2020 Fiscal Year Research-status Report

次世代複合物理モデリングを活用した分散型マルチエネルギーの最適設計

Research Project

Project/Area Number	20KK0102
Research Institution	The University of Kitakyushu
Principal Investigator	白石靖幸北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (50302633)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	池田卓矢北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (00848319) 山田浩史北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (80778184)
Project Period (FY)	2020-10-27 – 2025-03-31
Keywords	Modelica / エネルギーシミュレーション / エネルギーリソース / 建築設備 / 最適制御 / 再生可能エネルギー
Outline of Annual Research Achievements	研究計画書に基づき、2020年度はまず国際共同研究をスタートさせるため、KU LeuvenのDirk Saelens教授と北九州市立大学の白石、池田、山田によるオンライン及び対面のミーティングを複数回実施し、研究計画の再確認・ディテールの調整を行った。研究計画全般や複合物理モデリングに関しては、主に白石とSaelens、最適制御・自動制御に関しては白石と池田、BIM・GIS・FMIに関しては白石、山田で具体的な議論を行い、研究の方向性を確認した。尚、コロナ禍のため、当初計画していた打ち合わせのための短期的なベルギー渡航は取りやめ、オンラインにて対応した。ただし、研究代表者である白石の長期渡航については、2020年度末から1年間の予定で実施することとなった。建築設備(AE)やエネルギーリソース（ER）の最適制御手法として、2020年度はまずモデル予測制御（MPC）とスパースモデリングを併用したスパース最適制御に関する研究に着手した。同手法は時空間上のAE-ERの出力を最小化、すなわちAE-ERの非定常的な省エネ性能向上やAE-ERの発停回数の削減によるAE-ERの耐久性向上を目指す。尚、最適制御手法に関する一部の研究成果は、2021年度以降、論文投稿できるように準備を進めた。複合物理モデリングに関しては、KU Leuven との共同研究に先立ち、Open Modelica(フリー、オープンソース)及びDymola(Modelica言語を用いた商用ソフト)を導入し、建築・設備・輸送系のコンポーネント・ライブラリの整備状況やBIM、GIS、FMIへの対応状況を確認した。更にOpen Modelica、Dymolaのセミナーにも積極的な参加し、機能や操作方法の習得に努めた。2021年度以降の解析実施に向けて、住宅用ER、業務用ERを対象とした解析モデルの作成にも着手した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍のため、研究代表者、研究分担者の短期的なベルギーへの渡航は困難であり、このような状況は当面続くものと予想される。ただし、研究代表者による長期的なベルギーへの渡航（2021年3月～2022年3月）は2020年度内に実現している。国際共同研究ではあるが、ベルギーへの渡航が現実的には厳しい状況となることを想定しつつ、オンラインでのミーティングや技術指導等を積極的に導入し、本研究を当初の予定通り実施できるよう臨機応変に対応している。
Strategy for Future Research Activity	本研究は、主に1)人工知能技術を駆使した最先端の最適制御の開発、2) 次世代複合物理モデリングの導入、3) 分散型マルチエネルギーの最適設計を実現する連成解析ツールの構築とその検証　に大きく分類される。2021年度、研究代表者である白石は1年間ほどKU LeuvenにてVisiting professorとして滞在し、共同研究者であるD. Saelens教授の協力の下、KU Leuvenを主たる研究拠点としつつ、上記の研究課題に取り組む。特にKU Leuvenにて近年、精力的に開発が進められているModelicaをベースとしたエネルギーシミュレーションのためのコンポーネントやライブラリを本研究においても導入し、2022年度以降、研究拠点を北九州市立大学へ移した後も順調に研究が遂行できるように対応、準備する。研究課題の1)に関しては、モデル予測制御をベースとしながらも、対象とするエネルギーリソースや建築設備に対応した制御手法に関する検討を行う。例えば、スパース最適制御や混合整数線形計画法 (MILP)を用いた制御手法についてMATLAB/Simulinkを用いて開発及び検証を目指す。研究課題の2)に関しては、Modelica言語を用いた商用ソフトであるDymolaを導入すると共に、KU Leuvenにて開発を行っているコンポーネントやライブラリをDymolaにインストールし、エネルギーシミュレーションが実施できる環境を整備する。研究課題の3)に関しては、textファイルを介した、DymolaとMATLAB/Simulinkの連成解析ツールを開発し、同ツールを用いたケーススタディの一環として業務施設と街区を対象としたエネルギーシミュレーションを試行的に実施する。
Causes of Carryover	コロナ禍により、2020年度内のベルギーへの渡航旅費が支出できず、一部繰越金が生じている。一方、2021年3月末に研究代表者である白石のベルギーへの渡航が実現し、2022年度3月までの長期滞在が実現可能な状況にあるため、2020年度の繰越金と2021年度の請求助成金は主に白石の滞在費として使用する予定である。