JP2007274821A - Cogeneration 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、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽と、前記熱電併給装置の稼動時に前記熱電併給装置の出力を電力負荷に追従させる電主運転制御を実行可能な運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a combined heat and power device that generates heat and electric power, a hot water storage tank that collects heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, and the combined heat and power device when the combined heat and power device is in operation. The present invention relates to a cogeneration system provided with operation control means capable of executing electric main operation control for causing an output to follow an electric power load.
かかるコージェネレーションシステムは、エンジン駆動発電機や燃料電池等の熱電併給装置を備えて、熱電併給装置の発電電力を電気機器等の電力消費部に供給する。また、熱電併給装置の発生熱を、例えばその熱により加熱した湯水として一旦貯湯槽に貯えて、給湯部や暖房機器等の熱消費部に供給する。
このように構成されたコージェネレーションシステムを各家庭などに設けると、その家庭で消費される電力の少なくとも一部を熱電併給装置の発電電力で補うことができる。その結果、商用電源からの受電電力を少なくすることができると共に、発電時に発生する熱を湯水の加熱に利用することができるため、省エネルギ性及び経済性の点で有効である。
Such a cogeneration system includes a combined heat and power supply device such as an engine-driven generator and a fuel cell, and supplies the generated power of the combined heat and power supply device to a power consumption unit such as an electric device. Moreover, the heat generated by the combined heat and power supply device is temporarily stored in a hot water storage tank as hot water heated by the heat, for example, and supplied to a heat consuming unit such as a hot water supply unit or a heating device.
When the cogeneration system configured as described above is provided in each household or the like, at least a part of the power consumed in the household can be supplemented with the generated power of the combined heat and power supply apparatus. As a result, the power received from the commercial power source can be reduced, and the heat generated during power generation can be used for heating hot water, which is effective in terms of energy saving and economy.
このようなコージェネレーションシステムは、例えば、数分(例えば1分)等の比較的短い出力調整周期で、電力消費部における電力負荷に対して熱電併給装置の設定出力を追従させる電主運転制御を、運転制御手段が実行するように構成される場合がある。 Such a cogeneration system performs, for example, electric main operation control that causes the set output of the combined heat and power supply to follow the power load in the power consuming unit in a relatively short output adjustment period such as several minutes (for example, one minute). The operation control means may be configured to execute.
電主運転制御を実行するコージェネレーションシステムでは、その電主運転制御を実行することにより、現電力負荷を発電電力で賄うことができる。しかし、現在要求されている現熱負荷には対応しておらず、現熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が発生して、省エネルギ性が悪化する場合がある。 In the cogeneration system that executes the main operation control, the current power load can be covered with the generated power by executing the main operation control. However, it does not correspond to the presently required current heat load, and a heat surplus state in which heat is excessive with respect to the current heat load may occur, resulting in deterioration of energy saving performance.
そこで、電主運転制御を実行するときの熱電併給装置の発生熱量に対して比較的熱負荷が小さく熱余り状態が発生すると予測される場合に、運転制御手段が、熱電併給装置の出力を低下させて熱電併給装置の熱の発生を抑制し、上記熱余り状態を抑制するコージェネレーションシステムもある(例えば、特許文献1を参照。)。 Therefore, the operation control means reduces the output of the combined heat and power unit when it is predicted that the heat load will be relatively small with respect to the amount of heat generated by the combined heat and power unit when performing the main operation control. There is also a cogeneration system that suppresses the generation of heat in the combined heat and power supply apparatus and suppresses the above heat surplus state (see, for example, Patent Document 1).
このような電主運転制御において、現電力負荷が計測され、運転制御手段により熱電併給装置の出力が設定されて熱電併給装置の出力が追従するまでには、若干の遅延時間が生じる。例えば、電主運転制御中に電力負荷が急激に変動するような場合には、熱電併給装置の設定出力を敏感に追求させることができない。その結果、熱電併給装置の発電電力が電力負荷を上回り、熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力が発生する場合がある。
この余剰電力は、電気ヒータなどにより貯湯槽に貯える熱に変換して有効利用することができる。しかし、上述したような熱余り状態、例えば、その時点で要求される熱負荷が多くなく、貯湯槽に蓄えられる湯水も満杯であるような状態など、余剰電力が有効に利用されない場合もある。従って、熱余り状態では、熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力の発生はできるだけ抑制されることが好ましい。
In such electric main operation control, there is a slight delay time until the current power load is measured, the output of the cogeneration device is set by the operation control means, and the output of the cogeneration device follows. For example, when the electric power load fluctuates abruptly during the main operation control, the set output of the combined heat and power supply apparatus cannot be pursued sensitively. As a result, the generated power of the combined heat and power device exceeds the power load, and surplus power that is a surplus of the generated power of the combined heat and power supply device with respect to the power load may be generated.
This surplus power can be converted to heat stored in a hot water tank by an electric heater or the like and used effectively. However, there are cases where surplus power is not effectively used, such as the above-described surplus heat state, for example, a state where there is not much heat load required at that time and the hot water stored in the hot water tank is full. Therefore, in the heat surplus state, it is preferable that generation of surplus power that is a surplus with respect to the power load of the generated power of the combined heat and power supply apparatus is suppressed as much as possible.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱余り状態が予測される時期又は熱余り状態が発生している時期において、熱電併給装置の出力を適切に低下させることにより、熱余り状態に伴う省エネルギ性の悪化を適切に抑制することができるコージェネレーションを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to appropriately reduce the output of the combined heat and power supply device at a time when a surplus heat state is predicted or when a surplus heat state occurs. By this, it exists in the point which provides the cogeneration which can suppress appropriately the deterioration of the energy saving property accompanying a heat surplus state.
上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムは、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽と、前記熱電併給装置の稼動時に前記熱電併給装置の設定出力を電力負荷に追従させる電主運転制御を実行する運転制御手段とが設けられているものであって、以下の特徴を有する。
即ち、その特徴構成は、前記熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力を演算又は計測する余剰電力導出手段を備え、前記運転制御手段が、予測電力負荷に対して前記電主運転制御を実行したと仮定した場合に熱余り状態の発生が予測される時期、又は熱余り状態が発生している時期である熱余り対処時期において、前記熱電併給装置の出力を低下させる出力低下運転として、以下の応答状態低下運転を実行可能に構成する点にある。
当該応答状態低下運転とは、前記電力負荷に対する前記設定出力の応答状態を追従が鈍くなる側である低い側に設定すると共に、前記余剰電力導出手段により演算又は計測される余剰電力に基づいて、当該応答状態を調整するものである。
A cogeneration system according to the present invention for achieving the above object includes a combined heat and power device that generates heat and electric power, a hot water storage tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, Operation control means for executing electric main operation control for causing the set output of the combined heat and power supply device to follow a power load during operation of the combined heat and power supply device is provided, and has the following characteristics.
That is, the characteristic configuration includes surplus power deriving means for calculating or measuring surplus power that is surplus with respect to the power load of the generated power of the combined heat and power supply device, and the operation control means is configured to output the power to the predicted power load. Output that lowers the output of the combined heat and power unit at the time when the occurrence of a heat surplus state is predicted when the main operation control is executed or when the heat surplus state is generated, which is the time when the heat surplus state occurs. As the reduction operation, the following response state reduction operation is configured to be executable.
The response state lowering operation is to set the response state of the set output to the power load on the low side, which is the side on which the follow-up becomes dull, and based on the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means, The response state is adjusted.
この特徴構成によれば、上記熱余り対処時期に、上記運転制御手段が、上記出力低下運転を実行して、熱電併給装置の出力を低下させるので、上記熱余り状態を抑制することができる。
また、この特徴構成によれば、余剰電力導出手段により余剰電力を導出(演算又は計測)し、この余剰電力に基づいて、運転制御手段が電主運転制御における出力低下運転として、応答状態低下運転を行う。そして、この応答状態低下運転の際に、上記余剰電力に基づいて、前記電力負荷に対する前記設定出力の応答状態を調整する。これにより、熱余り対処時期において、余剰電力の発生を極力抑制することができると共に、熱電併給装置の発電電力にて極力電力負荷を賄えるようにすることができる。その結果、省エネルギ性の向上を図ることができるコージェネレーションを提供することができる。
According to this characteristic configuration, since the operation control means executes the output reduction operation at the time when the excess heat is dealt with, and reduces the output of the combined heat and power supply device, the excess heat state can be suppressed.
Further, according to this characteristic configuration, surplus power is derived (calculated or measured) by the surplus power deriving unit, and based on this surplus power, the operation control unit performs a response state decreasing operation as an output decreasing operation in the main operation control. I do. Then, during the response state decreasing operation, the response state of the set output with respect to the power load is adjusted based on the surplus power. As a result, it is possible to suppress the generation of surplus power as much as possible at the time of dealing with surplus heat, and to cover the power load as much as possible with the power generated by the combined heat and power supply device. As a result, it is possible to provide a cogeneration capable of improving energy saving.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記応答状態低下運転において、前記運転制御手段が、前記余剰電力が大きいほど、前記応答状態を追従が鈍くなる側である低い側に調整する点を特徴とする。 Further, the cogeneration system according to the present invention is characterized in that, in the response state lowering operation, the operation control means adjusts the response state to a lower side, which is a side where follow-up becomes dull as the surplus power is larger. And
熱余り対処時期において、既に余剰電力が大きい場合に、さらに多くの余剰電力が発生することは望ましくない。本特徴によれば、余剰電力が大きいほど応答状態を追従が鈍くなる側である低い側に調整するので、電力負荷の変動に対して熱電併給装置の設定出力の追従が鈍くなる。その結果、余剰電力の発生も抑制される。 It is not desirable to generate more surplus power when the surplus power is already large in the heat surplus handling period. According to this feature, the response state is adjusted to the lower side, which is the side on which the follow-up becomes duller as the surplus power is larger, so that the follow-up of the set output of the combined heat and power device becomes dull with respect to fluctuations in the power load. As a result, the generation of surplus power is also suppressed.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記応答状態低下運転において、前記運転制御手段が、前記電力負荷が減少する場合には、前記応答状態を高い側の応答状態に設定し、前記電力負荷が増加する場合には、前記余剰電力に基づいて前記応答状態を低い側で調整することを特徴とする。 Further, in the cogeneration system according to the present invention, in the response state lowering operation, when the power control decreases, the operation control unit sets the response state to a higher response state, and the power load Is increased, the response state is adjusted on the lower side based on the surplus power.
電力負荷が減少する場合に、応答状態が低い(鈍い)と、余剰電力を発生させてしまう。即ち、電力負荷が導出されてから、運転制御手段により熱電併給装置の出力が設定され、熱電併給装置の出力が追従するまでには、若干の遅延時間が生じる。この遅延時間によって、熱伝併給装置の発電電力が電力負荷を上回り、余剰電力が発生する。従って、電力負荷が減少する場合に、余剰電力の増化に基づいて応答状態を低くすると、上記遅延時間をさらに増大させ、余剰電力をより多く発生させることになる。
本特徴によれば、電力負荷が減少する場合には応答状態を最高に固定するなどのように高い側に設定する。従って、上記のように生じる余剰電力の原因となる遅延時間は最低限度に抑制され、余剰電力の発生を抑制することができる。
一方、本特徴によれば、電力負荷が増加する場合には、応答状態を上記高い側よりも低い側で調整して熱電併給装置の設定出力を電力負荷に追従させる。従って、熱余り対処時期において、余剰電力の発生を一層抑制することができ、省エネルギ性の向上を図ることができる。
When the power load decreases, if the response state is low (dull), surplus power is generated. That is, after the electric power load is derived, there is a slight delay time until the output of the cogeneration device is set by the operation control means and the output of the cogeneration device follows. Due to this delay time, the generated power of the heat transfer device exceeds the power load, and surplus power is generated. Therefore, when the power load decreases, if the response state is lowered based on the increase in surplus power, the delay time is further increased, and more surplus power is generated.
According to this feature, when the power load decreases, the response state is set to the higher side, such as being fixed to the maximum. Therefore, the delay time causing the surplus power generated as described above is suppressed to the minimum, and the generation of surplus power can be suppressed.
On the other hand, according to the present feature, when the power load increases, the response state is adjusted on the lower side than the high side so that the set output of the combined heat and power supply device follows the power load. Therefore, it is possible to further suppress the generation of surplus power during the time when the excess heat is dealt with, and to improve energy saving.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記余剰電力を前記貯湯槽に貯える熱に変換する電気ヒータを備えたことを特徴とする。 In addition, the cogeneration system according to the present invention includes an electric heater that converts the surplus power into heat stored in the hot water storage tank.
本特徴によれば、上記電気ヒータにより余剰電力を熱に変換して利用することができる。そして、この変換された熱は、本システムが有する、又は本システムに接続される熱負荷において消費することができるので、エネルギを有効に活用することができる。
但し、変換される熱に対して現熱負荷が少ないような熱余り状態では、省エネルギ性が悪化する場合がある。
本発明によれば、このような電気ヒータを備えて余剰電力を有効に活用可能な場合においても、余剰電力を出来るだけ少なくすることができる。その結果、電気ヒータの発生熱をできるだけ少なくして、熱余り状態の発生を抑制することができ、省エネルギ性の向上を図ることができる。
According to this feature, surplus power can be converted into heat and used by the electric heater. And since this converted heat can be consumed in the thermal load which this system has or is connected to this system, energy can be used effectively.
However, in a heat surplus state in which the current heat load is small with respect to the heat to be converted, energy saving may be deteriorated.
According to the present invention, even when such an electric heater is provided and surplus power can be effectively used, surplus power can be reduced as much as possible. As a result, the heat generated by the electric heater can be reduced as much as possible to suppress the occurrence of a surplus heat state, and energy saving can be improved.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記運転制御手段が、前記余剰電力導出手段で演算又は計測される前記余剰電力の平均値又は積算値を算出し、前記平均値又は積算値に応じて前記応答状態を調整することを特徴とする。 Further, in the cogeneration system according to the present invention, the operation control unit calculates an average value or an integrated value of the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving unit, and according to the average value or the integrated value The response state is adjusted.
本特徴によれば、運転制御手段が、応答状態低下運転において、余剰電力の導出結果に基づいて応答状態を調整する際、頻繁に変動する余剰電力の瞬時値ではなく、比較的緩慢に変動する余剰電力の平均値又は積算値に応じて設定する。従って、熱電併給装置の出力を比較的安定して変更することができ、出力の頻繁な変動による熱電併給装置の損傷及び効率低下を抑制することができる。
尚、上記平均値又は積算値としては、期間をずらしながら順次繰り返して計算する移動平均値又は移動積算値や、1時間ごとや1日ごとなどの所定の期間ごとに計算する期別平均値又は期別積算値等を用いることができる。
According to this feature, when the operation control means adjusts the response state based on the result of derivation of surplus power in the response state lowering operation, the operation control means fluctuates relatively slowly instead of the instantaneous value of surplus power that fluctuates frequently. It is set according to the average value or integrated value of surplus power. Accordingly, the output of the combined heat and power device can be changed relatively stably, and damage to the combined heat and power device and a decrease in efficiency due to frequent fluctuations in the output can be suppressed.
In addition, as the average value or the integrated value, a moving average value or a moving integrated value that is repeatedly calculated sequentially while shifting the period, an average value for each period that is calculated every predetermined period such as every hour or every day, or An integrated value for each period can be used.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記運転制御手段が、前記応答状態低下運転において、所定の出力調整周期ごとに、前記熱電併給装置の前記設定出力を前記電力負荷に対して追従させるものであり、前記応答状態が、前記出力調整周期において前記設定出力が変更される変更速度であることを特徴とする。 In the cogeneration system according to the present invention, the operation control means causes the set output of the combined heat and power device to follow the power load at every predetermined output adjustment period in the response state decreasing operation. And the response state is a change speed at which the set output is changed in the output adjustment period.
本特徴によれば、上述のごとく熱電併給装置の設定出力が変更される変更速度を余剰電力に基づいて調整する。この変更速度が遅い側に調整されると、応答状態が低い側に、即ち、追従が鈍い方向へ調整されることになる。従って、変更速度によって良好に応答状態を変更することができる。 According to this feature, as described above, the changing speed at which the setting output of the cogeneration device is changed is adjusted based on the surplus power. When the change speed is adjusted to the slow side, the response state is adjusted to the low side, that is, in a direction in which the follow-up is dull. Therefore, the response state can be favorably changed according to the change speed.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記運転制御手段が、前記応答状態低下運転において、所定の出力調整周期ごとに、前記熱電併給装置の前記設定出力を前記電力負荷に対して追従させるものであり、前記応答状態が、前記出力調整周期において前記設定出力の変更を開始するまでの待機時間であることを特徴とする。 In the cogeneration system according to the present invention, the operation control means causes the set output of the combined heat and power device to follow the power load at every predetermined output adjustment period in the response state decreasing operation. The response state is a waiting time until the change of the set output is started in the output adjustment cycle.
本特徴によれば、上述のごとく熱電併給装置の設定出力が変更されるまでの待機時間を余剰電力に基づいて調整する。この待機時間が長い側に調整されると、応答状態が低い側に、即ち、追従が鈍い方向へ調整されることになる。従って、待機時間によって良好に応答状態を変更することができる。 According to this feature, as described above, the standby time until the setting output of the cogeneration device is changed is adjusted based on the surplus power. When this standby time is adjusted to the long side, the response state is adjusted to the low side, that is, in a direction in which the follow-up is dull. Therefore, the response state can be changed favorably depending on the waiting time.
また、本発明に係るコージェネレーションシステムは、前記熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも高い場合には、前記出力低下運転として、前記熱電併給装置の出力を部分出力に設定する部分出力運転を、前記運転制御手段が実行し、
前記熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも低い又は同等である場合には、前記出力低下運転として、前記応答状態低下運転を、前記運転制御手段が実行することを特徴とする。
ここで、前記熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率と同等とは、運転効率の差が5%程度以内であることを含む。
Further, the cogeneration system according to the present invention, when the operation efficiency at the partial output of the combined heat and power device is higher than the operation efficiency when the main operation control is executed, as the output reduction operation, the combined heat and power supply The operation control means executes a partial output operation for setting the output of the device to a partial output,
When the operation efficiency at the partial output of the cogeneration device is lower or equivalent to the operation efficiency when the main operation control is executed, the response state reduction operation is used as the output reduction operation. The means executes.
Here, the operation efficiency at the partial output of the cogeneration apparatus is equivalent to the operation efficiency when the main operation control is executed includes that the difference in operation efficiency is within about 5%.
この特徴によれば、上記熱余り対処時期に、運転制御手段が、運転効率に基づいて適切な出力低下運転を選択して実行し、熱電併給装置の出力を低下させるので、上記熱余り状態を抑制することができる。
更に、上記運転制御手段は、熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも高い場合には、熱電併給装置の出力を部分出力に設定することにより省エネルギ性があまり悪化しないと判断する。そして、上記出力低下運転として、熱電併給装置の出力を部分出力に設定する部分出力運転を実行して、熱電併給装置の発生熱を最小限に抑制する。その結果、熱余り状態を効率良く確実に抑制し、熱余り状態に伴う省エネルギ性の悪化を大幅に抑制することができる。
尚、上記部分出力は、例えば、最小出力、又は、電力負荷よりも低い出力のなかで最も高い運転効率を発揮する出力として設定することができる。
According to this feature, since the operation control means selects and executes an appropriate output reduction operation based on the operation efficiency and reduces the output of the combined heat and power supply device at the time of dealing with the heat surplus, the heat surplus state is reduced. Can be suppressed.
Further, when the operation efficiency at the partial output of the combined heat and power device is higher than the operation efficiency when the main operation control is executed, the operation control means sets the output of the combined heat and power device to the partial output. Judge that the energy-saving performance does not deteriorate so much. And as the said output reduction operation, the partial output operation which sets the output of a cogeneration apparatus to partial output is performed, and the generated heat of a cogeneration apparatus is suppressed to the minimum. As a result, the excess heat state can be efficiently and reliably suppressed, and the deterioration of the energy saving property associated with the excess heat state can be significantly suppressed.
In addition, the said partial output can be set as an output which exhibits the highest driving | running efficiency in the minimum output or the output lower than an electric power load, for example.
一方、上記運転制御手段は、熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも小さい場合には、熱電併給装置の出力を部分出力に設定することにより省エネルギ性が悪化すると判断する。そして、上記出力低下運転として、上記部分出力運転ではなく、熱電併給装置による発電電力を電力負荷に追従させる応答状態を調整して応答状態を低下させる応答状態低下運転を実行する。これにより、熱電併給装置の発生熱や電気ヒータにより熱に変換される余剰電力を抑制し、熱余り状態に伴う省エネルギ性の悪化を抑制することができる。また、これと共に、予測とは異なって実際には比較的大きかった熱負荷に対する熱不足状態の発生を抑制して、このような熱不足状態に伴う省エネルギ性の悪化も抑制することができる。 On the other hand, when the operation efficiency at the partial output of the combined heat and power device is smaller than the operation efficiency when the electric main operation control is executed, the operation control means sets the output of the combined heat and power device to the partial output. Judged that the energy savings will deteriorate. Then, as the output reduction operation, not the partial output operation but a response state reduction operation that adjusts a response state in which the electric power generated by the combined heat and power supply device follows the power load and reduces the response state is executed. Thereby, the surplus electric power converted into heat by the heat generated by the combined heat and power supply device or the electric heater can be suppressed, and the deterioration of energy saving due to the excess heat state can be suppressed. In addition to this, unlike the prediction, it is possible to suppress the occurrence of a heat shortage state with respect to a heat load that is actually relatively large, and it is also possible to suppress the deterioration of energy saving due to such a heat shortage state.
以下、本発明に係るコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
このコージェネレーションシステムは、図1に示すように、燃料電池1と、貯湯ユニット4とを備えて構成されている。燃料電池1は、電力と熱とを発生する熱電併給装置である。貯湯ユニット4は、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ものである。また、図2に示すように、燃料電池1や貯湯ユニット4などの運転は、運転制御手段としての運転制御部5によって制御される。
Hereinafter, a cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, this cogeneration system includes a
前記燃料電池1は、その出力を調整可能に構成されている。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が設けられている。そのインバータ6は、燃料電池1の発電電力を商用電源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。
この商用電源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に供給されるように構成されている。
The
The
The
この受電電力供給ライン8には、電力負荷9の負荷電力を計測する電力負荷計測手段11が設けられている。この電力負荷計測手段11は、受電電力供給ライン8において商用電源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る。燃料電池1による発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に換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
この電気ヒータ12は、複数の電気ヒータから構成されている。これら電気ヒータ12は、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ている。各電気ヒータ12は、インバータ6の出力側に接続された作動スイッチ14によりそれぞれのON/OFFが切り換えられる。
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の消費電力が調整されるように構成されている。
尚、上記余剰電力は、インバータ6の出力として計測される燃料電池1の発電電力から、電力負荷計測手段11で計測される電力負荷を差し引いた電力値として演算可能である。よって、上記電力負荷計測手段11及びインバータ6は、余剰電力を演算又は計測するための余剰電力導出手段Xとしても機能する。
The
The
The surplus power can be calculated as a power value obtained by subtracting the power load measured by the power load measuring means 11 from the generated power of the
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の消費電力が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。従って、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の発電電力を減じ、電気ヒータ12の消費電力を加えた分の電力が、商用電源7から受電する受電電力により賄われることになる。
尚、この余剰電力は、例えば電気ヒータ12へ供給される電力を余剰電力として計測可能な余剰電力計測手段を設けるなどして、別の方法で演算又は計測しても構わない。
Incidentally, the surplus power is calculated as described above, and ON / OFF is switched by the
This surplus power may be calculated or measured by another method, for example, by providing surplus power measuring means capable of measuring the power supplied to the
図1に示すように、上記貯湯ユニット4は、貯湯槽2、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、貯湯用熱交換器24、熱源用熱交換器25、熱媒加熱用熱交換器26、補助加熱用熱交換器29などを備えて構成されている。これらは、貯湯槽2内の湯水が通流する湯水循環路16、熱源用湯水が通流する熱源用循環路20、熱消費端末に循環供給される熱媒が通流する熱媒循環路22などに接続されている。
貯湯槽2は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する。湯水循環ポンプ17は、湯水循環路16を通して貯湯槽2内の湯水を循環させる。熱源用循環ポンプ21は、熱源用循環路20を通して熱源用湯水を循環させる。熱媒循環ポンプ23は、熱媒循環路22を通して熱媒を熱消費端末3に循環供給する。貯湯用熱交換器24は、湯水循環路16を通流する湯水を加熱する。熱源用熱交換器25は、熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱する。熱媒加熱用熱交換器26は、熱媒循環路22を通流する熱媒を加熱する。補助加熱用熱交換器29は、ファン27を作動させた状態で、バーナ28の燃焼により貯湯槽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する。
As shown in FIG. 1, the hot
The
湯水循環路16は、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が設けられている。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、運転制御部5が、三方弁18を切り換えることにより、貯湯槽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、貯湯槽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られるように構成されている。
The hot
Then, the
貯湯用熱交換器24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するように構成されている。
熱源用熱交換器25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するように構成されている。
補助加熱手段M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。
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40が設けられている。
The hot water
The heat
The auxiliary heating means M 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側とに分岐されている。その分岐箇所には、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側に通流させたりす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するように構成されている。
熱消費端末3は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
The
The
また、貯湯ユニット4には、貯湯槽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負荷計測手段31や、熱消費端末3での端末熱負荷を計測する端末熱負荷計測手段32も設けられている。
Further, the hot
運転制御部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。運転制御部5は、これらの制御によって、貯湯槽2内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末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
ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁40を閉弁した状態で貯湯槽2から取り出した湯水を給湯するように構成されている。即ち、貯湯槽2から取り出した湯水を補助加熱手段Mにて加熱したり、貯湯槽2から取り出した湯水に水を混合したりして、図外のリモコン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。
従って、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。
Incidentally, when hot water is supplied, the hot water taken out from the hot
Therefore, in the hot
先ず、運転制御部5による燃料電池1の運転の制御について説明を加える。
運転制御部5は、燃料電池1の稼動時に燃料電池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電主運転制御を実行する。
First, the operation control of the
The
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ごとに、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、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。
Specifically, the
The minimum output may be set to 0 W or an extremely small output close to it within an allowable range.
尚、上記現電力負荷は、電力負荷計測手段11の計測値に基づいて求められるものである。また、その現電力負荷は、電主出力を設定する出力調整周期の前の出力調整周期における電力負荷の平均値として求められる。この時、現電力負荷を、実際の電力負荷よりも余裕分小さめに求めても構わない。この余裕分は、後述する抑制幅と等価なものとして利用することができる。 The current power load is obtained based on the measured value of the power load measuring means 11. The current power load is obtained as an average value of the power load in the output adjustment period before the output adjustment period for setting the main output. At this time, the current power load may be obtained with a margin smaller than the actual power load. This margin can be used as an equivalent to the suppression width described later.
上記のような電主運転制御では、運転制御部5が、現電力負荷を計測してから燃料電池1の出力を電主出力に設定し、燃料電池1の出力が追従するまでに、若干の遅延時間が生じる。
即ち、図3(b)に示すように、燃料電池1の実際の発電電力は、現電力負荷の変化状態に対して若干遅れて変化する。そして、燃料電池1の発電電力が現電力負荷の急激な減少に対して敏感に追従することができずに、燃料電池1の発電電力が現電力負荷を上回ると、余剰電力が発生する。その余剰電力は、上述した電気ヒータ12に供給される。
また、図4に示すように、現電力負荷が増加傾向にあって、短い周期で負荷変動を生じている場合にも、燃料電池1の発電電力が部分的に現電力負荷を上回り、余剰電力が発生する。
In the electric main operation control as described above, the
That is, as shown in FIG. 3B, the actual generated power of the
In addition, as shown in FIG. 4, even when the current power load tends to increase and the load fluctuates in a short period, the generated power of the
運転制御部5は、上記電主運転制御において、この余剰電力を抑制するべく、以下に示す電主出力運転を実行するように構成されている。以下、この電主出力運転について説明を加える。
The
(電主出力運転)
運転制御部5は、電主出力運転において、燃料電池1の出力を、現電力負荷よりも所定の量又は割合で示される抑制幅分小さい電主出力に設定するように構成されている。
即ち、図5(a)に示すように、電主出力運転では、最小出力から最大出力の範囲内で、現電力負荷から抑制幅分小さい電主出力を決定し、燃料電池1の出力をその決定した電主出力に設定する。
即ち、現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最小出力から最大出力の範囲内である場合には、その出力が電主出力となる。現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最大出力よりも大きい場合には、最大出力を電主出力として決定する。現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最小出力よりも小さい場合には、最小出力を電主出力として決定する。
(Main output operation)
In the main output operation, the
That is, as shown in FIG. 5A, in the main output operation, the main output that is smaller by the suppression width from the current power load within the range from the minimum output to the maximum output is determined, and the output of the
That is, when the output that is smaller by the suppression width from the current power load is within the range from the minimum output to the maximum output, the output becomes the main output. When the output smaller than the current power load by the suppression width is larger than the maximum output, the maximum output is determined as the main output. If the output that is smaller than the current power load by the suppression width is smaller than the minimum output, the minimum output is determined as the main output.
運転制御部5が、このような電主出力運転を実行することで、図5(b)に示すように、燃料電池1の実際の発電電力が現電力負荷の変化状態に対して若干の遅延時間をもって変化した場合でも、余剰電力を抑制することができる。
When the
上記電主出力は、電主出力運転において、最小出力から最大出力の範囲内で現電力負荷に追従するように設定される電主出力に対して、上記抑制幅分小さい出力として設定することができる。また、この場合には、電主出力が最小出力未満とならないように、上記電主出力から上記抑制幅分小さい出力が最小出力よりも小さい場合には、最小出力を電主出力に決定する。
尚、電主出力運転において、このような抑制幅を必ずしも設定する必要はない。
In the main output operation, the main output may be set as an output smaller by the suppression width than the main output set to follow the current power load within the range from the minimum output to the maximum output. it can. In this case, in order to prevent the main output from becoming less than the minimum output, when the output smaller than the main output by the suppression width is smaller than the minimum output, the minimum output is determined as the main output.
In the main output operation, it is not always necessary to set such a suppression width.
一方、上記抑制幅を利用して電主出力運転を行っても、例えば、図4に示したような余剰電力は充分に抑制されない可能性がある。そこで、運転制御部5は、この電主出力運転において、燃料電池1の設定出力を現電力負荷に対して追従させる応答状態を、剰電力導出手段Xで演算又は計測される余剰電力に基づいて調整するように構成されている。この調整は、下記に示す出力低下運転としての応答状態低下運転において実施される。詳細については後述する。
On the other hand, even if the main output operation is performed using the suppression width, for example, the surplus power as shown in FIG. 4 may not be sufficiently suppressed. Therefore, the
運転制御部5は、予測電力負荷に対して上記電主運転制御を実行したと仮定した場合に熱余り状態の発生が予測される時期又は熱余り状態が発生している時期である熱余り対処時期において、燃料電池1の出力を低下させる出力低下運転を実行するように構成されている。以下、この出力低下運転について説明を加える。
When the
運転制御部5は、出力低下運転として、以下に示す応答状態低下運転を実行可能に構成されている。
The
(応答状態低下運転)
運転制御部5は、応答状態低下運転において、電力負荷に対して燃料電池1の出力を追従させる応答状態を低い側に設定するように構成される。
また、上述したように、上記抑制幅を利用して電主出力運転を行っても、例えば、図4に示したような余剰電力は充分に抑制されない可能性がある。そこで、運転制御部5は、この応答状態低下運転において、余剰電力導出手段Xで演算又は計測される余剰電力に基づいて、燃料電池1の設定出力を現電力負荷に対して追従させる応答状態を調整するように構成されている。
(Response state lowering operation)
The
In addition, as described above, even if the main output operation is performed using the suppression width, for example, the surplus power as illustrated in FIG. 4 may not be sufficiently suppressed. Therefore, the
即ち、図6に示すように、運転制御部5は、応答状態低下運転において、先ず、余剰電力導出手段Xにより余剰電力Eoを演算又は計測する(ステップ#1)。そして、その現在の余剰電力Eoと過去一定期間の余剰電力Eoとから、余剰電力Eoの移動平均値Ave(Eo)を演算する(ステップ#2)。
That is, as shown in FIG. 6, in the response state decreasing operation, the
ここで、運転制御部5は、電力負荷が増加しているか否かを判定し(ステップ#3)、電力負荷が増加していなければ、応答状態Rを例えば、最高の応答状態Rmaxに設定する(ステップ#7)。つまり、運転制御部5は、電力負荷が減少する場合には応答状態Rを最高の応答状態に固定して応答することにより燃料電池1の設定出力を電力負荷に追従させる。ここで、最高の応答状態Rとは、燃料電池1の設定出力を燃料電池1の特性の範囲内で最速に電力負荷に追従させる制御をいう。
尚、応答状態Rmaxは、高い側の応答状態の一例である。従って、Rmax以外の高い側に設定するようにしてもよい。
Here, the
The response state Rmax is an example of a higher response state. Therefore, it may be set to a higher side other than Rmax.
電力負荷が減少する場合に、燃料電池1の設定出力の追従が鈍いと、電力負荷に対して燃料電池1による発電電力が大きくなり、余剰電力を発生させてしまう。しかし、上記のように、電力負荷が減少する場合(増加していない場合)に応答状態Rを最高の応答状態Rmaxに固定して応答すると、余剰電力の発生を抑制することができる。
When the power load decreases, if the follow-up of the set output of the
ステップ#3において電力負荷が増加すると判定された場合には、運転制御部5は、下記に説明するように、応答状態Rを調整して燃料電池1の設定出力を電力負荷に追従させる。具体的には、運転制御部5は、余剰電力(瞬時値、平均値、上下限値などを含む)を変数xとする関数F(下記式(1)参照。)に基づいて、応答状態Rを決定することにより、応答状態Rを調整する。
When it is determined in
R = F(x) ・・・(1) R = F (x) (1)
以下、この応答状態Rを関数F(x)に基づいて決定する手順について説明する。
まず、余剰電力Eoの移動平均値Ave(Eo)が上限値e1(例えば50W)よりも大きいか否かを判定する(ステップ#4)。そして、余剰電力Eoの移動平均値Ave(Eo)が上限値e1(例えば50W)以下である場合には、下記式(2)、(3)に示すように、式(1)の変数xに余剰電力Eoの移動平均値Ave(Eo)を代入する。そして、代入後の関数F(x)に基づいて応答状態Rを決定する(ステップ#6)。
Hereinafter, a procedure for determining the response state R based on the function F (x) will be described.
First, it is determined whether or not the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is larger than an upper limit value e1 (for example, 50 W) (step # 4). When the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is equal to or less than the upper limit value e1 (for example, 50 W), as shown in the following formulas (2) and (3), the variable x of the formula (1) is set. The moving average value Ave (Eo) of surplus power Eo is substituted. Then, the response state R is determined based on the substituted function F (x) (step # 6).
x ← Ave(Eo) ・・・(2)
R = F(Ave(Eo)) ・・・(3)
x ← Ave (Eo) (2)
R = F (Ave (Eo)) (3)
一方、上記余剰電力Eoの移動平均値Ave(Eo)が上限値e1(例えば50W)よりも大きい場合には、燃料電池1による発電を必要以上に抑制する可能性が生じる。これは、商用電源7からの受電電力の過剰な増加を招き、全体としての省エネルギ性を悪化させる可能性がある。従って、この省エネルギ性の悪化を抑制するべく、関数F(x)への入力値を上限値e1に設定する(ステップ#5)。
On the other hand, when the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is larger than the upper limit value e1 (for example, 50 W), there is a possibility that power generation by the
ここで、応答状態Rについて説明する。
図7は、図4に示した現電力負荷と、燃料電池1の実際の発電電力との関係を示すグラフを更に拡大して示したものである。図中Tは、出力調整周期を示すものである。
図7(a)は、応答状態Rが最高である場合、即ち、最も敏感に応答する場合の応答状態Rを示している。出力調整周期Tにおいて、最高の応答速度で(最速で)燃料電池1の発電出力が上昇し、余剰電力が発生している。
Here, the response state R will be described.
FIG. 7 is a further enlarged graph showing the relationship between the current power load shown in FIG. 4 and the actual generated power of the
FIG. 7A shows the response state R when the response state R is the highest, that is, when the response is most sensitive. In the output adjustment period T, the power generation output of the
図7(b)は、図7(a)に比べて応答状態Rが低い側(鈍い側)に調整された場合を示している。図に示すように、出力調整周期Tにおいて設定出力が変更される変更速度が低い側に調整されている。つまり、この場合の応答状態Rは、設定出力の変更速度(傾き)に相当する。応答状態Rがこのように調整されると、図7(a)に示した応答状態Rが最高である場合に比べて、余剰電力の発生が抑制されている。 FIG. 7B shows a case where the response state R is adjusted to a low side (dull side) compared to FIG. 7A. As shown in the figure, the change speed at which the set output is changed in the output adjustment period T is adjusted to the lower side. That is, the response state R in this case corresponds to the change speed (slope) of the set output. When the response state R is adjusted in this way, the generation of surplus power is suppressed as compared with the case where the response state R shown in FIG.
図7(c)は、応答状態Rが低い側(鈍い側)に調整された場合の別形態を示している。図に示すように、出力調整周期Tにおいて燃料電池1の設定出力の変更を開始するまでに待機時間WTが設けられている。つまり、この場合の応答状態Rは、上記待機時間WTに相当する。待機時間WTがゼロに調整されると、最高の応答状態Rと等価である。応答状態Rがこのように調整されると、図7(a)に示した応答状態Rが最高である場合に比べて、余剰電力の発生が抑制されている。
また、待機時間WTは、図8に示すように、出力調整周期Tの整数倍の時間としてもよい。図8では、出力調整周期Tの1倍の例を示している。
また、変更速度と待機時間とを組み合わせて応答状態Rを調整してもよい。
FIG.7 (c) has shown another form at the time of adjusting the response state R to the low side (dull side). As shown in the figure, a waiting time WT is provided before the change of the set output of the
Further, the standby time WT may be a time that is an integral multiple of the output adjustment period T as shown in FIG. FIG. 8 shows an example in which the output adjustment period T is one time.
Further, the response state R may be adjusted by combining the change speed and the standby time.
このように、応答状態低下運転において、応答状態Rを、余剰電力導出手段Xで演算又は計測される余剰電力の移動平均値Ave(Eo)に基づいて決定することで、燃料電池1の発電電力を出来るだけ大きくしながら、電気ヒータ12により熱に変換される余剰電力を出来るだけ少なくすることができる。
特に、電気ヒータ12により余剰電力が熱に変換されも、その熱が有効に活用されない熱余り状態(熱余り対処時期)において、余剰電力が抑制されると効果的である。
熱余り状態とは、例えば、貯湯槽2内に貯湯されている湯水が満杯で、ラジエター19を作動させる状態である。また、貯湯槽2内に貯湯されている湯水が満杯で、熱媒供給運転中に燃料電池1から出力される熱が熱消費端末3で要求されている端末熱負荷や給湯負荷よりも大きく、ラジエター19を作動させる状態である。
In this way, in the response state decreasing operation, the response state R is determined based on the surplus power moving average value Ave (Eo) calculated or measured by the surplus power deriving means X, thereby generating power generated by the
In particular, even if surplus power is converted into heat by the
The excessive heat state is, for example, a state where hot water stored in the
尚、上記応答状態Rは、上記移動平均値Ave(Eo)の関数ではなく、例えば、瞬時値である余剰電力Eoの関数として設定しても構わない。
また、このステップ#4〜ステップ#6を省略して、応答状態Rを常に移動平均値Ave(Eo)や、瞬時値である余剰電力Eoに設定するように構成しても構わない。また、上記移動平均値の代わりに、1日ごとなどの所定の期間ごとの余剰電力の平均値として計算される期別平均値に応じて応答状態Rを調整しても構わない。また、上記移動平均値の変わりに、過去一定期間の余剰電力の移動積算値や1日ごとなどの所定の期間ごとの余剰電力の積算値として計算される期別積算値に応じて応答状態Rを調整しても構わない。
The response state R may be set not as a function of the moving average value Ave (Eo) but as a function of the surplus power Eo that is an instantaneous value, for example.
Further,
更に、運転制御部5は、上記応答状態低下運転を実行したと仮定した場合に、後述する熱不足状態が予測されない形態で応答状態Rの上限値e1を設定することができる。
Furthermore, the
尚、熱不足状態とは、例えば、貯湯槽2内に貯湯されている湯水が空であり、補助加熱手段Mを作動させる状態である。また、熱媒供給運転中に燃料電池1から出力される熱が熱消費端末3で要求されている端末熱負荷や給湯負荷よりも小さくて、貯湯槽2内に貯湯されている湯水が空であり、補助加熱手段Mを作動させる状態である。
例えば図9に示すように、1日等の判定対象期間における予測電力負荷と予測熱負荷を求め、その予測電力負荷に対して応答状態低下運転を実行したと仮定した場合に燃料電池1の発生熱が予測熱負荷に対して不足する熱不足状態が発生するか否かを判断することができる。
The heat shortage state is a state in which, for example, hot water stored in the
For example, as shown in FIG. 9, when the predicted power load and the predicted heat load in the determination target period such as one day are obtained and it is assumed that the response state reduction operation is executed for the predicted power load, the
即ち、電主出力を変化させながら、上記のような熱不足状態が発生するか否かの判断を行うことにより、応答状態低下運転を実行したと仮定した場合に熱不足が予測されない電主出力範囲を求めることができる。そして、その電主出力範囲の最下限の現電力負荷に対する応答状態Rに基づいて上限値e1を決定する。
応答状態Rがその上限値e1以下において変動するように制限することで、応答状態低下運転を実行することによる熱不足状態の発生を抑制することができる。その結果、省エネルギ性の悪化を回避することができる。
That is, by changing whether the main power output is changed, it is determined whether or not the above heat shortage state occurs. A range can be determined. Then, the upper limit value e1 is determined based on the response state R with respect to the current power load at the lowest limit of the main output range.
By limiting the response state R so as to fluctuate below the upper limit value e1, it is possible to suppress the occurrence of a heat shortage state due to executing the response state lowering operation. As a result, it is possible to avoid deterioration in energy saving.
更に、運転制御部5は、出力低下運転として、上記応答状態低下運転に加えて、以下に示す部分出力運転を実行可能に構成されている。
Further, the
(部分出力運転)
運転制御部5は、部分出力運転において、燃料電池1の出力を部分出力に設定するように構成されている。そして、この部分出力運転を実行することで、上述した余剰電力を大幅に抑制することができる。
尚、上記部分出力は、最小出力、又は、電力負荷よりも低い出力のなかで最も高い運転効率を発揮する出力等として設定することができる。
(Partial output operation)
The
In addition, the said partial output can be set as an output etc. which exhibit the highest driving | operation efficiency in the minimum output or the output lower than an electric power load.
運転制御部5は、図10に示すように、後述する熱余り対処時期であるか否かを判定し(ステップ#11)、その熱余り対処時期である場合において、上述した部分出力運転又は応答状態低下運転のうちの一方の出力低下運転を実行する(ステップ#12)ように構成されている。
As shown in FIG. 10, the
即ち、運転制御手段5は、燃料電池1の部分出力における運転効率が電主運転制御(電主出力運転)を実行した場合の運転効率よりも高い場合には、出力低下運転として、燃料電池1の出力を部分出力に設定する部分出力運転を実行する。一方、燃料電池1の部分出力における運転効率が電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも低い又は同等である場合には、出力低下運転として、応答状態低下運転を実行する。
That is, when the operation efficiency at the partial output of the
次に、上記ステップ#11における熱余り対処時期の判定について、説明を加える。
前記運転制御部5は、例えば図9に示すように、1日等の判定対象期間における予測電力負荷と予測熱負荷を求める。次に、その予測電力負荷に対して電主運転制御を実行したと仮定した場合に燃料電池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。そして、熱余り状態が発生する前の時間帯を、熱余り状態の発生が予測される時期として求める。
また、運転制御部5は、ラジエター19を作動させて放熱を開始する時間帯、又は、その放熱量を積算し、その積算値が設定値以上となった時間帯を、熱余り状態が発生している時期として求める。
そして、上記のような熱余り状態の発生が予測される時期又は熱余り状態が発生している時期が、上記熱余り対処時期として決定される。
Next, description will be added regarding the determination of the excess heat handling time in
For example, as shown in FIG. 9, the
In addition, the
And the time when generation | occurrence | production of the above heat surplus states is estimated, or the time when the heat surplus state has generate | occur | produced is determined as the said heat surplus handling time.
更に、運転制御部5は、上記出力低下運転として、上記部分出力運転を実行するか、上記応答状態低下運転を実行するかを、燃料電池1の部分出力における運転効率に基づいて決定するように構成されている。
Further, the
即ち、図11に示すように、燃料電池1の部分出力における運転効率Aが電主運転制御を実行した場合の運転効率(即ち、燃料電池1の電主出力における運転効率)a1よりも高いか否かを判定する(ステップ#21)。
そして、燃料電池1の部分出力における運転効率Aが電主運転制御を実行した場合の運転効率a1よりも高い場合には、燃料電池1の出力を部分出力に設定することにより省エネルギ性があまり悪化しないと判断する。そして、運転制御部5に出力低下運転として部分出力運転を実行させる(ステップ#22)。
一方、燃料電池1の部分出力における運転効率Aが電主運転制御を実行した場合の運転効率a1よりも低い又は同等である場合には、熱電併給装置の出力を部分出力に設定することにより省エネルギ性が悪化すると判断する。そして、運転制御部5に出力低下運転として応答状態低下運転を実行させる(ステップ#23)。
That is, as shown in FIG. 11, is the operation efficiency A at the partial output of the
When the operation efficiency A at the partial output of the
On the other hand, when the operation efficiency A at the partial output of the
尚、上記運転効率Aやa1は、電力負荷9へ供給する電力を商用電源7からの受電電力で補うのではなく燃料電池1の発電電力で補うことによるメリットである発電メリットとして、下記の式(4)に示す式により求めることができる。
The operating efficiency A and a1 are the following formulas as a power generation merit that is a merit of supplementing the power supplied to the
運転効率(発電メリット)=燃料電池1の出力×(1/商用電源7の発電効率−1/燃料電池1の発電効率) ・・・(4)
Operation efficiency (power generation merit) = output of
尚、上記ステップ#21における燃料電池1の部分出力における運転効率Aが電主運転制御を実行した場合の運転効率a1よりも高いか否かの判定は、運転制御部5自身が行っても構わないが、別に、コージェネレーションシステムの設計者や利用者が判定しても構わない。つまり、運転制御部5を、出力低下運転として、上記部分出力運転を実行するように構成するか、上記応答状態低下運転を実行するように構成するかを上記設計者や利用者が決定しても構わない。
The
尚、上記ステップ#21の判定を運転制御部5が実行する場合には、その部分出力における運転効率Aを、燃料電池1の過去の部分出力時の燃料消費量と発電電力と発生熱量とから演算して、随時更新するように構成することができる。このように構成することで、燃料電池1の経時的な状態の変化に合わせて、出力低下運転として、上記部分出力運転を実行するか、上記応答状態低下運転を実行するかを、切り換えることができる。
When the
尚、上記部分出力を、最小出力とする場合には、その最小出力における運転効率Aのみを随時更新するように構成することができる。一方、上記部分出力を、電力負荷よりも低い出力のなかで最も高い運転効率を発揮する出力とする場合には、その部分出力として設定される可能性がある燃料電池1の各出力における運転効率Aを、上記のように随時更新するように構成することができる。
When the partial output is set to the minimum output, only the operation efficiency A at the minimum output can be updated at any time. On the other hand, when the partial output is an output that exhibits the highest operation efficiency among the outputs lower than the power load, the operation efficiency at each output of the
尚、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷は、運転制御部5により以下に示すように管理される。
即ち、運転制御部5は、例えば、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷として、単位時間あたりの実電力負荷、実給湯熱負荷、及び、実端末熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段11及びインバータ6の出力値、給湯熱負荷計測手段31、及び、端末熱負荷計測手段32にて計測する。
そして、運転制御部5は、電力負荷計測手段11及びインバータ6の出力値、給湯熱負荷計測手段31、及び、端末熱負荷計測手段32にて計測された値を記憶することにより、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を1時間ごとの単位時間ごとに管理するように構成されている。
また、運転制御部5は、実際の使用状況に応じて時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を更新する場合には、電力負荷計測手段11及びインバータ6の出力値、給湯熱負荷計測手段31、及び、端末熱負荷計測手段32にて計測された値と、既に記憶されている値とを所定の割合で足し合わせ、その足し合わせた値を記憶するように構成されている。
The time series power load and the time series heat load are managed by the
That is, the
And the
In addition, when the
以下、熱余り対処時期における運転効率に基づく部分出力運転及び応答状態低下運転の判定、及び、部分出力運転における部分出力の設定方法の実施例として、第1乃至第3実施例を説明する。 Hereinafter, first to third examples will be described as examples of the determination of the partial output operation and the response state lowering operation based on the operation efficiency at the time when the excess heat is dealt with and the setting method of the partial output in the partial output operation.
〔第1実施例〕
第1実施例として、上述した式(4)により発電メリットとして求めた燃料電池1の各出力における運転効率が、下記の表1に示すように、出力が大きい程高くなる場合を想定した実施例について説明する。
尚、上記式(4)において、商用電源7の発電効率は0.366としている。
[First embodiment]
As a first example, an example in which the operation efficiency at each output of the
In the above formula (4), the power generation efficiency of the
現電力負荷に対して追従する電主出力が1000W,750W又は500Wである場合には、燃料電池1のその電主出力よりも小さい部分出力の運転効率が、その燃料電池1の電主出力における運転効率よりも低い。従って、出力低下運転として、燃料電池1の出力を部分出力に設定する部分出力運転ではなく、電力負荷に対する燃料電池1の設定出力の応答状態を低い側(追従が鈍くなる側)に設定する応答状態低下運転が運転制御部5によって実行される。
When the main output following the current power load is 1000 W, 750 W or 500 W, the operation efficiency of the partial output smaller than the main output of the
〔第2実施例〕
第2実施例として、上述した式(4)により発電メリットとして求めた燃料電池1の各出力における運転効率が、下記の表2に示すように、出力が大きい程低くなる場合を想定した実施例について説明する。
尚、上記式(4)において、商用電源7の発電効率は0.366としている。
[Second Embodiment]
As a second example, an example in which the operation efficiency at each output of the
In the above formula (4), the power generation efficiency of the
現電力負荷に対して追従する電主出力が1000W,750W又は500Wである場合には、燃料電池1のその電主出力よりも小さい部分出力(300W)の運転効率が、その燃料電池1の電主出力における運転効率よりも高い。従って、電力負荷に対する燃料電池1の設定出力の応答状態を低い側(追従が鈍くなる側)に設定する応答状態低下運転ではなく、燃料電池1の出力を部分出力(300W)に設定する部分出力運転が運転制御部5によって実行される。
When the main output following the current power load is 1000 W, 750 W, or 500 W, the operation efficiency of the partial output (300 W) of the
〔第3実施例〕
第3実施例として、上述した式(4)により発電メリットとして求めた燃料電池1の各出力における運転効率が、下記の表3に示すように、出力が750Wであるときを最高とし、500W,300W,1000Wの順に低くなる場合を想定した実施例について説明する。尚、上記式(4)において、商用電源7の発電効率は0.366としている。
[Third embodiment]
As the third embodiment, the operation efficiency at each output of the
現電力負荷に対して追従する電主出力が1000Wである場合には、燃料電池1のその電主出力よりも小さい部分出力(750W)の運転効率が、その燃料電池1の電主出力における運転効率よりも高い。従って、電力負荷に対する燃料電池1の設定出力の応答状態を低い側(追従が鈍くなる側)に設定する応答状態低下運転ではなく、燃料電池1の出力を部分出力(750W)に設定する部分出力運転が運転制御部5によって実行される。
現電力負荷に対して追従する電主出力が750W又は500Wである場合には、燃料電池1のその電主出力よりも小さい部分出力の運転効率が、その燃料電池1の電主出力における運転効率よりも低い。従って、運転制御部5に出力低下運転として、燃料電池1の出力を部分出力に設定する部分出力運転ではなく、電力負荷に対する燃料電池1の設定出力の応答状態を低い側(追従が鈍くなる側)に設定する応答状態低下運転が運転制御部5によって実行される。
When the main output following the current power load is 1000 W, the operation efficiency of the partial output (750 W) smaller than that main output of the
When the main output following the current power load is 750 W or 500 W, the operating efficiency of the partial output smaller than the main output of the
上記実施形態では、貯湯槽2に加えて、熱消費端末3を設けて、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷としたコージェネレーションシステムを例示した。しかし、熱消費端末3を設けずに、給湯熱負荷を熱負荷とするコージェネレーションシステムとしてもよい。
In the said embodiment, in addition to the hot
上記実施形態では、電気ヒータ12が燃料電池1の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ12にて貯湯槽2内の湯水を加熱するように構成して実施することも可能である。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、熱電併給装置として、燃料電池1を例示した。しかし、熱電併給装置として、例えば、ガスエンジンなどの内燃機関と発電装置とを組み合わせたものや、スターリングエンジンなどの外燃機関と発電装置とを組み合わせたものなどを適応することも可能である。
In the said embodiment, the
本発明に係るコージェネレーションシステムは、例えば燃料電池を熱電併給装置として備え、熱余り状態が予測される時期において、熱電併給装置の出力を適切に低下させることにより、熱余り状態に伴う省エネルギ性の悪化を適切に抑制するためのコージェネレーションシステム及びその運転方法に適用可能である。 The cogeneration system according to the present invention includes, for example, a fuel cell as a combined heat and power supply device, and appropriately reduces the output of the combined heat and power supply device at a time when the excess heat state is predicted. It can be applied to a cogeneration system and its operation method for appropriately suppressing the deterioration of the water.
1:燃料電池(熱電併給装置)
2:貯湯槽
5:運転制御部(運転制御手段)
6:インバータ(余剰電力導出手段)
11:電力負荷計測手段(余剰電力導出手段)
12:電気ヒータ
X:余剰電力導出手段
1: Fuel cell (cogeneration device)
2: Hot water storage tank 5: Operation control unit (operation control means)
6: Inverter (surplus power deriving means)
11: Power load measuring means (surplus power deriving means)
12: Electric heater X: Surplus power deriving means
Claims (8)
前記熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力を演算又は計測する余剰電力導出手段を備え、
前記運転制御手段は、
予測電力負荷に対して前記電主運転制御を実行したと仮定した場合に熱余り状態の発生が予測される時期、又は熱余り状態が発生している時期である熱余り対処時期において、前記熱電併給装置の出力を低下させる出力低下運転として、前記電力負荷に対する前記設定出力の応答状態を追従が鈍くなる側である低い側に設定すると共に、前記余剰電力導出手段により演算又は計測される余剰電力に基づいて、当該応答状態を調整する応答状態低下運転を実行可能に構成されているコージェネレーションシステム。 A combined heat and power device that generates heat and electric power together, a hot water tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, and outputs the set output of the combined heat and power device when the combined heat and power device is in operation A cogeneration system provided with operation control means for executing electric main operation control to follow the load,
Surplus power deriving means for calculating or measuring surplus power that is a surplus with respect to the power load of the generated power of the combined heat and power supply device,
The operation control means includes
In the heat surplus handling time, which is the time when the occurrence of the heat surplus state is predicted when it is assumed that the main operation control is executed for the predicted power load, or the time when the heat surplus state is generated, As the output reduction operation for reducing the output of the cogeneration device, the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means while setting the response state of the set output with respect to the power load to the low side, which is the side where the follow-up becomes dull A cogeneration system configured to be able to execute a response state lowering operation for adjusting the response state based on the above.
前記応答状態は、前記出力調整周期において前記設定出力が変更される変更速度である請求項1〜5の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。 The operation control means is configured to cause the set output of the cogeneration device to follow the power load for each predetermined output adjustment period in the response state reduction operation.
The cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, wherein the response state is a change speed at which the set output is changed in the output adjustment period.
前記応答状態は、前記出力調整周期において前記設定出力の変更を開始するまでの待機時間である請求項1〜5の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。 The operation control means is configured to cause the set output of the cogeneration device to follow the power load for each predetermined output adjustment period in the response state reduction operation.
The cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, wherein the response state is a waiting time until the change of the set output is started in the output adjustment cycle.
前記熱電併給装置の部分出力における運転効率が前記電主運転制御を実行した場合の運転効率よりも低い又は同等である場合には、前記出力低下運転として、前記応答状態低下運転を実行する請求項1〜7の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。 When the operation efficiency of the partial output of the cogeneration device is higher than the operation efficiency when the main operation control is executed, the operation control means partially outputs the output of the cogeneration device as the output reduction operation. Execute the partial output operation set to output,
When the operation efficiency at the partial output of the cogeneration device is lower or equivalent to the operation efficiency when the main operation control is executed, the response state reduction operation is executed as the output reduction operation. The cogeneration system according to any one of 1 to 7.
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