JP2004257276A - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】予測電力負荷を正確に演算し、これによって、熱電併給装置を効率的に運転制御することができるコージェネレーションシステムを提供すること。
【解決手段】熱と電気を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段８４と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段８６と、予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段８８と、を備えたコージェネレーションシステム。予測電力負荷演算手段８４は、複数の電気機器の大部分又は全部の個別予測電力負荷を用いて電力負荷についての予測電力負荷を演算し、予測熱負荷演算手段は、複数の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて熱負荷についての予測熱負荷を演算する。
【選択図】 図２
【解決手段】熱と電気を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段８４と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段８６と、予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段８８と、を備えたコージェネレーションシステム。予測電力負荷演算手段８４は、複数の電気機器の大部分又は全部の個別予測電力負荷を用いて電力負荷についての予測電力負荷を演算し、予測熱負荷演算手段は、複数の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて熱負荷についての予測熱負荷を演算する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電併給装置により熱と電力とを発生させるコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーを有効に利用してその効率を高めるために、熱と電力とを利用したコージェネレーションシステムが提案され実用に供されている。このコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置（例えば、内燃機関と発電装置との組合せ）と、熱電併給装置から発生する電力を商業用電力供給ラインに系統連係するためのインバータと、熱電併給装置にて発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクとを備えている。このコージェネレーションシステムでは、熱電併給装置で発生する熱及び電力を所要の通りに消費するときには、熱電併給装置を効率よく運転することができ、従って、コージェネレーションシステムのエネルギー利用率が高くなる。しかし、発生する熱及び電力の消費にアンバランスが生じると、熱電併給装置の運転効率が悪くなり、エネルギーの利用効率が低下する。
【０００３】
このようなことから、従来のコージェネレーションシステムでは、過去の運転実績、即ち過去負荷データ（電力負荷データ、熱負荷データ）に基づいて熱電併給装置の運転スケジュールを決定し、この運転スケジュールに基づいて熱電併給装置を運転制御している。過去の運転実績（電力負荷、熱負荷）を用いることによって、運転当日の負荷状態をある程度正確に予測することができ、この予測負荷（予測電力負荷、予測熱負荷）に基づいて運転スケジュールを設定することによって、熱電併給装置をある程度効率よく運転制御することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３３１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコージェネレーションシステムでは、電力ラインの分電盤に電力負荷計測手段が設けられ、この電力負荷計測手段を用いて電力ラインにおける全電力負荷が計測される。また、貯湯タンクからの温水を給湯する給湯ラインに給湯熱負荷計測手段が設けられ、この給湯熱負荷計測手段を用いて給湯ラインにおける全給湯熱負荷が計測される。また、暖房循環ラインに暖房熱負荷計測手段が設けられ、この暖房熱負荷計測手段を用いて暖房循環ラインの全暖房熱負荷が計測される。このようにして計測した全電力負荷、全給湯熱負荷及び全暖房熱負荷に基づいて予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷を演算していたので、演算した予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷の精度もそれほど高くなく、これらをベースに設定される運転スケジュールも充分に精度が高いものではなかった。
【０００６】
本発明の目的は、従来に比して予測電力負荷を正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置をより効率的に運転制御することができるコージェネレーションシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、従来に比して予測熱負荷を正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置をより効率的に運転制御することができるコージェネレーションシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測電力負荷演算手段は、複数種の電気機器の大部分又は全部の個別予測電力負荷を用いて前記予測電力負荷を演算することを特徴とする。
【０００９】
このコージェネレーションシステムにおいては、電力負荷は複数種の電気機器、例えばテレビ、冷蔵庫、照明装置、エアコンなどから構成されており、これら電気機器の大部分又は全部については、その個別予測電力負荷が演算され、この個別予測電力負荷を用いて電力負荷についての予測電力負荷が演算される。従って、電気機器の大部分又は全部については、その予測電力負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測電力負荷の精度を高めることができる。かくして、このように演算された予測電力負荷と予測熱負荷演算手段により演算された予測熱負荷とに基づいて運転スケジュールを設定し、この設定した運転スケジュールに従って熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を効率よく運転することができる。電気機器の個別予測電力負荷情報とは、その電気機器の過去の使用実績に基づいて予測される将来の運転スケジュールに対応するもの、又はその電気機器についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュールに対応するものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムでは、前記予測熱負荷演算手段は、前記複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算することを特徴とする。
【００１１】
このコージェネレーションシステムにおいては、予測熱負荷は複数種の熱機器、例えば給湯用カラン、床暖房装置、浴室暖房乾燥機などなどから構成されており、これら熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算され、この個別予測熱負荷を用いて熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）についての予測熱負荷が演算される。従って、熱機器の大部分又は全部については、その予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測熱負荷の精度を高めることができる。かくして、予測電力負荷及び予測熱負荷の精度を高め、これらに基づいて設定された運転スケジュールに従って熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を一層効率よく運転することができる。熱機器の個別予測熱負荷情報とは、その熱機器の過去の使用実績に基づいて予測される運転スケジュールに対応するもの、又はその熱機器についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュールに対応するものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムでは、前記個別予測電力負荷は、電気機器の定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて演算され、前記個別予測熱負荷は、暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷及び給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を含み、前記個別予測暖房熱負荷は、暖房熱機器の設定運転温度情報、暖房する室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて演算されることを特徴とする。
【００１３】
このコージェネレーションシステムにおいては、電気機器については、その定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて個別予測電力負荷が演算されるので、その電気機器の個別予測電力負荷を正確に演算することができる。また、暖房熱機器については、設定運転温度情報、室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて個別予測暖房熱負荷が演算されるので、その暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷を正確に演算することができる。個別運転スケジュール情報（又は個別暖房運転スケジュール情報）とは、その電気機器（又は熱機器）の過去の電力負荷（又は熱負荷）に基づいて設定される運転スケジュール情報（又は暖房運転スケジュール情報）、又はその電気機器（又は熱機器）についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュール情報である。
【００１４】
更に、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測熱負荷演算手段は、複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算することを特徴とする。
【００１５】
このコージェネレーションシステムにおいては、熱負荷は複数種の熱機器から構成されており、これら熱機器の大部分又は全部については、その個別予測熱負荷が演算られ、この個別予測熱負荷を用いて熱負荷についての予測熱負荷が演算される。従って、熱機器の大部分又は全部については、その予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測熱負荷の精度を高めることができる。かくして、このように演算された予測熱負荷と予測電力負荷演算手段により演算された予測電力負荷とに基づいて運転スケジュールを設定して熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を効率よく運転することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態について説明する。図１は、コージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示す図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１のコージェネレーションシステムの各種電気機器における個別予測電力負荷及びこれらの全予測電力負荷を説明するための図であり、図４は、図１のコージェネレーションシステムの各種給湯熱負荷における個別予測給湯熱負荷及びこれらの全予測給湯熱負荷を説明するための図であり、図５は、図１のコージェネレーションシステムの暖房熱負荷における個別予測暖房熱負荷及びこの全予測暖房熱負荷を説明するための図であり、図６は、図１のコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定の流れを示すフローチャートである。
【００１７】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置２と、熱電併給装置２にて発生した熱を回収して温水として貯える貯湯装置４とを備えている。図示の熱電併給装置２は、内燃機関６（例えば、ガスエンジン、ディーゼルエンジンなどから構成される）と、内燃機関６により駆動される発電装置８との組合せから構成され、内燃機関６にて発生する排熱が貯湯装置４に温水として貯えられる。この熱電併給装置２は、内燃機関６及び発電装置８の組合せに代えて、例えば外燃機関及び発電装置の組合せ、燃料電池などでもよい。
【００１８】
発電装置８の出力側には系統連係用のインバータ１０が設けられ、このインバータ１０は、発電装置８の出力電力を商業系統１２から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。商用系統１２は、例えば単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１４を介して電力負荷１６、例えばテレビ７２、冷蔵庫７４、洗濯機７６などの各種電気機器に電気的に接続される。インバータ１０は、コージェネ用供給ライン１８を介して電力供給ライン１４に電気的に接続され、発電装置８からの発電電力がインバータ１０及びコージェネ用供給ライン１８を介して電力負荷１６に供給される。
【００１９】
図示の貯湯装置４は、温水を貯える貯湯タンク２２と、貯湯タンク２２の温水を循環する温水循環流路２４とを含んでいる。貯湯タンク２２の底部と温水循環流路２４とは温水流出流路２６を介して接続され、また貯湯タンク２２の上部と温水循環流路２４とは温水流入流路２８を介して接続され、この温水流入流路２８に第１開閉弁３０が配設されている。また、温水循環流路２４の所定部位には第２開閉弁３２が配設されているとともに、温水を循環させるための温水循環ポンプ３４が配設されている。このように構成されているので、第１開閉弁３０が開状態で、第２開閉弁３２が閉状態のときには、貯湯タンク２２の温水は温水流出流路２６、温水循環流路２４及び温水流入流路２８を通して循環される。また、第１開閉弁３０が閉状態で、第２開閉弁３２が開状態のときには、貯湯タンク２２の温水は温水流出流路２６を流れ、温水循環流路２４を通して循環される。
【００２０】
貯湯タンク２２には、水（例えば水道水）を供給するための給水流路３６が設けられ、この給水流路３６の一端側が貯湯タンク２２の底部に接続され、その他端側が水道管の如き水供給源（図示せず）に接続されている。
【００２１】
貯湯タンク２２には、更に、温水を給湯するための給湯流路４０が接続され、この給湯流路４０の一端側が貯湯タンク２２の上部に接続され、その他端側に熱機器としての出湯用カラン４２，４４，４６が接続され、この形態では３個の出湯用カランが接続されている。各出湯用カラン４２（４４，４６）には、図示していないが、給水流路が接続されており、カラン４２（４４，４６）を開栓すると、給湯流路４０からの温水と給水流路からの水とが所要の通りに混合され、設定温度の温水が出湯用カラン４２（４４，４６）から出湯する。
【００２２】
この実施形態では、温水循環流路２４に補助ボイラ４８が設けられている。都市ガスの如き燃料用ガス又は重油の如き燃焼用油が供給されて補助ボイラ４８が燃焼し、この燃焼熱により温水循環流路２４を流れる温水が加熱される。
【００２３】
また、熱電併給装置に２は、内燃機関６を冷却する冷却水を循環するための冷却水循環流路５０が設けられ、この冷却水循環流路５０に冷却水循環ポンプ５２が配設され、冷却水循環ポンプ５２の作用にって、冷却水が冷却水循環流路５０を通して循環される。
【００２４】
この冷却水循環流路５０及び温水循環流路２４には熱交換器５４が配設され、この熱交換器５４は、冷却水循環流路５０を流れる冷却水と温水循環流路２４を流れる水（温水）との間で熱交換を行い、内燃機関６の排熱が冷却水循環流路５０を流れる冷却水及び温水循環流路２４を流れる水（温水）を介して貯湯タンク２２に温水として貯えられる。
【００２５】
このコージェネレーションシステムは、熱機器としての床暖房装置５６を含んでいる。温水循環流路２４には暖房用熱交換器５８が設けられ、床暖房装置５６の温水循環流路６０が熱交換器５８に接続されている。暖房用熱交換器６０は、温水循環流路２４を流れる温水と暖房循環流路６０を流れる温水との間で熱交換を行い、温水循環流路２４を流れる温水の熱を利用して床暖房装置５６が加熱される。
【００２６】
上述したコージェネレーションシステムは、制御手段８０によって作動制御される。図２をも参照して、制御手段８０は例えばマイクロコンピュータから構成され、作動制御手段８２、予測電力負荷演算手段８４、予測熱負荷演算手段８６及び運転スケジュール設定手段８８を含んでいる。予測電力負荷演算手段８４は後述する如くして電力負荷１６にて将来に消費されるであろう電力負荷を演算し、予測熱負荷演算手段８６は後述する如くして熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）にて将来に消費されるであろう熱負荷を演算し、運転スケジュール設定手段８８は、演算された予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて将来の運転スケジュールを設定し、作動制御手段８２は、設定された運転スケジュールに従って熱電併給装置２などを運転制御する。
【００２７】
この形態では、給湯熱負荷としての出湯用カラン４２，４４，４６と暖房熱負荷としての床暖房装置５６を含んでいるので、予測熱負荷演算手段８６は、出湯用カラン４２，４４，４６による将来の給湯熱負荷を演算する予測給湯熱負荷演算手段９０と、床暖房装置５６による将来の暖房熱負荷を演算する予測暖房熱負荷演算手段９２とを含み、予測給湯熱負荷演算手段９０による予測給湯熱負荷と予測暖房熱負荷演算手段９２による予測暖房熱負荷とを加えたものが予測熱負荷となる。予測電力負荷演算手段８４及び予測熱負荷演算手段８６による演算については、後述する。
【００２８】
制御手段８０は、更に、第１及び第２メモリ９４，９６を含んでいる。第１メモリ９４には、電力負荷１６の各種電気機器及びその消費電力が登録されるとともに、熱機器の各種熱機器、この形態では、給湯熱機器としての出湯用カラン４２，４４，４６及び暖房熱機器としての床暖房装置５６が登録される。また、第２メモリ９６には、予測電力負荷演算手段８４により演算される各種電気機器の将来の運転パターン（即ち、個別運転スケジュール）及び消費電力負荷並びにこれら各種電気機器全体の予測電力負荷、予測給湯熱負荷演算手段９０により演算される給湯熱機器（この形態では出湯用カラン４２，４４，４６）の将来の給湯パターン（即ち、個別給湯スケジュール）及び給湯熱負荷並びに給湯熱機器全体の予測給湯熱負荷、予測暖房熱負荷演算手段９２により演算される暖房熱機器（この形態では、床暖房装置５６）の将来の暖房運転パターン（即ち、個別暖房運転スケジュール）及び暖房熱負荷並びに暖房熱機器の全予測暖房熱負荷などが登録される。
【００２９】
この実施形態では、予測電力負荷演算手段８４は、各種電気機器の各々について個別予測電力負荷を演算した後これら電気機器の個別予測電力負荷を合計することによって、電力負荷１６についての予測電力負荷を演算する。図３を参照して、各電気機器、例えばテレビ７２、冷蔵庫７４、洗濯機７６、第１照明装置１０２、第２照明装置１０４、エアコン１０６・・・は計時タイマ１０８を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、対応する電気機器の作動、作動停止をタイマ設定することができ、各電気機器の作動、作動停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。尚、計時タイマ１０８は、各電気機器に設けることに代えて、電気機器として共通の計時タイマで、或いは電気機器及び熱機器として共通の計時タイマで作動、作動停止情報及びタイマ設定情報を管理するようにしてもよい。
【００３０】
この実施形態では、運転スケジュール設定手段８８は２４時間（１日）毎に運転スケジュールを設定するように構成されており、このことに関連して、予測電力負荷演算手段８４は２４時間毎の将来の電力負荷を演算し、このスケジュール期間についてタイマ設定されているときにはそのタイマ設定情報を利用して、またそのスケジュール期間についてタイマ設定されていないときには過去の作動、作動停止情報を利用して、将来の運転期間について（例えば、翌日の一日について）の運転パターン、即ち個別運転スケジュールを演算する。
【００３１】
例えば、テレビ７２については運転期間（例えば、翌日一日）についてタイマ設定がされていないとすると、予測電力負荷演算手段８４は過去の運転実績データに基づいてこの運転期間の運転パターンを演算し、演算した運転パターンは、例えば図３のテレビ７２の欄に示す通りとなる（図３において、太い実線領域が作動時間帯となる）。そして、予測電力負荷演算手段８４は、この運転パターン情報及びテレビ７２の定格消費電力情報（第１メモリ９４に登録されている）に基づいてテレビ７２の消費電力負荷、即ち個別予測電力負荷を演算する。冷蔵庫７４、第１照明装置１０２、第２照明装置１０４、エアコン１０６の各々についても、タイマ設定されていないとすると、予測電力負荷演算手段８４は、上述したと同様にして、過去の運転実績データに基づいて運転期間の運転パターン、即ち個別運転スケジュールを演算し、この運転パターン情報及びその定格消費電力情報に基づいて各電気機器の個別予測電力負荷を演算する。
【００３２】
また、例えば、洗濯機７６については運転期間（例えば、翌日一日）についてタイマ設定がされているとすると、このときには過去の使用実績に基づいて運転パターンが設定されるのではなく、予測電力負荷演算手段８４は、計時タイマ１０８により設定された作動、作動停止情報に基づいてこの運転期間の運転パターンを演算し、演算した運転パターンは、例えば図３の洗濯機７６の欄に示す通りとなる。そして、予測電力負荷演算手段８４は、この運転パターン情報及び洗濯機７６の定格消費電力情報（第１メモリ９４に登録されている）に基づいて洗濯機７６の消費電力負荷、即ち個別予測電力負荷を演算する。タイマ設定された電気機器については、上述したと同様にして、設定されたタイマ情報を利用してその個別予測電力負荷が演算される。
【００３３】
このように各電気機器（テレビ７２など）についての個別予測電力負荷が演算されると、予測電力負荷演算手段８４は、これら電気機器の個別予測電力負荷を加算してトータルの予測電力負荷（全予測電力負荷）を演算し、この全予測電力負荷は、例えば図３の全予測電力負荷の欄に示す通りとなる。そして、このようにして演算された全予測電力負荷が、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００３４】
また、予測給湯熱負荷演算手段９０は、給湯熱機器の各々について個別予測給湯熱負荷を演算した後これら給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を合計することによって、給湯熱負荷についての予測給湯熱負荷を演算する。給湯熱機器の第１〜第３カラン４２，４４，４６は計時タイマ１０８に加えて温度センサ１１０及び流量センサ１１２を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、対応する電気機器の作動、作動停止をタイマ設定することができ、第１〜第３カラン４２〜４６の出湯、出湯停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。また、第１（第２、第３）カラン４２（４４，４６）の温度センサ１１０はカラン４２（４４，４６）に給湯される温水の温度を検知し、その流量センサ１１２はカラン４２（４４，４６）に給湯される温水の量を検知する。これら温度センサ１１０及び流量センサ１１２の検知信号も制御手段８０に送給される。尚、この実施形態では、水の温度を検知していないが、個別予測給湯熱負荷をより正確に演算するために、カラン４２（４４，４６）に給水される水の温度を検知する温度センサを更に設けるようにしてもよい。
【００３５】
例えば、第１カラン４２についてタイマ設定がされていないとすると、予測給湯熱負荷演算手段９０は過去の給湯実績データに基づいてこの運転期間の給湯パターン、即ち個別給湯スケジュールを演算し、演算した給湯パターンは、例えば図４の第１カラン４２の欄に示す通りとなる（図４において、太い実線領域が給湯時間帯となる）。そして、予測給湯熱負荷演算手段９０は、この運転パターン情報並びに過去の使用実績に基づく給湯温度（温度センサ１１０の検知温度）及び過去の給湯量（流量センサ１１２の検知流量）に基づいて第１カラン４２の給湯熱負荷、即ち個別予測給湯熱負荷を演算する。第２カラン４４についてもタイマ設定されていないとすると、第１カラン４２と同様にして個別予測給湯熱負荷が演算される。
【００３６】
また、例えば、第３カラン４６（例えば、浴槽の湯張り用カラン）については運転期間についてタイマ設定がされているとすると、このときには過去の給湯実績に基づいて運転パターンが設定されるのではなく、予測給湯熱負荷演算手段９０は、計時タイマ１０８により設定された給湯、給湯停止情報に基づいてこの運転期間の給湯パターン、即ち個別給湯スケジュールを演算し、演算した給湯パターンは、例えば図４の第３カラン４６の欄に示す通りとなる。そして、予測給湯熱負荷演算手段９０は、この給湯パターン情報並びに過去の使用実績に基づく給湯温度及び給湯量に基づいて第３カラン４６の給湯熱負荷、即ち個別予測給湯熱負荷を演算する。
【００３７】
このように各給湯熱機器についての個別予測給湯熱負荷が演算されると、予測給湯熱負荷演算手段９０は、これら給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を加算してトータルの予測給湯熱負荷（全予測給湯熱負荷）を演算し、この全予測給湯熱負荷は、例えば図４の全予測給湯熱負荷の欄に示す通りとなる。そして、このようにして演算された全予測給湯熱負荷が、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００３８】
また、予測暖房熱負荷演算手段９２は、暖房熱機器について個別予測暖房熱負荷を演算する。この実施形態では、暖房熱機器として床暖房装置５６を備えるのみであるので、床暖房装置５６の個別予測暖房熱負荷が演算されると、この個別予測暖房熱負荷が暖房熱機器としての暖房熱負荷となるが、床暖房装置、浴室暖房乾燥機などの複数種の暖房熱機器を備えている場合、上述したと同様に、これら複数種の暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷のトータルが全予測暖房熱負荷となる。
【００３９】
暖房熱機器の床暖房装置５６は計時タイマ１０８に加えて温度設定手段１１４及び室温センサ１１６を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、床暖房装置５６の作動、作動停止をタイマ設定することができ、床暖房装置５６の暖房、暖房停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。また、床暖房装置５６の温度設定手段１１４は、床暖房装置５６の暖房運転温度を設定し、室温センサ１１６は床暖房装置５６によって暖房される部屋の室温を検知し、温度設定手段１１４による設定運転温度情報及び室温センサ１１６の検知信号（室温情報）も制御手段８０に送給される。
【００４０】
床暖房装置５６について例えばタイマ設定がされていないとすると、予測暖房熱負荷演算手段９２は過去の給湯実績データに基づいてこの運転期間の暖房パターン、即ち暖房運転スケジュールを演算し、演算した暖房パターンは、例えば図５の床暖房装置５６の欄に示す通りとなる（図５において、太い実線領域が暖房時間帯となる）。そして、予測暖房熱負荷演算手段９０は、この運転パターン情報並びに設定暖房運転温度及び暖房する部屋の温度（室温センサ１１６の検知温度）に基づいて床暖房装置５６の個別予測暖房熱負荷を演算し、この個別予測暖房熱負荷が全予測暖房熱負荷となる。
【００４１】
また、この床暖房装置５６について例えばタイマ設定がされているとすると、過去の暖房実績に基づいて暖房運転パターンが設定されるのではなく、予測暖房熱負荷演算手段９２は、計時タイマ１０８により設定された暖房、暖房停止情報に基づいてこの運転期間の暖房運転パターン、即ち個別暖房運転スケジュールを演算し、この暖房運転パターンを用いて上述したと同様にして個別予測暖房熱負荷を演算し、この個別予測暖房熱負荷が全予測暖房熱負荷となる。そして、このようにして演算された全予測暖房熱負荷も、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００４２】
次に、主として図２とともに図６を参照して、上述したコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定について説明する。例えば、翌日の運転スケジュールを設定する際には、各電気機器、例えばテレビ７２などの運転パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の作動、作動停止情報が利用される（ステップＳ１）。そして、各電気機器について、予測された運転パターンを用いて個別予測電力負荷が演算され、これら個別予測電力負荷をトータルして電力負荷１６についての予測電力負荷が演算される（ステップＳ２）。
【００４３】
次いで、各給湯熱機器、例えば第１カラン４２などの給湯パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の給湯、給湯停止情報が利用される（ステップＳ３）。そして、各給湯熱機器について、予測された給湯パターンを用いて個別予測給湯熱負荷が演算され、これら個別予測給湯熱負荷をトータルして給湯熱負荷についての予測給湯熱負荷が演算される（ステップＳ４）。
【００４４】
次に、各暖房熱機器、例えば床暖房装置５６の暖房パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の暖房、暖房停止情報が利用される（ステップＳ５）。そして、各暖房熱機器について、予測された暖房パターンを用いて個別予測暖房熱負荷が演算され、これら個別予測暖房熱負荷をトータルして暖房熱負荷についての予測暖房熱負荷が演算される（ステップＳ６）。
【００４５】
このようにして運転期間についての予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷が演算されると、運転スケジュール設定手段８８は、熱電併給装置２によって発生する熱及び電力が効率的に使われるように運転スケジュールを設定する（ステップＳ７）。このように運転スケジュールが設定されると、作動制御手段８２は設定された運転スケジュールに沿って熱電併給装置２などを運転制御し、このような運転制御は将来の電力負荷及び熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）を充分に考慮したものであり、従って、熱電併給装置２を効率よく運転制御することができ、コージェネレーションシステムのエネルギー効率を高めることができる。
【００４６】
以上、本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４７】
例えば、図示の実施形態では、運転スケジュール設定手段８８は２４時間毎に運転スケジュールを設定しているが、この期間に限定されず、例えば１２時間、１６時間などように短い期間を、或いは４８時間（２日）、７２時間（３日）などのように長い期間を設定するようにしてもよく、この場合、予測電力負荷演算手段８４及び予測熱負荷演算手段８６は、設定される運転スケジュールの期間に対応した期間毎に予測電力負荷及び予測熱負荷を演算する。
【００４８】
また、例えば、上述した実施形態では、電力負荷として電気機器の全てについて個別予測電力負荷を演算してこれらを用い、給湯熱負荷として給湯熱機器の全てについて個別予測給湯熱負荷を演算してこれらを用い、また暖房熱負荷として暖房熱機器の全てについて個別予測暖房熱負荷を演算してこれらを用いているが、電気機器、給湯熱機器及び暖房熱機器についてそれらの大部分、例えば９０％以上について個別予測電力負荷、個別予測給湯熱負荷及び個別予測暖房熱負荷を演算し、これらを用いて全予測電力負荷、全予測給湯熱負荷、全予測暖房熱負荷を演算するようにしても、上述したと同様の効果が達成される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムによれば、電力負荷としての複数種の電気機器の大部分又は全部について、それらの個別予測電力負荷が演算され、これら個別予測電力負荷を用いて全体としての予測電力負荷が演算されるので、予測電力負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、予測電力負荷の精度を高めることができる。従って、このように演算された予測電力負荷と予測熱負荷演算手段により演算された予測熱負荷とに基づいて運転スケジュールを設定することによって、熱電併給装置を効率よく運転制御することができる。
【００５０】
また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムによれば、予測熱負荷としての複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算され、これら個別予測熱負荷を用いて全体としての予測熱負荷が演算されるので、予測電力熱負荷に加えて予測熱負荷も正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置を一層効率よく運転することができる。
【００５１】
また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムによれば、電気機器については、その定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて個別予測電力負荷が演算されるので、その電気機器の個別予測電力負荷を正確に演算することができる。また、暖房熱機器については、設定運転温度情報、室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて個別予測暖房熱負荷が演算されるので、その暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷を正確に演算することができる。
【００５２】
更に、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムによれば、熱負荷としての複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算られ、これらの個別予測熱負荷を用いて全体としての予測熱負荷が演算されるので、熱負荷の予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、予測熱負荷の精度を高めることができ、このように演算された予測熱負荷と予測電力負荷演算手段により演算された予測電力負荷とに基づいて運転スケジュールを設定することにより、熱電併給装置を効率よく運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示す図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの各種電気機器における個別予測電力負荷及びこれらの全予測電力負荷を説明するための図である。
【図４】図１のコージェネレーションシステムの各種給湯熱負荷における個別予測給湯熱負荷及びこれらの全予測給湯熱負荷を説明するための図である。
【図５】図１のコージェネレーションシステムの暖房熱負荷における個別予測暖房熱負荷及びこの全予測暖房熱負荷を説明するための図である。
【図６】図１のコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 熱電併給装置
４ 貯湯装置
６ 内燃機関
８ 発電装置
１０ インバータ
１６ 電力負荷
２２ 貯湯タンク
２４ 温水循環流路
４２，４４，４６ カラン
４８ 補助ボイラ
５０ 冷却水循環流路
５４ 熱交換器
５６ 床暖房装置
８０ 制御手段
８２ 作動制御手段
８４ 予測電力負荷演算手段
８６ 予測熱負荷演算手段
８８ 運転スケジュール設定手段
９０ 予測給湯熱負荷演算手段
９２ 予測暖房熱負荷演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電併給装置により熱と電力とを発生させるコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーを有効に利用してその効率を高めるために、熱と電力とを利用したコージェネレーションシステムが提案され実用に供されている。このコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置（例えば、内燃機関と発電装置との組合せ）と、熱電併給装置から発生する電力を商業用電力供給ラインに系統連係するためのインバータと、熱電併給装置にて発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクとを備えている。このコージェネレーションシステムでは、熱電併給装置で発生する熱及び電力を所要の通りに消費するときには、熱電併給装置を効率よく運転することができ、従って、コージェネレーションシステムのエネルギー利用率が高くなる。しかし、発生する熱及び電力の消費にアンバランスが生じると、熱電併給装置の運転効率が悪くなり、エネルギーの利用効率が低下する。
【０００３】
このようなことから、従来のコージェネレーションシステムでは、過去の運転実績、即ち過去負荷データ（電力負荷データ、熱負荷データ）に基づいて熱電併給装置の運転スケジュールを決定し、この運転スケジュールに基づいて熱電併給装置を運転制御している。過去の運転実績（電力負荷、熱負荷）を用いることによって、運転当日の負荷状態をある程度正確に予測することができ、この予測負荷（予測電力負荷、予測熱負荷）に基づいて運転スケジュールを設定することによって、熱電併給装置をある程度効率よく運転制御することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３３１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のコージェネレーションシステムでは、電力ラインの分電盤に電力負荷計測手段が設けられ、この電力負荷計測手段を用いて電力ラインにおける全電力負荷が計測される。また、貯湯タンクからの温水を給湯する給湯ラインに給湯熱負荷計測手段が設けられ、この給湯熱負荷計測手段を用いて給湯ラインにおける全給湯熱負荷が計測される。また、暖房循環ラインに暖房熱負荷計測手段が設けられ、この暖房熱負荷計測手段を用いて暖房循環ラインの全暖房熱負荷が計測される。このようにして計測した全電力負荷、全給湯熱負荷及び全暖房熱負荷に基づいて予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷を演算していたので、演算した予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷の精度もそれほど高くなく、これらをベースに設定される運転スケジュールも充分に精度が高いものではなかった。
【０００６】
本発明の目的は、従来に比して予測電力負荷を正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置をより効率的に運転制御することができるコージェネレーションシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、従来に比して予測熱負荷を正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置をより効率的に運転制御することができるコージェネレーションシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測電力負荷演算手段は、複数種の電気機器の大部分又は全部の個別予測電力負荷を用いて前記予測電力負荷を演算することを特徴とする。
【０００９】
このコージェネレーションシステムにおいては、電力負荷は複数種の電気機器、例えばテレビ、冷蔵庫、照明装置、エアコンなどから構成されており、これら電気機器の大部分又は全部については、その個別予測電力負荷が演算され、この個別予測電力負荷を用いて電力負荷についての予測電力負荷が演算される。従って、電気機器の大部分又は全部については、その予測電力負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測電力負荷の精度を高めることができる。かくして、このように演算された予測電力負荷と予測熱負荷演算手段により演算された予測熱負荷とに基づいて運転スケジュールを設定し、この設定した運転スケジュールに従って熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を効率よく運転することができる。電気機器の個別予測電力負荷情報とは、その電気機器の過去の使用実績に基づいて予測される将来の運転スケジュールに対応するもの、又はその電気機器についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュールに対応するものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムでは、前記予測熱負荷演算手段は、前記複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算することを特徴とする。
【００１１】
このコージェネレーションシステムにおいては、予測熱負荷は複数種の熱機器、例えば給湯用カラン、床暖房装置、浴室暖房乾燥機などなどから構成されており、これら熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算され、この個別予測熱負荷を用いて熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）についての予測熱負荷が演算される。従って、熱機器の大部分又は全部については、その予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測熱負荷の精度を高めることができる。かくして、予測電力負荷及び予測熱負荷の精度を高め、これらに基づいて設定された運転スケジュールに従って熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を一層効率よく運転することができる。熱機器の個別予測熱負荷情報とは、その熱機器の過去の使用実績に基づいて予測される運転スケジュールに対応するもの、又はその熱機器についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュールに対応するものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムでは、前記個別予測電力負荷は、電気機器の定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて演算され、前記個別予測熱負荷は、暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷及び給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を含み、前記個別予測暖房熱負荷は、暖房熱機器の設定運転温度情報、暖房する室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて演算されることを特徴とする。
【００１３】
このコージェネレーションシステムにおいては、電気機器については、その定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて個別予測電力負荷が演算されるので、その電気機器の個別予測電力負荷を正確に演算することができる。また、暖房熱機器については、設定運転温度情報、室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて個別予測暖房熱負荷が演算されるので、その暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷を正確に演算することができる。個別運転スケジュール情報（又は個別暖房運転スケジュール情報）とは、その電気機器（又は熱機器）の過去の電力負荷（又は熱負荷）に基づいて設定される運転スケジュール情報（又は暖房運転スケジュール情報）、又はその電気機器（又は熱機器）についてタイマ手段によって設定される将来の運転スケジュール情報である。
【００１４】
更に、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測熱負荷演算手段は、複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算することを特徴とする。
【００１５】
このコージェネレーションシステムにおいては、熱負荷は複数種の熱機器から構成されており、これら熱機器の大部分又は全部については、その個別予測熱負荷が演算られ、この個別予測熱負荷を用いて熱負荷についての予測熱負荷が演算される。従って、熱機器の大部分又は全部については、その予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、全体としての予測熱負荷の精度を高めることができる。かくして、このように演算された予測熱負荷と予測電力負荷演算手段により演算された予測電力負荷とに基づいて運転スケジュールを設定して熱電併給装置を運転制御することによって、熱電併給装置を効率よく運転することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態について説明する。図１は、コージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示す図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１のコージェネレーションシステムの各種電気機器における個別予測電力負荷及びこれらの全予測電力負荷を説明するための図であり、図４は、図１のコージェネレーションシステムの各種給湯熱負荷における個別予測給湯熱負荷及びこれらの全予測給湯熱負荷を説明するための図であり、図５は、図１のコージェネレーションシステムの暖房熱負荷における個別予測暖房熱負荷及びこの全予測暖房熱負荷を説明するための図であり、図６は、図１のコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定の流れを示すフローチャートである。
【００１７】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、熱と電力を発生する熱電併給装置２と、熱電併給装置２にて発生した熱を回収して温水として貯える貯湯装置４とを備えている。図示の熱電併給装置２は、内燃機関６（例えば、ガスエンジン、ディーゼルエンジンなどから構成される）と、内燃機関６により駆動される発電装置８との組合せから構成され、内燃機関６にて発生する排熱が貯湯装置４に温水として貯えられる。この熱電併給装置２は、内燃機関６及び発電装置８の組合せに代えて、例えば外燃機関及び発電装置の組合せ、燃料電池などでもよい。
【００１８】
発電装置８の出力側には系統連係用のインバータ１０が設けられ、このインバータ１０は、発電装置８の出力電力を商業系統１２から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。商用系統１２は、例えば単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１４を介して電力負荷１６、例えばテレビ７２、冷蔵庫７４、洗濯機７６などの各種電気機器に電気的に接続される。インバータ１０は、コージェネ用供給ライン１８を介して電力供給ライン１４に電気的に接続され、発電装置８からの発電電力がインバータ１０及びコージェネ用供給ライン１８を介して電力負荷１６に供給される。
【００１９】
図示の貯湯装置４は、温水を貯える貯湯タンク２２と、貯湯タンク２２の温水を循環する温水循環流路２４とを含んでいる。貯湯タンク２２の底部と温水循環流路２４とは温水流出流路２６を介して接続され、また貯湯タンク２２の上部と温水循環流路２４とは温水流入流路２８を介して接続され、この温水流入流路２８に第１開閉弁３０が配設されている。また、温水循環流路２４の所定部位には第２開閉弁３２が配設されているとともに、温水を循環させるための温水循環ポンプ３４が配設されている。このように構成されているので、第１開閉弁３０が開状態で、第２開閉弁３２が閉状態のときには、貯湯タンク２２の温水は温水流出流路２６、温水循環流路２４及び温水流入流路２８を通して循環される。また、第１開閉弁３０が閉状態で、第２開閉弁３２が開状態のときには、貯湯タンク２２の温水は温水流出流路２６を流れ、温水循環流路２４を通して循環される。
【００２０】
貯湯タンク２２には、水（例えば水道水）を供給するための給水流路３６が設けられ、この給水流路３６の一端側が貯湯タンク２２の底部に接続され、その他端側が水道管の如き水供給源（図示せず）に接続されている。
【００２１】
貯湯タンク２２には、更に、温水を給湯するための給湯流路４０が接続され、この給湯流路４０の一端側が貯湯タンク２２の上部に接続され、その他端側に熱機器としての出湯用カラン４２，４４，４６が接続され、この形態では３個の出湯用カランが接続されている。各出湯用カラン４２（４４，４６）には、図示していないが、給水流路が接続されており、カラン４２（４４，４６）を開栓すると、給湯流路４０からの温水と給水流路からの水とが所要の通りに混合され、設定温度の温水が出湯用カラン４２（４４，４６）から出湯する。
【００２２】
この実施形態では、温水循環流路２４に補助ボイラ４８が設けられている。都市ガスの如き燃料用ガス又は重油の如き燃焼用油が供給されて補助ボイラ４８が燃焼し、この燃焼熱により温水循環流路２４を流れる温水が加熱される。
【００２３】
また、熱電併給装置に２は、内燃機関６を冷却する冷却水を循環するための冷却水循環流路５０が設けられ、この冷却水循環流路５０に冷却水循環ポンプ５２が配設され、冷却水循環ポンプ５２の作用にって、冷却水が冷却水循環流路５０を通して循環される。
【００２４】
この冷却水循環流路５０及び温水循環流路２４には熱交換器５４が配設され、この熱交換器５４は、冷却水循環流路５０を流れる冷却水と温水循環流路２４を流れる水（温水）との間で熱交換を行い、内燃機関６の排熱が冷却水循環流路５０を流れる冷却水及び温水循環流路２４を流れる水（温水）を介して貯湯タンク２２に温水として貯えられる。
【００２５】
このコージェネレーションシステムは、熱機器としての床暖房装置５６を含んでいる。温水循環流路２４には暖房用熱交換器５８が設けられ、床暖房装置５６の温水循環流路６０が熱交換器５８に接続されている。暖房用熱交換器６０は、温水循環流路２４を流れる温水と暖房循環流路６０を流れる温水との間で熱交換を行い、温水循環流路２４を流れる温水の熱を利用して床暖房装置５６が加熱される。
【００２６】
上述したコージェネレーションシステムは、制御手段８０によって作動制御される。図２をも参照して、制御手段８０は例えばマイクロコンピュータから構成され、作動制御手段８２、予測電力負荷演算手段８４、予測熱負荷演算手段８６及び運転スケジュール設定手段８８を含んでいる。予測電力負荷演算手段８４は後述する如くして電力負荷１６にて将来に消費されるであろう電力負荷を演算し、予測熱負荷演算手段８６は後述する如くして熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）にて将来に消費されるであろう熱負荷を演算し、運転スケジュール設定手段８８は、演算された予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて将来の運転スケジュールを設定し、作動制御手段８２は、設定された運転スケジュールに従って熱電併給装置２などを運転制御する。
【００２７】
この形態では、給湯熱負荷としての出湯用カラン４２，４４，４６と暖房熱負荷としての床暖房装置５６を含んでいるので、予測熱負荷演算手段８６は、出湯用カラン４２，４４，４６による将来の給湯熱負荷を演算する予測給湯熱負荷演算手段９０と、床暖房装置５６による将来の暖房熱負荷を演算する予測暖房熱負荷演算手段９２とを含み、予測給湯熱負荷演算手段９０による予測給湯熱負荷と予測暖房熱負荷演算手段９２による予測暖房熱負荷とを加えたものが予測熱負荷となる。予測電力負荷演算手段８４及び予測熱負荷演算手段８６による演算については、後述する。
【００２８】
制御手段８０は、更に、第１及び第２メモリ９４，９６を含んでいる。第１メモリ９４には、電力負荷１６の各種電気機器及びその消費電力が登録されるとともに、熱機器の各種熱機器、この形態では、給湯熱機器としての出湯用カラン４２，４４，４６及び暖房熱機器としての床暖房装置５６が登録される。また、第２メモリ９６には、予測電力負荷演算手段８４により演算される各種電気機器の将来の運転パターン（即ち、個別運転スケジュール）及び消費電力負荷並びにこれら各種電気機器全体の予測電力負荷、予測給湯熱負荷演算手段９０により演算される給湯熱機器（この形態では出湯用カラン４２，４４，４６）の将来の給湯パターン（即ち、個別給湯スケジュール）及び給湯熱負荷並びに給湯熱機器全体の予測給湯熱負荷、予測暖房熱負荷演算手段９２により演算される暖房熱機器（この形態では、床暖房装置５６）の将来の暖房運転パターン（即ち、個別暖房運転スケジュール）及び暖房熱負荷並びに暖房熱機器の全予測暖房熱負荷などが登録される。
【００２９】
この実施形態では、予測電力負荷演算手段８４は、各種電気機器の各々について個別予測電力負荷を演算した後これら電気機器の個別予測電力負荷を合計することによって、電力負荷１６についての予測電力負荷を演算する。図３を参照して、各電気機器、例えばテレビ７２、冷蔵庫７４、洗濯機７６、第１照明装置１０２、第２照明装置１０４、エアコン１０６・・・は計時タイマ１０８を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、対応する電気機器の作動、作動停止をタイマ設定することができ、各電気機器の作動、作動停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。尚、計時タイマ１０８は、各電気機器に設けることに代えて、電気機器として共通の計時タイマで、或いは電気機器及び熱機器として共通の計時タイマで作動、作動停止情報及びタイマ設定情報を管理するようにしてもよい。
【００３０】
この実施形態では、運転スケジュール設定手段８８は２４時間（１日）毎に運転スケジュールを設定するように構成されており、このことに関連して、予測電力負荷演算手段８４は２４時間毎の将来の電力負荷を演算し、このスケジュール期間についてタイマ設定されているときにはそのタイマ設定情報を利用して、またそのスケジュール期間についてタイマ設定されていないときには過去の作動、作動停止情報を利用して、将来の運転期間について（例えば、翌日の一日について）の運転パターン、即ち個別運転スケジュールを演算する。
【００３１】
例えば、テレビ７２については運転期間（例えば、翌日一日）についてタイマ設定がされていないとすると、予測電力負荷演算手段８４は過去の運転実績データに基づいてこの運転期間の運転パターンを演算し、演算した運転パターンは、例えば図３のテレビ７２の欄に示す通りとなる（図３において、太い実線領域が作動時間帯となる）。そして、予測電力負荷演算手段８４は、この運転パターン情報及びテレビ７２の定格消費電力情報（第１メモリ９４に登録されている）に基づいてテレビ７２の消費電力負荷、即ち個別予測電力負荷を演算する。冷蔵庫７４、第１照明装置１０２、第２照明装置１０４、エアコン１０６の各々についても、タイマ設定されていないとすると、予測電力負荷演算手段８４は、上述したと同様にして、過去の運転実績データに基づいて運転期間の運転パターン、即ち個別運転スケジュールを演算し、この運転パターン情報及びその定格消費電力情報に基づいて各電気機器の個別予測電力負荷を演算する。
【００３２】
また、例えば、洗濯機７６については運転期間（例えば、翌日一日）についてタイマ設定がされているとすると、このときには過去の使用実績に基づいて運転パターンが設定されるのではなく、予測電力負荷演算手段８４は、計時タイマ１０８により設定された作動、作動停止情報に基づいてこの運転期間の運転パターンを演算し、演算した運転パターンは、例えば図３の洗濯機７６の欄に示す通りとなる。そして、予測電力負荷演算手段８４は、この運転パターン情報及び洗濯機７６の定格消費電力情報（第１メモリ９４に登録されている）に基づいて洗濯機７６の消費電力負荷、即ち個別予測電力負荷を演算する。タイマ設定された電気機器については、上述したと同様にして、設定されたタイマ情報を利用してその個別予測電力負荷が演算される。
【００３３】
このように各電気機器（テレビ７２など）についての個別予測電力負荷が演算されると、予測電力負荷演算手段８４は、これら電気機器の個別予測電力負荷を加算してトータルの予測電力負荷（全予測電力負荷）を演算し、この全予測電力負荷は、例えば図３の全予測電力負荷の欄に示す通りとなる。そして、このようにして演算された全予測電力負荷が、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００３４】
また、予測給湯熱負荷演算手段９０は、給湯熱機器の各々について個別予測給湯熱負荷を演算した後これら給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を合計することによって、給湯熱負荷についての予測給湯熱負荷を演算する。給湯熱機器の第１〜第３カラン４２，４４，４６は計時タイマ１０８に加えて温度センサ１１０及び流量センサ１１２を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、対応する電気機器の作動、作動停止をタイマ設定することができ、第１〜第３カラン４２〜４６の出湯、出湯停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。また、第１（第２、第３）カラン４２（４４，４６）の温度センサ１１０はカラン４２（４４，４６）に給湯される温水の温度を検知し、その流量センサ１１２はカラン４２（４４，４６）に給湯される温水の量を検知する。これら温度センサ１１０及び流量センサ１１２の検知信号も制御手段８０に送給される。尚、この実施形態では、水の温度を検知していないが、個別予測給湯熱負荷をより正確に演算するために、カラン４２（４４，４６）に給水される水の温度を検知する温度センサを更に設けるようにしてもよい。
【００３５】
例えば、第１カラン４２についてタイマ設定がされていないとすると、予測給湯熱負荷演算手段９０は過去の給湯実績データに基づいてこの運転期間の給湯パターン、即ち個別給湯スケジュールを演算し、演算した給湯パターンは、例えば図４の第１カラン４２の欄に示す通りとなる（図４において、太い実線領域が給湯時間帯となる）。そして、予測給湯熱負荷演算手段９０は、この運転パターン情報並びに過去の使用実績に基づく給湯温度（温度センサ１１０の検知温度）及び過去の給湯量（流量センサ１１２の検知流量）に基づいて第１カラン４２の給湯熱負荷、即ち個別予測給湯熱負荷を演算する。第２カラン４４についてもタイマ設定されていないとすると、第１カラン４２と同様にして個別予測給湯熱負荷が演算される。
【００３６】
また、例えば、第３カラン４６（例えば、浴槽の湯張り用カラン）については運転期間についてタイマ設定がされているとすると、このときには過去の給湯実績に基づいて運転パターンが設定されるのではなく、予測給湯熱負荷演算手段９０は、計時タイマ１０８により設定された給湯、給湯停止情報に基づいてこの運転期間の給湯パターン、即ち個別給湯スケジュールを演算し、演算した給湯パターンは、例えば図４の第３カラン４６の欄に示す通りとなる。そして、予測給湯熱負荷演算手段９０は、この給湯パターン情報並びに過去の使用実績に基づく給湯温度及び給湯量に基づいて第３カラン４６の給湯熱負荷、即ち個別予測給湯熱負荷を演算する。
【００３７】
このように各給湯熱機器についての個別予測給湯熱負荷が演算されると、予測給湯熱負荷演算手段９０は、これら給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を加算してトータルの予測給湯熱負荷（全予測給湯熱負荷）を演算し、この全予測給湯熱負荷は、例えば図４の全予測給湯熱負荷の欄に示す通りとなる。そして、このようにして演算された全予測給湯熱負荷が、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００３８】
また、予測暖房熱負荷演算手段９２は、暖房熱機器について個別予測暖房熱負荷を演算する。この実施形態では、暖房熱機器として床暖房装置５６を備えるのみであるので、床暖房装置５６の個別予測暖房熱負荷が演算されると、この個別予測暖房熱負荷が暖房熱機器としての暖房熱負荷となるが、床暖房装置、浴室暖房乾燥機などの複数種の暖房熱機器を備えている場合、上述したと同様に、これら複数種の暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷のトータルが全予測暖房熱負荷となる。
【００３９】
暖房熱機器の床暖房装置５６は計時タイマ１０８に加えて温度設定手段１１４及び室温センサ１１６を含み、この計時タイマ１０８は時刻を計時するとともに、床暖房装置５６の作動、作動停止をタイマ設定することができ、床暖房装置５６の暖房、暖房停止の時刻情報及びタイマ設定情報が制御手段８０に送給される。また、床暖房装置５６の温度設定手段１１４は、床暖房装置５６の暖房運転温度を設定し、室温センサ１１６は床暖房装置５６によって暖房される部屋の室温を検知し、温度設定手段１１４による設定運転温度情報及び室温センサ１１６の検知信号（室温情報）も制御手段８０に送給される。
【００４０】
床暖房装置５６について例えばタイマ設定がされていないとすると、予測暖房熱負荷演算手段９２は過去の給湯実績データに基づいてこの運転期間の暖房パターン、即ち暖房運転スケジュールを演算し、演算した暖房パターンは、例えば図５の床暖房装置５６の欄に示す通りとなる（図５において、太い実線領域が暖房時間帯となる）。そして、予測暖房熱負荷演算手段９０は、この運転パターン情報並びに設定暖房運転温度及び暖房する部屋の温度（室温センサ１１６の検知温度）に基づいて床暖房装置５６の個別予測暖房熱負荷を演算し、この個別予測暖房熱負荷が全予測暖房熱負荷となる。
【００４１】
また、この床暖房装置５６について例えばタイマ設定がされているとすると、過去の暖房実績に基づいて暖房運転パターンが設定されるのではなく、予測暖房熱負荷演算手段９２は、計時タイマ１０８により設定された暖房、暖房停止情報に基づいてこの運転期間の暖房運転パターン、即ち個別暖房運転スケジュールを演算し、この暖房運転パターンを用いて上述したと同様にして個別予測暖房熱負荷を演算し、この個別予測暖房熱負荷が全予測暖房熱負荷となる。そして、このようにして演算された全予測暖房熱負荷も、後述するように運転スケジュールを設定する際に用いられる。
【００４２】
次に、主として図２とともに図６を参照して、上述したコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定について説明する。例えば、翌日の運転スケジュールを設定する際には、各電気機器、例えばテレビ７２などの運転パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の作動、作動停止情報が利用される（ステップＳ１）。そして、各電気機器について、予測された運転パターンを用いて個別予測電力負荷が演算され、これら個別予測電力負荷をトータルして電力負荷１６についての予測電力負荷が演算される（ステップＳ２）。
【００４３】
次いで、各給湯熱機器、例えば第１カラン４２などの給湯パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の給湯、給湯停止情報が利用される（ステップＳ３）。そして、各給湯熱機器について、予測された給湯パターンを用いて個別予測給湯熱負荷が演算され、これら個別予測給湯熱負荷をトータルして給湯熱負荷についての予測給湯熱負荷が演算される（ステップＳ４）。
【００４４】
次に、各暖房熱機器、例えば床暖房装置５６の暖房パターンが予測され、タイマ設定されているときにはタイマ設定情報が利用され、タイマ設定されていないときには過去の暖房、暖房停止情報が利用される（ステップＳ５）。そして、各暖房熱機器について、予測された暖房パターンを用いて個別予測暖房熱負荷が演算され、これら個別予測暖房熱負荷をトータルして暖房熱負荷についての予測暖房熱負荷が演算される（ステップＳ６）。
【００４５】
このようにして運転期間についての予測電力負荷、予測給湯熱負荷及び予測暖房熱負荷が演算されると、運転スケジュール設定手段８８は、熱電併給装置２によって発生する熱及び電力が効率的に使われるように運転スケジュールを設定する（ステップＳ７）。このように運転スケジュールが設定されると、作動制御手段８２は設定された運転スケジュールに沿って熱電併給装置２などを運転制御し、このような運転制御は将来の電力負荷及び熱負荷（給湯熱負荷及び暖房熱負荷）を充分に考慮したものであり、従って、熱電併給装置２を効率よく運転制御することができ、コージェネレーションシステムのエネルギー効率を高めることができる。
【００４６】
以上、本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４７】
例えば、図示の実施形態では、運転スケジュール設定手段８８は２４時間毎に運転スケジュールを設定しているが、この期間に限定されず、例えば１２時間、１６時間などように短い期間を、或いは４８時間（２日）、７２時間（３日）などのように長い期間を設定するようにしてもよく、この場合、予測電力負荷演算手段８４及び予測熱負荷演算手段８６は、設定される運転スケジュールの期間に対応した期間毎に予測電力負荷及び予測熱負荷を演算する。
【００４８】
また、例えば、上述した実施形態では、電力負荷として電気機器の全てについて個別予測電力負荷を演算してこれらを用い、給湯熱負荷として給湯熱機器の全てについて個別予測給湯熱負荷を演算してこれらを用い、また暖房熱負荷として暖房熱機器の全てについて個別予測暖房熱負荷を演算してこれらを用いているが、電気機器、給湯熱機器及び暖房熱機器についてそれらの大部分、例えば９０％以上について個別予測電力負荷、個別予測給湯熱負荷及び個別予測暖房熱負荷を演算し、これらを用いて全予測電力負荷、全予測給湯熱負荷、全予測暖房熱負荷を演算するようにしても、上述したと同様の効果が達成される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムによれば、電力負荷としての複数種の電気機器の大部分又は全部について、それらの個別予測電力負荷が演算され、これら個別予測電力負荷を用いて全体としての予測電力負荷が演算されるので、予測電力負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、予測電力負荷の精度を高めることができる。従って、このように演算された予測電力負荷と予測熱負荷演算手段により演算された予測熱負荷とに基づいて運転スケジュールを設定することによって、熱電併給装置を効率よく運転制御することができる。
【００５０】
また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムによれば、予測熱負荷としての複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算され、これら個別予測熱負荷を用いて全体としての予測熱負荷が演算されるので、予測電力熱負荷に加えて予測熱負荷も正確に演算することができ、これによって、熱電併給装置を一層効率よく運転することができる。
【００５１】
また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムによれば、電気機器については、その定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて個別予測電力負荷が演算されるので、その電気機器の個別予測電力負荷を正確に演算することができる。また、暖房熱機器については、設定運転温度情報、室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて個別予測暖房熱負荷が演算されるので、その暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷を正確に演算することができる。
【００５２】
更に、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムによれば、熱負荷としての複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷が演算られ、これらの個別予測熱負荷を用いて全体としての予測熱負荷が演算されるので、熱負荷の予測熱負荷をほぼ正確に演算することができ、これによって、予測熱負荷の精度を高めることができ、このように演算された予測熱負荷と予測電力負荷演算手段により演算された予測電力負荷とに基づいて運転スケジュールを設定することにより、熱電併給装置を効率よく運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示す図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの各種電気機器における個別予測電力負荷及びこれらの全予測電力負荷を説明するための図である。
【図４】図１のコージェネレーションシステムの各種給湯熱負荷における個別予測給湯熱負荷及びこれらの全予測給湯熱負荷を説明するための図である。
【図５】図１のコージェネレーションシステムの暖房熱負荷における個別予測暖房熱負荷及びこの全予測暖房熱負荷を説明するための図である。
【図６】図１のコージェネレーションシステムにおける運転スケジュールの設定の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ 熱電併給装置
４ 貯湯装置
６ 内燃機関
８ 発電装置
１０ インバータ
１６ 電力負荷
２２ 貯湯タンク
２４ 温水循環流路
４２，４４，４６ カラン
４８ 補助ボイラ
５０ 冷却水循環流路
５４ 熱交換器
５６ 床暖房装置
８０ 制御手段
８２ 作動制御手段
８４ 予測電力負荷演算手段
８６ 予測熱負荷演算手段
８８ 運転スケジュール設定手段
９０ 予測給湯熱負荷演算手段
９２ 予測暖房熱負荷演算手段
Claims (4)
- 熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測電力負荷演算手段は、複数種の電気機器の大部分又は全部の個別予測電力負荷を用いて前記予測電力負荷を演算することを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 前記予測熱負荷演算手段は、前記複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算する請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
- 前記個別予測電力負荷は電気機器の定格消費電力情報及び個別運転スケジュール情報に基づいて演算され、前記個別予測熱負荷は、暖房熱機器の個別予測暖房熱負荷及び給湯熱機器の個別予測給湯熱負荷を含み、前記個別予測暖房熱負荷は、暖房熱機器の設定運転温度情報、暖房する室温情報及び個別暖房運転スケジュール情報に基づいて演算される請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
- 熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連係するインバータと、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、将来の電力負荷を演算する予測電力負荷演算手段と、将来の熱負荷を演算する予測熱負荷演算手段と、前記予測電力負荷演算手段による予測電力負荷及び前記予測熱負荷演算手段による予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転スケジュールを設定する運転スケジュール設定手段と、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記予測熱負荷演算手段は、複数種の熱機器の大部分又は全部の個別予測熱負荷を用いて前記予測熱負荷を演算することを特徴とするコージェネレーションシステム。
Priority Applications (1)
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-
2003
- 2003-02-25 JP JP2003046717A patent/JP2004257276A/ja active Pending
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