Research on planning, design, and optimal operation of 5th generation district heating with large-scale underground thermal energy storage

大型地下蓄热第五代集中供热规划设计及优化运行研究

基本信息

批准号：
21H01485
负责人：
長野克則
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1)大深度3次元地質情報データベースの構築については，国土交通省国土情報整備局より新たに全国の深井戸データの提供を受け，多様な地質記載を8つの地質に整理デジタル化し推定のためのデータとして追加した後，インディケータクリギング推定により，対象とする札幌平野，東京平野，大阪平野を含む全国の平面分解能250mメッシュ、深さ5ｍ毎，深度300 mまでの各地質の分布確率を推定し，データベース化した。2) 大規模BTESの設計・性能予測ツールの構築に欠かせない大気放熱器、太陽熱集熱器や排熱の受け入れなど、各パーツのプログラムを開発した。3) AIの一つであるLSTMモデルを用いた日射量と気温の予測プログラムを開発した。これから熱と電力の需要量、および太陽光発電システムの電力供給量を予測可能となる。一方、蓄電池充放電制御についてより緻密な蓄電池残存容量（SOC）を予測するために安時法(Ah integral method)から拡張カルマンフィルタリングアルゴリズム(EKF)を採用した計算モデルを開発した。これにより初期残量推定値と電流と初期状態推定自己相関誤差値に従って，次の状態予測端子電圧，電流と誤差の予測値を求めらる様になり、これを繰り返すことによって SOC 値をリアルタイムで見積もることができる様になった。4)次に、冷暖房ヒートポンプの最適運転制御として F-PID 制御(Fuzzy Proportional Integral Derivative )と BP-PID(Back Propagation Neural Network PID)を応用し、混合整数線形計画(MILP)手法を用いて再エネ電力利用を最大化しCO2排出量最小化になる様な建物の冷暖房・給湯ヒートポンプ、蓄電池充放電などの最適運転スケジュールを作成する運用システムを構築した。

1) Regarding the construction of a large-depth 3D geological information database, we received new data from the National Land Information Development Bureau of the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, and after a data was added to the various geological descriptions into eight geology, we estimated the distribution probability of each geological geology nationwide, including the Sapporo Plains, Tokyo Plains, and Osaka Plains, with a plane resolution of 250m every 5m，深度为300m，并创建了一个数据库。 2）我们已经为每个部分开发了程序，包括大气热散热器，太阳能热收集器以及排气热，这对于构建大型BTES设计和性能预测工具至关重要。 3）我们已经开发了一个程序，以使用AIS之一的LSTM模型来预测太阳辐射和温度。从现在开始，可以预测热量和电力需求的量以及太阳能发电系统提供的电量。另一方面，为了预测电池充电和放电控制的更精确的电池剩余容量（SOC），我们开发了一种计算模型，该模型采用了AH积分方法采用扩展的Kalman过滤算法（EKF）。这允许下一个状态预测终端电压，电流和误差，根据初始剩余量估计，当前和初始状态估计自相关误差值，并且通过重复此功能，可以实时估算SOC值。 4）接下来，我们应用了F-PID控制（模糊比例的积分衍生物）和BP-PID（返回传播神经网络PID）作为用于供暖和冷却热泵的最佳操作控制，以及使用混合整数线性程序（MILP）的操作系统，以创建最佳的运行时间表，例如，制作供热和冷却的热水泵和冷却型泵的最佳操作，并将其置于热水泵和冷却型泵送和冷却型电池，并将其置于热水泵和冷却的效果和冷却效果。可再生能源使用并最大程度地减少CO2排放。