JP2008215134A - 発電システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】２燃料混焼運転を行い、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンを安定して運転できる発電システムの制御方法を提供すること。
【解決手段】発電システム１は、発電機１１を商用電源１００と系統連系させたときに、発電機１１に負荷１０１が加えられるよう構成してある。発電システム１を始動する際には、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた運転を開始するステップと、電磁弁６２を開けてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始して、２燃料混焼運転を開始するステップと、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始するステップとを順次行う。発電システム１を停止する際には、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断するステップと、電磁弁６２を閉じてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断するステップとを順次行う。
【選択図】図１
【解決手段】発電システム１は、発電機１１を商用電源１００と系統連系させたときに、発電機１１に負荷１０１が加えられるよう構成してある。発電システム１を始動する際には、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた運転を開始するステップと、電磁弁６２を開けてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始して、２燃料混焼運転を開始するステップと、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始するステップとを順次行う。発電システム１を停止する際には、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断するステップと、電磁弁６２を閉じてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断するステップとを順次行う。
【選択図】図１
Description
本発明は、ガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムの制御方法に関する。
都市ガス等の主燃料ガスとバイオガス等の副燃料ガスとの２種類の燃料を用いてガスエンジンを運転し、このガスエンジンの出力によって発電機を作動させるよう構成した発電システムにおいては、種々のシステム方式が採用されている。例えば、副燃料ガスの発熱量に応じて、主燃料ガスと燃焼用空気との混合気の供給流量を調整して、２種類の燃料を混合して燃焼を行う方式、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合燃料を用い、燃焼用空気の空気比を制御しながら燃焼を行う方式等がある。
例えば、特許文献１においては、バイオガス等の副燃料ガスと燃焼用空気との混合気と、都市ガス等の主燃料ガスとをガスエンジンに供給して、運転を行うよう構成したガスエンジンが開示されている。このガスエンジンにおいては、燃焼用空気がミキサーを通過する際に生じる負圧を利用し、ミキサー内へ副燃料ガスを吸引して、これらの混合気を生成している。また、ガスエンジンの排気系統に設けた酸素センサ又はＮＯｘセンサの出力変動に基づいて、主燃料ガスの供給流量を調整するバルブの開度を調整して、空気比の制御を行っている。そして、ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの混合気と、主燃料ガスとを混合した後に、スロットル弁によって、この２燃料の混合気のガスエンジンへの供給流量を調整して、ガスエンジンの回転速度又は負荷を制御している。
また、ガスエンジン及び発電機を用いた発電システムの多くは、発電機を商用電源（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電源）と系統連系させ、商用電源の周波数と同期する一定の回転速度で発電を行っている。
また、上記２種類の燃料を混合して燃焼を行うガスエンジンにおいては、都市ガス等の主燃料ガスを用いて運転を開始し、ガスエンジンの出力が安定した後に、バイオガス等の副燃料ガスの投入を開始している。
また、上記２種類の燃料を混合して燃焼を行うガスエンジンにおいては、都市ガス等の主燃料ガスを用いて運転を開始し、ガスエンジンの出力が安定した後に、バイオガス等の副燃料ガスの投入を開始している。
しかしながら、上記２種類の燃料を混合して燃焼を行うガスエンジンを用いた発電システムにおいて、発電機を商用電源と系統連系させて作動させる際に、バイオガス等の副燃料ガスの供給を開始すると、燃焼用空気の供給量が不足し、空気比が急激に小さくなる（ガスリッチになる）と共に、発電機の発電出力が急激に上昇してしまう。一方、発電機を商用電源と系統連系させて作動させる際に、バイオガス等の副燃料ガスの供給を遮断すると、燃焼用空気の供給量が過剰になり、空気比が急激に大きくなる（ガスリーンになる）と共に、発電機の発電出力が急激に低下してしまう。
そのため、ガスエンジンの出力が著しく不安定になるおそれがあり、ひいてはガスエンジンの耐久性に悪影響を与えるおそれがある。
そのため、ガスエンジンの出力が著しく不安定になるおそれがあり、ひいてはガスエンジンの耐久性に悪影響を与えるおそれがある。
また、副燃料ガスの供給の開始及び遮断は、制御装置によって開度を制御可能な制御バルブを用い、この制御バルブの開度を徐々に変化させて徐々に行うことも考えられる。しかしながら、この場合には、制御バルブ及びこれを制御する制御装置が新たに必要になり、発電システムの機械的及び電気的構造を複雑にしてしまう。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、主燃料ガスと副燃料ガスとを用いてガスエンジンを運転し、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンを安定して運転することができる発電システムの制御方法を提供しようとするものである。
第１の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第１ミキサーから流入する上記燃焼用空気又は上記第１混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法にある（請求項１）。
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第１ミキサーから流入する上記燃焼用空気又は上記第１混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法にある（請求項１）。
本発明の発電システムの制御方法においては、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、副燃料ガスの供給開始時期及び供給遮断時期の工夫を行っている。
本発明の発電システムを始動する際には、始動ステップとして、電磁弁を閉じて主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する。この主燃料単独運転は、ガスエンジン（及び発電機）の回転速度が商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同期する略一定の回転速度になるまで行うことができる。
本発明の発電システムを始動する際には、始動ステップとして、電磁弁を閉じて主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する。この主燃料単独運転は、ガスエンジン（及び発電機）の回転速度が商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同期する略一定の回転速度になるまで行うことができる。
次いで、副燃料供給開始ステップとして、電磁弁を開けてガスエンジンへの副燃料ガスの供給を開始して、主燃料ガスと副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する。このとき、発電機を商用電源に対して系統連系させていないことにより、発電機は無負荷状態にある。そのため、発電機に急激な負荷が加わって発電機の発電出力が急激に上昇してしまうことを防止することができる。
また、副燃料ガスの供給を開始したときには、ガスエンジン（及び発電機）の回転速度が瞬時に上昇し、第１ミキサーへの燃焼用空気の吸込量が増加するため、空気比が小さくなる（ガスリッチになる）ことが緩和される。なお、このときには、ガスエンジンも無負荷状態にあり、ガスエンジンの回転速度は素早く略一定の回転速度に復帰することができる。
また、副燃料ガスの供給を開始したときには、ガスエンジン（及び発電機）の回転速度が瞬時に上昇し、第１ミキサーへの燃焼用空気の吸込量が増加するため、空気比が小さくなる（ガスリッチになる）ことが緩和される。なお、このときには、ガスエンジンも無負荷状態にあり、ガスエンジンの回転速度は素早く略一定の回転速度に復帰することができる。
その後、系統連系開始ステップとして、発電機の商用電源との系統連系を開始する。この系統連系は、上記瞬時に上昇したガスエンジンの回転速度が略一定の回転速度に復帰した後に開始することができる。これにより、上記２燃料混焼運転が安定した後に、発電機に負荷を加えることができ、ガスエンジンの運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
そして、ガスエンジンにおいて２燃料混焼運転を行い、発電システムにおいては、発電機の発電出力が、この発電機に対する負荷を駆動するための目標出力になるよう負荷追従運転を行うことができる。
具体的には、この負荷追従運転を行う際には、第１ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの第１混合気が作り出され、第２ミキサーにおいて、第１混合気と主燃料ガスとの第２混合気が作り出される。次いで、過給機において、第２混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御コンピュータによってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。
具体的には、この負荷追従運転を行う際には、第１ミキサーにおいて、燃焼用空気と副燃料ガスとの第１混合気が作り出され、第２ミキサーにおいて、第１混合気と主燃料ガスとの第２混合気が作り出される。次いで、過給機において、第２混合気が圧縮されて圧縮混合気が作り出され、この圧縮混合気が吸気マニホールドを経由してガスエンジンにおける複数の気筒に供給される。そして、制御コンピュータによってスロットルバルブの開度を調整して、ガスエンジンへの主燃料ガスの供給流量を調整することにより、発電機を目標出力で作動させることができる。
一方、本発明の発電システムを停止する際には、系統連系遮断ステップとして、発電機の商用電源との系統連系を遮断する。次いで、副燃料供給遮断ステップとして、電磁弁を閉じてガスエンジンへの副燃料ガスの供給を遮断する。この副燃料ガスの供給の遮断は、発電機に対する負荷状態がほぼ無負荷になった後に行うことができる。そのため、発電機に対する負荷が急激になくなって発電機の発電出力が急激に低下してしまうことを防止することができる。
また、副燃料ガスの供給を遮断したときには、ガスエンジン（及び発電機）の回転速度が瞬時に低下し、第１ミキサーへの燃焼用空気の吸込量が減少するため、空気比が大きくなる（ガスリーンになる）ことが緩和される。そのため、ガスエンジンの運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
また、本発明においては、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いる必要がなく、発電システムの機械的及び電気的構造が簡単であり、その制御が容易である。
また、本発明においては、スロットルバルブ以外に開度を制御するバルブを用いる必要がなく、発電システムの機械的及び電気的構造が簡単であり、その制御が容易である。
それ故、本発明の発電システムの制御方法によれば、主燃料ガスと副燃料ガスとを用いてガスエンジンを運転し、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンを安定して運転することができる。
第２の発明は、複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法にある（請求項３）。
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法にある（請求項３）。
本発明の発電システムの制御方法においても、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、副燃料ガスの供給開始時期及び供給遮断時期の工夫を行っている。
そして、本発明は、上記第１の発明に対して、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合順序に関する構成が異なる以外は、第１の発明と同様である。
それ故、本発明の発電システムの制御方法によっても、主燃料ガスと副燃料ガスとを用いてガスエンジンを運転し、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンを安定して運転することができる。
そして、本発明は、上記第１の発明に対して、主燃料ガスと副燃料ガスとの混合順序に関する構成が異なる以外は、第１の発明と同様である。
それ故、本発明の発電システムの制御方法によっても、主燃料ガスと副燃料ガスとを用いてガスエンジンを運転し、発電機を商用電源と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジンを安定して運転することができる。
上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第２の発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス（１３Ａ等）を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物（家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等）を発酵させて生成したバイオガス、木質系廃棄物（工場端材、建築廃材等）を熱分解させて発生させたバイオガス、工場等で発生する副生ガス等の燃料ガスを用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。
第１、第２の発明において、上記主燃料ガスとしては、メタン等を含有する都市ガス（１３Ａ等）を用いることができる。また、上記副燃料ガスとしては、有機性廃棄物（家畜糞尿、生ゴミ、有機性残さ、下水汚泥等）を発酵させて生成したバイオガス、木質系廃棄物（工場端材、建築廃材等）を熱分解させて発生させたバイオガス、工場等で発生する副生ガス等の燃料ガスを用いることができる。また、これ以外にも、副燃料ガスとしては、主燃料ガスと異なる一般的なガス体燃料を用いることもできる。
第１の発明においては、上記副燃料配管には、圧力レギュレータを設け、上記第１ミキサーにおいては、上記電磁弁が開いているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、上記第１混合気を作り出すことが好ましい（請求項２）。また、第２の発明においては、上記副燃料配管には、圧力レギュレータが設け、上記第２ミキサーにおいては、上記電磁弁が開いているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第１混合気に当該副燃料ガスを混合して、上記第２混合気を作り出すことが好ましい（請求項４）。
これらの場合には、副燃料ガスの熱量が最大となる場合を想定して圧力レギュレータにおける圧力設定を行うことにより、ガスエンジンへの主燃料ガスと副燃料ガスとの合計供給熱量に対する副燃料ガスの供給熱量の割合が、ガスエンジンにおいて安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
以下に、本発明の発電システムの制御方法にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
（実施例１）
本例の発電システム１は、図１に示すごとく、複数の気筒２１を備えたガスエンジン２の出力によって発電機１１を作動させるよう構成してある。この発電システム１は、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系とを有しており、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを混焼させてガスエンジン２を運転するよう構成してある。
（実施例１）
本例の発電システム１は、図１に示すごとく、複数の気筒２１を備えたガスエンジン２の出力によって発電機１１を作動させるよう構成してある。この発電システム１は、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系とを有しており、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを混焼させてガスエンジン２を運転するよう構成してある。
同図に示すごとく、本例の副燃料供給系は、燃焼用空気Ａが供給される空気配管４と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が供給される副燃料配管６と、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１及び電磁弁６２と、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａに、副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して第１混合気Ｍ１を作り出すことができる第１ミキサー７Ａとを有している。
第１ミキサー７Ａは、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａがベンチュリー７１を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管６から圧力レギュレータ６１による圧力設定後の副燃料ガスＦ２が吸引されるよう構成されている。また、第１ミキサー７Ａは、電磁弁６２が閉じているときには、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａを通過させる一方、電磁弁６２が開いているときには、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａに、副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して、第１混合気Ｍ１を作り出すよう構成されている。
図１に示すごとく、本例の主燃料供給系は、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料配管５と、主燃料配管５に設けたスロットルバルブ５１と、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１に、主燃料配管５からスロットルバルブ５１による流量調整後の主燃料ガスＦ１を混合して第２混合気Ｍ２を作り出す第２ミキサー７Ｂとを有している。
また、第２ミキサー７Ｂの下流側には、ガスエンジン２からの排ガスＧを利用し第２ミキサー７Ｂから流入する第２混合気Ｍ２を圧縮して圧縮混合気Ｍ３を作り出す過給機３と、過給機３から流入する圧縮混合気Ｍ３を複数の気筒２１へ分岐させて供給する吸気マニホールド２２とが接続してある。また、発電システム１は、電子制御ユニット等の制御コンピュータ８によって制御可能であり、スロットルバルブ５１の開度は、制御コンピュータ８によって、発電機１１の発電出力が目標出力になるよう制御される。
また、第２ミキサー７Ｂの下流側には、ガスエンジン２からの排ガスＧを利用し第２ミキサー７Ｂから流入する第２混合気Ｍ２を圧縮して圧縮混合気Ｍ３を作り出す過給機３と、過給機３から流入する圧縮混合気Ｍ３を複数の気筒２１へ分岐させて供給する吸気マニホールド２２とが接続してある。また、発電システム１は、電子制御ユニット等の制御コンピュータ８によって制御可能であり、スロットルバルブ５１の開度は、制御コンピュータ８によって、発電機１１の発電出力が目標出力になるよう制御される。
また、発電機１１は、商用電源１００と系統連系を行って発電を行うよう構成してあり、発電システム１は、発電機１１の発電出力を商用電源１００と系統連系させたときに、発電機１１に負荷１０１が加えられるよう構成してある。
図３に示すごとく、本例の発電システム１の制御方法において、発電システム１を始動する際には、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップ（ステップＳ１０１）と、電磁弁６２を開けてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始して、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップ（Ｓ１０２）と、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する系統連系開始ステップ（Ｓ１０３）とを順次行う。また、発電システム１を停止する際には、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップ（Ｓ１０７）と、電磁弁６２を閉じてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断する副燃料供給遮断ステップ（Ｓ１０８）とを順次行う。
図３に示すごとく、本例の発電システム１の制御方法において、発電システム１を始動する際には、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップ（ステップＳ１０１）と、電磁弁６２を開けてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始して、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップ（Ｓ１０２）と、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する系統連系開始ステップ（Ｓ１０３）とを順次行う。また、発電システム１を停止する際には、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップ（Ｓ１０７）と、電磁弁６２を閉じてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断する副燃料供給遮断ステップ（Ｓ１０８）とを順次行う。
以下に、本例の発電システム１の制御方法につき、図１〜図３と共に詳説する。
本例においては、図１に示すごとく、ガスエンジン２において２燃料混焼運転を行い、発電システム１を運転する際には、制御コンピュータ８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整して、第２ミキサー７Ｂへの主燃料ガスＦ１の流入量が決定されると共に、ガスエンジン２の出力に応じて過給機３の回転数が変化し、過給機３の回転数に応じて第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Ａの流入量に応じて第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が決定される。
本例においては、図１に示すごとく、ガスエンジン２において２燃料混焼運転を行い、発電システム１を運転する際には、制御コンピュータ８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整して、第２ミキサー７Ｂへの主燃料ガスＦ１の流入量が決定されると共に、ガスエンジン２の出力に応じて過給機３の回転数が変化し、過給機３の回転数に応じて第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Ａの流入量に応じて第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が決定される。
そして、発電システム１においては、制御コンピュータ８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を調整することにより、副燃料ガスＦ２だけでは不足する目標出力を出すために必要な熱量を、主燃料ガスＦ１によって補い、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、初期設定した割合以下に保つことができる。
図１に示すごとく、本例の発電機１１は、商用電源１００と系統連系を行ったときには、商用電源１００の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同期する一定の回転速度で発電を行うよう構成されている。また、発電機１１は、商用電源１００と同じ電圧及び周波数で発電を行うよう構成されている。
本例の制御コンピュータ８は、発電機１１の発電出力を電力計８１によって測定し、この発電出力が目標出力になるようスロットルバルブ５１の開度を調整して、フィードバック制御を行うよう構成してある。なお、制御コンピュータ８は、ガスエンジン２の回転数が目標回転数になるようスロットルバルブ５１の開度を調整することもできる。
本例の制御コンピュータ８は、発電機１１の発電出力を電力計８１によって測定し、この発電出力が目標出力になるようスロットルバルブ５１の開度を調整して、フィードバック制御を行うよう構成してある。なお、制御コンピュータ８は、ガスエンジン２の回転数が目標回転数になるようスロットルバルブ５１の開度を調整することもできる。
同図に示すごとく、本例の過給機３は、ガスエンジン２から排気される排ガスＧのエネルギーを利用して作動する排ガス過給機３である。この排ガス過給機３は、ガスエンジン２の複数の気筒２１における排気口を集結した排気マニホールド２３内を通過する排ガスＧによって回転するタービンホイール３１と、このタービンホイール３１の同軸上に連結し、タービンホイール３１の回転を受けて回転するコンプレッサホイール３２とを有して構成されている。そして、第２ミキサー７Ｂから過給機３へ送られた第２混合気Ｍ２は、コンプレッサホイール３２によって圧縮混合気Ｍ３とされて、ガスエンジン２へ供給される。
本例のスロットルバルブ５１は、制御コンピュータ８からの指令を受け、主燃料ガスＦ１を通過させる通過口に配設したバルブ本体５１１を、アクチュエータ５１２によって動作させて、上記通過口の開度を調整するよう構成されている。
本例のスロットルバルブ５１は、制御コンピュータ８からの指令を受け、主燃料ガスＦ１を通過させる通過口に配設したバルブ本体５１１を、アクチュエータ５１２によって動作させて、上記通過口の開度を調整するよう構成されている。
図２に示すごとく、本例の第１ミキサー７Ａは、メイン通路７０内にベンチュリー７１を設け、このベンチュリー７１におけるスロート部（絞り部）７１１の外周に、サブ通路７２における複数の先端開口穴７２１を開口させて構成したものである。そして、メイン通路７０内におけるベンチュリー７１を燃焼用空気Ａが通過すると、ベンチュリー７１におけるスロート部７１１が負圧になり、この負圧による吸引力によってサブ通路７２からメイン通路７０内へ副燃料ガスＦ２を吸引することができる。
また、本例の第２ミキサー７Ｂも、第１ミキサー７Ａと同様の構成を有しており、メイン通路７０を通過する第１混合気Ｍ１に主燃料ガスＦ１を混合するよう構成されている。
また、本例の第２ミキサー７Ｂも、第１ミキサー７Ａと同様の構成を有しており、メイン通路７０を通過する第１混合気Ｍ１に主燃料ガスＦ１を混合するよう構成されている。
また、図１に示すごとく、第１ミキサー７Ａ、第２ミキサー７Ｂ、及び過給機３のコンプレッサホイール３２は、吸気配管１２によって接続してある。
また、本例の副燃料配管６には、圧力レギュレータ６１の下流側に、副燃料配管６を開閉することができる電磁弁６２が設けてある。この電磁弁６２は、他の制御コンピュータ等によって動作可能であり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いて混焼させて運転を行う際には、常時、副燃料配管６を開けた状態にあり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１のみを燃焼させて運転を行う際には、副燃料配管６を閉じるよう構成してある。
また、本例の副燃料配管６には、圧力レギュレータ６１の下流側に、副燃料配管６を開閉することができる電磁弁６２が設けてある。この電磁弁６２は、他の制御コンピュータ等によって動作可能であり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いて混焼させて運転を行う際には、常時、副燃料配管６を開けた状態にあり、ガスエンジン２において、主燃料ガスＦ１のみを燃焼させて運転を行う際には、副燃料配管６を閉じるよう構成してある。
同図に示すごとく、本例においては、空気配管４は大気に開放されており、副燃料配管６は、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が生成又は貯蔵されたタンク（図示略）に接続されている。また、圧力レギュレータ６１による副燃料ガスＦ２の設定圧力は、ほぼ大気圧となるよう設定してある。
空気配管４の入口部には、ガスエンジン２への異物混入を防止するためのエアフィルター４１が配設してある。そして、発電システム１を長期間稼働させる際には、空気配管４におけるエアフィルター４１の下流側においては、エアフィルター４１に生じた詰まりによって大気圧よりも若干負圧になっている。
空気配管４の入口部には、ガスエンジン２への異物混入を防止するためのエアフィルター４１が配設してある。そして、発電システム１を長期間稼働させる際には、空気配管４におけるエアフィルター４１の下流側においては、エアフィルター４１に生じた詰まりによって大気圧よりも若干負圧になっている。
図１に示すごとく、本例の圧力レギュレータ６１は、その設定圧力を調整するパイロット部６１１が、配管６１２によって空気配管４におけるエアフィルター４１の配設位置よりも下流側であって、第１ミキサー７Ａよりも上流側に接続してある。そして、圧力レギュレータ６１は、空気配管４におけるエアフィルター４１の下流側の燃焼用空気Ａの圧力が低下したときには、この圧力の低下に応じて設定圧力を低く補正するよう構成してある。
具体的には、発電システム１を長期間稼働させる際に、エアフィルター４１に詰まりが生じたときには、エアフィルター４１における圧損の増加により、エアフィルター４１の下流側における燃焼用空気Ａの圧力が若干低下するものの、この圧力の若干の低下に応じて、圧力レギュレータ６１の設定圧力も若干低く補正される。これにより、圧力レギュレータ６１の設定圧力がエアフィルター４１の下流側における燃焼用空気Ａの圧力よりも相対的に高くなってしまうことが抑制され、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が若干増加してしまうことを抑制することができる。そのため、発電システム１を長期的に稼働させる際に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量が若干増加してしまうことを抑制することができる。
また、発電システム１の運転前においては、圧力レギュレータ６１の設定圧力を所定の値に設定することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の供給圧力が決定される。また、副燃料配管６において、圧力レギュレータ６１と電磁弁６２との間には、手動のバルブを配設することができる。そして、発電システム１の初期設定時等には、上記手動のバルブを操作して、副燃料ガスＦ２の流量の調整をしておくことができる。
また、圧力レギュレータ６１による副燃料ガスＦ２の圧力の設定により、副燃料ガスＦ２中に、水素やブタン等のノッキングを起こしやすいガスが含まれる場合には、ノッキングを回避するために副燃料ガスＦ２の混合割合を、所定の割合以下に抑えることができる。
また、圧力レギュレータ６１による副燃料ガスＦ２の圧力の設定により、副燃料ガスＦ２中に、水素やブタン等のノッキングを起こしやすいガスが含まれる場合には、ノッキングを回避するために副燃料ガスＦ２の混合割合を、所定の割合以下に抑えることができる。
また、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量は、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給熱量と副燃料ガスＦ２の供給熱量との合計供給熱量に対して、上記ノッキングを防止できる範囲で決定することができる。また、主燃料ガスＦ１の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、発電機１１における急激な負荷変動に追従できる範囲で決定することができる。そして、副燃料ガスＦ２の供給熱量を主燃料ガスＦ１の供給熱量よりも多くしても、ガスエンジン２の運転が可能である。なお、主燃料ガスＦ１の供給熱量は、上記合計供給熱量に対して、最低でも１０％程度は必要と考える。
本例の発電システム１においては、２燃料混焼運転を行う際に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。
具体的には、本例の発電システム１においては、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１によって、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量を調整しておき、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
具体的には、本例の発電システム１においては、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１によって、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量を調整しておき、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対する副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で初期設定しておく。
この初期設定を行うときには、副燃料ガスＦ２の熱量が最大となる場合を想定し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えない範囲内で、副燃料ガスＦ２の供給流量の割合を設定する。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ６１によって設定圧力に調整し、副燃料配管６に設けた手動バルブの開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
なお、上記初期設定を行うときには、圧力レギュレータ６１によって設定圧力に調整し、副燃料配管６に設けた手動バルブの開度を調整して流量の微調整を行うことができる。
本例において、ガスエンジン２において２燃料混焼運転を行い、発電システム１の運転を行う際には、第１ミキサー７Ａにおいて、燃焼用空気Ａと副燃料ガスＦ２との第１混合気Ｍ１が作り出され、第２ミキサー７Ｂにおいて、第１混合気Ｍ１と主燃料ガスＦ１との第２混合気Ｍ２が作り出される。次いで、過給機３において、第２混合気Ｍ２が圧縮されて圧縮混合気Ｍ３が作り出され、この圧縮混合気Ｍ３が吸気マニホールド２２を経由してガスエンジン２における複数の気筒２１に供給される。そして、制御コンピュータ８によってスロットルバルブ５１の開度を調整して、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を調整することにより、発電機１１を目標出力で作動させることができる。
本例の発電システム１において、ガスエンジン２の出力を上昇させるときには、制御コンピュータ８からの指令によってスロットルバルブ５１の開度が増加し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が増加する。このとき、ガスエンジン２からの排ガスＧの温度が増加することによって、過給機３の膨張仕事が増加し、過給機３の回転数が増加する。これにより、過給機３への第２混合気Ｍ２の流入量、第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量及び第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量がそれぞれ増加し、第１ミキサー７Ａのベンチュリー７１における吸引力が増加することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が増加する。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が増加したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も増加させることができる。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が増加したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も増加させることができる。
一方、ガスエンジン２の出力を低下させるときには、制御コンピュータ８からの指令によってスロットルバルブ５１の開度が減少し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が減少する。このとき、ガスエンジン２からの排ガスＧの温度が減少することによって、過給機３の膨張仕事が減少し、過給機３の回転数が減少する。これにより、過給機３への第２混合気Ｍ２の流入量、第２ミキサー７Ｂへの第１混合気Ｍ１の流入量及び第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量がそれぞれ減少し、第１ミキサー７Ａのベンチュリー７１における吸引力が減少することにより、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量が減少する。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が減少したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も減少させることができる。
こうして、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量が減少したときには、ガスエンジン２への燃焼用空気Ａ及び副燃料ガスＦ２の供給流量も減少させることができる。
そして、本例の発電システム１においては、副燃料ガスＦ２の組成等が変化し、その熱量が変動したときには、この熱量の変動を主燃料ガスＦ１の供給流量によって補うことができる。具体的には、副燃料ガスＦ２の熱量が減少したときには、制御コンピュータ８は、発電機１１の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ５１の開度を増加させ、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を増加させることができる。一方、副燃料ガスＦ２の熱量が増加したときには、制御コンピュータ８は、発電機１１の発電出力が目標出力になるように、スロットルバルブ５１の開度を減少させ、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を減少させることができる。これにより、本例においては、副燃料ガスＦ２の熱量の変動を補い、発電機１１が目標出力を出すために必要な熱量の燃料ガスを、常時ガスエンジン２へ供給することができる。
また、副燃料配管６から第１ミキサー７Ａへ供給される副燃料ガスＦ２の圧力は、圧力レギュレータ６１によって所定の値に設定してあることにより、副燃料ガスＦ２のタンク等における元圧が変動しても、第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量に応じて、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量を安定して変化させることができる。また、第１ミキサー７Ａへの副燃料ガスＦ２の流入量は、常に第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量と、圧力レギュレータ６１による設定圧力により決定され、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量の変化に応じて、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量を安定して変化させることができる。
これにより、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給流量に対するガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給流量の割合が、初期設定した割合、すなわちガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。
また、副燃料ガスＦ２の熱量が変動した場合、又は発電機１１に対する負荷１０１が変動してガスエンジン２の出力が変動する場合においても、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、２燃料混焼運転を行う際に、ガスエンジン２の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
また、副燃料ガスＦ２の熱量が変動した場合、又は発電機１１に対する負荷１０１が変動してガスエンジン２の出力が変動する場合においても、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２との合計供給熱量に対する副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合が、ガスエンジン２において安定運転ができる所定の割合を超えないようにすることができる。そのため、２燃料混焼運転を行う際に、ガスエンジン２の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
それ故、本例の発電システム１によれば、スロットルバルブ５１以外に開度を制御するバルブを用いず、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給熱量の割合を、常に安定運転ができる所定の割合以下に保つことができる。
また、本例の発電システム１においては、ガスエンジン２に供給される燃料ガスの熱量に応じて、燃焼用空気Ａがガスエンジン２に供給されることになる。そのため、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２における空気比（空気過剰率、すなわち実際に供給した空気量を、理論上、燃料ガスを完全燃焼させるために要する空気量で割った値）をほぼ一定に保つことができる。なお、ガスエンジン２における空気比は、過給機３の特性、燃焼用空気Ａの温度等の影響を受けて若干変化することがある。
また、本例の発電システム１においては、その始動時及び停止時に以下の制御を行って、ガスエンジン２の運転が不安定になることを防止することができる。以下に、発電システム１の制御方法及びその作用効果につき、図３と共に説明する。
具体的には、本例の発電システム１を始動する際には、始動ステップ（図３のステップＳ１０１）として、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた主燃料単独運転を開始する。このとき、発電機１１の発電出力は、商用電源１００との系統連系を遮断した状態にある。また、主燃料単独運転は、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度が商用電源１００の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同期する略一定の回転速度になるまで行う。そして、発電機１１の周波数及び電圧を定格値まで立ち上げる。
具体的には、本例の発電システム１を始動する際には、始動ステップ（図３のステップＳ１０１）として、電磁弁６２を閉じて主燃料ガスＦ１を用いた主燃料単独運転を開始する。このとき、発電機１１の発電出力は、商用電源１００との系統連系を遮断した状態にある。また、主燃料単独運転は、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度が商用電源１００の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）と同期する略一定の回転速度になるまで行う。そして、発電機１１の周波数及び電圧を定格値まで立ち上げる。
次いで、副燃料供給開始ステップ（図３のＳ１０２）として、電磁弁６２を開けてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始して、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いた２燃料混焼運転を開始する。このとき、発電機１１を商用電源１００に対して系統連系させていないことにより、発電機１１は無負荷状態にある。そのため、発電機１１に急激な負荷１０１が加わって発電機１１の発電出力が急激に上昇してしまうことを防止することができる。
また、副燃料ガスＦ２の供給を開始したときには、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度が瞬時に上昇し、第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの吸込量が増加するため、空気比が小さくなる（ガスリッチになる）ことが緩和される。なお、このときには、ガスエンジン２も無負荷状態にあり、ガスエンジン２の回転速度は素早く略一定の回転速度に復帰することができる。
また、副燃料ガスＦ２の供給を開始したときには、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度が瞬時に上昇し、第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの吸込量が増加するため、空気比が小さくなる（ガスリッチになる）ことが緩和される。なお、このときには、ガスエンジン２も無負荷状態にあり、ガスエンジン２の回転速度は素早く略一定の回転速度に復帰することができる。
その後、系統連系開始ステップ（図３のＳ１０３）として、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する。この系統連系は、上記瞬時に上昇したガスエンジン２の回転速度が略一定の回転速度に復帰した後に開始することができる。これにより、上記２燃料混焼運転が安定した後に、発電機１１に負荷１０１を加えることができ、ガスエンジン２の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
そして、上述したように、ガスエンジン２において２燃料混焼運転を行い、発電システム１においては、発電機１１の発電出力が、この発電機１１に対する負荷１０１を駆動するための目標出力になるよう負荷追従運転を行うことができる（図３のＳ１０４）。次いで、発電システム１の管理コンピュータからスロットルバルブ５１を制御する制御コンピュータ８に停止信号が送られたときには（図３のＳ１０５）、制御コンピュータ８は、スロットルバルブ５１の開度を減少させて発電出力を低下させる（図３のＳ１０６）。
その後、本例の発電システム１を停止する際には、系統連系遮断ステップ（図３のＳ１０７）として、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する。次いで、副燃料供給遮断ステップ（図３のＳ１０８）として、電磁弁６２を閉じてガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断する。この副燃料ガスＦ２の供給の遮断は、発電機１１に対する負荷状態がほぼ無負荷になった後に行うことができる。そのため、発電機１１に対する負荷１０１が急激になくなって発電機１１の発電出力が急激に低下してしまうことを防止することができる。
また、副燃料ガスＦ２の供給を遮断したときには、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度が瞬時に低下し、第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの吸込量が減少するため、空気比が大きくなる（ガスリーンになる）ことが緩和される。そのため、ガスエンジン２の運転が不安定になってしまうことを防止することができる。
また、本例においては、スロットルバルブ５１以外に開度を制御するバルブを用いる必要がなく、発電システム１の機械的及び電気的構造が簡単であり、その制御が容易である。
また、本例においては、スロットルバルブ５１以外に開度を制御するバルブを用いる必要がなく、発電システム１の機械的及び電気的構造が簡単であり、その制御が容易である。
それ故、本例の発電システム１の制御方法によれば、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いてガスエンジン２を運転し、発電機１１を商用電源１００と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２を安定して運転することができる。
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、燃焼用空気Ａと主燃料ガスＦ１とを混合した第１混合気Ｍ１に、副燃料ガスＦ２を混合して第２混合気Ｍ２を作り出すよう構成した例である。
本例の発電システム１も、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系とを有している。
本例は、図４に示すごとく、燃焼用空気Ａと主燃料ガスＦ１とを混合した第１混合気Ｍ１に、副燃料ガスＦ２を混合して第２混合気Ｍ２を作り出すよう構成した例である。
本例の発電システム１も、都市ガス等の主燃料ガスＦ１をガスエンジン２へ供給する主燃料供給系と、バイオガス等の副燃料ガスＦ２をガスエンジン２へ供給する副燃料供給系とを有している。
同図に示すごとく、本例の主燃料供給系は、燃焼用空気Ａが供給される空気配管４と、主燃料ガスＦ１が供給される主燃料配管５と、主燃料配管５に設けたスロットルバルブ５１と、空気配管４から流入する燃焼用空気Ａに主燃料配管５からスロットルバルブ５１による流量調整後の主燃料ガスＦ１を混合して第１混合気Ｍ１を作り出す第１ミキサー７Ａとを有している。
本例の副燃料供給系は、バイオガス等の副燃料ガスＦ２が供給される副燃料配管６と、副燃料配管６に設けた圧力レギュレータ６１及び電磁弁６２と、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１に副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して第２混合気Ｍ２を作り出す第２ミキサー７Ｂとを有している。
第２ミキサー７Ｂは、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１がベンチュリー７１を通過する際に生じる吸引力に応じて、副燃料配管６から圧力レギュレータ６１による圧力設定後の副燃料ガスＦ２が吸引されるよう構成されている。また、第２ミキサー７Ｂは、電磁弁６２が閉じているときには、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１を通過させる一方、電磁弁６２が開いているときには、第１ミキサー７Ａから流入する第１混合気Ｍ１に、副燃料配管６から流入する副燃料ガスＦ２を混合して、第２混合気Ｍ２を作り出すよう構成されている。
また、本例の圧力レギュレータ６１は、その設定圧力を調整するパイロット部６１１が、配管６１２によって第１ミキサー７Ａと第２ミキサー７Ｂとを接続する吸気配管１２に接続してある。
また、本例の圧力レギュレータ６１は、その設定圧力を調整するパイロット部６１１が、配管６１２によって第１ミキサー７Ａと第２ミキサー７Ｂとを接続する吸気配管１２に接続してある。
本例において、ガスエンジン２における２燃料混焼運転を行い、発電システム１の負荷追従運転を行う際には、第１ミキサー７Ａにおいて、燃焼用空気Ａと主燃料ガスＦ１との第１混合気Ｍ１が作り出され、第２ミキサー７Ｂにおいて、第１混合気Ｍ１と副燃料ガスＦ２との第２混合気Ｍ２が作り出される。次いで、過給機３において、第２混合気Ｍ２が圧縮されて圧縮混合気Ｍ３が作り出され、この圧縮混合気Ｍ３が吸気マニホールド２２を経由してガスエンジン２における複数の気筒２１に供給される。
また、本例の発電システム１においては、制御コンピュータ８により発電機１１の目標出力に応じてスロットルバルブ５１の開度を制御して、第１ミキサー７Ａへの主燃料ガスＦ１の流入量が決定されると共に、ガスエンジン２の出力に応じて過給機３の回転数が変化し、過給機３の回転数に応じて第１ミキサー７Ａへの燃焼用空気Ａの流入量が決定され、かつ燃焼用空気Ａの流入量に応じて第２ミキサー７Ｂへの副燃料ガスＦ２の流入量が決定される。こうして、制御コンピュータ８によってスロットルバルブ５１の開度を調整して、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給流量を調整することにより、発電機１１を目標出力で作動させることができる。
また、本例の発電機１１も、商用電源１００と系統連系を行って発電を行うよう構成してあり、発電システム１は、発電機１１の発電出力を商用電源１００と系統連系させたときに、発電機１１に負荷１０１が加えられるよう構成してある。
また、本例の発電システム１の制御方法においても、上記実施例１と同様に、発電システム１を始動する際には、上記始動ステップ、副燃料供給開始ステップ、系統連系開始ステップを順次行い、発電システム１を停止する際には、上記系統連系遮断ステップ、副燃料供給遮断ステップを順次行う。
また、本例の発電システム１の制御方法においても、上記実施例１と同様に、発電システム１を始動する際には、上記始動ステップ、副燃料供給開始ステップ、系統連系開始ステップを順次行い、発電システム１を停止する際には、上記系統連系遮断ステップ、副燃料供給遮断ステップを順次行う。
それ故、本例の発電システム１の制御方法によっても、主燃料ガスＦ１と副燃料ガスＦ２とを用いてガスエンジン２を運転し、発電機１１を商用電源１００と系統連系させる場合に、特別な制御を行うことなく、ガスエンジン２を安定して運転することができる。本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（確認試験）
本確認試験においては、発電システム１を始動する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（試験１）と、発電システム１を停止する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（試験２）とについて、ガスエンジン２及び発電機１１における運転状況の変化について確認した。
また、比較のために、発電システム１を始動する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（比較試験１）と、発電システム１を停止する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（比較試験２）とについても、ガスエンジン２及び発電機１１における運転状況の変化について確認した。
本確認試験においては、発電システム１を始動する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（試験１）と、発電システム１を停止する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（試験２）とについて、ガスエンジン２及び発電機１１における運転状況の変化について確認した。
また、比較のために、発電システム１を始動する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（比較試験１）と、発電システム１を停止する際に、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（比較試験２）とについても、ガスエンジン２及び発電機１１における運転状況の変化について確認した。
本確認試験においては、発電システム１の始動時及び停止時において、スロットルバルブ５１の開度、発電機１１の発電出力（電力）、ガスエンジン２（及び発電機１１）の回転速度、空気比の変化について測定を行った。
図５、図７、図９、図１１は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸に、スロットルバルブ５１の開度（％）、発電機１１の電力、ガスエンジン２の回転速度をとって、発電システム１の始動時又は停止時におけるこれらの変化を示すグラフである。なお、発電機１１の電力、ガスエンジン２の回転速度は、いずれも定格値に対する割合（対定格％）で示す。
図５、図７、図９、図１１は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸に、スロットルバルブ５１の開度（％）、発電機１１の電力、ガスエンジン２の回転速度をとって、発電システム１の始動時又は停止時におけるこれらの変化を示すグラフである。なお、発電機１１の電力、ガスエンジン２の回転速度は、いずれも定格値に対する割合（対定格％）で示す。
また、図６、図８、図１０、図１２は、横軸に時間（秒）をとり、縦軸にガスエンジン２における空気比をとって、発電システム１の始動時又は停止時における空気比の変化を示すグラフである。図５、図６は、試験１について、図７、図８は、試験２について、図９、図１０は、比較試験１について、図１１、図１２は、比較試験２について、それぞれ測定を行った結果を示す。
試験１について、図５においては、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する前において、約３０（秒）経過付近で、電磁弁６２を開け、副燃料ガスＦ２の供給を開始している。このとき、スロットルバルブ５１の開度が減少し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給量が減少する。また、このとき、ガスエンジン２の回転速度が瞬間的に若干上昇していることがわかる。そして、これにより、ガスエンジン２における空気比が急激に小さくなる（ガスリッチになる）ことが緩和されていることがわかる。
なお、図６において、副燃料ガスＦ２の供給を開始したときには、空気比が瞬間的に若干小さくなっている（ガスリッチになっている）ことがわかる。ここで、空気比の変化が、副燃料ガスＦ２の供給開始時期よりも遅れて現れているのは、排ガスＧを吸引し、その残存酸素濃度等を測定して空気比を求めているためである。実際には、空気比の変化は、副燃料ガスＦ２の供給開始時期に現れていると考える。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（試験１）には、ガスエンジン２における空気比の急激な低下がなく、ガスエンジン２の運転が不安定になることを防止できることがわかる。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（試験１）には、ガスエンジン２における空気比の急激な低下がなく、ガスエンジン２の運転が不安定になることを防止できることがわかる。
試験２について、図７においては、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断した後において、約３０（秒）経過付近で、電磁弁６２を開じ、副燃料ガスＦ２の供給を遮断している。このとき、スロットルバルブ５１の開度が増加し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給量が増加する。また、このとき、ガスエンジン２の回転速度が瞬間的に若干低下していることがわかる。そして、これにより、ガスエンジン２における空気比が急激に大きくなる（ガスリーンになる）ことが緩和されていることがわかる。
なお、図８において、副燃料ガスＦ２の供給を遮断したときには、空気比が瞬間的に若干小さくなっている（ガスリッチになっている）ことがわかる。ここで、空気比の変化が、副燃料ガスＦ２の供給開始時期よりも遅れて現れているのは、上記と同様の理由による。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（試験２）には、ガスエンジン２における空気比の急激な上昇がなく、ガスエンジン２の運転が不安定になることを防止できることがわかる。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（試験２）には、ガスエンジン２における空気比の急激な上昇がなく、ガスエンジン２の運転が不安定になることを防止できることがわかる。
比較試験１について、図９においては、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始した後において、約３０（秒）経過付近で、電磁弁６２を開け、副燃料ガスＦ２の供給を開始している。このとき、スロットルバルブ５１の開度が減少し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給量が減少する。また、このとき、ガスエンジン２の回転速度の変化がほとんどないものの、発電機１１の電力が急激に上昇していることがわかる。
これにより、図１０に示すごとく、副燃料ガスＦ２の供給を開始したときには、ガスエンジン２における空気比が急激に小さくなっている（ガスリッチになっている）ことがわかる。ここで、空気比の変化が、副燃料ガスＦ２の供給開始時期よりも遅れて現れているのは、上記と同様の理由による。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（比較試験１）には、ガスエンジン２における空気比の急激な低下があり、ガスエンジン２の運転が不安定になることがわかる。また、ガスエンジン２の運転が安定状態に戻るまでに長い時間を要していることがわかる。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を開始した後に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を開始した場合（比較試験１）には、ガスエンジン２における空気比の急激な低下があり、ガスエンジン２の運転が不安定になることがわかる。また、ガスエンジン２の運転が安定状態に戻るまでに長い時間を要していることがわかる。
比較試験２について、図１１においては、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する前において、約３０（秒）経過付近で、電磁弁６２を開じ、副燃料ガスＦ２の供給を遮断している。このとき、スロットルバルブ５１の開度が増加し、ガスエンジン２への主燃料ガスＦ１の供給量が増加する。また、このとき、ガスエンジン２の回転速度の変化がほとんどないものの、発電機１１の電力が急激に低下していることがわかる。
これにより、図１２に示すごとく、副燃料ガスＦ２の供給を遮断したときには、ガスエンジン２における空気比が急激に大きくなっている（ガスリーンになっている）ことがわかる。ここで、空気比の変化が、副燃料ガスＦ２の供給開始時期よりも遅れて現れているのは、上記と同様の理由による。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（比較試験２）には、ガスエンジン２における空気比の急激な上昇があり、ガスエンジン２の運転が不安定になることがわかる。また、ガスエンジン２の運転が安定状態に戻るまでに長い時間を要していることがわかる。
このように、発電機１１の商用電源１００との系統連系を遮断する前に、ガスエンジン２への副燃料ガスＦ２の供給を遮断した場合（比較試験２）には、ガスエンジン２における空気比の急激な上昇があり、ガスエンジン２の運転が不安定になることがわかる。また、ガスエンジン２の運転が安定状態に戻るまでに長い時間を要していることがわかる。
１００ 商用電源
１０１ 負荷
１ 発電システム
１１ 発電機
２ ガスエンジン
２１ 気筒
２２ 吸気マニホールド
３ 過給機
４ 空気配管
５ 主燃料配管
５１ スロットルバルブ
６ 副燃料配管
６１ 圧力レギュレータ
６２ 電磁弁
７Ａ 第１ミキサー
７Ｂ 第２ミキサー
７１ ベンチュリー
８ 制御コンピュータ
Ａ 燃焼用空気
Ｆ１ 主燃料ガス
Ｆ２ 副燃料ガス
Ｍ１ 第１混合気
Ｍ２ 第２混合気
Ｍ３ 圧縮混合気
Ｇ 排ガス
１０１ 負荷
１ 発電システム
１１ 発電機
２ ガスエンジン
２１ 気筒
２２ 吸気マニホールド
３ 過給機
４ 空気配管
５ 主燃料配管
５１ スロットルバルブ
６ 副燃料配管
６１ 圧力レギュレータ
６２ 電磁弁
７Ａ 第１ミキサー
７Ｂ 第２ミキサー
７１ ベンチュリー
８ 制御コンピュータ
Ａ 燃焼用空気
Ｆ１ 主燃料ガス
Ｆ２ 副燃料ガス
Ｍ１ 第１混合気
Ｍ２ 第２混合気
Ｍ３ 圧縮混合気
Ｇ 排ガス
Claims (4)
- 複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記第１ミキサーから流入する上記燃焼用空気又は上記第１混合気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法。 - 請求項１において、上記副燃料配管には、圧力レギュレータが設けてあり、
上記第１ミキサーにおいては、上記電磁弁が開いているときには、上記空気配管から流入する上記燃焼用空気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該燃焼用空気に当該副燃料ガスを混合して、上記第１混合気を作り出すことを特徴とする発電システムの制御方法。 - 複数の気筒を備えたガスエンジンと、
該ガスエンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気が供給される空気配管と、
主燃料ガスが供給される主燃料配管と、
該主燃料配管に設けたスロットルバルブと、
上記空気配管から流入する上記燃焼用空気に、上記主燃料配管から上記スロットルバルブによる流量調整後の上記主燃料ガスを混合して、第１混合気を作り出す第１ミキサーと、
バイオガス等の副燃料ガスが供給される副燃料配管と、
該副燃料配管に設けた電磁弁と、
該電磁弁が閉じているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気を通過させる一方、上記電磁弁が開いているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気に、上記副燃料配管から流入する上記副燃料ガスを混合して、第２混合気を作り出す第２ミキサーと、
上記ガスエンジンからの排ガスを利用し、上記第２ミキサーから流入する上記第２混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から流入する上記圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐させて供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力が目標出力になるよう上記スロットルバルブの開度を調整する制御コンピュータとを有しており、
上記発電機の発電出力を商用電源と系統連系させたときに、当該発電機に負荷が加えられるよう構成した発電システムの制御方法であって、
該発電システムを始動する際には、上記電磁弁を閉じて上記主燃料ガスを用いた主燃料単独運転を開始する始動ステップと、上記電磁弁を開けて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を開始して、上記主燃料ガスと上記副燃料ガスとを用いた２燃料混焼運転を開始する副燃料供給開始ステップと、上記発電機の上記商用電源との系統連系を開始する系統連系開始ステップとを順次行い、
上記発電システムを停止する際には、上記発電機の上記商用電源との系統連系を遮断する系統連系遮断ステップと、上記電磁弁を閉じて上記ガスエンジンへの上記副燃料ガスの供給を遮断する副燃料供給遮断ステップとを順次行うことを特徴とする発電システムの制御方法。 - 請求項３において、上記副燃料配管には、圧力レギュレータが設けてあり、
上記第２ミキサーにおいては、上記電磁弁が開いているときには、上記第１ミキサーから流入する上記第１混合気がベンチュリーを通過する際に生じる吸引力に応じて、上記副燃料配管から上記圧力レギュレータによる圧力設定後の上記副燃料ガスが流入することにより、当該第１混合気に当該副燃料ガスを混合して、上記第２混合気を作り出すことを特徴とする発電システムの制御方法。
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