家庭用電熱源機器の最適機器構成計画支援ツールの開発: 資本回収制約を考慮した最適機器構成計画

摘要

An optimal structural design model of residential power and heat source devices where their operational and capital recovery constraints are considered is developed. The optimal structure of residential power and heat source devices is determined in consideration of multi-period operation so that annual primary energy consumption may be minimized. As principal operational constraints, a constant power output operation, daily start-stop operation, and continuous operation for cogeneration units and an operable hours constraint for heat pump units are focused on. The capital recovery constraint by the reduction in the operation cost is also formulated. The model is applied to the structural design of residential power and heat source devices for simulated energy demands. The results reveal the impact of the recovered capital on the optimal structure and energy savings. The sensitivity analysis of the initial costs of expensive devices is also carried out.%家庭部門での省エネルギー対策のーつとして，コージェネレーションやヒートポンプ給湯機などの高効率な電熱源機器の普及が進んでいる.家庭用コージェネレーションとして，ガスエンジン(GE),固体高分子形燃料電池(PEFC),および固体酸化物形燃料電池(SOFC)が実用化されているが，これらの機器は供給熱電比が異なるだけでなく，それぞれが固有の運転制約を持つ.さらに，発電出力の余剰分を電力系統に逆潮流できないため，各世帯の電力および熱需要の変動に応じて適切に運転を行う必要がある.一方，家庭用ヒートポンプ給湯機はCO_2を作動媒体としており,高い成績係数を持つ.主に深夜電力を用いて稼働するために大容量の貯湯槽を必要とするが，長時間の蓄熱に伴う放熱損失がシステム性能に影響を及ぼす.よって，エネルギー需要量やその時系列変化特性が電熱源機器の性能および運転制約に整合しない場合には，機器の持つ省エネルギー効果を十分に発揮できないことがある.その対策として，貯湯槽の容量を増やしたり，蓄電池，電熱ヒータ，およびラジエータなどの周辺機器を併設することが考えられる.しかし，周辺機器を併設すると設備コストが増大するため，電熱源機器の省エネルギー性と経済性はトレードオフの関係にある.また，近年の省エネルギーに対する意識の高まりから，初期投資を回収できなくても省エネルギー性の高い電熱源機器を導入する需要家も増えている.