2023 Fiscal Year Annual Research Report
Research on planning, design, and optimal operation of 5th generation district heating with large-scale underground thermal energy storage
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21H01485
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長野 克則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80208032)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阪田 義隆 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (10754236)
葛 隆生 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60552411)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 地域熱供給 / 地中熱 / 地盤情報 / ヒートポンプ / 最適化運用 / CO2排出量 / BTES / 再生可能エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) 地下水情報に加えて地質柱状図を伴う石狩平野（札幌）、関東平野（東京）、大阪平野（大阪）のデータを抽出し、3次元確率補完法の一つであるインジケーター・クリギング法を適用し、平面分解能250mメッシュ、深さ１ｍ毎で各深度の地質構成割合を示した深度3次元地質情報データベースについて新しい深井戸データベースを加えより精度を上げた3次元地質情報データベースに更新した。推定したデータと元の地質データによる交互交差検証法にて誤差評価を行い、推定誤差も明らかにもした。
2) 温水加熱循環法による熱応答試験(TRT)において光ファイバー温度計をUチューブの両側に挿入し、試験から得られた深度1m毎の温度θiおよび放熱量qiの時間変化データに対してこれまでに開発した解析手法を適用して、各層毎の有効熱伝導率λe、BHEXの熱抵抗Rbに加え、長期間の加熱による温度応答を分析し、移動線熱源理論による温度応答と比較することにより実績の温度応答から地下水流れ推定する方法を確立した。
3) 大規模BTESの設計・性能予測ツールの構築を進めた。特に、地中への放熱・採熱のバランスを取り、水ネットワークの温度変動を設計上下限値内に収める様に、大気放熱器、太陽熱集熱器や排熱の受け入れる考慮できるものを開発した。
4) 熱に加えヒートポンプ駆動するための再生可能エネルギーで発電した電力の供給を受けることも考え、AIを用いて気象予測システムを開発し、探索型最適化手法を用いて、再エネ電力利用を最大化しCO2排出量最小化になる建物や施設内の冷暖房・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する。この最適運用計画システムを用いて、最適運用を行った場合に従来の運用に比べてどれだけ購入電力量やCO2排出量を削減できるのか、加えてピーク負荷削減効果や負荷平準化効果などを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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