JP2004349082A - コジェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池ユニット(コジェネレーション装置)10で電気と熱とを生成し、該電気を商用電源1に供給して電気機器5に出力すると共に熱を熱機器6に出力するコジェネレーションシステムは、運転状態を時間帯により切換えて燃料電池ユニットを運転制御する制御装置15と、運転制御スケジュールの記憶手段21と、燃料の使用料金削減額等を算出する算出手段22とを備え、算出手段は記憶手段で記憶された運転制御スケジュールに基づき、料金削減額等が大きくなるように運転制御スケジュールを試算し、制御装置15は試算された運転制御スケジュールに基づいて燃料電池ユニットを運転制御する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等を使用するコジェネレーションシステムに係り、特に、過去の運転実績を基にさらに大きな料金削減等の導入効果を得ることができるコジェネレーションシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のコジェネレーション装置の運転を制御するシステムは、消費者が使用可能な状態で電力と熱とを出力するコジェネレーション装置と、コジェネレーション装置の運転状態を制御可能な制御装置とを備え、制御装置は消費者情報に基づいて消費者に使用される予測消費電力量または予測消費熱量、或いはそれらの両方の時間変動の予測を行い、予測消費電力量または予測消費熱量、或いはそれらの両方の時間変動に見合った電力量および熱量を出力するような運転制御をコジェネレーション装置に対して行うようにしている。消費者情報は、電力または熱量の消費場所での消費者の行動スケジュールであり、この行動スケジュールに基づいて予測消費電力量または予測消費熱量、或いはそれらの両方の時間変動を予測している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−190309号公報(特許請求の範囲、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のコジェネレーション装置の制御方法は、負荷電力量および負荷熱量を予測するためには消費者情報のデータベースが必要であり、あらゆる消費者に対応するためには、無限のパターンの消費者情報パターンを保持する必要があり、消費者の行動パターンが徐々に変化してきた場合に、消費者情報が十分に更新されずに最適運転が行われない虞があった。
【0005】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コジェネレーションシステムを利用する消費者の記憶された過去の運転制御スケジュールに基づき、燃料の使用料金削減額等の大きい運転制御スケジュールを試算し、試算された運転制御スケジュールで最適運転が可能なコジェネレーションシステムを提供することにある。また、試算された運転制御スケジュールによる料金削減額等を消費者に表示し、試算した運転制御スケジュールと記憶された運転制御スケジュールのどちらかを選択させることにより、消費者の行動パターンに適合した導入効果の大きい運転が可能なコジェネレーションシステムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係るコジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置に燃料を導入して電気と熱とを生成し、該電気を商用電源に供給して電気機器に出力すると共に熱を熱機器に出力するシステムであって、このシステムは、コジェネレーション装置の運転状態を時間帯により切換え運転制御する制御装置と、コジェネレーション装置の運転制御スケジュールの記憶手段と、燃料の使用料金及び燃料を得るときに発生する排出ガス量等を算出する算出手段とを備え、
算出手段は、さらに記憶手段に記憶された運転制御スケジュールに基づき、前記商用電源からの電力料金等の商用ベースの使用料金及び排出ガス量との比較において燃料の使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、制御装置は試算された運転制御スケジュールに基づきコジェネレーション装置を運転制御することを特徴とする。
【0007】
前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、算出手段が記憶手段で記憶された過去の運転制御スケジュール、例えば前日の運転制御スケジュールに基づいて、使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、制御装置が試算された運転制御スケジュールに基づきコジェネレーション装置を運転制御するため、さらに使用料金削減額や排出ガス削減量を大きくした最適な運転を行うことができる。また、多数の消費者情報がなくてもコジェネレーション装置を運転制御できるので、簡単な構成で最適運転が可能となる。導入効果が大きくなる試算とは、例えば時間帯の変更やピーク電力の分散化等がある。
【0008】
本発明に係る他の態様のコジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置に燃料を導入して電気と熱とを生成し、該電気を商用電源に供給して電気機器に出力すると共に熱を熱機器に出力するシステムであって、このシステムは、コジェネレーション装置の運転状態を時間帯により切換え運転制御する制御装置と、コジェネレーション装置の運転制御スケジュールの記憶手段と、燃料の使用料金及び燃料を得るときに発生する排出ガス量等を算出する算出手段と、該算出手段で算出された使用料金や排出ガス量等を表示する表示手段と、運転制御スケジュールの選択手段とを備え、
算出手段は、さらに記憶手段に記憶された運転制御スケジュールに基づき、商用電源からの電力料金等の商用ベースの使用料金及び排出ガス量との比較において燃料の使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、表示手段は、試算された運転制御スケジュールでコジェネレーション装置を運転制御したときの使用料金削減額や排出ガス削減量等を表示し、制御装置は、記憶された運転制御スケジュールと、試算された運転制御スケジュールの内の選択手段で選択された一方に基づいて、コジェネレーション装置を運転制御することを特徴とする。表示手段は、さらに試算された運転制御スケジュールを表示すると好適である。
【0009】
このように構成されたコジェネレーションシステムは、算出手段が記憶手段に記憶された過去の運転制御スケジュールに基づいて、燃料の使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、削減額や削減量を表示するため、ユーザーは表示装置を見て運転制御スケジュールを変更し、試算した運転制御スケジュールを選択すると、さらに大きな削減額や削減量を得ることができる。表示手段が試算した運転制御スケジュールを表示すると、ユーザーは試算運転制御スケジュールを認識して運転制御スケジュールの選択を容易に行える。
【0010】
また、本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的な態様としては、前記算出手段は、記憶手段に記憶された過去の運転制御スケジュールの運転時間を変更した運転制御スケジュールを試算することを特徴としている。このように構成すると、例えば時間帯のみの簡単な変更で、使用料金削減額や排出ガス削減量を大きくするような試算が容易に行え、前記の削減額や削減量の算出が短時間で容易に行える。
【0011】
さらに、本発明に係るコジェネレーションシステムの好ましい具体的な他の態様としては、前記算出手段は、記憶手段に記憶された運転制御スケジュールの内、作成する日と近似する条件の運転制御スケジュールの運転時間を変更して、その日の運転制御スケジュールを試算することを特徴としている。前記の条件とは、気温や湿度等がある。このように構成すると、例えば当日の運転制御スケジュールを試算するとき、その日と気温や湿度等が似ている過去の運転制御スケジュールに基づいて、運転時間を変更することで、容易に運転制御スケジュールを試算でき、導入効果も容易に算出できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコジェネレーションシステムとして、燃料電池ユニットを用いた実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る燃料電池ユニットを備えるコジェネレーションシステムのシステム構成図、図2は、図1のシステムの前日の電力負荷の変動を示すグラフと運転制御スケジュール図、それに基づいて試算した当日の運転制御スケジュール図である。
【0013】
図1において、燃料電池コジェネレーションシステムは、商用電源1が供給されると共に、エネルギーとして都市ガス等の燃料ガス2が燃料電池ユニット10に供給され、燃料電池ユニット10で電気と熱とを生成し、電気を商用電源1に供給して電気機器5に出力すると共に、生成した熱を温水等を介して給湯機器等の熱機器6に出力するシステムである。燃料電池ユニット10は、燃料を改質する改質装置11、燃料電池スタック12、インバータ13及び熱交換器14を備え、これらは制御装置15により制御される。
【0014】
改質装置11は高温の状態で燃料ガス2の炭化水素に水蒸気を加えることによって改質し、水素を得る装置である。燃料電池スタック12は固体高分子型燃料電池であり、ここで水素と酸素を反応させて発生された直流電気はインバータ13に供給され、交流に変換されて商用電源1の幹線ライン4に出力される。熱交換器14は燃料電池スタック12の反応熱回収の他に、改質装置11の排熱回収を行い、温水を循環させて排熱を市水3が導入された貯湯槽16に蓄熱し、冷暖房や給湯等の熱機器6の熱源として利用する。幹線ライン4は各種電気機器等の電気機器5に接続され、貯湯槽16から給湯器、床暖房等の熱機器6に温水用の配管が接続される。なお、燃料ガス2は、都市ガスの他に、LPG、天然ガス等を用いてもよい。また、熱機器6の前に補助熱源7を設置し湯温が低いときに加熱するようにしてもよい。
【0015】
制御装置15はマイクロコンピュータ等で構成され、電気機器5や熱機器6の使用状況に対応して、燃料電池ユニット10を起動、停止させ、要求される電力や熱を発生させるものであり、プログラムタイマー機能を持つ運転制御部20を備えている。プログラムタイマーは、1日の時刻を計測すると共に、例えば所定の時刻にシステムを起動させ、他の所定時刻にシステムを停止させることができるDSS運転や、所定の時間帯は一定出力運転し、他の時間帯に負荷追従運転する等の運転制御をするように、燃料電池ユニット10の運転状態を時間帯により切換えて運転制御することができる。
【0016】
このシステムは商用電源1の系統と連系しており、基本的には電力負荷量に応じて出力を変動させる負荷追従運転を行うように運転制御部20が制御している。なお、24時間連続運転を行ってもよいし、1日の内で1回の起動、停止を行うDSS運転を行ってもよい。また、連続運転の中でも、常時負荷追従運転を行ってもよいし、時間帯毎に負荷追従運転と低出力運転を切換えてもよい。
【0017】
このシステムは、運転制御部20からの入力で過去の運転制御スケジュールを記憶する記憶手段21と、システムで使用する燃料の使用料金や排出ガス量を算出すると共に、燃料の使用料金削減額や排出ガスの削減等のデータを算出する算出手段22とを備えている。記憶手段21は、日付情報、温度、湿度等の気候情報等と共に、時間帯によって、例えば停止状態と負荷追従運転に切換えるDSS運転の運転制御スケジュールや、定格出力より小さい一定の出力で運転する一定出力運転と負荷追従運転とを切換える運転制御スケジュール等をデータベース化して記憶している。
【0018】
また、記憶手段21は商用電源の料金体系や、単位量当たりのガス料金等の料金データベースを備えると共に、商用電源の排出ガス量やガスを燃焼させたときの排出ガス量等の排出ガスデータベースを備えている。例えば、全国の電力会社の平均電気料金は25.4円/kWh、全国のガス会社の平均ガス料金は133.1円/m3 である。そして、CO2 排出原単位量として、全国の電力会社の平均で、1kWhに対するCO2 排出量に相当する炭素原子グラム数は、火力発電所を基準とした場合は116g−C/kWhである。さらに、都市ガスは640g−C/m3 であり、11000kcal/m3 の熱量を有しているため、都市ガスのCO2 排出原単位量は、50g−C/kWhとなる。電気料金やガス料金に変動があった場合は、図示していない設定装置等から再入力して変更する。これらの値はユーザーが直接入力するのではなく、CD−ROM等の記録媒体からの読み込みやインターネットの利用によるエネルギー供給会社からの情報ダウンロードでもよい。
【0019】
算出手段22は、記憶手段21のデータベースを基に、このシステムを導入した効果として、例えば運転に必要なエネルギーである燃料の使用料金の削減や排出ガス削減等の導入効果度を算出することができる。例えば1kWhの電力と、1kWhに相当する熱の需要がある場合、商用電源の電気料金は25.4円/kWhであるため、25.4+10.4/0.75(給湯器の熱効率)=39.3円となる。燃料電池ユニット10から発生させた電力の電気料金は10.4円/kWhであるため、10.4/0.35(燃料電池の変換効率)=29.7円/kWhとなり、結果としてコジェネレーション装置の方が1kWhに対して、39.3−29.7=9.6円だけ電気料金を削減できる。また、このときのCO2 ガスの削減量は、前記のように、商用電源1によるCO2 ガス排出量は116g−C/kWhで、燃料ガス2によるCO2 ガス排出量は50g−C/kWhであるため、半分以下に削減できる。
【0020】
そして、算出手段22は、算出した燃料の使用料金の削減や排出ガス削減等の導入効果を表すデータが大きくなるような運転制御スケジュールを試算することができる。例えば、前日の運転制御スケジュールに対して時間帯を変更することにより、料金削減や排出ガス削減が大きくなるような運転制御スケジュールを試算することができる。運転制御部20は算出手段22が試算した、料金の削減や排出ガス削減の大きい試算運転制御スケジュールに基づいて燃料電池ユニット10を運転させるように制御する。
【0021】
このシステムは、前記のとおり制御装置15内の記憶手段21に予め運転制御スケジュールが入力されており、その運転制御スケジュールに従って運転が行われる。このとき、明らかに負荷の時間帯の異なる運転制御スケジュールが予想される平日と休日等では、それぞれ異なる運転制御スケジュールを記憶していることが好ましい。例えば、平日の運転制御スケジュールとして、7時から23時を負荷追従運転とし、それ以外の時間帯は停止するというものを想定する。通常はこの運転制御スケジュールに従ってシステムは運転されるが、同じ運転であっても消費者の生活パターンは変動するため、その導入効果も変動する。そこで、翌日の運転制御スケジュールの設定を行う際に、過去の運転制御スケジュール、例えば前日の運転制御スケジュールの運転実績に対して、運転時間を変えた場合の試算を実施するのである。
【0022】
前記の如く構成された本実施形態のコジェネレーションシステムの動作について以下に説明する。燃料電池ユニット10には、燃料ガス2が供給され、供給された燃料ガス2は改質装置11にて水素に変換され、燃料電池スタック12に送られる。燃料電池スタック12内では水素と酸素を反応させて直流の電気と熱が発生する。出力される直流電力はインバータ13にて交流電力に変換され、商用電源1の幹線ライン4に供給される。また、改質装置11及び燃料電池スタック12で発生する熱は熱交換器14内を循環する水に供給され、貯湯槽16に蓄熱される。
【0023】
制御装置15では使用される電気機器5に見合った電気を燃料電池ユニット10から出力するように指令を出す。例えば、前日の運転制御スケジュールが、図2aに示すように、夜間の0時から朝の6時までは運転を停止し、6時から0時までは負荷追従運転を行うというように運転制御部20は運転制御スケジュールを設定し、燃料電池ユニット10に指令信号を送る。そして、負荷追従運転の間は、使用される電気機器の電力量によって燃料電池ユニット10の運転を制御する。電気負荷が大きく、燃料電池ユニット10からの電力では足らない場合は、商用電源1から買電して不足分を補っている。
【0024】
算出手段22は、翌日の運転制御スケジュールの設定を行う際に、前日又は過去の運転制御スケジュールの内、温度や湿度の条件が似ている日の運転制御スケジュールに対して、運転時間を変更した試算を実施する。例えば、算出手段22は、負荷追従運転を図2aに対して、6時から23時に設定した場合、8時から23時に設定した場合、7時から22時に設定した場合、あるいは7時から24時に設定した場合等の試算を行う。
【0025】
このようにして得られた試算結果の内、現行の運転制御スケジュールより大きな導入効果が得られる、例えば図2bに示すような運転制御スケジュールが得られたら、その結果を基に現行の運転制御スケジュールでなく、試算された運転制御スケジュールに基づいて運転するように運転制御部20が運転を制御する。図2bの運転制御スケジュールは、前日の電力負荷の実績に基づき、停止の時間帯を0時30分から5時に変更し、負荷追従運転を5時から翌日の0時30分にしている。この結果、システムは前日より大きな使用料金削減や排出ガス削減といった導入効果を得ることができる最適運転が可能となる。
【0026】
仮に、単一の運転制御スケジュールで運転を繰り返していると、ユーザーの行動パターンによっては導入効果が大きく低減してしまう事態を招く虞がある。また、消費者情報に基づいて予測して制御を行うためには無数の消費者情報のデータベースが必要であるが、本実施形態のシステムでは、例えば前日の運転制御スケジュールに基づき、燃料ガス2の使用料金削減額や排出ガス削減量を大きくするように試算した運転制御スケジュールで運転制御するため、ユーザーの生活形態に合わせて自動的に制御が最適化されていくことになる。
【0027】
つぎに、本発明の他の実施形態を図3に基づき詳細に説明する。図3は本発明に係るコジェネレーションシステムの他の実施形態のシステム構成図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、ある運転制御スケジュールに対して、算出手段で使用料金削減額や排出ガス削減量等の導入効果度をさらに大きくする運転制御スケジュールを試算し、この導入効果度を表示してユーザーに選択させ、どちらか一方の運転制御スケジュールを選んで切換えることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【0028】
図3において、このシステムは、前記の実施形態と同様の燃料電池ユニット10を制御する制御装置15は、運転制御部20、記憶手段21、算出手段22の他に、記憶手段21への入力手段23、選択スイッチ24aを有する選択手段24、表示装置25を備えている。表示装置25は算出手段22で算出した使用料金削減額や排出ガス削減量等のデータを導入効果度として、例えば燃料の使用料金を金額的にどの程度削減できるかを表示し、また排出ガスをどの程度削減できるかを表示する。
【0029】
そして、ユーザーは表示された使用料金削減額や排出ガス削減量等のデータを参考にして、試算した運転制御スケジュールと、試算前の記憶されている運転制御スケジュールの一方を、選択スイッチ24aで選択して選択手段24で切換える。なお、表示装置25は、前記の導入効果度を達成するための運転制御スケジュール、例えば何時から何時までは一定出力運転を行い、何時から何時までは負荷追従運転を行うという図2bに示すような表示を行うと、ユーザーはどのように変更されたかを容易に判断することができて好ましい。
【0030】
この実施形態においては、ユーザーは、使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きく、導入効果の大きい試算された運転制御スケジュールを選択すると、さらなる料金低減や、排出ガス低減を達成できるが、当日の行動や生活パターンを考慮し、試算された運転制御スケジュールが適切かを判断する。そして、試算の運転制御スケジュールに沿って生活することが可能の場合は試算の運転制御スケジュールを選択し、不可能の場合は試算前の運転制御スケジュールを選択するべく、選択手段24を選択スイッチ24aで切換える。ユーザーが運転制御スケジュールの選択を忘れた場合には、前記の実施形態と同様に自動的に試算の運転制御スケジュールを選択する。
【0031】
なお、運転制御部20はユーザーからの指示がない場合は自動的に試算の運転制御スケジュールに補正するようにしたが、指示がない場合には試算前の運転制御スケジュールを選択するように制御してもよく、あるいは必ず指示を待つように制御してもよい。
【0032】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、コジェネレーション装置として、燃料電池ユニットの例を示したが、ディーゼルエンジン等を使用して発電機を回転させ、熱と電気の両方を出力するものでもよい。燃料電池ユニットは固体高分子型燃料電池の例を示したが、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等でもよいことは勿論である。
【0033】
また、第1の実施形態において、記憶手段と算出手段は制御装置に内蔵されるものとしたが制御装置と別の構成でもよく、第2の実施形態においても、記憶手段、算出手段、及び選択手段は制御装置に内蔵されるものとしたが制御装置外に設けたものでもよい。さらに、表示装置を制御装置のコントローラに組み込んだ形態としてもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のコジェネレーションシステムは、このシステムを導入した効果である燃料の使用料金削減や排出ガス削減をさらに拡大することができる。また、特別な操作が不要で、より多くの消費者に対応し適切に更新された効率の良いシステムを提供できる。さらに、記憶手段は多数の情報を記憶する必要がなく、構成を簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態のシステム構成図。
【図2】(a)は図1のシステムの前日の電力負荷の変動を示すグラフと運転制御スケジュール図、(b)は(a)に基づき試算した当日の運転制御スケジュール図。
【図3】本発明に係るコジェネレーションシステムの他の実施形態のシステム構成図。
【符号の説明】
1…商用電源、2…燃料ガス、5…電気機器、6…熱機器、10…燃料電池ユニット、12…燃料電池スタック、15…制御装置、20…運転制御部、21…記憶手段、22…算出手段、24…選択手段、24a…選択スイッチ、25…表示装置
Claims (5)
- コジェネレーション装置に燃料を導入して電気と熱とを生成し、該電気を商用電源に供給して電気機器に出力すると共に前記熱を熱機器に出力するコジェネレーションシステムであって、
前記システムは、前記コジェネレーション装置の運転状態を時間帯により切換え運転制御する制御装置と、前記コジェネレーション装置の運転制御スケジュールの記憶手段と、前記燃料の使用料金及び前記燃料を得るときに発生する排出ガス量等を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、さらに前記記憶手段に記憶された運転制御スケジュールに基づき、前記商用電源からの電力料金等の商用ベースの使用料金及び排出ガス量との比較において前記燃料の使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、
前記制御装置は、前記試算された運転制御スケジュールに基づき前記コジェネレーション装置を運転制御することを特徴とするコジェネレーションシステム。 - コジェネレーション装置に燃料を導入して電気と熱とを生成し、該電気を商用電源に供給して電気機器に出力すると共に前記熱を熱機器に出力するコジェネレーションシステムであって、
前記システムは、前記コジェネレーション装置の運転状態を時間帯により切換え運転制御する制御装置と、前記コジェネレーション装置の運転制御スケジュールの記憶手段と、前記燃料の使用料金及び前記燃料を得るときに発生する排出ガス量等を算出する算出手段と、該算出手段で算出された前記使用料金や排出ガス量等を表示する表示手段と、運転制御スケジュールの選択手段とを備え、
前記算出手段は、さらに前記記憶手段に記憶された運転制御スケジュールに基づき、前記商用電源からの電力料金等の商用ベースの使用料金及び排出ガス量との比較において前記燃料の使用料金削減額や排出ガス削減量等が大きくなるような運転制御スケジュールを試算し、
前記表示手段は、前記試算された運転制御スケジュールで前記コジェネレーション装置を運転制御したときの前記使用料金削減額や前記排出ガス削減量等を表示し、
前記制御装置は、前記記憶された運転制御スケジュールと、前記試算された運転制御スケジュールの内の前記選択手段で選択された一方に基づいて、前記コジェネレーション装置を運転制御することを特徴とするコジェネレーションシステム。 - 前記表示手段は、さらに前記試算された運転制御スケジュールを表示することを特徴とする請求項2に記載のコジェネレーションシステム。
- 前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された運転制御スケジュールの運転時間を変更した運転制御スケジュールを試算することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコジェネレーションシステム。
- 前記算出手段は、前記記憶手段に記憶された運転制御スケジュールの内、作成する日と近似する条件の運転制御スケジュールの運転時間を変更して、その日の運転制御スケジュールを試算することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のコジェネレーションシステム。
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