JP2006183947A - Cogeneration system and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池やガスエンジン等を利用したコージェネレーションシステムに関する。より詳細には、本発明は一般家庭でも使用可能なコージェネレーションシステムの制御に関する。 The present invention relates to a cogeneration system using a fuel cell, a gas engine, or the like. More specifically, the present invention relates to control of a cogeneration system that can be used in a general household.
コージェネレーションシステムは、省エネルギや環境性(二酸化炭素排出量が少ないなど)を意図したシステムであり、省エネルギ効果や環境性が最大となるよう、各種の運転制御方法が提案されている。
特に、燃料電池やガスエンジン等の温水発生手段と、その排熱を利用する貯湯槽とを有するコージェネレーションシステムでは、1日の内の運転・起動時刻の設定は、省エネルギ運転を行う上で、最重要項目の一つともなっている。
The cogeneration system is a system intended for energy saving and environmental performance (such as low carbon dioxide emissions), and various operation control methods have been proposed so as to maximize the energy saving effect and environmental performance.
In particular, in a cogeneration system having a hot water generating means such as a fuel cell or a gas engine and a hot water storage tank that uses the exhaust heat, setting the operation / start-up time within a day is necessary for energy saving operation. It has become one of the most important items.
即ち、燃料電池(FC)等を1日に1回或いは複数回、起動、停止を行う場合において、何時、燃料電池等を起動(運転開始)して、何時、燃料電池等を停止したならば、効率が良いシステムになるのかを決定する必要がある。 That is, when starting or stopping a fuel cell (FC) once or multiple times a day, when the fuel cell is started (starts operation) and when the fuel cell is stopped It is necessary to decide whether to become an efficient system.
言い換えると、不適切な起動・停止時刻では風呂張り時に貯湯タンク内の温水が充分に貯まっておらず、補助熱源機が多く働いてしまうことや、電力消費量の小さい時間帯に発電を行い発電効率が低い状態が長時間継続すること等により、省エネルギ性や環境性の低下につながるので、運転時間帯を適切に決定することが重要である。 In other words, at an inappropriate start / stop time, the hot water in the hot water storage tank is not sufficiently stored when the bath is filled, and many auxiliary heat source machines are working, or power is generated during a time when power consumption is low. Since the state of low efficiency continues for a long time and the like leads to a reduction in energy saving and environmental performance, it is important to appropriately determine the operation time zone.
ここで、設置先の家庭の電力予測値と給湯予測値とから、貯湯槽が温水で満タンになる時刻を予測して、最適な起動時刻と発電出力を決定する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Here, a technology for predicting the time when the hot water tank is filled with hot water from the predicted power value and hot water supply prediction value of the installation destination home and determining the optimum start time and power generation output has been proposed ( For example, see Patent Document 1).
しかし、これらの技術は、1日1回の風呂張り時刻(一般的には、夜7時〜9時頃)を目指して運転を決定するものであって、他の時間帯に多くお湯を使用する家庭(例えば、風呂張りの時間が「夜7時〜9時頃」とは異なる場合や、1日に何回も風呂張りをする場合、或いは、風呂以外に、お湯を大量に使う時間帯が存在する場合等)が存在し、そのような家庭(或いはケース)への対応は考慮されていない。 However, these technologies are designed to drive once a day for bathing (generally around 7:00 to 9:00), and use a lot of hot water at other times. Home (for example, when the bathing time is different from “around 7 pm to 9 pm”, when bathing many times a day, or during the time when a lot of hot water is used in addition to the bath Etc.) and the correspondence to such a home (or case) is not considered.
例えば、図6の「電力、給湯需要特性図」で示すように、毎朝お湯で洗濯をする家庭、或いは、朝の時間帯にシャンプーやシャワーを多用(図6の貯湯槽給湯需要量線図Q(給湯)におけるQxの部分)する家庭では、前夜の風呂張り時刻の前にコージェネシステムが停止し(図5の貯湯槽貯湯率線図Tにおける貯湯率=100%;貯湯槽満タンで燃料電池停止状態)、その後風呂張りでお湯を使い切り、貯湯槽が空近くになってしまう。そのまま翌朝を迎えると、貯湯槽内のお湯で、洗濯やシャンプー、シャワーに必要なお湯の需要を賄うことが出来なくなり、補助熱源機が多く稼動することになり省エネルギ性や環境性が低下する。
すなわち、この消費(朝におけるお湯の消費)を貯湯槽内の温水で賄うことにすると、電力消費がかなり小さい夜中(図6では午前3時ごろ)に燃料電池を起動させる必要があり、そのため発電効率が低い発電となり省エネルギ性で劣るため得策ではない。
尚、図6において特性線Weは燃料電池の瞬時発電出力を示す特性線を示す。
For example, as shown in the “electricity and hot water supply demand characteristic diagram” of FIG. 6, shampoo and shower are frequently used in households where hot water is washed every morning or in the morning time zone (hot water supply hot water demand graph Q of FIG. 6 (Qx portion in hot water supply) At home, the cogeneration system stops before the bathing time the night before (hot water storage rate = 100% in hot water tank hot water storage rate diagram T in FIG. 5; fuel cell in hot water tank full (Stopped state), then the hot water is used up in the bath, and the hot water tank becomes nearly empty. The next morning, the hot water in the hot water tank will not be able to cover the demand for hot water required for washing, shampooing, and showering, and many auxiliary heat source units will operate, reducing energy saving and environmental performance. .
In other words, if this consumption (hot water consumption in the morning) is covered by hot water in the hot water tank, the fuel cell must be activated in the middle of the night when the power consumption is considerably small (around 3 am in FIG. 6). It is not a good idea because it generates power with low efficiency and is inferior in energy saving.
In FIG. 6, a characteristic line We indicates a characteristic line indicating an instantaneous power generation output of the fuel cell.
業務用とは異なり、家庭用のコージェネ機器は家庭・住宅によって需要パターンが様々であり、その様々なパターンで、問題なく運転が出来ることが求められている。すなわち、どんなユーザーに対しても対応出来る(「普遍性」がある)様にするのが家電製品に要求される基本的性能である。 Unlike commercial use, cogeneration equipment for home use has various demand patterns depending on the home and house, and it is required that these various patterns can be operated without problems. In other words, the basic performance required for home appliances is to make it compatible with any user (there is “universality”).
コージェネレーションシステムで、上述したような如何なるユーザーにも対応可能なシステムを構築するためには、その家庭の電力需要量及び給湯需要量パターンからあらゆる起動・停止・出力パターンを計算し、それを比較して最適なものを選択する様に構成すれば良い。しかし、あらゆる起動・停止・出力パターンを計算し、それを比較して最適なものを選択するためには、計算、比較、選択に必要な処理量が膨大になり、家庭用のいわゆる「マイコン」で処理することが出来ない。
換言すれば、最適な燃料電池の起動時刻、運転終了時刻、発電出力は、各家庭でまちまちであり、各家庭に最適な運転パターンを網羅するためには、膨大な数のパターンを計算しなければならないので、計算量が膨大となり、通常のマイコンでは処理に長時間要するので現実的に不可能である。
In other words, the optimum start time, operation end time, and power generation output of the fuel cell are different in each household, and a huge number of patterns must be calculated to cover the optimum operation pattern for each household. Therefore, the calculation amount becomes enormous, and a normal microcomputer requires a long time for processing, which is practically impossible.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、例えば一般家庭のような複雑多岐に亘る需要パターンに対応可能であり、しかも、一般的なマイコンで充分な処理量で制御可能であり、高性能で且つ高価な処理速度及び制御手段を使用する必要がないコージェネレーションシステム及びその制御方法の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and can cope with a wide variety of demand patterns such as ordinary homes, and with a sufficient processing amount with a general microcomputer. An object of the present invention is to provide a cogeneration system that is controllable and does not require the use of a high-performance and expensive processing speed and control means, and a control method therefor.
本発明のコージェネレーションシステムは、温水発生手段(燃料電池1、ガスエンジン等)と、制御手段(コントロールユニット4)とを有し、制御手段(コントロールユニット4)は需要予測手段(需要予測ユニット41)と、温水発生手段(1)の起動時刻を決定する起動時刻決定手段(起動時刻決定ユニット42)と、温水発生手段(1)の停止時刻を決定する停止時刻決定手段(停止時刻決定ユニット43)と、計時手段(計時ユニット44)とを備え、
起動時刻決定手段(42)は、需要予測手段(41)で予測された風呂張り時刻(風呂張り発生時刻)或いは給湯需要がピークになると予測される時刻(給湯需要ピーク予測時刻)を温水発生手段(1)の停止時刻に設定した場合におけるエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを、温水発生手段(1)の起動時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させ且つ需要予測手段(41)で予測された需要に基づいて演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる起動時刻を温水発生手段(1)の起動時刻として決定する様に構成されており、
停止時刻決定手段(43)は、温水発生手段(1)の起動後、発電出力値を修正し、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として決定する様に構成されていることを特徴としている(請求項1)。
The cogeneration system of the present invention has hot water generating means (
The activation time determination means (42) is a hot water generation means that calculates a bathing time predicted by the demand prediction means (41) (a bathing occurrence time) or a time when hot water supply demand is predicted to reach a peak (hot water supply demand peak prediction time). When the stop time of (1) is set, one of the parameters of energy consumption (primary energy consumption), utility costs, and carbon dioxide emission is set as the start time of the hot water generating means (1) for a predetermined time (for example, 1 hour) and is calculated based on the demand predicted by the demand prediction means (41), and the calculated parameter (one parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) is minimized. It is configured to determine the start time as the start time of the hot water generating means (1),
The stop time determining means (43) corrects the power generation output value after activation of the hot water generating means (1), and changes the stop time of the hot water generating means (1) by a predetermined time (for example, 1 hour) to thereby reduce the amount of energy consumed. (Primary energy consumption), utilities costs, carbon dioxide emissions are calculated, and the calculated parameters (energy consumption, utilities costs, carbon dioxide emissions parameters) are minimized. The present invention is characterized in that the stop time is determined as the stop time of the hot water generating means (1) (claim 1).
本発明のコージェネレーションシステムにおいて、起動時刻決定手段(42)は、停止時刻決定手段(43)が温水発生手段(1)の停止時刻を決定した後、(決定された起動時刻になるまで)所定時間(例えば1時間)毎に、温水発生手段(1)の起動時刻に達するまで、前記決定された停止時刻を固定値とし且つ温水発生手段(1)の起動時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させて、エネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる起動時刻を温水発生手段(1)の起動時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されているのが好ましい(請求項2)。 In the cogeneration system of the present invention, the activation time determining means (42) is predetermined after the stop time determining means (43) determines the stop time of the hot water generating means (1) (until the determined activation time is reached). Until the activation time of the hot water generating means (1) is reached every time (for example, 1 hour), the determined stop time is set as a fixed value and the activation time of the hot water generating means (1) is set to a predetermined time (for example, 1 hour). Change each parameter to calculate one of the parameters of energy consumption (primary energy consumption), utility costs, carbon dioxide emissions, and calculate the calculated parameters (energy consumption, utilities costs, carbon dioxide emissions) It is preferable that the process of determining the start time at which the parameter is minimized as the start time of the hot water generating means (1) is repeated (claim 2).
また本発明のコージェネレーションシステムにおいて、停止時刻決定手段(43)は、(温水発生手段(1)が発電した後の)温水発生手段(1)の停止時刻決定後、所定時間(例えば1時間)毎に、停止時刻に達するまで、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として再決定する処理を繰り返す様に構成されているのが好ましい(請求項3)。 In the cogeneration system of the present invention, the stop time determining means (43) is a predetermined time (for example, 1 hour) after the stop time of the hot water generating means (1) is determined (after the hot water generating means (1) generates power). Every time, the stop time of the hot water generating means (1) is changed by a predetermined time (for example, 1 hour) until the stop time is reached, so that any one of energy consumption (primary energy consumption), utility costs, and carbon dioxide emission The process of calculating such a parameter and re-determining the stop time at which the calculated parameter (any one of energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission) is minimum as the stop time of the hot water generating means (1) Is preferably repeated (claim 3).
さらに、本発明のコージェネレーションシステムにおいて、温水発生手段(1)の停止後、一定時間(例えば1時間)経過した際に、その時点で温水発生手段(1)を起動した場合における所定時間(例えば24時間)経過するまでのエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを需要予測手段(41)によって予測された需要に基づいて演算し、且つ、その時点で温水発生手段(1)を起動しない場合における所定時間(例えば24時間)経過するまでの前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を需要予測手段(41)によって予測された需要に基いて演算し、両者を比較して、その時点で温水発生手段(1)を起動した場合における(所定時間経過するまでの)前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が少なければ温水発生手段(1)を再起動させる判定を行う判定手段(再起動判定ユニット45)を有するのが好ましい(請求項4)。 Furthermore, in the cogeneration system of the present invention, when a certain time (for example, 1 hour) has elapsed after the hot water generating means (1) is stopped, a predetermined time (for example, when the warm water generating means (1) is activated at that time) 24 hours), one of the parameters of energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission is calculated based on the demand predicted by the demand prediction means (41), and the hot water generation means ( 1) Demand predicted by the demand prediction means (41) for the parameter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) until a predetermined time (for example, 24 hours) elapses when not starting. And the comparison is made between the two, and when the hot water generating means (1) is activated at that time (before a predetermined time elapses), It is preferable to have a determination means (restart determination unit 45) for performing a determination to restart the hot water generation means (1) if the meter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) is small ( Claim 4).
ここで、温水発生手段(1)を起動させる判定を行った場合(再起動する場合)、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されているのが好ましい。 Here, when it is determined that the warm water generating means (1) is activated (when it is restarted), the stop time of the warm water generating means (1) is changed by a predetermined time (for example, 1 hour) to change the energy consumption (1 Secondary energy consumption), utility costs, carbon dioxide emissions, and stop time when the calculated parameters (energy consumption, utilities costs, carbon dioxide emissions) are minimized Is preferably configured to repeat the process of determining as the stop time of the hot water generating means (1).
また、本発明のコージェネレーションシステムの制御方法は、温水発生手段(燃料電池1、ガスエンジン等)と、制御手段(コントロールユニット4)とを有するコージェネレーションシステム(A)の制御方法において、
需要予測手段(41)で予測された風呂張り時刻(風呂張り発生時刻)或いは給湯需要がピークになると予測される時刻(給湯需要ピーク予測時刻)を温水発生手段(1)の停止時刻に設定し、温水発生手段(1)の起動時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させ且つ需要予測手段(41)で予測された需要に基づいてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる起動時刻を温水発生手段(1)の起動時刻として決定する工程(S2〜S10)と、
温水発生手段(1)の起動後、発電出力値を修正しつつ、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として決定する工程(S12〜S19)、
とを有することを特徴としている(請求項5)。
Moreover, the control method of the cogeneration system of the present invention is a control method of a cogeneration system (A) having hot water generating means (
The bathing time predicted by the demand prediction means (41) (the bathing occurrence time) or the time when hot water supply demand is predicted to peak (the hot water supply demand peak prediction time) is set as the stop time of the hot water generation means (1). The start time of the hot water generating means (1) is changed by a predetermined time (for example, one hour) and the energy consumption (primary energy consumption), the utility cost, based on the demand predicted by the demand prediction means (41), Calculate any parameter of carbon dioxide emission, and start the hot water generating means (1) with the activation time at which the calculated parameter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) is minimized A step of determining time (S2 to S10);
After starting the hot water generating means (1), while correcting the power generation output value, the stop time of the hot water generating means (1) is changed by a predetermined time (for example, 1 hour) to change the energy consumption (primary energy consumption), One of the parameters of the utility cost and the carbon dioxide emission is calculated, and the stop time at which the calculated parameter (the parameter of the energy consumption, the utility cost and the carbon dioxide emission) is minimized is set as the hot water generating means (1 ) Step (S12 to S19) for determining the stop time of
(Claim 5).
本発明のコージェネレーションシステムの制御方法において、温水発生手段(1)の停止時刻を決定した後、所定時間(例えば1時間)毎に、温水発生手段(1)の起動時刻に達するまで、前記決定された停止時刻を固定値とし且つ温水発生手段の起動時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させて、エネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる起動時刻を温水発生手段(1)の起動時刻として決定する処理を繰り返すのが好ましい(請求項6)。 In the control method of the cogeneration system according to the present invention, after the stop time of the hot water generating means (1) is determined, the determination is made until the start time of the hot water generating means (1) is reached every predetermined time (for example, 1 hour). The fixed stop time is set to a fixed value and the start time of the hot water generating means is changed by a predetermined time (for example, 1 hour), and any one of energy consumption (primary energy consumption), utility cost, and carbon dioxide emission The process of calculating the parameter and determining the startup time at which the calculated parameter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) is minimum as the startup time of the hot water generating means (1) is repeated. (Claim 6).
また本発明のコージェネレーションシステムの制御方法において、温水発生手段(1)の停止時刻決定後、所定時間(例えば1時間)毎に、停止時刻に達するまで、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として再決定する処理を繰り返す様に構成されているのが好ましい(請求項7)。 In the control method of the cogeneration system of the present invention, after the stop time of the hot water generating means (1) is determined, the stop time of the hot water generating means (1) is set every predetermined time (for example, 1 hour) until the stop time is reached. The energy consumption (primary energy consumption), utility costs, and carbon dioxide emissions are calculated by changing each predetermined time (for example, 1 hour), and the calculated parameters (energy consumption, utility costs, It is preferable to repeat the process of re-determining the stop time at which the carbon dioxide emission amount is minimum as the stop time of the hot water generating means (1).
さらに、本発明のコージェネレーションシステムにおいて、温水発生手段(1)の停止後、一定時間(例えば1時間)経過した際に、その時点で温水発生手段(1)を起動した場合における所定時間(例えば24時間)を経過するまでのエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを需要予測手段(41)によって予測された需要に基づいて演算し、且つ、その時点で温水発生手段(1)を起動しない場合における所定時間(例えば24時間)経過するまでの前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を需要予測手段(41)によって予測された需要に基いて演算し、両者を比較して、その時点で温水発生手段(1)を起動した場合における(所定時間経過するまでの)前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が少なければ温水発生手段(1)を再起動させる工程(S23〜S28)を有するのが好ましい(請求項8)。 Further, in the cogeneration system of the present invention, when a certain time (for example, 1 hour) has elapsed after the hot water generating means (1) is stopped, a predetermined time (for example, when the warm water generating means (1) is activated at that time) 24 hours), any one of parameters of energy consumption, utility costs, and carbon dioxide emission is calculated based on the demand predicted by the demand prediction means (41), and the hot water generation means at that time The demand prediction means (41) predicts the parameter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) until a predetermined time (for example, 24 hours) elapses when (1) is not activated. Calculate based on demand, compare both, and when the hot water generating means (1) is activated at that time (until a predetermined time elapses) Parameter preferably has a step (S23 to S28) to restart the (energy consumption, energy costs, any of the parameters of the carbon dioxide emissions) is less if the hot water generator (1) (claim 8).
ここで、温水発生手段(1)を起動させる工程を実行した際に(再起動する場合;S28)、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段(1)の停止時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されているのが好ましい。 Here, when the step of starting the hot water generating means (1) is executed (when restarting; S28), the stop time of the hot water generating means (1) is changed by a predetermined time (for example, 1 hour) to consume energy. Calculate any one of the parameters (primary energy consumption), utility costs, carbon dioxide emissions, and the calculated parameters (energy consumption, utilities costs, carbon dioxide emissions parameters) are the smallest It is preferable to repeat the process of determining the stop time as the stop time of the hot water generating means (1).
上述する構成を具備する本発明によれば、需要予測手段(41)で予測された風呂張り時刻(風呂張り発生時刻)或いは給湯需要がピークになると予測される時刻(給湯需要ピーク予測時刻)を温水発生手段(1)の停止時刻に設定し、起動時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させ、エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となる時刻を起動時刻として決定している。従って、起動時刻を決定するのに必要な演算の回数は、予測を行う時刻(例えば午前3時)から設定された停止時刻(例えば、18時)までの時間を、当該所定時間(例えば1時間)で除した値となり(例えば、(18時−3時)÷1時間=15回)、すべての起動時刻と停止時刻の組み合わせを計算する手法に比べて、極めて少ない回数で済む。
なお、ガスエンジンは起動後すぐに発電が開始できるが、都市ガスから水素を製造する改質器が内蔵されているタイプの燃料電池は改質器の昇温のため1時間程度を要する。そのため、上記の例では17時起動で18時停止では起動のみで発電をしないで停止となるので最低でも2時間前を起動時刻の下限として設定する。よって、上記の例では((18時−2)−3時)÷1時間=13回)となる。
According to the present invention having the above-described configuration, the bathing time predicted by the demand prediction means (41) (the bathing occurrence time) or the time when hot water supply demand is predicted to peak (the hot water demand peak predicted time) is calculated. Set the hot water generation means (1) as the stop time, change the start time by a predetermined time (for example, 1 hour), and start the time when any of the parameters of energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission is minimum The time is determined. Therefore, the number of calculations necessary to determine the start time is the time from the prediction time (for example, 3 am) to the set stop time (for example, 18:00), the predetermined time (for example, 1 hour). ) (For example, (18 o'clock-3 o'clock) ÷ 1 hour = 15 times), which is much smaller than the method of calculating all combinations of start time and stop time.
Although the gas engine can start power generation immediately after startup, a fuel cell with a built-in reformer that produces hydrogen from city gas requires about one hour to raise the temperature of the reformer. Therefore, in the above example, when starting at 17:00 and stopping at 18:00, it is stopped only by starting and not generating electricity, so at least 2 hours before is set as the lower limit of starting time. Therefore, in the above example, ((18: 00-2) -3 o'clock) / one hour = 13 times).
そして、温水発生手段(1)の停止時刻を所定時間(例えば1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を温水発生手段の停止時刻としているので、停止時刻を決定する際の演算の回数も、起動後、停止するまでの時間を当該所定時間(例えば1時間)で除した値となり(例えば、起動時刻9時、停止時刻19時とすると(19時−9時)÷1時間=10回)、従来の全ての組み合わせを計算する手法に比べて、極めて少ない回数で済む。 Then, by changing the stop time of the hot water generating means (1) by a predetermined time (for example, 1 hour), any one parameter of energy consumption (primary energy consumption), utility cost, carbon dioxide emission is calculated, Since the stop time at which the calculated parameter (any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) is minimized is the stop time of the hot water generating means, the number of times of calculation when determining the stop time is also Then, the time until the stop after starting is divided by the predetermined time (for example, 1 hour) (for example, if the start time is 9 o'clock and the stop time is 19 o'clock (19 o'clock to 9 o'clock)) ÷ 1 hour = 10 times ), The number of times is extremely small compared with the conventional method of calculating all combinations.
本発明では、需要予測手段(41)によって各家庭の需要パターンを学習し、予測することが可能であるため、各家庭の需要パターンに対応した制御を行うことが出来る。
従って、家庭用のコージェネレーションシステムとして使用した場合に、家庭毎に異なる需要パターンに対する最適な制御を実現することが出来る。
In the present invention, it is possible to learn and predict the demand pattern of each household by the demand prediction means (41), and therefore it is possible to perform control corresponding to the demand pattern of each household.
Therefore, when used as a household cogeneration system, it is possible to realize optimal control for a demand pattern that differs for each household.
特に本発明では、温水発生手段(1)の停止時間を決定した後、決定された起動時刻になるまで所定時間(例えば1時間)毎に、温水発生手段(1)の起動時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されている(請求項2)ので、温水発生手段(1)設置先の実際の需要が需要予測と相違して、例えば燃料電池システムにおける貯湯槽(2)の蓄熱量が予測した給湯需要の推移と異なることによりそれ以前に停止時刻を決定した時よりも蓄熱量が大きく異なる場合には、それに応じて、温水発生手段(1)の起動時刻を修正することが出来る。
また、温水発生手段(1)が発電した後の温水発生手段(1)の停止時刻決定後、所定時間(例えば1時間)毎に、温水発生手段(1)の停止時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されている(請求項3)ので、発電後に電力需要や給湯需要が予測需要パターンと異なる場合にも、停止時刻を修正して対処することが出来る。
そして、修正された起動時刻や停止時刻は最適な(=エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが少ないということ)運転に反映することが出来るので、各家庭毎に異なる変動の大きな需要パターンに対しても、より細かく対処することが可能となる。
In particular, in the present invention, after determining the stop time of the hot water generating means (1), the process of determining the start time of the hot water generating means (1) every predetermined time (for example, one hour) until the determined start time is reached. (Claim 2), the actual demand of the hot water generating means (1) is different from the demand forecast, for example, the amount of heat stored in the hot water tank (2) in the fuel cell system is predicted. If the amount of heat storage differs greatly from the time when the stop time was previously determined by being different from the transition of the hot water supply demand, the start time of the hot water generating means (1) can be corrected accordingly.
Further, after determining the stop time of the hot water generating means (1) after the hot water generating means (1) generates power, the process of determining the stop time of the hot water generating means (1) is repeated every predetermined time (for example, 1 hour). (Claim 3), even when the power demand or hot water supply demand is different from the predicted demand pattern after power generation, the stop time can be corrected and dealt with.
And, the corrected start time and stop time can be reflected in the optimal operation (= the parameter of any of energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission is small), so it differs for each household. It is possible to deal with demand patterns with large fluctuations more precisely.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1において、コージェネレーションシステムAは、貯湯槽2と熱源機3とを有する温水供給システム10と、燃料電池1と、温水供給システム10内には制御手段であるコントロールパネル40を有している。
In FIG. 1, the cogeneration system A has a hot
そのコントロールパネル40は、制御手段でありデータベース(各需要量計測値をメモリに記憶させたもの)46を内蔵したコントロールユニット4を有している。
また、明確には図示されていないが、燃料電池の起動時刻等の運転計画を立案し、或いは、運転指令判断のために、電力需要計測用の配線が住宅内の分電盤からコントロールユニット4に接続されている。また、図示はされていないが、コントロールユニット4と燃料電池1とは運転制御指令信号用ケーブルにより電気的に接続されている。
The
In addition, although not clearly shown, an operation plan such as the start time of the fuel cell is drawn up, or the power demand measurement wiring is connected from the distribution board in the house to the
燃料電池1は、燃料電池1が発電中に発生する排熱によって貯湯槽2内に貯留された水が循環ラインLwを介して燃料電池1またはガスエンジンを循環して、温められて給湯用の温水が作られる。
In the
前記熱源機3は、給湯ラインLhに介装され給湯される湯温が低い場合に給湯を予・加熱する給湯用バックアップバーナ32と、図示はしないが風呂の追い焚き用の熱交換器とを有している。
また、熱源機3は回路基板(インターフェース)31を有しており、その回路基板31は前記コントロールユニット4と後述する計測手段(流量計、温度センサ等)、及び前記バックアップバーナ32とを接続しており、入力信号の受信の中継やバックアップバーナ32の作動・不作動の制御の中継を行う。
The
The
前記給湯ラインLhには、その給湯ラインLhの分岐点Pb1、合流点Pg1で給湯用バックアップバーナ32を短絡するバイパスラインLbが設けられており、図示には明確には示されていないがバイパスラインLbの分岐点Pb1に介装された切換え弁を切換えることにより、給湯を予加熱させないで、すなわちバイパスさせたり、バイパスさせないでバックアップバーナ32で予加熱させたりすることが制御出来るように構成されている。
The hot water supply line Lh is provided with a bypass line Lb for short-circuiting the hot water
風呂の追い焚き用ラインLaの排出側の浴槽5近傍には、浴槽5内のお湯の温度を計測する温度センサT10が介装されている。(T10は温水供給システム10内の追い焚きラインLaに設置しても良い。)
A temperature sensor T10 for measuring the temperature of hot water in the bathtub 5 is interposed in the vicinity of the bathtub 5 on the discharge side of the bath reheating line La. (T10 may be installed in the reheating line La in the hot
前記給湯ラインLhの端末は、分岐点Pb3を介して、風呂用給湯口5W、及び台所用給湯口6とに接続されている。
給湯ラインLhの前記合流点Pg1とPb3の間の領域には分岐点Pb2が形成され、該分岐点Pb2と前記追い焚きラインLaの戻り側に形成された合流点Pg2とはラインLcで連通されている。
The terminals of the hot water supply line Lh are connected to the hot water supply port 5W for the bath and the hot water supply port 6 for the kitchen via the branch point Pb3.
A branch point Pb2 is formed in a region between the junction points Pg1 and Pb3 of the hot water supply line Lh. The junction point Pb2 and the junction point Pg2 formed on the return side of the reheating line La are communicated by a line Lc. ing.
給湯ラインLhの貯湯貯湯槽2と前記分岐点Pb1の間の領域には給湯温度を計測する第1の温度センサT1が、前記合流点Pg1と前記分岐点Pb2の間の領域には流過順に第2の温度センサT2と第1の流量計F1が介装されている。
前記追い焚きラインLaの前記合流点Pg2の上流側には流過順に第3の温度センサT3と第2の流量計F2が介装されている。
給湯ラインLhと追い焚きラインLaとを接続する前記ラインLcには第3の流量計F3が介装されている。
また、追い焚きラインLaの合流点Pg2と浴槽5との間の領域には、浴槽5内の湯の量(水位)を計測するための水位計Swが介装されている。
A first temperature sensor T1 for measuring a hot water supply temperature is provided in a region between the hot
A third temperature sensor T3 and a second flow meter F2 are interposed in the flow-through line La on the upstream side of the junction Pg2 in order of flow.
A third flow meter F3 is interposed in the line Lc connecting the hot water supply line Lh and the reheating line La.
Further, a water level meter Sw for measuring the amount of hot water (water level) in the bathtub 5 is interposed in a region between the junction Pg <b> 2 of the reheating line La and the bathtub 5.
前記貯湯貯湯槽2には上水が上水供給ラインLmによって供給される。また、前記給湯ラインLhの貯湯貯湯槽2と前記第1の温度センサT1との間の領域に給湯が熱すぎる場合に給湯の温度を下げる(温度調整をする)ために冷水が上水供給ラインLnによって加えられるように配管されている。
The hot
前記上水供給ラインLmには給水の温度を計測する第4の温度センサT4が、また貯湯貯湯槽2内には上方から順に5層に亙って第5〜第9の温度センサT5〜T9が設置され、それらの温度センサT4〜T9はコネクタCに一旦接続され、そのコネクタは家庭B内の前記コントロールユニット4に信号ラインLtによって接続されている。
The water supply line Lm has a fourth temperature sensor T4 for measuring the temperature of the feed water, and the hot
また、前記温度センサT1〜T3、および流量計F1〜F3は前記回路基板31に接続され、更にその回路基板(インターフェース)31はその回路基板31に設けられたコネクタ31cを介して家庭B内の前記コントロールユニット4に信号ラインLtfによって接続されている。一方、前記コントロールユニット4に内装されたデータベース46では、回路基板31を経由して熱源機3側の前述の各センサ及び、コントロールユニット側に接続された各センサからの情報を記憶している。
The temperature sensors T1 to T3 and the flow meters F1 to F3 are connected to the
コントロールユニット4の構成を、図2に基づいて詳述する。
コントロールユニット4は、上述した様にコントロールパネル40に属し、需要予測ユニット41と、起動時刻決定ユニット42と、停止時刻決定ユニット43と、計時手段であるタイマー44と、再起動判定ユニット45と、データベース46と、燃料電池制御信号発信ユニット47とから構成されている。
The configuration of the
As described above, the
データベース46は、回路基板(インターフェース)31、ラインLtf経由及びラインLt経由で各種センサ類からの情報を受信し、それらの情報を記憶している。
The
需要予測ユニット41は、データベース46に記憶されたデータから給湯需要及び電力需要を予測するとともに、風呂張り発生時刻又は給湯需要がピークとなる時刻を予測して、その結果を起動時刻決定ユニットに送信する。具体的には表1、表2のように、曜日ごとに毎時刻(例えば1時間ごと)の電力需要や給湯需要及び風呂張り需要(発生時のみ)を記録・学習していくことで、予測時に同じ曜日の過去の学習データ(各需要パターン)を抽出することでその住宅の各需要の予測が可能となる。ここで、需要予測方法は公知の事実(例えばニューラルネットワーク法など)を利用しても良い。
記録・学習する給湯需要Qkyuは
Qkyu=(出湯温度t2−水温t4)×入水流量
で求められる。ここで、「出湯温度t2」は図1における温度センサT2の測定温度、「水温t4」は温度センサT4の測定温度、「入水流量」は流量計F1の測定流量である。
また、風呂張り需要Qbは
Qb=(風呂サーミスタ温度t3−水温t4)×湯張り流量瞬時値
で求められる。ここで、「風呂サーミスタ温度t3」は図1における温度センサT3の測定温度、「湯張り流量瞬時値」は流量計F3の測定流量である。ただし、「風呂サーミスタ温度t3」の代わりにリモコンの「風呂設定温度」による温度を使用しても良い。
The hot water supply demand Qkyu to be recorded / learned is obtained by Qkyu = (hot water temperature t2−water temperature t4) × input water flow rate. Here, “hot water temperature t2” is the measured temperature of the temperature sensor T2 in FIG. 1, “water temperature t4” is the measured temperature of the temperature sensor T4, and “incoming water flow rate” is the measured flow rate of the flow meter F1.
The bath filling demand Qb is obtained by Qb = (bath thermistor temperature t3−water temperature t4) × instantaneous hot water flow rate. Here, “bath thermistor temperature t3” is the measured temperature of temperature sensor T3 in FIG. 1, and “instantaneous hot water flow rate” is the measured flow rate of flow meter F3. However, the temperature based on the “bath set temperature” of the remote controller may be used instead of the “bath thermistor temperature t3”.
起動時刻決定ユニット42は、需要予測ユニット41で予測した風呂張り時刻(風呂張り発生時刻)或いは給湯需要がピークになると予測される時刻(給湯需要ピーク予測時刻)を求めるに際して、先ず、その時刻を燃料電池1の停止時刻に設定した場合におけるエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを、燃料電池1の起動時刻を所定時間(例えば計算時から1時間)ずつ変化させ、且つ需要予測ユニット41で予測された需要に基づいて演算する。そして、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる起動時刻を燃料電池1の起動時刻として決定するとともに、決定した起動時刻をデータベース46に記憶するように構成されている。
When the activation
停止時刻決定ユニット43は、燃料電池1が起動時刻決定ユニット42で決定した起動時刻を経過して発電した後の燃料電池1の停止時刻決定後、所定時間(例えば1時間)毎に、前記決定された停止時刻に達するまで、燃料電池1の停止時刻を所定時間(例えば計算時から1時間)ずつ変化させてエネルギ消費量(1次エネルギ消費量)、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を燃料電池1の停止時刻として決定する処理を繰り返すとともに、決定した停止時刻をデータベース46に記憶する様に構成されている。
The stop
再起動判定ユニット45は、燃料電池1の停止後、一定時間(例えば1時間)経過した際に、その時点で燃料電池1を起動した場合における所定時間(例えば24時間)経過するまでのエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを前記需要予測ユニット41によって予測された需要に基づいて演算し、且つ、その時点で燃料電池1を起動しない場合における所定時間(例えば24時間)経過するまでの前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を需要予測ユニット41によって予測された需要に基づいて演算する。そして、その両者を比較して、その時点で燃料電池1を起動した場合における(所定時間経過するまでの)前記パラメータ(エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が少なければ燃料電池1を起動させる判定を行うとともに、決定した再起動に関するデータをデータベース46に記憶する様に更正されている。
When the
本実施形態のコージェネレーションシステムは、家庭により様々な需要に対応すべく、常に1日間の電力需要と、給湯及び風呂張り需要の予測値を元に、燃料電池1の起動及び停止時刻を、省エネルギ性・環境保全性あるいは運転コストを考慮して最適の運転になる様に設定している。
システムを構成するコントロールユニット4は処理能力的には、通常のマイコン程度であって、システムの各センサからの情報量と計算量に十分対応出来る。
コントロールユニット4は、1日の最大の給湯需要である風呂張り需要を予測し、風呂張り時刻に必要量が貯湯槽2内に蓄積されるように、電力需要及び給湯需要予測値から計算して何時に燃料電池1を起動するかを演算し、起動時刻を決定する。又、起動後は、定期的に発電出力と停止時刻とを見直し、更新することであらゆる需要にも自動的に起動・出力・停止を決定することが出来る。
The cogeneration system according to the present embodiment saves the start and stop times of the
The
The
次に、図3及び図4に基づき、図1、図2をも参照して、当該システムAの運転制御方法を説明する。 Next, based on FIG.3 and FIG.4, the operation control method of the said system A is demonstrated with reference also to FIG. 1, FIG.
図3は、システムの各センサからの情報の収集と、1日間(24時間)の電力需要、給湯需要の予測に関する制御ルーチンである。 FIG. 3 is a control routine relating to the collection of information from each sensor of the system and the prediction of power demand and hot water supply demand for one day (24 hours).
先ず、ステップS101では、コントロールユニット4のデータベース46は、当該システムAの温度センサT1〜T10、流量センサF1、F2、電力センサ、計時ユニット44からの各種情報や気温のデータを読込む。
First, in step S101, the
情報の読込に当たっては、例えば1分毎にデータを読み込み、瞬時需要(或いは1時間など所定時間スパンにおける平均需要)を記録していく。 In reading the information, for example, data is read every minute, and instantaneous demand (or average demand in a predetermined time span such as one hour) is recorded.
ここで、曜日毎のデータ、及びその時に、各曜日毎で所定時刻の気温をも合わせて記録・学習させてもよい。そしてその学習期間を最低1週間以上継続させれば、予測日(曜日)と同じ曜日の過去のデータを参照することで、その日(特定曜日)1日の予測が可能になる。なお、曜日(日、月、火、・・・土)でなく平日と土曜日、日曜日という分類でも良い。
即ち、同じ曜日でも気温によって給湯需要は増減するので、曜日に加えて、当該曜日の気温に近いデータを選択することにより、より精度の良い予測が可能となる。さらに、祝日や年末年始などの特異日の情報と合わせて記憶すればより一層の精度が期待できる。
Here, the data for each day of the week and the temperature at a predetermined time for each day of the week may also be recorded and learned. If the learning period is continued for at least one week, it is possible to predict the day (specific day) by referring to the past data on the same day of the week as the prediction day (day of the week). In addition, it may be classified as weekday, Saturday, and Sunday instead of the day of the week (Sun, Mon, Tue, ... Sat).
That is, since the hot water supply demand increases or decreases on the same day of the week depending on the temperature, more accurate prediction can be made by selecting data close to the temperature of the day of the week in addition to the day of the week. Furthermore, if it is stored together with information on special days such as holidays and the year-end and New Year holidays, further accuracy can be expected.
又、風呂張り需要は、熱源機3からのデータ、(図示しないリモコンの自動風呂張りスイッチONの状態フラグなどによって判定可能)により炊事等、表2のように他の給湯需要と区別して曜日毎に発生時刻及び使用熱量を学習させることで予測精度が向上する。 Also, the bathing demand is determined by data from the heat source unit 3 (which can be determined by the status flag of the automatic bathing switch ON of the remote control not shown), etc. Prediction accuracy is improved by learning the generation time and the amount of heat used.
ステップS102に進み、コントロールユニット4の需要予測ユニット41は、データベース46に記憶された過去の需要学習データから24時間(ここでは開始時間を午前3時とし、終了時間を24時間後の翌日の午前3時としている)の電力需要、給湯需要及び風呂張り時刻・需要を予測する。
そして、これらの需要予測値は図4の制御ルーチンに引き継ぐ。
Proceeding to step S102, the
And these demand prediction values are taken over by the control routine of FIG.
需要予測後の運転制御を、図4に基づいて、図1及び図2をも参照して説明する。 The operation control after the demand prediction will be described with reference to FIGS. 1 and 2 based on FIG.
先ず、ステップS1において、コントロールユニット4の需要予測ユニット41は、例えば、午前3時になるまで監視しており、午前3時になったなら(ステップS1のYES)、ステップS2に進み、前記ルーチンで予測した需要から、24時間後までの需要を予測するとともに、風呂張り発生の時刻を予測する。
First, in step S1, the
次のステップS3では、ステップS2の予測値から24時間以内に風呂張りが行われるか、即ち、24時間以内に風呂に入るのか否かを判断して、風呂張りが行われるのであれば(ステップS3のYES)、ステップS4に進む。一方、その日は風呂に入らずに、シャワーにするなどして、風呂張りが行われないのであれば(ステップS3のNO)、ステップS5に進む。 In the next step S3, it is determined whether the bathing is performed within 24 hours from the predicted value of step S2, that is, whether the bathing is performed within 24 hours. (YES in S3), the process proceeds to step S4. On the other hand, if bathing is not performed by taking a shower without taking a bath that day (NO in step S3), the process proceeds to step S5.
ステップS4では、コントロールユニット4の起動時刻決定ユニット42は、ステップS2で予測した風呂張り発生時刻を燃料電池1の停止時刻に設定してステップS6に進む。風呂張り発生時刻を燃料電池1の停止時刻に設定することにより、計算処理が簡略化出来る。即ち、風呂張り時刻が決まれば、付随して燃料電池1の起動時刻をシフトさせて計算することで、計算量が少なくなる。
又、ステップS5では、予測値に風呂張りがない場合があるのでこの場合は、給湯需要のピーク予測時刻を燃料電池1の停止時刻に設定してステップS6に進む。
In step S4, the activation
Further, in step S5, there is a case where the predicted value does not have a bath, so in this case, the peak predicted time of hot water supply demand is set as the stop time of the
ステップS6では、燃料電池起動時間を適宜(例えば現在時刻10時とすると、10時、11時、12時、・・・と1時間ずつシフトして)設定し、ステップS7で、1時間ごとにシフトして設定した起動時間でステップS4で決定した風呂張り時刻を停止時刻とした各運転パターンを計算し、1次エネルギの消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを求める。具体例では現在時刻が午前10時とするとステップS6で午前10時、11時、12時、・・・、翌日8時まで1時間ごとに起動時刻を設定し、ステップS7で計算する。
ステップS7では、現在時刻から設定された起動時刻(例えば11時)及び発電停止後以降の停止時間帯の電力需要量と給湯需要量を一次エネルギ消費量として下記のように停止時間分積算して求める。
(電力需要量kWh/0.36(発電所効率))+(給湯需要量kcal/0.75(給湯機効率)/860)
なお、ここで燃料電池システムの待機エネルギ(電力及びガス)を加算しても良い。
起動から発電までの起動時間は起動時間(例:1時間)は、発電時は各時刻ごとに
((電力需要量kWh+起動に必要な電力kWh)/0.36)+(給湯需要量kcal/0.75)/860+(起動に必要なガス熱量kcal/860)
で求めて起動時間分積算する。
発電時は各時刻ごとに、
((電力需要量kWh−発電量kWh(ただし定格発電量以上は定格発電量;例えば1kW)/0.36)+(発電量kWh/発電効率)+(補助熱源機分の熱量kcal/0.75/860)
で発電時間分積算する。
ここで、補助熱源機分の熱量は、タンク蓄熱量(実測はタンク内温度計測値より算出;タンク内平均温度と水温との差にタンク容量を積算する)に発電時各時刻毎に、
発電量kWh/発電効率×排熱効率
で求まる排熱回収量を前記タンク蓄熱量に各時刻ごとに加算し、給湯需要予測発生時にその熱量分差し引き、その負値となる。
上述の停止時、起動時、発電時それぞれの一次エネルギ消費量を計算し、全ての合計が1日間分計算することで、必要な1日間の一次エネルギ消費量が算出できる。また、これに電力及びガス料金、二酸化炭素排出原単位により、光熱費や二酸化炭素排出量が算出できる。
In step S6, the fuel cell activation time is set as appropriate (for example, if the current time is 10 o'clock, it is shifted by 1 hour, 10:00, 11:00, 12:00,...), And in step S7, every hour. Each operation pattern is calculated with the bathing time determined in step S4 as the stop time with the startup time shifted and set, and one of the parameters of primary energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission is obtained. In a specific example, if the current time is 10:00 am, the activation time is set every hour until 18:00 am, 11:00 am, 12:00 am,..., 8 am the next day in step S6, and is calculated in step S7.
In step S7, the start time (for example, 11:00) set from the current time and the power demand amount and hot water supply demand amount in the stop time period after the stoppage of power generation are integrated as the primary energy consumption amount for the stop time as follows. Ask.
(Electric power demand kWh / 0.36 (power plant efficiency)) + (Hot water supply demand kcal / 0.75 (Water heater efficiency) / 860)
Here, standby energy (power and gas) of the fuel cell system may be added.
The start-up time from start-up to power generation is the start-up time (eg, 1 hour) at each time during power generation ((power demand amount kWh + power required for start-up) /0.36) + (hot water supply demand amount kcal / 0.75) / 860 + (gas calorie required for startup kcal / 860)
Calculating with the start time.
During power generation, every time,
((Power demand amount kWh−power generation amount kWh (the rated power generation amount is equal to or greater than the rated power generation amount; for example, 1 kW) /0.36) + (power generation amount kWh / power generation efficiency) + (heat amount kcal / 0. 75/860)
Accumulate power generation time with.
Here, the amount of heat for the auxiliary heat source unit is the amount of heat stored in the tank (actually calculated from the measured temperature in the tank; the tank capacity is added to the difference between the average temperature in the tank and the water temperature)
The amount of exhaust heat recovered obtained by the amount of power generation kWh / power generation efficiency × exhaust heat efficiency is added to the tank heat storage amount at each time, and the amount of heat is subtracted when a hot water supply demand forecast is generated, resulting in a negative value.
By calculating the primary energy consumption at the time of stopping, starting, and power generation, and calculating the total for one day, the necessary primary energy consumption for one day can be calculated. In addition, the utility cost and carbon dioxide emission can be calculated based on the electric power and gas charges and the carbon dioxide emission intensity.
ステップS8では、燃料電池の停止時刻から起動時刻までを差し引いた値の絶対値が1時間未満になったか否かを判断して、1時間未満であれば(ステップS8のYES)、ステップS10に進む。一方、1時間以上あれば(ステップS8のNO)、ステップ9で前回計算した起動時間に更に1時間を加え、再びステップS7以降を繰り返す。
In step S8, it is determined whether or not the absolute value of the value obtained by subtracting the start time from the stop time of the fuel cell is less than one hour. If it is less than one hour (YES in step S8), the process proceeds to step S10. move on. On the other hand, if it is 1 hour or more (NO in step S8), one more hour is added to the activation time previously calculated in
ステップS10では、ステップS7、S8、S9で計算した全ての運転パターンのうち、1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となる燃料電池起動時間を選択して、その値を燃料電池1の起動時間に設定し、ステップS11に進む。
In step S10, the fuel cell starting time that minimizes any of the parameters of primary energy consumption, utility costs, and carbon dioxide emission among all the operation patterns calculated in steps S7, S8, and S9 is selected. The value is set as the starting time of the
ステップS11では、ステップS10で決定された燃料電池1の起動時間になったか否かを判断して、起動時間に達していれば(ステップS11のYES),ステップS12に進む。一方、起動時間に達していなければ、ステップS13で、その判断した時間から1時間が経過したか否かを判断する。
In step S11, it is determined whether or not the activation time of the
ステップS11で判断してから1時間が経過していれば(ステップS13のYES)、ステップS2まで戻り、再びステップS2以降を繰り返す。係るループ(S13のYESのループ)は、貯湯槽2(図1参照)内の最新の実測蓄熱量により、計算結果が以前計算時の蓄熱量の予測値と相違する場合が存在し得ることを考慮して、その様な場合に貯湯槽2における熱量の予測値と実際の数値との差異が存在した場合にそれを補正出来る様にするため、ステップS2以降を繰り返すのである。
一方、1時間が経過していなければ(ステップS13のNO)、ステップS11に戻り、ステップS11がNOでステップS13がNOのループを繰り返す。
If one hour has elapsed since the determination in step S11 (YES in step S13), the process returns to step S2, and step S2 and subsequent steps are repeated again. Such a loop (YES loop of S13) indicates that there may be a case where the calculation result differs from the predicted value of the heat storage amount at the previous calculation due to the latest measured heat storage amount in the hot water tank 2 (see FIG. 1). In consideration of this, if there is a difference between the predicted value of the amount of heat in the
On the other hand, if one hour has not elapsed (NO in step S13), the process returns to step S11, and the loop in which step S11 is NO and step S13 is NO is repeated.
ステップS12では、燃料電池1、即ち、コージェネレーションシステムAを起動させ、ステップS12´で起動後1時間経過したかを判定した後、ステップS14に進み、規定時間毎、即ち、1時間間隔でステップS7〜S9と同様の方法により運転パターンを再計算する。発電出力を計算するとともに、発電出力を修正する。
詳細には、発電開始後、例えば、1時間間隔で発電出力値の割引度合いを計算して、その組み合わせの中で最小の一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを算出し、当該パラメータが最小のものとなった条件の発電出力で出力を修正する。ここで、発電出力値の割引は、省エネルギのために意図的に出力を(例えば必要発電電力の90%、80%、70%など所定の割合)落として運転させることにより、排熱回収量が減少せしめて、タンクに貯まる熱量を減少させることにより、燃料電池1を長時間運転させるために行われる。
In step S12, the
Specifically, after the start of power generation, for example, the discount level of the power generation output value is calculated at intervals of one hour, and the parameter of any one of the minimum primary energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission among the combinations is calculated. Calculate and correct the output with the power generation output under the condition that the parameter is minimized. Here, the discount of the power generation output value is performed by reducing the output (for example, a predetermined ratio such as 90%, 80%, 70% of the necessary generated power) for the purpose of energy saving and by operating the exhaust heat recovery amount. This is performed to operate the
次のステップS15では、燃料電池の第1の停止時刻を現在時刻に(自動的に)仮設定し、順次1時間間隔でその先1日間(24時間)の各需要予測を元に、停止時刻の組み合わせ毎の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを計算する(ステップS16〜ステップS18のループ)。
すでに起動しているので、起動後は、燃料電池の起動時間については、1時間ごとシフトした計算をやらなくても良い。
本実施形態では、燃料電池1の停止時間さえ1時間ごとシフトして比較、決定すればよいので、計算処理量が少なくて済む。なお、停止時刻を決定する際に、シフトした停止時刻後にさらに再起動した場合(再起動の停止時刻を次の風呂張り予測時刻とし、再起動時刻をシフトする場合)の複数の運転パターンの計算をして、合計1日間の一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを加算し比較して最適な停止時刻を決定しても良い。
In the next step S15, the first stop time of the fuel cell is provisionally set to the current time (automatically), and the stop time is sequentially determined based on each demand forecast for the next one day (24 hours) at one hour intervals. Any parameter of primary energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission for each combination is calculated (loop from step S16 to step S18).
Since it has already started, after the startup, the fuel cell startup time does not have to be shifted every hour.
In this embodiment, even the stop time of the
そして、燃料電池の停止時刻が現在時刻から所定時間(例えば24時間)シフトして計算したら(ステップS17のYES)、ステップS19に進み、上記計算によって求めた、停止時刻の組合せから1次エネルギ、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となるものを選択して燃料電池の停止時刻を決定する。 When the fuel cell stop time is calculated by shifting a predetermined time (for example, 24 hours) from the current time (YES in step S17), the process proceeds to step S19, and the primary energy, from the combination of stop times obtained by the above calculation, The fuel cell stop time is determined by selecting the one with the smallest parameter of utility cost or carbon dioxide emission.
次のステップS20では、現在時刻がコントロールユニット4はステップS19で決定された燃料電池1の停止時刻になったか否かを判断しており、停止時刻になっていれば(ステップS20のYES)、ステップS21に進む。一方、未だ停止時刻でなければ(ステップS20のNO)、ステップS22に進む。
In the next step S20, the
ステップS22では、ステップS20で現在時刻が燃料電池の停止時刻となったか否かを判断した時間から、1時間経過したか否かを判断して、1時間経過していれば(ステップS22のYES)、ステップS14に戻り、再びステップS14以降を繰り返す。一方、1時間が経過していなければ(ステップS22のNO)、ステップS20に戻り、ステップS20以降を繰り返す。
スステップS22のYESの場合にステップS14以降を繰り返すのは、貯湯槽2内の温水の使われ方が、予想とは異なる場合に、予想した蓄熱量と実際の蓄熱量との差異を補正するためである。
すなわち、予想とは異なる運転状況であっても、フレキシブルに対応して、燃料電池の発電出力や停止時刻(起動時刻も同様)を再決定することにより、あらゆるばらつきの大きい給湯負荷パターンに対処出来るのである。
In step S22, it is determined whether one hour has elapsed from the time determined in step S20 whether or not the current time is the fuel cell stop time. If one hour has elapsed (YES in step S22). ), Return to step S14, and repeat step S14 and subsequent steps. On the other hand, if 1 hour has not elapsed (NO in step S22), the process returns to step S20, and step S20 and subsequent steps are repeated.
In the case of YES in step S22, the step S14 and the subsequent steps are repeated when the usage of the hot water in the
In other words, even if the operating situation is different from what is expected, it is possible to cope with any hot water supply load pattern with large variations by redetermining the power generation output and stop time (same start time) of the fuel cell in a flexible manner. It is.
ステップS21では、燃料電池1を停止させ、次のステップS23で燃料電池が停止して1時間が経過するまでチェック(同じループの繰返し)している。燃料電池が停止して1時間が経過したなら(ステップS23のYES)、ステップS24に進む。
In step S21, the
ステップS24では、1日の燃料電池の起動回数が規定回数(例えば1回)以内であるか否かを判断しており、1回以内であれば(ステップS24のYES)、ステップS25に進む。一方、規定回数(例えば2回)以上であれば(ステップS24のNO)、ステップS1まで戻り、再びステップS1以降を繰り返す。即ち、燃料電池は、起動停止を多数繰り返すとシステムの劣化につながる場合があるため新たに起動させる毎に、1日の起動回数を判定して規定回数以上の場合、制御は最初のステップS1からやり直すように構成されている。 In step S24, it is determined whether or not the number of activations of the fuel cell per day is within a specified number (for example, once). If it is within one time (YES in step S24), the process proceeds to step S25. On the other hand, if it is the specified number of times (for example, twice) or more (NO in step S24), the process returns to step S1, and step S1 and subsequent steps are repeated again. That is, if the fuel cell is repeatedly started and stopped many times, it may lead to deterioration of the system. Therefore, every time the fuel cell is newly started, the number of start times per day is determined and the control is started from the first step S1. Configured to start over.
ステップS25では、コントロールユニット4の再起動判定ユニット45は、燃料電池停止後、1時間経過時点以降で再起動した場合の24時間後までの1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを計算する。ここで、停止時刻を規定時間ごと(例えば1時間ごと)シフトさせて、それぞれにおける前記パラメータ(一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を求める。又、次のステップS26では、再起動しない場合の24時間後までの前記パラメータ(1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を計算する。
In step S25, the
ステップS27では、ステップS25で求めた停止時刻をシフトさせて再起動した場合の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが、ステップS26で求めた再起動しない場合の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータの何れかの値以下であるか否かを判断しており、再起動した場合の各々の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータについて、再起動しない場合の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータの何れかの値以下である場合(ステップS27のYES)であれば、ステップS28に進み、燃料電池1を再起動させた後、ステップS30に進む。
In step S27, any of the parameters of the primary energy consumption, the utility cost, and the carbon dioxide emission when the restart time is shifted by shifting the stop time determined in step S25 is the case where the restart is not performed as determined in step S26. The primary energy consumption, utility costs, and carbon dioxide emissions are judged to be less than any of the parameters, and each primary energy consumption and utility costs when restarted. If any of the parameters of carbon dioxide emission is below the value of any of the parameters of primary energy consumption, utility costs, and carbon dioxide emission when not restarting (YES in step S27) If so, the process proceeds to step S28, the
一方、再起動した場合の全てのパターン(停止時刻をシフトさせた組み合わせ)の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが、再起動しない場合のパラメータ(1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)の値を超える場合(ステップS27のNO)には、ステップS29に進み、燃料電池を再起動させないでステップS29’に進み、ステップS27の判定から1時間経過し、かつ、現在時刻はAM3時以前かを判定する。ステップS27がYESならばステップS25で再度再起動すべきかを判定する。一方、S27がNOならば、そのままステップS1に戻り、再びステップS1以降を繰り返す。 On the other hand, any of the parameters of primary energy consumption, utility costs, and carbon dioxide emissions for all patterns (combinations with shifted stop times) when restarting is a parameter for not restarting (primary energy) When the value of any one of the parameters of consumption, utility costs, and carbon dioxide emission) is exceeded (NO in step S27), the process proceeds to step S29, and the process proceeds to step S29 ′ without restarting the fuel cell. It is determined whether one hour has passed since the determination of the above and the current time is before 3:00 AM. If YES in step S27, it is determined in step S25 whether to restart again. On the other hand, if S27 is NO, the process directly returns to step S1, and step S1 and subsequent steps are repeated.
ステップS30では、コントロールユニット4の停止時刻決定ユニット43は、燃料電池停止時刻を現在時刻に仮設定し、1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを各需要予測値(電力、給湯、風呂張り)から計算する(ステップS31)。そして、順次1時間ずつシフトして(ステップS33)、停止時刻を現在時刻から順次1時間ずつシフトして24時間経過後とするまでの各々の場合について1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを各需要予測値(電力、給湯、風呂張り)から計算する(ステップS31〜ステップS33のループ)。
In step S30, the stop
そして、燃料電池1の停止時刻が現在時刻から所定時間(例えば24時間)シフトして1次エネルギ消費量を計算したら(ステップS32のYES)、ステップS34に進み、上記計算によって1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを求めた各々の停止時刻の中から、1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となるものを選択して燃料電池の停止時刻を決定する。
そして、現在時刻がステップS34で決定された停止時刻であるか否か判定し(ステップS35)、決定された停止時刻になれば(ステップS35がYES)燃料電池を停止させて(ステップS37)、ステップS1に戻る。決定された停止時刻になっていなければ(ステップS35がNO)、燃料電池の運転(発電)を継続しつつ、ステップS34の判定時点から1時間経過したか判定し(ステップS36)、ステップS34の判定時点から1時間経過していれば(ステップS36がYES)ステップS30に戻り、停止時刻の判定に関するルーチンを繰り返す。
When the stop time of the
Then, it is determined whether or not the current time is the stop time determined in step S34 (step S35). When the determined stop time is reached (YES in step S35), the fuel cell is stopped (step S37). Return to step S1. If the determined stop time has not been reached (NO in step S35), it is determined whether one hour has elapsed from the determination time in step S34 while continuing operation (power generation) of the fuel cell (step S36). If one hour has elapsed from the determination time (YES in step S36), the process returns to step S30, and the routine for determining the stop time is repeated.
尚、図4の制御ルーチンのステップS1で、制御の終了を午前3時とした理由は、最近の生活習慣が、入浴後、深夜まで起きている場合が多くなり、システムを判定する1日の区切りとして適切(最大公約数的)な時間(制御のスタートとしたい時間)として、選んだことによる。ただし、ここは午前3時に限定するものではなく、午前2時でも午前4時でも良い。 The reason why the control is terminated at 3:00 am in step S1 of the control routine in FIG. 4 is that the most recent lifestyle has been happening until late at night after bathing. Depending on what you choose as the appropriate (greatest common divisor) time (time you want to start control) as a break. However, this is not limited to 3 am, and may be 2 am or 4 am.
図5は、本実施形態における、システムの運転例を示す実測データである。記録されたデータの主なものでは、電力需要量(特性線W1)、発電出力(特性線W2)給湯予測値(特性線H1)、給湯需要(特性線H2)がある。 FIG. 5 is actual measurement data showing an example of operation of the system in the present embodiment. Among the recorded data, there are power demand (characteristic line W1), power generation output (characteristic line W2) hot water supply prediction value (characteristic line H1), and hot water supply demand (characteristic line H2).
図5のデータによれば、風呂張り時刻・熱量を予測し風呂張り時刻はT2に設定している。
又、燃料電池の起動時刻を午前4時を起点に、1時間毎に後ろにシフトしてそれぞれの場合の1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータの計算を行っている。尚、予測より貯湯槽2内の温水が減っていない場合などに対応するため、所定の間隔で再計算し、実際に起動するまで起動時刻の値を更新している。その結果、図5では午後3時(T1)に起動時刻が決定されている。
According to the data shown in FIG. 5, the bathing time and the amount of heat are predicted, and the bathing time is set to T2.
In addition, the start time of the fuel cell is shifted backward every hour starting at 4 am, and calculation of any parameter of primary energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission in each case is performed. ing. In addition, in order to cope with the case where the hot water in the
起動・発電後は、1時間ごとにその先1日間の電力、給湯需要予測値を求め、その予測値から、停止時刻をシフトさせたそれぞれの運転パターンにおいて、一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを算出・比較して何時に燃料電池1を停止させるかを決定する。
After start-up and power generation, power and hot water demand forecast values for the next day are obtained every hour, and in each operation pattern in which the stop time is shifted from the forecast values, primary energy consumption, utility costs, Any parameter of the carbon emission amount is calculated and compared to determine when to stop the
また、1時間毎に発電量を見直(再計算)し、決定した停止時刻T4に燃料電池を停止させている。 Further, the power generation amount is reviewed (recalculated) every hour, and the fuel cell is stopped at the determined stop time T4.
図5において、給湯予測値でポイントP1及びP2は、燃料電池の運転停止後に給湯負荷が発生する(予測)点を示している。
図6の従来技術の運転制御の例ではQxに同様の給湯負荷の需要(予測)があった。しかし、従来技術では、風呂張りを目指して運転し、風呂張り直前でタンク満タンで停止している。翌朝の給湯需要Qxはタンク内の蓄熱量が少なく補助熱源機でガスを燃焼させてお湯を製造しないと、この需要に対処できなかったのに対して、本発明では、貯湯槽内の温水により、P1及びP2に対処出来る点が異なる。実際に、図5において符号H2で示す時点の給湯需要をタンク内の温水で賄っていることがわかる。
In FIG. 5, points P1 and P2 in the predicted hot water supply value indicate points where a hot water supply load is generated (predicted) after the fuel cell operation is stopped.
In the example of the prior art operation control of FIG. 6, there is a demand (prediction) of the hot water supply load similar to Qx. However, in the prior art, driving is performed aiming at bathing, and the tank stops when the tank is full just before bathing. The demand for hot water supply Qx in the next morning is low because the amount of heat stored in the tank is small, and it is not possible to cope with this demand unless gas is burned with an auxiliary heat source machine to produce hot water. In the present invention, the hot water in the hot water storage tank , P1 and P2 can be dealt with. Actually, it can be seen that the hot water supply demand at the time indicated by the symbol H2 in FIG. 5 is covered by the hot water in the tank.
図4のルーチンのステップS23〜S30の制御は、予測が大きく外れて再起動する場合に対処している。
例えば、通常の生活パターンと異なり、急な外出などで風呂張りが遅いと、運転パターンを計算した場合と異なるパターンになってしまい、貯湯槽2が早めに満タンとなり、燃料電池1が停止する。その後、風呂張りを行うと、貯湯槽に余裕が出来て運転が可能となる。
その時点で燃料電池1を再起動した方が、翌日まで燃料電池を起動しないよりも、省エネになる場合がある。
The control in steps S23 to S30 of the routine of FIG. 4 deals with a case where the prediction is greatly deviated and the system is restarted.
For example, unlike a normal life pattern, if the bathing is slow due to a sudden outing or the like, the pattern becomes different from the case where the operation pattern is calculated, the
In some cases, restarting the
その時点から、起動させて停止時間を少しずつシフトした場合の各々を計算して、1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となる運転パターンを選定する。一方、その時点で再起動しない場合における前記パラメータ(一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)を計算する。両者におけるパラメータの数値を比較して、再起動をした場合の方が前記パラメータ(一次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が小さくなるのであれば、起動時間を、燃料電池の起動時間として決定し、「再起動」ということになる。
行う制御は、ステップS10〜S13、及びステップS15〜S19と同じである。同様の計算をすれば良いので、計算量が少なくて済む。
From that point on, each of the cases where the engine is started and the stop time is shifted little by little is calculated, and an operation pattern that minimizes any of the parameters of primary energy consumption, utility cost, and carbon dioxide emission is selected. On the other hand, the parameter (any parameter of primary energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission) when not restarting at that time is calculated. If the parameters (either primary energy consumption, utility costs, carbon dioxide emissions) are smaller when restarting by comparing the numerical values of the parameters in both, the startup time is This is determined as the start-up time of the fuel cell and is referred to as “restart”.
The control to be performed is the same as steps S10 to S13 and steps S15 to S19. Since it is sufficient to perform the same calculation, the calculation amount is small.
シミュレーションにおいて、燃料電池の起動回数は2回以内にしている。1日に行われる起動回数を多くすると、燃料電池装置全体に負担が掛かってしまうため、起動回数3回以上にはしないことを前提にしているのである。ただし、「2回以内」に限定するものではない。 In the simulation, the number of activations of the fuel cell is set to two times or less. If the number of activations performed per day is increased, a burden is imposed on the entire fuel cell device. Therefore, it is assumed that the number of activations is not more than 3 times. However, it is not limited to “within 2 times”.
ここで、再起動するか否かの判断は、例えば、燃料電池停止から1時間経過以降におこなわれる。そして、再起動しないという選定がされた場合は、所定時刻(例えばAM3時)まで1時間ごとに再起動するか否かを同様の計算により判定する。
Here, the determination as to whether or not to restart is performed, for example, after one hour has elapsed since the fuel cell stopped. If it is selected not to restart, whether or not to restart every hour until a predetermined time (for example,
上述した構成及び制御方法を有する本発明の実施形態によれば、コントロールユニット4の需要予測ユニット41で予測した風呂張り予測時刻、或いは給湯需要がピークになると予測される時刻を、燃料電池1の停止時刻に設定し、起動時刻を1時間ずつ変化させ、エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータが最小となる時刻を起動時刻として決定しているので、起動時刻決定に必要な演算の回数は、予測を行う時刻(例えば午前3時)から設定された停止時刻(例えば、18時)までの時間を、所定の1時間で除した値となり((18時−3時)÷1時間=15回)、従来の手法に比べて、極めて少ない回数で済む。
According to the embodiment of the present invention having the configuration and the control method described above, the predicted bathing time predicted by the
同様に、燃料電池が発電した後、燃料電池1の停止時刻を例えば1時間ずつ変化させて1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータ(1次エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータ)が最小となる停止時刻を燃料電池1の停止時刻としているので、停止時刻を決定する際の演算の回数も、起動後、停止するまでの時間を所定の1時間で除した値となり((19時−9時)÷1時間=10回)、従来の手法に比べて、極めて少ない回数で済む。
Similarly, after the fuel cell generates electricity, the stop time of the
図示の実施形態では、コントロールユニット4の需要予測ユニット41によって各家庭の需要パターンを学習し、予測することが可能であるため、各家庭の需要パターンに対応した制御を行うことが出来る。
従って、ユーザーを選ぶことがない、いわゆる「普遍性のある制御」を実現することが出来る。
In the illustrated embodiment, since the demand pattern of each household can be learned and predicted by the
Therefore, it is possible to realize so-called “universal control” without selecting a user.
また、燃料電池1の起動時間を決定した後、例えば1時間毎に、燃料電池1の起動時刻として再修正する処理を繰り返す様に構成されているので、燃料電池1の実際の運転が需要予測と相違して、例えばコージェネレーションシステムAにおける貯湯槽2の蓄熱量が予測した推移と異なる場合には、それに応じて、最適な燃料電池1の起動時刻を調節することが出来る。
In addition, after the start time of the
また、燃料電池1が発電した後に燃料電池1の停止時刻決定後、所定の1時間毎に、燃料電池1の停止時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されているので、電力需要や給湯需要が予測需要パターンと異なる場合にも、停止時刻を調節して対処することが出来る。
In addition, since the
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
例えば、図示の実施形態では燃料電池コージェネレーションシステムについて説明されているが、ガスエンジンコージェネレーションシステムにおいても、同様に実施可能である。
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
For example, in the illustrated embodiment, the fuel cell cogeneration system is described, but the present invention can be similarly applied to a gas engine cogeneration system.
A・・・コージェネレーションシステム
B・・・家庭(住宅)
Lh・・・給湯ライン
Lw・・・循環ライン
La・・・追い焚き用ライン
Lm、Ln・・・上水供給ライン
Lt、Ltf・・・信号ライン
Sw・・・風呂水位センサ
F1、F2、F3・・・流量計
T1〜T10・・・温度センサ
1・・・燃料電池
2・・・貯湯貯湯槽
3・・・熱源機
4・・・コントロールユニット
5・・・浴槽
5w・・・風呂用給湯口
6・・・台所用給湯口
10・・・温水供給システム
40・・・コントロールパネル
41・・・需要予測ユニット
42・・・起動時刻決定ユニット
43・・・停止時刻決定ユニット
44・・・計時ユニット
45・・・再起動判定ユニット
46・・・データベース
47・・・燃料電池制御信号発生ユニット
A ... Cogeneration system B ... Home (housing)
Lh ... Hot water supply line Lw ... Circulation line La ... Reheating line Lm, Ln ... Water supply line Lt, Ltf ... Signal line Sw ... Bath water level sensors F1, F2, F3 ... Flowmeters T1 to T10 ...
Claims (8)
起動時刻決定手段は、需要予測手段で予測された風呂張り時刻或いは給湯需要がピークになると予測される時刻を温水発生手段の停止時刻に設定した場合におけるエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを、温水発生手段の起動時刻を所定時間ずつ変化させ且つ需要予測手段で予測された需要に基いて演算し、演算されたパラメータが最小となる起動時刻を温水発生手段の起動時刻として決定する様に構成されており、
停止時刻決定手段は、温水発生手段の起動後、温水発生手段の停止時刻を所定時間ずつ変化させてエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータが最小となる停止時刻を温水発生手段の停止時刻として決定する様に構成されていることを特徴とするコージェネレーションシステム。 Hot water generating means, and control means, the control means is a demand prediction means, a start time determining means for determining a start time of the hot water generating means, a stop time determining means for determining a stop time of the hot water generating means, A time measuring means,
The start time determining means is the energy consumption amount, the utility cost, and the carbon dioxide emission amount when the bathing time predicted by the demand prediction means or the time when the hot water supply demand is predicted to reach a peak is set as the hot water generation means stop time. Any one of the above parameters is calculated based on the demand predicted by the demand prediction means by changing the start time of the hot water generation means by a predetermined time, and the start time at which the calculated parameter is minimum is started. It is configured to be determined as time,
The stop time determination means calculates the parameters of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission by changing the stop time of the hot water generation means by a predetermined time after starting the hot water generation means, and calculates the calculated parameter A cogeneration system configured to determine a stop time at which the temperature is minimized as a stop time of the hot water generating means.
所定時間毎に、温水発生手段の起動時刻に達するまで、前記決定された停止時刻を固定値とし且つ温水発生手段の起動時刻を所定時間ずつ変化させて、エネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータが最小となる起動時刻を温水発生手段の起動時刻として決定する処理を繰り返す様に構成されている請求項1のコージェネレーションシステム。 The start time determining means is configured such that after the stop time determining means determines the stop time of the hot water generating means,
Every predetermined time, until the start time of the hot water generating means is reached, the determined stop time is set as a fixed value and the start time of the hot water generating means is changed by a predetermined time, and energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission 2. The cogeneration system according to claim 1, wherein the cogeneration system is configured to repeat a process of calculating any one of the parameters and determining a start time at which the calculated parameter is minimum as the start time of the hot water generating means.
需要予測手段で予測された風呂張り時刻或いは給湯需要がピークになると予測される時刻を温水発生手段の停止時刻に設定し、温水発生手段の起動時刻を所定時間ずつ変化させ且つ需要予測手段で予測された需要に基いてエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータが最小となる起動時刻を温水発生手段の起動時刻として決定する工程と、
温水発生手段の起動後、温水発生手段の停止時刻を所定時間ずつ変化させてエネルギ消費量、光熱費、二酸化炭素排出量の何れかのパラメータを演算し、演算されたパラメータが最小となる停止時刻を温水発生手段の停止時刻として決定する工程、
とを有することを特徴とするコージェネレーションシステムの制御方法。 In a control method of a cogeneration system having hot water generating means and control means,
The bathing time predicted by the demand prediction means or the time when the hot water supply demand is predicted to reach a peak is set as the stop time of the hot water generation means, and the start time of the hot water generation means is changed by a predetermined time and predicted by the demand prediction means Calculating one of the parameters of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission based on the demand, and determining the startup time at which the calculated parameter is minimum as the startup time of the hot water generating means;
After activation of the hot water generating means, the stop time of the hot water generating means is changed by a predetermined time to calculate any parameter of energy consumption, utility cost, carbon dioxide emission, and the stop time at which the calculated parameter becomes the minimum Determining the hot water generation means stop time,
And a cogeneration system control method.
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