JP2004271006A - Co-generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a co-generation system capable of improving the adaptability to hot water supply heat load and the energy saving performance, while performing the operation to adjust the output power in accordance with the electric load. <P>SOLUTION: An operation control means is constituted to determine the estimated hot water supply heat load as the time series variation of the hot water supply heat load and the estimated electric load as the time series variation of electric load, on the basis of the time series consumption data of hot water supply and the time series consumption data of electric power. As the operation mode for adjusting the output power of a co-generation device 3 in accordance with the electric load, a plurality of output limiting operation modes for limiting the electric output conditions to various conditions are prepared, and the operation mode suitable for the energy saving performance and effective to obtain the hot water supply amount in accordance with the estimated hot water supply heat load, when the operation is performed in accordance with the estimated electric load, is selected, and the co-generation device 3 is operated in the selected output limiting operation mode. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱と電力を発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるコージェネレーションシステムは、電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を制御する、所謂電主熱従運転を行い、熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯手段により貯湯タンクに貯湯し、熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を電気ヒータにて貯湯タンクに貯湯する熱に変換して、貯湯タンク内の湯水を給湯先に給湯するものであり、貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると、補助給湯器により給湯するようになっている。ちなみに、熱電併給装置としては、燃料電池を備えて構成したり、発電機とその発電機を駆動するエンジンとを備えて構成する。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムでは、基本的には電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を運転するのであるが、そのように基本的には電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を運転しながらも、予測給湯熱負荷に応じた給湯量ができるだけ得られるべく熱を発生するように熱電併給装置を運転するようにして、給湯熱負荷にできるだけ対応できるようにすることが、省エネルギー性の向上の面で望まれる。
【０００４】
そこで、従来では、電力負荷が定格出力未満のため熱電併給装置が定格出力よりも小さい出力電力にて運転されているときに、熱出力が現在不足しているか又は近い将来に不足すると予測される場合に、熱電併給装置を出力電力を高くするように運転して熱出力を多くすると共に余剰電力を電気ヒータにて貯湯用の熱に変換することにより熱出力不足に対応する場合の総合熱効率と、補助給湯器を給湯作動させて熱出力不足に対応する場合の総合熱効率とを演算して、総合熱効率の高い方を選択して行わせるように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８‐１４１０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、給湯熱負荷に対して熱出力が不足する状況のみに対処しようとするものであり、給湯熱負荷に対して熱出力が余剰となる状況に対処することができるものではなかった。
従って、従来では、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図る上で、未だ改善の余地が有った。
特に、コージェネレーションシステムの設置箇所が一般の住居である場合等では、コージェネレーションシステムの設置箇所での時間経過に伴う湯の消費量の変動と時間経過に伴う電力の消費量の変動との関係が、季節によって変化し易く、又、日によっても変化し易いので、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転することにより、給湯熱負荷に対して熱出力が対応しなくなる状況が発生し易く、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図ることが課題となっていた。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図り得るコージェネレーションシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
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、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたものであって、
前記運転制御手段が、
給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求め、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態のうちで、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転する。
つまり、複数の出力制限運転形態として、予測給湯熱負荷に対して熱出力が不足するのを抑制して、熱出力が不足する状況（以下、熱出力不足状況と略記する場合がある）に対処することが可能なもの、予測給湯熱負荷に対して熱出力が余剰となるのを抑制して、熱出力が余剰となる状況（以下、熱出力余剰状況と略記する場合がある）に対処することが可能なものを備えさせて、それら複数の出力制限運転形態から、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転することから、熱出力不足状況及び熱出力余剰状況のいずれにも対処することが可能となると共に、省エネルギー性を向上することが可能となる。
従って、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図り得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
【０００９】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１において、前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態から、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択する。
つまり、熱出力不足状況に対処することが可能な調整範囲のもの、熱出力余剰状況に対処することが可能な調整範囲のものを備えさせておくことにより、熱出力不足状況及び熱出力余剰状況のいずれにも対処することが可能となる。
そして、熱電併給装置の出力電力の調整範囲を異ならせることから、熱出力の発生量を熱出力の不足を十分抑制できるように増加させたり、熱出力の余剰を十分に抑制するように減少させたりするように、出力電力の調整範囲を設定することが可能となるので、熱出力の不足又は余剰を十分に抑制することが可能となる。
従って、給湯熱負荷に対する適応性を一層向上することが可能となった。
【００１０】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載のコージェネレーションシステムは、請求項２において、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、上限絞り運転形態では、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力が調整される。
つまり、設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力が調整されるので、設定調整範囲内で出力電力が調整される場合に比べて熱出力を少なくすることが可能となり、熱出力の余剰を抑制することが可能となる。
従って、熱出力の余剰を適切に抑制することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１１】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載のコージェネレーションシステムは、請求項２又は３において、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、下限絞り運転形態では、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力が調整される。
つまり、設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力が調整されるので、設定調整範囲内で出力電力が調整される場合に比べて熱出力を多くすることが可能となり、熱出力の不足を抑制することが可能となる。
従って、熱出力の不足を適切に抑制することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１２】
〔請求項５記載の発明〕
請求項５に記載のコージェネレーションシステムは、請求項２〜４のいずれかにおいて、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、中間除去運転形態では、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力が調整される。
つまり、中間除去運転形態として、前記中間部分に対応する電力負荷に対する出力電力調整を、設定調整範囲における前記中間部分よりも高電力側の範囲で行うように構成することにより、熱出力を多くすることが可能となり、熱出力の不足を抑制することが可能となる。
又、中間除去運転形態として、前記中間部分に対応する電力負荷に対する出力電力調整を、設定調整範囲における前記中間部分よりも低電力側の範囲で行うように構成することにより、熱出力少なくすることが可能となり、熱出力の余剰を抑制することが可能となる。
従って、設定調整範囲における中間部分に対応する範囲に電力負荷が発生する場合に、熱出力不足状況又は熱出力余剰状況に対処することが可能となった。
【００１３】
〔請求項６記載の発明〕
請求項６に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記複数の出力制限運転形態の一つとして、前記熱電併給装置を停止させる停止許容形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、複数の出力制限運転形態の一つとして、熱電併給装置を停止させる停止許容形態を選択することができる。
つまり、例えば、電力負荷が予め設定された熱電併給装置の出力電力の設定調整範囲の下限値よりも小さく、しかも、給湯熱負荷がない場合に、熱電併給装置を出力電力が設定調整範囲の下限値になるように運転すると、出力電力が低い分、熱電併給装置のエネルギー効率が悪く、しかも、給湯熱負荷がないにもかかわらず、余剰電力にて貯湯タンクに貯湯されて放熱ロスが大きくなるので、極めて省エネルギー性が低下することになる。
そこで、そのように、電力負荷が予め設定された熱電併給装置の出力電力の設定調整範囲の下限値よりも小さく、しかも、給湯熱負荷がない場合に、停止許容形態を実行して、熱電併給装置を停止させるようにすることにより、省エネルギー性を向上することが可能となる。
従って、電力負荷が小さく、しかも、給湯熱負荷がないような負荷状態のときに、省エネルギー性を向上することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１４】
〔請求項７記載の発明〕
請求項７に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態から、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択する。
つまり、出力電力の上昇速度を速くすると、出力電力の増加が促進されることになるので、その分熱出力が増加して、熱出力不足状況に対処することが可能となり、逆に、出力電力の上昇速度を遅くすると、出力電力の増加が抑制されることになるので、その分熱出力が減少して、熱出力余剰状況に対処することが可能となる。
又、出力電力の下降速度を遅くすると、出力電力の減少が抑制されることになるので、その分熱出力の減少が抑制されて、熱出力不足状況に対処することが可能となり、逆に、出力電力の下降速度を速くすると、出力電力の減少が促進されることになるので、その分熱出力の減少が促進されて、熱出力余剰状況に対処することが可能となる。
そして、熱電併給装置の出力電力の調整速度を異ならせることから、上記の請求項２〜６に記載の出力制限運転形態のように電力負荷の範囲を特定して出力状態を制限する場合に比べて、出力状態の制限を電力負荷の大小に拘らず実行することが可能となるので、種々の電力負荷の発生状況に対応して、熱出力不足状況や熱出力余剰状況に対処することができるようになった。
【００１５】
〔請求項８記載の発明〕
請求項８に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整する。
つまり、熱電併給装置の出力電力を段階的に変更させるので、出力電力の変更回数を少なくすることが可能となり、その分、熱電併給装置の耐久性を向上することができる。
従って、熱電併給装置の耐久性を向上するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１６】
〔請求項９記載の発明〕
請求項９に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、転制御手段は、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を無段階に調整する。
つまり、電力負荷に対する熱電併給装置の出力電力の追従性を向上することが可能となるので、省エネルギー性を一段と向上することができる。
従って、省エネルギー性を更に促進するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１７】
〔請求項１０記載の発明〕
請求項１０に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とする。
つまり、例えば、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように運転する場合は、負荷平均用設定時間が経過する毎に、その負荷平均用設定時間での平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力に熱電併給装置の出力電力が調整されることになる。
又、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように運転する場合は、負荷平均用設定時間が経過する毎に、その負荷平均用設定時間での平均電力負荷に熱電併給装置の出力電力が調整されることになる。
そして、負荷平均用設定時間が経過する毎に熱電併給装置の出力電力が調整されると共に、出力電力変更調整幅を小さくすることが可能となるので、その分、熱電併給装置の耐久性を向上することができる。
従って、熱電併給装置の耐久性を向上するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるコージェネレーションシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。
このコージェネレーションシステムは、図１および図２に示すように、燃料電池発電装置にて構成される熱電併給装置３と、その熱電併給装置３にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク４への貯湯を行う貯湯ユニット６（貯湯手段に相当する）と、熱電併給装置３および貯湯ユニット６の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部７などから構成されている。
【００１９】
前記熱電併給装置３を構成する前記燃料電池発電装置は、周知であるので詳述はしないが、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成し、各セルの燃料極に燃料ガスとして水素含有ガスを供給し、各セルの酸素極に空気を供給して、水素と酸素との電気化学的な反応により発電を行うように構成してあり、セルの積層体（セルスタック）等を冷却してそれらから発生する熱を回収した冷却水が冷却用循環路１５を通じて前記貯湯ユニット６に循環供給されるようになっている。
各セルの燃料極に供給される前記燃料ガスは、改質装置にて天然ガス等の炭化水素系の原燃料が水素含有ガスに改質されて生成されるようになっている。
【００２０】
前記熱電併給装置３の出力側には、系統連係用のインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、熱電併給装置３の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧および同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統９は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１０を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷１１に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン１２を介して商業用電力供給ライン１０に電気的に接続され、熱電併給装置３からの発電電力がインバータ８およびコージェネ用供給ライン１２を介して電力負荷１１に供給されるように構成されている。
コージェネ用供給ライン１２の途中には、コージェネレーションシステムの後述する各種補機、熱電併給装置３の発電電力の余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１４が接続され、各種補機が熱電併給装置３の発電電力にて駆動され、熱電併給装置３の余剰電力が電気ヒータ１４にて消費されるようになっている。
【００２１】
前記商業用電力供給ライン１０には、この商業用電力供給ライン１０にて供給される商業用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１が設けられ、コージェネ用供給ライン１２には、熱電併給装置３の発電電力を計測する発電電力計測部Ｐ２が設けられ、前記商用電力計測部Ｐ１は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ８により熱電併給装置３から商業用電力供給ライン１０に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を貯湯タンク４に貯湯するための熱として回収する電気ヒータ１４に供給されるように構成されている。
前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、前記冷却用循環路１５を通流する熱電併給装置３の冷却水を加熱するように設けられ、熱電併給装置３の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１６は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１４の消費電力を調整するように構成されている。
【００２２】
前記貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する前記貯湯タンク４、貯湯用熱交換器２４を備えた貯湯用循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させる貯湯用循環ポンプ１９、前記冷却用循環路１５を通して熱電併給装置３を冷却する冷却水を前記貯湯用熱交換器２４に循環させる冷却用循環ポンプ１７、貯湯タンク４内から取り出した湯水を加熱させる補助給湯器２７などを備えて構成されている。
その補助給湯器２７は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換部２７ａ、その熱交換部２７ａを加熱するバーナ２７ｂ、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給するファン２７ｃなどから構成されている。
前記補機には、前記冷却用循環ポンプ１７や前記貯湯用循環ポンプ１９等が含まれる。
【００２３】
そして、前記貯湯用熱交換器２４においては、熱電併給装置３にて発生する熱を回収した冷却用循環路１５の冷却水を通流させることにより、貯湯用循環路１８を通流する貯湯タンク４の湯水を加熱させるように構成されている。
【００２４】
また、貯湯タンク４から取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられている。
前記貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量の検出用として、４個のタンクサーミスタＴｔが上下方向に間隔を隔てて設けられている。つまり、タンクサーミスタＴｔが設定温度以上の温度を検出することにより、その設置位置に湯が貯湯されているとして、検出温度が設定温度以上であるタンクサーミスタＴｔのうちの最下部のタンクサーミスタＴｔの位置に基づいて、貯湯量を４段階に検出するように構成され、４個のタンクサーミスタＴｔ全ての検出温度が前記設定温度以上になると、貯湯タンク４の貯湯量が満杯であることが検出され、４個のタンクサーミスタＴｔのいずれの検出温度も前記設定温度未満のときは、貯湯タンク４の貯湯量が設定下限貯湯量未満であることが検出されるように構成されている。
又、前記補助給湯器２７の入口には、その補助給湯器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉが設けられ、補助給湯器２７の出口には、その補助給湯器２７から流出する湯水の温度を検出する出口サーミスタＴｅが設けられている。
【００２５】
前記運転制御部７は、電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置３を制御する出力調整運転を実行し、その熱電併給装置３の運転中には、冷却用循環ポンプ１７を作動させる状態で、熱電併給装置３の運転および冷却用循環ポンプ１７の作動状態を制御するとともに、貯湯用循環ポンプ１９の作動状態を制御することによって、貯湯タンク４内に湯水を貯湯する貯湯運転を行うように構成されている。
【００２６】
ちなみに、給湯するときには、貯湯タンク４から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯タンク４の貯湯量が前記設定下限量以上のときに、給湯栓等が開栓されて給湯要求があると、補助給湯器２７にて加熱させずに貯湯タンク４の湯水を給湯し、貯湯タンク４の貯湯量が前記設定下限量未満のときに給湯要求があると、出口サーミスタＴｅの検出温度が設定温度になるように、入口サーミスタＴｉ及び出口サーミスタＴｅ夫々の検出温度に基づいてバーナ２７ｂの燃焼量を調節することにより、補助給湯器２７を給湯作動させて、貯湯タンク４から取り出した湯水を補助給湯器２７にて加熱して給湯するように構成されている。
【００２７】
以下、運転制御部７による各運転制御について説明を加える。
先ず、運転制御部７による貯湯運転について説明を加える。
前記貯湯運転は、熱電併給装置３の運転中に、冷却用循環ポンプ１７の作動により、貯湯用熱交換器２４にて、冷却用循環路１５を通流する冷却水にて貯湯用循環路１８を通流する湯水を加熱させることができる状態で行われる。
そして、貯湯用循環ポンプ１９を作動させて、貯湯タンク４の下部から湯水を貯湯用循環路１８に取出し、その湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させて貯湯用設定温度に加熱したのち、貯湯タンク４の上部に戻して、貯湯タンク４内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
【００２８】
次に、運転制御部７による出力調整運転について説明を加える。
このコージェネレーションシステムは、出力調整運転として、電力負荷に応じて、熱電併給装置３の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整する出力調整運転を実行するステップ式調整タイプか、出力調整運転として、電力負荷に応じて、熱電併給装置３の出力電力を無段階に調整する出力調整運転を実行する無段階式調整タイプかを、予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。
又、後述する複数の出力制限運転形態の一つとして、熱電併給装置３を停止させる停止許容形態が含まれる停止許容形態可能タイプか、その停止許容形態が含まれない停止許容形態不可能タイプかを、予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。
又、後述する負荷平均用設定時間を予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。その負荷平均用設定時間としては、例えば、１５分間、３０分間のうちのいずれか一方が前記ディップスイッチにて設定可能なように構成されている。
そして、前記運転制御部７は、ステップ式調整タイプで停止許容形態可能タイプか、ステップ式調整タイプで停止許容形態不可能タイプか、無段階式調整タイプで停止許容形態可能タイプか、無段階式調整タイプで停止許容形態不可能タイプかを判定すると共に、設定されている負荷平均用設定時間を読み込んで、判定したタイプの出力調整運転を読み込んだ負荷平均用設定時間に基づいて実行するように構成されている。
【００２９】
又、前記運転制御部７は、出力調整運転では、給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求める予測負荷演算処理を実行するように構成され、且つ、電力負荷に応じて熱電併給装置３の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に近づく熱出力を出力することになるものを選択する運転形態選択処理を実行して、その運転形態選択処理にて選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置３を運転するように構成されている。
【００３０】
又、前記運転制御部７は、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成され、前記負荷平均用設定時間が経過する度に、前記運転形態選択処理を実行するように構成されている。ちなみに、前記電力の時系列消費データは、電力負荷１１の消費電力であり、商用電力計測部Ｐ１＋発電電力計測部Ｐ２−電気ヒータ１４の消費電力となる。
【００３１】
先ず、前記ステップ式調整タイプの出力調整運転について説明を加えると、ステップ式調整タイプでは、例えば、定格出力電力が１ｋＷの熱電併給装置３の場合、複数の設定出力電力として、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗの４段階設定されている。つまり、この場合は、熱電併給装置３の予め設定された出力電力の設定調整範囲は、２５０〜１０００Ｗになる。
そして、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し且つその平均電力負荷に基づいて次の負荷平均用設定時間中、出力電力を調整するための出力目標値を設定する処理を、繰り返すように構成されている。ちなみに、前記出力制限運転形態が実行されない無制限運転形態では、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が前記出力目標値として設定されることになる。
【００３２】
前記無段階式調整タイプの出力調整運転では、例えば、定格出力電力が１ｋＷの熱電併給装置３の場合、熱電併給装置３の出力電力の設定調整範囲として、予め、２５０〜１０００Ｗの範囲に設定される。
そして、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し且つその平均電力負荷に基づいて次の負荷平均用設定時間中に出力電力を調整するための出力目標値を設定する処理を、繰り返すように構成されている。ちなみに、前記出力制限運転形態が実行されない無制限運転形態では、平均電力負荷が前記出力目標値として設定されることになる。
【００３３】
前記負荷平均用設定時間は、短い方が電力負荷により近づけることが可能となって、省エネ性を向上することが可能となり、一方、長い方が各負荷平均用設定時間で設定される出力目標値の差が小さくなって、出力電力の変更幅を小さくすることが可能となって、熱電併給装置３の耐久性を向上することが可能となるので、省エネ性及び熱電併給装置３の耐久性を鑑みて、負荷平均用設定時間が予め設定されることになる。ちなみに、ステップ調整式タイプの出力調整運転では、異なる設定出力電力に出力電力を調整する場合には、出力電力の変更幅が大きくなるので、負荷平均用設定時間としては例えば長い時間である３０分間に設定され、無段階式調整タイプの出力調整運転では、出力電力の変更幅がステップ調整式タイプに比べて小さいので短い時間の１５分間に設定される。
【００３４】
次に、予測負荷演算処理について説明を加える。
前記運転制御部７は、実際の使用状況に基づいて、１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するデータ更新処理を行い、日付が変わるごとに、記憶されている１日分の過去負荷データから、その日１日分の予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
【００３５】
前記データ更新処理について説明を加えると、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷があったかの１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するように構成されている。
まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷データ、給湯熱負荷データの２種類の負荷データからなり、図３に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの２４個及び単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個から構成されている。
【００３６】
上述のような過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の消費状況から、単位時間当たりの電力負荷及び給湯熱負荷の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、発電電力計測部Ｐ２及び給湯熱負荷計測手段３１にて計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい過去負荷データを求めて、その求めた新しい過去負荷データを記憶して、過去負荷データを更新するように構成されている。
【００３７】
日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、過去負荷データのうち日曜日に対応する過去負荷データＤ１ｍと、実負荷データのうち日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数１〕により、日曜日に対応する新しい過去負荷データＤ１（ｍ＋１）が求められ、その求められた過去負荷データＤ１（ｍ＋１）を記憶する。
なお、下記の〔数１〕において、Ｄ１ｍを、日曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｋは、０．７５の定数であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、新しい過去負荷データとする。
【００３８】
【数１】
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝
【００３９】
前記予測負荷演算処理について説明を加えると、１日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。
すなわち、曜日ごとの７つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。
【００４０】
月曜日１日分の予測負荷データを求める場合を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数２〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
そして、１日分の予測負荷データＢは、図４に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データからなり、図４の（イ）は、１日分の予測電力負荷を示しており、図４の（ロ）は、１日分の予測給湯熱負荷を示している。
なお、下記の〔数２〕において、Ｄ２ｍを、月曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｑは、０．２５の定数であり、Ｂは、予測負荷データとする。
【００４１】
【数２】
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝
【００４２】
次に、運転形態選択処理について説明を加える。
先ず、複数の出力制限運転形態について説明する。
前記複数の出力制限運転形態として、熱電併給装置３の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態、熱電併給装置３の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれ、更に、前記停止許容形態可能タイプでは、熱電併給装置３を停止させる停止許容形態が含まれることになる。
【００４３】
前記複数の調整範囲変更運転形態としては、予め設定された前記設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態、前記設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態、及び、前記設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる。
その中間除去運転形態には、平均電力負荷が前記中間部分のときは、前記設定調整範囲のうちの前記中間部分よりも高電力側の部分内に出力電力を調整する調整範囲上昇運転形態、平均電力負荷が前記中間部分のときは、前記設定調整範囲のうちの前記中間部分よりも低電力側の部分内に出力電力を調整する調整範囲下降運転形態が含まれる。
又、前記複数の調整速度変更運転形態としては、熱電併給装置３の出力電力の上昇速度が異なる高上昇速度運転形態と低上昇速度運転形態、及び、熱電併給装置３の出力電力の下降速度が異なる高下降速度運転形態と低下降速度運転形態が含まれる。
【００４４】
次に、各出力制限運転形態について説明を加える。
先ず、図５及び図６に基づいて、上限絞り運転形態、下限絞り運転形態について説明する。
図５はステップ式調整タイプの出力調整運転について示し、図５の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて電力負荷に応じて複数の設定出力電力のいずれかに出力電力が調整される状態を示し、図５の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、下限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、太破線は、上限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
【００４５】
つまり、無制限運転形態では、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗの４段階の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。
上限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最大の設定出力電力又はその最大の設定出力電力を含んで出力が小さくなる側に並ぶ複数の設定出力電力が除外設定出力電力とされ、その除外設定出力電力以外の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。尚、本実施形態においては、具体的には、上限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最大の１０００Ｗが除外設定出力電力とされる。この場合、７５０Ｗが設定上限値に相当する。
【００４６】
下限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最小の設定出力電力又はその最小の設定出力電力を含んで出力が大きくなる側に並ぶ複数の設定出力電力が除外設定出力電力とされ、その除外設定出力電力以外の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。尚、本実施形態においては、具体的には、下限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最小の２５０Ｗと、その次に小さい５００Ｗの設定出力電力が除外設定出力電力とされる。この場合、７５０Ｗが設定下限値に相当する。
【００４７】
図６は無段階式調整タイプの出力調整運転について示し、図６の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転にて電力負荷に応じて出力電力が無段階に調整される状態を示し、図６の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、下限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、太破線は、上限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
【００４８】
つまり、無制限運転形態では、出力目標値は、平均電力負荷が２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲内のときはその平均電力負荷に設定され、平均電力負荷が出力調整範囲よりも小さいときは、出力調整範囲の下限値、即ち２５０Ｗに設定され、平均電力負荷が出力調整範囲よりも大きいときは、出力調整範囲の上限値、即ち１０００Ｗに設定される。
又、上限絞り運転形態では、設定調整範囲のうち７５０Ｗよりも高い範囲が除外調整範囲とされて、設定調整範囲のうちその除外調整範囲を除いた範囲に、出力目標値が設定される。この場合、７５０Ｗが設定上限値に相当する。
又、下限絞り運転形態では、設定調整範囲のうち５００Ｗよりも低い範囲が除外調整範囲とされ、設定調整範囲のうちその除外調整範囲を除いた範囲に、出力目標値が設定される。この場合、５００Ｗが設定下限値に相当する。
【００４９】
夏期等、熱が余剰となるときに、出力調整運転において上限絞り運転形態を実行すると、熱出力の余剰が抑制され、又、省エネルギー性の向上が可能となり、一方、冬期等、熱が不足するときは、出力調整運転において下限絞り運転形態を実行すると、エネルギー効率の高い高出力状態での熱電併給装置３の運転を促進することが可能となると共に、出力電力の余剰分が電気ヒータ１４にて貯湯用の熱に変換されて熱出力が増加する分、エネルギー効率が熱電併給装置３に比べて低くなり易い補助給湯器２７にて補う熱量を抑制することが可能となり、又、省エネルギー性の向上が可能となる。
【００５０】
図７に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における調整範囲上昇運転形態について説明を加える。
図７の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図７の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、調整範囲上昇運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、調整範囲上昇運転形態では、４段階の設定出力電力のうちの中間の５００Ｗ及び７５０Ｗに出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、１０００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５１】
無段階式調整タイプの出力調整運転における調整範囲上昇運転形態については、図示を省略するが、２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲のうちの中間の５００〜７５０Ｗの範囲に出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、７５０Ｗに出力目標値が設定される。
【００５２】
図８の（イ）において、太線は、無制限運転形態において図７の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図８の（ロ）において太線は、調整範囲上昇運転形態にて図７の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００５３】
図８に示すように、例えば、冬期等、熱出力が不足するときにおいて、給湯負荷の発生する時間帯よりも前の時間帯の電力負荷が、出力目標値が設定調整範囲の中間に設定されるような値である場合に、調整範囲上昇運転形態を実行すると、熱電併給装置３がエネルギー効率の高い高出力運転される共に、余剰電力が電気ヒータ１４にて貯湯用の熱に変換されて熱出力が増加する分、貯湯量の不足が抑制され、又、エネルギー効率が熱電併給装置３に比べて低くなり易い補助給湯器２７にて補う熱量を抑制することが可能となり、省エネルギー性の向上が可能となる。
【００５４】
図９に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における調整範囲下降運転形態について説明を加える。
図９の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図９の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、調整範囲下降運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、調整範囲下降運転形態では、４段階の設定出力電力のうちの中間の５００Ｗに出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、５００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５５】
無段階式調整タイプの出力調整運転における調整範囲下降運転形態については、図示を省略するが、２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲のうちの中間の５００〜７５０Ｗの範囲に出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、５００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５６】
図１０の（イ）において、太線は、無制限運転形態において図９の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図１０の（ロ）において太線は、調整範囲下降運転形態にて図９の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００５７】
図１０に示すように、例えば、夏期等、熱出力が余剰になるときにおいて、給湯負荷の発生する時間帯よりも前の時間帯での電力負荷が、出力目標値が設定調整範囲の中間に設定されるような値である場合、無制限運転形態では、給湯負荷の発生する時間帯よりもかなり手前の時間から多量の湯が貯湯されることになって、放熱ロスが大きくなるのに対して、調整範囲下降運転形態を実行すると、熱電併給装置３が給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯では、出力電力が電力負荷に対応する設定出力電力よりも低い設定出力電力に調整されるので、貯湯タンク４への貯湯が抑制されて放熱ロスを抑制することが可能となり、省エネルギー性が向上する。
【００５８】
図１１に基づいて、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態について説明する。
図１１は、無段階式調整タイプの出力調整運転について示し、図１１の棒グラフは電力負荷を示し、（イ）の折れ線グラフは、高上昇速度運転形態にて出力電力が上昇され、低下降速度運転形態にて出力電力が低下される状態を示し、（ロ）の折れ線グラフは、低上昇速度運転形態にて出力電力が上昇され、高下降速度運転形態にて出力電力が低下される状態を示す。
【００５９】
熱電併給装置３の出力電力の上昇速度や下降速度は、例えば、その熱電併給装置３を構成する燃料電池発電装置への原燃料ガスの供給量の増量率や減量率、及び、その原燃料ガスを改質する改質器のバーナへの燃焼用ガス燃料の供給量の増量率や減量率を変更調整することにより調整される。そして、例えば、出力電力の上昇速度を０〜１５Ｗ／ｍｉｎの範囲で調整可能な場合、通常の上昇速度を１２Ｗ／ｍｉｎとすると、高上昇速度運転形態の上昇速度は１５Ｗ／ｍｉｎに設定し、低上昇速度運転形態の上昇速度は１０Ｗ／ｍｉｎに設定する。又、例えば、出力電力の下降速度を０〜６０Ｗ／ｍｉｎの範囲で調整可能な場合、通常の下降速度を３５Ｗ／ｍｉｎとすると、高下降速度運転形態の下降速度は６０Ｗ／ｍｉｎに設定し、低下降速度運転形態の下降速度は１５Ｗ／ｍｉｎに設定する。
【００６０】
冬期は、熱出力が不足する傾向となるため、高上昇速度運転形態と低下降速度運転形態とを採用すると、出力電力の増加が促進されると共に出力電力の減少が抑制されるので、熱出力不足を抑制することが可能となり、又、エネルギー効率の高い高出力状態での熱電併給装置３の運転を促進することが可能となるので、省エネルギー性を向上することが可能となる。一方、熱が余剰傾向となる夏期は、低上昇速度運転形態と高下降速度運転形態とを採用すると、出力電力の増加が抑制されると共に出力電力の減少が促進されるので、熱出力の余剰を抑制することが可能となり、そして、放熱量を抑制することにより、省エネルギー性を向上することが可能となる。
【００６１】
図示は省略するが、ステップ式調整タイプの出力調整運転では、出力電力を互いに異なる設定出力電力間で変更するときに、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態、低下降速度運転形態が実行される。
【００６２】
図１２及び図１３に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における停止許容運転形態について説明する。
図１２の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図１２の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、停止許容運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、ステップ式調整タイプの出力調整運転での停止許容運転形態では、平均電力負荷に対応する設定出力電力が前記４段階の設定出力電力の最小の設定出力電力になるときは、熱電併給装置３を停止させる。
【００６３】
図１３の（イ）において太線は、無制限運転形態において図１２の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図１３の（ロ）において太実線は、停止許容運転形態にて図１２の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００６４】
図１３に示すように、例えば、夏期等、熱が余剰となるときで、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯での電力負荷が最小の設定出力電力よりも小さく、給湯負荷の発生する時間帯に近づくと電力負荷が大きくなるような負荷状態のときは、無制限運転形態では、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間から、熱電併給装置３が低出力電力にて運転されることから、貯湯タンク４には、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間から少量ずつ貯湯されることになって、放熱ロスが大きくなり、しかも、熱電併給装置３がエネルギー効率の低い低出力運転されることになる。これに対して、停止許容運転形態では、電力負荷に対応する設定出力電力が最小の設定出力電力になるときは熱電併給装置３を停止させ、給湯負荷の発生する時間帯に近づいた時点で、熱電併給装置３がエネルギー効率の高い高出力運転されることから、給湯負荷の発生する時間帯に近づいた時間帯で短時間に貯湯タンク４に貯湯されるので放熱ロスが抑制され、又、エネルギー効率の低い低出力での熱電併給装置３の運転が抑制されて、エネルギー効率の高い高出力での熱電併給装置３の運転が促進されることになるので、省エネルギー性が向上する。
【００６５】
図示は省略するが、無段階式調整タイプの出力調整運転での停止許容運転形態では、電力負荷に対応する設定出力電力が設定運転停止用電力（例えば２５０Ｗ）以下の時は、熱電併給装置３を停止させる。
【００６６】
次に、運転形態選択処理について説明を加える。
運転制御部７は、運転形態選択処理では、下記の如く運転形態を設定した複数の設定運転形態の全てについて、現在から先の省エネ評価用設定時間（例えば、６時間）にわたって、設定運転形態にて運転したときの貯湯タンク４の貯湯量の予測給湯熱負荷に対する不足量又は余剰量を演算すると共に、省エネ度を演算し、前記複数の設定運転形態の中から、省エネ度が最も大きく、且つ、不足量が極力少ないか又は余剰量が極力少ない設定運転形態を選択して、選択した設定運転形態に基づいて出力目標値を設定する。
【００６７】
設定運転形態として、以下のように設定する。
・無制限運転形態を設定する設定運転形態
・上限絞り運転形態、下限絞り運転形態、調整範囲上昇運転形、調整範囲下降運転形態、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態、低下降速度運転形態の各１形態ずつを設定する複数の設定運転形態
・上限絞り運転形態及び下限絞り運転形態の組、調整範囲上昇運転形態及び調整範囲下降運転形態の組、高上昇速度運転形態及び低上昇速度運転形態の組、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態の組の４組のうちから２組を選択する組の組み合わせを作成し、それらの組み合わせの夫々で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
・前記４組のうちから３組を選択する組の組み合わせを作成し、それらの組み合わせの夫々で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
・前記４組で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
【００６８】
又、停止許容形態可能タイプの場合、図１３に示すように、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯での電力負荷が最小の設定出力電力よりも小さくて、後述する電力利用率Ｒｅが停止許容形態実行用設定値（例えば０．３）未満の場合は、前述の如き設定運転形態を選択する処理を実行することなく、停止許容形態を無条件に選択して実行する。
【００６９】
例えば、夏期等、熱が余剰となる場合は、省エネ度が最も大きく且つ余剰量が極力少ない設定運転形態として、上限絞り運転形態が選択されたり、上限絞り運転形態、低上昇速度運転形態及び高下降速度運転形態の組み合わせが選択されたりする。又、冬期等、熱出力が不足する場合は、省エネ度が最も大きく且つ不足量が極力少ない設定運転形態として、下限絞り運転形態が選択されたり、下限絞り運転形態、高上昇速度運転形態及び低下降速度運転形態の組み合わせが選択されたりする。
【００７０】
前記省エネ度の演算について説明を加えると、前記省エネ度として、下記の〔数３〕に基づいて省エネ度Ｉ１を求める。
【００７１】
【数３】
Ｉ１＝Ｒｅ×Ｒｇ×１００
Ｒｅ＝（熱電併給装置３の発電電力−電気ヒータ１４の消費電力）／熱電併給装置３の発電電力
Ｒｇ＝Ａ×Ｂ／（Ｍ×ＣＢ＋Ａ×Ｂ）
【００７２】
但し、
Ａ：熱電併給装置３への燃料供給量
Ｍ：補助加熱器２７への燃料供給量
Ｂ：熱電併給装置３の排熱発生率（出力電力に応じて予め設定されている）
ＣＢ：補助加熱器２７のボイラ効率（例えば０．８５）
【００７３】
ちなみに、電力利用率Ｒｅは、熱電併給装置３の発電電力のうち電気として利用される割合を示すものであり、その電力利用率Ｒｅは、電気ヒータ１４の消費電力が少ないほど大きくなって、電気についての省エネルギーの程度が高くなることを示す。
また、排熱充当率Ｒｇは、使用者が消費した熱量のうち熱電併給装置３の発生熱量で賄った割合を示すものであり、その排熱充当率Ｒｇは、補助加熱器２７にて補う熱量が少ないほど大きくなって、熱についての省エネルギーの程度が高くなることを示す。
そして、電力利用率Ｒｅと排熱充当率Ｒｇとを乗じて得られる省エネ度Ｉ１が大きくなるほど、熱電併給装置３にて熱及び電力を供給することにより達成される省エネルギーの程度が大きくなることを示す。
【００７４】
予測給湯熱負荷に対する貯湯タンク４の貯湯量の不足量又は余剰量の演算処理について説明を加える。
各設定運転形態にて熱電併給装置３の出力電力を調整したときに発生する熱量を求めると共に、予測電力負荷から余剰電力を求めて電気ヒータ１４にて余剰電力を回収して発生する熱量を求める。続いて、熱電併給装置３の発生熱量、及び、電気ヒータ１４から発生する熱量、その時点の貯湯タンク４の貯湯量、及び、予測給湯負荷に基づく貯湯タンク４からの出湯量とにより、貯湯タンク４に貯湯される貯湯量を求めて、貯湯量の不足量又は余剰量を求める。
【００７５】
次に、図１５及び図１６に示すフローチャートに基づいて、運転制御部７が熱電併給装置３の運転を制御する制御動作について説明する。
図１４に示すように、運転スイッチ（図示省略）にて運転開始指令が指令されると、ステップ式調整タイプか無段階式調整タイプかの判定、停止許容形態可能タイプか停止許容形態不可能タイプかの判定、及び、負荷平均用設定時間の読み込みを順次行い、続いて、電力負荷及び給湯熱負荷の計測を行い、前記運転スイッチにて運転停止指令が指令されるまで、出力調整運転を行い、運転停止指令が指令されると、熱電併給装置３を停止させる停止処理を実行して制御を終了する（ステップ１〜８）。
【００７６】
図１５に示すように、出力調整運転では、負荷平均用設定時間が経過して出力変更のタイミングになると、電力負荷及び給湯熱負荷を予測する処理を実行し、続いて、運転形態選択処理を実行して、複数の出力制限運転形態に基づいて設定される複数の設定運転形態の中から、省エネ度が最も大きく、且つ、不足量が極力少ないか又は余剰量が極力少ない設定運転形態を選択するとともに、選択した設定運転形態に基づいて出力目標値を設定し、続いて、出力電力が前記設定出力目標値になるように熱電併給装置３の運転を制御する処理を実行してリターンし（ステップ１１〜１４）、次の出力変更のタイミングになるまでは、出力電力が前記設定出力目標値になるように熱電併給装置３の運転を制御する処理を継続し（ステップ１１，１４）、次の出力変更のタイミングになると（ステップ１１）、再度、ステップ１２からの処理を実行する。
【００７７】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 出力調整運転において、各設定運転形態における省エネ度としては、上記の実施形態のように〔数３〕に基づいて省エネ度Ｉ１を求める場合に限定されるものではない。
例えば、下記の〔数４〕に基づいて省エネ度Ｉ２を求めるようい構成しても良い。
【００７８】
【数４】
省エネ度Ｐ２＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００
【００７９】
ただし、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、

Figure 2004271006
熱電併給装置３の必要エネルギー：熱電併給装置３への原燃料ガス供給量に基づいて求められる。
単位電力発電必要エネルギー：２．８ｋＷ
バーナ効率（給湯時）：０．９
【００８０】
また、有効発電出力Ｅ１、有効貯湯熱出力Ｅ２の夫々は、下記の〔数５〕、〔数６〕により求められる。
【００８１】
【数５】
Ｅ１＝電力負荷１１での消費電力＝熱電併給装置３の発電電力−（電気ヒータ１４の消費電力＋補機電力）
【００８２】
【数６】
Ｅ２＝（熱電併給装置３にて発生する熱量＋電気ヒータ１４の回収熱量）−放熱ロス
ただし、電気ヒータ１４の回収熱量＝電気ヒータ１４の消費電力×ヒータの熱効率とする。
【００８３】
（ロ） 熱電併給装置３から発生する熱を利用して、暖房対象域を暖房する暖房部を設けても良い。
この場合、運転形態選択処理においては、暖房部にて消費される熱も鑑みて、貯湯タンク４の貯湯量の予測給湯熱負荷に対する不足量又は余剰量を演算すると共に、省エネ度を演算することになる。
【００８４】
（ハ） 前記運転形態選択処理において、選択対象とする複数の出力制限運転形態としては、上記の実施形態において例示した複数の出力制限運転形態に限定されるものではなく、上記の実施形態において例示した以外の出力制限運転形態を含ませてもよく、あるいは、上記の実施形態において例示した複数の出力制限運転形態の一部、例えば、調整範囲上昇運転形態及び調整範囲下降運転形態を除外しても良い。
【００８５】
（ニ） 省エネ評価用設定時間の具体的な設定時間としては、上記の実施形態において例示した６時間に限定されるものではなく、６時間より短い時間、例えば３時間や、長い時間、例えば１２時間に設定しても良い。又、負荷平均用設定時間も、上記の実施形態において例示した１５分間や３０分間に限定されるものではなく、４５分や６０分でも良い。
【００８６】
（ホ） 熱電併給装置３の具体例としては、上記の実施形態において例示した燃料電池発電装置に限定されるものではなく、例えば、エンジンにて駆動される発電装置でも良い。この場合、エンジンを冷却する冷却水が冷却水循環路１５を通じて貯湯ユニット６に循環供給されることになる。
【００８７】
（ヘ） 上記実施形態では、電気ヒータ１４がガスエンジン１の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ１４にて貯湯タンク４内の湯水を加熱するように構成して実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るコージェネレーションシステムのブロック図
【図２】実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御構成を示すブロック図
【図３】データ更新処理を説明する説明図
【図４】１日分の予測負荷を示す図
【図５】上限絞り運転形態、下限絞り運転形態での出力電力調整を説明する図
【図６】上限絞り運転形態、下限絞り運転形態での出力電力調整を説明する図
【図７】調整範囲上昇運転形態での出力電力調整を説明する図
【図８】調整範囲上昇運転形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図９】調整範囲下降運転形態での出力電力調整を説明する図
【図１０】調整範囲下降運転形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図１１】高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態夫々での出力電力調整を説明する図
【図１２】停止許容形態での出力電力調整を説明する図
【図１３】停止許容形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図１４】制御動作のフローチャートを示す図
【図１５】制御動作のフローチャートを示す図
【符号の説明】
３ 熱電併給装置
４ 貯湯タンク
６ 貯湯手段
７ 運転制御手段
１４ 電気ヒータ
２７ 補助給湯器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a combined heat and power device that generates heat and electric power, hot water storage means for storing hot water in a hot water storage tank with heat generated by the combined heat and power device, and the surplus power of electric power generated by the combined heat and power device. An electric heater for converting heat into hot water stored in the hot water storage tank, an auxiliary water heater for performing hot water supply when a hot water supply request is issued when the hot water storage amount in the hot water storage tank is less than a set lower limit hot water storage amount, and an operation control means for controlling operation Is related to a cogeneration system.
[0002]
[Prior art]
Such a cogeneration system controls the cogeneration system to adjust the output power according to the electric power load, performs a so-called electric main / slave operation, and uses the heat generated by the cogeneration system to store the hot water in the hot water storage tank. The hot water is stored, and the surplus power of the power generated by the cogeneration system is converted into heat to be stored in the hot water storage tank by the electric heater, and the hot water in the hot water storage tank is supplied to the hot water supply destination. When there is a hot water supply request when the hot water storage amount is less than the set lower limit hot water storage amount, hot water is supplied by the auxiliary water heater. Incidentally, the cogeneration system is configured to include a fuel cell, or to include a generator and an engine that drives the generator.
[0003]
In such a cogeneration system, the cogeneration system is basically operated so as to adjust the output power according to the power load. In such a manner, the output power is basically adjusted according to the power load. While operating the cogeneration system so as to perform the cogeneration system, the cogeneration system is operated so as to generate heat so as to obtain as much a hot water supply amount as possible according to the predicted hot water supply heat load so as to be able to cope with the hot water supply heat load as much as possible. Is desired in terms of improving energy saving.
[0004]
Therefore, conventionally, when the cogeneration device is operated at an output power smaller than the rated output because the power load is less than the rated output, it is predicted that the heat output is currently insufficient or will be insufficient in the near future. In this case, the combined heat and power unit is operated to increase the output power to increase the heat output, and the excess heat is converted into heat for hot water storage by an electric heater to cope with the shortage of the heat output, and the total heat efficiency is improved. There is an apparatus configured to calculate the total thermal efficiency when the auxiliary water heater is operated to supply hot water to cope with a shortage of thermal output, and to select and select a higher thermal efficiency (for example, Patent Document 1). reference.).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-14104
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, it is intended to deal only with a situation where the heat output is insufficient for the hot water supply heat load, and cannot deal with a situation where the heat output is excessive for the hot water supply heat load. .
Therefore, conventionally, there is still room for improvement in improving adaptability to the hot water supply heat load and energy saving while operating to adjust the output power according to the power load.
In particular, when the location of the cogeneration system is a general residence, the relationship between the fluctuation of hot water consumption over time and the fluctuation of power consumption over time at the location of the cogeneration system installation However, since it is easy to change depending on the season and also depending on the day, there is a situation where the heat output does not respond to the hot water supply heat load by operating to adjust the output power according to the power load It has been a problem to improve the adaptability to the hot water supply heat load and the energy saving.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to improve adaptability to hot water supply heat load and energy saving while operating to adjust output power according to a power load. It is to provide a cogeneration system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
[Invention of claim 1]
The cogeneration system according to claim 1, a cogeneration system that generates heat and electric power, hot water storage means that stores hot water in a hot water storage tank using heat generated by the cogeneration system, and power generation by the cogeneration system. An electric heater that converts surplus electric power of the electric power into hot water stored in the hot water storage tank, an auxiliary water heater that performs hot water supply when a hot water supply request is issued when the hot water storage amount in the hot water storage tank is less than a set lower limit hot water storage amount, and an operation. Operation control means for controlling the
The operation control means,
It is configured to obtain a predicted hot water supply heat load that is a time-series variation of the hot water supply heat load and a predicted power load that is a time-series variation of the power load based on the time-series consumption data of the hot water supply and the time-series consumption data of the electric power, and
As an operation mode for adjusting the output power of the combined heat and power device in accordance with an electric power load, a plurality of output restriction operation modes for restricting an output state of electric power to different states is provided. When operating according to the predicted power load, a heater that is excellent in energy saving and excellent in obtaining a hot water supply amount in accordance with the predicted hot water supply heat load is selected, and the thermoelectric power is selected in the selected output limited operation mode. The feature of the present invention is that the cofeeder is operated.
That is, the operation control means obtains a predicted hot water supply heat load, which is a time series variation of the hot water supply heat load, and a predicted power load, which is a time series variation of the power load, based on the time series consumption data of the hot water supply and the time series consumption data of the electric power. Among a plurality of output limiting operation modes for limiting the output state of electric power to different states, when the operation is performed according to the predicted power load, it is possible to obtain a hot water supply amount excellent in energy saving and according to the predicted hot water supply heat load. An excellent one is selected, and the cogeneration system is operated in the selected output limited operation mode.
In other words, as a plurality of output-limited operation modes, it is possible to suppress a shortage of the heat output with respect to the predicted hot water supply heat load and to deal with a situation where the heat output is insufficient (hereinafter, may be abbreviated as a heat output shortage situation). It is possible to prevent the heat output from becoming excessive with respect to the predicted hot water supply heat load, and cope with a situation where the heat output becomes excessive (hereinafter, may be abbreviated as a heat output surplus situation). From the plurality of output-limited operation modes, when operated in accordance with the predicted power load, excellent in energy saving and excellent in obtaining a hot water supply amount in accordance with the predicted hot water supply heat load. By selecting one and operating the cogeneration system in the selected output limited operation mode, it is possible to cope with both the heat output shortage situation and the heat output surplus situation and improve energy saving It is possible to That.
Therefore, it has become possible to provide a cogeneration system capable of improving adaptability to hot water supply heat load and energy saving while operating to adjust output power according to the power load.
[0009]
[Invention of claim 2]
A cogeneration system according to a second aspect is characterized in that, in the first aspect, the plurality of output limited operation modes include a plurality of adjustment range change operation modes in which the adjustment range of the output power of the cogeneration system is different. Configuration.
In other words, the operation control means selects, from a plurality of adjustment range changing operation modes in which the adjustment range of the output power of the combined heat and power supply device is different, one that is excellent in energy saving and excellent in obtaining a hot water supply amount corresponding to the predicted hot water supply heat load. I do.
In other words, by providing an adjustment range capable of coping with the heat output insufficiency situation and an adjustment range capable of coping with the heat output surplus situation, the heat output insufficiency situation and the heat output surplus situation are provided. Can be dealt with.
Then, since the adjustment range of the output power of the combined heat and power unit is made different, the amount of heat output is increased so as to sufficiently suppress the shortage of the heat output, or reduced so that the excess of the heat output is sufficiently suppressed. As described above, the adjustment range of the output power can be set, so that the shortage or surplus of the heat output can be sufficiently suppressed.
Therefore, the adaptability to the hot water supply heat load can be further improved.
[0010]
[Invention of claim 3]
According to a third aspect of the present invention, in the cogeneration system according to the second aspect, as one of the plurality of adjustment range change operation modes, a range equal to or less than a limit upper limit set lower than a preset upper limit of a set adjustment range. The characteristic configuration is that an upper limit throttle operation mode for adjusting the output power is included.
That is, in the upper limit aperture operation mode, the output power is adjusted in a range equal to or less than the upper limit value set lower than the upper limit value of the preset setting adjustment range.
In other words, the output power is adjusted in a range that is equal to or less than the upper limit set lower than the upper limit of the setting adjustment range, so that the heat output can be reduced as compared with the case where the output power is adjusted within the setting adjustment range. It becomes possible, and it becomes possible to suppress the surplus of heat output.
Therefore, it is possible to provide an output-limited operation mode capable of appropriately suppressing the surplus of the heat output.
[0011]
[Invention of claim 4]
The cogeneration system according to claim 4 is the cogeneration system according to claim 2 or 3, wherein one of the plurality of adjustment range change operation modes is equal to or more than a lower limit value set higher than a lower limit value of a preset setting adjustment range. The characteristic configuration is that a lower limit throttle operation mode of adjusting the output power in the range of is included.
That is, in the lower limit throttle operation mode, the output power is adjusted in a range equal to or more than the lower limit value set higher than the lower limit value of the preset setting adjustment range.
In other words, since the output power is adjusted in a range equal to or higher than the lower limit set higher than the lower limit of the setting adjustment range, the heat output can be increased as compared with the case where the output power is adjusted within the setting adjustment range. It becomes possible, and it becomes possible to suppress shortage of heat output.
Accordingly, it is possible to provide an output-limited operation mode capable of appropriately suppressing the shortage of the heat output.
[0012]
[Invention according to claim 5]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the cogeneration system according to any one of the second to fourth aspects, wherein one of the plurality of adjustment range change operation modes is output in a range excluding an intermediate portion of a preset adjustment range. It is characterized in that an intermediate removal operation mode for adjusting electric power is included.
That is, in the intermediate removal operation mode, the output power is adjusted in a range excluding the intermediate portion of the preset setting adjustment range.
That is, as the intermediate removal operation mode, the heat output is increased by configuring the output power adjustment for the power load corresponding to the intermediate portion in a range on the higher power side than the intermediate portion in the set adjustment range. And shortage of heat output can be suppressed.
In addition, as an intermediate removal operation mode, the heat output can be reduced by configuring the output power adjustment for the power load corresponding to the intermediate portion in a lower power range than the intermediate portion in the set adjustment range. Becomes possible, and it becomes possible to suppress the surplus of heat output.
Therefore, when a power load occurs in a range corresponding to an intermediate portion in the setting adjustment range, it is possible to deal with a heat output shortage state or a heat output surplus state.
[0013]
[Invention of claim 6]
The cogeneration system according to claim 6 is characterized in that in any one of claims 1 to 5, one of the plurality of output-limited operation modes includes a stop allowable mode for stopping the cogeneration system. And
That is, the operation control means can select a stop allowable form for stopping the cogeneration system as one of the plurality of output-limited operation forms.
That is, for example, when the power load is smaller than the preset lower limit value of the output power setting adjustment range of the combined heat and power supply device, and when there is no hot water supply heat load, the output power of the combined heat and power supply device is set to the lower limit value of the set adjustment range. When the operation is performed so that the output power is low, the energy efficiency of the combined heat and power supply device is low due to the low output power, and even though there is no hot water supply heat load, the hot water is stored in the hot water storage tank with excess power, and the heat dissipation loss increases. As a result, the energy saving is extremely reduced.
Therefore, when the power load is smaller than the preset lower limit value of the setting adjustment range of the output power of the co-generation system and the hot-water supply heat load does not exist, the stop allowable mode is executed to execute the co-generation system. By stopping the device, it is possible to improve energy saving.
Therefore, it is possible to provide an output-limited operation mode capable of improving energy saving when the power load is small and there is no hot water supply load.
[0014]
[Invention of claim 7]
The cogeneration system according to claim 7 is the cogeneration system according to any one of claims 1 to 6, wherein, as the plurality of output limited operation modes, a plurality of adjustment speed changing operation modes in which the adjustment speed of the output power of the cogeneration device is different. The included points are the feature configuration.
That is, the operation control means selects, from a plurality of adjustment speed changing operation modes in which the adjustment speed of the output power of the combined heat and power supply device is different, a device having excellent energy saving performance and excellent in obtaining a hot water supply amount corresponding to the predicted hot water supply heat load. I do.
In other words, increasing the rate of increase in the output power promotes an increase in the output power, so that the heat output increases accordingly and it is possible to cope with a heat output shortage situation. When the rising speed of the power supply is reduced, the increase in the output power is suppressed, so that the heat output is reduced by that amount, and it is possible to cope with the surplus heat output situation.
In addition, when the rate of decrease of the output power is reduced, the decrease in the output power is suppressed, so that the decrease in the heat output is suppressed accordingly, and it is possible to cope with the heat output shortage condition. If the rate of decrease of the output power is increased, the reduction of the output power is promoted, so that the reduction of the heat output is promoted by that amount, and it is possible to cope with the surplus state of the heat output.
Then, since the adjustment speed of the output power of the combined heat and power supply device is made different, compared with the case where the output state is limited by specifying the range of the power load as in the output limited operation mode according to claims 2 to 6 above. Therefore, it is possible to limit the output state regardless of the magnitude of the power load, so that it is possible to cope with an insufficient heat output situation or a surplus heat output situation in response to various power load occurrence situations. It became so.
[0015]
[Invention of claim 8]
The cogeneration system according to claim 8 is the cogeneration system according to any one of claims 1 to 7, wherein the operation control unit sets a plurality of output powers of the combined heat and power apparatus in a stepwise manner in accordance with an electric power load. It is characterized in that it is configured to adjust to any of the set output powers.
That is, the operation control means adjusts the output power of the cogeneration system to one of a plurality of preset output powers set in advance in accordance with the power load.
That is, since the output power of the cogeneration device is changed stepwise, the number of changes in the output power can be reduced, and the durability of the cogeneration device can be improved accordingly.
Therefore, it is possible to provide a preferred specific configuration for improving the durability of the cogeneration system.
[0016]
[Invention according to claim 9]
In a cogeneration system according to a ninth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the operation control means is configured to adjust the output power of the cogeneration system in a stepless manner in accordance with an electric power load. Is a characteristic configuration.
That is, the inverter control unit continuously adjusts the output power of the cogeneration system according to the power load.
That is, it is possible to improve the followability of the output power of the combined heat and power device with respect to the power load, so that the energy saving can be further improved.
Accordingly, it is possible to provide a specific configuration preferable for further promoting energy saving.
[0017]
[Invention according to claim 10]
According to a tenth aspect of the present invention, in the cogeneration system according to any one of the first to ninth aspects, the operation control unit averages the time-series power consumption data during the load averaging set time, and obtains an average value. A characteristic configuration is that the power load is configured to be a target power load for adjusting output power according to the power load.
That is, the operation control means averages the time-series power consumption data for the load averaging set time, and changes the average power load, which is the average value, to the power load to be adjusted for the output power according to the power load. And
That is, for example, when operating to adjust the output power of the combined heat and power supply to one of a plurality of preset output powers set in advance in accordance with the power load, the load average setting time elapses. Each time, the output power of the cogeneration system is adjusted to the set output power that is equal to or closest to the average power load during the load averaging set time.
Further, when the operation is performed so as to adjust the output power of the combined heat and power unit steplessly in accordance with the electric power load, every time the load average setting time elapses, the average electric load at the load average setting time is reduced. The output power of the cogeneration system will be adjusted.
Each time the load averaging time elapses, the output power of the cogeneration device is adjusted, and the output power change adjustment width can be reduced, thereby improving the durability of the cogeneration device. can do.
Therefore, it is possible to provide a preferred specific configuration for improving the durability of the cogeneration system.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the cogeneration system includes a cogeneration system 3 configured by a fuel cell power generation device and a heat storage tank 4 using heat generated by the cogeneration system 3. A hot water storage unit 6 (corresponding to hot water storage means) for storing hot water, an operation control unit 7 as operation control means for controlling the operation of the combined heat and power supply device 3 and the hot water storage unit 6, and the like.
[0019]
The fuel cell power generator constituting the cogeneration system 3 is well known and will not be described in detail. For example, the fuel cell power generator may be a solid polymer type in which a plurality of cells each having a solid polymer membrane as an electrolyte layer are provided in a stacked state. A hydrogen-containing gas is supplied as a fuel gas to the fuel electrode of each cell, air is supplied to the oxygen electrode of each cell, and power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In addition, cooling water, which cools a stack of cells (cell stack) and the like and recovers heat generated from them, is circulated and supplied to the hot water storage unit 6 through a cooling circulation path 15.
The fuel gas supplied to the fuel electrode of each cell is generated by reforming a hydrocarbon-based raw fuel such as natural gas into a hydrogen-containing gas in a reformer.
[0020]
An inverter 8 for system connection is provided on the output side of the cogeneration system 3, and the inverter 8 makes the output power of the cogeneration system 3 the same voltage and the same frequency as the power supplied from the commercial system 9. It is configured as follows.
The commercial system 9 is, for example, a single-phase three-wire 100/200 V, and is electrically connected to a power load 11 such as a television, a refrigerator, and a washing machine via a commercial power supply line 10.
The inverter 8 is electrically connected to the commercial power supply line 10 via the cogeneration supply line 12, and the generated power from the cogeneration system 3 is supplied to the power load 11 via the inverter 8 and the cogeneration supply line 12. Is configured to be supplied.
In the middle of the cogeneration supply line 12, various auxiliary machines of the cogeneration system and an electric heater 14 for recovering surplus electric power of the power generated by the cogeneration system 3 instead of heat are connected. The electric power is driven by the power generated by the device 3, and the surplus power of the cogeneration device 3 is consumed by the electric heater 14.
[0021]
The commercial power supply line 10 is provided with a commercial power measurement unit P1 for measuring commercial power supplied by the commercial power supply line 10, and the cogeneration supply line 12 includes A generated power measuring unit P2 for measuring generated power is provided, and the commercial power measuring unit P1 is configured to also detect whether a reverse power flow occurs in a current flowing through the commercial power supply line 10. .
Then, the power supplied from the cogeneration system 3 to the commercial power supply line 10 is controlled by the inverter 8 so that the reverse power flow does not occur, and the surplus power of the generated power is stored in the hot water storage tank 4. Is supplied to an electric heater 14 which recovers the heat as the heat.
The electric heater 14 includes a plurality of electric heaters, is provided so as to heat the cooling water of the cogeneration device 3 flowing through the cooling circulation path 15, and is connected to the output side of the cogeneration device 3. ON / OFF is switched by the operation switch 16.
The operation switch 16 is configured to adjust the power consumption of the electric heater 14 according to the magnitude of the surplus power so that the power consumption of the electric heater 14 increases as the magnitude of the surplus power increases. I have.
[0022]
The hot water storage unit 6 is a hot water storage circulation pump that circulates hot water in the hot water storage tank 4 through the hot water storage tank 4 that stores hot water in a state where a temperature stratification is formed, and a hot water storage circulation path 18 that includes a hot water storage heat exchanger 24. 19. a cooling circulation pump 17 for circulating cooling water for cooling the co-generation system 3 through the cooling circulation path 15 to the hot-water storage heat exchanger 24, and an auxiliary water heater 27 for heating hot water taken out of the hot-water storage tank 4. And so on.
The auxiliary water heater 27 includes a heat exchange unit 27a for passing hot and cold water to be heated, a burner 27b for heating the heat exchange unit 27a, and a fan 27c for supplying combustion air to the burner 27b.
The auxiliary machine includes the cooling circulation pump 17 and the hot water storage circulation pump 19.
[0023]
In the hot water storage heat exchanger 24, the hot water storage tank that flows through the hot water storage circulation path 18 by flowing the cooling water of the cooling circulation path 15 that has recovered the heat generated by the cogeneration device 3. No. 4 is heated.
[0024]
Further, a hot water supply heat load measuring means 31 for measuring a hot water supply heat load when hot water taken out of the hot water storage tank 4 is supplied is provided.
In the hot water storage tank 4, four tank thermistors Tt are provided at intervals in the vertical direction for detecting the amount of hot water stored in the hot water storage tank 4. In other words, when the tank thermistor Tt detects a temperature equal to or higher than the set temperature, it is determined that hot water is stored at the installation position, and the lowermost tank thermistor Tt of the tank thermistors Tt whose detected temperature is equal to or higher than the set temperature. Based on the position, the hot water storage amount is configured to be detected in four stages, and when the detected temperatures of all four tank thermistors Tt are equal to or higher than the set temperature, it is detected that the hot water storage amount of the hot water storage tank 4 is full. When all the detected temperatures of the four tank thermistors Tt are lower than the set temperature, it is configured to detect that the hot water storage amount of the hot water storage tank 4 is lower than the set lower limit hot water storage amount.
An inlet thermistor Ti for detecting the temperature of hot water flowing into the auxiliary water heater 27 is provided at the inlet of the auxiliary water heater 27, and flows out of the auxiliary water heater 27 at the outlet of the auxiliary water heater 27. An outlet thermistor Te for detecting the temperature of hot and cold water is provided.
[0025]
The operation control unit 7 executes an output adjustment operation for controlling the cogeneration system 3 so as to adjust the output power according to the power load. During the operation of the cogeneration system 3, the cooling circulation pump 17 is operated. In the operating state, the operation of the combined heat and power supply device 3 and the operation of the cooling circulation pump 17 are controlled, and the operation of the hot water circulation pump 19 is controlled to store hot water in the hot water storage tank 4. It is configured to perform.
[0026]
Incidentally, when hot water is supplied, hot water taken out of the hot water storage tank 4 is configured to be supplied. When the amount of hot water stored in the hot water storage tank 4 is equal to or greater than the set lower limit, when a hot water tap or the like is opened and there is a hot water supply request. If the hot water is supplied from the hot water storage tank 4 without being heated by the auxiliary hot water supply 27 and the hot water storage amount of the hot water storage tank 4 is less than the set lower limit, and if there is a hot water supply request, the detected temperature of the outlet thermistor Te becomes the set temperature. By controlling the combustion amount of the burner 27b based on the detected temperatures of the inlet thermistor Ti and the outlet thermistor Te, the auxiliary water heater 27 is operated to supply hot water, and the hot water taken out of the hot water storage tank 4 is supplied to the auxiliary hot water supply. It is configured to supply hot water by heating in the vessel 27.
[0027]
Hereinafter, each operation control by the operation control unit 7 will be described.
First, the hot water storage operation by the operation control unit 7 will be described.
The hot water storage operation is performed by the operation of the cooling circulation pump 17 during the operation of the combined heat and power supply device 3, the cooling water flowing through the cooling circulation passage 15 in the hot water storage heat exchanger 24 and the hot water storage circulation passage 18. It is performed in a state where the hot and cold water flowing therethrough can be heated.
Then, the circulation pump 19 for hot water storage is operated to take out hot water from the lower part of the hot water storage tank 4 into the circulation path 18 for hot water storage, and the hot water is passed through the heat exchanger 24 for hot water storage and heated to the set temperature for hot water storage. The hot water is returned to the upper portion of the hot water storage tank 4 and hot water at the set temperature for hot water storage is stored in the hot water storage tank 4.
[0028]
Next, the output adjustment operation by the operation control unit 7 will be described.
The cogeneration system executes, as the output adjustment operation, an output adjustment operation for adjusting the output power of the cogeneration device 3 to one of a plurality of preset output powers set in advance in accordance with the power load. In advance, a dip switch or the like is used to set in advance a dip switch or the like as an output adjustment operation or an output adjustment operation in which an output adjustment operation for adjusting the output power of the combined heat and power supply device 3 in a stepless manner is performed according to an electric power load. It is configured to do so.
In addition, as one of a plurality of output-limited operation modes to be described later, a stop-permissible mode that includes a stop-permissible mode for stopping the cogeneration device 3 or a stop-permissible-mode that does not include the stop allowable mode Is set in advance with a dip switch or the like.
In addition, a setting time for load averaging described later is configured to be set in advance by a dip switch or the like. As the load average setting time, for example, either one of 15 minutes or 30 minutes can be set by the dip switch.
The operation control unit 7 may be a step-adjustable type, a stop-permissible form, a step-adjustable type, a stop-permissible form, a stepless-adjustable type, a stop-permissible form, or a stepless type. In addition to determining whether the adjustment type is the stop allowable form impossible type and reading the set load average setting time, the determined type of output adjustment operation is executed based on the read load average setting time. It is configured.
[0029]
In addition, in the output adjustment operation, the operation control unit 7 predicts a time series variation of the hot water supply heat load and a time series variation of the power load, which is a time series variation of the hot water supply heat load, based on the time series consumption data of the hot water supply and the time series consumption data of the electric power. The power output state is limited to a different state as an operation mode configured to execute a predicted load calculation process for obtaining a predicted power load, and to adjust the output power of the combined heat and power device 3 according to the power load. A plurality of output-limited operation modes are provided, and among the plurality of output-limited operation modes, when operating according to the predicted power load, a heat output that excels in energy saving and approaches the predicted hot water supply heat load is output. An operation mode selection process for selecting an object to be performed is executed, and the cogeneration system 3 is operated in the output limited operation mode selected in the operation mode selection process.
[0030]
The operation control unit 7 averages the time-series power consumption data during the load averaging set time, and adjusts the output power of the average power load, which is the average value, according to the power load. It is configured to be an electric power load, and configured to execute the operation mode selection processing every time the load averaging set time elapses. Incidentally, the time-series power consumption data is the power consumption of the power load 11 and is the commercial power measurement unit P1 + the generated power measurement unit P2-the power consumption of the electric heater 14.
[0031]
First, the output adjustment operation of the step-type adjustment type will be described. In the step-type adjustment type, for example, in the case of the cogeneration system 3 having a rated output power of 1 kW, a plurality of set output powers are set to 250 W, 500 W, and 750 W. , 1000W. That is, in this case, the preset adjustment range of the output power of the combined heat and power supply device 3 is 250 to 1000 W.
A process of averaging the time-series power consumption data for the load averaging set time and setting an output target value for adjusting the output power during the next load averaging set time based on the average power load is performed. , Is configured to repeat. Incidentally, in the unlimited operation mode in which the output limited operation mode is not executed, the set output power equal to or closest to the average power load is set as the output target value.
[0032]
In the stepless adjustment type output adjustment operation, for example, in the case of the combined heat and power supply device 3 having a rated output power of 1 kW, the output power of the combined heat and power supply device 3 is set in advance to a range of 250 to 1000 W as a setting adjustment range. You.
A process of averaging the time-series power consumption data for the load averaging set time and setting an output target value for adjusting the output power during the next load averaging set time based on the average power load is performed. , Is configured to repeat. Incidentally, in the unlimited operation mode in which the output limited operation mode is not executed, the average power load is set as the output target value.
[0033]
The shorter the load average setting time, the closer to the power load, the more the energy saving can be achieved.On the other hand, the longer the load average setting time, the output target value set at each load average setting time. And the change width of the output power can be reduced, and the durability of the combined heat and power supply device 3 can be improved. In view of this, the load average setting time is set in advance. Incidentally, in the step-adjustment type output adjustment operation, when the output power is adjusted to a different set output power, the change range of the output power is large, so that the load average setting time is, for example, a long time of 30 minutes. In the output adjustment operation of the stepless adjustment type, the change width of the output power is smaller than that of the step adjustment type, so that it is set to a short time of 15 minutes.
[0034]
Next, the predicted load calculation processing will be described.
The operation control unit 7 performs a data update process of updating and storing one day of past load data in a state of being associated with a day of the week based on an actual use situation. It is configured to perform a predicted load calculation process of obtaining predicted load data for one day from the past load data for the day.
[0035]
The data updating process will be described in further detail. One day's past load data indicating how much power load and hot water supply heat load was in which time zone of the day is updated and stored in a state of being associated with the day of the week. Is configured.
First, the past load data will be described. The past load data is composed of two types of load data, ie, electric power load data and hot water supply heat load data. As shown in FIG. 3, one day of past load data is stored from Sunday to Saturday. Is stored in a state of being divided for each day of the week.
The past load data for one day is composed of 24 pieces of power load data per unit time and 24 pieces of hot water supply heat load data per unit time, with one hour being a unit time out of 24 hours.
[0036]
When the configuration for updating the past load data as described above is added, from the actual consumption situation, the electric power load and the hot water supply heat load per unit time are respectively determined by the commercial power measurement unit P1, the generated power measurement unit P2, and the hot water supply. The actual load data for one day is stored in association with the day of the week while the load data measured by the thermal load measuring means 31 is stored.
Then, when the actual load data for one day is stored for one week, new past load data is obtained by adding the past load data and the actual load data at a predetermined ratio for each day of the week. It is configured to store new past load data and update the past load data.
[0037]
Specifically, taking Sunday as an example, as shown in FIG. 3, the past load data D1m corresponding to Sunday among the past load data, and the actual load data A1 corresponding to Sunday among the actual load data, as shown in FIG. From the following [Equation 1], new past load data D1 (m + 1) corresponding to Sunday is obtained, and the obtained past load data D1 (m + 1) is stored.
In the following [Formula 1], D1m is past load data corresponding to Sunday, A1 is actual load data corresponding to Sunday, K is a constant of 0.75, and D1 (m + 1) is And new past load data.
[0038]
(Equation 1)
D1 (m + 1) = (D1m × K) + {A1 × (1-K)}
[0039]
In addition to the description of the predicted load calculation processing, the system is configured to obtain predicted load data indicating how much power load and hot water supply heat load are predicted at what time of the day.
That is, of the seven past load data for each day of the week, the past load data corresponding to the day of the day of the day and the actual load data of the day before are added at a predetermined ratio, so that how much power load and hot water The apparatus is configured to calculate predicted load data indicating whether a thermal load is predicted.
[0040]
This will be described in detail by taking as an example a case where predicted load data for one day on Monday is obtained. As shown in FIG. 3, seven past load data D1m to D7m for each day of the week and seven actual load data A1 for each day of the week. ＡA7 are stored, and from the past load data D2m corresponding to Monday and the actual load data A1 corresponding to Sunday the previous day, the predicted load data for one day on Monday is calculated by the following [Equation 2]. Find B.
As shown in FIG. 4, the predicted load data B for one day is composed of predicted power load data for one day and predicted hot water supply heat load data for one day, and FIG. 4B shows the predicted hot water supply heat load for one day.
In the following [Equation 2], D2m is past load data corresponding to Monday, A1 is actual load data corresponding to Sunday, Q is a constant of 0.25, and B is a predicted load data. Data.
[0041]
(Equation 2)
B = (D2m × Q) + {A1 × (1-Q)}
[0042]
Next, the operation mode selection processing will be described.
First, a plurality of output limited operation modes will be described.
The plurality of output limited operation modes include a plurality of adjustment range change operation modes in which the adjustment range of the output power of the combined heat and power device 3 is different, and a plurality of adjustment speed change operation modes in which the adjustment speed of the output power of the combined heat and power device 3 is different. In addition, the above-mentioned stop permissible form possible type includes a stop permissible form in which the cogeneration device 3 is stopped.
[0043]
The plurality of adjustment range changing operation modes include an upper limit aperture operation mode in which output power is adjusted in a range equal to or less than a preset upper limit value lower than an upper limit value of the preset setting adjustment range, and a lower limit of the setting adjustment range. A lower limit operation mode in which the output power is adjusted in a range equal to or higher than a lower limit value set higher than the value, and an intermediate removal operation mode in which the output power is adjusted in a range excluding an intermediate portion of the set adjustment range are included.
In the intermediate removal operation mode, when the average power load is the intermediate portion, the adjustment range ascending operation mode in which the output power is adjusted to a higher power side than the intermediate portion in the set adjustment range, When the power load is the intermediate portion, an adjustment range lowering operation mode in which the output power is adjusted is included in a portion of the setting adjustment range on the lower power side than the intermediate portion.
In addition, the plurality of adjustment speed changing operation modes include a high ascending speed operation mode and a low ascending speed operation mode in which the output power of the combined heat and power supply device 3 has different rising speeds, and a decreasing speed of the output power of the combined heat and power supply device 3. Different high and low down speed operation modes are included.
[0044]
Next, each output limited operation mode will be described.
First, an upper limit aperture operation mode and a lower limit aperture operation mode will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows an output adjustment operation of a step type adjustment type. In FIG. 5A, a thin line indicates a power load, and a thick line indicates one of a plurality of set output powers according to the power load in an unlimited operation mode. 5B shows a state in which the output power is adjusted. In FIG. 5B, a thin line indicates a power load, a thick solid line indicates a state in which the output power is adjusted in the lower limit throttle operation mode, and a thick broken line indicates This shows a state where the output power is adjusted in the upper limit throttle operation mode.
[0045]
That is, in the unlimited operation mode, among the four stages of the set output power of 250 W, 500 W, 750 W, and 1000 W, the set output power equal to or closest to the average power load is set as the output target value, and the output target value is set as the output target value. The output power will be adjusted.
In the upper limit throttle operation mode, the maximum set output power of the four stages of set output power or a plurality of set output powers including the maximum set output power and arranged on the side where the output is reduced is regarded as the excluded set output power. Of the set output powers other than the excluded set output power, the set output power equal to or closest to the average power load is set as the output target value, and the output power is adjusted to the output target value. In the present embodiment, specifically, in the upper limit throttle operation mode, the maximum 1000 W among the four levels of set output power is set as the excluded set output power. In this case, 750 W corresponds to the set upper limit.
[0046]
In the lower limit throttle operation mode, the minimum set output power of the four stages of set output power or a plurality of set output powers including the minimum set output power and arranged on the side where the output is increased is regarded as the excluded set output power. Of the set output powers other than the excluded set output power, the set output power equal to or closest to the average power load is set as the output target value, and the output power is adjusted to the output target value. In the present embodiment, specifically, in the lower limit throttle operation mode, the minimum set output power of 250 W of the four stages of set output power and the next set output power of 500 W are set as the excluded set output power. You. In this case, 750 W corresponds to the set lower limit.
[0047]
FIG. 6 shows an output adjustment operation of the stepless adjustment type. In FIG. 6A, a thin line indicates a power load, and a thick line indicates that the output power is adjusted steplessly according to the power load in the unlimited operation. In FIG. 6B, a thin line indicates a power load, a thick solid line indicates a state in which output power is adjusted in the lower limit throttle operation mode, and a thick broken line indicates a state in which the output power is adjusted in the upper limit throttle operation mode. This shows a state where the output power is adjusted.
[0048]
That is, in the unlimited operation mode, the output target value is set to the average power load when the average power load is within the output adjustment range of 250 W to 1000 W, and when the average power load is smaller than the output adjustment range, the output adjustment value is set. The lower limit of the range is set to 250 W, and when the average power load is larger than the output adjustment range, the upper limit of the output adjustment range is set to 1000 W.
In the upper limit aperture operation mode, a range higher than 750 W in the setting adjustment range is set as the exclusion adjustment range, and the output target value is set in a range excluding the exclusion adjustment range in the setting adjustment range. In this case, 750 W corresponds to the set upper limit.
In the lower limit aperture operation mode, a range lower than 500 W of the setting adjustment range is set as the exclusion adjustment range, and the output target value is set in a range excluding the exclusion adjustment range in the setting adjustment range. In this case, 500 W corresponds to the set lower limit.
[0049]
When the heat is excessive, such as in the summer, when the upper limit throttle operation mode is executed in the output adjustment operation, the excess of the heat output is suppressed, and the energy saving can be improved. On the other hand, the heat is insufficient, such as in the winter. At this time, when the lower limit throttle operation mode is executed in the output adjustment operation, it is possible to promote the operation of the cogeneration system 3 in a high output state with high energy efficiency, and the surplus output power is supplied to the electric heater 14. As the heat output is increased by conversion into heat for storing hot water, the amount of heat supplemented by the auxiliary water heater 27 whose energy efficiency tends to be lower than that of the combined heat and power supply device 3 can be suppressed. Improvement is possible.
[0050]
Based on FIG. 7, a description will be given of an adjustment range increasing operation mode in the step-type adjustment type output adjustment operation.
In FIG. 7A, a thin line indicates a power load, a thick line indicates a state in which output power is adjusted in the unlimited operation mode, and in FIG. 7B, a thin line indicates a power load, and a thick line indicates a power load. And a state in which the output power is adjusted in the adjustment range ascending operation mode.
That is, in the adjustment range ascending operation mode, the output target value is set to 1000 W even when the average power load is such that the output target value is to be set to 500 W and 750 W in the middle of the four stages of set output power.
[0051]
Although the illustration of the adjustment range ascending operation mode in the stepless adjustment type output adjustment operation is omitted, the output target value should be set in the middle 500 to 750 W range of the 250 W to 1000 W output adjustment range. The output target value is set to 750 W even at the time of the average power load.
[0052]
In FIG. 8A, a thick line indicates a state in which hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG. 7A in the unrestricted operation mode. 7), a thick line indicates a state where hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG.
[0053]
As shown in FIG. 8, for example, when the heat output is insufficient, for example, in winter, the power load in the time zone before the time zone in which the hot water supply load occurs is set such that the output target value is in the middle of the setting adjustment range. When the adjustment range ascending operation mode is executed in such a case, the cogeneration system 3 is operated at a high output with high energy efficiency, and the surplus power is converted into heat for hot water storage by the electric heater 14. As the heat output increases, the shortage of hot water is suppressed, and the amount of heat supplemented by the auxiliary water heater 27, which tends to have lower energy efficiency than the combined heat and power supply device 3, can be suppressed, thereby improving energy saving. Becomes possible.
[0054]
Based on FIG. 9, a description will be given of the adjustment range lowering operation mode in the step-type adjustment type output adjustment operation.
In FIG. 9A, a thin line indicates a power load, a thick line indicates a state in which output power is adjusted in an unlimited operation mode, and in FIG. 9B, a thin line indicates a power load, and a thick line indicates a power load. Shows a state in which the output power is adjusted in the adjustment range lowering operation mode.
That is, in the adjustment range descending operation mode, the output target value is set to 500 W even when the output target value is to be set to 500 W in the middle of the four stages of set output power.
[0055]
Although the illustration of the adjustment range descending operation mode in the stepless adjustment type output adjustment operation is omitted, the output target value should be set in the middle 500 to 750 W range of the 250 W to 1000 W output adjustment range. The output target value is set to 500 W even at the time of the average power load.
[0056]
In FIG. 10A, the bold line indicates a state where hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG. 9A in the unrestricted operation mode. 9), a thick line indicates a state where hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG.
[0057]
As shown in FIG. 10, for example, when the heat output becomes excessive, such as in the summer, the power load in the time zone before the time zone in which the hot water supply load occurs is such that the output target value is in the middle of the set adjustment range. In the case of the value set as described above, in the unlimited operation mode, a large amount of hot water is stored from a time considerably before the time period in which the hot water supply load occurs, and the heat dissipation loss increases. When the adjustment range lowering operation mode is executed, the output power is adjusted to the set output power lower than the set output power corresponding to the power load in a time zone before the time zone in which the cogeneration system 3 generates a hot water supply load. Therefore, storage of hot water in the hot water storage tank 4 is suppressed, so that heat dissipation loss can be suppressed, and energy saving is improved.
[0058]
Based on FIG. 11, a description will be given of a high ascending speed operation mode, a low ascending speed operation mode, a high ascending speed operation mode, and a reduced ascending speed operation mode.
FIG. 11 shows the output adjustment operation of the stepless adjustment type. The bar graph of FIG. 11 shows the power load, and the line graph of (a) shows that the output power is increased in the high ascending speed operation mode and the ascending and descending speed is reduced. The line graph of (b) shows a state in which the output power is increased in the low ascending speed operation mode and the output power is decreased in the high ascending speed operation mode. Show.
[0059]
The rate at which the output power of the cogeneration system 3 rises and decreases is determined, for example, by the rate of increase or decrease in the amount of supply of the raw fuel gas to the fuel cell power generator constituting the cogeneration system 3 and the rate of the raw fuel gas. It is adjusted by changing and adjusting the rate of increase or decrease of the supply amount of the combustion gas fuel to the burner of the reformer for reforming the fuel. Then, for example, when the rising speed of the output power can be adjusted in a range of 0 to 15 W / min, if the normal rising speed is 12 W / min, the rising speed in the high rising speed operation mode is set to 15 W / min, The rising speed in the low rising speed operation mode is set to 10 W / min. Also, for example, when the lowering speed of the output power can be adjusted in the range of 0 to 60 W / min, if the normal lowering speed is 35 W / min, the lowering speed in the high lowering speed operation mode is set to 60 W / min, The lowering speed in the low lowering speed operation mode is set to 15 W / min.
[0060]
In winter, the heat output tends to be insufficient.If the high ascending speed operation mode and the decreasing / decreasing speed operation mode are adopted, the increase in the output power is promoted and the decrease in the output power is suppressed. The shortage can be suppressed, and the operation of the cogeneration system 3 in a high-output state with high energy efficiency can be promoted, so that it is possible to improve energy saving. On the other hand, in summer when heat tends to be excessive, adopting the low-rise operation mode and the high-decrease speed operation mode suppresses an increase in output power and promotes a decrease in output power. Can be suppressed, and by suppressing the amount of heat radiation, energy saving can be improved.
[0061]
Although illustration is omitted, in the step type adjustment type output adjustment operation, when the output power is changed between different set output powers, a high ascending speed operation mode, a low ascending speed operation mode, a high ascending speed operation mode, a The descending speed operation mode is executed.
[0062]
Based on FIG. 12 and FIG. 13, a description will be given of a stop allowable operation mode in the step-type adjustment type output adjustment operation.
In FIG. 12A, a thin line indicates a power load, a thick line indicates a state in which output power is adjusted in the unlimited operation mode, and in FIG. 12B, a thin line indicates a power load, and a thick solid line. Indicates a state in which the output power is adjusted in the stop allowable operation mode.
In other words, in the stop-permissible operation mode in the step-type adjustment type output adjustment operation, when the set output power corresponding to the average power load becomes the minimum set output power of the four-stage set output power, the cogeneration system 3 To stop.
[0063]
In FIG. 13A, a thick line indicates a state where hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG. 12A in the unrestricted operation mode, and FIG. In FIG. 12, a thick solid line indicates a state in which hot water is stored in the hot water storage tank 4 when the output power is adjusted as shown in FIG.
[0064]
As shown in FIG. 13, for example, when heat is excessive, such as in summer, the power load in a time zone before the time zone in which the hot water load occurs is smaller than the minimum set output power, and In a load state in which the power load increases as the time period approaches, in the unlimited operation mode, the cogeneration system 3 operates at low output power from a time before the time period in which the hot water supply load occurs. Therefore, the hot water is stored in the hot water storage tank 4 little by little from the time before the time when the hot water supply load is generated, the heat loss is increased, and the combined heat and power supply device 3 is improved in energy efficiency. Low low power operation will be performed. On the other hand, in the stop permissible operation mode, when the set output power corresponding to the power load becomes the minimum set output power, the cogeneration unit 3 is stopped, and when approaching the time zone when the hot water load occurs, Since the combined heat and power supply device 3 is operated at high output with high energy efficiency, hot water is stored in the hot water storage tank 4 in a short time in a time zone close to a time zone in which a hot water supply load occurs, so that heat radiation loss is suppressed, and energy is also reduced. Since the operation of the combined heat and power supply device 3 with low efficiency and low output is suppressed, and the operation of the combined heat and power supply device 3 with high energy efficiency and high output is promoted, energy saving is improved.
[0065]
Although illustration is omitted, in the stop allowable operation mode of the stepless adjustment type output adjustment operation, when the set output power corresponding to the power load is equal to or less than the set operation stop power (for example, 250 W), the cogeneration system 3 To stop.
[0066]
Next, the operation mode selection processing will be described.
In the operation mode selection process, the operation control unit 7 sets the operation mode to the set operation mode for all of the plurality of set operation modes in which the operation mode is set as described below over the current set time for energy saving evaluation (for example, 6 hours). The amount of hot water stored in the hot water storage tank 4 at the time of operation is calculated as a shortage or a surplus with respect to a predicted hot water supply heat load, an energy saving degree is calculated, and the energy saving degree is the largest among the plurality of set operation modes, and The setting operation mode in which the shortage amount is as small as possible or the surplus amount is as small as possible is selected, and the output target value is set based on the selected setting operation mode.
[0067]
The setting operation mode is set as follows.
・ Setting operation mode to set unlimited operation mode
・ One of each of the upper limit operation mode, lower limit operation mode, adjustment range ascending operation mode, adjustment range ascending operation mode, high ascending speed operation mode, low ascending speed operation mode, high ascending speed operation mode, and ascending / decreasing speed operation mode Multiple operation modes to set each
・ Set of upper limit operation mode and lower limit operation mode, set of adjustment range ascending operation mode and adjustment range ascending operation mode, set of high ascending speed operation mode and low ascending speed operation mode, high ascending speed operation mode and ascending and descending speed A plurality of set operation modes in which a combination of sets for selecting two of the four operation mode sets is created, and the operation modes are combined and set for each of the combinations.
-A plurality of set operation modes in which a combination of sets for selecting three out of the four sets is created, and the operation modes are combined and set for each of the combinations.
.A plurality of set operation modes that are set by combining the operation modes with the above four sets
[0068]
Further, in the case of the stop allowable form type, as shown in FIG. 13, the power load in the time zone before the time zone in which the hot water supply load occurs is smaller than the minimum set output power, and the power When Re is less than the set value for stop permission form execution (for example, 0.3), the stop permission form is unconditionally selected and executed without executing the processing for selecting the set operation form as described above.
[0069]
For example, when heat is excessive in summer or the like, the upper limit throttle operation mode is selected as the setting operation mode in which the degree of energy saving is the largest and the surplus amount is as small as possible, or the upper limit throttle operation mode, the low rise speed operation mode, and the high A combination of the descending speed operation modes is selected. When the heat output is insufficient in winter or the like, the lower limit operation mode is selected as the setting operation mode in which the degree of energy saving is the largest and the shortage amount is as small as possible. A combination of the descending speed operation modes is selected.
[0070]
To explain the calculation of the energy saving degree, the energy saving degree I1 is obtained based on the following [Equation 3] as the energy saving degree.
[0071]
[Equation 3]
I1 = Re × Rg × 100
Re = (power generated by cogeneration unit 3-power consumption of electric heater 14) / power generated by cogeneration unit 3
Rg = A × B / (M × CB + A × B)
[0072]
However,
A: Fuel supply amount to cogeneration system 3
M: fuel supply amount to auxiliary heater 27
B: Exhaust heat generation rate of CHP 3 (set in advance according to output power)
CB: Boiler efficiency of auxiliary heater 27 (for example, 0.85)
[0073]
Incidentally, the power utilization rate Re indicates the proportion of the power generated by the cogeneration device 3 that is used as electricity, and the power utilization rate Re increases as the power consumption of the electric heater 14 decreases, and This indicates that the degree of energy saving for will increase.
The exhaust heat allocation rate Rg indicates the ratio of the amount of heat consumed by the user that is covered by the amount of heat generated by the cogeneration unit 3. The exhaust heat allocation rate Rg is the amount of heat supplemented by the auxiliary heater 27. The smaller the value, the larger the value, indicating that the degree of energy saving for heat increases.
Then, as the energy saving degree I1 obtained by multiplying the power utilization rate Re and the waste heat allocation rate Rg increases, the degree of energy saving achieved by supplying heat and power in the co-generation device 3 increases. Show.
[0074]
The processing for calculating the shortage amount or surplus amount of the hot water storage amount of the hot water storage tank 4 with respect to the predicted hot water supply heat load will be described.
The amount of heat generated when the output power of the combined heat and power supply device 3 is adjusted in each set operation mode is obtained, the surplus power is obtained from the predicted power load, and the amount of heat generated by recovering the surplus power by the electric heater 14 is obtained. . Subsequently, the amount of heat generated by the combined heat and power supply device 3 and the amount of heat generated from the electric heater 14, the amount of hot water stored in the hot water storage tank 4 at that time, and the amount of hot water from the hot water storage tank 4 based on the predicted hot water supply load are used to store the hot water storage tank. The amount of hot water stored in 4 is obtained, and the shortage or surplus of the amount of hot water is obtained.
[0075]
Next, a control operation in which the operation control unit 7 controls the operation of the cogeneration system 3 will be described based on the flowcharts shown in FIGS. 15 and 16.
As shown in FIG. 14, when an operation start command is issued by an operation switch (not shown), it is determined whether the operation is a step type adjustment type or a stepless adjustment type. Determination, and read the set time for load averaging sequentially, then measure the power load and hot water supply heat load, and perform the output adjustment operation until the operation stop command is issued by the operation switch. When the operation stop command is issued, a stop process for stopping the cogeneration device 3 is executed, and the control is terminated (steps 1 to 8).
[0076]
As shown in FIG. 15, in the output adjustment operation, when the set time for load averaging elapses and the timing of the output change comes, a process of predicting the power load and the hot water supply heat load is executed, and then, the operation mode selection process is performed. Executing and selecting a setting operation mode in which the degree of energy saving is the largest and the shortage amount is as small as possible or the surplus amount is as small as possible from among the plurality of setting operation modes set based on the plurality of output limited operation modes. At the same time, an output target value is set based on the selected set operation mode, and subsequently, a process for controlling the operation of the combined heat and power supply device 3 is performed so that the output power becomes the set output target value, and the process returns ( Until the next output change timing, the process of controlling the operation of the cogeneration system 3 is continued so that the output power becomes the set output target value (steps 11 and 14). , At the timing of the next output change (step 11), again executes the processing from step 12.
[0077]
[Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(A) In the output adjustment operation, the energy saving degree in each set operation mode is not limited to the case where the energy saving degree I1 is obtained based on [Equation 3] as in the above embodiment.
For example, the energy saving degree I2 may be obtained based on the following [Equation 4].
[0078]
(Equation 4)
Energy saving degree P2 = {(EK1 + EK2) / necessary energy of cogeneration unit 3} × 100
[0079]
Here, EK1 is a function using the effective power generation output E1 as a variable, and EK2 is a function using E2 as a variable.
Figure 2004271006
Required energy of the cogeneration system 3: It is obtained based on the amount of raw fuel gas supplied to the cogeneration system 3.
Unit power generation required energy: 2.8kW
Burner efficiency (at the time of hot water supply): 0.9
[0080]
Further, the effective power generation output E1 and the effective hot water storage heat output E2 are respectively obtained by the following [Equation 5] and [Equation 6].
[0081]
(Equation 5)
E1 = power consumption at the power load 11 = power generated by the cogeneration system 3− (power consumption of the electric heater 14 + auxiliary power)
[0082]
(Equation 6)
E2 = (the amount of heat generated by the cogeneration unit 3 + the amount of heat recovered by the electric heater 14) -the heat dissipation loss
Here, the amount of heat recovered by the electric heater 14 = power consumption of the electric heater 14 x thermal efficiency of the heater.
[0083]
(B) A heating unit that heats a heating target area by using heat generated from the cogeneration device 3 may be provided.
In this case, in the operation mode selection processing, in consideration of the heat consumed in the heating unit, the shortage amount or the excess amount of the hot water storage amount of the hot water storage tank 4 with respect to the predicted hot water supply heat load is calculated, and the energy saving degree is calculated. become.
[0084]
(C) In the operation mode selection process, the plurality of output-limited operation modes to be selected are not limited to the plurality of output-limited operation modes illustrated in the above-described embodiment, but are exemplified in the above-described embodiment. It may include an output limited operation mode other than the above, or a part of a plurality of output limited operation modes exemplified in the above embodiment, for example, excluding an adjustment range ascending operation mode and an adjustment range ascending operation mode. Is also good.
[0085]
(D) The specific setting time of the energy saving evaluation setting time is not limited to the 6 hours exemplified in the above embodiment, but may be shorter than 6 hours, for example, 3 hours, or longer, for example, 12 hours. The time may be set. Further, the set time for the load averaging is not limited to the 15 minutes or 30 minutes illustrated in the above embodiment, but may be 45 minutes or 60 minutes.
[0086]
(E) Specific examples of the cogeneration system 3 are not limited to the fuel cell power generation device illustrated in the above embodiment, and may be, for example, a power generation device driven by an engine. In this case, the cooling water for cooling the engine is circulated and supplied to the hot water storage unit 6 through the cooling water circulation path 15.
[0087]
(F) In the above embodiment, the electric heater 14 is configured to heat the cooling water of the gas engine 1. However, the electric heater 14 is configured to heat the hot water in the hot water storage tank 4. It is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a cogeneration system according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the cogeneration system according to the embodiment;
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a data update process.
FIG. 4 is a diagram showing a predicted load for one day.
FIG. 5 is a diagram for explaining output power adjustment in an upper limit throttle operation mode and a lower limit throttle operation mode.
FIG. 6 is a diagram for explaining output power adjustment in an upper limit throttle operation mode and a lower limit throttle operation mode.
FIG. 7 is a diagram for explaining output power adjustment in an adjustment range ascending operation mode.
FIG. 8 is a diagram illustrating hot water storage in a hot water storage tank in an adjustment range ascending operation mode.
FIG. 9 is a diagram for explaining output power adjustment in an adjustment range lowering operation mode.
FIG. 10 is a diagram illustrating hot water storage in a hot water storage tank in an adjustment range lowering operation mode.
FIG. 11 is a diagram for explaining output power adjustment in each of a high ascending speed operation mode, a low ascending speed operation mode, a high ascending speed operation mode, and a reduced ascending speed operation mode.
FIG. 12 is a diagram for explaining output power adjustment in a stop allowable mode.
FIG. 13 is a diagram illustrating hot water storage in a hot water storage tank in a stop permissible mode.
FIG. 14 is a diagram showing a flowchart of a control operation.
FIG. 15 is a diagram showing a flowchart of a control operation.
[Explanation of symbols]
3 cogeneration system
4 Hot water storage tank
6 Hot water storage means
7 Operation control means
14 Electric heater
27 Auxiliary water heater

Claims (10)

熱と電力を発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段が、
給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成されているコージェネレーションシステム。A co-generation system that generates heat and electric power, hot-water storage means for storing hot water in a hot-water storage tank using heat generated by the co-generation system, and storing surplus electric power generated by the co-generation system in the hot water storage tank An electric heater for converting the heat to heat to be generated, an auxiliary water heater for performing hot water supply when a hot water supply is requested when the amount of hot water stored in the hot water storage tank is less than a set lower limit hot water storage amount, and operation control means for controlling operation. A cogeneration system,
The operation control means,
It is configured to obtain a predicted hot water supply heat load that is a time-series variation of the hot water supply heat load and a predicted power load that is a time-series variation of the power load based on the time-series consumption data of the hot water supply and the time-series consumption data of the electric power, and
As an operation mode for adjusting the output power of the combined heat and power device in accordance with an electric power load, a plurality of output restriction operation modes for restricting an output state of electric power to different states is provided. When operating according to the predicted power load, a heater that is excellent in energy saving and excellent in obtaining a hot water supply amount in accordance with the predicted hot water supply heat load is selected, and the thermoelectric power is selected in the selected output limited operation mode. A cogeneration system configured to operate a co-feeding device. 前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態が含まれる請求項１記載のコージェネレーションシステム。2. The cogeneration system according to claim 1, wherein the plurality of output limited operation modes include a plurality of adjustment range changing operation modes in which the adjustment range of the output power of the cogeneration system is different. 3. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態が含まれる請求項２記載のコージェネレーションシステム。3. An upper limit aperture operation mode in which output power is adjusted within a range equal to or less than a limit upper limit value set lower than an upper limit value of a preset setting adjustment range, as one of the plurality of adjustment range change operation modes. The described cogeneration system. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態が含まれる請求項２又は３記載のコージェネレーションシステム。3. A lower throttle operation mode in which output power is adjusted in a range equal to or higher than a lower limit value set higher than a lower limit value of a preset setting adjustment range as one of the plurality of adjustment range changing operation modes. Or the cogeneration system according to 3. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる請求項２〜４のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。5. An intermediate removal operation mode in which output power is adjusted in a range excluding an intermediate portion of a preset setting adjustment range, as one of the plurality of adjustment range change operation modes. The cogeneration system according to 1. 前記複数の出力制限運転形態の一つとして、前記熱電併給装置を停止させる停止許容形態が含まれる請求項１〜５のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。The cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, wherein one of the plurality of output limited operation modes includes a stop allowable mode for stopping the cogeneration system. 前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれる請求項１〜６のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。The cogeneration system according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of output limited operation modes include a plurality of adjustment speed changing operation modes in which the adjustment speed of the output power of the cogeneration system is different. 前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。8. The operation control unit according to claim 1, wherein the operation control unit is configured to adjust the output power of the cogeneration device to one of a plurality of set output powers set in advance in accordance with a power load. 9. The cogeneration system according to any one of the preceding claims. 前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように構成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。The cogeneration system according to any one of claims 1 to 7, wherein the operation control means is configured to continuously adjust output power of the cogeneration system according to a power load. 前記運転制御手段が、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。The operation control unit averages the time-series consumption data of the power during the load averaging setting time, and the average power load as the average value is a power load to be adjusted for the output power according to the power load. The cogeneration system according to any one of claims 1 to 9, wherein the cogeneration system is configured to perform the following.
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