JP2005287211A

JP2005287211A - エネルギ供給システム

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Publication number: JP2005287211A
Application number: JP2004098720A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tomio; 剛至富尾
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4229866B2

Abstract

【課題】熱電併給装置を省コストで運転させることのできるエネルギ供給システムを提供する。
【解決手段】エネルギ供給システムであって、制御手段７が、熱負荷装置５の時系列的な予測熱負荷量を予測し、その予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うときに併せて発生される熱電併給装置３の時系列的な予測発電電力量と、電力負荷装置１１の時系列的な予測電力負荷量と、商用電力系統９への時系列的な売電料金と、商用電力系統９からの時系列的な買電料金とに基づくコスト計算によって導出される電力負荷装置１１及び熱負荷装置５に電力及び熱を供給するときのコストが、熱電併給装置３で発電された電力を売電可能とした条件の下で省コストとなるように熱電併給装置３を運転させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置及び商用電力系統の内の少なくとも１つから電力の供給を受ける電力負荷装置と、前記熱電併給装置から熱の供給を受ける熱負荷装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とが設けられているエネルギ供給システムに関する。

かかるエネルギ供給システムとしては、電力負荷装置が熱電併給装置としての燃料電池から電力供給を受けるように構成され、エネルギ供給システムの省コストを目的として、電力負荷装置に供給するための電力を商用電力系統から調達するのか、又は、熱電併給装置から調達するのかを、各電力単価で比較して選択可能に構成されているシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０１５５８号公報

上述のエネルギ供給システムでは、熱電併給装置で発生された熱量が熱負荷装置の熱負荷量よりも大きいか又は小さいかということは考慮されていないため、大量の熱余剰や熱不足に陥る可能性が高い。つまり、熱負荷装置の熱負荷量を賄いながらエネルギ供給システムの省コストを達成するための熱電併給装置の運転制御について記載されていない。また、省コストを目的としているものの、電力負荷装置に供給するための電力を商用電力系統から調達するのか、又は、熱電併給装置から調達するのかを、各電力単価で比較して選択するように構成されているだけであり、熱負荷装置の熱負荷量を賄いながら熱電併給装置をどのような時間帯に運転させれば省コストになるのかという熱電併給装置の運転時間帯を積極的に変更させる能動的な運転制御は行われていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱負荷装置の熱負荷量を賄いながら、省コストとなるように熱電併給装置を運転させることのできるエネルギ供給システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るエネルギ供給システムの第１特徴構成は、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置及び商用電力系統の内の少なくとも１つから電力の供給を受ける電力負荷装置と、前記熱電併給装置から熱の供給を受ける熱負荷装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とが設けられているエネルギ供給システムであって、前記制御手段が、前記熱負荷装置について判別対象期間における時系列的な予測熱負荷量を予測し、その予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うときに併せて発生される前記熱電併給装置の前記判別対象期間における時系列的な予測発電電力量と、前記電力負荷装置の前記判別対象期間における時系列的な予測電力負荷量と、前記商用電力系統への前記判別対象期間における時系列的な売電料金と、前記商用電力系統からの前記判別対象期間における時系列的な買電料金とに基づくコスト計算によって導出される前記電力負荷装置及び前記熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのコストが、前記熱電併給装置で発電された電力を売電可能とした条件の下で省コストとなるように、前記熱主運転を行うための前記熱電併給装置の運転時間帯を前記判別対象期間内に定め、その運転時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、制御手段が、熱負荷装置について判別対象期間における時系列的な予測熱負荷量を予測し、その予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うときに併せて発生される熱電併給装置の上記判別対象期間における時系列的な予測発電電力量と、電力負荷装置の上記判別対象期間における時系列的な予測電力負荷量と、商用電力系統への上記判別対象期間における時系列的な売電料金と、商用電力系統からの上記判別対象期間における時系列的な買電料金とに基づくコスト計算によって導出される電力負荷装置及び熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのコストが、熱電併給装置で発電された電力を売電可能とした条件の下で省コストとなるように、熱主運転を行うための熱電併給装置の運転時間帯を上記判別対象期間内に定め、その運転時間帯に熱電併給装置を運転させるように構成されているので、熱負荷装置に対する熱主運転を達成できると共に、電力負荷装置に対する電力供給を省コストで達成できることになる。
つまり、電力系統への熱電併給装置の発電電力量の売電料金が大きくなり、且つ、電力系統からの買電料金が小さくなるような熱電併給装置の運転時間帯を導出し、熱電併給装置の運転をその運転時間帯へと積極的にずらすことで、電力負荷装置に対する電力供給と熱負荷装置に対する熱供給とを小さいコストで実施することが可能となる。
従って、熱負荷装置の熱負荷量を賄いながら、省コストとなるように熱電併給装置を運転させることのできるエネルギ供給システムが提供されることになる。

本発明に係るエネルギ供給システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、燃料を用いて熱を直接発生させる熱源機が、前記放熱損失量に相当する熱量を発生させるときに要する予測燃料料金を前記コスト計算に含めるように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、制御手段が、熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、燃料を用いて熱を直接発生させる熱源機が、放熱損失量に相当する熱量を発生させるときに要する予測燃料料金を上記コスト計算に含めるように構成されているので、熱電併給装置の運転時間帯を積極的に変更したことにより生じる損失をコストとして取り扱って、省エネルギ的な観点を含めながらも省コストとなるような運転を行うことができる。

本発明に係るエネルギ供給システムの第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、前記放熱損失量に相当する熱量を前記熱電併給装置で発生させるために要する前記熱電併給装置の損失補填運転時間を導出し、前記熱電併給装置の運転を前記損失補填運転時間行うときに要する前記熱電併給装置の運転コストを前記コスト計算に含めるように構成されている点にある。

上記第３特徴構成によれば、制御手段が、熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、エネルギ効率の高い熱電併給装置によってその放熱損失量に相当する熱量を発生させるように構成されていることで、省エネルギ性の高いエネルギ供給システムを提供することができる。また、上記放熱損失量に相当する熱量を熱電併給装置で発生させるために要する熱電併給装置の損失補填運転時間を導出し、熱電併給装置の運転を損失補填運転時間行うときに要する熱電併給装置の運転コストを上記コスト計算に含めるように構成されていることで、省コストとなるように熱電併給装置を運転させることのできるエネルギ供給システムを提供することができる。

本発明に係るエネルギ供給システムの第４特徴構成は、上記第１から第３のいずれかの特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記熱電併給装置に対して省エネルギ性を優先した運転を行わせるための指令を受けたときには、前記電力負荷装置及び前記熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのエネルギ効率が省エネルギとなるように前記熱主運転を行うための前記熱電併給装置の運転時間帯を定め、その運転時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。

上記第４特徴構成によれば、制御手段が、熱電併給装置に対して省エネルギ性を優先した運転を行わせるための指令を受けたときには、電力負荷装置及び熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのエネルギ効率が省エネルギとなるように熱主運転を行うための熱電併給装置の運転時間帯を定め、その運転時間帯に熱電併給装置を運転させるように構成されているので、省コスト運転と省エネルギ運転とを自在に切り換えながら、電力負荷装置に対する電力供給と熱負荷装置に対する熱供給とを実施することができる。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第１実施形態のエネルギ供給システムについて説明する。
このエネルギ供給システムは、図１及び図２に示すように、ガスエンジン１によって発電装置２を駆動するように構成された熱電併給装置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、回収した熱を貯留する貯留装置としての貯湯タンク４への貯湯及び熱負荷装置５への熱媒供給を行う貯湯ユニット６と、熱電併給装置３及び貯湯ユニット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と、リモコンＲなどから構成されている。前記熱負荷装置５は、給湯端末５ａと床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末５ｂにて構成されている。

前記発電装置２の出力側には、熱電併給装置３を備える電力系統を外部電力系統としての商用電力系統（以下、単に「商用系統」と表記することもある）９に連系するためのインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、発電装置２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及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装置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、発電装置２からの出力電力がインバータ８及びコージェネ用供給ライン１２を介して電力負荷装置１１に供給されるように構成されている。

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が設けられている。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、即ち、余剰電力が発生するか否かをも検出するように構成されている。

また、熱電併給装置３の余剰電力を消費して熱を発生し、その熱により貯湯タンク４への貯湯を行うことで、エネルギの回収を行う余剰電力回収用熱源機としての電気ヒータ１４が接続されている。そして、コージェネ用供給ライン１２の途中には、余剰電力の内の熱電併給装置３の発電電力分の商用系統９への逆潮流を防止するために、発電電力の余剰電力を、電気ヒータ１４にて消費させて回収可能に構成されている。

前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流するガスエンジン１の冷却水を加熱するように設けられ、発電装置２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。
よって、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより、電気ヒータ１４の電力負荷を調整可能に構成されている。ちなみに、電気ヒータ１４の電力負荷は、電気ヒータ１本当たりの電力負荷（例えば１００Ｗ）にオンされている作動スイッチ１６の個数を乗じた電力量になる。
そして、エネルギ供給システムは、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、余剰電力の内の熱電併給装置３の発電電力分の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の電力負荷が大きくすることになる。

前記ガスエンジン１には、エンジン燃料路２１を通じて設定流量（例えば、０．４３３ｍ^３／ｈ）でガス燃料が供給されて、前記熱電併給装置３が定格運転されるようになっており、その定格運転では、前記熱電併給装置３の発電電力は定格発電電力（例えば１ｋＷ）で略一定になるようになっている。

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、湯水循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させたり熱負荷装置５へ供給される熱媒を加熱する湯水を循環させる湯水循環ポンプ１９、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱負荷装置５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、冷却水循環路１５を通流する冷却水にて湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる排熱式熱交換器２４、湯水循環路１８を通流する湯水にて熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、バーナ２７ｂの燃焼により湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる熱源機としての補助加熱器２７などを備えて構成されている。この補助加熱器２７はガスを燃料として熱を直接発生させる装置であり、加熱対象の湯水を通流させる熱交換器２７ａと、その熱交換器２７ａを加熱する前記バーナ２７ｂと、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給する燃焼用ファン２７ｃとを備えて構成されている。
バーナ２７ｂへガス燃料を供給する補助燃料路２８には、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給を断続する補助燃料用電磁弁２９と、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給量を調節する補助燃料用比例弁３０とが設けられている。

前記貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量を検出する貯湯量検出手段としての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るように構成されている。

前記湯水循環路１８には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水循環路１８には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、前記排熱式熱交換器２４、前記湯水循環ポンプ１９、前記補助加熱器２７、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う暖房弁３９、前記熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。

このエネルギ供給システムに設けられる補機には、このエネルギ供給システム固有の補機と、このエネルギ供給システムにおいて本来必要な補機があり、固有の補機としては、前記冷却水循環ポンプ１７及び前記湯水循環ポンプ１９などが含まれ、本来必要な補機としては、前記熱媒循環ポンプ２３などが含まれ、本来必要な補機の電力負荷は、前記電力負荷装置１１と同様に、使用者にて消費される電力として扱われる。

また、湯水循環路１８には、前記補助加熱器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉ、補助加熱器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。また、貯湯タンク４の上部から取り出した湯水を給湯する給湯路２０には給湯端末５ａでの給湯熱負荷量を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられ、暖房端末５ｂでの暖房熱負荷量を計測する暖房熱負荷計測手段３２が設けられている。

図８に基づいて、エネルギ供給システムのリモコンＲについて説明を加える。
リモコンＲには、各種情報を表示出力する表示部４２、各種情報を音声にて出力するスピーカ４３、表示部４２及びスピーカ４３に出力する情報を切り換えるナビスイッチ４４、熱電併給装置３の運転を自動運転と手動運転とに切り換える発電切換スイッチ４５、熱電併給装置３の運転及び停止を指令する発電スイッチ４６、入力するデータの種類を選択する選択スイッチ４７、その選択スイッチ４７にて選択されている種類のデータを設定する設定スイッチ４８、入力するデータを設定スイッチ４８にて設定されているデータに確定する確定スイッチ４９等が設けられている。又、表示部４２には、熱電併給装置３が運転中のときに運転中表示マーク５０が表示される。

発電切換スイッチ４５にて自動運転に切り換えられると、後述するように熱電併給装置３が学習運転され、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられて、運転時間帯が設定されたときは、設定されている運転時間帯で熱電併給装置３が運転される。
また、発電切換スイッチ４５にて自動運転に切り換えられている状態で、発電スイッチ４６をオンすると直ぐに熱電併給装置３が運転され、オフすると約１時間程度熱電併給装置３が停止された後、自動運転になる。
また、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている状態では、発電スイッチ４６がオンされると直ぐに熱電併給装置３が運転され、発電スイッチ４６がオフされると、直ぐに熱電併給装置３が停止されると共に、その停止状態が、次に発電切換スイッチ４５又は発電スイッチ４６が操作されるまで継続する。
尚、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている間は、電力負荷や熱負荷の計測データは、後述する学習運転にて使用する負荷データからは除外されるように構成されている。

前記運転制御部７は、前述の手動運転及び自動運転において、熱電併給装置３を運転するときには、熱電併給装置３及び冷却水循環ポンプ１７の作動状態を制御し、そして、湯水循環ポンプ１９、熱媒循環ポンプ２３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や、熱負荷装置５に熱媒を供給する熱媒供給運転等を行うようになっており、加えて、熱電併給装置３が発生した余剰電力を前記電気ヒータ１４にて熱に変換する余剰電力貯運転モードと、熱電変換装置３が発生した余剰電力を前記商用系統９に売却する余剰電力売却運転モードとを備えている。さらに、運転制御部７は、前記学習運転により自動運転するために、後述の如く、予測負荷演算処理、データ更新処理、及び、運転可否判別処理等を実行するように構成されている。
また、前記運転制御部７は、リモコンＲの表示部４２やスピーカ４３に出力させる情報を切り換える出力情報切換制御を行うように構成されている。

ちなみに、図示しない給湯栓が開栓されると、貯湯タンク４の上部から湯水が取り出されて、給湯路２０を通じて給湯するように構成され、前記給湯栓が開栓されたときに、貯湯タンク４内に湯が貯湯されていないときには、湯水循環ポンプ１９が作動され、貯湯弁３７が開弁されると共に、補助加熱器２７が加熱作動されて、その補助加熱器２７にて加熱されて、貯湯路３６を通じて給湯路２０に給湯されるように構成されている。

まず、運転制御部７による熱電併給装置３の学習運転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、日付が変わって午前０時になるごとに、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。
そして、運転制御部７は、その日１日分の予測負荷データを求めた状態で、予測負荷データから、熱電併給装置３を運転させるか否かの基準となる省エネルギ度基準値を求める省エネルギ度基準値演算処理を行うと共に、その省エネルギ度基準値演算処理にて求められた省エネルギ度基準値よりも現時点での実省エネルギ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置３の運転の可否を判別する運転可否判別処理を行うように構成されている。

このようにして、運転制御部７は、運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

そして、運転制御部７は、運転時間帯において、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

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、熱負荷としての給湯熱負荷と暖房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、暖房熱負荷データの３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を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、単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個、及び、単位時間当たりの暖房熱負荷データの２４個から構成されている。

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、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷、給湯熱負荷、及び、暖房熱負荷の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、発電電力計測部Ｐ２、給湯熱負荷計測手段３１、及び、暖房熱負荷計測手段３２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。ちなみに、電力負荷装置１１の電力負荷量は、商用電力計測部Ｐ１で計測した電力量と、発電電力計測部Ｐ２で計測した発電装置２の発電出力量から、電気ヒータ１４の電力負荷量とエネルギ供給システム固有の補機の電力負荷量とを差し引いたものとなる。尚、商用電力計測部Ｐ１で計測された電力量とは、商用系統９から受電する方向を正とした電力を示し、よって、商用系統９へ電力を逆潮流している場合には、負の値を取る。
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。

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〔式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。
尚、下記の〔式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。

前記予測負荷演算処理について説明を加えると、日付が変わるごとに実行され、その日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかの１日分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、暖房熱負荷が予測されているかのその日１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。

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〔式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、１日分の予測暖房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日分の予測暖房熱負荷を示しており、図４の（ハ）は、１日分の予測給湯熱負荷を示している。
尚、下記の〔式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。

前記省エネルギ度基準値演算処理について説明を加えると、予測給湯熱負荷データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって、エネルギ供給システムの設置施設における省エネルギ化を実現できる省エネルギ度基準値を求めるように構成されている。

例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、予測暖房熱負荷から、下記の〔式３〕により、図５に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネルギ度を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求めると共に、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク４に貯湯することができる予測貯湯量を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求める。

但し、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、有効暖房熱出力Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、有効貯湯熱出力Ｅ３を変数とする関数であり、
ＥＫ１＝有効発電出力Ｅ１の発電所一次エネルギ換算値
＝ｆ１（有効発電出力Ｅ１，発電所での必要エネルギ）
ＥＫ２＝有効暖房熱出力Ｅ２の従来給湯器でのエネルギ換算値
＝ｆ２（有効暖房熱出力Ｅ２，バーナ効率（暖房時））
ＥＫ３＝有効貯湯熱出力Ｅ３の従来給湯器でのエネルギ換算値
＝ｆ３（有効貯湯熱出力Ｅ３，バーナ効率（給湯時））
熱電併給装置３の必要エネルギ：５．５ｋＷ
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときの都市ガス消費量を０．４３３ｍ³とする）
単位電力発電必要エネルギ：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９

また、有効発電出力Ｅ１、有効暖房熱出力Ｅ２、有効貯湯熱出力Ｅ３の夫々は、下記の〔式４〕〜〔式６〕により求められる。

但し、電気ヒータ１４の熱出力＝電気ヒータ１４の電力負荷×ヒータの熱効率とする。

そして、図５に示すように、１時間ごとの予測省エネルギ度及び予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク４内の貯湯量が２．５ｋＷである場合には、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量は７．３ｋＷとなる。

そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネルギ度の数値が高いものから選択していくようにしている。

説明を加えると、例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図５に示すように、まず、予測省エネルギ度の一番高い７時間先から８時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせる。
次に予測省エネルギ度の高い６時間先から７時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が１．１ｋＷとなる。
また次に予測省エネルギ度の高い５時間先から６時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が４．０ｋＷとなる。

このようにして、予測省エネルギ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図５に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
そうすると、８時間先から９時間先までの単位時間の省エネルギ度を省エネルギ度基準値として設定し、図５に示すものでは、省エネルギ度基準値が１０６となる。

前記運転可否判別処理について説明を加えると、運転可否判別処理では、現時点での電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、現時点での暖房熱負荷から、上記の〔式３〕により、実省エネルギ度を求める。
そして、その実省エネルギ度が省エネルギ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、実省エネルギ度が省エネルギ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。

つまり、実際の電力負荷、給湯熱負荷及び暖房熱負荷が、予測電力負荷データ、予測給湯熱負荷データ及び予測暖房熱負荷データと略等しければ、実省エネルギ度は、省エネルギ基準値演算処理において求めた予測省エネルギ度と略等しくなるので、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間において、熱電併給装置３が運転されることになる。
従って、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間から成る時間帯が、予測熱負荷及び予測電力負荷と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐに相当する）とに基づいて求めた熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯となる。

つまり、運転制御部７は、省エネルギ度Ｐが高く且つ熱負荷又は電力負荷が多い時間帯を、熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯として求めるように構成されている。また、運転制御部７は、熱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、１日という判別対象期間における時系列的な予測熱負荷量及び時系列的な予測電力負荷量を求め、求めた予測熱負荷量及び予測電力負荷量と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐ）とに基づいて熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転するように構成されている。

以上のように、運転制御部７は、このエネルギ供給システムを省エネルギ運転させるような熱電併給装置３の予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転させることができるが、図６の制御フローに説明するようにエネルギ供給システムを省コスト運転させることもできる。
つまり、本実施形態では、熱電併給装置３で発電された電力を商用系統９へと売電可能に構成されているので、熱電併給装置３で発電された電力が余るように熱電併給装置３を運転すればエネルギ供給システムの省コストを達成できる可能性がある。但し、熱電併給装置３で発電された電力が余るように熱電併給装置３を運転することで、商用系統９からの買電が増大する可能性もある。従って、運転制御部７は、エネルギ供給システムの省コストを目的とするときは、熱電併給装置３で発電された電力の売電料金と商用系統９からの買電料金とを考慮して、エネルギ供給システムを省コスト運転させるような熱電併給装置３の予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転させる。

図６のステップ＃１００において運転制御部７は、日付が変わって午前０時になると熱負荷装置５の予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うための熱電併給装置３の予測運転時間帯を仮決定する。この予測運転時間帯は、上述した省エネルギ運転させるような熱電併給装置３の予測運転時間帯を用いることができる。そして、省エネルギを目的としないならば、熱負荷装置５の予測熱負荷量を賄えるだけの熱量を発生する期間の運転が行われていれば、その運転時間帯は自由に変更可能である。つまり、熱電併給装置３の運転時間帯が省エネルギを目的として図７（イ）に示すように仮決定されていたとしても、その運転期間の長さが維持されていれば、運転時間帯を時間的に前後に変更して、省コストとなる運転時間帯で熱電併給装置３を運転させることができる。

そして、ステップ＃１０２において運転制御部７は、運転期間の開始時刻を１時間ずつずらしながら、運転トータルコストを導出する。例えば、省エネルギ運転を行うときには図７（イ）の実線で示すような時間帯で運転を行う予定であった熱電併給装置３を、図７（ロ）に示すような、運転期間の開始時刻を午前０時とした運転時間帯で運転したときの運転トータルコストを導出する。尚、図７（イ）及び図７（ロ）の破線で示すのは予測熱負荷量（図４（ロ）に示す予測暖房熱負荷量及び図４（ハ）に示す予測給湯熱負荷量）である。そして、運転トータルコストの計算を運転期間の開始時刻を変更しながら複数回行う。

例えば、運転制御部７は、図４（イ）に示した１日という判別対象期間における時系列的な電力負荷装置１１の予測電力負荷量と、図７（ロ）の運転時間帯で熱電併給装置３を運転したときに予測される図７（ハ）に示す時系列的な熱電併給装置３の予測発電電力量とに基づいて、時系列的な余剰電力量と不足電力量とを導出する。

そして運転制御部７は下記の〔式７〕に示すように、図７（ニ）に示す熱電併給装置３で発電される電力を売電するときの時系列的な売電価格と、商用系統９から買電するときの時系列的な買電価格とを用いてコスト計算を行い、売電料金と買電料金との合計料金を運転トータルコストとして導出する。

そしてステップ＃１０４において運転制御部７は、上述のように運転期間の開始時刻をずらして導出された複数個の合計料金データの内で最も経済性が優れた、つまり運転トータルコストが最も小さい結果が得られたときの運転時間帯が、省コストを達成可能な運転時間帯であると決定する。そして、運転制御部７はその運転時間帯で熱電併給装置３を運転させる。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、貯湯タンク４での放熱によって失われる熱量に関するコストを運転トータルコストに含めるコスト計算を行う点で上記第１実施形態から第３実施形態と異なる。以下に、第２実施形態のエネルギ供給システムについて説明するが、第１実施形態と同様の説明は省略する。

このエネルギ供給システムでは、熱電併給装置３が熱負荷装置５の予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うように構成されているものの、図４及び図７に例示したように熱電併給装置３が貯湯を終了して長期間経過した後で熱負荷装置５での熱消費が行われるということもあり、そのような場合には貯湯タンク４での放熱によって放熱損失が発生することになる。そのため、運転制御部７がその放熱損失量をコスト計算に含めるような運転トータルコストの導出を行って、電力供給及び熱供給の両方のコストを考慮した省コストな運転を行うように構成されている。

まず運転制御部７は、ガスなどの燃料を用いて熱を直接発生させる上述の補助加熱器２７のような熱源機が、時刻Ｔ１において熱電併給装置３で発生された熱の回収が貯湯タンク４を用いて開始されてから時刻Ｔ３に熱負荷装置５で熱消費が行われるまでの貯湯タンク４での放熱量に相当する熱量を発生させるときに要する予測燃料料金Ｍ_st-lossを導出する。但し、時刻ｔにおいて熱電併給装置３が発生する熱量をＨ_cgs（ｔ）で表している。

そして運転制御部７は下記の〔式９〕の不等号が成立しているか否かの判定を行い、成立しているときには、熱電併給装置３の運転開始時刻（貯湯開始時刻）Ｔ１及び熱電併給装置３の運転終了時刻（貯湯終了時刻）Ｔ２の値を１ずつ増分して再度計算を行う。また、不等号が不成立のときには、〔式９〕の左辺−右辺が最大となるＴ１が運転開始時刻となるような運転時間帯で熱電併給装置の省コスト運転が行われる。〔式９〕において、Ｍ_Cは売電料金と買電料金との合計料金である。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、運転制御部７が、エネルギ供給システムの運転状態が省コストとなるように熱電併給装置３を自動制御するように構成されている場合について説明したが、このエネルギ供給システムのユーザによって熱電併給装置３に対して省エネルギ性を優先した運転を行わせるための指令を受けたときには、エネルギ供給システムのエネルギ効率が省エネルギとなるように熱電併給装置３を自動制御させることもできる。

例えば、図８のリモコンＲの「省エネ」ボタン５３がオン操作された状態にあるとき、運転制御部７は、第１実施形態において説明したようなエネルギ供給システムを省エネルギ運転させるような熱電併給装置３の予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転させればよい。つまり、上記第１実施形態で求められた省エネルギ運転のための予測運転時間帯において熱電併給装置３を運転させればよい。
そして、このエネルギ供給システムのユーザは、省エネルギ運転ランプ５４が点灯されているときに、熱電併給装置３が省エネルギ運転されていることを確認できる。

＜２＞
上記実施形態では、省コスト運転となる熱電併給装置３の運転時間帯を、図７（ロ）に示したような１つの運転時間帯にまとめて導出した例について説明したが、運転時間帯を複数個に分離した上で省コストとなる運転時間帯を導出してもよい。例えば、運転制御部７が、運転期間を１時間として、その運転期間の開始時刻を１時間ずつずらしながら、運転トータルコストを導出し、熱負荷装置５の熱負荷量を賄うために必要な運転期間の合計の長さが７時間であるときには、導出された２４個の運転トータルコストの内、経済性が優れた上位７個の運転期間の開始時刻を選択し、その７個の運転期間を組み合わせて得られる合計７時間の運転時間帯が、省コスト運転を達成可能な運転時間帯であると決定するように構成してもよい。

＜３＞
上記実施形態では、熱電併給装置としてガスエンジンと発電装置とを備えたエネルギ供給システムを例示したが、熱と電気とを併せて発生させることのできる装置であれば燃料電池などの他の装置を用いてエネルギ供給システムを構築することもできる。

＜４＞
上記実施形態では、熱電併給装置３で発生された熱量を貯留する貯湯タンク４において発生する放熱損失量を計算し、ガスなどの燃料を用いて熱を直接発生させる上述の補助加熱器２７のような熱源機が、その放熱量に相当する熱量を発生させるときに要する予測燃料料金を上記コスト計算に含めるように構成されていたが、本別実施形態では、運転制御部７が、熱電併給装置３がその放熱損失量に相当する損失補填熱負荷量を発生させために要する損失補填運転時間を導出し、熱電併給装置３が運転をその損失補填運転時間行うときに要する熱電併給装置３の運転コストを上記コスト計算に含めるように構成されている。

上記放熱損失量に相当する損失補填熱負荷量Ｈ_addは、時刻Ｔ１において熱電併給装置３及び電気ヒータ１４で発生された熱の回収が貯湯タンク４を用いて開始されてから時刻Ｔ３に熱負荷装置５で熱消費が行われるまでの貯湯タンク４での放熱量によって導出され、下記の〔式１０〕で表される。

運転制御部７は、損失補填熱負荷量Ｈ_addを熱電併給装置３で発生させるために要する熱電併給装置３の損失補填運転時間を導出し、及び、熱電併給装置３がその損失運転期間の運転を行うときに要する熱電併給装置３の運転コストを導出する。熱電併給装置３がガスを燃料とするガスエンジンとそのガスエンジンにて駆動される発電装置とを備えて構成される場合には、ガスエンジンが燃料とするガス料金が熱電併給装置３の運転コストになる。また、熱電併給装置３が燃料電池で構成される場合には、燃料電池が燃料とする水素ガスの料金、或いは、水素ガスを生成する原燃料となるガスやアルコールなどの料金が熱電併給装置３の運転コストになる。

そして、運転制御部７は、導出した損失補填運転時間を上記実施形態において図７（ロ）のように例示した運転時間帯に加え、導出した運転コストを上記コスト計算に含めた上で、上記実施形態と同様に運転トータルコストの計算を運転期間の開始時刻を変更しながら複数回行い、運転トータルコストが最も小さい結果が得られたときの運転時間帯が、省コストを達成可能な運転時間帯であると決定する。

エネルギ供給システムの全体構成を示すブロック図エネルギ供給システムの制御構成を示すブロック図データ更新処理を説明する図時系列的なデータを示す図省エネルギ度基準演算処理を説明する図省コスト運転の制御フロー時系列的なデータを示す図リモコン及びその表示部の表示例を示す図

符号の説明

３熱電併給装置
５熱負荷装置
７運転制御部（制御手段）
９商用電力系統
１１電力負荷装置

Claims

熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置及び商用電力系統の内の少なくとも１つから電力の供給を受ける電力負荷装置と、前記熱電併給装置から熱の供給を受ける熱負荷装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とが設けられているエネルギ供給システムであって、
前記制御手段が、
前記熱負荷装置について判別対象期間における時系列的な予測熱負荷量を予測し、その予測熱負荷量を賄える熱量を発生する熱主運転を行うときに併せて発生される前記熱電併給装置の前記判別対象期間における時系列的な予測発電電力量と、前記電力負荷装置の前記判別対象期間における時系列的な予測電力負荷量と、前記商用電力系統への前記判別対象期間における時系列的な売電料金と、前記商用電力系統からの前記判別対象期間における時系列的な買電料金とに基づくコスト計算によって導出される前記電力負荷装置及び前記熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのコストが、前記熱電併給装置で発電された電力を売電可能とした条件の下で省コストとなるように、前記熱主運転を行うための前記熱電併給装置の運転時間帯を前記判別対象期間内に定め、その運転時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されているエネルギ供給システム。
前記制御手段が、
前記熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、
燃料を用いて熱を直接発生させる熱源機が、前記放熱損失量に相当する熱量を発生させるときに要する予測燃料料金を前記コスト計算に含めるように構成されている請求項１記載のエネルギ供給システム。
前記制御手段が、
前記熱電併給装置で発生された熱量を貯留する貯留装置において発生する放熱損失量を導出し、
前記放熱損失量に相当する熱量を前記熱電併給装置で発生させるために要する前記熱電併給装置の損失補填運転時間を導出し、
前記熱電併給装置の運転を前記損失補填運転時間行うときに要する前記熱電併給装置の運転コストを前記コスト計算に含めるように構成されている請求項１又は２記載のエネルギ供給システム。
前記制御手段が、前記熱電併給装置に対して省エネルギ性を優先した運転を行わせるための指令を受けたときには、前記電力負荷装置及び前記熱負荷装置に電力及び熱を供給するときのエネルギ効率が省エネルギとなるように前記熱主運転を行うための前記熱電併給装置の運転時間帯を定め、その運転時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギ供給システム。