JP2007247968A - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置1と、その熱電併給装置1にて発生する熱にて貯湯槽2に貯湯する貯湯手段4と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、その運転制御手段が、複数時間からなる運転周期内において運転時間帯を定めて熱電併給装置1を断続的に運転する断続運転を、運転周期毎に繰り返すように構成されたコージェネレーションシステムであって、運転制御手段が、熱電併給装置1の運転を停止させる停止条件が満たされたときに、運転継続条件を満たす場合には熱電併給装置1の運転を継続するように構成されている。
【選択図】図1
Description
その運転制御手段が、複数時間からなる運転周期内において運転時間帯を定めて前記熱電併給装置を断続的に運転する断続運転を、前記運転周期毎に繰り返すように構成されたコージェネレーションシステムに関する。
その運転制御手段が、複数時間からなる運転周期内において運転時間帯を定めて前記熱電併給装置を断続的に運転する断続運転を、前記運転周期毎に繰り返すように構成されたものであって、
第1特徴構成は、前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転を停止させる停止条件が満たされたときに、運転継続条件を満たす場合には前記熱電併給装置の運転を継続するように構成されている点を特徴とする。
従って、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱不足を抑制して、運転メリットを向上するように運転し得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において、前記運転時間帯を、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期内であって、最初の運転周期の予測電力負荷及び最初の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯、及び、最初の運転周期の予測電力負荷及び前記複数の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯のうち、より運転メリットが優れた時間帯に設定するように構成されている点を特徴とする。
そのような場合に、運転時間帯が、最初の運転周期の予測電力負荷及び前記複数の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯に設定されて、その設定された運転時間帯において熱電併給装置が運転されるので、熱負荷がかなり小さい場合でも、運転メリットの向上を図ることが可能となる。尚、運転時間帯は、最も運転メリットが優れた時間帯等、極力運転メリットが優れた時間帯に設定するのが好ましい。
従って、熱負荷が比較的小さい場合でも、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱不足を抑制して、運転メリットを向上するように運転することができるようになった。
前記停止条件が、前記運転周期の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるときに、その開始時点における前記貯湯槽の貯湯熱量と次の運転周期における予測熱負荷とが前記熱電併給装置の運転を待機させる待機条件を満たす条件である点を特徴とする。
そして、停止条件を、運転周期の開始時点において熱電併給装置が運転中であるときに、その開始時点における貯湯槽の貯湯熱量と次の運転周期における予測熱負荷とが待機条件を満たす条件とすることにより、実際の熱負荷の変動に拘らず、運転メリットを損なわない状態で、停止条件を満たすか否かを適確に判断することができる。
従って、停止条件を満たすか否かを適確に判断することができるので、運転継続条件を満たす場合に熱電併給装置の運転を継続することを適確に行うことができるようになり、適確に運転メリットを向上することができるようになった。
前記運転継続条件が、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて運転継続時間を異ならせて求める各運転継続時間についての運転メリットのうちで、前記熱電併給装置の運転を停止するよりも優れている運転継続時間が存在する条件である点を特徴とする。
そして、求めた各運転継続時間についての運転メリットのうちで、熱電併給装置の運転を停止するよりも優れている運転継続時間が存在するときに、運転継続条件が満たされるとすることにより、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷を鑑みて、熱電併給装置の運転を継続することにより運転メリットを向上することができるか否かを判断することができるので、運転継続条件を満たすか否かを適確に判断することができる。
従って、運転継続条件を満たすか否かを適確に判断することができるので、運転メリットを向上させるための熱電併給装置の運転の継続を適確に行うことができるようになり、適確に運転メリットを向上することができるようになった。
前記運転メリットを求める異なる運転継続時間が、前記運転周期よりも短い時間である点を特徴とする。
従って、実際の熱負荷の変動に拘らず熱不足を抑制するように熱電併給装置の運転を継続するようにしながら、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期での熱電併給装置の運転により最初の運転周期以外の運転周期の熱負荷も賄う形態での断続運転を、適確に行うことができるようになった。
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転の継続により前記熱電併給装置から発生した熱量が、前記運転メリットが最も優れている運転継続時間のあいだ前記熱電併給装置を運転することにより前記熱電併給装置から発生すると予測される熱量に達したときに、前記熱電併給装置を停止させるように構成されている点を特徴とする。
従って、運転メリットをより一層向上するように運転することができるようになった。
前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において前記待機条件が満たされない場合に、前記運転時間帯を、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期内であって、最初の運転周期の予測電力負荷及び最初の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯、及び、最初の運転周期の予測電力負荷及び前記複数の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯のうち、より運転メリットが優れた時間帯に設定することを行うように構成されている点を特徴とする。
そこで、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期での熱電併給装置の運転により最初の運転周期以外の運転周期の熱負荷も賄う形態での断続運転を行うにしても、運転周期の開始時点毎に、その開始時点における貯湯槽の貯湯熱量と次の運転周期における予測熱負荷に基づいて、待機条件が満たされるか否かを判断して、満たされない場合には、その次の運転周期を連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期として、運転時間帯を設定し直して、断続運転を行うので、熱余り及び熱不足を抑制することができる。
従って、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期での熱電併給装置の運転により最初の運転周期以外の運転周期の熱負荷も賄う形態での断続運転を、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱余り及び熱不足を抑制するように行うことができるようになった。
前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において前記待機条件が満たされない場合において、次の運転周期のあいだ前記熱電併給装置を停止させた方が、運転メリットが優れた運転時間帯にて運転するよりも運転メリットが優れているときは、次の運転周期においては前記熱電併給装置を停止させるように構成されている点を特徴とする。
そこで、待機条件を満たさないと判断されたときは、一律に、運転メリットが優れた運転時間帯にて運転するようにするのではなく、次の運転周期のあいだ熱電併給装置を停止させた方が運転メリットが優れた運転時間帯にて運転するよりも運転メリットが優れているか否かが判断されるようにして、運転メリットが優れていると判断されたときは次の運転周期においては熱電併給装置が停止されるようにするのである。
従って、運転メリットを一層向上するように、熱電併給装置を運転することができるようになった。
前記停止条件が、前記熱電併給装置を運転することにより前記熱電併給装置から発生した熱量が、前記熱電併給装置を前記運転時間帯のあいだ運転することにより前記熱電併給装置から発生すると予測される熱量に達する条件である点を特徴とする。
そこで、熱電併給装置を運転することによりその熱電併給装置から発生した熱量が、熱電併給装置を運転時間帯のあいだ運転することにより熱電併給装置から発生すると予測される熱量に達すると、熱電併給装置を停止させるようにすることにより、運転時間帯の終了時点で無条件に熱電併給装置を停止させる場合に比べて、運転メリットの向上を図ることが可能な熱量を適確に発生されることができる。
従って、運転メリットの向上を図るべく、断続運転を適確に行うことができるようになった。
前記運転継続条件が、前記停止条件が満たされた時点における前記貯湯槽の貯湯熱量にてそれ以降の予測熱負荷を賄える度合いを示す熱賄い度指標が設定値以下の条件である点を特徴とする。
つまり、熱賄い度指標により、熱不足の程度を適確に判断することができるので、その熱賄い度指標を用いて、熱電併給装置の運転の継続の可否を判断することにより、熱不足を適確に抑制するように熱電併給装置の運転を継続することができる。
従って、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱不足を適確に抑制して、運転メリットを適確に向上することができるようになった。
前記運転メリットが、省エネルギ性、経済性又は環境性である点を特徴とする。
ちなみに、環境性とは、例えば、二酸化炭素ガスの削減量である。
従って、省エネルギ性、経済性又は環境性が向上するように、熱電併給装置を運転することができるようになった。
前記運転継続条件を満たすか否かの判断に用いる運転メリットを求めるに当たっては、前記熱電併給装置の起動時のエネルギロスをゼロとして求めるように構成されている点を特徴とする。
従って、運転継続条件を満たすか否かを適確に判断することができるので、運転メリットを向上させるための熱電併給装置の運転の継続を適確に行うことができるようになり、適確に運転メリットを向上することができるようになった。
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転中において、予測熱負荷が発生しなかった又は実熱負荷が予測熱負荷よりも小さかったと判断した場合に、その判断した時点における前記貯湯槽の貯湯熱量にてそのとき以降の予測熱負荷を賄える度合いを示す熱賄い度指標が設定値以上の場合には、前記熱電併給装置を強制停止させるように構成されている点を特徴とする。
そこで、前記設定値として、熱賄い度指標がその設定値以上であると熱余りが発生する虞がある値に設定すると、熱賄い度指標が設定値以上であるか否かを判断することにより、熱余りが発生するか否かを適確に判断することが可能となる。
そして、予測熱負荷が発生しなかった又は実熱負荷が予測熱負荷よりも小さかったと判断した場合に、その判断した時点の熱賄い度指標が設定値以上の場合に熱電併給装置を強制停止させることにより、熱余りを抑制することができて、運転メリットを向上することができるのである。
従って、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱余りを抑制して、運転メリットを向上するように運転し得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
前記熱電併給装置の運転形態として、前記断続運転に加えて、前記運転周期内の全時間帯において前記熱電併給装置を運転する連続運転が備えられ、
前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において、運転判別条件に基づいて前記断続運転と前記連続運転とのいずれか一方を選択するように構成され、且つ、前記断続運転を選択した場合において、前記停止条件が満たされたときに、前記運転継続条件を満たすか否かを判断するように構成されている点を特徴とする。
そこで、断続運転することにより熱電併給装置から発生する熱では、大きな熱負荷を十分に賄うことができない場合があることから、熱電併給装置の運転形態として、断続運転に加えて、連続運転が備えられる場合がある。
例えば、予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、断続運転を実行すると仮定したとき及び連続運転を実行すると仮定したとき夫々の省エネルギ性(例えば、予測されるエネルギ削減量)を評価して、省エネルギ性で優れている方を選択する条件を採用する。
つまり、熱余り及び熱不足を抑制するように熱電併給装置を運転するようにすることにより、熱電併給装置を運転することによる省エネルギ性を向上することができるので、運転判別条件として、上述の如く省エネルギ性で優れている方を選択する条件に設定すると、結果的に、予測される熱負荷が小さいときは断続運転が選択され、予測される熱負荷が大きいときは連続運転が選択されることになる。
従って、予測される熱負荷が大きく変動しても熱余り及び熱不足の両方を抑制し得るように熱電併給装置の運転形態を設定して、その設定した運転形態にて熱電併給装置を運転することができながら、実際の熱負荷の変動に拘らず、熱不足を抑制することができるようになった。
〔第1実施形態〕
コージェネレーションシステムは、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、貯湯槽2への貯湯及び熱消費端末3への熱媒供給を行う貯湯手段としての貯湯ユニット4と、燃料電池1及び貯湯ユニット4の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部5などから構成されている。
前記商用電源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9に供給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。
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。
尚、電気ヒータ12の消費電力を調整する構成については、上記のように複数の電気ヒータ12のON/OFFを切り換える構成以外に、その電気ヒータ12の出力を例えば位相制御等により調整する構成を採用しても構わない。
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。
の暖房端末にて構成されている。
更に、前記貯湯槽2に供給される水の給水温度を検出する給水温度センサSiも設けられている。
したがって、貯湯槽2では、貯湯槽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。
前記運転制御部5は、複数時間からなる運転周期(この実施形態では24時間)内において運転時間帯を定めて燃料電池1を断続的に運転する断続運転モード(断続運転に相当する)を、運転周期毎に繰り返すように構成されている。
以下、このように運転時間帯を設定する断続運転モードを第1断続運転モードと記載する場合がある。
以下、このように運転時間帯を設定する断続運転モードを第2断続運転モードと記載する場合がある。
又、前記断続運転モード及び前記連続運転モードのいずれの運転モードも実行せずに、前記運転周期内の全時間帯において燃料電池1を停止させる待機モードが備えられている。
詳しくは、運転制御部5は、上記電主運転制御において、1分等の比較的短い所定の出力調整周期毎に、上記現電力負荷を求め、最小出力(例えば250W)から最大出力(例えば1000W)の範囲内で、図3(a)に示すように連続的に、又は、図3(b)に示すように段階的に、上記現電力負荷に追従する電主出力を決定し、燃料電池1の出力をその決定した電主出力に設定する。尚、上記最小出力は、許容範囲内で0W又はそれに近い極めて小さい出力に設定しても構わない。
そして、この第1実施形態では、運転制御部5は、運転周期の開始時点において、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、次の運転周期において断続運転モードを実行すると仮定したときのエネルギの削減量である予測エネルギ削減量、及び、次の運転周期において連続運転モードを実行すると仮定したときのエネルギの削減量である予測エネルギ削減量を演算して、断続運転モードと連続運転モードとのうちの予測エネルギ削減量が優れた方を選択する条件を前記運転判別条件として、断続運転モードと連続運転モードとのいずれか一方を選択するように構成されている。
運転制御部5は、先ず、時系列的な過去の電力負荷データ及び熱負荷データに基づいて、図4に示すような、運転周期の開始時点以降の時系列的な予測電力負荷及び予測熱負荷を予測する。次に、予め設定された仮運転パターンにおける運転時間帯において燃料電池1を運転する形態で上記予測電力負荷に対して電主運転制御を実行すると仮定して、燃料電池1の時系列的な予測発電電力及び予測発生熱を演算する。
予測エネルギ削減量P=燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1−燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2
E1=予測電力負荷/商用電源7の発電効率+コージェネレーションシステムの待機電力/商用電源7の発電効率+予測熱負荷/補助加熱手段Mの発熱効率
E2=燃料電池1を運転したときの燃料消費量+不足電力負荷/商用電源7の発電効率+不足熱負荷/補助加熱手段Mの発熱効率+起動時のエネルギロス+コージェネレーションシステムの待機電力/商用電源7の発電効率
尚、このコージェネレーションシステムの待機電力は、燃料電池1の待機電力としても良い。
尚、前記上端温度センサS1、中間上位温度センサS2、中間下位温度センサS3、下端温度センサS4夫々にて検出される貯湯槽2の湯水の温度を、夫々、T1、T2、T3、T4とし、前記給水温度センサSiにて検出される給水温度をTiとする。
又、前記上層部における重み係数をA1とし、前記中層部における重み係数をA2とし、前記下層部における重み係数をA3とすると、貯湯熱量Qは、下記の[数4]にて演算することができる。
Q={(A1×T1+(1−A1)×T2−Ti)×50
+(A2×T2+(1−A2)×T3−Ti)×50
+(A3×T3+(1−A3)×T4−Ti)×50}×4186.05
運転制御部5は、連続運転モードとして、上述のように、燃料電池1の出力を現在要求されている現電力負荷に対して追従する電主出力に設定する、即ち、電主運転制御を実行する負荷追従連続運転モード、及び、その負荷追従連続運転モードを実行することにより、熱負荷に対して燃料電池1の発生熱が余る熱余り状態が予測される場合に、燃料電池1の出力を現電力負荷に追従した電主出力よりも小さい抑制出力に設定する抑制連続運転モードを実行可能に構成されている。
前記運転制御部5は、運転周期における予測電力負荷及び予測熱負荷を求め、その予測電力負荷を補うように、連続的に電主運転制御を実行することを想定して、燃料電池1の発生熱が予測熱負荷に対して余る熱余り状態が発生するか否かを判断すると共に、その熱余り状態が発生する時間帯を熱余り時間帯として求める。
尚、熱余り状態を予測する構成については、例えば、補助加熱手段Mを作動した状態での給湯量やラジエター19における放熱量を積算し、その積算値が設定値以上となることにより、熱余り状態を予測するなど、適宜変更が可能である。
第1断続運転モードでは、運転周期内において燃料電池1の運転時間帯が異なる複数の仮運転パターンの夫々の予測エネルギ削減量を、運転周期における予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて演算して、その予測エネルギ削減量が最大となるように、運転周期内において燃料電池1の起動時間と停止時間を設定する。
例えば、運転周期の開始時点を午前3時とすると、午前3時〜午前4時の時間(時間帯1)から運転を開始させるパターンとして、午前3時〜午前4時の時間(時間帯「1」)のみを運転させるパターン1(起動時刻が午前3時、停止時刻が午前4時)や、午前3時〜午前5時の時間帯(時間帯「1」及び「2」)のみを運転させるパターン2(起動時刻が午前3時、停止時刻が午前5時)、午前3時〜午前6時の時間帯(時間帯「1」、「2」及び「3」)のみを運転させるパターン3・・・午前3時〜次の日の午前3時の時間帯(時間帯「1」〜「24」)を運転させるパターン24の24種類がある。また、午前4時〜午前5時の時間(時間帯「2」)から運転開始させるパターンとして、この時間帯「2」をのみを運転させるパターン25、午前4時〜午前6時の時間帯(時間帯「2」及び「3」)を運転させるパターン26・・・午前4時〜次の日の午前3時の時間帯(時間帯「2」〜「24」)を運転させるパターン47の23種類がある。このように、運転周期の最後の午前2時〜午前3時の時間帯(時間帯「24」)から運転開始させるパターンのパターン300まで、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。
そして、このような300種類の仮運転パターンがメモリ34に記憶されている。
以下、図7に示すフローチャートに基づいて、その運転モード選択処理について説明する。
尚、燃料電池1を停止させていても、例えば発電可能な状態に維持しておく等のために、エネルギ(電力)が消費されるものであり、運転周期内の全時間帯において燃料電池1を停止させているときにコージェネレーションシステムにて消費されるエネルギを、予め実験等により求めて、待機時消費エネルギZとして、運転制御部5に記憶させてある。
そして、前記待機条件が、前記開始時点における前記貯湯熱量にて次の運転周期における予測熱負荷を賄える程度を示す熱負荷賄い率が設定値よりも大きい条件に設定されている。
運転継続時間が1時間のときは、次の運転周期における1時間目の予測電力負荷に追従する電主運転制御を実行するとして、運転継続時間が2時間のときは、次の運転周期における1時間目、2時間目の予測電力負荷に追従する電主運転制御を実行するとして、運転継続時間が3時間のときは、次の運転周期における1時間目、2時間目、3時間目の予測電力負荷に追従する電主運転制御を実行するとして、夫々、予測エネルギ削減量を演算する。
前記運転メリットを求める異なる運転継続時間が、前記運転周期よりも短い時間である。
ちなみに、前記下位設定値Mは、例えば、0.4に設定する。
又、熱負荷賄い率U/Lが上位設定値K以下で運転継続条件を満たさないときで、熱負荷賄い率U/Lが下位設定値Mよりも大きいときは、燃料電池1の運転を継続させても省エネルギ性を向上できる可能性は少ないものの、次の運転周期の熱負荷をある程度は賄えるとして、次の運転周期においては燃料電池1の運転を待機させる。
又、熱負荷賄い率U/Lが上位設定値K以下で運転継続条件を満たさないときで、更に、熱負荷賄い率U/Lが下位設定値M以下のときは、次に運転周期においては、燃料電池1の運転を待機させると過剰な熱不足が発生する虞があるとして、新たに運転時間帯を設定し直して、断続運転を実行するように構成されている。
この第2実施形態では、前記モード選択処理において、前記断続運転モードと前記連続運転モードとのいずれか一方を選択するための運転判別条件が、上記の第1実施形態と異なる。
即ち、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、次の運転周期において連続運転モードを実行すると仮定したときのエネルギの削減量である予測エネルギ削減量を演算して、その連続運転モードの予測エネルギ削減量がゼロよりも大きければ、その連続運転モードを断続運転モードよりも優先して選択する条件に設定されている。
運転制御部5は、運転周期の開始時点(例えば、午前3時)になると、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc1、及び、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc2を演算して(ステップ#21,22)、ステップ#23において、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc1がゼロ以上か否かを判断して、ゼロ以上のときは、負荷追従連続運転モードを選択し(ステップ#24)、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc1がゼロよりも小さいときは、ステップ#25において、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc2がゼロ以上か否かを判断して、ゼロ以上のときは、抑制続運転モードを選択し(ステップ#24)、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc2がゼロよりも小さいときは、断続運転モードを選択することになり、後述するように、前記待機条件を満たすか否かを判断する(ステップ#26,27)。
そして、ステップ#27で待機条件を満たすと判断したときは、ステップ#28で、燃料電池1が運転中か否かを判断して、運転中のときは停止条件が満たされたとして、ステップ#29で、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて運転継続時間を異ならせて求める各運転継続時間についての運転メリットのうちで、燃料電池1の運転を停止するよりも優れている運転継続時間が存在する条件である運転継続条件を満たすか否かを判断して、運転継続条件を満たすときは、燃料電池1の運転を継続し(ステップ#30)、運転継続条件を満たさないときは待機モードを選択する(ステップ#31)。
つまり、第1段続運転モード及び第2断続運転モード夫々について予測エネルギ削減量が最大となるように運転時間帯を設定して、予測エネルギ削減量が大きい方の断続運転モードを選択することになる。
この第3実施形態では、燃料電池1の運転形態、即ち、運転モードとして、第2断続運転モードのみが備えられている。
そして、上記の第1実施形態と同様に、前記運転制御部5は、前記断続運転モードの実行中において、燃料電池1の運転を停止させる停止条件が満たされたときに、運転継続条件を満たす場合には燃料電池1の運転を継続するように構成されている。
この第3実施形態では、前記運転時間帯のあいだ燃料電池1を運転することにより発生する熱量のうち予測熱負荷として利用される予測利用熱量における現時刻以降の熱量である設定時予測利用熱量H1と、現時点の貯湯槽2の貯湯熱量のうち現時点以降の予測熱負荷として利用される予測利用熱量である現時点予測利用熱量H2(i)との比率H2(i)/H1を現時点熱賄い率として求め、その現時点熱賄い率H2(i)/H1を前記熱賄い率指標として用いるように構成されている。
そして、その現時点熱賄い率H2(i)/H1が継続判断用設定値C(例えば0.85)以下のときは、運転継続条件を満たすと判断するように構成されている。
従って、運転継続条件を満たすか否かを判断するための停止条件を満たしたときの現時点予測利用熱量はH2(0)である。
変数iを0に設定し、運転周期の開始時点になると、予測エネルギ削減量が最大となるように運転時間帯を設定し、その運転時間帯のあいだ運転することにより燃料電池1から発生すると予測される予測発生熱量を演算する(ステップ#41〜44)。
続いて、運転時間帯の開始時刻になると、燃料電池1の運転を開始し、以降、現電力負荷を演算すると共に、燃料電池1の出力を現電力負荷に対応する電主出力に設定する電主運転制御を実行し、燃料電池1の熱出力を積算することにより実発生熱量を演算して、予測発生熱量と実発生熱量とを比較する(ステップ#45〜50)。
尚、図10ないし図12の夫々は、予測電力負荷(a)、電主出力(b)、燃料電池1の発生熱量(d)、燃料消費量(g)、排熱ロス(h)、余剰電力量(i)、貯湯熱量(k)、貯湯放熱量(l)、予測熱負荷(m)及び予測利用熱量(n)夫々を1時間毎に求めた燃料電池の運転状況及び熱利用状況を示す図である。そして、図10は、運転時間帯を設定したときのもの、図11は、実熱負荷が変動したときのもの、図12は、燃料電池1の運転を継続したときのものである。
そして、図11に示すように、23時に実発生熱量が予測発生熱量以上になって、停止条件が満たされたとすると、現時点予測利用熱量H2(0)は2633であり、図10に示すように、設定時予測利用熱量H1は4115であるので、現時点熱賄い率H2(0)/H1は0.64であって、継続判断用設定値Cの0.85以下であるので、運転継続条件を満たし、燃料電池1の運転が継続される。
この第4実施形態では、燃料電池1の運転形態、即ち、運転モードとして、第2断続運転モードのみが備えられている。
そして、前記運転制御部5は、前記燃料電池1の運転中において、予測熱負荷が発生しなかった又は実熱負荷が予測熱負荷よりも小さかったと判断した場合に、その判断した時点における前記貯湯槽2の貯湯熱量にてそのとき以降の予測熱負荷を賄える度合いを示す熱賄い度指標が設定値以上の場合には、燃料電池1を強制停止させるように構成されている。
そして、その現時点熱賄い率H2/H1が停止判断用設定値S(例えば1.00)以上のときは、燃料電池1を強制停止させるように構成されている。
運転周期の開始時点になると、予測エネルギ削減量が最大となるように運転時間帯を設定し、その運転時間帯のあいだ運転することにより燃料電池1から発生すると予測される予測発生熱量を演算する(ステップ#71〜73)。
続いて、運転時間帯の開始時刻になると、燃料電池1の運転を開始し、以降、現電力負荷を演算すると共に、燃料電池1の出力を現電力負荷に対応する電主出力に設定する電主運転制御を実行し、燃料電池1の熱出力を積算することにより実発生熱量を演算して、予測発生熱量と実発生熱量とを比較する(ステップ#74〜79)。
尚、図14及び図15の夫々は、予測電力負荷(a)、電主出力(b)、燃料電池1の発生熱量(d)、燃料消費量(g)、排熱ロス(h)、余剰電力量(i)、貯湯熱量(k)、貯湯放熱量(l)、予測熱負荷(m)及び予測利用熱量(n)夫々を1時間毎に求めた燃料電池の運転状況及び熱利用状況を示す図である。そして、図14は、運転時間帯を設定したときのもの、図15は、現時点熱賄い率H2/H1が停止判断用設定値S以上になって、燃料電池1を強制停止させたときのものである。
そして、図15に示すように、22時に、この日の18時に、実熱負荷が予測熱負荷よりも小さくなったと判断した。そして、その22時の時点での設定時予測利用熱量H1は3885であり、現時点予測利用熱量H2は3910であり、現時点熱賄い率H2/H1は1.006であって、停止判断用設定値Cの1.00以上であるので、燃料電池1が強制停止される。
次に別実施形態を説明する。
(イ) 前記待機条件としては、上記の実施形態において例示した条件、即ち、開始時点における貯湯槽2の貯湯熱量にて次の運転周期における予測熱負荷を賄える程度を示す熱負荷賄い率が設定値よりも大きい条件に限定されるものではく、種々の条件を適用することができる。
例えば、開始時点における貯湯槽2の貯湯熱量と次の運転周期における予測熱負荷との差が設定量よりも多い条件を適用することができる。
又、貯湯槽2の貯湯熱量に応じて、前記熱負荷賄い率や前記差を変更しても良い。
例えば、運転周期内における所定の時間帯に一律に設定する形態や、コージェネレーションシステムの使用者が任意に設定する形態を適用することができる。
又、運転時間帯は、運転周期内において1回のみを設定するのではなく、複数回設定しても良い。
ちなみに、予測エネルギコスト削減額は、燃料電池1を運転させない場合のエネルギコストから、燃料電池1を仮運転パターンで運転したときのエネルギコストを減じて求めることができる。
前記燃料電池1を運転させない場合のエネルギコストは、予測電力負荷の全てとコージェネレーションシステムの待機電力とを商用電源7から買電するときのコストと、予測熱負荷の全てを補助加熱手段Mで賄うときのエネルギコスト(燃料コスト)の和として求められる。
一方、燃料電池1を運転したときのエネルギコストは、予測電力負荷及び予測熱負荷を燃料電池1の予測発電電力及び予測発生熱で補う場合の燃料電池1のエネルギコスト(燃料コスト)と、予測電力負荷から予測発電電力を差し引いた分に相当する不足電力負荷と断続運転モードであればコージェネレーションシステムの待機電力とを商用電源7から買電するときのコストと、予測熱負荷から予測利用熱量を差し引いた分に相当する不足熱負荷を補助加熱手段Mの発生熱で補う場合のエネルギコスト(燃料コスト)との和として求められる。
前記燃料電池1を運転させない場合の二酸化炭素発生量は、予測電力負荷の全てとコージェネレーションシステムの待機電力とを商用電源7から買電するときの二酸化炭素発生量と、予測熱負荷の全てを補助加熱手段Mで賄うときの二酸化炭素発生量との和として求められる。
一方、燃料電池1を運転したときの二酸化炭素発生量は、予測電力負荷及び予測熱負荷を燃料電池1の予測発電電力及び予測発生熱で補う場合の燃料電池1からの二酸化炭素発生量と、予測電力負荷から予測発電電力を差し引いた分に相当する不足電力負荷と断続運転モードであればコージェネレーションシステムの待機電力とを商用電源7から買電するときの二酸化炭素発生量と、予測熱負荷から予測利用熱量を差し引いた分に相当する不足熱負荷を補助加熱手段Mの発生熱で補う場合の二酸化炭素発生量との和として求められる。
2 貯湯槽
4 貯湯手段
5 運転制御手段
Claims (14)
- 電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
その運転制御手段が、複数時間からなる運転周期内において運転時間帯を定めて前記熱電併給装置を断続的に運転する断続運転を、前記運転周期毎に繰り返すように構成されたコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転を停止させる停止条件が満たされたときに、運転継続条件を満たす場合には前記熱電併給装置の運転を継続するように構成されているコージェネレーションシステム。 - 前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において、前記運転時間帯を、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期内であって、最初の運転周期の予測電力負荷及び最初の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯、及び、最初の運転周期の予測電力負荷及び前記複数の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯のうち、より運転メリットが優れた時間帯に設定するように構成されている請求項1記載のコージェネレーションシステム。
- 前記停止条件が、前記運転周期の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるときに、その開始時点における前記貯湯槽の貯湯熱量と次の運転周期における予測熱負荷とが前記熱電併給装置の運転を待機させる待機条件を満たす条件である請求項2記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転継続条件が、次の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて運転継続時間を異ならせて求める各運転継続時間についての運転メリットのうちで、前記熱電併給装置の運転を停止するよりも優れている運転継続時間が存在する条件である請求項3記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転メリットを求める異なる運転継続時間が、前記運転周期よりも短い時間である請求項4記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転の継続により前記熱電併給装置から発生した熱量が、前記運転メリットが最も優れている運転継続時間のあいだ前記熱電併給装置を運転することにより前記熱電併給装置から発生すると予測される熱量に達したときに、前記熱電併給装置を停止させるように構成されている請求項4又は5記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において前記待機条件が満たされない場合に、前記運転時間帯を、連続する複数の運転周期のうちの最初の運転周期内であって、最初の運転周期の予測電力負荷及び最初の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯、及び、最初の運転周期の予測電力負荷及び前記複数の運転周期の予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが優れた時間帯のうち、より運転メリットが優れた時間帯に設定することを行うように構成されている請求項3〜6のいずれか1項に記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において前記待機条件が満たされない場合において、次の運転周期のあいだ前記熱電併給装置を停止させた方が、運転メリットが優れた運転時間帯にて運転するよりも運転メリットが優れているときは、次の運転周期においては前記熱電併給装置を停止させるように構成されている請求項7記載のコージェネレーションシステム。
- 前記停止条件が、前記熱電併給装置を運転することにより前記熱電併給装置から発生した熱量が、前記熱電併給装置を前記運転時間帯のあいだ運転することにより前記熱電併給装置から発生すると予測される熱量に達する条件である請求項1又は2記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転継続条件が、前記停止条件が満たされた時点における前記貯湯槽の貯湯熱量にてそれ以降の予測熱負荷を賄える度合いを示す熱賄い度指標が設定値以下の条件である請求項9記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転メリットが、省エネルギ性、経済性又は環境性である請求項2〜10のいずれか1項に記載のコージェネレーションシステム。
- 前記運転継続条件を満たすか否かの判断に用いる運転メリットを求めるに当たっては、前記熱電併給装置の起動時のエネルギロスをゼロとして求めるように構成されている請求項1〜11のいずれか1項に記載のコージェネレーションシステム。
- 電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
その運転制御手段が、複数時間からなる運転周期内において運転時間帯を定めて前記熱電併給装置を断続的に運転する断続運転を、前記運転周期毎に繰り返すように構成されたコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転中において、予測熱負荷が発生しなかった又は実熱負荷が予測熱負荷よりも小さかったと判断した場合に、その判断した時点における前記貯湯槽の貯湯熱量にてそのとき以降の予測熱負荷を賄える度合いを示す熱賄い度指標が設定値以上の場合には、前記熱電併給装置を強制停止させるように構成されているコージェネレーションシステム。 - 前記熱電併給装置の運転形態として、前記断続運転に加えて、前記運転周期内の全時間帯において前記熱電併給装置を運転する連続運転が備えられ、
前記運転制御手段が、前記運転周期の開始時点において、運転判別条件に基づいて前記断続運転と前記連続運転とのいずれか一方を選択するように構成され、且つ、前記断続運転を選択した場合において、前記停止条件が満たされたときに、前記運転継続条件を満たすか否かを判断するように構成されている請求項1〜13のいずれか1項に記載のコージェネレーションシステム。
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