JP2002138902A

JP2002138902A - コージェネレーションシステムの運転方法

Info

Publication number: JP2002138902A
Application number: JP2001187997A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Kashiwabara; 義孝栢原; Shin Iwata; 伸岩田; Keiji Takimoto; 桂嗣滝本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP4605942B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発電効率を高くするとともに、放熱ロスを極
力少なくする状態で熱電併給装置を運転し、省エネルギ
ー性を向上する。【解決手段】熱電併給装置で発生した排熱を蓄熱タン
クに貯めるとともに、熱電併給装置で発生した電力を電
気ヒータで熱に変換し、不足分の電力は商用電源で賄う
ように構成し、予め特定されている１日分および翌日分
の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化基づき、
熱電併給装置を運転する場合に、熱電併給装置の運転に
要する燃料供給量、不足分の電力の投入量およびシステ
ムからの放熱量の一次エネルギーの換算値ＰＥ１が最小
となるように運転開始時刻ａと運転終了時刻ｂとを導出
して熱電併給装置を定格負荷で運転し、電力需要が定格
負荷よりも小さいときの余剰電力は電気ヒータで熱に変
換するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと発電機
とを一体化したものとか燃料電池といったような、電力
と熱とを発生する熱電併給装置を設け、電力と熱の両方
を得るように構成したコージェネレーションシステムの
運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のものとして、電力需要に追従し
て運転するように構成したものがあったが、熱電併給装
置で発生した熱の総量が熱需要量よりも必要以上に多い
と、余剰の熱を捨てることになって無駄である。

【０００３】そこで、熱電併給装置で発生した熱を貯め
る蓄熱タンクを設け、その蓄熱タンク内の上下の所定箇
所に温度センサを設け、その温度変化に基づいて蓄熱タ
ンク内に温水が満杯になったかほぼ空になったかを判別
させ、熱電併給装置の運転を制御し、熱需要に対応でき
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
熱を必要としない場合でも蓄熱タンク内に熱を貯めるこ
とになり、その貯めた熱を消費するまでの時間が長い
と、蓄熱タンクからの放熱量が多くなり、この放熱ロス
のために省エネルギー性が低下する欠点があった。

【０００５】運転形態としては、定格運転、定格以下の
部分は電力需要に追従する運転、更には複数段の電力量
での運転があるが、いずれにおいても、放熱ロスを少な
くするために、熱を消費するまでの時間が短くなるよう
に熱電併給装置を運転しようとすると、電力需要が少な
いときに運転することになって、見掛け上の発電効率ま
たは発電効率が低下してしまい、省エネルギー性がかえ
って低下する問題がある。

【０００６】逆に、発電効率を重視し、発電効率が高い
状態で熱電併給装置を運転しようとすると、前述同様
に、放熱ロスのために、省エネルギー性が低下する問題
がある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明は、見掛け上の発
電効率を極力高くするとともに放熱ロスを極力少なくす
る状態で熱電併給装置を運転し、省エネルギー性を向上
できるようにすることを目的とし、請求項２および請求
項３に係る発明は、発電効率を極力高くするとともに放
熱ロスを極力少なくする状態で熱電併給装置を運転し、
省エネルギー性を向上できるようにすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明のコ
ージェネレーションシステムの運転方法は、上述のよう
な目的を達成するために、定格発電量の電力と熱とを発
生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱
を貯める蓄熱タンクと、前記熱電併給装置で発生した電
力を熱に変換する電熱変換手段と、所定時間を１周期Ｔ
として、その１周期Ｔおよび次の１周期Ｔそれぞれ内の
熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定
する需要変化特定手段と、不足分の電力を投入可能な買
電手段とを備え、前記１周期Ｔ内での熱需要分またはそ
の大半に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記
１周期Ｔ内で発生させて消費する第１の状態、および、
負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の
周期で消費する第２の状態それぞれを想定し、前記１周
期Ｔを設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻ａを順
次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値Ｓ（ｔ）
が常に下記条件式（１）を満たすとともに、下記一次エ
ネルギーの換算値ＰＥ１［式（３）］が最小となる最適
運転状態を前記第１および第２の状態の全体から求め、
求められた最適運転状態の運転開始時刻ａとその運転開
始時刻ａから導かれる運転終了時刻ｂとによって、前記
熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要
が定格発電量よりも小さいときの余剰電力を前記電熱変
換手段で熱に変換することを特徴としている。

【数１５】ここで、Ｓ（０）は初期蓄熱量を示している。Ｆは定格
発電量を、ｋは熱電比をそれぞれ示している。また、ｈ
（ｔ）は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関
数であり、ｅｘ（ｔ）はシステムからの放熱量である。
そして、Ｈは、余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した
変換熱量で、Ｆ＞ｅ（ｔ）の分を積算するものであり、
下記（２）式で表される。

【数１６】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆここで、Ｅ（ｔ）は、負荷電力が定格電力を越える場合
は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場
合はその負荷電力量となる電力量であり、ｅ（ｔ）は、
予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数であ
る。ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）ここで、ＧＩは運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂまで
の熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式
（４）で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算
値である。

【数１７】ここで、ＧＩ（ｔ）は、使用する熱電併給装置によって
特定される燃料供給量である。ＢＥは、１周期Ｔとなる
所定時間Ｔ内での不足分の電力の投入量であり、次式
（５）で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算
値である。

【数１８】ここで、ＧＰは、熱電併給装置の発電量であり、次式
（６）で表される。

【数１９】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆ

【０００９】また、請求項２に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達
成するために、負荷電力が定格発電量より少ない場合負
荷に合わせて運転することができる電力と熱とを発生す
る熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を貯
める蓄熱タンクと、所定時間を１周期Ｔとして、その１
周期Ｔおよび次の１周期Ｔそれぞれ内の熱需要および電
力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特
定手段と、不足分の電力を投入可能な買電手段とを備
え、前記１周期Ｔ内での熱需要分に相当する量の熱を前
記熱電併給装置により前記１周期Ｔ内で発生させて消費
する第１の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転
して余剰となった熱を次の周期で消費する第２の状態そ
れぞれを想定し、前記１周期Ｔを設定時間間隔ごとに分
割した運転開始時刻ａを順次入力し、前記蓄熱タンク内
の蓄熱量の変動値Ｓ（ｔ）が常に下記条件式（７）を満
たすとともに、下記一次エネルギーの換算値ＰＥ１［式
（３）］が最小となる最適運転状態を前記第１および第
２の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運
転開始時刻ａとその運転開始時刻ａから導かれる運転終
了時刻ｂとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で
運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいと
きには電力需要の変化に追従させて運転することを特徴
としている。

【数２０】ここで、Ｓ（０）は初期蓄熱量を示し、Ｅ（ｔ）は、負
荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負
荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量とな
る電力量である。Ｂ［Ｅ（ｔ）］は、電力量Ｅ（ｔ）に
おける熱電併給装置の発生熱量を示している。また、ｈ
（ｔ）は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関
数であり、ｅｘ（ｔ）はシステムからの放熱量である。ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）ここで、ＧＩは運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂまで
の熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式
（４ａ）で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換
算値である。

【数２１】ここで、ＧＩ（ｔ）は、負荷電力が定格発電量よりも少
ない運転において使用する熱電併給装置によって特定さ
れる燃料供給量である。ＢＥは、１周期Ｔとなる所定時
間Ｔ内での不足分の電力の投入量であり、次式（５）で
表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値であ
る。

【数２２】ここで、ＧＰは、熱電併給装置の発電量であり、次式
（６）で表される。

【数２３】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆ上記（５）および（６）式において、ｅ（ｔ）は、予め
特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。

【００１０】また、請求項３に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達
成するために、複数段に設定した発電量で運転して設定
発電量の電力と熱とを発生する熱電併給装置と、前記熱
電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、所定時
間を１周期Ｔとして、その１周期Ｔおよび次の１周期Ｔ
それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変
化を予め特定する需要変化特定手段と、不足分の電力を
投入可能な買電手段とを備え、前記１周期Ｔ内での熱需
要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記１
周期Ｔ内で発生させて消費する第１の状態、および、負
荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周
期で消費する第２の状態それぞれを想定し、前記１周期
Ｔを電気負荷に合わせて、複数段に設定した発電量で運
転し、その複数段の発電量が変わる時刻をａ₁，…，ａ
_n-1（ｎは正の整数）として複数段の設定発電量の運転
状態それぞれに順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量
の変動値Ｓ’（ｔ）が常に下記条件式（８）を満たすと
ともに、下記一次エネルギーの換算値ＰＥ１’［式
（９）］が最小となる最適運転状態を前記第１および第
２の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運
転開始時刻ａ₁，…，ａ_n-1によって、前記熱電併給装
置を複数段の設定発電量で運転することを特徴とするコ
ージェネレーションシステムの運転方法。

【数２４】ここで、Ｓ’（０）は初期蓄熱量を示し、Ｆ₁、…、Ｆ
_nは各設定発電量を、ｋ₁、…、ｋ_nは各設定発電量の
熱電比をそれぞれ示している。Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_n-1
は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であ
り、次式で示される。

【数２５】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k ｋは１からｎ−１までの整数である。Ｅ_k（ｔ）は、負
荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負
荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量とな
る電力量である。また、ｈ（ｔ）は、予め特定された熱
需要の経時的変化を示す関数であり、ｅｘ（ｔ）はシス
テムからの放熱量である。ＰＥ１’＝ＧＩ’・α＋ＢＥ’・β……（９）ここで、ＧＩ’は各複数段に設定した運転の運転開始時
刻ａ₁，…，ａ_n-1からの熱電併給装置の運転に要する
総燃料供給量であり、次式（１０）で表される。ｎは正
の整数であり、ＧＩ’（ｔ）は、複数段の発電に起因し
て運転される熱電併給装置によって特定される燃料供給
量である。αは燃料の一次エネルギーへの換算値であ
る。

【数２６】ＢＥ’は、１周期Ｔとなる所定時間Ｔ内での不足分の電
力の投入量であり、次式（１１）で表される。βは電力
の一次エネルギーへの換算値である。

【数２７】ここで、ＧＰ’は、熱電併給装置の発電量であり、次式
（１２）で表される。

【数２８】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k 上記（１１）および（１２）式において、ｅ（ｔ）は、
予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数であ
る。

【００１１】

【作用】請求項１に係る発明のコージェネレーションシ
ステムの運転方法の構成によれば、熱電併給装置を定格
発電量で運転して発電し、電力需要が定格発電量よりも
小さいときの電力需要を越える余剰の電力を電熱変換手
段によって熱に変換し、不足分の電力を買電手段で賄う
とともに、変換した熱と熱電併給装置で発生した熱によ
って熱需要を賄い、かつ、後で必要とする熱を蓄熱タン
クに貯めて熱需要に応じることができる。このときに、
例えば、１日などの１周期内にとどまらず、翌日の午前
分や昼分の熱需要など次の１周期内の熱需要の一部を賄
う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの
間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うこと
をも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小
となるように運転する。

【００１２】また、請求項２に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法の構成によれば、電力需要
が定格発電量を越えるときは熱電併給装置を定格発電量
で運転して発電し、電力需要が定格発電量よりも小さい
ときは熱電併給装置を電力需要に追従して運転して発電
し、不足分の電力を買電手段で賄うとともに熱電併給装
置で発生した熱によって熱需要を賄い、かつ、後で必要
とする熱を蓄熱タンクに貯めて熱需要に応じることがで
きる。このときに、例えば、１日などの１周期内にとど
まらず、翌日の午前分や昼分の熱需要など次の１周期内
の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯
めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を
買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギ
ーへの変換値が最小となるように運転する。

【００１３】また、請求項３に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法の構成によれば、例えば、
１日間など、１周期となる所定時間内において、熱電併
給装置を複数段に設定した発電量で運転して発電し、不
足分の電力を買電手段で賄うとともに熱電併給装置で発
生した熱および電力需要が定格発電量より小さい時の電
力需要を越える余剰電力を電熱変換手段により変換され
る熱とによって熱需要を賄い、かつ、後で必要とする熱
を蓄熱タンクに貯めて熱需要に応じることができる。こ
のときに、例えば、１日などの１周期内にとどまらず、
翌日の午前分や昼分の熱需要など次の１周期内の熱需要
の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が
消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段
で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変
換値が最小となるように運転する。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例につき、図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、コージェネレー
ションシステムの第１実施例を示すシステム構成図であ
り、１は熱電併給装置を、２は蓄熱タンクをそれぞれ示
している。

【００１５】蓄熱タンク２には、その底側から上部にわ
たって第１のポンプ３を備えた循環配管４が接続されて
いる。循環配管４に熱交換器５が設けられ、熱電併給装
置１と熱交換器５とにわたって、第２のポンプ６を備え
た熱回収用循環配管７が接続されている。

【００１６】この構成により、蓄熱タンク２の下部から
取り出した水を熱電併給装置１からの熱によって加熱
し、その加熱された蓄熱水を蓄熱タンク２に戻して蓄熱
するように構成されている。循環配管４の熱交換器５よ
りも下流側の箇所に電熱変換手段としての電気ヒータ８
が設けられ、熱電併給装置１で発生した電力が余剰の場
合に、余剰電力を熱に変換して蓄熱タンク２の下部から
取り出した水を加熱し、その加熱された蓄熱水を蓄熱タ
ンク２に蓄えることができるように構成されている。図
中９は、給湯用の給湯管を示している。

【００１７】循環配管４には、熱交換器５と直列になる
ように出力用循環配管１０が接続されるとともに、その
出力用循環配管１０に暖房用熱交換器１１が設けられ、
暖房用熱交換器１１に、第３のポンプ１２を備えた暖房
用循環配管１３を介して、室内暖房機、床暖房機、浴室
乾燥機などのセントラルヒーティング用の暖房装置１４
が接続されている。

【００１８】熱電併給装置１には、発電電力を取り出す
電力線１５が接続され、その電力線１５に、照明装置や
電気機器などの電気負荷１６が接続されている。また、
電力線１５に逆潮流防止用の保護装置１７を介して商用
電源線１８が接続され、発電電力で不足するときに商用
電源からの電力を投入できるように買電手段１９が構成
されている。

【００１９】また、電力線１５に、スイッチ回路２０を
介して電気ヒータ８が接続され、余剰電力の発生時に電
気ヒータ８に通電するようになっている。この電気ヒー
タ８としては、二点鎖線で示すように、熱回収用循環配
管７に設けるようにしても良い。図中２１はバックアッ
プ用のガスボイラを示している。

【００２０】熱電併給装置１およびスイッチ回路２０に
はマイクロコンピュータ２２が接続されている。マイク
ロコンピュータ２２には学習機能が備えられていて、図
２のブロック図に示すように、需要変化特定手段２３と
運転時刻入力手段２４と演算手段２５と比較手段２６と
運転制御手段２７とが備えられている。

【００２１】需要変化特定手段２３では、前述した学習
機能によって記憶されているデータに基づき、図３およ
び図４のグラフに示すように、１周期Ｔとしての１日間
における前述した、照明装置や電気機器駆動のための電
力需要ｅ（ｔ）、および、給湯や暖房などの熱需要ｈ
（ｔ）の経時的変化を、予め特定できるように構成され
ている。また、表−１に、上記給湯や暖房などの熱需要
ｈ（ｔ）の経時的変化の数値例を示す。なお、図３およ
び図４は、多数の需要家の平均値をとって概略的な変化
として示したものである。

【表１】

【００２２】すなわち、前日の需要変化とか、１週間前
の同じ曜日の需要変化などが順次記憶され、それらの需
要変化に基づいて当日１日間および翌日１日間における
熱需要ｈ（ｔ）、および、電力需要ｅ（ｔ）の経時的変
化を、予め特定できるようになっているのである。

【００２３】運転時刻入力手段２４では、１周期Ｔとし
ての１日間を、例えば、１分間ごとなど、設定時間間隔
ごとに分割した運転開始時刻ａを順次入力するようにな
っている。

【００２４】演算手段２５では、需要変化特定手段２３
からの当日１日間および翌日１日間における熱需要ｈ
（ｔ）、および、電力需要ｅ（ｔ）の経時的変化に基づ
いて、後述する条件式に運転時刻入力手段２４から運転
開始時刻ａとそれから導かれる運転終了時刻ｂとを入力
することにより、一次エネルギーの換算値を演算するよ
うになっている。

【００２５】比較手段２６では、演算手段２５から入力
される一次エネルギーの換算値を記憶し、その換算値と
次に入力される換算値とを比較し、小さいほうの換算値
とそのときの運転開始時刻ａおよび運転終了時刻ｂを新
たに記憶していき、１日間分の運転開始時刻ａの入力を
終了した後に、一次エネルギーの換算値が最小であった
運転開始時刻ａおよび運転終了時刻ｂを出力するように
なっている。

【００２６】運転制御手段２７では、比較手段２６から
の運転開始時刻ａおよび運転終了時刻ｂに応答して、熱
電併給装置１およびスイッチ回路２０に駆動信号を出力
し、一次エネルギーの換算値が最小になる状態でコージ
ェネレーションシステムを運転するようになっている。

【００２７】次に、上記条件式について説明する。第１
実施例では、熱電併給装置１を発電効率が最も高い定格
発電量(100％負荷) で運転し、電力需要ｅ（ｔ）が定格
発電量よりも小さい余剰電力分を電気ヒータ８によって
熱に変換するものとする。ここでの定格発電量として
は、１ｋｗを例示する。この定格発電量は、例えば、
０．８ｋｗなど、使用する熱電併給装置によって決まる
ものである。

【００２８】先ず、１周期Ｔとしての１日間での熱需要
分またはその大半に相当する量の熱を熱電併給装置１に
より１日間で発生させて消費する第１の状態を想定す
る。１日全体での必要な熱需要ｈ（ｔ）の総量Ａは、下
記（１３）式

【数２９】で求められる。また、システム全体として、熱電併給装
置１の筐体や蓄熱タンク２や配管からの放熱があり、そ
の放熱量Ｂは時間の関数として下記（１４）式で表すこ
とができ、

【数３０】となる。

【００２９】これらのことから、熱電併給装置１の運転
開始時刻をａ、運転終了時刻をｂと想定して運転した場
合に、得られる総熱量は、余剰電力を電気ヒータ８で熱
に変換した変換熱量に熱電併給装置１からの熱量を足し
たものになり、この総熱量が前述した熱需要ｈ（ｔ）の
総量Ａと放熱量Ｂとを加算したものと等しくなる必要が
ある。

【００３０】余剰電力Ｅは、図５の（ａ）の電力需要の
経時的変化のグラフに示すように、電力需要ｅ（ｔ）
［ｋｗ］が定格発電量１ｋｗよりも小さい運転時間（ａ
からｃまで）の分であり、余剰電力Ｅを電気ヒータ８に
よって熱に変換した変換熱量Ｈは、図５の（ｂ）の熱需
要の経時的変化のグラフに示すように、

【数３１】となる。但し、ｅ（ｔ）＜１であれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧１であれば、Ｅ（ｔ）＝１ここで、Ｅ（ｔ）は、負荷電力が定格電力を越える場合
は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場
合はその負荷電力量となる電力量である。

【００３１】熱電併給装置１からの熱量Ｄは、定格発電
量をＦ、熱電比をｋとすれば、Ｄ＝Ｆ・Ｋ・（ｂ−ａ）となる。いま、Ｆ＝１、ｋ＝３．２５であるとすれば、
図６のグラフに示すように、Ｄ＝3.25（ｂ−ａ）となる。

【００３２】熱需要を主体として常に満たすためには、
熱電併給装置１の運転に伴って得られる総熱量（＝熱量
Ｄ＋変換熱量Ｈ）が、図７のグラフに示すように、熱需
要ｈ（ｔ）の総量Ａ相当分（斜線部分Ａで示す）と放熱
量Ｂ相当分（斜線部分Ａの上部分Ｂで示す）とを加算し
たもの以上になる必要があり、下記（１５）式が成立す
る。

【数３２】但し、ｅ（ｔ）＜１であれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧１であれば、Ｅ（ｔ）＝１ここで、Ｅ（ｔ）は、負荷電力が定格電力を越える場合
は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場
合はその負荷電力量となる電力量である。

【００３３】放熱量Ｂの関数ｅｘ（ｔ）は、蓄熱タンク
２からの放熱量ＳＴ（ｔ）、配管からの放熱量ＰＬ
（ｔ）と熱電併給装置１の筐体からの放熱量ＧＥ（ｔ）
との総和、すなわち、ｅｘ（ｔ）＝ＳＴ（ｔ）＋ＰＬ（ｔ）＋ＧＥ（ｔ）……（１６）で表すことができる。

【００３４】上記蓄熱タンク２、配管および熱電併給装
置１の筐体からの放熱量ＳＴ（ｔ），ＰＬ（ｔ），ＧＥ
（ｔ）それぞれは、主としてシステム構築時の規模に比
例した熱容量によって決まるものであり、例えば、配管
や熱電併給装置１の筐体や蓄熱タンク２を断熱材で覆う
ような構成を採用すれば、その放熱量を抑えることがで
きるが、断熱材の断熱効果もシステム構築時に予め特定
できるものであり、いずれにしても、配管や熱電併給装
置１の筐体や蓄熱タンク２からの放熱量は、実験や計算
や学習効果などによって予め特定できるものである。

【００３５】以上のことから、蓄熱タンク２内に蓄えら
れている蓄熱量Ｓ（ｔ）は、次のように示すことがで
き、また、コージェネレーションシステムにおいて、熱
需要を賄うために、蓄熱量Ｓ（ｔ）が不足しないことが
条件になる。すなわち、

【数３３】である。ここで、Ｓ（０）は初期蓄熱量を示し、例え
ば、当日の運転開始時刻ａ（この第１実施例では、午前
１２時頃）までに必要な分を設定するなど、予め特定さ
れる電力需要と熱需要とに基づいて適宜設定されるもの
であり、予め特定できるものである。表−１に基づけ
ば、初期蓄熱量は2,000［×(1/860)kW］である。

【００３６】前述（１５）式において、熱需要ｈ
（ｔ）、電力需要ｅ（ｔ）、ならびに、電力需要ｅ
（ｔ）が定格発電量を越える時刻ｃそれぞれは、前述し
たように需要変化特定手段２３によって予め特定され、
また、運転終了時刻ｂは、（１５）式の両辺を等しいと
することにより、運転開始時刻ａに基づいて特定でき
る。

【００３７】これらのことから、運転開始時刻ａを想定
することにより、運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂま
での熱電併給装置１の運転に要する燃料供給量ＧＩを、
次式（４）で求めることができる。

【数３４】

【００３８】また、１日間の不足分の電力の投入量ＢＥ
は、次式（１８）で求めることができる。

【数３５】ここで、ＧＰは、熱電併給装置の発電量であり、次式
（６）で表される。

【数３６】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆここで、Ｅ（ｔ）は、負荷電力が定格電力を越える場合
は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場
合はその負荷電力量となる電力量である。上記（１８）
式および（６）式において、ｅ（ｔ）は、予め特定され
た電力需要の経時的変化を示す関数である。

【００３９】これらの燃料供給量ＧＩ、１日間の不足分
の電力の投入量ＢＥおよびシステムからの放熱量の一次
エネルギーの換算値ＰＥ１を求めれば、ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）となる。ここで、αは燃料の一次エネルギーへの換算
値、βは電力の一次エネルギーへの換算値である。ｅｘ
（ｔ）は、前述したように、システムからの放熱量であ
る。

【００４０】更に、例えば、夕方に多量の電力需要があ
り、その発電効率が高く、熱電併給装置１の運転時間帯
を夕方側にシフトし、蓄えた熱を翌日に消費した方が省
エネルギー性を向上できる場合があることに着目し、負
荷電力の多い時間帯で熱電併給装置１を運転して、余剰
となった熱を次の１周期としての翌日に消費させる第２
の状態を想定する。

【００４１】このように翌日に消費することを前提とす
る場合には、図８の（ａ）および（ｂ）の熱需要と電力
需要の経時的変化のグラフに示すように、翌日の熱需要
分の約25％分を翌日に消費するように設定し、その翌日
に消費する熱量分をも含めた状態で、熱電併給装置１の
運転開始時刻ａと運転終了時刻ｂとを導出することにな
る。

【００４２】この翌日に消費する熱量分が次の日の初期
蓄熱量Ｓ（０）になる。この翌日に消費する熱量分とし
ては、例えば、当日の運転開始時刻ａと同じ時刻までの
分を設定するなど、いずれにしても設定値であって予め
特定できるものである。例えば、熱需要分の25％分を設
定するとすれば、

【数３７】となり、予め特定される熱需要と放熱分とによって特定
される。また、当日の運転開始時刻ａと同じ時刻までの
分を設定するとすれば、

【数３８】となり、当日の運転開始時刻ａによって自ずと特定され
る。

【００４３】これらにより、前述した（１７）式が次の
通りに表される。

【数３９】ここで、ｔは、翌日に予定した熱量分を消費しきる時刻
を当日（所定周期Ｔ）に加えた時刻である。例えば、午
後５時（１７時）から翌日の午前２時まで運転したとし
て、表−１に基づけば、初期蓄熱量Ｓ（０）が零であっ
たとすれば、当日の午後５時（１７時）から午後１２時
（２４時）までに必要な熱量が24,000×(1/860)kWであ
るのに対して発生する熱量は７× 2,800×(1/860)kW ＝
19,600×(1/860)kW であり、余剰電力分Ｅを電気ヒータ
８によって熱に変換した変換熱量Ｈを考慮したとしても
4,000 ×(1/860)kW 程度が不足する。また、午前中の熱
需要分 2,000×(1/860)kW があり、放熱分を見込んだと
して 6,500×(1/860)kW 以上が初期蓄熱量Ｓ（０）とし
て必要である。

【００４４】したがって、翌日分に消費することを前提
とする場合に、前述した（１９）式や（２０）式のよう
にして翌日に消費する分を適宜設定した状態で、１分ご
とに運転開始時刻ａを入力して、前述条件式（１）を満
たす一次エネルギーの換算値ＰＥ１を求め，先に求めた
当日に消費する場合の最小値と比較し、第１および第２
の状態を含めた全体で、一次エネルギーの換算値ＰＥ１
が最小値となる運転開始時刻ａおよび運転終了時刻ｂと
を導出し、熱電併給装置１を定格運転するのである。

【００４５】以上のようにして、需要変化特定手段２３
によって特定される熱需要ｈ（ｔ）、電力需要ｅ（ｔ）
に応じ、上記一次エネルギーの換算値ＰＥ１が最小とな
るように１日間における熱電併給装置１の運転開始時刻
ａと運転終了時刻ｂとを導出し、その時刻でもって熱電
併給装置１を定格運転することにより、熱電併給装置１
からの熱を捨てずに、省エネルギー性を向上する最適な
状態でコージェネレーションシステムを運転できる。

【００４６】次に、第２実施例について説明するこの第
２実施例では、電力需要ｅ（ｔ）が定格発電量１ｋｗよ
りも小さいところでは、電力需要ｅ（ｔ）に合わせて発
電し、定格発電量１ｋｗよりも大きいところでは、定格
発電量１ｋｗで発電するように熱電併給装置１を運転す
る。

【００４７】この第２実施例では、前述第１実施例のよ
うな電気ヒータを用いないものであり、構成的には、図
１および図２の電気ヒータ８およびスイッチ回路２０を
無くした構成となる。そして、運転開始時刻ａと運転終
了時刻ｂとを想定すれば、図９の（ａ）および（ｂ）の
熱需要と電力需要の経時的変化のグラフに示すように、
熱電併給装置１の運転によって得られる熱量Ｄ’が総熱
量となり、下記式（２１）で表される。

【数４０】ここで、ｅ（ｔ）＜１であれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧１であれば、Ｅ（ｔ）＝１である。また、Ｂ［Ｅ（ｔ）］は、電力量Ｅ（ｔ）にお
ける熱電併給装置１の発生熱量であり、Ｂ［１］＝3.25
である。

【００４８】熱需要を主体として常に満たすためには、
熱電併給装置１の運転に伴って得られる総熱量（＝熱量
Ｄ’）が、熱需要ｈ（ｔ）の総量Ａ’相当分（斜線部分
Ａ’で示す）と放熱量Ｂ’相当分（斜線部分Ａ’の上部
分Ｂ’で示す）とを加算したもの以上になる必要があ
り、前述第１実施例［（１５）式］と同様な下記（２
２）式が成立する。図面上では、Ｄ’＝Ａ’＋Ｂ’とし
て示している。

【数４１】

【００４９】また、第１実施例と同様に、蓄熱タンク２
内に蓄えられている蓄熱量Ｓ（ｔ）は、次のように示す
ことができ、また、コージェネレーションシステムにお
いて、熱需要を賄うために、蓄熱量Ｓ（ｔ）が不足しな
いことが条件になる。

【００５０】更に、当日の熱需要分に相当する量の熱の
大半を熱電併給装置１により当日に発生させて消費する
第１の状態に加えて、負荷電力の多い時間帯で運転して
余剰となった熱を翌日に消費する第２の状態を考察する
場合、第１実施例と同様にして、前述した（１９）式や
（２０）式など、翌日に消費する設定熱量分を予め特定
される熱需要と熱電併給装置１によって発生する熱量と
によって、初期蓄熱量Ｓ（０）が特定される。

【００５１】以上のことから、下記条件式（７）が成立
する。

【数４２】ここで、ｅ（ｔ）＜１であれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧１であれば、Ｅ（ｔ）＝１である。また、Ｂ［Ｅ（ｔ）］は、電力量Ｅ（ｔ）にお
ける熱電併給装置１の発生熱量であり、この第２実施例
においても、Ｂ［１］＝3.25である。Ｓ（０）は初期蓄
熱量を示している。また、ｈ（ｔ）は、予め特定された
熱需要の経時的変化を示す関数であり、ｅｘ（ｔ）はシ
ステムからの放熱量である。

【００５２】これにより、第１実施例と同様に、翌日分
に消費することを前提とする場合に、前述した（１９）
式や（２０）式のようにして翌日に消費する分を適宜設
定した状態で、１分ごとに運転開始時刻ａを入力して、
前述条件式（１）を満たす一次エネルギーの換算値ＰＥ
１［（３）式］を求め，先に求めた当日に消費する場合
の最小値と比較し、第１および第２の状態を含めた全体
で、一次エネルギーの換算値ＰＥ１が最小値となる運転
開始時刻ａおよび運転終了時刻ｂとを導出し、熱電併給
装置１を電力需要に追従させて運転するのである。すな
わち、ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）ここで、ＧＩは運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂまで
の熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式
（４ａ）で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換
算値である。

【数４３】ここで、ＧＩ（ｔ）は、負荷電力が定格発電量よりも少
ない運転において使用する熱電併給装置によって特定さ
れる燃料供給量である。

【００５３】この結果、このように電力需要ｅ（ｔ）が
定格発電量１ｋｗよりも小さいところで、電力需要ｅ
（ｔ）に合わせて発電するように熱電併給装置１を運転
する場合であっても、第１実施例と同じように、需要変
化特定手段２３によって特定される熱需要ｈ（ｔ）、電
力需要ｅ（ｔ）に応じ、一次エネルギーの換算値ＰＥ１
［（３）式］が最小となるように１日間における熱電併
給装置１の運転開始時刻ａと運転終了時刻ｂとを導出
し、その時刻でもって熱電併給装置１を定格運転するこ
とにより、熱電併給装置１からの熱を捨てずに、省エネ
ルギー性を向上する最適な状態でコージェネレーション
システムを運転できる。

【００５４】上記第１実施例および第２実施例では、１
日間を１周期Ｔとして繰り返して運転することになる
が、例えば、生産ラインなどで、３日間とか１週間を１
周期Ｔとして繰り返して運転する場合などにも適用で
き、要するに、熱需要および電力需要それぞれの経時的
変化を予め特定できる所定時間を１周期Ｔとして設定す
れば良く、１日間の不足分の電力の投入量ＢＥの（１
７）式を、下記式（５）に置換し、１周期Ｔを任意に設
定可能な所定時間とすれば良い。

【数４４】

【００５５】次に、第３実施例について説明するこの第
３実施例では、熱需要ｈ（ｔ）の多少に合わせるように
熱電併給装置１を５００ｗと定格発電量１ｋｗとで複数
段に設定した発電量で運転するものとする。

【００５６】この第３実施例において、例えば、午前９
時までの午前中のピークに合わせて熱電併給装置１を５
００ｗで運転し、午前９時以降の夕方のピークに合わせ
て熱電併給装置１を定格発電量１ｋｗで運転するとし
て、５００ｗ運転の運転開始時刻ａ₁と、定格発電量１
ｋｗ運転への切り換え、すなわち、定格発電量１ｋｗ運
転の運転開始時刻ａ₂と、その運転終了時刻ａ₃を想定
すれば、図１０のグラフに示すように、熱電併給装置１
の運転によって得られる熱量Ｄ１とＤ２と余剰電力分Ｅ
を電気ヒータ８によって熱に変換した変換熱量Ｈとの和
が総熱量Ｄとなり、下記式（２３）で表される。

【数４５】ここで、ｅ（ｔ）＜１であれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧１であれば、Ｅ（ｔ）＝１である。また、Ｔ₁は、５００ｗ運転の運転開始時刻ａ
₁から時刻ａ₂までの運転時間であり、Ｔ₂は１ｋｗ運
転の運転開始時刻ａ₂から運転終了時刻ａ₃までの運転
時間である。ｋ₁は５００ｗ運転時の熱電比を示し、ｋ
₂は１ｋｗ運転時の熱電比を示している。

【００５７】熱需要を主体として常に満たすためには、
熱電併給装置１の運転に伴って得られる総熱量（＝熱量
Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｈ）が、図１０のグラフに示すよう
に、熱需要ｈ（ｔ）の総量Ａ相当分（斜線部分Ａ１＋Ａ
２）と放熱量Ｂ相当分（斜線部分の上部分Ｂ１＋Ｂ２）
とを加算したもの以上になる必要があり、前述第１実施
例［（１５）式］と同様な下記（２４）式が成立する。

【数４６】

【００５８】また、第１実施例と同様に、蓄熱タンク２
内に蓄えられている蓄熱量Ｓ（ｔ）は、次のように示す
ことができ、また、コージェネレーションシステムにお
いて、熱需要を賄うために、蓄熱量Ｓ（ｔ）が不足しな
いことが条件になる。

【００５９】更に、当日の熱需要分に相当する量の熱の
大半を熱電併給装置１により当日に発生させて消費する
第１の状態に加えて、負荷電力の多い時間帯で運転して
余剰となった熱を翌日に消費する第２の状態を考察する
場合、第１実施例と同様にして、前述した（１９）式や
（２０）式など、翌日に消費する設定熱量分を予め特定
される熱需要と熱電併給装置１によって発生する熱量と
によって、初期蓄熱量Ｓ’（０）が特定される。

【００６０】以上のことから、下記条件式（２５）が成
立する。

【数４７】ここで、Ｆ₁、Ｆ₂は各設定発電量を、ｋ₁、ｋ₂は各
設定発電量の熱電比をそれぞれ示している。Ｈ₂は余剰
電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であり、次
式で示される。この第３実施例では、Ｆ₁＝５００ｗ、
Ｆ₂＝１ｋｗである。

【数４８】また、ｈ（ｔ）は、予め特定された熱需要の経時的変化
を示す関数であり、ｅｘ（ｔ）はシステムからの放熱量
である。Ｆ₂＝１である。

【００６１】（２４）式は、前述した第１実施例と同じ
ように特定できるものであり、５００ｗ運転および定格
発電量１ｋｗ運転それぞれの運転開始時刻ａ１，ａ２を
想定することにより、複数段に設定した発電量での熱電
併給装置の運転に要する燃料供給量ＧＩ’を、次式（２
６）で求めることができる。

【数４９】

【００６２】また、１日間の不足分の電力の投入量Ｂ
Ｅ’は、次式（２７）で求めることができる。

【数５０】ここで、ＧＰ’は、熱電併給装置の発電量であり、次式
（２８）で表される。

【数５１】５００Ｗ運転状態では電力需要ｅ（ｔ）よりも小さいた
めにＥ₁ （ｔ）＝Ｆ₁＝５００ｗ、１ｋｗ運転状態では
電力需要ｅ（ｔ）よりも小さい部分がＥ₂（ｔ）＝Ｆ₂
＝１ｋｗであり、電力需要ｅ（ｔ）よりも大きい部分は
Ｅ₂（ｔ）＝ｅ（ｔ）である。上記（２７）および（２
８）式において、ｅ（ｔ）は、予め特定された電力需要
の経時的変化を示す関数である。

【００６３】これらの燃料供給量ＧＩ’、１日間の不足
分の電力の投入量ＢＥ’およびシステムからの放熱量の
一次エネルギーの換算値ＰＥ１’を求めれば、ＰＥ１’＝ＧＩ’・α＋ＢＥ’・β……（９）となる。ここで、αは燃料の一次エネルギーへの換算
値、βは電力の一次エネルギーへの換算値である。

【００６４】以上のようにして、需要変化特定手段２３
によって特定される熱需要ｈ（ｔ）、電力需要ｅ（ｔ）
に応じ、上記一次エネルギーの換算値ＰＥ１’が最小と
なるように、１日間における５００ｗ運転および定格発
電量１ｋｗ運転それぞれの運転開始時刻ａ₁ ，ａ₂、な
らびに、運転終了時刻ａ₂，ａ₃ を導出し、それらの時
刻でもって熱電併給装置１を運転することにより、熱電
併給装置１からの熱を捨てずに、省エネルギー性を向上
する最適な状態でコージェネレーションシステムを運転
できる。

【００６５】上記第３実施例では、１日間を１周期とし
て繰り返して運転することになるが、例えば、１週間を
１周期として繰り返して運転する場合などにも適用で
き、要するに、熱需要および電力需要それぞれの経時的
変化を予め特定できる所定時間を１周期として設定すれ
ば良く、１日間の不足分の電力の投入量ＢＥ’の（２
７）式を、下記式（１１）に置換し、Ｔを任意に設定可
能な所定時間とすれば良い。

【数５２】この第３実施例における複数段の発電量の設定の仕方と
しては、各設定発電量の中間を電力需要に追随させる状
態にする形態、あるいは、発電量が電力需要を越えない
状態で電力需要に極力近づける形態のいずれでも良い。
前者の場合、余剰電力分を電気ヒータで熱に変換すれば
良い。

【００６６】また、上記第３実施例では、５００ｗ運転
および定格発電量１ｋｗ運転の２種類のステップ運転を
行うようにしているが、本発明としては、例えば、７０
０ｗ運転および定格発電量１ｋｗ運転の２段に設定した
発電量の運転を行うとか、５００ｗ運転、７００ｗ運転
および定格発電量１ｋｗ運転などの３段以上に設定した
発電量の運転を行うようにしても良く、その場合、複数
の発電量が変わる時期ａ₁，…，ａ_n-1に基づき、前述
条件式（２５）式を下記式（８）に置換するとともに、
（２６）式を下記式（１０）に、そして、（２８）式を
下記式（１２）にそれぞれ置換すれば良い。ｎは正の整
数である。

【数５３】ここで、Ｓ’（０）は初期蓄熱量を示し、Ｆ₁、…、Ｆ
_nは各設定発電量を、ｋ₁、…、ｋ_nは各設定発電量の
熱電比をそれぞれ示している。Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_n-1
は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であ
り、次式で示される。

【数５４】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k ｋは１からｎ−１までの整数である。Ｅ_k（ｔ）は、負
荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負
荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量とな
る電力量である。また、ｈ（ｔ）は、予め特定された熱
需要の経時的変化を示す関数であり、ｅｘ（ｔ）はシス
テムからの放熱量である。ＰＥ１’＝ＧＩ’・α＋ＢＥ’・β……（９）

【数５５】

【数５６】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k

【００６７】次に、上記第３実施例のシュミレーション
テストの一例について説明する。１日の電気需要を１５
ｋｗ、１日の熱需要を３２．５ｋｗとし、５００ｗ運転
の時間を１時間、２時間、３時間、４時間、５時間と変
化させるとともに、放熱率を０％、１％、３％、５％、
１０％に想定して、熱需要＝排熱となるように定格発電
量１ｋｗの運転と組み合わせた。その結果、図１１のデ
ータシートに示す計算結果が得られた。

【００６８】今、１周期Ｔ内での熱需要分に相当する量
の熱を前記熱電併給装置１により前記１周期Ｔ内で発生
させて消費する第１の状態として、放熱率が３％で５０
０ｗ運転の時間を５時間にした場合（Ｍで示す）と、１
周期Ｔ内の負荷電力の多い時間帯で熱電併給装置１を運
転して余剰となった熱を次の周期で消費する第２の状態
として、放熱率が１０％で５００ｗ運転の時間を３時間
にした場合（Ｌで示す）とで比較すれば、後者の場合の
方が、放熱率が高いにもかかわらず、一次エネルギーと
しては小さくできている。

【００６９】このように、運転時刻の設定と、熱電併給
装置１を運転すべき発電量の設定とを変えることによっ
て、放熱率が高くても一次エネルギーを小さくできる場
合が多々あり、上述のように運転時刻を求めることで省
エネルギーを図ることができるものであり、本発明が極
めて有用であることが明らかである。

【００７０】本発明は、家庭用や製造工場や商用ビルな
どの各種の用途のコージェネレーションシステムに適用
できる。

【００７１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方
法によれば、電力需要が定格発電量よりも小さいときの
電力需要を越える余剰の電力を電熱変換手段によって熱
に変換し、熱電併給装置を定格発電量で運転して発電す
るから、定格発電量よりも小さい発電量で運転する場合
に比べて見掛け上の発電効率を高くできる。しかも、例
えば、１日などの１周期内にとどまらず、翌日の午前分
の熱需要など次の１周期内の熱需要の一部を賄う場合ま
で想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱
する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮
して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるよ
うに運転するから、放熱ロスのより少ない状態を選択し
て熱電併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上でき
る。

【００７２】また、請求項２に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法によれば、電力需要が定格
発電量を越えるときは熱電併給装置を定格発電量で運転
して発電するから発電効率を高くでき、また、電力需要
が定格発電量よりも小さいときは熱電併給装置を電力需
要に追従して運転して発電し、余剰電力を発生させない
ようにするから、常時定格運転するよりも効率を向上で
きるとともに熱に変換するための構成を不用にできる。
しかも、例えば、１日などの１周期内にとどまらず、翌
日の午前分の熱需要など次の１周期内の熱需要の一部を
賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費まで
の間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うこ
とをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最
小となるように運転するから、発電効率を極力高くでき
るとともに放熱ロスを極力少なくできる状態を選択して
熱電併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上でき
る。

【００７３】また、請求項３に係る発明のコージェネレ
ーションシステムの運転方法によれば、熱電併給装置を
複数段に設定した発電量で運転するから、常時一定出力
よりも余剰電力が少なく効率良い運転ができる。しか
も、例えば、１日などの１周期内にとどまらず、翌日の
午前分の熱需要など次の１周期内の熱需要の一部を賄う
場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間
に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことを
も考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小と
なるように運転するから、発電効率を極力高くできると
ともに放熱ロスを極力少なくできる状態を選択して熱電
併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコージェネレーションシステムを
示すシステム構成図である。

【図２】ブロック図である。

【図３】第１実施例の説明に供する電力需要の経時的変
化を示すグラフである。

【図４】第１実施例の説明に供する熱需要の経時的変化
を示すグラフである。

【図５】第１実施例の説明に供する電力需要と熱需要と
発生熱量との相関を示すグラフである。

【図６】第１実施例の説明に供する熱需要と発生熱量と
の相関を示すグラフである。

【図７】第１実施例の説明に供する熱需要と発生熱量と
の相関を示すグラフである。

【図８】第１実施例の説明に供する電力需要と熱需要と
発生熱量との相関を示すグラフである。

【図９】第２実施例の説明に供する電力需要と熱需要と
発生熱量との相関を示すグラフである。

【図１０】第３実施例の説明に供する電力需要と熱需要
と発生熱量との相関を示すグラフである。

【図１１】第３実施例のシュミレーションの実験結果を
示すデータシートである。

【符号の説明】

１…熱電併給装置２…蓄熱タンク８…電熱変換手段としての電気ヒータ１９…買電手段２３…需要変化特定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定格発電量の電力と熱とを発生する熱電
併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、前記熱電併給装置で発生した電力を熱に変換する電熱変
換手段と、所定時間を１周期Ｔとして、その１周期Ｔおよび次の１
周期Ｔそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経
時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、前記１周期Ｔ内での熱需要分またはその大半に相当する
量の熱を前記熱電併給装置により前記１周期Ｔ内で発生
させて消費する第１の状態、および、負荷電力の多い時
間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第
２の状態それぞれを想定し、前記１周期Ｔを設定時間間
隔ごとに分割した運転開始時刻ａを順次入力し、前記蓄
熱タンク内の蓄熱量の変動値Ｓ（ｔ）が常に下記条件式
（１）を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値
ＰＥ１［式（３）］が最小となる最適運転状態を前記第
１および第２の状態の全体から求め、求められた最適運
転状態の運転開始時刻ａとその運転開始時刻ａから導か
れる運転終了時刻ｂとによって、前記熱電併給装置を定
格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量より
も小さいときの余剰電力を前記電熱変換手段で熱に変換
することを特徴とするコージェネレーションシステムの
運転方法。【数１】ここで、Ｓ（０）は初期蓄熱量を示し、Ｆは定格発電量
を、ｋは熱電比をそれぞれ示している。また、ｈ（ｔ）
は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であ
り、ｅｘ（ｔ）はシステムからの放熱量である。そし
て、Ｈは、余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換
熱量で、Ｆ＞ｅ（ｔ）の分を積算するものであり、下記
（２）式で表される。【数２】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆここで、Ｅ（ｔ）は、負荷電力が定格電力を越える場合
は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場
合はその負荷電力量となる電力量であり、ｅ（ｔ）は、
予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数であ
る。ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）ここで、ＧＩは運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂまで
の熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式
（４）で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算
値である。【数３】ここで、ＧＩ（ｔ）は、使用する熱電併給装置によって
特定される燃料供給量である。ＢＥは、１周期Ｔとなる
所定時間Ｔ内での不足分の電力の投入量であり、次式
（５）で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算
値である。【数４】ここで、ＧＰは、熱電併給装置の発電量であり、次式
（６）で表される。【数５】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆ
【請求項２】負荷電力が定格発電量より少ない場合負
荷に合わせて運転することができる電力と熱とを発生す
る熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、所定時間を１周期Ｔとして、その１周期Ｔおよび次の１
周期Ｔそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経
時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、不足分の
電力を投入可能な買電手段とを備え、前記１周期Ｔ内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱
電併給装置により前記１周期Ｔ内で発生させて消費する
第１の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して
余剰となった熱を次の周期で消費する第２の状態それぞ
れを想定し、前記１周期Ｔを設定時間間隔ごとに分割し
た運転開始時刻ａを順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄
熱量の変動値Ｓ（ｔ）が常に下記条件式（７）を満たす
とともに、下記一次エネルギーの換算値ＰＥ１［式
（３）］が最小となる最適運転状態を前記第１および第
２の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運
転開始時刻ａとその運転開始時刻ａから導かれる運転終
了時刻ｂとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で
運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいと
きには電力需要の変化に追従させて運転することを特徴
とするコージェネレーションシステムの運転方法。【数６】ここで、Ｓ（０）は初期蓄熱量を示し、Ｅ（ｔ）は、負
荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負
荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量とな
る電力量である。Ｂ［Ｅ（ｔ）］は、電力量Ｅ（ｔ）に
おける熱電併給装置の発生熱量を示している。また、ｈ
（ｔ）は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関
数であり、ｅｘ（ｔ）はシステムからの放熱量である。ＰＥ１＝ＧＩ・α＋ＢＥ・β……（３）ここで、ＧＩは運転開始時刻ａから運転終了時刻ｂまで
の熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式
（４ａ）で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換
算値である。【数７】ここで、ＧＩ（ｔ）は、負荷電力が定格発電量以下の運
転において使用する熱電併給装置によって特定される燃
料供給量である。ＢＥは、１周期Ｔとなる所定時間Ｔ内
での不足分の電力の投入量であり、次式（５）で表され
る。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。【数８】ここで、ＧＰは、熱電併給装置の発電量であり、次式
（６）で表される。【数９】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆであれば、Ｅ（ｔ）＝Ｆ上記（５）および（６）式において、ｅ（ｔ）は、予め
特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
【請求項３】複数段に設定した発電量で運転して設定
発電量の電力と熱とを発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、所定時間を１周期Ｔとして、その１周期Ｔおよび次の１
周期Ｔそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経
時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、前記１周期Ｔ内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱
電併給装置により前記１周期Ｔ内で発生させて消費する
第１の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して
余剰となった熱を次の周期で消費する第２の状態それぞ
れを想定し、前記１周期Ｔを電気負荷に合わせて、複数
段に設定した発電量で運転し、その複数段の発電量が変
わる時刻をａ₁，…，ａ_n-1（ｎは正の整数）として複
数段の設定発電量の運転状態それぞれに順次入力し、前
記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値Ｓ’（ｔ）が常に下記
条件式（８）を満たすとともに、下記一次エネルギーの
換算値ＰＥ１’［式（９）］が最小となる最適運転状態
を前記第１および第２の状態の全体から求め、求められ
た最適運転状態の運転開始時刻ａ₁，…，ａ_n-1によっ
て、前記熱電併給装置を複数段の設定発電量で運転する
ことを特徴とするコージェネレーションシステムの運転
方法。【数１０】ここで、Ｓ’（０）は初期蓄熱量を示し、Ｆ₁、…、Ｆ
_nは各設定発電量を、ｋ₁、…、ｋ_nは各設定発電量の
熱電比をそれぞれ示している。Ｈ₁、Ｈ₂、…、Ｈ_n-1
は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であ
り、次式で示される。【数１１】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k ｋは１からｎ−１までの整数である。Ｅ_k（ｔ）は、負
荷電力が各設定発電量を越える場合は各設定発電量とな
り、負荷電力が各設定発電量より小さい場合はその負荷
電力量となる電力量である。また、ｈ（ｔ）は、予め特
定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ｅｘ
（ｔ）はシステムからの放熱量である。ＰＥ１’＝ＧＩ’・α＋ＢＥ’・β……（９）ここで、ＧＩ’は、各複数段に設定した運転の運転開始
時刻ａ₁，…，ａ_n-1からの熱電併給装置の運転に要す
る総燃料供給量であり、次式（１０）で表される。ｎは
正の整数であり、ＧＩ’（ｔ）は、複数段の発電に起因
して運転される熱電併給装置によって特定される燃料供
給量である。αは燃料の一次エネルギーへの換算値であ
る。【数１２】ＢＥ’は、１周期Ｔとなる所定時間Ｔ内での不足分の電
力の投入量であり、次式（１１）で表される。βは電力
の一次エネルギーへの換算値である。【数１３】ここで、ＧＰ’は、熱電併給装置の発電量であり、次式
（１２）で表される。【数１４】但し、ｅ（ｔ）＜Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝ｅ（ｔ）ｅ（ｔ）≧Ｆ_kであれば、Ｅ_k（ｔ）＝Ｆ_k 上記（１１）および（１２）式において、ｅ（ｔ）は、
予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数であ
る。