图8所示，能够代替外部气温而求出太阳能发电设备的表面与冷却塔之间的距离所对应的太阳能发电输出比变化率。因此，设置场所信息计算部20求出基于设备间距离的设备性能变化率。
[0076]
在此，对设置了太阳能发电设备401和冷却塔402的情况进行了说明，但不限于此。
[0077]
(最佳化处理部)
[0078]
最佳化处理部50使用设置场所信息计算部20计算出的设置场所信息、能源需求预测部30计算出的能源需求、取决于设置场所的设备性能计算部40计算出的取决于设置场所的设备性能以及基于设备间影响的设备性能变化量，来计算考虑了设备配置的能源设备结构。
[0079]
图9是表示实施例的最佳化处理部50的处理的一例的流程图。
[0080]
首先，最佳化处理部50使用能源需求预测部30计算出的能源需求中的当前时刻的能源需求。
[0081]
最佳化处理部50生成设备结构/设置场所内配置候选群(s501)。即，最佳化处理部50使用设置场所信息计算部20计算出的设置场所信息、来自存储部10的设备规格数据和设置制约数据，生成设置场所内可设置的设备候选。
[0082]
图10是表示实施例的最佳化处理部50进行的设备结构/设置场所内配置候选群生成处理(s501)的一例的流程图。
[0083]
首先，最佳化处理部50在设置场所内配置某个设备(s601)。在此，关于配置的设备，基于设置制约数据从设备规格数据中选择能够设置在设置场所的设备。
[0084]
设为配置设备的场所为设置场所内的多个地方。例如，在正方形的设置场所中配置设备时，能够沿着4条边中的某一边，从角开始以一定间隔设定设备的配置场所。
[0085]
接着，最佳化处理部50使用设备规格数据中的设置时需要确保的最小空间数据来设定最小设置间隔以上的各种设置间隔(s602)。接着，最佳化处理部50在s602中设定的各种设置间隔中追加设备。
[0086]
反复进行图10所示的流程图直到没有了能够设置的设备为止，由此能够生成设备结构/设置场所内配置候选群。
[0087]
返回到图9，最佳化处理部50使用在s501中生成的设备结构/设置场所内配置候选群来进行最佳运算处理(s502)。作为目标函数，使用下式(2)。
[0088]
j＝j
inital
j
operation
j
maintenance
(2)
[0089]
其中，j是综合成本，j
inital
是设备设置成本，j
operation
是设备运用成本，j
maintenance
是设备维护成本。
[0090]
最佳化处理部50选择满足当前时刻的能源需求，并且使该目标函数最小化的设备结构/设置场所内配置候选。接着，最佳化处理部50针对在s501中生成的设备结构/设置场所内配置候选群，使用由取决于设置场所的设备性能计算部40计算出的取决于设置场所的设备性能以及基于设备间影响的设备性能变化量来决定设备性能，然后生成运转计划。
[0091]
接着，最佳化处理部50求出基于所生成的运转计划的设备运用成本j
operation
。另外，最佳化处理部50能够根据存储部10的设备设置成本数据和设备维护成本求出设备设置成本j
inital
和设备维护成本j
maintenance
。
[0092]
关于设备设置成本j
inital
，有时设备设置成本因设备设置间隔而变化。例如，在图6所示的状况下，为了提高太阳能发电设备的表面位置，支承该太阳能发电设备的柱子变长，设备设置成本进一步增加。最佳化处理部50能够使用存储部10的设备设置成本数据来计算基于太阳能发电设备表面位置(高度)的设备设置成本。
[0093]
由此，最佳化处理部50能够计算出各设备结构/设置场所内配置候选的综合成本，并计算出使该综合成本最小化的最佳设备结构/设置场所内配置候选。然后，最佳化处理部50还针对多个能源需求计算最佳设备结构/设置场所内配置候选，由此生成最佳设备结构/设置场所内配置候选群。
[0094]
接着，最佳化处理部50从在s502中生成的最佳设备结构/设置场所内配置候选群中选择最佳设备结构/设置场所内配置。然后，最佳化处理部50对于当前时刻的所有能源需
求评价成本，求出其期待值(s503)。
[0095]
如图4所示，由于对各能源需求赋予了概率，因此通过将该概率与当前时刻的各能源需求所对应的最佳设备结构/设置场所内配置候选的综合成本相乘来求出期待值。因此，最佳化处理部50选择该期待值最小的最佳设备结构/设置场所内配置候选来作为最佳设备结构/设置场所内配置。
[0096]
接着，最佳化处理部50切换为下一个将来的预定期间的能源需求(s504)。例如，从当前时刻的能源需求切换为5年后的能源需求。
[0097]
接着，最佳化处理部50将在s503中选择出的最佳设备结构/设置场所内配置作为初始值使用，在设置场所内的剩余空间中如s501那样生成设备结构/设置场所内配置候选群(s505)。然后，在最佳设备结构/设置场所内配置下的设备寿命比s504中切换后的能源需求的预测时刻短的情况下，最佳化处理部50将该设备从最佳设备结构/设置场所内配置中删除。
[0098]
接着，最佳化处理部50使用在s505中再次生成的设备结构/设置场所内配置候选群进行s502那样的最佳运算，生成最佳设备结构/设置场所内配置候选群(s506)。
[0099]
然后，最佳化处理部50对于s506中生成的最佳设备结构/设置场所内配置候选群进行s503那样的期待值评价，选择最佳设备结构/设置场所内配置(s507)。然后，当存在下一个将来的预定期间的能源需求时，最佳化处理部50返回到s504来更新能源需求。当不存在下一个将来的预定期间的能源需求时，最佳化处理部50输出在s507中选择出的最佳设备结构/设置场所内配置(s508)。
[0100]
(显示部)
[0101]
图11表示实施例的显示部60所显示的画面的一例。
[0102]
显示部60在画面中显示最佳化处理部50输出的最佳设备结构/设置场所内配置。601是在设置场所中配置了满足当前时刻的能源需求的设备结构的图。601a是太阳能发电设备，601b是冷却塔。602是在设置场所中配置了满足下一个将来的预定期间的能源需求的设备结构的图。
[0103]
(效果)
[0104]
根据这样构成的本实施例，能源设备计划装置1具有：取决于设置场所的设备性能计算部40，其考虑设备设置场所中的设备间影响来计算用于供给能源的设备的设备性能；以及最佳化处理部50，其基于由取决于设置场所的设备性能计算部40计算出的设备的设备性能，提示所述设备在设置场所中的配置场所。
[0105]
因此，根据本实施例，能够提示考虑了设备间影响的设备配置场所。
[0106]
此外，能源需求预测部30预测当前的能源需求和将来的多个预定期间的能源需求，最佳化处理部50提示满足了由能源需求预测部30预测出的能源需求的所述设备的构成，因此能够考虑取决于场所的设备特性来制定与当前的能源需求和将来的多个预定期间的能源需求对应的能源设备计划。
[0107]
并且，最佳化处理部50提示设备的设置、运用以及维护所需的成本最小的设备构成以及配置场所，因此能够提示还考虑了成本的设备配置场所。
[0108]
本发明并不限于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的实施例，并不限于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某
实施例的部分结构置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的部分结构，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
[0109]
另外，上述各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或全部例如可以通过用集成电路进行设计等以硬件来实现。另外，上述各结构、功能等也可以通过由处理器解释并执行用于实现各个功能的程序以软件来实现。用于实现各功能的程序、表、文件等信息能够放置在存储器、硬盘、ssd等记录装置、或ic卡、sd卡、dvd等记录介质中。
[0110]
另外，控制线、信息线被认为是说明所需要的，并非示出了产品上所有的控制线、信息线。实际上可以认为几乎全部的结构相互连接。
[0111]
符号说明
[0112]
1 能源设备计划装置
[0113]
10 存储部
[0114]
20 设置场所信息计算部
[0115]
30 能源需求预测部
[0116]
40 取决于设置场所的设备性能计算部
[0117]
50 最佳化处理部
[0118]
60 显示部。