報告書番号

C19008

タイトル（和文）

ヒートポンプシステムを対象とした動特性解析ツールの開発

タイトル（英文）

Development of dynamic analysis tool for heat pump system

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
　再生可能エネルギーの大量導入により、今後需要家サイドにおいてもデマンドレスポ ンス（DR）や仮想発電所（VPP）のようなシステムの導入による需給調整力の確保に対 する要求が高まり、ヒートポンプ等の需要家機器においても調整力としての重要性が増 してくると予想される。そのため、年間を通じた外気条件等の運転条件変化や負荷変動 を伴う運転による実機の動的な特性を把握することが重要となり、様々な運転条件やシ ステム構成に対する性能評価を簡便に行える解析ツールが必要となる。

目 的
　当所で開発している火力発電システム動特性解析ツール[1] （既存ツール）に冷媒熱物 性計算機能を組み込み、ヒートポンプシステムの動特性解析を容易に実行できる解析ツ ールを開発する。また、実機データとの比較により解析ツールの適用性を検証する。

主な成果
1. ヒートポンプシステムを対象とした動特性解析ツールの開発
　既存ツールに、外部の熱物性値推算ソフトウェアと連携するための機能を追加した （図 1）。本機能により、様々な冷媒を作動流体とする各種ヒートポンプ向けの機器モデ ルおよび全体システムモデル（図2）を既存ツールに追加することが可能となり、動特性 シミュレーションが可能な汎用ツールを開発できた。

2. 解析ツールの適用性の検証
　CO2 を冷媒とするヒートポンプシステムについて、本ツール上で解析モデルを作成し、 運転データ [2]と解析結果を比較した。結果として、圧力や温度等の各部の変化特性が良 く一致することが確認できた（図3）。 また、上記の解析モデルと貯湯タンクモデルを組み合わせてヒートポンプ給湯システ ムのモデルを構築した。本モデルによる運転シミュレーションにより、貯湯タンク底部 の温度（入水温度）低下による 成績係数（COP）上昇等のシステム性能変化特性を把握できることを 示した（図4）。

今後の展開
　本ツールによる解析対象範囲の拡充を図る。また、制御システムや IoT 機器との連携 によるリアルタイムシミュレータへの適用を検討していく。

概要 （英文）

We develop an original tool for analyzing the dynamics of heat pump system using Modelica. This tool was originally developed to analyze thermal power generation systems and has been validated against several sets of operational data so far. This report shows the extension of the tool to the calculation of the thermophysical properties of not only water/steam and air/gas but also various refrigerants implemented by the ExternalMedia library. This addition expands the range of target
energy systems that can be analyzed with the tool.
In this report, we show some application examples. First, to verify the validation of the dynamic model using the tool, a comparison between experimental and simulation data targeting a CO2 heat-pump loop facility was drawn. Second, a dynamic system model of a hot water supply system was constructed and simulated. Finally, a simulation of on-off operation of refrigeration showcase was shown.

報告者

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