JP2005291561A - コージェネレーションシステムの運転方法及びコージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 回収された熱量が有効に利用され、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムの運転方法を提供する。
【解決手段】 コージェネレーションシステムの運転方法であって、運転制御手段５が、熱電併給装置Ｇを電力負荷装置７の予測電力負荷量に対して電主運転させたときに判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に熱電併給装置Ｇの運転を開始させ、貯湯槽３が最高貯湯状態になると熱電併給装置を停止させ、貯湯槽３が最低貯湯状態になると、熱電併給装置Ｇを次の判別対象期間における時系列的な予測電力負荷量に対して電主運転させたときに予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で貯湯槽３が最高貯湯状態になるような時刻に熱電併給装置Ｇの運転を再開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、熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、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、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コージェネレーションシステムの運転方法及びコージェネレーションシステムに関する。

かかるコージェネレーションシステムは、熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置としての燃料電池と、熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、電力負荷装置とが設けられたものである。そして、貯湯槽に貯えられている湯水は燃料電池の冷却水としての役割も担っているため、貯湯槽内の湯水の温度が冷却水として適さない高温になると、湯水を放熱器に通流させて湯水の温度を低下させる制御を行っている。つまり、貯湯槽において熱が余ると、その余剰熱量を放熱器を用いて廃棄する形態となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１３４１４３号公報

上述のコージェネレーションシステムでは、熱電併給装置の運転は熱消費量の大きさとは無関係に行われているため、必然的に貯湯槽において熱余りが発生することになり、貯湯槽において熱が余るとその余剰熱量を放熱器を用いて廃棄する形態となっている。従って、熱電併給装置で発生された熱量が有効に利用されず、エネルギ効率の低下を招くという問題がある。

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、回収された熱量が有効に利用され、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムの運転方法及びコージェネレーション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コージェネレーションシステムの運転方法の第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、前記熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、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、前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記運転制御手段が、前記電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、前記熱電併給装置を前記予測電力負荷量に対して電主運転させたときに前記判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開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、運転制御手段が、電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、熱電併給装置を予測電力負荷量に対して電主運転させたときに判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開させるように構成されているので、熱電併給装置で発生されて貯湯槽に貯えられている熱量が全て利用されることになる。特に、熱消費量が小さい夏場などであっても、熱電併給装置で発生された熱量が全て有効に利用されることになる。その結果、貯湯槽に貯えられている熱量を廃棄する必要もない。
従って、回収された熱量が有効に利用され、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムの運転方法が提供されることになる。

上記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システムの第２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、前記熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、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、前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、前記運転制御手段が、前記電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、前記熱電併給装置を前記予測電力負荷量に対して電主運転させたときに前記判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開させ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、運転制御手段が、電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、熱電併給装置を予測電力負荷量に対して電主運転させたときに判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開させるように構成されているので、熱電併給装置で発生されて貯湯槽に貯えられている熱量が全て利用されることになる。特に、熱消費量が小さい夏場などであっても、熱電併給装置で発生された熱量が全て有効に利用されることになる。その結果、貯湯槽に貯えられている熱量を廃棄する必要もない。
従って、回収された熱量が有効に利用され、エネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムが提供されることになる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記給湯装置の時系列的な実績給湯熱負荷量に基づいて前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻を予測す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、運転制御手段が、給湯装置の時系列的な実績給湯熱負荷量に基づいて上記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻を予測して、その時刻の近傍で貯湯槽が最高貯湯状態になるように構成されているので、給湯装置において湯水が最も必要になる時間帯には貯湯槽から確実に湯水が供給されて、湯水の不足が発生しなくなる。その結果、湯水の不足によるバックアップボイラなどの補助熱源機の運転や、湯水の余剰による熱廃棄というエネルギ効率上好ましくない事態を避けることが可能となる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第４特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、目標貯湯時刻を指令する手動操作式の時刻指令手段が設けられ、前記運転制御手段が、前記時刻指令手段によって指令される前記目標貯湯時刻を前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻と見なす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、運転制御手段が、上記時刻指令手段によって指令される目標貯湯時刻を上記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻と見なして、その時刻の近傍で貯湯槽が最高貯湯状態となるように構成されているので、給湯装置を用いて実際に湯水を使用する予定である使用者が、湯水が最も必要になる時間帯であると考えて指令した上記目標貯湯時刻には貯湯槽から確実に湯水が供給されて、湯水の不足が発生しなくなる。その結果、湯水の不足によるバックアップボイラなどの補助熱源機の運転や、湯水の余剰による熱廃棄というエネルギ効率上好ましくない事態を避けることが可能となる。

図１に示すように、コージェネレーションシステムは、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置としての燃料電池Ｇ、その燃料電池Ｇを商用電源１に系統連系するインバータ２、燃料電池Ｇにて発生する熱にて貯湯槽としての貯湯タンク３に貯湯する貯湯部Ｓ、燃料電池Ｇにて発生する熱にて暖房対象域（図示省略）を暖房する暖房部Ｈ、燃料電池Ｇの余剰電力を、貯湯タンク３に貯湯するための貯湯用熱及び暖房対象域を暖房するため暖房用熱に変換する電気ヒータ４、及び、運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５等を備えて構成してある。

商用電源１は、商用電力供給ライン６を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の電力負荷装置７に接続してある。
インバータ２は、燃料電池Ｇの出力電力を商用電源１から供給される電力と同じ電圧および同じ周波数に変換するように構成してあり、コージェネ用供給ライン８を介して商用電力供給ライン６に電気的に接続して、燃料電池Ｇの発電電力がインバータ２にて交流に変換されて、コージェネ用供給ライン８を介して電力負荷装置７に供給されるように構成してある。

商用電力供給ライン６には、この商用電力供給ライン６にて供給される商用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１を設け、コージェネ用供給ライン８には、燃料電池Ｇの出力電力を計測する出力電力計測部Ｐ２を設けてある。

商用電力計測部Ｐ１は、商用電力供給ライン６を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成してある。そして、逆潮流が生じないように、インバータ２により燃料電池Ｇから商用電力供給ライン６に供給される電力が制御され、燃料電池Ｇの出力電力の余剰電力が電気ヒータ４で消費されるように構成してある。

電気ヒータ４は、複数の電気ヒータから構成され、詳細は後述するが、冷却水循環路９を循環する燃料電池Ｇの冷却水を加熱するように設けると共に、各電気ヒータに対応する作動スイッチ１０を介してコージェネ用供給ライン８に接続してある。そして、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ４の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ４の消費電力を作動スイッチ１０により調整するように構成してある。

図１に示すように、冷却水循環路９は、燃料電池Ｇのセルスタック（図示せず）を冷却して排出される冷却水を、詳細は後述する暖房部Ｈを構成する暖房用熱交換器２４、詳細は後述する貯湯部Ｓを構成する貯湯用熱交換器２５、ラジエータ１６の順に通流させて、燃料電池Ｇに戻すように設けてある。また、冷却水循環路９を通流する冷却水が回収する熱は燃料電池Ｇのセルスタックでの発電反応によって発生する熱だけでなく、セルスタックの酸素極側排ガスの保有熱及び燃料極側排ガスの保有熱などもある。

電気ヒータ４は、冷却水循環路９における燃料電池Ｇよりも下流側で且つ暖房用熱交換器２４よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けて、電気ヒータ４にて変換された熱が貯湯用熱よりも暖房用熱として優先して用いられるように構成してある。

燃料電池Ｇから流出する冷却水の温度を検出する冷却水温センサＴｗを設けて、その冷却水温センサＴｗの検出温度が設定冷却水温度範囲になるように、運転制御部５にて前記冷却水循環ポンプ１３を制御して、冷却水循環流量を調節するようにしてある。
又、冷却水循環流量が設定最大流量に調節された状態で、冷却水温センサＴｗの検出温度が設定冷却水温度範囲を越えるときは、運転制御部５にて、ラジエータ１６のラジエータファン１６ｆを作動させてラジエータ１６を放熱作動させると共に、検出温度が前記設定冷却水温度範囲になるように、ラジエータファン１６ｆの作動を制御するように構成してある。
つまり、貯湯タンク３の貯湯量が後述する最高貯湯状態となって、燃料電池Ｇにて発生した熱を貯湯用熱交換器２５にて貯湯タンク３から取り出された湯水に対して放熱できなくなると、冷却水温センサＴｗの検出温度が上昇するので、ラジエータ１６が放熱作動されることになる。

図１に基づいて、貯湯部Ｓについて説明を加える。貯湯部Ｓは、貯湯タンク３及び貯湯用熱交換器２５の他に、貯湯タンク３の湯水を貯湯用熱交換器２５にわたって循環させる貯湯用循環路２６、その貯湯用循環路２６に設けた貯湯用循環ポンプ２７、及び、貯湯用熱交換器２５から流出して貯湯タンク３に流入する湯水を加熱する貯湯用補助加熱器としてのガス燃焼式の貯湯用補助熱源機２８等を備えて構成してある。ちなみに、その貯湯用補助熱源機２８は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換部２８ａ、その熱交換部２８ａを加熱するバーナ２８ｂ、そのバーナ２８ｂに燃焼用空気を供給するファン２８ｃ等から構成してある。

貯湯用循環路２６は貯湯タンク３の底部と頂部とに接続し、貯湯用循環ポンプ２７を貯湯タンク３の底部に吸引作用するように設けて、貯湯タンク３の底部から取り出した湯水を貯湯用熱交換器２５にて加熱して貯湯タンク３の頂部に戻すようにして、貯湯タンク３に温度成層を形成する状態で貯湯するように構成してある。
貯湯タンク３の底部には給水路２９を接続し、貯湯タンク３の頂部には給湯路３０を接続してある。そして、給湯装置３８の給湯栓が開栓されると、貯湯タンク３の上部から湯水が取り出されて、給湯路３０を通じて給湯箇所に給湯するように構成してある。給湯装置３８は、台所での給湯用途やシャワーでの給湯用途に湯水を供給する給湯端末器や、浴槽への風呂湯張り用途に湯水を供給する風呂湯張り端末器などである。

又、給湯路３０には、貯湯タンク３から取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯熱負荷計測手段３１を設けてある。
貯湯タンク３には、貯湯タンク３の貯湯量の検出用として、４個の貯湯量検出用温度センサＴｔを上下方向に間隔を隔てて設けてある。つまり、貯湯量検出用温度センサＴｔが高温側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、検出温度が高温側設定温度以上である貯湯量検出用温度センサＴｔのうちの最下部の貯湯量検出用温度センサ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個の貯湯量検出用温度センサＴｔ全ての検出温度が上記高温側設定温度以上になると、前記貯湯タンク３の貯湯量が最高貯湯状態であることが検出されるように構成してある。また、４個の貯湯量検出温度センサＴｔ全ての検出温度が低温側設定温度以下になると、貯湯タンク３の貯湯量が最低貯湯状態であることが検出されるように構成してある。

又、貯湯用補助熱源機２８の入口には、その貯湯用補助熱源機２８への湯水の流入温度を検出する入口サーミスタＴｓｉを設け、貯湯用補助熱源機２８の出口には、その貯湯用補助熱源機２８からの湯水の流出温度を検出する出口サーミスタＴｓｅを設けてある。
そして、燃料電池Ｇの停止中で、貯湯タンク３の貯湯量が最低貯湯状態のときに給湯装置３８が使用されると、運転制御部５により、貯湯用循環ポンプ２７が作動されると共に、貯湯用補助熱源機２８が加熱作動されて、その貯湯用補助熱源機２８にて加熱されて貯湯用循環路２６を通じて貯湯タンク３に流入した湯水が給湯路３０を通じて取り出されて、給湯されるように構成してある。

図１に基づいて、暖房部Ｈについて説明を加える。暖房部Ｈは、暖房用熱交換器２４の他に、暖房対象域に設置される暖房端末器３２、それら暖房用熱交換器２４と暖房端末器３２とにわたって熱媒を循環させる暖房用循環路３３、その暖房用循環路３３に設けた暖房用循環ポンプ３４、及び、暖房用熱交換器２４から流出して暖房端末器３２に流入する熱媒を加熱する暖房用補助加熱器としてのガス燃焼式の暖房用補助熱源機３５を備えて構成してある。また、暖房部Ｈの運転を開始する暖房開始指令及び暖房部Ｈを停止する暖房停止指令は操作部３６を用いて行われる。ちなみに、暖房用補助熱源機３５は、加熱対象の熱媒を通流させる熱交換部３５ａ、その熱交換部３５ａを加熱するバーナ３５ｂ、そのバーナ３５ｂに燃焼用空気を供給するファン３５ｃ等から構成してある。

又、暖房端末器３２は、各部屋に設けられた暖房装置や浴室に設けられた浴室暖房乾燥装置などの空調装置、床暖房装置などであり、その暖房端末器３２での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３７を設けてある。
又、暖房用補助熱源機３５の入口には、その暖房用補助熱源機３５への熱媒の流入温度を検出する入口サーミスタＴｈｉを設け、暖房用補助熱源機３５の出口には、その暖房用補助熱源機３５からの熱媒の流出温度を検出する出口サーミスタＴｈｅを設けてある。
そして、運転制御部５により、操作部３６から暖房開始が指令されると、設定熱媒温度の熱媒を暖房端末器３２に供給するように暖房部Ｈの運転を制御する暖房制御を実行し、操作部３６から暖房停止が指令されると、暖房部Ｈを停止するように構成してある。
その暖房制御では、運転制御部５は、暖房用循環ポンプ３４を暖房熱負荷に応じたデューティ−比にて間欠的に運転し、その暖房用循環ポンプ３４の運転中は、入口サーミスタＴｈｉ及び出口サーミスタＴｈｅの検出温度に基づいて、流入温度が設定熱媒温度を下回るときは、暖房用補助熱源機３５を加熱作動させると共に、流出温度が設定熱媒温度になるように暖房用補助熱源機３５の燃焼量を調節する。
又、運転制御部５は、操作部３６から暖房停止が指令されると、暖房用循環ポンプ３４を停止させ、暖房用補助熱源機３５を加熱作動させているときはその加熱作動を停止させて、暖房部Ｈを停止する。

運転制御部５は、発電制御では、暖房部Ｈの停止中は、電力負荷に応じて燃料電池Ｇの出力電力を変更調節する電力負荷追従運転（電主運転）を実行し、暖房部Ｈの運転中は、燃料電池Ｇの出力電力をその調節範囲における最大値に設定された設定最大出力電力に調節する最大出力運転を実行するように構成してある。
運転制御部５は、電力負荷追従運転では、出力電力計測部Ｐ２の検出出力電力に基づいて、燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給量が検出出力電力に応じた設定供給量になるように制御し、且つ、燃料電池Ｇへの空気の供給量が検出出力電力に応じた設定供給量になるように制御する。ちなみに、この電力負荷追従運転において、電力負荷装置７にて消費される電力、即ち、電力負荷量が設定最大出力電力を超えるときは、燃料電池Ｇの出力電力が設定最大出力電力に調節され、電力負荷のうち、燃料電池Ｇの出力電力では不足する分が商用電源１から供給されることになる。

次に、運転制御部５が時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理する負荷情報管理制御について説明する。
運転制御部５は、負荷情報管理制御では、電力の時系列的な実績電力負荷量データに基づいて電力負荷の時系列的な予測電力負荷量データを求め、暖房の時系列的な実績暖房熱負荷量データに基づいて暖房熱負荷の時系列的な予測暖房熱負荷量データを求め、給湯の時系列的な実績給湯熱負荷量データに基づいて給湯熱負荷の時系列的な予測給湯熱負荷量データを求める予測負荷演算処理を実行する。
ちなみに、電力の時系列的な実績電力負荷量データは、電力負荷装置７の消費電力であり、商用電力計測部Ｐ１及び出力電力計測部Ｐ２夫々の計測電力及び電気ヒータ４の消費電力に基づいて、（商用電力計測部Ｐ１の計測電力）＋（出力電力計測部Ｐ２の計測電力）−（電気ヒータ４の消費電力）の演算式にて求める。
又、暖房の時系列的な実績暖房熱負荷量データは、暖房熱負荷計測手段３７にて計測し、給湯の時系列消費データは、給湯熱負荷計測手段３１にて計測する。

次に、予測負荷演算処理について説明を加える。
運転制御部５は、実際の消費状況に基づいて、１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で補正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。

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、暖房熱負荷及び給湯熱負荷があったかの１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で補正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、電力負荷量データ、暖房熱負荷量データ、給湯熱負荷量データの３種類の負荷データからなり、図２に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷量データの２４個、単位時間あたりの暖房熱負荷量データの２４個及び単位時間当たりの給湯熱負荷量データの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補正する構成について説明を加えると、実際の消費状況から、単位時間当たりの電力負荷量、暖房負荷量及び給湯熱負荷量の夫々を、前述のように計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、補正された過去負荷データを求めて、その補正された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（過去分）Ｄ１ｍと、日曜日に対応する当日の実負荷データ（当日分）Ａ１とから、下記の〔数式１〕により、日曜日に対応する補正された過去負荷データ（補正された分）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〔数式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０〜１の間の定数であって、例えば０．７５であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、補正された負荷データとする。

〔数１〕
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝

予測負荷演算処理について説明を加えると、１日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、暖房熱負荷、給湯熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。
すなわち、曜日ごとの７つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、暖房熱負荷、給湯熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。

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２に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数２〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
そして、１日分の予測負荷データＢは、図３に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測暖房熱負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データからなり、図３の（イ）は、１日分の予測電力負荷データを示しており、図３の（ロ）は、１日分の予測暖房熱負荷データを示しており、図３の（ハ）は、１日分の予測給湯熱負荷データを示している。
尚、下記の〔数式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０〜１までの定数であって、例えば０．２５とすることができ、Ｂは、予測負荷データとする。

〔数２〕
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝

次に運転制御部５によって行われる燃料電池Ｇの運転制御について図４のフローチャートを参照して説明する。
ステップ＃１００において運転制御部５は、電力負荷装置７についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、燃料電池Ｇを予測電力負荷量に対して電主運転させたときに上記判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で貯湯タンク３が最高貯湯状態になるような時刻に燃料電池Ｇの運転を電主運転にて開始させる。そしてステップ＃１０２において運転制御部５は、貯湯タンク３が最高貯湯状態であるか否かをタンクサーミスタＴｔを用いて監視し、貯湯タンク３が最高貯湯状態になったと判定すると、燃料電池Ｇの運転を停止させる（ステップ＃１０４）。次に、ステップ＃１０６において運転制御部５は、貯湯タンク３が最低貯湯状態であるか否かをタンクサーミスタＴｔを用いて監視し、貯湯タンク３が最低貯湯状態になったと判定すると、この運転制御のフローチャートの初めにリターンする。

具体的には、図３（イ）に示した予測電力負荷量データを用いて、図５（ａ）に示すように１日２４時間という周期的な判別対象期間が繰り返される時系列的な予測電力負荷量データを考える。運転制御部５は、燃料電池Ｇを運転させるときには電主運転を行うように構成されており、図３（ハ）に示した時系列的な予測給湯負荷量が１日２４時間という判別対象期間において極大となる時刻Ｔｐに貯湯タンク３が最高貯湯量となるようにするためには、図５（イ）に示すような時刻Ｔｓに燃料電池Ｇの運転を開始させることが必要である。つまり、図５（イ）に太線で示す時刻Ｔｓから時刻Ｔｐまでを燃料電池Ｇの運転時間帯とすれば、時刻Ｔｐの近傍に貯湯タンク３が最高貯湯状態になると予想できるので、運転制御部５は時刻Ｔｓに燃料電池Ｇの運転を電主運転で開始する（ステップ＃１００）。

次に運転制御部５は、タンクサーミスタＴｔを用いて貯湯タンク３の貯湯状態を継続して監視し、貯湯状態が最高貯湯状態（蓄熱量＝Ｑｍａｘ）となっているか否かを判別する（ステップ＃１０２）。図５（イ）に示した電力負荷量はあくまでも予測値であり、実際の時系列的な電力負荷量が予測値と異なれば、貯湯タンク３が最高貯湯状態となる時刻も時刻Ｔｐから逸脱するからである。そして運転制御部５は、貯湯タンク３が最高貯湯状態となったときには、燃料電池Ｇの運転を停止させて、余剰熱量が発生しないようにさせる（ステップ＃１０４）。

その後、給湯装置３８には貯湯タンク３内の湯水を供給し、電力負荷装置７には商用電源１からの電力を供給し、暖房端末器３２には暖房用補助熱源機３５で発生される熱を供給しながら、給湯装置３８、電力負荷装置７及び暖房端末器３２の運転を適宜行わせる。

また、運転制御部５は、タンクサーミスタＴｔを用いて貯湯タンク３の貯湯状態を継続して監視し、貯湯状態が最低貯湯状態（蓄熱量＝Ｑｍｉｎ）となっているか否かを判別する。そして、運転制御部５は、図５（ロ）に示した時刻Ｔｅにおいて貯湯タンク３の貯湯状態が最低貯湯状態となったときには、貯湯用補助熱源機２８を作動させて、給湯装置３８への熱供給を行う。尚、貯湯タンク３の貯湯状態が最低貯湯状態以上であったとしても、給湯装置３８が要求する湯水の温度に満たないときには、運転制御部５は、貯湯用補助熱源機２８を作動させる。

そして、次に日付が変わって午前０時になったとき、運転制御部５は、ステップ＃１００にリターンして次の１日２４時間という周期的な判別対象期間において予測給湯負荷量が極大となる時刻Ｔｐに貯湯タンク３が最高貯湯状態となるような電主運転を開始する。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、熱電併給装置として燃料電池を備えたコージェネレーション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ガスエンジンとそのガスエンジンによって駆動される発電装置とを備えた熱電併給システムなどの他の装置を用いてコージェネレーションシステムを構築することもできる。

＜２＞
上記実施形態では、過去の実績給湯熱負荷量データに基づいて、１日２４時間の判別対象期間の予測給湯熱負荷量が極大となる時刻Ｔｐを導出する形態について説明したが、コージェネレーションシステムの使用者が、湯水が最も必要になる時刻を操作部（時刻指令手段の一例）３６を用いて時刻Ｔｐを手動入力するような形態としてもよい。

＜３＞
上記実施形態では、図４のステップ＃１０４において運転制御部５が、貯湯タンクが最高貯湯状態になると燃料電池Ｇの運転を停止させる運転制御を行うように構成された場合について説明したが、燃料電池Ｇの運転を継続した場合にラジエータ１６によって廃棄される熱エネルギ量が、燃料電池Ｇを次に起動させるために要するエネルギ量よりも小さいときには、燃料電池Ｇの運転を継続させる運転制御を行ってもよい。

コージェネレーションシステムの全体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 運転制御のフローチャート 時系列的な予測負荷量及び予測蓄熱量を示す図

符号の説明

３ 貯湯槽
５ 運転制御部（運転制御手段）
７ 電力負荷装置
Ｇ 燃料電池（熱電併給装置）

Claims (4)

1. 熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、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、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムの運転方法であって、
   前記運転制御手段が、
   前記電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、
   前記熱電併給装置を前記予測電力負荷量に対して電主運転させたときに前記判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、
   前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、
   前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開させるように構成されているコージェネレーションシステムの運転方法。
2. 熱と電気とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収する貯湯槽と、前記貯湯槽に貯えられている湯水の熱を消費する給湯装置と、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、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、
   前記運転制御手段が、
   前記電力負荷装置についての周期的な判別対象期間における時系列的な実績電力負荷量に基づいて予測電力負荷量を予測し、
   前記熱電併給装置を前記予測電力負荷量に対して電主運転させたときに前記判別対象期間における時系列的な予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を開始させ、
   前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になると前記熱電併給装置を停止させ、
   前記貯湯槽が最低貯湯状態になると、前記熱電併給装置を次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に対して電主運転させたときに前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻の近傍で前記貯湯槽が前記最高貯湯状態になるような時刻に前記熱電併給装置の運転を再開させるように構成されているコージェネレーションシステム。
3. 前記運転制御手段が、前記給湯装置の時系列的な実績給湯熱負荷量に基づいて前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻を予測するように構成されている請求項２記載のコージェネレーションシステム。
4. 目標貯湯時刻を指令する手動操作式の時刻指令手段が設けられ、
   前記運転制御手段が、前記時刻指令手段によって指令される前記目標貯湯時刻を前記予測給湯熱負荷量が極大となる時刻と見なすように構成されている請求項２記載のコージェネレーションシステム。

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