JP2006250471A - Energy supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、計画運転対象期間内における予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置を計画運転する計画運転モードを実行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。 The present invention relates to a combined heat and power device that generates heat and electric power together, and a control means that executes a planned operation mode in which the combined heat and power device is planned based on a predicted power load and a predicted heat load within a planned operation target period. The present invention relates to an energy supply system.
需要家に対して熱及び電力のエネルギを供給するためのエネルギ供給システムとして、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置で発生された熱を回収して消費する熱負荷装置と、その熱電併給装置で発生した電力を消費する電力負荷装置と、計画運転対象期間内における予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて熱電併給装置を計画運転する計画運転モードを実行する制御手段とが設けられているシステムがある。このようなエネルギ供給システムでは、熱負荷装置で消費される熱を湯水の形態で蓄える貯湯装置への貯湯が、その湯水を生成する熱電併給装置の計画運転によって行われることで、湯水が実際に使用されるときには既に充分な量の湯水が貯湯装置に貯湯されているようになるというものである。但し、需要家が毎日規則正しい生活パターンで生活する訳ではない、即ち、実際の電力負荷及び熱負荷が予測電力負荷及び予測熱負荷の通りに生じる訳ではないことを考えておかなければならない。 As an energy supply system for supplying energy of heat and electric power to consumers, a combined heat and power device that generates heat and electric power, and heat that recovers and consumes the heat generated by the combined heat and power device Control that executes a planned operation mode in which the combined heat and power unit is planned to be operated based on the predicted power load and the predicted thermal load within the planned operation target period, the load unit, the power load unit that consumes the power generated by the combined heat and power unit There are systems in which means are provided. In such an energy supply system, hot water is stored in a hot water storage device that stores the heat consumed by the heat load device in the form of hot water by the planned operation of the combined heat and power generation device that generates the hot water. When used, a sufficient amount of hot water is already stored in the hot water storage device. However, it must be considered that consumers do not live in a regular lifestyle pattern every day, that is, the actual power load and heat load do not occur according to the predicted power load and predicted heat load.
そのような問題に鑑みて、需要家の通常の生活パターンに基づいてどの程度の量の湯水を何時までに貯湯装置に貯湯しておけば良いのかを予測して熱電併給装置の計画運転を行い、且つ、需要家が通常の生活パターンとは異なる特別な使用形態で湯水を使用するときには、需要家自身が特定の期間及び目標貯湯量を指定して、その特定期間中は目標貯湯量が維持されるように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が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In view of such problems, the planned operation of the combined heat and power unit is performed by predicting how much hot water should be stored in the hot water storage device by what time based on the normal lifestyle patterns of consumers. In addition, when a consumer uses hot water in a special usage pattern different from the normal life pattern, the customer himself / herself specifies a specific period and a target hot water volume, and the target hot water volume is maintained during the specific period. An energy supply system configured to operate a combined heat and power supply device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上述した従来のエネルギ供給システムでは、需要家が通常の生活パターンとは異なる使用形態で湯水を使用するときには、上記時間帯が何時であり及び使用される湯水の量がどの程度になるかについて需要家自身に判断させて指令させているが、過去の生活パターンとは異なる湯水の特別な使用形態において上記特定の期間及び上記目標貯湯量が如何ほどになるのかを需要家自身が正確に予測することには困難さが伴う。 In the conventional energy supply system described above, when a consumer uses hot water in a usage pattern different from a normal life pattern, the demand is about what time zone is and how much hot water is used. Although the house itself is judged and commanded, the customer himself / herself accurately predicts how much the specific period and the target hot water storage amount will be in a special usage pattern of hot water different from past life patterns. That comes with difficulty.
そのため、需要家自身が目標貯湯量及び時刻などを指定し、その指定内容に基づいた熱電併給装置の計画運転が行われたとしても、熱電併給装置の電力出力及び熱出力が実際の電力負荷及び熱負荷に対して過剰又は不足することもある。その場合、需要家の生活パターンが通常時と異なることは分かっているものの、予測電力負荷及び予測熱負荷に基づく計画運転が仇となってしまう。そして、湯水が余ったときの熱の廃棄や、湯水の不足によって生じる補助加熱ボイラの運転の必要性などによって、エネルギ供給システムのエネルギ効率の低下を招く可能性が高い。 Therefore, even if the customer himself / herself specifies the target hot water storage amount and time, and the planned operation of the combined heat and power unit is performed based on the specified contents, the power output and heat output of the combined heat and power unit are the actual power load and It may be excessive or insufficient with respect to the heat load. In that case, although it is known that the lifestyle pattern of the consumer is different from the normal time, the planned operation based on the predicted power load and the predicted heat load becomes a habit. And there is a high possibility that the energy efficiency of the energy supply system will be reduced due to the disposal of heat when the hot water is left over, the necessity of operation of the auxiliary heating boiler caused by the shortage of hot water, and the like.
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、需要家の生活パターンが通常とは異なったとしても、エネルギ効率の低下を抑制可能なエネルギ供給システムを提供する点にある。 This invention is made | formed in view of said subject, The objective is to provide the energy supply system which can suppress the fall of energy efficiency, even if a consumer's life pattern differs from usual. is there.
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、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、計画運転対象期間内における予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置を計画運転する計画運転モードを実行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、
需要家による熱使用状況及び電力使用状況の少なくとも一方と直接又は間接的に関連する使用状況関連データを収集する使用状況関連データ収集手段と、
前記使用状況関連データ収集手段によって収集される、前記計画運転対象期間内における実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、前記実使用状況関連データの特異性の程度を判定する使用状況関連データ判定部が設けられ、
前記制御手段は、前記使用状況関連データ判定部によって判定された前記実使用状況関連データの特異性の程度が大きいときには、前記計画運転対象期間の途中で、前記計画運転モードとは別の予備運転モードを実行するように構成されている点にある。
The first characteristic configuration of the energy supply system according to the present invention for achieving the above object is based on a combined heat and power supply device that generates heat and power together, a predicted power load and a predicted heat load within a planned operation target period. And an energy supply system provided with a control means for executing a planned operation mode for planned operation of the combined heat and power unit,
Usage-related data collecting means for collecting usage-related data directly or indirectly related to at least one of heat usage and power usage by consumers;
Use of the actual usage status related data collected by the usage status related data collection means for comparing the actual usage status related data within the planned operation target period with reference usage status related data to determine the degree of specificity of the actual usage status related data. A situation-related data determination unit is provided,
When the degree of specificity of the actual usage status related data determined by the usage status related data determination unit is large, the control means performs a preliminary operation different from the planned operation mode during the planned operation target period. The mode is configured to execute.
上記第1特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、使用状況関連データ収集手段によって収集される、計画運転対象期間内における熱使用状況及び電力使用状況などの実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、実使用状況関連データの特異性の程度を判定することで、需要家の生活パターンが通常とは異なる状態であることを定量的に識別できる。そして、制御手段が、使用状況関連データ判定部によって判定された実使用状況関連データの特異性の程度が大きいとき、つまり、熱電併給装置の計画運転が有効とならない可能性のあるときには、計画運転対象期間の途中で、上記計画運転モードとは別の予備運転モードを実行することで、計画運転が仇となった場合に発生し得る熱の過不足を防止できる。
従って、需要家の生活パターンが通常とは異なったとしても、エネルギ効率の低下を抑制可能なエネルギ供給システムが提供されることになる。
According to the first characteristic configuration, the usage status related data determination unit is based on the actual usage status related data such as the heat usage status and the power usage status within the planned operation target period collected by the usage status related data collecting means. By determining the degree of specificity of the actual usage status related data as compared with the usage status related data, it is possible to quantitatively identify that the lifestyle pattern of the consumer is different from the normal state. Then, when the control means has a large degree of specificity of the actual usage status related data determined by the usage status related data determination unit, that is, when there is a possibility that the planned operation of the combined heat and power unit may not be effective, the planned operation By executing a preliminary operation mode different from the planned operation mode in the middle of the target period, it is possible to prevent excess or deficiency of heat that may occur when the planned operation becomes a failure.
Therefore, even if a consumer's life pattern differs from usual, the energy supply system which can suppress decline in energy efficiency will be provided.
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、前記予備運転モードは、現在要求されている現電力負荷を賄うように前記熱電併給装置を運転する運転モードである点にある。 In addition to the first feature configuration, the second feature configuration of the energy supply system according to the present invention is an operation mode in which the preliminary operation mode is an operation mode in which the cogeneration device is operated so as to cover a currently requested current power load. In that point.
上記第2特徴構成によれば、制御手段が、現在要求されている現電力負荷を賄うように熱電併給装置を運転する予備運転モードで熱電併給装置を運転させるので、少なくとも電力使用状況には合致した熱電併給装置の運転が行われる。従って、電力の大きな過不足が発生しないようになり、エネルギ効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the second characteristic configuration, the control means operates the cogeneration device in the preliminary operation mode in which the cogeneration device is operated so as to cover the currently requested current power load. The combined heat and power unit is operated. Accordingly, a large excess or deficiency of electric power does not occur, and a reduction in energy efficiency can be suppressed.
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、前記予備運転モードは、現在要求されている現電力負荷と仮に設定した前記熱電併給装置の仮発電出力との差から求まる不足電力を、買電によって賄ったときの一次エネルギ消費量、及び、前記仮発電出力を前記熱電併給装置で賄ったときの一次エネルギ消費量、の和が最小となるような発電出力で前記熱電併給装置を運転する運転モードである点にある。 According to a third characteristic configuration of the energy supply system of the present invention, in addition to the first or second characteristic configuration described above, the preliminary operation mode includes a provisional setting for the currently requested current power load and a provisional setting of the cogeneration device. The sum of the primary energy consumption when the power shortage obtained from the difference from the power generation output is covered by power purchase and the primary energy consumption when the temporary power generation output is covered by the cogeneration device is minimized. This is an operation mode in which the cogeneration apparatus is operated with such a power generation output.
上記第3特徴構成によれば、電力負荷を買電によって賄うときのエネルギ効率と、熱電併給装置によって賄うときのエネルギ効率とを併せて考慮して、買電量と熱電併給装置からの給電量とが最もエネルギ効率が良くなるように配分される。従って、熱供給に関するエネルギ効率は不明であるものの(つまり、熱の過不足が発生し得るものの)、電力の大きな過不足が発生しないようにしながら、電力供給に関しては最もエネルギ効率を良くすることができる。 According to the third characteristic configuration, the amount of power purchased and the amount of power supplied from the combined heat and power device are considered in consideration of the energy efficiency when the power load is covered by the purchased power and the energy efficiency when covered by the combined heat and power device. Are distributed to be most energy efficient. Therefore, although the energy efficiency related to the heat supply is unknown (that is, the excess or deficiency of heat may occur), the energy efficiency can be improved most regarding the power supply while preventing a large excess or deficiency of power. it can.
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の何れかの特徴構成に加えて、前記熱電併給装置で発生した熱にて貯湯する貯湯装置に貯湯された湯水を用いて浴槽に風呂湯張りを行う風呂湯張り手段を備え、
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての風呂湯張り時刻が前記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り時刻から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する点にある。
According to a fourth characteristic configuration of the energy supply system of the present invention, in addition to any one of the first to third characteristic configurations, hot water stored in a hot water storage device that stores hot water by heat generated by the combined heat and power supply device is provided. It is equipped with bath bathing means that baths the bath using
The usage status related data determination unit determines that the degree of specificity increases as the bath filling time as the actual usage status related data is farther from the reference bath filling time as the reference usage status related data. It is in.
上記第4特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、実使用状況関連データとしての風呂湯張り時刻が上記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り時刻から離れるほど、実使用状況関連データの特異性、即ち、その時点での需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定して、制御手段が、上記計画運転モードとは別の予備運転モードで熱電併給装置を稼動させるようになる。その結果、熱電併給装置は、需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいときには有効でなくなる可能性が高い計画運転モードで稼動されることが無くなるので、エネルギ効率の低下を抑制しながら需要家に対して熱及び電力を供給できる。 According to the fourth feature configuration, the usage status related data determination unit increases the actual usage status related information as the bath hot water time as the actual usage status related data becomes farther from the reference bath hot water time as the reference usage status related data. The control means determines that the specificity of the data, that is, the specificity of the lifestyle pattern of the consumer at that time is large, and the control means operates the combined heat and power supply apparatus in a preliminary operation mode different from the planned operation mode. It becomes like this. As a result, the combined heat and power unit is not operated in a planned operation mode that is highly likely to be ineffective when the degree of specificity of the consumer's life pattern is large. Can supply heat and power.
本発明に係るエネルギ供給システムの第5特徴構成は、上記第1から第4の何れかの特徴構成に加えて、前記熱電併給装置で発生した熱にて貯湯する貯湯装置に貯湯された湯水を用いて浴槽に風呂湯張りを行う風呂湯張り手段を備え、
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての風呂湯張り回数が前記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り回数から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する点にある。
According to a fifth characteristic configuration of the energy supply system of the present invention, in addition to any of the first to fourth characteristic configurations, hot water stored in a hot water storage device that stores hot water by heat generated by the combined heat and power supply device is provided. It is equipped with bath bathing means that baths the bath using
The usage status related data determination unit determines that the degree of specificity is greater as the number of times of bathing as the actual usage status related data is farther from the number of times of bathing as the reference usage status related data. It is in.
上記第5特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、実使用状況関連データとしての風呂湯張り回数が上記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り回数から離れるほど、実使用状況関連データの特異性、即ち、その時点での需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定して、制御手段が、上記計画運転モードとは別の予備運転モードで熱電併給装置を稼動させるようになる。その結果、熱電併給装置は、需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいときには有効でなくなる可能性が高い計画運転モードで稼動されることが無くなるので、エネルギ効率の低下を抑制しながら需要家に対して熱及び電力を供給できる。 According to the fifth feature configuration, the usage status related data determination unit determines that the actual usage status related data increases as the number of hot water bathing times as the actual usage status related data increases from the reference hot water bathing frequency as the reference usage status related data. The control means determines that the specificity of the data, that is, the specificity of the lifestyle pattern of the consumer at that time is large, and the control means operates the combined heat and power supply apparatus in a preliminary operation mode different from the planned operation mode. It becomes like this. As a result, the combined heat and power unit is not operated in a planned operation mode that is highly likely to be ineffective when the degree of specificity of the consumer's life pattern is large. Can supply heat and power.
本発明に係るエネルギ供給システムの第6特徴構成は、上記第1から第5の何れかの特徴構成に加えて、前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての電力負荷が前記基準使用状況関連データとしての基準電力負荷から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する点にある。 According to a sixth feature configuration of the energy supply system of the present invention, in addition to any one of the first to fifth feature configurations, the usage status related data determination unit is configured so that a power load as the actual usage status related data is It is in the point of determining that the degree of the specificity is greater as the distance from the reference power load as the reference usage status related data increases.
上記第6特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、実使用状況関連データとしての電力負荷が基準使用状況関連データとしての基準電力負荷から離れるほど、実使用状況関連データの特異性、即ち、その時点での需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定して、制御手段が、上記計画運転モードとは別の予備運転モードで熱電併給装置を稼動させるようになる。その結果、熱電併給装置は、需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいときには有効でなくなる可能性が高い計画運転モードで稼動されることが無くなるので、エネルギ効率の低下を抑制しながら需要家に対して熱及び電力を供給できる。 According to the sixth feature configuration, the usage status related data determination unit increases the specificity of the actual usage status related data as the power load as the actual usage status related data becomes farther from the reference power load as the reference usage status related data. That is, it is determined that the degree of peculiarity of the lifestyle pattern of the customer at that time is large, and the control means operates the combined heat and power supply apparatus in a preliminary operation mode different from the planned operation mode. As a result, the combined heat and power unit is not operated in a planned operation mode that is highly likely to be ineffective when the degree of specificity of the consumer's life pattern is large. Can supply heat and power.
本発明に係るエネルギ供給システムの第7特徴構成は、上記第1から第6の何れかの特徴構成に加えて、前記使用状況関連データ判定部は、設定時間毎の実電力負荷データを時系列的に前後で比較してその差の絶対値を演算し、演算した絶対値の現時点までの実積算値を前記実使用状況関連データとし、及び、前記設定時間毎の基準電力負荷データを時系列的に前後で比較してその差の絶対値を演算し、演算した絶対値の前記現時点までの基準積算値を前記基準使用状況関連データとし、前記実積算値が前記基準積算値から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する点にある。 According to a seventh characteristic configuration of the energy supply system according to the present invention, in addition to any one of the first to sixth characteristic configurations, the usage state related data determination unit calculates the actual power load data for each set time in time series. The absolute value of the difference is calculated by comparing before and after, the actual integrated value up to the present time of the calculated absolute value is used as the actual usage status related data, and the reference power load data for each set time is time-series Thus, the absolute value of the difference is calculated by comparing before and after, the reference integrated value up to the current time of the calculated absolute value is used as the reference usage status related data, and the more the actual integrated value is away from the reference integrated value, The point is that the degree of specificity is determined to be large.
上記第7特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、設定時間毎の実電力負荷データを時系列的に前後で比較してその差の絶対値を演算し、演算した絶対値の現時点までの実積算値を前記実使用状況関連データとし、及び、設定時間毎の基準電力負荷データを時系列的に前後で比較してその差の絶対値を演算し、演算した絶対値の前記現時点までの基準積算値を基準使用状況関連データとし、実積算値が基準積算値から離れるほど、実使用状況関連データの特異性、即ち、その時点での需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定して、制御手段が、上記計画運転モードとは別の予備運転モードで熱電併給装置を稼動させるようになる。その結果、熱電併給装置は、需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいときには有効でなくなる可能性が高い計画運転モードで稼動されることが無くなるので、エネルギ効率の低下を抑制しながら需要家に対して熱及び電力を供給できる。 According to the seventh characteristic configuration, the usage state related data determination unit calculates the absolute value of the difference by comparing the actual power load data for each set time in chronological order, and calculates the current value of the calculated absolute value. The actual integrated value up to and including the actual usage status-related data, and the reference power load data for each set time are compared in chronological order to calculate the absolute value of the difference, and the calculated absolute value at the current time The standard integrated value up to and including the standard usage status-related data, the more the actual integrated value is far from the standard integrated value, the more specific the actual usage status-related data, that is, the degree of specificity of the consumer's life pattern at that time If it is determined that it is large, the control means operates the combined heat and power supply device in a preliminary operation mode different from the planned operation mode. As a result, the combined heat and power unit is not operated in a planned operation mode that is highly likely to be ineffective when the degree of specificity of the consumer's life pattern is large. Can supply heat and power.
本発明に係るエネルギ供給システムの第8特徴構成は、上記第1から第7の何れかの特徴構成に加えて、水又は前記熱電併給装置で発生した熱にて貯湯する貯湯装置に貯湯された湯水を用いて得られる温水を供給する給水及び給湯装置を備え、
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての前記水及び前記温水の少なくとも一方の実供給量が前記基準使用状況関連データとしての前記水及び前記温水の少なくとも一方の基準供給量から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する点にある。
The eighth characteristic configuration of the energy supply system according to the present invention is stored in a hot water storage device that stores hot water using water or heat generated by the combined heat and power supply device in addition to any of the first to seventh characteristic configurations described above. It has a water supply and hot water supply device that supplies hot water obtained using hot water,
In the usage status related data determination unit, the actual supply amount of at least one of the water and the hot water as the actual usage status related data is a reference supply amount of at least one of the water and the hot water as the reference usage status related data. It is in the point which determines with the grade of the said specificity being so large that it is away from.
上記第8特徴構成によれば、使用状況関連データ判定部が、実使用状況関連データとしての水及び温水の少なくとも一方の実供給量が基準使用状況関連データとしての水及び温水の少なくとも一方の基準供給量から離れるほど、実使用状況関連データの特異性、即ち、その時点での需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定して、制御手段が、上記計画運転モードとは別の予備運転モードで熱電併給装置を稼動させるようになる。その結果、熱電併給装置は、需要家の生活パターンの特異性の程度が大きいときには有効でなくなる可能性が高い計画運転モードで稼動されることが無くなるので、エネルギ効率の低下を抑制しながら需要家に対して熱及び電力を供給できる。 According to the eighth characteristic configuration, the usage status related data determination unit determines that the actual supply amount of at least one of water and hot water as the actual usage status related data is at least one reference of water and hot water as the reference usage status related data. The further away from the supply amount, the greater the specificity of the actual usage situation related data, that is, the degree of specificity of the consumer life pattern at that time, and the control means is different from the planned operation mode. The combined heat and power unit is operated in the preliminary operation mode. As a result, the combined heat and power unit is not operated in a planned operation mode that is highly likely to be ineffective when the degree of specificity of the consumer's life pattern is large. Can supply heat and power.
本発明に係るエネルギ供給システムについて図面に基づいて説明する。
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、電力と熱とを発生する熱電併給装置としての燃料電池1と、その燃料電池1が発生する熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯タンク2への貯湯及び暖房端末3への熱媒供給を行う貯湯ユニット4と、燃料電池1及び貯湯ユニット4の運転を制御する制御手段5などから構成されている。
An energy supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the energy supply system recovers the
燃料電池1は、その出力を調整可能に構成され、その燃料電池1の電力の出力側には、系統連係用のインバータ6が設けられ、そのインバータ6は、燃料電池1の発電電力を商用系統7から受電する受電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。
商用系統7は、例えば、単相3線式100/200Vであり、受電電力供給ライン8を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷装置9に電気的に接続されている。
また、インバータ6は、発電電力供給ライン10を介して受電電力供給ライン8に電気的に接続され、燃料電池1からの発電電力がインバータ6及び発電電力供給ライン10を介して電力負荷装置9に供給するように構成されている。
The
The
The
受電電力供給ライン8には、電力負荷装置9の電力負荷を計測する電力負荷計測手段11が設けられ、この電力負荷計測手段11は、受電電力供給ライン8において商用系統7側に電流が流れる所謂逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ6により燃料電池1から受電電力供給ライン8に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ12に供給されるように構成されている。
The received
The electric power supplied from the
電気ヒータ12は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ15の作動により冷却水循環路13を通流する燃料電池1の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ6の出力側に接続された作動スイッチ14によりON/OFFが切り換えられている。
また、作動スイッチ14は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ12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12の消費電力を調整するように構成されている。
ちなみに、上記のように余剰電力を演算して、電気ヒータ12の消費電力をその余剰電力以上となるように、作動スイッチ14によりON/OFFが切り換えられるので、電力負荷計測手段11で計測される電力負荷から、燃料電池1の発電電力を引き電気ヒータ12の消費電力を加えた分の電力が、商用系統7から受電する受電電力により賄われることになる。
The
The
Incidentally, the surplus power is calculated as described above, and ON / OFF is switched by the
貯湯ユニット4は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク2、湯水循環路16を通して貯湯タンク2内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ17、熱源用循環路20を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ21、熱媒循環路22を通して熱媒を暖房端末3に循環供給させる熱媒循環ポンプ23、湯水循環路16を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器24、熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器25、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、ファン27を作動させた状態でのバーナ28の燃焼により貯湯タンク2内から取り出した湯水及び熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱させる補助加熱用熱交換器29などを備えて構成されている。
つまり、本発明の「貯湯装置」は、本実施形態の貯湯ユニット4によって実現できる。
The hot
That is, the “hot water storage device” of the present invention can be realized by the hot
湯水循環路16は、湯水を循環させる湯水循環ポンプ17を備え、その一部が並列になるように分岐接続され、その接続箇所に三方弁18が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエター19が設けられている。
そして、三方弁18を切り換えることにより、貯湯タンク2の下部から取り出した湯水がラジエター19を通過するように循環させる状態と、貯湯タンク2の下部から取り出した湯水がラジエター19をバイパスするように循環させる状態とに切り換えるように構成されている。
The hot
Then, by switching the three-
貯湯用熱交換器24においては、燃料電池1から出力される熱を回収した冷却水循環路13の冷却水を通流させることにより、湯水循環路16を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
熱源用熱交換器25においては、燃料電池1が発生する熱を回収した冷却水循環路13の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
補助加熱ボイラJは、ファン27、バーナ28、補助加熱用熱交換器29により構成されている。そして、貯湯タンク2内に湯が十分に貯湯されておらず、給湯装置33へ供給される湯水の温度が設定温度以下であるときには、湯水が補助加熱ボイラJによって加熱されることになる。
また、熱源用循環路20には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁37が設けられている。
The hot water
In the heat
The auxiliary heating boiler J includes a
Further, the heat
冷却水循環路13は、貯湯用熱交換器24側と熱源用熱交換器25側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器24側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器25側に通流させる冷却水の流量との割合を調整する分流弁30が設けられている。
そして、分流弁30は、冷却水循環路13の冷却水の全量を貯湯用熱交換器24側に通流させたり、冷却水循環路13の冷却水の全量を熱源用熱交換器25側に通流させることもできるように構成されている。
The cooling
The
熱媒加熱用熱交換器26においては、熱源用熱交換器25や補助加熱用熱交換器29にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路22を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
暖房端末3は、床暖房装置や浴室暖房装置などにて構成されている。
In the
The
また、貯湯タンク2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が設けられ、暖房端末3での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段32も設けられている。
Further, a hot water supply heat load measuring means 31 for measuring the hot water supply heat load when supplying hot water taken out from the hot
そして、制御手段5は、燃料電池1の運転中には冷却水循環ポンプ15を作動させる状態で、燃料電池1の運転及び冷却水循環ポンプ15の作動状態を制御すると共に、湯水循環ポンプ17、熱源用循環ポンプ21、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2内に湯水を貯湯する貯湯運転や、暖房端末3に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。
The control means 5 controls the operation of the
ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁37を閉弁した状態で貯湯タンク2から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯タンク2から取り出した湯水を補助加熱ボイラJにて加熱したり、貯湯タンク2から取り出した湯水に水を混合させて、リモコン操作部34にて設定されている給湯設定温度の湯水を給湯するように構成されている。
したがって、貯湯タンク2では、貯湯タンク2の容量の範囲内で、燃料電池1の出力に応じて追加された湯水から、給湯用として取り出された湯水を差し引いた分の湯水が貯湯されていることになる。
Incidentally, when hot water is supplied, the hot water taken out from the hot
Therefore, in the hot
次に、図1〜図11を参照して、本発明のエネルギ供給システムにおける燃料電池1の運転制御について説明する。
本発明のエネルギ供給システムにおいて、制御手段5は、計画運転対象期間内における、需要家の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて燃料電池1を計画運転する計画運転モードを実行するように構成されている。
図2に示すように、制御手段5には、予測電力負荷演算部51、予測熱負荷演算部52、仮運転パターン読出部53、予測エネルギ削減量演算部54、最大予測エネルギ削減量選定部55、仮稼動時間帯設定部56、予測熱出力積算部57及び記憶部63が設けられている。
記憶部63には、上記電力負荷計測手段11、上記給湯熱負荷計測手段31及び上記暖房熱負荷計測手段32によって計測された過去の電力負荷データ及び過去の熱負荷データが記憶されている。予測電力負荷演算部51は、記憶部63に記憶されている需要家の過去の電力負荷データに基づいて将来の予測電力負荷を演算する。予測熱負荷演算部52は、記憶部63に記憶されている需要家の過去の熱負荷データに基づいて将来の予測熱負荷を演算する。この熱負荷には、給湯装置33により温水を使用する給湯熱負荷と、暖房端末3により温水の熱を消費する暖房熱負荷とがあるが、本実施形態の説明では、説明を容易にするために、熱負荷として給湯熱負荷が発生する場合について説明する。そして、図3(a)に示すのが、予測電力負荷演算部51が演算した時系列的な予測電力負荷であり、図3(b)に示すのが、予測熱負荷演算部52が演算した時系列的な予測熱負荷である。
Next, operation control of the
In the energy supply system of the present invention, the control means 5 is configured to execute a planned operation mode in which the
As shown in FIG. 2, the control means 5 includes a predicted power
The
仮運転パターン読出部53は、記憶部63に記憶された燃料電池1の仮運転パターンデータを読み出すように構成されている。具体的には、記憶部63の仮運転パターンデータには、燃料電池1の計画運転が行われる計画運転対象期間(本実施形態では、0時〜24時までの24時間)において燃料電池1を起動時刻から停止時刻まで継続して1回稼動させる各種パターン、即ちパターン1〜パターン300までの300種類のパターンが登録されており、仮運転パターン読出部53は、これら仮運転パターンを第1番目のパターン1から第300番目のパターン300まで一つずつ読み出すように構成されている。
The temporary operation
予測エネルギ削減量演算部54は、読み出した仮運転パターンに従って予測電力負荷を賄うように電主運転ベースでもって燃料電池1を仮運転したときの予測エネルギ削減量を演算するように構成されている。予測エネルギ削減量演算部54が演算する予測エネルギ削減量(P)は、計画運転対象期間における予測電力負荷及び予測給湯熱負荷を賄うように商用系統7から買電するとともに補助加熱ボイラJを稼動させたときの予測消費エネルギ量(E1)から、この予測電力負荷及び予測給湯熱負荷を賄うように所定パターンに従って燃料電池1を稼動させるとともに、不足する予測給湯熱負荷については補助加熱ボイラJを稼動させ、不足する予測電力負荷については商用系統7から買電するときの予測消費エネルギ量(E2)を減算した値である。即ち、予測エネルギ削減量(p)を数式で示すと、下記の数式(1)となる。
The predicted energy reduction
P=E1−E2 ・・・(1) P = E1-E2 (1)
この数式(1)において、燃料電池1を稼動しないときの予測エネルギ量(E1)は下記の数式(2)で表すことができる。
In this formula (1), the predicted energy amount (E1) when the
E1=〔(計画運転対象期間における予測給湯熱負荷)/(補助加熱ボイラJの給湯効率)〕+〔(計画運転対象期間における予測電力負荷を賄う予測買電量)/(商用系統7の発電効率)〕 ・・・(2) E1 = [(predicted hot water supply heat load in the planned operation target period) / (hot water supply efficiency of the auxiliary heating boiler J)] + [(predicted power purchase amount to cover the predicted power load in the planned operation target period) / (power generation efficiency of the commercial system 7) ]] (2)
そして、燃料電池1を稼動するときの予測エネルギ量(E2)は下記の数式(3)で表すことができる。
The predicted energy amount (E2) when operating the
E2=(仮運転パターンに従って電主運転で燃料電池1を稼動させたときのエネルギ使用量)+〔(燃料電池1を稼動させても不足して買電する必要がある残予測買電量)/(商用系統7の発電効率)〕+〔(燃料電池1を稼動させても不足して補充する必要がある残予測給湯熱負荷)/(補助加熱ボイラJの給湯効率)〕 ・・・(3)
E2 = (energy use amount when the
また、予測エネルギ量(E2)を演算する際に、燃料電池1の起動ロス、即ち起動する際のエネルギロスを考慮するのが望ましい。この起動ロスは燃料電池1を連続運転するときには、その連続運転の期間中は考慮する必要はないが、停止状態から起動するときに発生し、計画運転対象期間に稼動開始すると、そのときの予測エネルギ量(E2)は下記の数式(4)で表すことができる。
Further, when calculating the predicted energy amount (E2), it is desirable to consider the startup loss of the
E2=(仮運転パターンに従って電主運転で燃料電池1を稼動させたときのエネルギ使用量)+〔(燃料電池1を稼動させても不足して買電する必要がある残予測買電量)/(商用系統7の発電効率)〕+〔(燃料電池1を稼動させても不足して補充する必要がある残予測給湯熱負荷)/(補助加熱ボイラJの給湯効率)〕+起動ロス ・・・(4)
E2 = (energy use amount when the
最大予測エネルギ削減量選定部55は、予測エネルギ削減量演算部54により演算された各仮運転パターンでの予測エネルギ削減量のうちの最大値を選定するように構成されている。そして、仮稼動時間帯設定部56は、選定された最大予測エネルギ削減量に対応する仮運転パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定し、この仮稼動時間帯が記憶部63に記憶されるようにする。
The maximum predicted energy reduction
予測熱出力積算部57は、仮稼動時間帯にわたって予測電力負荷を賄うように電主運転ベースで運転したときに発生する予測熱出力を積算する。この予測熱出力は、貯湯タンク2に貯湯したときの放熱ロスを考慮したもの(この放熱ロスは予測給湯熱負荷に基づき、貯湯タンク2に貯湯される時間を勘案して演算され、このような放熱ロスを考慮した所謂予測有効貯湯熱量)であるのが好ましく、この放熱ロスは、貯湯タンク2に貯湯される時間が長くなるほど大きく、貯湯される時間が短くなるほど小さくなる。
The predicted heat
制御手段5には、更に、現電力負荷演算部58、発電出力設定部59、現熱出力積算部60、熱出力比較部61が設けられている。現電力負荷演算部58は電力負荷装置9の現時点の実際の電力負荷を演算し、この現電力負荷は電力負荷計測手段11の計測データを用いて演算される。また、発電出力設定部59は現電力負荷に基づいてこの現電力負荷を賄うように電主運転するときの燃料電池1の発電出力を設定し、現熱出力積算部60は、燃料電池1を現電力負荷に基づき電主運転をベースに稼動させたときに発生する現熱出力を積算演算し、この現熱出力についても放熱ロスを考慮したもの(この放熱ロスも予測電力負荷に基づき、貯湯タンク2に貯湯される時間を勘案して演算され、このような放熱ロスを考慮した所謂現有効貯湯熱量)であるのが好ましい。
The control means 5 further includes a current power
次に、図5及び図6のフローチャートを参照して、エネルギ供給システムにおいて行われる燃料電池1の運転制御(計画運転モード及び予備運転モード)について説明する。
このエネルギ供給システムにおいて、燃料電池1を計画運転モードで稼動させる制御を行うとき、まず、仮運転パターンを設定する計画運転対象期間を24時間(一日)とし、その開始の所定特定時刻、例えば午前0時毎に予測エネルギ削減量の演算が行われるように構成されている。図5に示すステップS1において、仮稼動時間帯設定部56は、上記特定時刻(本実施形態では午前0時)になると、予測エネルギ削減量が最大となるような燃料電池1の仮稼動時間帯の設定制御を実行する。図6には、仮稼動時間帯設定部56が行う燃料電池1の仮稼動時間帯の設定制御のフローを示す。
Next, operation control (planned operation mode and preliminary operation mode) of the
In this energy supply system, when performing control to operate the
図6のステップS1aにおいて、予測電力負荷演算部51は、記憶部63に記憶されている過去の電力負荷データに基づいて、計画運転対象期間における時系列的な予測電力負荷を演算する。また、同じくステップS1aにおいて予測熱負荷演算部52は、記憶部63に記憶されている過去の熱負荷データに基づいて、計画運転対象期間における時系列的な予測熱負荷を演算する。図3(a)に示すのが、演算された予測電力負荷であり、図3(b)に示すのが、演算された予測熱負荷である。尚、実施形態では、予測電力負荷及び予測熱負荷を演算する時間帯を1時間とし、1時間単位で予測電力負荷及び予測熱負荷を演算しているが、例えば0.5時間単位、0.25時間単位などの適宜の時間単位に設定することもできる。
In step S1a of FIG. 6, the predicted power
次に、ステップS1bにおいて仮運転パターン読出部53は、記憶部63に記憶された燃料電池1の仮運転パターンデータを読み出す。仮運転パターンは、図4に示すように、計画運転対象期間(本実施形態において24時間)において燃料電池1が1回稼動するパターンである。例えば、午前0時〜午前1時の期間(時間帯「1」)のみを稼動させるパターン1(起動時刻が午前0時、停止時刻が午前1時)や、午前0時〜午前2時の時間帯(時間帯「1」及び「2」)のみを稼動させるパターン2(起動時刻が午前0時、停止時刻が午前2時)、午前0時〜午前3時の時間帯(時間帯「1」、「2」及び「3」)のみを稼動させるパターン3・・・午前0時〜午後12時の時間帯(時間帯「1」〜「24」)を稼動させるパターン24などがある。また、午前1時〜午前2時の時間(時間帯「2」)から稼動開始させるパターンとして、この時間帯「2」をのみを稼動させるパターン25、午前1時〜午前3時の時間帯(時間帯「2」及び「3」)を稼動せるパターン26・・・午前1時〜午後12時の時間帯(時間帯「2」〜「24」)を稼動させるパターン47の23種類がある。更に、午前2時〜午前3時の時間帯(時間帯「3」)から稼動開始させるパターンとしてはパターン48〜パターン69の22種類があり、午前3時〜午前4時の時間帯(時間帯「4」)から稼動開始させるパターンとしてはパターン70〜パターン90の21種類あり、このようにして一日の最後の午後23時〜午後24時の時間帯(時間帯「24」)から稼動開始させるパターンとしてはパターン300の1種類がある。このように、仮運転パターンはパターン1からパターン300までの300種類のものがある。
Next, in step S <b> 1 b, the temporary operation
従って、ステップS1bにおいて仮運転パターン読出部53が第1番目のパターン1を読み出すと、ステップS1cにおいて予測エネルギ削減量演算部54は、読み出された仮運転パターンのパターン1に従って燃料電池1を仮運転したときの予測エネルギ削減量を演算する。即ち、予測エネルギ削減量演算部54は、図3(c)に示すように、予測電力負荷を賄うように電主運転で燃料電池1を仮運転したときの予測エネルギ削減量を演算する。この実施形態では、燃料電池1の定格発電出力が1000Wに、最小発電出力が300Wに設定されており、従って、予測電力負荷が1000W以上のときには仮運転パターンにおける予測発電出力が1000Wに、また予測電力負荷が300W以下のときは仮運転パターンにおける予測発電出力が300Wに設定される。
Therefore, when the temporary operation
具体的には、仮運転パターンの第1番目のパターン1の場合、図7に示すように、時間帯「1」において燃料電池1が500Wで稼動され、この発電出力で予測電力負荷が賄われるようになる。そして、この稼動によって燃料電池1は2303kJの予測熱出力を発生し、この予測熱出力が貯湯ユニット4の貯湯タンク2に温水として貯えられるようになり、貯湯タンク2に貯えられていた初期貯湯蓄熱量(例えば、8374kJ)と時間帯「1」にて発生した予測熱出力が、時間帯「9」において発生する予測給湯熱負荷(例えば、27717kJ)において消費され、不足する予測給湯熱負荷(例えば、18259kJ)が補助加熱ボイラJの稼動によって賄われるようになる。この実施形態では、貯湯タンク2に貯えられている期間の放熱ロスが考慮されており、この放熱ロスが貯湯放熱量の欄に示され、予測タンク蓄熱量が時間の経過とともに放熱ロスだけ減少するようになる。このような場合、予測エネルギ量(E2)は、時間帯「1」の予測電力負荷は燃料電池1の稼動で賄われ、時間帯「2」から時間帯「24」までの予測電力負荷は商用系統7からの買電によって賄われる。また、時間帯「9」の予測給湯熱負荷(計画運転対象期間内においては例えば時間帯「9」にてこの予測給湯熱負荷のみが発生するとする)の一部、例えば9458kJについては貯湯タンク2に貯えられた温水(即ち、所定時刻時に予め貯えられていた熱量及び時間帯「1」における燃料電池1の稼動により発生した熱出力)により賄われ、この予測給湯負荷の残部、例えば18259kJについては補助加熱ボイラJの稼動により賄われるようになる。これらを上記数式(3)に適用して、燃料電池1を稼動させたときの予測エネルギ量(E2)が演算され、この予測エネルギ量(E2)を用いて仮運転パターンのパターン1における予測エネルギ削減量を演算すると、図7に示すように2093kJとなる。
Specifically, in the case of the
上述のようにして予測エネルギ削減量演算部54が、仮運転パターンのパターン1における予測エネルギ削減量を演算すると、次にステップS1dに移行して、仮運転パターンの全パターンについての読出しが行われたか否かが判断され、全パターンの読出し、及び、その仮運転パターンにおける予測エネルギ削減量の演算が終了するまでステップS1b及びステップS1cが同様の手法で繰り返される。
When the predicted energy reduction
例えば、仮運転パターンの第1番目(第2番目、第3番目・・・)のパターン1(パターン2,3・・・)についての予測エネルギ削減量の演算が行われると、次に第2番目(第3番目、第4番目・・・)のパターン2(パターン3,4・・・)の読出しが行われ、読み出されたパターン2(パターン3,4・・・)における予測エネルギ削減量の演算が上述したのと同様に行われる。
仮運転パターンの第2番目のパターン2の場合、図8に示すように、予測エネルギ量(E2)は、時間帯「1」及び「2」の予測電力負荷が燃料電池1の稼動で賄われ、時間帯「3」から時間帯「24」までの予測電力負荷が商業系統12からの買電によって賄われる。また、時間帯「9」の予測給湯熱負荷の一部、例えば12343kJについては貯湯タンク2に貯えられた温水により賄われ、この予測給湯負荷の残部、例えば15374kJについては補助加熱ボイラJの稼動により賄われるようになり、このときの予測エネルギ削減量は図8に示すように2512kJとなる。
また、仮運転パターンの第24番目のパターン24の場合、図9に示すようになり、このときの予測エネルギ削減量は1256kJとなり、更に仮運転パターンの第25番目のパターン25の場合、図10に示すようになり、このときの予測エネルギ削減量は2303kJとなり、仮運転パターンの最後のパターン300の場合、図11に示すようになり、このときの予測エネルギ削減量は837kJとなる。
For example, when the predicted energy reduction amount is calculated for the first (second, third,...) Pattern 1 (
In the case of the
Further, in the case of the
上述のようにして仮運転パターンの全パターンについての予測エネルギ削減量が演算されると、ステップS1eにおいて最大予測エネルギ削減量選定部55は、各仮運転パターンについて演算された予測エネルギ削減量のうち最も大きい値を選定する。次に、ステップS1fにおいて仮稼動時間帯設定部56は、選定された最大値の予測エネルギ削減量である仮運転パターンに対応する稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定し、その仮稼動時間帯を記憶部63に記憶させる。
When the predicted energy reduction amount is calculated for all the temporary operation patterns as described above, the maximum predicted energy reduction
上述のようにして仮稼動時間帯が設定された後は図5のステップS2に移行し、予測熱出力積算部57は、仮運転パターンの選定パターンに従って燃料電池1を予測電力負荷を賄うように電主運転したときに発生する予測熱出力、換言すると貯湯タンク2に温水として貯湯される予測貯湯蓄熱量を積算し、この予測熱出力の積算値を記憶部63に記憶させる。
After the temporary operation time zone is set as described above, the process proceeds to step S2 in FIG. 5, and the predicted heat
その後、ステップS3において、設定された仮稼動時間帯の開始時刻になったと判定されると、ステップS3からステップS4に移行し、作動制御部62は、稼動信号を生成してこの稼動信号に基づいて燃料電池1を稼動させる。その結果、燃料電池1の発電電力が電力負荷装置9で消費され(余剰電力が生じたときには、電気ヒータ12によって温水として貯えられる)、燃料電池1から回収された熱が温水として貯湯ユニット4に貯えられる。燃料電池1のこの稼動は、電力負荷装置9で実際に消費される現時点の電力負荷(この現電力負荷として、現時点から所定時間、例えば5分前までの平均電力負荷を用いることができる)を賄うような電主運転で行われる。即ち、ステップS5において現電力負荷演算部58は、現時点の電力負荷を演算し、ステップS6において発電出力設定部59は、発電出力が現電力負荷と等しくなる(又は現電力負荷よりも幾分小さくなる)ように燃料電池1の発電出力を設定する。例えば、現電力負荷が500Wであるときには、燃料電池1の発電出力は500W(又は460W)に設定され、このようにして燃料電池1は現電力負荷を賄うように電主運転される。そして、ステップS7において現熱出力積算部60は、計画運転モードでの燃料電池1の稼動によって実際に生成される現熱出力をその稼動開始時から積算する。
Thereafter, when it is determined in step S3 that the set temporary operation time zone has reached the start time, the process proceeds from step S3 to step S4, and the
以上のように、燃料電池1を上述のような計画運転モードで運転制御することによって、その稼動停止を計画運転対象期間である24時間(一日)当たり最大1回とすることができ、稼動、稼動停止が頻繁に繰り返されることを回避することができている。
As described above, by operating the
但し、来客があるために本来は4人家族であるにも拘わらず当日は7人の在宅者がいるという場合や、月曜日が祝日であるために通常の休日と同様の生活パターンで月曜日を過ごすという場合や、出かけていて不在である場合など、需要家の熱負荷のパターンが通常とは異なる特異日も存在する。
従って、本実施形態のエネルギ供給システムでは、需要家による熱使用状況及び電力使用状況の少なくとも一方と直接又は間接的に関連する使用状況関連データを収集する使用状況関連データ収集手段と、使用状況関連データ計測部によって計測される、計画運転対象期間内における実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、実使用状況関連データの特異性の程度を判定する使用状況関連データ判定部64が設けられている。後述するように、上記使用状況関連データ収集手段は、図2に示した電力負荷計測手段11、給湯熱負荷計測手段31、暖房熱負荷計測手段32、及び、リモコン操作部34の風呂湯張りスイッチ35と予約スイッチ36を用いて実現可能である。
However, because there are visitors who are originally a family of four, there are seven homes on the day, and because Monday is a holiday, Monday is spent in the same lifestyle pattern as a normal holiday. In some cases, there are special days when the customer's heat load pattern is different from usual, such as when they are out and absent.
Therefore, in the energy supply system of the present embodiment, usage status related data collection means for collecting usage status related data directly or indirectly related to at least one of heat usage status and power usage status by a consumer, The usage status related
そして、図5のステップS8からステップS10に示すように、計画運転モードで燃料電池1を稼動させつつ、使用状況関連データ判定部64によって判定された実使用状況関連データの特異性の程度が大きいときには、計画運転対象期間の途中で、上述した計画運転モードとは別の予備運転モードを実行する。
この予備運転モードの詳細については後述する。
Then, as shown in step S8 to step S10 of FIG. 5, the degree of specificity of the actual usage status related data determined by the usage status related
Details of the preliminary operation mode will be described later.
具体的には、燃料電池1を計画運転モードで稼動させている途中で、ステップS8において使用状況関連データ判定部64は、使用状況関連データ収集手段によって収集された計画運転対象期間内における実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、実使用状況関連データの特異性の程度を判定する。次に、ステップS9において作動制御部62は、使用状況関連データ判定部64によって判定された実使用状況関連データの特異性の程度が大きいときには、ステップS10に移行して、上記計画運転モードとは別の非計画状態で燃料電池1を運転する予備運転モードを実行する発電出力設定処理を実行するように構成されている。そして、ステップS15において、仮運転パターンの全パターンによる予測エネルギ削減量の再演算を行う所定時刻(計画運転対象期間の開始時刻)、例えば午前0時に達したか否かが判断され、この所定時刻に達するまではステップS10にリターンして上記予備運転モードで燃料電池1が稼動される。また、ステップS15においてこの所定時刻に達したと判定されると、この制御フローの初めにリターンする。
Specifically, during the operation of the
他方で、ステップS9において作動制御部62は、実使用状況関連データの特異性の程度が大きくないと判定したときには、ステップS11に移行する。つまり、燃料電池1が上記計画運転モードで稼動され続ける。
On the other hand, when the
そして、ステップS11において熱出力比較部61は、予測熱出力積算部57による予測積算熱出力と現熱出力積算部60による現積算熱出力とを比較する。現積算熱出力が予測積算熱出力よりも小さいときにはステップS12に移行し、設定された仮稼動時間帯の終了時刻に達したか否かが判断され、この終了時刻に達するまではステップS5にリターンして燃料電池1の稼動が継続される。また、ステップS12においてこの終了時刻に達したと判定されると、ステップS13に移行して燃料電池1の稼動が停止されて、ステップS14に移行する。
In step S <b> 11, the heat
他方で、ステップS11において、燃料電池1の稼動によって現積算熱出力が予測積算熱出力以上になると、ステップS13に移行し、所定熱出力を得るための燃料電池1の省エネルギ運転が行われたとして燃料電池1を稼動停止させる。そしてステップS14において、上記所定時刻(計画運転対象期間の開始時刻)に達したか否かが判断され、この所定時刻に達したと判定されると、この図5に示す制御フローの初めにリターンする。
On the other hand, in step S11, when the current integrated heat output becomes equal to or higher than the predicted integrated heat output due to the operation of the
以下に、予備運転モードに関連する図5のステップS8からステップS10の詳細について説明する。
上述した使用状況関連データ収集手段として、需要家による電力使用状況と直接関連する使用状況関連データを計測する電力負荷計測手段11を用いた場合、計画運転対象期間内における時系列的な電力負荷に関する情報を収集できる、また、後述するような電力負荷の時間変動量、つまり、電力負荷装置9における設定時間毎の実電力負荷データを時系列的に前後で比較してその差の絶対値を演算し、演算した絶対値の現時点までの実積算値に関する情報を収集できる。
Details of steps S8 to S10 in FIG. 5 relating to the preliminary operation mode will be described below.
When the power load measuring means 11 for measuring the usage status related data directly related to the power usage status by the consumer is used as the usage status related data collecting means described above, it relates to the time series power load within the planned operation target period. Information can be collected, and the amount of time variation of the power load as described later, that is, the actual power load data for each set time in the
また、使用状況関連データ収集手段として、需要家による熱使用状況と直接関連する使用状況関連データを計測する給湯熱負荷計測手段31を用いた場合、需要家が浴槽へ風呂湯張りを行うときに要した給湯熱負荷量の情報を収集することができる。同様に、使用状況関連データ収集手段として、需要家による熱使用状況と直接関連する使用状況関連データを計測する暖房熱負荷計測手段32を用いた場合、需要家が暖房端末3で消費した暖房熱負荷量の情報を収集することができる。
Moreover, when the hot water supply thermal load measuring means 31 that measures the usage status related data directly related to the heat usage status by the consumer is used as the usage status related data collecting means, when the customer performs bathing in the bathtub, It is possible to collect information on the required hot water supply heat load. Similarly, when the heating heat load measuring means 32 for measuring the use state related data directly related to the heat use state by the consumer is used as the use state related data collecting means, the heating heat consumed by the consumer at the
また更に、使用状況関連データ収集手段として上記給湯熱負荷量計測手段31を用いた場合、需要家による熱使用状況と間接的に関連する使用状況関連データとして、需要家が給湯装置33を用いて消費した水量の情報を収集することができる。例えば、夏場などは給湯装置33において温水を使用せず(つまり、熱を消費せず)に水を使用することもあるため、本実施形態では、給湯熱負荷計測手段31において計測される水及び温水の実供給量を、需要家による熱使用状況と間接的に関連する使用状況関連データと見なしている。つまり、この給湯装置33は、本発明の「給水及び給湯装置」に相当する。
Still further, when the hot water supply heat load measuring means 31 is used as the usage status related data collection means, the customer uses the hot
また更に、使用状況関連データ収集手段として、需要家が操作するリモコン操作部34の風呂湯張りスイッチ35や風呂湯張り時刻を予約するための予約スイッチ36を用いた場合、風呂湯張りスイッチ35がオン操作された時刻を風呂湯張り時刻の情報として収集することや、予約スイッチ36によって予約された風呂湯張り予約時刻を風呂湯張り時刻の情報として収集することができる。加えて、風呂湯張りスイッチ35のオン操作、及び、予約スイッチ36による予約操作に基づいて行われた風呂湯張り回数の情報を収集することができる。
Furthermore, when using the bath hot water switch 35 of the remote
以上のように、使用状況関連データ収集手段が収集可能な実使用状況関連データには、電力負荷、電力負荷の時間変動量、風呂湯張り時刻、風呂湯張り回数、水及び温水の実供給量などがある。 As described above, the actual usage status-related data that can be collected by the usage status-related data collection means includes the power load, the amount of time fluctuation of the power load, the bath hot water filling time, the number of hot water bath fillings, the actual supply amount of water and hot water. and so on.
制御手段5に設けられた使用状況関連データ判定部64は、図5及び図6を参照して説明した計画運転モードでの運転制御中に、上記使用状況関連データ収集手段によって収集される実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、実使用状況関連データの特異性の程度を判定するように構成されている。
例えば、使用状況関連データ判定部64は、実使用状況関連データとしての電力負荷装置9の電力負荷が基準使用状況関連データとしての基準電力負荷から離れるほど、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいと判定する。上記基準電力負荷としては、計画運転対象期間内の需要家自身又は他の需要家の過去の平均電力負荷など、基準となり得る電力負荷に関する情報である。従って、使用状況関連データ判定部64は、例えば当日の最初の15時間(本実施形態では0時から15時の間)の電力負荷合計が、過去の平均的な電力負荷の1日の電力負荷合計よりも大きくなれば、その時点で、当日の電力負荷の特異性の程度が大きいと判定する。
The usage status related
For example, the usage status related
また、使用状況関連データ判定部64は、実使用状況関連データとしての電力負荷装置9の電力負荷の時間変動量が基準使用状況関連データとしての基準の電力負荷の時間変動量から離れるほど、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいと判定する。
例えば、需要家の過去の1時間毎の電力負荷の平均値、その1時間毎の電力負荷に関して時系列的に前後の差の絶対値、及び、その時刻までの絶対値の積算値は下記の表1のようになる。
In addition, the usage status related
For example, the average value of the past hourly power load of the consumer, the absolute value of the difference before and after the hourly power load, and the integrated value of the absolute value up to that time are as follows: It becomes like Table 1.
表1に示すように、需要家が通常の生活パターンで電力を使用していれば1時間毎の電力負荷は変動を繰り返すため、差の絶対値の積算値は一様に増大する。しかし、需要家が不在である場合には1時間毎の電力負荷は変動しないため、上記表1中の11時から17時までと同様に、差の絶対値は零になる。そして、差の絶対値の積算値も零である。従って、差の絶対値の積算値の増大の様子が異なれば、需要家は通常の生活パターンで電力を使用していないと判定することができる。例えば、使用状況関連データ収集手段としての電力負荷計測手段によって計測された電力負荷に関して、12時の時点での上記差の絶対値の積算値が例えば0.5以下である場合、使用状況関連データ判定部64は、電力負荷の変動がほとんど無い特異性の程度が大きい状態を認識できる。
As shown in Table 1, if the consumer uses power in a normal life pattern, the hourly power load repeatedly fluctuates, so the integrated value of the absolute value of the difference increases uniformly. However, when the customer is absent, the hourly power load does not fluctuate, so that the absolute value of the difference is zero as in the case of 11:00 to 17:00 in Table 1 above. The integrated value of the absolute value of the difference is also zero. Therefore, if the state of increase in the integrated value of the absolute value of the difference is different, it can be determined that the consumer is not using power in a normal life pattern. For example, regarding the power load measured by the power load measuring unit as the usage state related data collection unit, when the integrated value of the absolute value of the difference at 12 o'clock is 0.5 or less, for example, the usage state related data The
また更に、使用状況関連データ判定部64は、実使用状況関連データとしての風呂湯張り時刻が基準使用状況関連データとしての基準の風呂湯張り時刻から離れるほど、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいと判定する。従って、使用状況関連データ判定部64は、例えば当日の風呂湯張り時刻(風呂湯張りスイッチ35がオン操作された時刻又は予約スイッチ36による風呂湯張り予約時刻)が、過去の平均的な風呂湯張り時刻から例えば4時間以上離れると、その時点で、当日の風呂湯張り時刻の特異性の程度が大きいと判定する。
Furthermore, the usage status related
また更に、使用状況関連データ判定部64は、実使用状況関連データとしての風呂湯張り回数が基準使用状況関連データとしての基準の風呂湯張り回数から離れるほど、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいと判定する。従って、使用状況関連データ判定部64は、例えば当日の風呂湯張り回数が、過去の平均的な風呂湯張り回数より多くなったときには、その時点で、当日の風呂湯張り回数の特異性の程度が大きいと判定する。
Furthermore, the usage status related
また更に、使用状況関連データ判定部64は、実使用状況関連データとしての給湯装置33からの水及び温水の少なくとも一方の実供給量が基準使用状況関連データとしての基準の供給量から離れるほど、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいと判定する。従って、使用状況関連データ判定部64は、例えば通常の生活パターンでは欠かさず水が使用される3時から13時までの水又は温水の使用量が、基準となる過去の3時から13時までの平均的な水又は温水の使用量の値よりも小さければ、その時点で、当日の水又は温水の使用量の特異性の程度が大きいと判定する。
Furthermore, the usage status related
以上のようにして使用状況関連データ判定部64が需要家の当日の生活パターンの特異性の程度が大きいと判定すると、作動制御部62は、その時点で実行している計画運転モードとは別の非計画状態で燃料電池1を運転する予備運転モードを実行する。
As described above, when the usage state-related
予備運転モードとしては、電力負荷装置9において現在要求されている現電力負荷を賄うように燃料電池1を運転する運転モード、所謂、電主運転モードを採用することができる。燃料電池1が電主運転モードで稼動されると、少なくとも燃料電池1の発電出力は実電力負荷と実質的に等しくなるので、大きな電力余剰は発生しなくなる。その結果、需要家の生活パターンが通常とは異なったとしても、電力供給に関してはエネルギ効率の低下を抑制可能である。
As the preliminary operation mode, an operation mode in which the
他の予備運転モードとしては、電力負荷装置9において現在要求されている現電力負荷と仮に設定した燃料電池1の仮発電出力との差から求まる不足電力を、商用系統7からの買電によって賄ったときの一次エネルギ消費量、及び、上記仮発電出力を燃料電池1で賄ったときの一次エネルギ消費量、の和が最小となるような最適発電出力で燃料電池1を運転する運転モードを採用することができる。
例えば、電力負荷装置9の電力負荷がAkWであり、燃料電池1の発電出力がBkWであり、その発電出力:BkWのときの燃料電池1発電効率がe(B)であり、商用系統7に電力を供給する発電所の発電効率がepであるとすると、上記最適発電電力は、下記式のF(B)が最小となる発電電力:Bのことである。
As another preliminary operation mode, the insufficient power obtained from the difference between the current power load currently requested in the
For example, the power load of the
F(B)=[Max(A−B、0)/ep+B/e(B)] F (B) = [Max (A−B, 0) / ep + B / e (B)]
つまり、上記式の第1項は、不足電力:(A−B)を買電で賄うときの一次エネルギ消費量を表し、第2項は、燃料電池1を発電電力:Bを出力するように稼動させたときの一次エネルギ消費量を表している。燃料電池1は発電出力に応じて発電効率:e(B)が変化するので、燃料電池1の発電出力が変化すると、F(B)の値も変化する。従って、F(B)の値が最小となる発電電力:Bで燃料電池1を稼動させれば、熱供給に関するエネルギ効率は不明であるものの(つまり、熱の過不足が発生し得るものの)、電力の大きな過不足が発生しないようにしながら、電力供給に関しては最もエネルギ効率を良くすることができる。そして、設定タイミングで定期的に上記F(B)が最小となる最適発電電力:Bを導出し、その発電電力:Bで燃料電池1を稼動させればよい。
In other words, the first term of the above formula represents the primary energy consumption when power shortage: (A-B) is covered by power purchase, and the second term is to output the generated power: B from the
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、実使用状況関連データの特異性の程度が大きいか否かを判定する基準(基準使用状況関連データ)をいくつか例示したが、基準使用状況関連データは適宜変更可能である。また、需要家毎、曜日毎、月毎、季節毎などに応じて変更してもよい。
<Another embodiment>
<1>
In the above embodiment, several criteria (reference usage status related data) for determining whether or not the degree of specificity of the actual usage status related data is large are exemplified, but the reference usage status related data can be changed as appropriate. Moreover, you may change according to every customer, every day of the week, every month, every season.
<2>
上記実施形態では、熱電併給装置として燃料電池を用いた場合について説明したが、例えば、ガスエンジン発電装置などを熱電併給装置として用いてもよい。
<2>
In the above embodiment, the case where a fuel cell is used as the combined heat and power supply device has been described. However, for example, a gas engine power generation device or the like may be used as the combined heat and power supply device.
<3>
上記実施形態では、計画運転対象期間が0時から24時までの24時間である場合について説明したが、例えば、午前2時から翌日の午前2時までの24時間を計画運転対象期間とする場合や、0時から48時間を計画運転対象期間とする場合などに改変してもよい。
<3>
In the above embodiment, the case where the planned operation target period is 24 hours from 0:00 to 24:00 has been described. For example, when the planned operation target period is 24 hours from 2:00 am to 2:00 am on the next day Alternatively, it may be modified when the planned operation target period is 48 hours from 0:00.
<4>
上記実施形態では、上記計画運転とは別の予備運転モードとして二つの例を示したが、他の運転モードを予備運転モードとして実行してもよい。例えば、燃料電池1の定格出力の25%等での一定出力運転を連続して、又は、断続的に実行するような予備運転モードなど、他の運転モードを実行してもよい。
<4>
In the above embodiment, two examples are shown as the preliminary operation mode different from the planned operation, but other operation modes may be executed as the preliminary operation mode. For example, another operation mode such as a preliminary operation mode in which a constant output operation at 25% or the like of the rated output of the
本発明のエネルギ供給システムは、需要家の生活パターンが規則的では無くなったときに、熱電併給装置を本来の計画運転モードとは別の予備運転モードで稼動させてエネルギ効率の低下を抑制可能なコージェネレーションシステムに適用可能である。 The energy supply system of the present invention can suppress a decrease in energy efficiency by operating a combined heat and power supply device in a preliminary operation mode different from the original planned operation mode when the consumer's life pattern is not regular. Applicable to cogeneration system.
1 燃料電池(熱電併給装置)
5 制御手段
11 電力負荷計測手段(使用状況関連データ収集手段)
31 給湯熱負荷計測手段(使用状況関連データ収集手段)
32 暖房熱負荷計測手段(使用状況関連データ収集手段)
35 風呂湯張りスイッチ(使用状況関連データ収集手段)
36 予約スイッチ(使用状況関連データ収集手段)
64 使用状況関連データ判定部
1 Fuel cell (cogeneration device)
5 Control means 11 Power load measurement means (Usage status related data collection means)
31 Hot water supply thermal load measurement means (use status related data collection means)
32 Heating heat load measuring means (use status related data collecting means)
35 Bath hot water switch (use status related data collection means)
36 Reservation switch (usage-related data collection means)
64 Usage status related data judgment unit
Claims (8)
需要家による熱使用状況及び電力使用状況の少なくとも一方と直接又は間接的に関連する使用状況関連データを収集する使用状況関連データ収集手段と、
前記使用状況関連データ収集手段によって収集される、前記計画運転対象期間内における実使用状況関連データを基準使用状況関連データと比較して、前記実使用状況関連データの特異性の程度を判定する使用状況関連データ判定部が設けられ、
前記制御手段は、前記使用状況関連データ判定部によって判定された前記実使用状況関連データの特異性の程度が大きいときには、前記計画運転対象期間の途中で、前記計画運転モードとは別の予備運転モードを実行するように構成されているエネルギ供給システム。 A cogeneration apparatus that generates heat and electric power together, and a control unit that executes a planned operation mode in which the cogeneration apparatus is planned to be operated based on a predicted power load and a predicted heat load within a planned operation target period are provided. Energy supply system,
Usage-related data collecting means for collecting usage-related data directly or indirectly related to at least one of heat usage and power usage by consumers;
Use of the actual usage status related data collected by the usage status related data collection means for comparing the actual usage status related data within the planned operation target period with reference usage status related data to determine the degree of specificity of the actual usage status related data. A situation-related data determination unit is provided,
When the degree of specificity of the actual usage status related data determined by the usage status related data determination unit is large, the control means performs a preliminary operation different from the planned operation mode during the planned operation target period. An energy supply system configured to execute a mode.
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての風呂湯張り時刻が前記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り時刻から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する請求項1〜3の何れか一項に記載のエネルギ供給システム。 A bath hot water filling means for bathing the bathtub with hot water stored in a hot water storage device for storing hot water with heat generated by the combined heat and power supply device;
The usage status related data determination unit determines that the degree of specificity increases as the bath filling time as the actual usage status related data is farther from the reference bath filling time as the reference usage status related data. Item 4. The energy supply system according to any one of Items 1 to 3.
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての風呂湯張り回数が前記基準使用状況関連データとしての基準風呂湯張り回数から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する請求項1〜4の何れか一項に記載のエネルギ供給システム。 A bath hot water filling means for bathing the bathtub with hot water stored in a hot water storage device for storing hot water with heat generated by the combined heat and power supply device;
The usage status related data determination unit determines that the degree of specificity is greater as the number of bath hot water fillings as the actual usage status related data is farther from the reference bath hot water filling times as the reference usage status related data. Item 5. The energy supply system according to any one of Items 1 to 4.
前記使用状況関連データ判定部は、前記実使用状況関連データとしての前記水及び前記温水の少なくとも一方の実供給量が前記基準使用状況関連データとしての前記水及び前記温水の少なくとも一方の基準供給量から離れるほど、前記特異性の程度が大きいと判定する請求項1〜7の何れか一項に記載のエネルギ供給システム。 Water supply or hot water supply device for supplying hot water obtained using hot water stored in water or hot water storage device that stores hot water by heat generated in the combined heat and power supply device,
In the usage status related data determination unit, the actual supply amount of at least one of the water and the hot water as the actual usage status related data is a reference supply amount of at least one of the water and the hot water as the reference usage status related data. The energy supply system according to any one of claims 1 to 7, wherein it is determined that the degree of the specificity is greater as the distance from the device increases.
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