JP2008185316A - 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】運転制御手段が、熱電併給装置1を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置1が運転中であるか否かに拘わらず、起動時消費エネルギを消費しないとする又は起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成され、且つ、運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置1が運転中であるか否かに拘わらず、起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、最も運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるように構成されている。
【選択図】図1
Description
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の開始時点において、
時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記熱電併給装置の運転による消費エネルギ、及び、前記熱電併給装置を起動するときの起動時消費エネルギに基づいて、
運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として前記熱電併給装置を断続運転すると仮定する場合において運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めて、
その求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定める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。
又、最も運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットは、運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを運転形態判定対象期間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は起動時消費エネルギを消費しないとしかつ熱電併給装置が停止中であるときには起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で求めるように構成されていた。
そこで、運転周期を1日に定めて、運転形態判定対象期間を複数(例えば、2、3回)の運転周期にて構成し、予測電力負荷及び予測熱負荷を前記複数の運転周期の夫々に区分けして管理して、上述のように、断続運転メリットを最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷のみならず、最初の運転周期に後続する運転周期の予測熱負荷をも鑑みて求めるように構成されていた。
又、図8において、連続運転メリットを起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費しないとして求めた場合の熱負荷との関係をLc1にて示し、断続運転メリットを起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費しないとして求めた場合の熱負荷との関係をLi1にて示すように、熱負荷の発生範囲の全体にわたって、Li1がLc1に対して運転メリットが高い側に位置するものとなり、連続運転メリット及び断続運転メリット夫々を起動時消費エネルギを消費しないとして求めると、熱負荷の発生範囲の全体にわたって断続運転メリットが連続運転メリットよりも高くなることが分かる。
図9において、熱電併給装置をその発電電力を電力負荷に追従させる状態で運転するとして、運転形態判定対象期間を例えば3回の運転周期にて構成する場合に、各運転周期において断続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合の熱電併給装置の発電電力の経時変化を、(イ)にて示し、3回の運転周期にわたって連続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合の熱電併給装置の発電電力の経時変化を、(ロ)にて示す。
図9から分かるように、運転形態判定対象期間を構成する各運転周期において断続運転形態にて熱電併給装置が運転されると、各運転周期において起動時消費エネルギが消費され、運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期にわたって連続運転形態にて熱電併給装置が運転されると、少なくとも2回目以降の運転周期では、起動時消費エネルギが消費されることがない。
従って、運転メリットを複数の運転形態判定対象期間全体にわたって評価すると、複数の運転形態判定対象期間にわたって連続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合の方が、各運転形態判定対象期間において断続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合よりも運転メリットが高くなる場合でも、各運転形態判定対象期間において断続運転形態にて熱電併給装置が運転される虞があり、熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定めることを適切に行うことができないのである。
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の開始時点において、
時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記熱電併給装置の運転による消費エネルギ、及び、前記熱電併給装置を起動するときの起動時消費エネルギに基づいて、
運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として前記熱電併給装置を断続運転すると仮定する場合において運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めて、
その求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定めるように構成されたものであって、
前記運転制御手段が、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、前記起動時消費エネルギを消費しないとする又は前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成され、且つ、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるように構成されている点を特徴とする。
ちなみに、運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるに当たって、運転形態判定対象期間の開始時点から時間間隔を隔てた時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットは、起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるのは、勿論である。
そして、連続運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、起動時消費エネルギを消費しないとする又は起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求め、断続運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めることにより、連続運転メリットの方が断続運転メリットよりも高く求められ易いようにすることが可能となる。
ちなみに、図8のLc1は、連続運転メリットを停止時消費エネルギを消費しないとして求め、Li2は断続運転メリットを停止時消費エネルギを消費するとして求めた結果を示すものであるが、起動時消費エネルギに対して停止時消費エネルギはかなり小さくて、停止時消費エネルギを消費するかしないかにより、運転メリットの演算値に与える影響は小さいので、連続運転メリット及び断続運転メリットの夫々を求めるに当たって、停止時消費エネルギの扱いを変えたとしても、起動時消費エネルギを消費しないとする形態で求めた連続運転メリットと、起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めた断続運転メリットとの関係は、図8のLc1とLi2との関係に類似したものとなり、連続運転メリットを起動時消費エネルギを消費しないとする形態で求め、断続運転メリットを起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めることにより、連続運転メリットの方が断続運転メリットよりも高く求められ易いようにすることが可能となるのである。
前記運転制御手段が、
前記運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期の夫々に区分けして、前記予測電力負荷及び前記予測熱負荷を管理するように構成され、且つ、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、前記複数の運転周期のうちの最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めるように構成され、且つ、
前記最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリット、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリットのうちの高い方の運転メリットを、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットとして求めるように構成されている点を特徴とする。
そして、運転制御手段は、熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、前記複数の運転周期のうちの最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求める。
又、運転制御手段は、前記最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリット、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリットのうちの高い方の運転メリットを、運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットとして求める。
要するに、熱負荷の大小に拘わらず、運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに適切に定めて熱電併給装置を運転することができるようになった。
前記運転制御手段が、
運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置の運転形態を前記断続運転形態に定めたときは、
前記断続運転形態の運転時間帯を前記最初の運転周期内に1つ設定するように構成され、且つ、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高い運転時間帯、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高い運転時間帯のうち、運転メリットが高い方の運転時間帯を前記断続運転形態の運転時間帯として設定する又は前記運転メリットが高い方の運転時間帯の開始時点を前記断続運転形態の運転開始タイミングとして設定するように構成されている点を特徴とする。
そして、運転制御手段は、運転メリットが高い方の運転時間帯を断続運転形態の運転時間帯として設定する、又は、運転メリットが高い方の運転時間帯の開始時点を断続運転形態の運転開始タイミングとして設定する。
そして、断続運転形態を、その運転時間帯を運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯に設定して実行する状態を想定すると、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置が運転中のときには、熱電併給装置の運転をそのまま継続すれば良いので、起動時消費エネルギを消費することなく断続運転形態を実行することができ、一方、運転形態判定対象期間の開始時点において熱電併給装置が停止中のときには、熱電併給装置を起動させる必要があるので、起動時消費エネルギを消費した上で断続運転形態を実行することになる。
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の開始時点において、
時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記熱電併給装置の運転による消費エネルギ、及び、前記熱電併給装置を起動するときの起動時消費エネルギに基づいて、
運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として前記熱電併給装置を断続運転すると仮定する場合において運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めて、
その求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定めるように構成されたものであって、
前記運転制御手段が、
前記運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期の夫々に区分けして、前記予測電力負荷及び前記予測熱負荷を管理するように構成され、且つ、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するとする形態で、かつ、前記複数の運転周期の夫々についての運転メリットの総和を前記運転形態判定対象期間を構成する運転周期の数で除する形態で求めるように構成されている点を特徴とする。
そして、運転制御手段は、熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間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は起動時消費エネルギを消費しないとし又は起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ熱電併給装置が停止中であるときには起動時消費エネルギを消費するとする形態で、かつ、前記複数の運転周期の夫々についての運転メリットの総和を運転形態判定対象期間を構成する運転周期の数で除する形態で求める。
前記運転制御手段が、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるように構成されている点を特徴とする。
従って、運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに一層適切に定めることができるようになった。
前記運転制御手段が、
前記最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリット、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリットのうちの高い方の運転メリットを、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットとして求めるように構成され、且つ、
前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯を前記断続運転形態の運転時間帯に定める又は前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯の開始時点を前記断続運転形態の運転開始タイミングとして定めるように構成されている点を特徴とする。
又、運転制御手段は、その断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯を断続運転形態の運転時間帯に定める、又は、断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯の開始時点を断続運転形態の運転開始タイミングとして定める。
従って、熱負荷が小さいときには、連続運転形態に比べて熱余りを抑制して運転メリットを向上するように運転可能な断続運転形態に定められるようにすることが可能となる。
要するに、熱負荷の大小に拘わらず、運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに適切に定めて熱電併給装置を運転することができるようになった。
前記運転制御手段が、運転周期の開始時点毎に、複数の運転周期にて構成される運転形態判定対象期間を更新するように構成されている点を特徴とする。
そして、ある運転周期の開始時点において、熱電併給装置の運転形態を連続運転形態に定めると、それ以降の運転周期においても熱電併給装置の運転形態を連続運転形態に定め易くなり、複数の運転周期にわたって熱電併給装置が連続運転形態にて運転され易くなるので、運転メリットを運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期全体にわたって評価すると、複数の運転周期にわたって連続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合の方が、各運転周期において断続運転形態にて熱電併給装置が運転される場合よりも運転メリットが高くなる場合には、熱電併給装置の運転形態を連続運転形態に定められるようにすることが可能となり、熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに適切に定めることが可能となる。
そのような場合は、複数の運転周期から構成される運転形態判定対象期間の予測電力負荷及び予測熱負荷を対象にして定めた運転形態にて熱電併給装置を運転しているときに、複数の運転周期のうちの最初の運転周期において、その最初の運転周期の予測電力負荷や予測熱負荷に対して実際の電力負荷や実際の熱負荷が変動すると、先に定めた運転形態にて熱電併給装置の運転を継続すると、運転メリットを向上するように運転することができなくなる虞がある。
従って、予測電力負荷や予測熱負荷に対して実際の電力負荷や実際の熱負荷が変動しても、運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに適切に定めて熱電併給装置を運転することができるようになった。
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を停止させて運転を待機させると仮定したときの待機メリットを管理して、その管理している待機メリット並びに前記連続運転メリット及び前記断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を待機形態、前記連続運転形態及び前記断続運転形態のいずれかに定めるように構成されている点を特徴とする。
そして、運転制御手段は、そのように管理している待機メリット、並びに、予測電力負荷、予測熱負荷、熱電併給装置の運転による消費エネルギ及び起動時消費エネルギにより求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、熱電併給装置の運転形態を待機形態、連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定める。
そこで、連続運転メリット及び断続運転メリットを求めるのに加えて、待機メリットを管理して、それら待機メリット、連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、熱電併給装置の運転形態を待機形態、連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定めるようにすることにより、熱電併給装置を連続運転形態又は断続運転形態で運転するよりも、熱電併給装置の運転を待機させる方が運転メリットが高くなる場合には、熱電併給装置の運転を待機させることが可能となる。
従って、運転メリットをより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。
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。
前記燃料ガス生成部は、供給される都市ガス(例えば、天然ガスベースの都市ガス)等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器、その脱硫器から供給される脱硫原燃料ガスと別途供給される水蒸気とを改質反応させて水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器、その改質器から供給される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成器、その変成器から供給される改質ガス中の一酸化炭素を別途供給される選択酸化用空気にて選択酸化する一酸化炭素除去器等から構成され、一酸化炭素を変成処理及び選択酸化処理により低減した改質ガスを前記燃料ガスとして前記セルスタックに供給するように構成されている。
前記燃料電池1の電力の出力側には、系統連系用のインバータ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。
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。
前記湯水循環路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が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエータ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、貯湯槽2の下部から取り出した湯水がラジエータ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ータ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。
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。
前記熱媒加熱用熱交換器26においては、熱源用熱交換器25や補助加熱器28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。前記熱消費端末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。
又、前記貯湯槽2には、その貯湯熱量の検出用として、貯湯槽2の上層部の上端位置の湯水の温度を検出する上端温度センサS1、貯湯槽2の上層部と中層部との境界位置の湯水の温度を検出する中間上位温度センサS2、貯湯槽2の中層部と下層部との境界位置の湯水の温度を検出する中間下位温度センサS3、及び、貯湯槽2の下層部の下端位置の湯水の温度を検出する下端温度センサS4が設けられ、更に、前記給水路29には、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が設けられている。
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とし、上層部、中層部、下層部夫々の容量をV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とし、エネルギ量の単位をワットとカロリー間で変換するための係数をα(例えば「860」に設定される)とすると、貯湯熱量(W)は、下記の(式1)にて演算することができる。
+(A2×T2+(1−A2)×T3−Ti)×V
+(A3×T3+(1−A3)×T4−Ti)×V}÷α……………(式1)
前記運転制御部5は、前記熱媒供給運転の実行中に前記端末用リモコンから運転の停止が指令されると、前記分流弁30を冷却水の全量を貯湯用熱交換器24側に通流させる状態に切り換え、前記熱源用断続弁40を閉弁し、前記熱源用循環ポンプ21を停止させて、前記湯水循環ポンプ17を作動させることにより、前記熱媒供給運転から前記貯湯運転に切り換えるように構成されている。
運転制御部5は、運転形態判定対象期間の開始時点において、時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記燃料電池1の運転による消費エネルギ(以下、運転時消費エネルギと記載する場合がある)、燃料電池1を起動するときの起動時消費エネルギ、及び、燃料電池1を停止するときの停止時消費エネルギに基づいて、運転形態判定対象期間の全時間帯において燃料電池1を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として燃料電池1を断続運転すると仮定する場合において最も運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求める運転メリット演算処理を実行して、その運転メリット演算処理にて求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、選択条件により、燃料電池1の運転モード(運転形態に相当する)を連続運転モード(連続運転形態に相当する)及び断続運転モード(断続運転形態に相当する)のいずれかに定める運転モード設定処理を実行するように構成されている。
そして、運転制御部5は、その運転モード設定処理にて定めた運転モードにて燃料電池1を運転するように構成されている。
又、運転メリットとしては、燃料電池1を運転することによるエネルギ削減量が用いられる。
先ず、時系列的な過去電力負荷データ及び時系列的な過去熱負荷データを管理して、その管理データに基づいて、時系列的な予測電力負荷データ及び時系列的な予測熱負荷データを求めるデータ管理処理について説明を加える。ちなみに、熱負荷は、前記給湯先に湯水を給湯するときの給湯熱負荷と、前記熱消費端末3での端末熱負荷とを合わせたものとして求められる。
運転制御部5は、実電力負荷データ、実給湯熱負荷データ及び実端末熱負荷データを運転周期及び単位時間に対応付けて不揮発性のメモリ34に記憶することにより、過去の時系列的な電力負荷データ及び過去の時系列的な熱負荷データを、設定期間(例えば、運転日前の4週間)にわたって、運転周期毎に単位時間毎に対応付けて管理し、その時系列的な過去電力負荷データ及び時系列的な過去熱負荷データの管理データに基づいて、予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを、運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期の夫々に区分けして管理するように構成されている。
ちなみに、実電力負荷は、前記電力負荷計測手段11の計測値及び前記インバータ6の出力値に基づいて計測され、実給湯熱負荷は前記給湯熱負荷計測手段31にて計測され、実端末熱負荷は前記端末熱負荷計測手段32にて計測される。
例えば、図3に示すように、運転形態判定対象期間の開始時点において、最初の運転周期の予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に求めるように構成されている。
前記連続運転モード時の予測エネルギ削減量として、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量、及び、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量を求めるように構成されている。
前記負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量は、運転形態判定対象期間の全時間帯において、燃料電池1の発電電力を予測電力負荷に対して追従させる電主運転を実行すると仮定したときの予測エネルギ削減量であり、前記抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量は、運転形態判定対象期間の全時間帯において予測電力負荷に追従させる電主運転を実行すると仮定したときに、予測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、運転形態判定対象期間の一部の時間帯において燃料電池1の出力を予測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と仮定したときの予測エネルギ削減量である。
尚、前記現電力負荷は、前記電力負荷計測手段11の計測値及び前記インバータ6の出力値に基づいて計測し、更に、その現電力負荷は、前の出力調整周期において所定のサンプリング時間(例えば5秒)でサンプリングしたデータの平均値として求められる。
熱余り状態の予測について説明を加える。
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、その予測電力負荷に対応して連続的に電主運転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。
つまり、運転制御部5は、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を運転する形態で予測電力負荷に対して電主運転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。
そして、運転制御部5は、下記の式2に示すように、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量を基準に、燃料電池1を前記仮運転パターンで運転した場合のエネルギ消費量の削減量を、前記予測エネルギ削減量として演算する。
例えば、起動時消費エネルギは1900Whに、停止時消費エネルギは200Whに夫々設定されている。
図5に示すように、運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期のうちの最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する仮運転パターンの全てがメモリ34に記憶されている。
例えば、運転形態判定対象期間の開始時点を午前3時とすると、午前3時〜午前4時の時間(単位時間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(単位時間「1」)を運転時間帯とするパターン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(単位時間「1」及び「2」)を運転時間帯とするパターン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(単位時間「1」、「2」及び「3」)を運転時間帯とするパターン3・・・午前3時〜次の日の午前3時の時間帯(単位時間「1」〜「24」)を運転時間帯とするパターン24の24種類がある。また、午前4時〜午前5時の時間(単位時間「2」)から運転開始させるパターンとして、この単位時間「2」を運転時間帯とするパターン25、午前4時〜午前6時の時間帯(単位時間「2」及び「3」)を運転時間帯とするパターン26・・・午前4時〜次の日の午前3時の時間帯(単位時間「2」〜「24」)を運転時間帯とするパターン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(単位時間「24」)を運転時間帯とするパターン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。
運転時間帯以外の夫々の単位時間においては、電主出力(b)は0に設定されるので、運転時消費エネルギ(g)、発生熱量(d)は0となる。
先ず、負荷追従連続運転モードにて燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2は、運転周期の全時間帯にわたって予測電力負荷に追従させる電主運転を行ったとして、最初の運転周期における運転時消費エネルギ(g)の合計と、不足電力量(c)の合計と、予測熱負荷(m)と予測利用熱量(n)との差として求められる不足熱負荷の合計とを、前記式4の起動時/停止時両エネルギ非消費用の演算式に代入することにより求める。
又、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pを求める。
先ず、抑制連続運転モードにて燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、以下のようにして求める。
最初の運転周期内において前記熱余り時間帯以前に、燃料電池1の出力を予測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時間帯を1つ設定する形態で、複数段階に設定した抑制出力、抑制時間帯を異ならせて形成される全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、上述のように、運転時消費エネルギ(g)の合計と、不足電力量(c)の合計と、予測熱負荷(m)と予測利用熱量(n)との差として求められる不足熱負荷の合計とを求めて、前記式4の起動時/停止時両エネルギ非消費用の演算式に代入することにより、抑制用仮運転パターンの夫々について、エネルギ消費量E2を求めると共に、熱余り状態が発生する熱余り時間帯が生じるか否かを判断する。
又、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、熱余り時間帯が生じない全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pのうちの最大のものを抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとする。
メモリ34に記憶されている全ての仮運転パターンの夫々について、各仮運転パターンにて設定されている運転時間帯において予測電力負荷に追従させる電主運転を行ったとして、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、最初の運転周期における運転時消費エネルギ(g)の合計と、不足電力量(c)の合計と、予測熱負荷(m)と予測利用熱量(n)との差として求められる不足熱負荷の合計とを、前記式5の起動時/停止時両エネルギ消費用の演算式に代入することにより求める。
最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、仮運転パターンの夫々について、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pのうちの最大のものを1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量とする。
そして、1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量P及び2日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pのうち、大きい方を断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとして求める。
負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量、断続運転モード時の予測エネルギ削減量が、負の値として求められる場合がある。
そして、例えば、負の値として求められた負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量が、待機時消費エネルギZの負の値よりも大きい場合は、燃料電池1を負荷追従連続運転モードにて運転した方が運転を待機させるよりも省エネルギとなり、逆に、負の値として求められた負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量が、待機時消費エネルギZの負の値よりも小さい場合は、燃料電池1を負荷追従連続運転モードにて運転するよりも運転を待機させる方が省エネルギとなるので、待機時消費エネルギZを待機メリットとして用いることが可能である。
そこで、運転制御部5のメモリ34に、待機メリットとして待機時消費エネルギZを記憶させてある。つまり、運転制御部5が、待機メリットとして待機時消費エネルギZを管理するように構成されている。
Z=待機時の消費電力×待機時間/商用電源7の発電効率
図8において、Lc1は、連続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費しないとして求めたものであり、Lc2は、連続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費するとして求めたものである。
又、図8において、Li1は、断続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費しないとして求めたものであり、Li2は、断続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費するとして求めたものである。
しかしながら、図8のLc1、Lc2、Li1、Li2から分かるように、連続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費するとして求めると、断続運転モード時の予測エネルギ削減量を起動時消費エネルギ及び停止時消費エネルギを消費するとして求める場合及び消費しないとして求める場合のいずれと比較しても、連続運転モード時の予測エネルギ削減量が断続運転モード時の予測エネルギ削減量よりも大きくなることがなく、燃料電池1の運転モードが連続運転モードに定められることがない。
即ち、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を求める演算式として、下記の式6に示すように、起動時消費エネルギを加えず且つ停止時消費エネルギを加える起動時非消費/停止時消費用の演算式が設定されている。
又、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、メモリ34に記憶されている仮運転パターンにおいて設定数N1以上の単位時間を運転時間帯とする全ての仮運転パターンの夫々について、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、前記式5の起動時/停止時両エネルギ消費用の演算式により求める。
最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、1日毎断続運転モードの運転時間帯及び2日毎断続運転モードの運転時間帯のうち、予測エネルギ削減量Pが大きい方の運転時間帯を断続運転モードの運転時間帯として設定する。
しかしながら、運転時間帯が短過ぎる仮運転パターンは、エネルギ消費量の削減の上でメリットが得られ難く、又、耐久性の面でも好ましくないので、上述のように、設定数N1以上の単位時間を運転時間帯とする仮運転パターンに限って、予測エネルギ削減量Pを求めて、1日毎断続運転モードの運転時間帯及び2日毎断続運転モードの運転時間帯を求め、予測エネルギ削減量Pが大きい方の運転時間帯を断続運転モードの運転時間帯として設定するように構成することにより、断続運転モードの運転時間帯を耐久性に悪影響を与えない範囲で予測エネルギ削減量Pが最大となるように設定することができる。
運転制御部5は、運転周期の開始時点(例えば、午前3時)になる毎に、運転形態判定対象期間を、その開始時点から引き続く2回の運転周期にて構成するように更新して、運転モード選択処理を実行する。
つまり、運転周期の開始時点になる毎に、上述のようにデータ管理処理を実行して予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを求め、上述のように運転メリット演算処理を実行して、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc1、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc2、及び、断続運転モード時の予測エネルギ削減量Piを演算し、それらのうちの最大のものが待機時消費エネルギZの負の値「−Z」よりも大きいか否かを判断することにより、負荷追従連続運転モード、抑制連続運転モード及び断続運転モードのうちのいずれか1つを実行した方が、運転周期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を実行するよりも省エネルギになるかを判断する(ステップ#1〜4)。
又、熱負荷賄い率U/LのUは、燃料電池1の発生熱量(d)を0として、最初の運転周期の予測熱負荷のうち、最初の運転周期の開始時点における貯湯熱量にて賄えると予測される予測利用熱量である。
例えば、最初の運転周期の開始時点が、図4の(b)にて示す運転周期の開始時点の状態であると仮定すると、Lは、図4の(b)に示す如き、運転周期の全単位時間(時間0〜23)の予測熱負荷(m)を合計した値となり、Uは、図4の(b)に示す如き、運転周期の全単位時間(時間0〜23)の予測利用熱量(n)を合計した値となる。
尚、前記下位設定値Kは、例えば、0.4に設定する。
つまり、ステップ#13にて最初の運転周期における最終の単位時間の貯湯熱量が0になると判断した仮運転パターンの夫々について、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式6の起動時非消費/停止時消費用の演算式により求めて、その求めたエネルギ消費量E2及び前記式3により求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pが最大の仮運転パターンの運転時間帯を運転継続時間に設定する。
以下、本発明の第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は、連続運転モード時の予測エネルギ削減量及び断続運転モード時の予測エネルギ削減量に基づいて燃料電池1の運転モードを連続運転モード及び断続運転モードのいずれかに定めるための選択条件についての別の実施形態を説明するものであり、データ管理処理及び運転メリット演算処理は、上記の第1実施形態と同様であり、又、燃料電池1の運転形態を断続運転モードに定めたときに運転時間帯設定処理を実行する点も、上記の第1実施形態と同様であるので、それらデータ管理処理、運転メリット演算処理及び運転時間帯設定処理の説明を省略する。
更に、第1実施形態と同様に、運転制御部5は、運転周期の開始時点毎に、複数の運転周期にて構成される運転形態判定対象期間を更新して、運転周期の開始時点毎に、前記運転モード設定処理を実行するように構成されている。
運転周期の開始時点になる毎に、第1実施形態と同様にデータ管理処理を実行して予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを求め、第1実施形態と同様に運転メリット演算処理を実行して、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc1、抑制連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pc2、及び、断続運転モード時の予測エネルギ削減量Piを演算する(ステップ#21〜23)。
以下、本発明の第3実施形態を説明するが、この第3実施形態は、運転メリット演算処理の別の実施形態を示すものであり、それに伴って、データ管理処理が第1実施形態と異なり、更に、第1実施形態において実行した運転時間帯設定処理を実行しない点で第1実施形態と異なるが、連続運転モード時の予測エネルギ削減量及び断続運転モード時の予測エネルギ削減量に基づいて燃料電池1の運転モードを連続運転モード及び断続運転モードのいずれかに定めるための選択条件は、第1実施形態と同様である。
更に、第1実施形態と同様に、運転制御部5は、運転周期の開始時点毎に、複数の運転周期にて構成される運転形態判定対象期間を更新して、運転周期の開始時点毎に、前記運転モード設定処理を実行するように構成されている。
更に、運転制御部5は、運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには前記起動時消費エネルギを消費しないとしかつ燃料電池1が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、最も運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるように構成されている。
運転制御部5は、第1実施形態と同様に、前記式2に基づいて、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量を基準に、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量の削減量を、予測エネルギ削減量として演算するように構成されているが、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量の求め方が第1実施形態と異なる。
そして、連続運転モードにおいて最初の運転周期における燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量は、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中のときは、起動時消費エネルギを消費しないとし且つ停止時消費エネルギを消費しないとする形態で求め、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、起動時消費エネルギを消費するとし且つ停止時消費エネルギを消費しないとする形態で求め、連続運転モードにおいて2回目の運転周期における燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量は、起動時消費エネルギを消費しないとし且つ停止時消費エネルギを消費しないとする形態で求めることになる。
つまり、断続運転モードにおける燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量は、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中のときは、起動時消費エネルギを消費しないとし且つ停止時消費エネルギを消費するとする形態で求め、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、起動時消費エネルギを消費するとし且つ停止時消費エネルギを消費するとする形態で求めることになる。
先ず、最初の運転周期の全時間帯にわたって予測電力負荷に追従させる電主運転を実行するとして、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中のときは、前記式4の起動時/停止時両エネルギ非消費用の演算式にて求め、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、前記式7の起動時消費/停止時非消費用の演算式にて求め、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求め、そのように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、最初の運転周期の予測エネルギ削減量Pを求める。
そして、上述のように求めた最初の運転周期の予測エネルギ削減量Pと2回目の運転周期の予測エネルギ削減量Pとを加えた値を運転形態判定対象期間を構成する運転周期の数である2で割って1運転周期当たりの予測エネルギ削減量としたものを、負荷追従連続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとして求める。
先ず、最初の運転周期の予測エネルギ削減量Pを以下のようにして求める。
熱余り時間帯以前に、燃料電池1の出力を予測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時間帯を1つ設定する形態で、複数段階に設定した抑制出力、抑制時間帯を異ならせて形成される全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中のときは、前記式4の起動時/停止時両エネルギ非消費用の演算式にて求め、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、前記式7の起動時消費/停止時非消費用の演算式にて求める。
又、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pのうちの最大のものを最初の運転周期の予測エネルギ削減量Pとする。
熱余り時間帯以前に、燃料電池1の出力を予測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時間帯を1つ設定する形態で、複数段階に設定した抑制出力、抑制時間帯を異ならせて形成される全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、前記式4の起動時/停止時両エネルギ非消費用の演算式にて求める。
又、2回目の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、全ての抑制用仮運転パターンの夫々について、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pのうちの最大のもの2回目の運転周期の予測エネルギ削減量Pとする。
メモリ34に記憶されている全ての仮運転パターンの夫々について、各仮運転パターンにて設定されている運転時間帯において予測電力負荷に追従させる電主運転を行ったとして、燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中のときは、前記式6の起動時非消費/停止時消費用の演算式にて求め、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が停止中のときは、前記式5の起動時/停止時両エネルギ消費用の演算式にて求める。
最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて、前記式3により、燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1を求める。
そして、仮運転パターンの夫々について、上述のように求めた燃料電池1を運転しない場合のエネルギ消費量E1及び燃料電池1を運転した場合のエネルギ消費量E2を前記式2に代入することにより、予測エネルギ削減量Pを求め、求めた予測エネルギ削減量Pのうちの最大のものを1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量とする。
そして、1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量P及び2日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pのうち、大きい方を断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとして求める。
つまり、断続運転モードとして、1日毎断続運転モード及び2日毎断続運転モードのうち、予測エネルギ削減量Pが大きい方に設定する。
ちなみに、この第3実施形態においては、断続運転モードの運転時間帯は、上述したように、1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量P及び2日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pのうち、エネルギ削減量が大きい方のモードにおいて設定されている運転時間帯に定める。
以下、本発明の第4実施形態を説明するが、この第4実施形態は、運転メリット演算処理、及び、連続運転モード時の予測エネルギ削減量及び断続運転モード時の予測エネルギ削減量に基づいて燃料電池1の運転モードを連続運転モード及び断続運転モードのいずれかに定めるための選択条件について、別の実施形態を示すものであり、それに伴って、データ管理処理が第1実施形態と異なり、更に、第1実施形態において実行した運転時間帯設定処理を実行しない点で第1実施形態と異なる。
又、前記選択条件は、上記の第2実施形態と同様である。
更に、第1実施形態と同様に、運転制御部5は、運転周期の開始時点毎に、複数の運転周期にて構成される運転形態判定対象期間を更新して、運転周期の開始時点毎に、前記運転モード設定処理を実行するように構成されている。
ちなみに、この第4実施形態においては、断続運転モードの運転時間帯は、第3実施形態と同様に、1日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量P及び2日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pのうち、エネルギ削減量が大きい方のモードにおいて設定されている運転時間帯に定める。
次に別実施形態を説明する。
(イ) 運転形態判定対象期間を複数の運転周期にて構成する場合、その運転形態判定対象期間を構成する運転周期の個数は、上記の各実施形態において例示した2個に限定されるものではなく、3個以上でも良い。
又、運転形態判定対象期間を1個の運転周期にて構成しても良い。
例えば、運転形態判定対象期間を3個の運転周期にて構成する場合、断続運転モードとしては、上記の各実施形態において説明した1日毎断続運転モードに加えて、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに2回目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最も高くなるように最初の運転周期内に運転時間帯を定める2日毎断続運転モード、及び、最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに2回目及び3回目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最も高くなるように最初の運転周期内に運転時間帯を定める3日毎断続運転モードが含まれる。
この場合、メモリ34に記憶されている全ての仮運転パターンの夫々について、夫々について求めた予測エネルギ削減量Pに、2回目の運転周期における予測利用熱量(n)の合計を補助加熱器28の発生熱で補う場合のエネルギ消費量を加えた値を2で割ることにより1運転周期当たりの予測エネルギ削減量を求め、求めた予測エネルギ削減量のうちの最大のものを2日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとして求める。
又、メモリ34に記憶されている全ての仮運転パターンの夫々について、夫々について求めた予測エネルギ削減量Pに、2回目及び3回目の運転周期における予測利用熱量(n)の合計を補助加熱器28の発生熱で補う場合のエネルギ消費量を加えた値を3で割ることにより1運転周期当たりの予測エネルギ削減量を求め、求めた予測エネルギ削減量のうちの最大のものを3日毎断続運転モード時の予測エネルギ削減量Pとして求める。
運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1の運転形態を断続運転モードに形態に定めたときに、運転時間帯を設定するために運転メリットを求めるに当たって、運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットについては、上記の第1及び第2の各実施形態では、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには、起動時消費エネルギを消費しないとする形態で求める場合について例示したが、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには、前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成しても良い。
又、上記の第3及び第4の各実施形態において、連続運転メリットを求めるに当たっては、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには起動時消費エネルギを消費しないとする形態で求めるように構成したが、前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成しても良い。
同じく、上記の第3及び第4の各実施形態において、運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの断続運転メリットを求めるに当たっては、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには、起動時消費エネルギを消費しないとする形態で求めるように構成したが、運転形態判定対象期間の開始時点において燃料電池1が運転中であるときには、前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成しても良い
ちなみに、前記仮起動時消費エネルギとしては、例えば、0に近い小さい値に設定する。
又、上記の第3及び第4の各実施形態においては、前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯を、前記断続運転モードの運転時間帯に定めるように構成する場合について例示したが、前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯の開始時点を断続運転モードの運転開始タイミングとして定めるように構成しても良い。
上記のいずれの別実施形態においても、例えば、前記運転時間帯にわたって燃料電池1を運転することにより貯湯槽2に貯湯されると予測される予測貯湯熱量を求めておいて、前記運転開始タイミングで燃料電池1が発電を開始した後、貯湯槽2の実際の貯湯熱量が前記予測貯湯熱量に達すると燃料電池1を停止させるように構成する。
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器28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器28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器28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器28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 (8)
- 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、
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の開始時点において、
時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記熱電併給装置の運転による消費エネルギ、及び、前記熱電併給装置を起動するときの起動時消費エネルギに基づいて、
運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として前記熱電併給装置を断続運転すると仮定する場合において運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めて、
その求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定める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、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、前記起動時消費エネルギを消費しないとする又は前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとする形態で求めるように構成され、且つ、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置が運転中であるか否かに拘わらず、前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求め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、
前記運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期の夫々に区分けして、前記予測電力負荷及び前記予測熱負荷を管理するように構成され、且つ、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、前記複数の運転周期のうちの最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めるように構成され、且つ、
前記最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリット、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリットのうちの高い方の運転メリットを、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットとして求め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。 - 前記運転制御手段が、
運転形態判定対象期間の開始時点において前記熱電併給装置の運転形態を前記断続運転形態に定めたときは、
前記断続運転形態の運転時間帯を前記最初の運転周期内に1つ設定するように構成され、且つ、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高い運転時間帯、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高い運転時間帯のうち、運転メリットが高い方の運転時間帯を前記断続運転形態の運転時間帯として設定する又は前記運転メリットが高い方の運転時間帯の開始時点を前記断続運転形態の運転開始タイミングとして設定するように構成されている請求項2記載のコージェネレーションシステム。 - 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、
前記運転制御手段が、運転形態判定対象期間の開始時点において、
時系列的な予測電力負荷、時系列的な予測熱負荷、前記熱電併給装置の運転による消費エネルギ、及び、前記熱電併給装置を起動するときの起動時消費エネルギに基づいて、
運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリット、及び、運転形態判定対象期間のうちの一部の時間帯を運転時間帯として前記熱電併給装置を断続運転すると仮定する場合において運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めて、
その求めた連続運転メリット及び断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を連続運転形態及び断続運転形態のいずれかに定める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、
前記運転形態判定対象期間を構成する複数の運転周期の夫々に区分けして、前記予測電力負荷及び前記予測熱負荷を管理するように構成され、且つ、
前記熱電併給装置を連続運転すると仮定したときの連続運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記起動時消費エネルギよりも小さい値として設定した仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するとする形態で、かつ、前記複数の運転周期の夫々についての運転メリットの総和を前記運転形態判定対象期間を構成する運転周期の数で除する形態で求め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、
運転形態判定対象期間の開始時点に引き続く時間帯を運転時間帯として仮定するときの運転メリットを、運転形態判定対象期間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は前記起動時消費エネルギを消費しないとし又は前記仮起動時消費エネルギを消費するとしかつ前記熱電併給装置が停止中であるときには前記起動時消費エネルギを消費するものとして求める形態で、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットを求めるように構成されている請求項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、
前記最初の運転周期内に運転時間帯を1つ設定する形態で、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷に基づいて求めた運転メリットが高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリット、及び、前記最初の運転周期の予測電力負荷及び予測熱負荷並びに前記複数の運転周期のうちの前記最初の運転周期に後続する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高くなるように前記最初の運転周期内に定めた運転時間帯についての運転メリットのうちの高い方の運転メリットを、前記運転メリットが高くなる時間帯を運転時間帯として仮定したときの断続運転メリットとして求めるように構成され、且つ、
前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯を前記断続運転形態の運転時間帯に定める又は前記断続運転メリットとして求めた運転メリットに対応する運転時間帯の開始時点を前記断続運転形態の運転開始タイミングとして定めるように構成されている請求項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、運転周期の開始時点毎に、複数の運転周期にて構成される運転形態判定対象期間を更新するように構成されている請求項2〜6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、運転形態判定対象期間の全時間帯において前記熱電併給装置を停止させて運転を待機させると仮定したときの待機メリットを管理して、その管理している待機メリット並びに前記連続運転メリット及び前記断続運転メリットに基づいて、前記熱電併給装置の運転形態を待機形態、前記連続運転形態及び前記断続運転形態のいずれかに定めるように構成されている請求項1〜7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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