JP2005264850A - Cogeneration device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cogeneration device having highly efficient operation in all operation regions. <P>SOLUTION: The cogeneration device comprises an engine 2, a generator 3 to be driven by the engine 2, an inverter 5 for inverting the AC output of the generator 3 into AC power of predetermined voltage and frequency, an exhaust heat recovery device 6 for recovering the exhaust heat of the engine, and an operation control device 12 using a first control mode for controlling the speed of the engine 2 corresponding to output power when the output power output from the inverter 5 to the outside is a first preset threshold value or higher and using a second control mode for controlling the output of the inverter to be variable while fixing the speed of the engine to a fixed value when the output power is lower than the first threshold value. When the output power is lower than the first threshold value, a purpose function which shows the performance of the cogeneration device for a predetermined purpose as compared with the case of using a commercial power source and an auxiliary heat source for a power load and a heat load is the maximum with the speed of the engine 2 being the fixed value. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、外部から供給される燃料を使用して第1の電力を発生する発電機ユニットと、第1の電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータと、発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えてなるコージェネレーション装置に関し、特に、コージェネレーション装置のエネルギ効率の向上が可能な運転制御技術に関する。   The present invention includes a generator unit that generates first power using fuel supplied from the outside, an inverter that converts the first power into second AC power having a predetermined voltage and frequency, and a generator The present invention relates to a cogeneration apparatus including an exhaust heat recovery apparatus that recovers exhaust heat discharged from a unit, and more particularly, to an operation control technique capable of improving energy efficiency of the cogeneration apparatus.

近年、CO排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が活発であり実用化も進んでおり、一般家庭、集合住宅、オフィスなどにおいても電力消費地で発電を行う分散型発電システムの利用が今後急速に進展するものと考えられる。特に、熱電併給可能なガスエンジンコージェネレーション装置等は、電力のみならず、ガスエンジンの発生する熱エネルギを同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。 In recent years, the development of distributed energy systems aimed at reducing CO 2 emissions and saving energy has been actively developed and put into practical use. The use of the power generation system is expected to progress rapidly in the future. In particular, a gas engine cogeneration apparatus that can supply both heat and electric power is attracting attention because of its high overall energy efficiency because it can effectively use not only electric power but also thermal energy generated by the gas engine at the same time.

ところで、コージェネレーション装置の運転制御として、ガスエンジンを予め設定した回転数で定格運転させる制御と、電力負荷の変動に追従してガスエンジンの回転数を増減させて負荷追従運転させる制御がある。前者の例として、例えば下記の特許文献1に、後者の例として、例えば下記の特許文献2に、各制御方法が開示されている。
特開2000−87801号公報 特開平10−280971号公報
By the way, as operation control of the cogeneration apparatus, there are control for causing the gas engine to perform rated operation at a preset rotation speed, and control for performing load follow-up operation by increasing / decreasing the rotation speed of the gas engine following the fluctuation of the power load. As an example of the former, each control method is disclosed, for example, in Patent Document 1 below, and as an example of the latter, for example, Patent Document 2 below.
JP 2000-87801 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-280971

しかしながら、コージェネレーション装置の運転制御として、エンジン回転数を固定する第1の制御と、エンジン回転数を可変とする第2の制御は、何れも特定の運転領域、つまり、コージェネレーション装置の一定の出力範囲では、高効率運転が可能で、コージェネレーション装置としての省エネルギ性を発揮するが、運転領域の全域では、最大限に高効率運転とはなっていない。   However, as the operation control of the cogeneration apparatus, both the first control for fixing the engine speed and the second control for making the engine speed variable are both in a specific operation region, that is, a constant value of the cogeneration apparatus. In the output range, high-efficiency operation is possible and energy-saving performance as a cogeneration device is demonstrated. However, high-efficiency operation is not maximized in the entire operation region.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転領域の全域で高効率運転が可能なコージェネレーション装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a cogeneration apparatus capable of high-efficiency operation over the entire operation region.

この目的を達成するための本発明に係るコージェネレーション装置の第一の特徴構成は、外部から供給される燃料を使用して回転エネルギを発生するエンジンと、前記エンジンの回転エネルギから第1の交流電力を発生する発電機と、前記第1の交流電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータと、前記エンジンの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えてなるコージェネレーション装置であって、前記インバータから外部に出力される出力電力が予め設定された第1閾値電力以上の場合は、前記エンジンの回転数を前記出力電力に応じて制御する第1制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第1閾値電力未満の場合は、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、前記インバータの出力を可変にして制御する第2制御モードで制御を行う運転制御装置を備え、前記出力電力が前記第1閾値電力未満では、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いた場合と比較したコージェネレーション装置の所定の目的に対する性能を表す目的関数が、前記エンジンの回転数が前記一定値において、仮に前記出力電力に応じて可変に制御した場合と比較して増大する点にある。   In order to achieve this object, a first characteristic configuration of a cogeneration apparatus according to the present invention includes an engine that generates rotational energy using fuel supplied from the outside, and a first alternating current from the rotational energy of the engine. A generator that generates electric power; an inverter that converts the first AC power into second AC power having a predetermined voltage and frequency; and an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat exhausted from the engine. A first control mode for controlling the engine speed in accordance with the output power when the output power output from the inverter to the outside is equal to or greater than a preset first threshold power If the output power is less than the first threshold power, the engine speed is fixed to a constant value and the output of the inverter is variable. A cogeneration apparatus comprising an operation control apparatus that performs control in the second control mode, and compared with a case where a commercial power source and an auxiliary heat source are used for the same power load and heat load when the output power is less than the first threshold power The objective function representing the performance for a predetermined purpose is that the engine speed increases at a constant value compared to a case where the engine speed is variably controlled according to the output power.

上記コージェネレーション装置の第一の特徴構成によれば、コージェネレーション装置から外部に出力される出力電力(インバータの出力電力からコージェネレーション装置内で消費される電力を差し引いた正味の出力電力)が第1閾値電力以下では、エンジンの回転数を一定値に固定することにより、コージェネレーション装置の目的関数が、当該回転数を出力電力に応じて可変に制御した場合と比較して増大するため、当該目的関数の改善が図れる。更に、当該一定値を適切に選択すれば、当該目的関数を最大或いは略最大とする一定値に固定して運転する制御を行うことができ、当該目的関数の更なる改善が図れる。   According to the first characteristic configuration of the cogeneration device, the output power output from the cogeneration device to the outside (the net output power obtained by subtracting the power consumed in the cogeneration device from the output power of the inverter) is the first. Below 1 threshold power, by fixing the engine speed to a constant value, the objective function of the cogeneration system increases compared to the case where the speed is variably controlled according to the output power. The objective function can be improved. Furthermore, if the constant value is appropriately selected, it is possible to perform control to fix the objective function at a constant value that maximizes or substantially maximizes the objective function, and the objective function can be further improved.

本願の発明者は、エンジンの回転数を当該一定値に固定して運転すると目的関数が最大となる出力電力範囲が、出力電力の低出力領域に存在することを見出し、更に、当該出力電力範囲の上限値を超えた領域では、出力電力の上昇とともに、目的関数を最大とするエンジンの回転数が高くなることを見出した。この結果、当該出力電力範囲の上限値を第1閾値電力に設定して、出力電力が第1閾値電力未満では、エンジンの回転数固定の第2制御モードで、出力電力が第1閾値電力以上では、エンジンの回転数可変の第1制御モードで、運転制御することで、全ての出力電力範囲(運転領域)で所定の目的関数を最適化するエンジン回転数の制御が可能となる。   The inventor of the present application has found that an output power range in which the objective function is maximized when the engine speed is fixed to the constant value is present in a low output region of the output power. It has been found that the engine speed at which the objective function is maximized increases as the output power increases in the region where the upper limit value of is exceeded. As a result, when the upper limit value of the output power range is set to the first threshold power and the output power is less than the first threshold power, the output power is equal to or higher than the first threshold power in the second control mode in which the engine speed is fixed. Then, by controlling the operation in the first control mode in which the engine speed is variable, it is possible to control the engine speed that optimizes a predetermined objective function in the entire output power range (operation region).

従って、本特徴構成のコージェネレーション装置では、電力負荷、或いは、系統連系時においては電力負荷と系統連系状態に応じて出力電力の制御値が別途決定されると、その決定された出力電力に対して目的関数を最適化するエンジン回転数での運転が可能となる。   Therefore, in the cogeneration apparatus of this characteristic configuration, when the control value of the output power is determined separately according to the power load or the power load and the grid connection state at the time of grid connection, the determined output power In contrast, it is possible to operate at an engine speed that optimizes the objective function.

同第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記運転制御装置が、前記エンジンの回転数を前記第1制御モードで制御する場合、前記出力電力に応じて予め設定された回転数に制御し、前記予め設定された回転数が、前記出力電力を出力可能な複数の回転数候補の中から前記目的関数が最大となる回転数を選択して決定される点にある。   In addition to the first characteristic configuration, the second characteristic configuration is preset according to the output power when the operation control device controls the engine speed in the first control mode. The number of rotations is controlled, and the preset number of rotations is determined by selecting the number of rotations that maximizes the objective function from among a plurality of rotation number candidates that can output the output power.

上記コージェネレーション装置の第二の特徴構成によれば、出力電力が第1閾値電力以上で変化する場合に、出力電力に応じた予め設定された回転数でエンジンの運転制御を行うことで、目的関数を最適化するエンジン回転数の制御が可能となる。また、出力電力の変化に応じてその都度目的関数を演算しながら制御する必要がなく制御が簡単化される。   According to the second characteristic configuration of the cogeneration apparatus, when the output power changes at or above the first threshold power, the engine operation control is performed at a preset rotational speed corresponding to the output power. The engine speed can be controlled to optimize the function. Further, it is not necessary to perform control while calculating the objective function each time the output power changes, and the control is simplified.

同第三の特徴構成は、外部から供給される燃料を使用して第1の電力を発生する発電機ユニットと、前記第1の電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータと、前記発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えてなるコージェネレーション装置であって、前記インバータから外部に出力される出力電力が予め設定された第2閾値電力以上の場合は、前記インバータの出力を前記出力電力に応じて可変にして制御する第3制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第2閾値電力未満の場合は、前記インバータの出力を一定値に固定し、前記出力電力と前記第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費するように制御する第4制御モードで制御を行う運転制御装置を備え、前記出力電力が前記第2閾値電力より小さい場合に、前記第3制御モードより前記第4制御モードで制御する方が、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いた場合と比較したコージェネレーション装置の所定の目的に対する性能を表す目的関数が増大する点にある。   The third characteristic configuration includes a generator unit that generates first power using fuel supplied from the outside, and converts the first power into second AC power having a predetermined voltage and frequency. A cogeneration apparatus comprising an inverter and an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat exhausted by the generator unit, wherein the output power output to the outside from the inverter is preset second threshold power In the above case, the control is performed in the third control mode in which the output of the inverter is made variable and controlled according to the output power. When the output power is less than the second threshold power, the output of the inverter is constant. An operation control device that performs control in a fourth control mode that controls the difference between the output power and the second threshold power to be consumed by a built-in electric heater, the output power being the second power When the power is smaller than the value power, the control in the fourth control mode is more preferable than the third control mode in comparison with the case where a commercial power source and an auxiliary heat source are used for the same power load and heat load. The objective function representing the performance for the purpose of the system is increased.

上記コージェネレーション装置の第三の特徴構成によれば、コージェネレーション装置から外部に出力される出力電力(インバータの出力電力からコージェネレーション装置内で消費される電力を差し引いた正味の出力電力)が第2閾値電力以下では、インバータ出力を固定し、出力電力と第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費する第4制御モードでの制御によって、コージェネレーション装置の目的関数の改善が図れる。   According to the third characteristic configuration of the cogeneration apparatus, the output power output from the cogeneration apparatus to the outside (the net output power obtained by subtracting the power consumed in the cogeneration apparatus from the output power of the inverter) is the first. Below 2 threshold powers, the objective function of the cogeneration apparatus can be improved by controlling in the fourth control mode in which the inverter output is fixed and the difference between the output power and the second threshold power is consumed by the built-in electric heater.

本願の発明者は、発電機ユニットから出力される一定の電力を、インバータを制御して出力電力として出力する場合に、出力電力の低下に追従させてインバータの出力を制御すると、出力電力の低出力領域において、インバータの出力を一定値に固定し、出力電力と第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費せることで、目的関数を増大可能であることを見出した。この結果、当該出力電力の低出力領域の上限値を第2閾値電力に設定して、出力電力が第2閾値電力未満では、インバータ出力固定の第4制御モードで、出力電力が第2閾値電力以上では、インバータ出力を出力電力に追従させて可変とする第3制御モードで、夫々運転制御することで、全ての出力電力範囲(運転領域)で所定の目的関数を最適化するインバータ制御が可能となる。   The inventor of the present application controls the output of the inverter by following the decrease in the output power when the constant power output from the generator unit is output as output power by controlling the inverter. It has been found that the objective function can be increased by fixing the output of the inverter to a constant value in the output region and consuming the difference between the output power and the second threshold power with the built-in electric heater. As a result, the upper limit value of the low output region of the output power is set to the second threshold power, and when the output power is less than the second threshold power, the output power is the second threshold power in the fourth control mode with the inverter output fixed. In the above, inverter control that optimizes a predetermined objective function in the entire output power range (operation region) is possible by controlling the operation in the third control mode in which the inverter output is made variable following the output power. It becomes.

従って、本特徴構成のコージェネレーション装置では、電力負荷、或いは、系統連系時においては電力負荷と系統連系状態に応じて出力電力の制御値が別途決定されると、その決定された出力電力に対して目的関数を最適化するインバータ出力での運転が可能となる。   Therefore, in the cogeneration apparatus of this characteristic configuration, when the control value of the output power is determined separately according to the power load or the power load and the grid connection state at the time of grid connection, the determined output power In contrast, an inverter output that optimizes the objective function can be operated.

同第四の特徴構成は、上記第一または第二の特徴構成に加えて、前記運転制御装置が、前記出力電力が前記第1閾値電力より小さい所定の第2閾値電力以上で前記第1閾値電力未満の場合は、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、前記インバータの出力を前記出力電力に応じて可変にして制御する第5制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第2閾値電力未満の場合は、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、且つ、前記インバータの出力を一定値に固定し、前記出力電力と前記第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費するように制御する第6制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第2閾値電力より小さい場合に、前記第5制御モードより前記第6制御モードで制御する方が、前記目的関数が増大する点にある。   In the fourth feature configuration, in addition to the first feature configuration or the second feature configuration, the operation control device is configured such that the output power is equal to or higher than a predetermined second threshold power that is smaller than the first threshold power. When the power is less than electric power, the engine speed is fixed to a constant value, and control is performed in a fifth control mode in which the output of the inverter is varied and controlled according to the output power. When the power is less than the threshold power, the engine speed is fixed to a constant value, the output of the inverter is fixed to a constant value, and the difference between the output power and the second threshold power is consumed by a built-in electric heater. When the control is performed in the sixth control mode that controls the output power and the output power is smaller than the second threshold power, the objective function increases when the control is performed in the sixth control mode rather than the fifth control mode. There is in point to do.

上記コージェネレーション装置の第四の特徴構成によれば、第2制御モードでの制御を、出力電力が第2閾値電力以下では、第6制御モードで制御を行うことで、更に目的関数の最適化がなされる。従って、上記第一または第二の特徴構成の作用効果に加えて、上記第三の特徴構成の作用効果が加わり、全ての出力電力範囲(運転領域)で所定の目的関数を最適化するエンジン回転数及びインバータ出力の制御が可能となる。   According to the fourth characteristic configuration of the cogeneration apparatus, the objective function is further optimized by performing the control in the second control mode, and the control in the sixth control mode when the output power is equal to or lower than the second threshold power. Is made. Therefore, in addition to the operational effect of the first or second characteristic configuration, the operational effect of the third characteristic configuration is added, and the engine speed that optimizes a predetermined objective function in the entire output power range (operating region) The number and inverter output can be controlled.

同第五の特徴構成は、上記第一、第二または第四の特徴構成に加えて、前記第1閾値電力の設定が、前記排熱回収装置で回収された排熱の利用形態と時間帯の少なくとも何れか一方に応じて変更可能である点にある。   In the fifth feature configuration, in addition to the first, second, or fourth feature configuration, the setting of the first threshold power is a use mode and a time zone of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device. It can be changed in accordance with at least one of the above.

同第六の特徴構成は、上記第三または第四の特徴構成に加えて、前記第2閾値電力の設定が、前記排熱回収装置で回収された排熱の利用形態と時間帯の少なくとも何れか一方に応じて変更可能である点にある。   In the sixth feature configuration, in addition to the third or fourth feature configuration, the setting of the second threshold power is at least one of a use form and a time zone of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device. It is in the point which can be changed according to either.

コージェネレーション装置の目的関数は、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いた場合と比較したコージェネレーション装置の所定の目的に対する性能を表す指標であるため、例えば、上記目的が省エネルギである場合は、商用電源の使用する発電・送電設備の効率及び補助熱源(例えば、ガスボイラ等)の効率と、コージェネレーション装置の発電効率と排熱回収効率との総合的な比較が目的関数となる。しかし、時間帯によって、商用電源の使用する発電設備が異なると、発電効率が変化し、また、排熱の利用形態によって補助熱源の負荷が変動して効率が変化する。また、上記目的がCO排出量削減でも同様である。従って、上記コージェネレーション装置の第五または第六の特徴構成によれば、時間帯或いは排熱の利用形態によって目的関数の定義が異なっても、目的関数の変化に対応した目的関数の最適化が図れる。 The objective function of the cogeneration apparatus is an index representing the performance for a predetermined purpose of the cogeneration apparatus compared to the case where the commercial power supply and the auxiliary heat source are used for the same power load and heat load. In the case of energy saving, the purpose is to comprehensively compare the efficiency of power generation / transmission facilities using commercial power sources and the efficiency of auxiliary heat sources (for example, gas boilers) with the power generation efficiency and exhaust heat recovery efficiency of cogeneration equipment It becomes a function. However, if the power generation equipment used by the commercial power source varies depending on the time zone, the power generation efficiency changes, and the load of the auxiliary heat source varies depending on the use form of the exhaust heat, thereby changing the efficiency. The above purpose is the same for CO 2 emission reduction. Therefore, according to the fifth or sixth characteristic configuration of the cogeneration apparatus, even if the definition of the objective function differs depending on the time zone or the use form of the exhaust heat, the optimization of the objective function corresponding to the change of the objective function is possible. I can plan.

同第七の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記目的関数が前記コージェネレーション装置の発電効率と排熱回収効率の線形和で表される点にある。ここで、線形和とは、発電効率に所定の係数を乗じ、排熱回収効率に所定の係数を乗じ、両者を足し合わせたものである。   The seventh feature configuration is that, in addition to any one of the feature configurations described above, the objective function is expressed as a linear sum of power generation efficiency and exhaust heat recovery efficiency of the cogeneration apparatus. Here, the linear sum is obtained by multiplying the power generation efficiency by a predetermined coefficient, multiplying the exhaust heat recovery efficiency by a predetermined coefficient, and adding the two together.

上記コージェネレーション装置の第七の特徴構成によれば、発電効率に乗じる所定の係数と、排熱回収効率に乗じる所定の係数を、夫々適宜選択することで、目的関数の目的として種々のものが選択でき、且つ、時間帯或いは排熱の利用形態によって目的関数の定義が異なる場合にも、当該係数の変更によって対応可能となる。   According to the seventh characteristic configuration of the cogeneration apparatus, by appropriately selecting a predetermined coefficient that multiplies the power generation efficiency and a predetermined coefficient that multiplies the exhaust heat recovery efficiency, various objective functions can be obtained. Even when the definition of the objective function varies depending on the time zone or the utilization form of exhaust heat, it can be handled by changing the coefficient.

同第八の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記目的関数の前記目的が前記コージェネレーション装置によるエネルギ消費量削減、CO排出量削減、エネルギコスト削減の内の1つである点にある。 In the eighth feature configuration, in addition to any of the feature configurations described above, the objective of the objective function is one of energy consumption reduction, CO 2 emission reduction, and energy cost reduction by the cogeneration device. There is a point.

上記コージェネレーション装置の第八の特徴構成によれば、エネルギ消費量削減効果、CO排出量削減効果、または、エネルギコスト削減効果を指標として、コージェネレーション装置の運転制御を行うことができ、結果として、全ての運転領域において、エネルギ消費量削減、CO排出量削減、または、エネルギコスト削減を図ることができる。 According to the eighth characteristic configuration of the cogeneration apparatus, the operation of the cogeneration apparatus can be controlled by using the energy consumption reduction effect, the CO 2 emission reduction effect, or the energy cost reduction effect as an index. As a result, it is possible to reduce energy consumption, CO 2 emission, or energy cost in all operation regions.

本発明に係るコージェネレーション装置(以下、適宜「本発明装置」という。)の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。   An embodiment of a cogeneration apparatus according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention apparatus” as appropriate) will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、本発明装置1は、都市ガス(外部から供給される燃料に相当)を燃焼して回転エネルギを発生するガスエンジンやマイクロガスタービン等のエンジン2と、エンジン2の回転エネルギから第1の交流電力を発生する発電機3とからなる発電機ユニット4、発電機3が発生した第1の交流電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータ5、エンジン2の排出する排熱を回収して熱負荷32に対して熱エネルギを供給する排熱回収装置6、インバータ5から出力される一部の電力を消費して排熱回収装置6に熱エネルギを供給する電気ヒータ7、インバータ5から外部に出力される正味の出力電力P1を電力負荷31と系統電源30との連系状態等に応じて制御する制御値を決定する出力制御手段8、及び、インバータ5の出力を制御する第1運転制御部9とエンジン2の回転数を制御する第2運転制御部10と電気ヒータ7の動作を制御する第3運転制御部11からなる運転制御手段12を備えて構成される。また、本発明装置1は、一例として、インバータ5の出力が系統電源30と系統連系して電力負荷31に対して電力供給する構成となっている。   As shown in FIG. 1, the device 1 of the present invention includes an engine 2 such as a gas engine or a micro gas turbine that generates rotational energy by burning city gas (corresponding to fuel supplied from the outside), and rotation of the engine 2. A generator unit 4 comprising a generator 3 that generates first AC power from energy, an inverter 5 that converts the first AC power generated by the generator 3 into second AC power having a predetermined voltage and frequency, The exhaust heat recovery device 6 that recovers exhaust heat exhausted from the engine 2 and supplies thermal energy to the heat load 32, consumes a part of the electric power output from the inverter 5, and heat energy An electric heater 7 for supplying electric power, an output control means 8 for determining a control value for controlling the net output power P1 output to the outside from the inverter 5 in accordance with the interconnection state between the power load 31 and the system power source 30, and the like; Operation control means 12 comprising a first operation control unit 9 that controls the output of the inverter 5, a second operation control unit 10 that controls the rotation speed of the engine 2, and a third operation control unit 11 that controls the operation of the electric heater 7. It is prepared for. Moreover, this invention apparatus 1 becomes a structure which supplies the electric power with respect to the electric power load 31 by connecting the output of the inverter 5 with the system power supply 30 as an example.

インバータ3は、発電機3が発生した第1の交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換部と、AC/DC変換部で変換された直流電力を系統電源30と同じ電圧と周波数の第2の交流電力に変換するDC/AC変換部と、DC/AC変換部で変換された第2の交流電力と系統電源30の交流電力とを連系接続する連系継電器等を備えて構成される。インバータ3は公知の回路構成をもって実現されるので詳細な説明は割愛する。   The inverter 3 includes an AC / DC converter that converts the first AC power generated by the generator 3 into DC power, and the DC power converted by the AC / DC converter at the same voltage and frequency as the system power supply 30. A DC / AC conversion unit that converts the AC power into two AC powers, and an interconnection relay that interconnects the second AC power converted by the DC / AC conversion unit and the AC power of the system power supply 30. The Since the inverter 3 is realized with a known circuit configuration, a detailed description thereof is omitted.

排熱回収装置6は、エンジン2の排出する排熱を熱交換により熱媒体(例えば水)を加熱して回収する熱交換器、貯湯槽、ガスボイラ等の補助熱源機等からなり、家庭内の浴槽、浴室、台所等への給湯、及び、各室の暖房用の循環給湯等の熱負荷32に対して、温水を媒体として熱エネルギを供給可能に構成されている。   The exhaust heat recovery device 6 is composed of a heat exchanger, a hot water tank, an auxiliary heat source device such as a gas boiler, etc. that recovers exhaust heat exhausted from the engine 2 by heat exchange by heat exchange, It is configured to be able to supply heat energy using hot water as a medium to a heat load 32 such as hot water supply to a bathtub, bathroom, kitchen, etc., and circulating hot water supply for heating each room.

出力制御手段8は、電力負荷31と系統電源30との連系状態を、インバータ5内及び外部に設置された電流計及び電圧計(図示せず)の計測値に基づいて判定し、その判定結果に基づいて、或いは、予め設定された運転計画に基づいて、本発明装置1の外部に出力する出力電力P1の制御値を決定する。例えば、系統電源30への逆潮流を行わずに、電力負荷31の変化に追従する場合は、本発明装置1の最大出力までは、電力負荷31の消費電力と出力電力P1が一致するように出力電力P1の制御値が設定される。   The output control means 8 determines the interconnection state between the power load 31 and the system power supply 30 based on the measured values of an ammeter and a voltmeter (not shown) installed inside and outside the inverter 5, and the determination Based on the result or based on a preset operation plan, the control value of the output power P1 output to the outside of the device 1 of the present invention is determined. For example, when following the change of the power load 31 without performing the reverse power flow to the system power supply 30, the power consumption of the power load 31 and the output power P 1 are matched until the maximum output of the device 1 of the present invention. A control value of the output power P1 is set.

運転制御手段12の各制御部9〜11は、出力制御手段8が決定した出力電力P1の制御値に基づいて、後述する運転制御を実行する。以下、運転制御手段12の各制御部9〜11の制御動作について、3つの実施形態を説明する。   Each of the control units 9 to 11 of the operation control unit 12 performs operation control to be described later based on the control value of the output power P1 determined by the output control unit 8. Hereinafter, three embodiments of the control operations of the control units 9 to 11 of the operation control unit 12 will be described.

出力制御手段8及び運転制御手段12は、夫々の処理をソフトウェア的に実行することで実現され、全体は、例えばマイクロコンピュータ等のストアードプログラム方式のコンピュータシステムを応用して構成される。   The output control means 8 and the operation control means 12 are realized by executing respective processes as software, and the whole is configured by applying a stored program type computer system such as a microcomputer.

〈第1実施形態〉
第1実施形態に係る運転制御は、専ら第1運転制御部9と第2運転制御部10によって実行される。図2に示すように、出力電力P1が、予め設定された第1閾値電力Pt1以上では、第1制御モードによる制御が、第1閾値電力Pt1未満では、第2制御モードによる制御が実行される。第1制御モードでは、出力電力P1とエンジン2の最適回転数Rxとの対応関係が予め設定されテーブル化或いは関数化されたものを使用して、第2運転制御部10が出力電力P1に対応する最適回転数Rxでエンジン2の回転数Rを制御する。また、第2制御モードでは、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係において、出力電力P1が第1閾値電力Pt1のときの最適回転数Rx1に固定してエンジン2の回転数Rを制御する。第1制御モードと第2制御モードの何れの制御モードにおいても、第1運転制御部9は、出力電力P1が、出力制御手段8が決定した制御値と一致するようにインバータ5の出力を制御する。ここで、インバータ出力をP2とし、インバータ出力P2の一部であって本発明装置1の内部(例えば、発電機ユニット4の補機や上述の電気ヒータ7等)で消費される内部電力負荷P3とすると、出力電力P1は、P1=P2−P3で与えられる。従って、第1運転制御部9は、内部電力負荷P3を計測して、その計測値P3と出力電力P1の和となるように、インバータ出力P2を制御する。尚、内部電力負荷P3が既知の場合は、その既知の値を使用する。
<First Embodiment>
The operation control according to the first embodiment is executed exclusively by the first operation control unit 9 and the second operation control unit 10. As shown in FIG. 2, when the output power P1 is equal to or higher than the preset first threshold power Pt1, control in the first control mode is executed, and when the output power P1 is less than the first threshold power Pt1, control in the second control mode is executed. . In the first control mode, the second operation control unit 10 corresponds to the output power P1 by using a table in which the correspondence relationship between the output power P1 and the optimum rotational speed Rx of the engine 2 is preset and tabulated or functioned. The rotational speed R of the engine 2 is controlled by the optimum rotational speed Rx. In the second control mode, the rotational speed R of the engine 2 is controlled by fixing the optimal rotational speed Rx1 when the output power P1 is the first threshold power Pt1 in the correspondence relationship between the output power P1 and the optimal rotational speed Rx. To do. In both the first control mode and the second control mode, the first operation control unit 9 controls the output of the inverter 5 such that the output power P1 matches the control value determined by the output control means 8. To do. Here, the inverter output is P2, and an internal power load P3 that is a part of the inverter output P2 and is consumed inside the device 1 of the present invention (for example, the auxiliary machine of the generator unit 4 or the above-described electric heater 7). Then, the output power P1 is given by P1 = P2-P3. Accordingly, the first operation control unit 9 measures the internal power load P3 and controls the inverter output P2 so as to be the sum of the measured value P3 and the output power P1. If the internal power load P3 is known, the known value is used.

次に、第1制御モードと第2制御モードの境界値である第1閾値電力Pt1及び出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係の導出方法について説明する。   Next, a method for deriving a correspondence relationship between the first threshold power Pt1 and the output power P1, which are boundary values between the first control mode and the second control mode, and the optimum rotational speed Rx will be described.

本発明装置1または本発明装置1と同じ型式の同一機種を用いて、エンジン2の回転数Rを低回転から高回転(例えば、600rpm〜2800rpm)まで段階的に変化させて、複数通りの出力電力P1毎に、各回転数での本発明装置1の発電効率Yeと排熱回収効率Yhを実験により求める。発電効率Yeは、本発明装置1に対して投入された1次エネルギ(都市ガスの熱量)に対してインバータ5から出力され外部で有効に利用できる出力電力P1の比率で求められ、上述の如く、内部電力負荷P3は除外される。また、排熱回収効率Yhは、本発明装置1に対して投入された1次エネルギ(都市ガスの熱量)に対して、エンジン2から排出される排熱の回収熱で、排熱回収装置6での放熱分を差し引いた熱負荷32で有効に利用できる正味の熱出力の比率で与えられる。   Using the same device of the present invention device 1 or the same model as the present device 1, the rotational speed R of the engine 2 is changed stepwise from a low rotation to a high rotation (for example, 600 rpm to 2800 rpm), and a plurality of outputs are provided. For each electric power P1, the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh of the device 1 of the present invention at each rotation speed are obtained by experiments. The power generation efficiency Ye is obtained by the ratio of the output power P1 output from the inverter 5 to the primary energy (the amount of heat of city gas) input to the device 1 of the present invention and effectively used outside, as described above. The internal power load P3 is excluded. The exhaust heat recovery efficiency Yh is the recovered heat of exhaust heat exhausted from the engine 2 with respect to the primary energy (the amount of heat of city gas) input to the device 1 of the present invention. It is given by the ratio of the net heat output that can be effectively used with the heat load 32 after subtracting the amount of heat released at.

エンジン2の出力は、エンジン2の回転数Rとトルクの積で与えられるため、一定のエンジン出力に対して、回転数とトルクの組み合わせが多数存在する。ここで、エンジン2の軸出力の効率だけを見ると、低回転・高トルクで運転した方が効率は良い。また、エンジン回転数Rと発電機3の出力電圧Vgの関係は、回転数にほぼ比例して出力電圧Vgが高くなる。例えば、回転数R=800rmpで140Vの場合は、回転数R=2400rmpで420Vとなる。ところで、インバータ5の変換効率は、発電機3の出力電圧Vgが所定電圧(例えば、350V)以上では、例えば95%程度の高効率を維持するものの、例えば300V以下では、発電機3の出力電圧Vgの低下とともにインバータ5の変換効率が急激に低下し、140V(回転数R=800rmp)では、約70%にまで低下する。エンジン2の軸出力は低回転域で高効率であるが、インバータ5の変換効率は高回転域で高効率となるため、総合的な発電効率Yeは、出力電力P1に応じて最適な回転数が異なることになる。   Since the output of the engine 2 is given by the product of the rotational speed R and the torque of the engine 2, there are many combinations of the rotational speed and the torque for a certain engine output. Here, looking only at the shaft output efficiency of the engine 2, the efficiency is better when the engine 2 is operated at a low rotation and a high torque. Further, the relationship between the engine speed R and the output voltage Vg of the generator 3 is such that the output voltage Vg increases in proportion to the speed. For example, when the rotational speed R = 800 rpm and 140V, the rotational speed R = 2400 rpm and 420V. By the way, the conversion efficiency of the inverter 5 is maintained at a high efficiency of, for example, about 95% when the output voltage Vg of the generator 3 is a predetermined voltage (for example, 350 V) or higher. The conversion efficiency of the inverter 5 rapidly decreases as Vg decreases, and decreases to about 70% at 140 V (rotation speed R = 800 rpm). The shaft output of the engine 2 is high efficiency in the low rotation range, but the conversion efficiency of the inverter 5 is high efficiency in the high rotation range. Therefore, the total power generation efficiency Ye is the optimum rotation speed according to the output power P1. Will be different.

また、コージェネレーション装置としての本発明装置1の総合効率(Ye+Yh)は、同じ出力電力P1におけるエンジン回転数Rの変化に対して、発電効率Yeに比べて大きくは変化しない。従って、排熱回収効率Yhは、エンジン回転数Rに対して発電効率Yeとは逆の特性を示す。   Further, the overall efficiency (Ye + Yh) of the inventive device 1 as a cogeneration device does not change much compared to the power generation efficiency Ye with respect to the change in the engine speed R at the same output power P1. Therefore, the exhaust heat recovery efficiency Yh exhibits a characteristic opposite to the power generation efficiency Ye with respect to the engine speed R.

さて、コージェネレーション装置は投入された1次エネルギ(都市ガスの熱量)に対して電力と熱エネルギの2つのエネルギを発生することから、コージェネレーション装置の性能評価の指標として、数1に示す目的関数Ixを用いて、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いて電力供給及び熱エネルギ供給を行った場合の性能と比較することができる。ここで、商用電源と補助熱源はコージェネレーション装置を使用しない場合の代替手段であり、仮に従来装置と呼ぶ。本発明装置1では、1次エネルギとして都市ガスを使用し、排熱回収装置6の補助熱源機としてガスボイラを想定しているので、従来装置の補助熱源も同じく都市ガスを燃料とするガスボイラを想定する。   Now, since the cogeneration device generates two energies of electric power and heat energy with respect to the input primary energy (the amount of heat of city gas), the purpose shown in Equation 1 as an index for evaluating the performance of the cogeneration device Using the function Ix, it is possible to compare the performance with power supply and thermal energy supply using a commercial power source and an auxiliary heat source for the same power load and heat load. Here, the commercial power source and the auxiliary heat source are alternative means when the cogeneration apparatus is not used, and are temporarily called a conventional apparatus. In the device 1 of the present invention, city gas is used as the primary energy, and a gas boiler is assumed as an auxiliary heat source device of the exhaust heat recovery device 6, so that the auxiliary heat source of the conventional device is also assumed to be a gas boiler using city gas as fuel. To do.

(数1)
Ix=(Ke×Ye+Kh×Yh)×100 (%)
(Equation 1)
Ix = (Ke × Ye + Kh × Yh) × 100 (%)

数1において、Keはコージェネレーション装置の発電効率と商用電源の発電効率を比較対照するための係数で、比較する性能に応じて設定が異なる。また、Khはコージェネレーション装置の排熱回収効率と従来装置の補助熱源(ガスボイラ)の熱効率を比較対照するための係数で、比較する性能に応じて設定が異なる。比較する性能とは、コージェネレーション装置の導入により改善しようとする対象目的の性能であり、例えば、エネルギ消費量削減、CO排出量削減、及び、エネルギコスト削減等が挙げられる。 In Equation 1, Ke is a coefficient for comparing and comparing the power generation efficiency of the cogeneration apparatus and the power generation efficiency of the commercial power supply, and the setting differs depending on the performance to be compared. Kh is a coefficient for comparing and comparing the exhaust heat recovery efficiency of the cogeneration apparatus and the thermal efficiency of the auxiliary heat source (gas boiler) of the conventional apparatus, and the setting differs depending on the performance to be compared. The performance to be compared is a target performance to be improved by the introduction of a cogeneration apparatus, and examples thereof include energy consumption reduction, CO 2 emission reduction, energy cost reduction, and the like.

例えば、エネルギ消費量削減を目的とした場合の性能比較では、数1に示す目的関数Ixの各係数Ke、Khは、夫々、火力発電所の効率0.4の逆数と一般的なガスボイラの熱効率0.88の逆数で与えられる。ここで、従来装置に比べてコージェネレーション装置の方が、電力と熱エネルギを総合して省エネルギである場合には、数1の目的関数Ixが100(%)を超える。従って、本発明装置1が従来装置と比べて所定の目的において高性能であるためには、Ix>100が条件となる。更に、この目的関数が全ての運転領域で最大値を取り得れば、当該所定の目的(例えば、エネルギ消費量削減)において最適運転がなされることになる。   For example, in the performance comparison for the purpose of reducing energy consumption, the coefficients Ke and Kh of the objective function Ix shown in Equation 1 are the reciprocal of the thermal power plant efficiency 0.4 and the thermal efficiency of a general gas boiler, respectively. It is given by the reciprocal of 0.88. Here, when the cogeneration apparatus is more energy-saving than the conventional apparatus by combining power and heat energy, the objective function Ix of Equation 1 exceeds 100 (%). Therefore, Ix> 100 is a condition for the device 1 of the present invention to have high performance for a predetermined purpose as compared with the conventional device. Furthermore, if the objective function can take the maximum value in all the operation regions, the optimum operation is performed for the predetermined purpose (for example, energy consumption reduction).

ここで、エネルギ消費量削減を目的とした場合において、上記要領でエンジン2の回転数Rを段階的に変化させて、複数通りの出力電力P1毎に求められた発電効率Yeと排熱回収効率Yhを、数1の目的関数Ixに代入することで、複数通りの出力電力P1に対して回転数Rをパラメータとする目的関数Ixの特性を導出できる。例えば、図3に示すような特性が得られる。図3では、説明の簡単のために回転数Rとして、800、1200、1600、2000、2400、2800(rpm)の6通りの場合について示す。   Here, when the purpose is to reduce the amount of energy consumption, the rotational speed R of the engine 2 is changed stepwise in the manner described above, and the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency obtained for each of a plurality of types of output power P1. By substituting Yh into the objective function Ix of Equation 1, it is possible to derive the characteristics of the objective function Ix with the rotation speed R as a parameter for a plurality of types of output power P1. For example, characteristics as shown in FIG. 3 can be obtained. In FIG. 3, six cases of 800, 1200, 1600, 2000, 2400, and 2800 (rpm) are shown as the rotation speed R for simplicity of explanation.

本実施形態では、図3に示すように、出力電力P1が1500W以下では、回転数Rが1200rpmの場合に目的関数Ixが高くなり、出力電力P1が1500W以上では、出力電力P1の増大とともに、目的関数Ixが最大となるエンジン2の最適回転数Rxも高くなることが分かる。従って、出力電力P1に対して回転数Rをパラメータとする目的関数Ixの特性より、出力電力P1に対して目的関数Ixの最大値を与える最適回転数Rxの関係が求まるので、これを予めテーブル化或いは関数化しておき、上述の第1制御モードと第2制御モードにおけるエンジン2の回転数を制御に用いる。また、出力電力P1と最適回転数Rxの対応関係より、出力電力P1を減少させても、最適回転数Rxが減少しなくなる境界点の出力電力P1が、第1閾値電力Pt1となる。図3に示す例では、第1閾値電力Pt1は1500Wとなり、第2制御モードにおける固定回転数Rx1は1200rpmとなる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the output power P1 is 1500 W or less, the objective function Ix increases when the rotational speed R is 1200 rpm, and when the output power P1 is 1500 W or more, the output power P1 increases. It can be seen that the optimum rotational speed Rx of the engine 2 that maximizes the objective function Ix also increases. Accordingly, since the relationship between the output power P1 and the objective function Ix having the rotation speed R as a parameter, the relationship between the output power P1 and the optimum rotation speed Rx that gives the maximum value of the objective function Ix is obtained. The number of revolutions of the engine 2 in the first control mode and the second control mode is used for control. Further, from the correspondence relationship between the output power P1 and the optimum rotation speed Rx, the output power P1 at the boundary point at which the optimum rotation speed Rx does not decrease even if the output power P1 is decreased becomes the first threshold power Pt1. In the example shown in FIG. 3, the first threshold power Pt1 is 1500 W, and the fixed rotation speed Rx1 in the second control mode is 1200 rpm.

出力電力P1の低出力領域において出力電力P1を減少させても、最適回転数Rxが減少しなくなるのは、上述のように、エンジン回転数Rを低下させるとインバータ5の変換効率の低下が顕著になることと、排熱回収効率Yhにおいて、エンジン回転数Rに関係なく排熱回収装置6からの一定量の放熱が存在するため、エンジン回転数Rを低下させると排熱回収効率Yhも実質的に低下することが原因するものと考えられる。   Even if the output power P1 is decreased in the low output region of the output power P1, the optimum rotational speed Rx does not decrease. As described above, when the engine rotational speed R is decreased, the conversion efficiency of the inverter 5 is significantly decreased. Therefore, in the exhaust heat recovery efficiency Yh, there is a certain amount of heat released from the exhaust heat recovery device 6 regardless of the engine speed R. Therefore, if the engine speed R is decreased, the exhaust heat recovery efficiency Yh is also substantially reduced. It is thought that this is caused by a decline in the temperature.

〈第2実施形態〉
第2実施形態に係る運転制御は、専ら第1運転制御部9と第3運転制御部11によって実行される。図4に示すように、出力電力P1が、予め設定された第2閾値電力Pt2以上では、第3制御モードによる制御が、第2閾値電力Pt2未満では、第4制御モードによる制御が実行される。第3制御モードでは、第1運転制御部9がインバータ5の出力P2を出力電力P1に応じて可変にして制御する。具体的には、第1運転制御部9は、出力電力P1が、出力制御手段8が決定した制御値と一致し、P1=P2−P3の関係を維持するようにインバータ出力P2を制御する。また、第4制御モードでは、第1運転制御部9がインバータ5の出力を一定値P2xに固定し、第3運転制御部11が、電気ヒータ7を作動させて、出力電力P1と第2閾値電力Pt2の差分を消費するように制御する。従って、インバータ出力P2を一定値P2xに固定した状態で、出力電力P1が第2閾値電力Pt2より小さくなってくると、P1=P2x−P3の関係を維持するためには、内部電力負荷P3の消費電力を電気ヒータ7の作動によって増加させる必要が生じる。当該増加分は、(Pt2−P1)で与えられる。尚、本実施形態では、第2運転制御部10はエンジン2の回転数Rを一定値に固定して制御を行う場合を想定する。
Second Embodiment
The operation control according to the second embodiment is executed exclusively by the first operation control unit 9 and the third operation control unit 11. As shown in FIG. 4, when the output power P1 is greater than or equal to the preset second threshold power Pt2, control in the third control mode is executed, and when the output power P1 is less than the second threshold power Pt2, control in the fourth control mode is executed. . In the third control mode, the first operation control unit 9 performs control by making the output P2 of the inverter 5 variable according to the output power P1. Specifically, the first operation control unit 9 controls the inverter output P2 so that the output power P1 matches the control value determined by the output control means 8, and the relationship P1 = P2-P3 is maintained. In the fourth control mode, the first operation control unit 9 fixes the output of the inverter 5 to a constant value P2x, and the third operation control unit 11 operates the electric heater 7 to output power P1 and the second threshold value. Control is performed so as to consume the difference in power Pt2. Therefore, when the output power P1 becomes smaller than the second threshold power Pt2 in a state where the inverter output P2 is fixed to the constant value P2x, in order to maintain the relationship of P1 = P2x−P3, the internal power load P3 It is necessary to increase the power consumption by operating the electric heater 7. The increase is given by (Pt2-P1). In the present embodiment, it is assumed that the second operation control unit 10 performs control while fixing the rotational speed R of the engine 2 to a constant value.

次に、第3制御モードと第4制御モードの境界値である第2閾値電力Pt2の導出方法について説明する。   Next, a method for deriving the second threshold power Pt2, which is a boundary value between the third control mode and the fourth control mode, will be described.

本発明装置1または本発明装置1と同じ型式の同一機種を用いて、複数の第2閾値電力Pt2の候補を選択して、複数通りの出力電力P1毎に、夫々の第2閾値電力Pt2に対応した第3制御モードまたは第4制御モードでのインバータ5及び電気ヒータ7の制御を行い、本発明装置1の発電効率Yeと排熱回収効率Yhを実験により求める。発電効率Yeと排熱回収効率Yhの定義は、第1実施形態で説明した通りであり、同じ要領で発電効率Yeと排熱回収効率Yhを測定する。   Using the same device of the present invention device 1 or the same model as the present device 1, a plurality of second threshold power Pt2 candidates are selected, and each second output power P1 is set to each second threshold power Pt2. The inverter 5 and the electric heater 7 are controlled in the corresponding third control mode or fourth control mode, and the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh of the device 1 of the present invention are obtained by experiments. The definitions of the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh are as described in the first embodiment, and the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh are measured in the same manner.

次に、出力電力P1及び第2閾値電力Pt2の各条件で発電効率Yeと排熱回収効率Yhが求まると、第1実施形態と同様に、数1の目的関数に代入することで、複数通りの出力電力P1に対して第2閾値電力Pt2をパラメータとする目的関数Ixの特性を導出できる。例えば、図5に示すような特性が得られる。図5では、説明の簡単のために第2閾値電力Pt2として、2000W、1000W、0Wの3通りの場合について示す。Pt2=2000Wの場合は、図5に示す第2閾値電力Pt2の範囲では、常時インバータ5の出力P2が、2000W+P3に固定され、第2閾値電力Pt2(=2000W)と出力電力P1の差分が電気ヒータ7で消費される(第4制御モード)。Pt2=1000Wの場合は、図5に示す第2閾値電力Pt2の範囲では、出力電力P1が1000W以上でインバータ出力P2が、P1=P2−P3の関係を維持すべく可変となり(第3制御モード)、出力電力P1が1000W未満でインバータ5の出力P2が、1000W+P3に固定され、第2閾値電力Pt2(=1000W)と出力電力P1の差分が電気ヒータ7で消費される(第4制御モード)。また、Pt2=0Wの場合は、図5に示す第2閾値電力Pt2の範囲では、常時インバータ出力P2が、P1=P2−P3の関係を維持すべく可変となり、電気ヒータ7は作動しない(第3制御モード)。   Next, when the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh are obtained under the conditions of the output power P1 and the second threshold power Pt2, as in the first embodiment, by substituting into the objective function of Formula 1, a plurality of ways can be obtained. The characteristic of the objective function Ix with the second threshold power Pt2 as a parameter can be derived with respect to the output power P1. For example, characteristics as shown in FIG. 5 are obtained. In FIG. 5, three cases of 2000 W, 1000 W, and 0 W are shown as the second threshold power Pt <b> 2 for ease of explanation. In the case of Pt2 = 2000W, the output P2 of the inverter 5 is always fixed at 2000W + P3 within the range of the second threshold power Pt2 shown in FIG. 5, and the difference between the second threshold power Pt2 (= 2000W) and the output power P1 is Consumed by the heater 7 (fourth control mode). In the case of Pt2 = 1000 W, within the range of the second threshold power Pt2 shown in FIG. 5, the output power P1 is 1000 W or more and the inverter output P2 is variable to maintain the relationship of P1 = P2-P3 (third control mode ), The output power P1 is less than 1000 W, the output P2 of the inverter 5 is fixed at 1000 W + P3, and the difference between the second threshold power Pt2 (= 1000 W) and the output power P1 is consumed by the electric heater 7 (fourth control mode) . In the case of Pt2 = 0 W, the inverter output P2 is always variable to maintain the relationship P1 = P2-P3 in the range of the second threshold power Pt2 shown in FIG. 3 control mode).

本実施形態では、図5に示すように、出力電力P1が1000W未満では、Pt2=1000W(第4制御モード)とPt2=0W(第3制御モード)を比較すると、Pt2=1000Wの方が、目的関数Ixが大きいことが分かる。つまり、第2閾値電力Pt2を1000Wとした場合に、出力電力P1が第2閾値電力Pt2より小さい場合に、第3制御モードより第4制御モードで制御する方が、目的関数Ixが増大し、本発明装置1をより高効率、省エネルギで運転できることになる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the output power P1 is less than 1000 W, when Pt2 = 1000 W (fourth control mode) and Pt2 = 0 W (third control mode) are compared, Pt2 = 1000 W is It can be seen that the objective function Ix is large. That is, when the second threshold power Pt2 is set to 1000 W, when the output power P1 is smaller than the second threshold power Pt2, the control in the fourth control mode rather than the third control mode increases the objective function Ix, The device 1 of the present invention can be operated with higher efficiency and energy saving.

更に、図5に示すように、出力電力P1が1000W以上では、Pt2=1000W(第3制御モード)とPt2=0W(第3制御モード)を比較すると、何れも第3制御モードでの制御となり、条件が同じになり目的関数Ixが一致する。これに対し、Pt2=2000W(第4制御モード)は、Pt2=1000W(第3制御モード)とPt2=0W(第3制御モード)より目的関数Ixが小さいことが分かる。ここで、第4制御モード領域では、出力電力P1と目的関数Ixは線形な特性となっている。   Further, as shown in FIG. 5, when the output power P1 is 1000 W or more, when comparing Pt2 = 1000 W (third control mode) and Pt2 = 0 W (third control mode), both are controlled in the third control mode. The conditions become the same and the objective function Ix matches. On the other hand, it can be seen that Pt2 = 2000 W (fourth control mode) has a smaller objective function Ix than Pt2 = 1000 W (third control mode) and Pt2 = 0 W (third control mode). Here, in the fourth control mode region, the output power P1 and the objective function Ix have linear characteristics.

仮に、第2閾値電力Pt2の候補として、1000W〜2000Wの中間値を選択すると、出力電力P1が当該中間値以上では、第3制御モードでの制御となり、当該中間値未満では、第4制御モードでの制御となるが、その特性の傾きは、Pt2=2000WとPt2=1000Wと中間的な傾きとなり、出力電力P1が当該中間値未満の全領域で、必ずしも目的関数Ixが最大とはならない。つまり、Pt2=0W(第3制御モード)より目的関数Ixが小さい領域が存在する。更に、第2閾値電力Pt2の候補として、0W〜1000Wの中間値を選択すると、明らかに出力電力P1が1000W未満の領域で、目的関数Ixがより大きな第2閾値電力Pt2が存在する。従って、本実施形態では、図5に示すように、第2閾値電力Pt2は1000Wに設定し、出力電力P1が1000W以上で第3制御モードでの制御、出力電力P1が1000W未満で第4制御モードでの制御を夫々実行すると、出力電力P1の全領域で目的関数Ixを最適化可能な運転が可能となる。   If an intermediate value of 1000 W to 2000 W is selected as a candidate for the second threshold power Pt2, the control is performed in the third control mode when the output power P1 is equal to or greater than the intermediate value, and in the fourth control mode when the output power P1 is less than the intermediate value. However, the gradient of the characteristic is intermediate between Pt2 = 2000 W and Pt2 = 1000 W, and the objective function Ix is not necessarily the maximum in the entire region where the output power P1 is less than the intermediate value. That is, there is a region where the objective function Ix is smaller than Pt2 = 0 W (third control mode). Furthermore, when an intermediate value of 0 W to 1000 W is selected as a candidate for the second threshold power Pt2, there is clearly a second threshold power Pt2 with a larger objective function Ix in a region where the output power P1 is less than 1000 W. Accordingly, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the second threshold power Pt2 is set to 1000 W, the output power P1 is 1000 W or more and control in the third control mode, and the output power P1 is less than 1000 W and the fourth control is performed. When the control in each mode is executed, an operation capable of optimizing the objective function Ix in the entire region of the output power P1 becomes possible.

以上を纏めると、第2閾値電力Pt2の設定は、複数の第2閾値電力Pt2の候補を選択して、複数通りの出力電力P1毎に、夫々の第2閾値電力Pt2に対応した第3制御モードまたは第4制御モードでのインバータ5及び電気ヒータ7の制御を行い、本発明装置1の発電効率Yeと排熱回収効率Yhを実験により求める。そして、発電効率Yeと排熱回収効率Yhを数1に代入して目的関数Ixを求め、複数通りの出力電力P1に対して第2閾値電力Pt2をパラメータとする目的関数Ixの特性を導出する。そして、得られた目的関数Ixの特性から、出力電力P1が第2閾値電力Pt2より小さい場合に、第3制御モードより第4制御モードで制御する方が、目的関数Ixが増大する第2閾値電力Pt2の最大値を抽出する。   In summary, the second threshold power Pt2 is set by selecting a plurality of second threshold power Pt2 candidates and performing a third control corresponding to each second threshold power Pt2 for each of the plurality of output powers P1. The inverter 5 and the electric heater 7 are controlled in the mode or the fourth control mode, and the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh of the device 1 of the present invention are obtained by experiments. Then, by substituting the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh into Equation 1, the objective function Ix is obtained, and the characteristic of the objective function Ix using the second threshold power Pt2 as a parameter for a plurality of types of output power P1 is derived. . Then, from the obtained characteristic of the objective function Ix, when the output power P1 is smaller than the second threshold power Pt2, the second threshold value at which the objective function Ix increases when the control is performed in the fourth control mode rather than the third control mode. The maximum value of the power Pt2 is extracted.

出力電力P1の低出力領域では、発電効率Yeが極端に低下するが、発電機3の出力が一定の場合に、第3制御モードから第4制御モードに制御を切り替えると、インバータ5の出力増加に伴い発電機3の出力負荷が増大して、エンジン2の排熱回収による排熱回収効率Yhは減少するが、電気ヒータ7の加熱による排熱回収効率Yhがそれを上回って増加するため、目的関数Ixが増大する。従って、出力電力P1の低出力領域において、インバータ5の出力を一定値P2xに固定し、電気ヒータ7を作動させて、出力電力P1と第2閾値電力Pt2の差分を消費するように制御することで目的関数Ixが改善される。   In the low output region of the output power P1, the power generation efficiency Ye is extremely reduced. However, when the control is switched from the third control mode to the fourth control mode when the output of the generator 3 is constant, the output of the inverter 5 increases. As a result, the output load of the generator 3 increases and the exhaust heat recovery efficiency Yh due to the exhaust heat recovery of the engine 2 decreases, but the exhaust heat recovery efficiency Yh due to the heating of the electric heater 7 increases above that, The objective function Ix increases. Therefore, in the low output region of the output power P1, the output of the inverter 5 is fixed to a constant value P2x, the electric heater 7 is operated, and control is performed so as to consume the difference between the output power P1 and the second threshold power Pt2. Thus, the objective function Ix is improved.

〈第3実施形態〉
第3実施形態に係る運転制御は、第1運転制御部9と第2運転制御部10と第3運転制御部11によって実行される。図6に示すように、出力電力P1が、予め設定された第1閾値電力Pt1以上では、第1制御モードによる制御が、第1閾値電力Pt1未満で予め設定された第2閾値電力Pt2以上では、第5制御モードによる制御が、第2閾値電力Pt2未満では、第6制御モードによる制御が実行される。第1制御モードでは、出力電力P1とエンジン2の最適回転数Rxとの対応関係が予め設定されテーブル化或いは関数化されたものを使用して、第2運転制御部10が出力電力P1に対応する最適回転数Rxでエンジン2の回転数Rを制御する。第5及び第6制御モードでは、第2運転制御部10が出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係において、出力電力P1が第1閾値電力Pt1のときの最適回転数Rx1に固定してエンジン2の回転数Rを制御する。第1及び第5制御モードでは、第1運転制御部9は、出力制御手段8が決定した制御値と一致し、P1=P2−P3の関係を維持するようにインバータ出力P2を制御する。第6制御モードでは、第1運転制御部9がインバータ5の出力を一定値P2xに固定し、第3運転制御部11が、電気ヒータ7を作動させて、出力電力P1と第2閾値電力Pt2の差分を消費するように制御する。従って、インバータ出力P2を一定値P2xに固定した状態で、出力電力P1が第2閾値電力Pt2より小さくなってくると、P1=P2x−P3の関係を維持するためには、内部電力負荷P3の消費電力を電気ヒータ7の作動によって増加させる必要が生じる。当該増加分は、(Pt2−P1)で与えられる。
<Third Embodiment>
The operation control according to the third embodiment is executed by the first operation control unit 9, the second operation control unit 10, and the third operation control unit 11. As shown in FIG. 6, when the output power P1 is equal to or higher than the first threshold power Pt1 set in advance, the control in the first control mode is less than the second threshold power Pt2 set lower than the first threshold power Pt1. When the control in the fifth control mode is less than the second threshold power Pt2, the control in the sixth control mode is executed. In the first control mode, the second operation control unit 10 corresponds to the output power P1 by using a table in which the correspondence relationship between the output power P1 and the optimum rotational speed Rx of the engine 2 is preset and tabulated or functioned. The rotational speed R of the engine 2 is controlled by the optimum rotational speed Rx. In the fifth and sixth control modes, the second operation control unit 10 fixes the optimal rotational speed Rx1 when the output power P1 is the first threshold power Pt1 in the correspondence relationship between the output power P1 and the optimal rotational speed Rx. The rotational speed R of the engine 2 is controlled. In the first and fifth control modes, the first operation control unit 9 controls the inverter output P2 so as to coincide with the control value determined by the output control means 8 and to maintain the relationship of P1 = P2-P3. In the sixth control mode, the first operation control unit 9 fixes the output of the inverter 5 to a constant value P2x, and the third operation control unit 11 operates the electric heater 7 to output power P1 and the second threshold power Pt2. Control to consume the difference. Therefore, when the output power P1 becomes smaller than the second threshold power Pt2 in a state where the inverter output P2 is fixed to the constant value P2x, in order to maintain the relationship of P1 = P2x−P3, the internal power load P3 It is necessary to increase the power consumption by operating the electric heater 7. The increase is given by (Pt2-P1).

第3実施形態では、第1実施形態における第2制御モードを第2実施形態における第3制御モードと第4制御モードによって分割して、夫々第5制御モードと第6制御モードとしている。従って、第5制御モードによる制御は、第2及び第3制御モードの制御を同時に実行することになり、第6制御モードによる制御は、第2及び第4制御モードの制御を同時に実行することになる。従って、本実施形態では、上記第1実施形態と第2実施形態の特徴を兼ね備えることになり、出力電力P1の全領域で、目的関数Ixの最適化がより一層図れることになる。   In the third embodiment, the second control mode in the first embodiment is divided into the third control mode and the fourth control mode in the second embodiment, and is set as the fifth control mode and the sixth control mode, respectively. Therefore, the control in the fifth control mode executes the control in the second and third control modes at the same time, and the control in the sixth control mode executes the control in the second and fourth control modes at the same time. Become. Therefore, in this embodiment, the features of the first embodiment and the second embodiment are combined, and the objective function Ix can be further optimized in the entire region of the output power P1.

第1制御モードと第5制御モードの境界値である第1閾値電力Pt1、第5制御モードと第6制御モードの境界値である第2閾値電力Pt2、及び、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係の導出方法は、夫々第1実施形態及び第2実施形態で説明したものと同じであり、重複する説明は割愛する。   The first threshold power Pt1 that is the boundary value between the first control mode and the fifth control mode, the second threshold power Pt2 that is the boundary value between the fifth control mode and the sixth control mode, and the output power P1 and the optimum rotational speed Rx The method of deriving the correspondence relationship is the same as that described in the first embodiment and the second embodiment, respectively, and redundant description is omitted.

以下に、別の実施形態につき説明する。   Hereinafter, another embodiment will be described.

〈1〉上記第1または第3実施形態では、運転制御手段12が運転制御モードの判定に使用する第1閾値電力Pt1は、数1に示す目的関数Ixに基づいて設定された1つの値を使用する場合を説明した。しかし、目的関数Ixの各係数Ke、Khは、エネルギ消費量削減を目的とした場合の性能比較では、夫々、火力発電所の効率0.4の逆数と一般的なガスボイラの熱効率0.88の逆数で与えられる。従って、時間帯によって商用電源の発電設備が変わる場合には、例えば、夏期の昼間の電力ピーク時間帯には、老朽火力発電所も稼働状態となるため、効率が0.4から0.35程度に低下するので、係数Keが大きくなり目的関数Ixの計算結果が変わる。この結果、時間帯に適合した第1閾値電力Pt1を予め導出しておき、運転制御手段12が時間帯を識別して、適切な第1閾値電力Pt1を選択して使用するのも好ましい実施の形態である。更に、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係についても、時間帯に適合した対応関係を予め導出しておき、運転制御手段12が時間帯を識別して、適切な第1閾値電力Pt1と対応関係を選択して使用する。   <1> In the first or third embodiment, the first threshold power Pt1 used by the operation control unit 12 for determining the operation control mode is a single value set based on the objective function Ix shown in Equation 1. Explained when to use. However, the coefficients Ke and Kh of the objective function Ix are respectively the reciprocal of the thermal power plant efficiency of 0.4 and the thermal efficiency of a general gas boiler of 0.88 in the performance comparison for the purpose of reducing energy consumption. It is given as an inverse number. Therefore, when the power generation facility of the commercial power source changes depending on the time of day, for example, since the old thermal power plant is also in operation during the daytime peak hours of summer, the efficiency is about 0.4 to 0.35 Therefore, the coefficient Ke increases and the calculation result of the objective function Ix changes. As a result, it is also preferable that the first threshold power Pt1 suitable for the time zone is derived in advance, and the operation control means 12 identifies the time zone and selects and uses the appropriate first threshold power Pt1. It is a form. Further, as for the correspondence relationship between the output power P1 and the optimum rotational speed Rx, a correspondence relationship suitable for the time zone is derived in advance, and the operation control means 12 identifies the time zone, and the appropriate first threshold power Pt1. Select the correspondence and use.

また、ガスボイラの熱効率は、給湯需要と暖房需要で異なる。つまり、給湯需要では、例えば加熱温度範囲が水温から42℃前後であり、暖房需要では、例えば加熱温度範囲が60℃から80℃であるので、給湯需要に対する効率が0.88に対して、暖房需要に対する効率は0.8に下がるので、排熱回収装置6で回収された排熱の利用形態(給湯、暖房の割合)によって係数Khが変化し目的関数Ixの計算結果が変わる。また、暖房需要に対する効率は、使用する機器の暖房効率が暖房熱負荷量によって変化する場合がある。例えば、定格運転(出力5kW)では、効率が0.8であるところ、部分負荷運転(出力2kW)では、効率が0.75に低下する場合等において、係数Khが変化し目的関数Ixの計算結果が変わる。この結果、排熱回収装置6で回収された排熱の種々の利用形態(給湯・暖房の割合、暖房負荷状態)に適合した第1閾値電力Pt1を、予め複数通り導出しておき、運転制御手段12が当該利用形態を識別して、適切な第1閾値電力Pt1を選択して使用するのも好ましい実施の形態である。更に、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係についても、当該利用形態に適合した対応関係を予め導出しておき、運転制御手段12が当該利用形態を識別して、適切な第1閾値電力Pt1と対応関係を選択して使用する。   In addition, the thermal efficiency of the gas boiler differs between hot water supply demand and heating demand. That is, in the hot water supply demand, for example, the heating temperature range is around 42 ° C. from the water temperature, and in the heating demand, for example, the heating temperature range is 60 ° C. to 80 ° C. Since the efficiency with respect to the demand is reduced to 0.8, the coefficient Kh changes depending on the use form (the ratio of hot water supply and heating) of the exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device 6, and the calculation result of the objective function Ix changes. Moreover, the efficiency with respect to a heating demand may change the heating efficiency of the apparatus to be used with heating heat load amount. For example, in the rated operation (output 5 kW), the efficiency is 0.8. In the partial load operation (output 2 kW), when the efficiency drops to 0.75, the coefficient Kh changes and the objective function Ix is calculated. The result changes. As a result, a plurality of first threshold electric powers Pt1 suitable for various utilization forms of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device 6 (ratio of hot water supply / heating, heating load state) are derived in advance, and operation control is performed. In the preferred embodiment, the means 12 identifies the usage pattern and selects and uses the appropriate first threshold power Pt1. Further, with respect to the correspondence relationship between the output power P1 and the optimum rotational speed Rx, a correspondence relationship suitable for the usage mode is derived in advance, and the operation control means 12 identifies the usage mode and sets an appropriate first threshold value. The correspondence relationship with the power Pt1 is selected and used.

〈2〉上記第2または第3実施形態では、運転制御手段12が運転制御モードの判定に使用する第2閾値電力Pt2は、数1に示す目的関数Ixに基づいて設定された1つの値を使用する場合を説明した。この場合も、上記別実施形態〈1〉と同様に、時間帯に適合した第2閾値電力Pt2を予め導出しておき、運転制御手段12が時間帯を識別して、適切な第2閾値電力Pt2を選択して使用するのも好ましい実施の形態である。   <2> In the second or third embodiment, the second threshold power Pt2 used by the operation control unit 12 for determining the operation control mode is a single value set based on the objective function Ix shown in Equation 1. Explained when to use. Also in this case, similarly to the above-described another embodiment <1>, the second threshold power Pt2 adapted to the time zone is derived in advance, and the operation control means 12 identifies the time zone, and the appropriate second threshold power It is also a preferred embodiment to select and use Pt2.

更に、排熱回収装置6で回収された排熱の種々の利用形態(給湯・暖房の割合、暖房負荷状態)に適合した第2閾値電力Pt2を、予め複数通り導出しておき、運転制御手段12が当該利用形態を識別して、適切な第2閾値電力Pt2を選択して使用するのも好ましい実施の形態である。   Further, a plurality of second threshold powers Pt2 suitable for various utilization forms of the exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device 6 (ratio of hot water supply / heating, heating load state) are derived in advance, and the operation control means It is also a preferred embodiment that 12 identifies the usage pattern and selects and uses the appropriate second threshold power Pt2.

〈3〉上記第各実施形態において、エネルギ消費量削減を目的とした場合の目的関数Ixを用いた場合を説明したが、目的関数Ixの目的、つまり、性能比較の対象は、エネルギ消費量削減(省エネルギ)の他に、CO排出量削減やエネルギコスト削減であっても構わない。この場合、目的関数Ixの各係数Ke、Khが目的の違いに応じて変化する。 <3> In the first embodiment, the case where the objective function Ix for the purpose of reducing the energy consumption is used has been described. However, the purpose of the objective function Ix, that is, the performance comparison target is the energy consumption reduction. In addition to (energy saving), CO 2 emission reduction and energy cost reduction may be used. In this case, the coefficients Ke and Kh of the objective function Ix change according to the purpose.

例えば、CO排出量削減が目的の場合には、同じ出力電力に対して、コージェネレーション装置と商用電源で効率が異なり、更に、単位1次エネルギ量に対するCO排出量が異なるため、火力発電所の効率0.4の逆数で与えられる係数Keをコージェネレーション装置と商用電源間の上記CO排出量の比で補正することで、CO排出量削減を目的とする目的関数Ixが得られる。尚、従来装置の補助熱源がガスボイラの場合は、1次エネルギが同じ都市ガスであるので、係数Khに対する補正は必要ない。 For example, when the purpose is to reduce CO 2 emissions, the efficiency is different between the cogeneration system and the commercial power supply for the same output power, and furthermore, the CO 2 emissions for the unit primary energy amount are different. The objective function Ix for the purpose of reducing CO 2 emissions can be obtained by correcting the coefficient Ke given by the reciprocal of the efficiency 0.4 at the ratio of the CO 2 emissions between the cogeneration system and the commercial power source. . In addition, when the auxiliary heat source of the conventional apparatus is a gas boiler, since the primary energy is the same city gas, it is not necessary to correct the coefficient Kh.

また、エネルギコスト削減が目的の場合には、同じ出力電力に対して、電力単価と、当該出力電力を発生するのに使用した都市ガスのガス料金の間に差があるので、係数Keは、火力発電所の効率の逆数に代えて、出力電力の単位電力量1kWh当りの電力単価を同単位電力量1kWh当りの都市ガス単価で除したものを使用する。尚、従来装置の補助熱源がガスボイラの場合は、1次エネルギが同じ都市ガスであるので、係数Khはそのまま変更せずにガスボイラの熱効率の逆数を使用する。   In the case where the purpose is to reduce the energy cost, for the same output power, there is a difference between the power unit price and the gas price of the city gas used to generate the output power. Instead of the reciprocal of the efficiency of the thermal power plant, the unit price of the output power per unit kWh divided by the unit price of city gas per unit kWh is used. When the auxiliary heat source of the conventional apparatus is a gas boiler, since the primary energy is the same city gas, the coefficient Kh is not changed and the reciprocal of the thermal efficiency of the gas boiler is used.

ここで、CO排出量削減やエネルギコスト削減が目的の場合についても、係数Keが時間帯によって異なり、係数Khが排熱回収装置6で回収された排熱の種々の利用形態(給湯、暖房の割合)によって異なるので、上記別実施形態〈1〉及び〈2〉と同様に、時間帯或いは当該利用形態に適合した第1閾値電力Pt1、第2閾値電力Pt2、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係を予め導出しておき、運転制御手段12が時間帯を識別して、適切な第1閾値電力Pt1、第2閾値電力Pt2、出力電力P1と最適回転数Rxとの対応関係を選択して使用するのが好ましい。 Here, also in the case where CO 2 emission reduction and energy cost reduction are intended, the coefficient Ke varies depending on the time zone, and the coefficient Kh is various utilization forms of the exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device 6 (hot water supply, heating) The ratio of the first threshold power Pt1, the second threshold power Pt2, the output power P1 and the optimum rotational speed suitable for the time zone or the usage pattern is the same as in the other embodiments <1> and <2>. The correspondence relationship with Rx is derived in advance, and the operation control means 12 identifies the time zone, and the correspondence relationship between the appropriate first threshold power Pt1, second threshold power Pt2, output power P1, and optimum rotational speed Rx. It is preferable to select and use.

〈4〉上記実施形態において、本発明装置1は、エンジン2と発電機3とからなる発電機ユニット4を備えたガスエンジン式のコージェネレーション装置を例に目的関数Ixを最適化可能な運転制御方法を説明したが、上記第2実施形態で説明した制御は、ガスエンジン式のコージェネレーション装置以外に、例えば、燃料電池式のコージェネレーション装置にも適用可能である。   <4> In the above embodiment, the device 1 of the present invention is an operation control capable of optimizing the objective function Ix, taking as an example a gas engine type cogeneration apparatus including the generator unit 4 including the engine 2 and the generator 3. Although the method has been described, the control described in the second embodiment can be applied to, for example, a fuel cell type cogeneration apparatus in addition to the gas engine type cogeneration apparatus.

〈5〉上記実施形態において、電気ヒータ7は、インバータ5の交流出力P2で電力供給される場合を説明したが、電気ヒータ7は、インバータ5の内部電力、例えば、AC/DC変換部で変換された直流電力の一部を用いて電力供給する構成であっても構わない。   <5> In the above embodiment, the case where the electric heater 7 is supplied with power by the AC output P2 of the inverter 5 has been described, but the electric heater 7 is converted by the internal power of the inverter 5, for example, by an AC / DC converter. The power may be supplied using a part of the direct current power.

〈6〉上記実施形態において、出力電力P1、エンジン回転数R、最適回転数Rx、第1閾値電力Pt1、第2閾値電力Pt2、目的関数Ix、各係数Ke、Kh等の値は、一例を参考に示したものであり、上記実施形態の値に限定されるものではない。   <6> In the above embodiment, the values of the output power P1, the engine speed R, the optimum speed Rx, the first threshold power Pt1, the second threshold power Pt2, the objective function Ix, the coefficients Ke, Kh, etc. are examples. It is shown for reference and is not limited to the values in the above embodiment.

また、目的関数Ixとして、数1に示すコージェネレーション装置の発電効率Yeと排熱回収効率Yhの線形和で表される場合を示したが、数1に示すIxの逆数を目的関数として用いても構わない。この場合、目的関数を最小化することで、所定の目的に対して最適化がなされる。   Moreover, although the case where the objective function Ix is expressed by a linear sum of the power generation efficiency Ye and the exhaust heat recovery efficiency Yh of the cogeneration apparatus expressed by Equation 1, the reciprocal of Ix expressed by Equation 1 is used as the objective function. It doesn't matter. In this case, optimization for a predetermined objective is performed by minimizing the objective function.

本発明に係るコージェネレーション装置の一実施形態を示すブロック構成図The block block diagram which shows one Embodiment of the cogeneration apparatus which concerns on this invention 本発明に係るコージェネレーション装置の第1実施形態に係る運転制御を模式的に示す図The figure which shows typically the operation control which concerns on 1st Embodiment of the cogeneration apparatus which concerns on this invention. 回転数Rをパラメータとする出力電力P1と目的関数Ixの関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the output power P1 with the rotation speed R as a parameter and the objective function Ix 本発明に係るコージェネレーション装置の第2実施形態に係る運転制御を模式的に示す図The figure which shows typically the operation control which concerns on 2nd Embodiment of the cogeneration apparatus which concerns on this invention. 第2閾値電力Pt2をパラメータとする出力電力P1と目的関数Ixの関係を示す特性図A characteristic diagram showing the relationship between the output power P1 and the objective function Ix using the second threshold power Pt2 as a parameter 本発明に係るコージェネレーション装置の第3実施形態に係る運転制御を模式的に示す図The figure which shows typically the operation control which concerns on 3rd Embodiment of the cogeneration apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1: 本発明に係るコージェネレーション装置
2: エンジン
3: 発電機
4: 発電機ユニット
5: インバータ
6: 排熱回収装置
7: 電気ヒータ
8: 出力制御手段
9: 第1運転制御部
10: 第2運転制御部
11: 第3運転制御部
12: 運転制御手段
30: 系統電源
31: 電力負荷
32: 熱負荷
Ix: 目的関数
P1: 出力電力
P2: インバータ出力
P3: 内部電力負荷
Pt1: 第1閾値電力
Pt2: 第2閾値電力
R: エンジン回転数
Rx: 最適回転数
1: Cogeneration device according to the present invention 2: Engine 3: Generator 4: Generator unit 5: Inverter 6: Waste heat recovery device 7: Electric heater 8: Output control means 9: First operation control unit 10: Second Operation control unit 11: Third operation control unit 12: Operation control means 30: System power supply 31: Power load 32: Thermal load Ix: Objective function P1: Output power P2: Inverter output P3: Internal power load Pt1: First threshold power Pt2: Second threshold power R: Engine speed Rx: Optimal speed

Claims (8)

外部から供給される燃料を使用して回転エネルギを発生するエンジンと、前記エンジンの回転エネルギから第1の交流電力を発生する発電機と、前記第1の交流電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータと、前記エンジンの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えてなるコージェネレーション装置であって、
前記インバータから外部に出力される出力電力が予め設定された第1閾値電力以上の場合は、前記エンジンの回転数を前記出力電力に応じて制御する第1制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第1閾値電力未満の場合は、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、前記インバータの出力を可変にして制御する第2制御モードで制御を行う運転制御装置を備え、
前記出力電力が前記第1閾値電力未満では、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いた場合と比較したコージェネレーション装置の所定の目的に対する性能を表す目的関数が、前記エンジンの回転数が前記一定値において、仮に前記出力電力に応じて可変に制御した場合と比較して増大することを特徴とするコージェネレーション装置。
An engine that generates rotational energy using fuel supplied from the outside, a generator that generates first alternating current power from the rotational energy of the engine, and a first voltage having a predetermined voltage and frequency. A cogeneration apparatus comprising: an inverter that converts the AC power into 2; and an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat exhausted by the engine,
When the output power output from the inverter to the outside is greater than or equal to a preset first threshold power, control is performed in a first control mode that controls the engine speed according to the output power, and the output power Is less than the first threshold power, an operation control device that performs control in a second control mode in which the engine speed is fixed to a constant value and the output of the inverter is variable and controlled,
If the output power is less than the first threshold power, an objective function representing the performance for a predetermined purpose of the cogeneration apparatus compared to a case where a commercial power source and an auxiliary heat source are used for the same power load and heat load is the engine. The cogeneration apparatus is characterized in that the number of rotations increases at a constant value as compared with a case where it is variably controlled according to the output power.
前記運転制御装置は、前記エンジンの回転数を前記第1制御モードで制御する場合、前記出力電力に応じて予め設定された回転数に制御し、
前記予め設定された回転数は、前記出力電力を出力可能な複数の回転数候補の中から前記目的関数が最大となる回転数を選択して決定されることを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーション装置。
The operation control device, when controlling the engine speed in the first control mode, controls the engine speed to be set in advance according to the output power,
2. The rotation speed set in advance is determined by selecting a rotation speed at which the objective function is maximized from a plurality of rotation speed candidates capable of outputting the output power. Cogeneration equipment.
外部から供給される燃料を使用して第1の電力を発生する発電機ユニットと、前記第1の電力を所定の電圧と周波数の第2の交流電力に変換するインバータと、前記発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えてなるコージェネレーション装置であって、
前記インバータから外部に出力される出力電力が予め設定された第2閾値電力以上の場合は、前記インバータの出力を前記出力電力に応じて可変にして制御する第3制御モードで制御を行い、前記出力電力が前記第2閾値電力未満の場合は、前記インバータの出力を一定値に固定し、前記出力電力と前記第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費するように制御する第4制御モードで制御を行う運転制御装置を備え、
前記出力電力が前記第2閾値電力より小さい場合に、前記第3制御モードより前記第4制御モードで制御する方が、同じ電力負荷と熱負荷に対して商用電源と補助熱源を用いた場合と比較したコージェネレーション装置の所定の目的に対する性能を表す目的関数が増大することを特徴とするコージェネレーション装置。
A generator unit that generates first electric power using fuel supplied from the outside, an inverter that converts the first electric power into second AC electric power having a predetermined voltage and frequency, and A cogeneration apparatus comprising an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat exhausted,
When the output power output from the inverter to the outside is greater than or equal to a preset second threshold power, the control is performed in a third control mode in which the output of the inverter is variably controlled according to the output power. When the output power is less than the second threshold power, a fourth control is performed such that the output of the inverter is fixed to a constant value and the difference between the output power and the second threshold power is consumed by a built-in electric heater. It has an operation control device that performs control in mode,
When the output power is smaller than the second threshold power, control in the fourth control mode rather than the third control mode uses a commercial power source and an auxiliary heat source for the same power load and heat load. A cogeneration apparatus characterized in that an objective function representing the performance of a compared cogeneration apparatus for a predetermined purpose increases.
前記運転制御装置が、前記出力電力が前記第1閾値電力より小さい所定の第2閾値電力以上で前記第1閾値電力未満の場合は、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、前記インバータの出力を前記出力電力に応じて可変にして制御する第5制御モードで制御を行い、前記第2閾値電力未満では、前記エンジンの回転数を一定値に固定し、且つ、前記インバータの出力を一定値に固定し、前記出力電力と前記第2閾値電力の差分を内蔵の電気ヒータで消費するように制御する第6制御モードで制御を行い、
前記出力電力が前記第2閾値電力より小さい場合に、前記第5制御モードより前記第6制御モードで制御する方が、前記目的関数が増大することを特徴とする請求項1または2に記載のコージェネレーション装置。
When the operation control device has the output power equal to or higher than a predetermined second threshold power smaller than the first threshold power and lower than the first threshold power, the engine speed is fixed to a constant value, and the inverter Control is performed in a fifth control mode in which the output is varied and controlled according to the output power. When the output is less than the second threshold power, the engine speed is fixed at a constant value, and the output of the inverter is constant. The value is fixed, and control is performed in a sixth control mode in which the difference between the output power and the second threshold power is controlled to be consumed by a built-in electric heater,
3. The objective function according to claim 1, wherein when the output power is smaller than the second threshold power, the objective function increases when the control is performed in the sixth control mode rather than the fifth control mode. Cogeneration equipment.
前記第1閾値電力の設定が、前記排熱回収装置で回収された排熱の利用形態と時間帯の少なくとも何れか一方に応じて変更可能であることを特徴とする請求項1、2または4に記載のコージェネレーション装置。   5. The setting of the first threshold power can be changed according to at least one of a usage form and a time zone of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery device. The cogeneration device described in 1. 前記第2閾値電力の設定が、前記排熱回収装置で回収された排熱の利用形態と時間帯の少なくとも何れか一方に応じて変更可能であることを特徴とする請求項3または4に記載のコージェネレーション装置。   5. The setting of the second threshold power can be changed according to at least one of a use form and a time zone of exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery apparatus. Cogeneration equipment. 前記目的関数が前記コージェネレーション装置の発電効率と排熱回収効率の線形和で表されることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のコージェネレーション装置。   The cogeneration apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the objective function is represented by a linear sum of power generation efficiency and exhaust heat recovery efficiency of the cogeneration apparatus. 前記目的関数の前記目的が前記コージェネレーション装置によるエネルギ消費量削減、CO排出量削減、エネルギコスト削減の内の1つであることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のコージェネレーション装置。 The objective of the objective function is one of energy consumption reduction, CO 2 emission reduction, and energy cost reduction by the cogeneration device, according to any one of claims 1 to 7. Cogeneration equipment.
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