JP2010182073A - Cogeneration system, its operation plan creation method and operation plan creation device - Google Patents

Cogeneration system, its operation plan creation method and operation plan creation device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a suitable operation plan with small amounts of calculation. <P>SOLUTION: The operation plan creation device of a cogeneration system equipped with a power generation device and a heat accumulation device for accumulating heat by collecting an exhaust heat is provided with: a prediction amount storage part 51 for storing future power usage prediction value and a future heat usage prediction value; an adaptivity calculation part 52 for determining the amounts of energy reduction in the case of operating a power generation device on the basis of the power usage prediction value and the heat usage prediction value so that it can be represented with an individual consisting of gene indicating the amounts of power generation by time period; an individual group generation part 53 for generating a first generation being the group of individuals; a load follow-up individual generation part 54 for generating a load follow-up individual whose gene is at least partially associated with the power usage predication value; a mating part 55 for generating the group of individuals in a new generation from the group of individuals in the previous generation by a genetic algorithm so that the amounts of energy reduction can be increased; and an operation plan creation part 56 for creating an operation plan from the individual whose amounts of energy reduction are the largest among the group of individuals in the last generation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、家庭用燃料電池システムなどのコジェネレーションシステム並びにその運転計画作成方法および運転計画作成装置に関する。   The present invention relates to a cogeneration system such as a household fuel cell system, an operation plan creation method thereof, and an operation plan creation apparatus.

家庭用燃料電池システムは、都市ガスやLPガス等を用いた発電を行いながら、排熱を回収して湯を作るコジェネレーションシステムである。燃料電池システムを設置した家庭では、電力を商用電力系統のみから、湯は給湯ボイラーのみから供給されている家庭に比べ、一次エネルギーの消費量を削減する省エネ効果が期待できる。   A household fuel cell system is a cogeneration system that recovers exhaust heat and produces hot water while generating power using city gas or LP gas. A household with a fuel cell system can be expected to have an energy saving effect that reduces the amount of primary energy consumed compared to a household where electric power is supplied only from a commercial power system and hot water is supplied only from a hot water boiler.

一般的な家庭用燃料電池システムでは、都市ガスやLPガスなどの燃料が燃料制御手段によって流量を制御されながら燃料電池ユニットに供給される。この燃料は、改質手段によって水素リッチな改質ガスに処理され、燃料電池本体に供給される。燃料電池本体は、この改質ガスと周辺の空気によって発電する。燃料電池本体で発電された直流電気は、インバータによって交流電気に変換され、商用電力系統とあわせて設置家庭の電力負荷に供給される。   In a general household fuel cell system, fuel such as city gas or LP gas is supplied to the fuel cell unit while the flow rate is controlled by the fuel control means. This fuel is processed into reformed gas rich in hydrogen by the reforming means and supplied to the fuel cell main body. The fuel cell main body generates power with this reformed gas and the surrounding air. The direct current electricity generated by the fuel cell body is converted into alternating current electricity by an inverter, and is supplied to the installed household power load together with the commercial power system.

発電の際に燃料電池本体で発生した熱は、燃料電池冷却水と熱交換手段を介して貯湯ユニット中の貯湯タンクに蓄熱され、設置家庭には貯湯タンクに貯めた湯が供給される。また、燃料電池本体の排ガスや改質手段の排ガスからも熱回収される。   The heat generated in the fuel cell body during power generation is stored in the hot water storage tank in the hot water storage unit via the fuel cell cooling water and the heat exchange means, and the hot water stored in the hot water storage tank is supplied to the installation household. Also, heat is recovered from the exhaust gas of the fuel cell main body and the exhaust gas of the reforming means.

運転計画設定手段は、設置家庭に適した燃料電池システムの運転計画を立てる。出力制御手段は、運転計画設定手段によって立てられた運転計画に従って、燃料電池の出力を制御する。具体的には、燃料制御手段の出力を変化させ、燃料流量などを制御している。燃料電池ユニットから供給する電力が、設置家庭の電力負荷を超えると、商用電力系統に逆潮流される。この逆潮流を回避するために、出力制御手段は、運転計画に従った出力制御を行いながらも、インバータからの出力電力が電力負荷を超えようとしたときは、運転計画以下の出力に制御する。   The operation plan setting means makes an operation plan of the fuel cell system suitable for the installation home. The output control means controls the output of the fuel cell according to the operation plan established by the operation plan setting means. Specifically, the fuel flow rate is controlled by changing the output of the fuel control means. When the power supplied from the fuel cell unit exceeds the power load of the installed home, the power flows backward to the commercial power system. In order to avoid this reverse power flow, the output control means controls the output below the operation plan when the output power from the inverter exceeds the power load while performing the output control according to the operation plan. .

家庭用燃料電池システムの運用においては、運転計画決定手段で立てる運転計画が省エネ効果に大きな影響を与える。たとえば、湯の使用量の多い家庭において発電量が過少である場合、十分な電力や湯を家庭に供給できず、高い省エネ効果が得られないことは自明である。一方で、発電量を増加させて湯の回収量の増加を図っても、システムの発電容量による制約や逆潮流回避のための制約がある。仮に高出力で多くの熱回収ができたとしても、熱回収量が過多になると、貯湯タンク内に湯が余る状態が長く続き、放熱量の増加やラジエータ作動が起こるため、省エネ性が低下する。   In the operation of a household fuel cell system, the operation plan established by the operation plan determination means greatly affects the energy saving effect. For example, when the amount of power generation is too small in a household where a large amount of hot water is used, it is obvious that sufficient power and hot water cannot be supplied to the household, and a high energy saving effect cannot be obtained. On the other hand, even if the amount of power generation is increased to increase the amount of recovered hot water, there are restrictions due to the power generation capacity of the system and restrictions for avoiding reverse power flow. Even if a large amount of heat can be recovered with high output, if the amount of heat recovered becomes excessive, the remaining hot water in the hot water storage tank will continue for a long time, resulting in increased heat dissipation and radiator operation, resulting in reduced energy savings. .

特開2004−318824号公報JP 2004-318824 A

家庭用燃料電池システムで高い省エネ性を実現するためには、設置家庭における湯の使用量に対して湯切れ・湯余りを発生させないことが重要である。このため、運転計画設定手段において設置家庭の電気・湯の使用パターンを考慮した、最適な運転計画を立てることが不可欠である。   In order to achieve high energy savings in a home fuel cell system, it is important that hot water runs out and excess water does not occur with respect to the amount of hot water used in the installed home. For this reason, it is indispensable to make an optimal operation plan in consideration of the usage pattern of electricity and hot water in the installation home in the operation plan setting means.

しかし、実際に最適な運転計画を見つけることは、電力・湯の使用パターンやシステム効率など多数の計算条件のもと、無数に存在する運転計画から最適解を見出すことに等しい。このため、非常に複雑な最適化問題を解く必要がある。そこで、特許文献1には、複雑な最適化問題を解くのに有効な遺伝的アルゴリズムを発展させた、確率モデル遺伝的アルゴリズムを用いて運転計画を立てる方法が開示されている。しかし、特許文献1に記載された確率モデル遺伝的アルゴリズムにおいては、最適化のための計算量が非常に多く、実際の燃料電池ユニット内で計算を実行するのは困難である。   However, actually finding the optimal operation plan is equivalent to finding an optimal solution from an infinite number of operation plans under many calculation conditions such as the usage pattern of power and hot water and system efficiency. For this reason, it is necessary to solve very complicated optimization problems. Therefore, Patent Document 1 discloses a method of making an operation plan using a stochastic model genetic algorithm, which is an advanced genetic algorithm effective for solving a complicated optimization problem. However, in the stochastic model genetic algorithm described in Patent Document 1, the amount of calculation for optimization is very large, and it is difficult to execute the calculation in an actual fuel cell unit.

そこで、本発明は、コジェネレーションシステムの好適な運転計画を少ない計算量で立てられるようにすることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to enable a suitable operation plan for a cogeneration system to be established with a small amount of calculation.

上述の目的を達成するため、本発明は、コジェネレーションシステムにおいて、電力負荷に電力を供給する発電装置と、前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶部と、時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出部と、前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成部と、少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成部と、前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配部と、最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成部と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides, in a cogeneration system, a power generation device that supplies power to an electric power load, a heat storage device that collects exhaust heat of the power generation device, stores the heat, and supplies the heat load to the heat load, A prediction amount storage unit that stores a predicted future power usage value of the power load and a predicted future heat usage value of the thermal load, and an individual represented by a gene that represents a power generation amount of the power generation device for each time zone As described above, the fitness calculation unit that obtains the fitness when the power generation apparatus is operated based on the predicted power usage value and the predicted heat usage value, and the first generation that is the group of individuals is generated. An individual group generation unit, a load following individual generation unit for forcibly generating a load following individual corresponding to the predicted power usage amount of at least a part of the gene, and a group of individuals of the previous generation To a new generation A mating portion for generating a group of serial individual in the genetic algorithm, and having a driving plan generator, the defining the operation plan on the basis of any of the individuals that have been generated up to the last generation.

また、本発明は、電力負荷に電力を供給する発電装置と、前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、を備えるコジェネレーションシステムの運転計画作成方法において、前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶工程と、時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出工程と、前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成工程と、少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成工程と、前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配工程と、最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成工程と、を有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an operation plan creation method for a cogeneration system comprising: a power generation device that supplies power to a power load; and a heat storage device that recovers and stores the exhaust heat of the power generation device to store the heat. A prediction amount storage step for storing a predicted future power usage amount of the power load and a predicted future heat usage amount of the thermal load, and an individual comprising a gene representing the power generation amount of the power generation device for each time zone And a fitness calculation step for determining fitness when the power generator is operated based on the predicted power usage value and the predicted heat usage value, and generating a first generation as a group of individuals A population generation step, a load following individual generation step for forcibly generating a load following individual in which at least some of the genes correspond to the predicted power usage value for any generation, and the previous generation of the individual A mating step of generating a group of individuals of a new generation from a genetic algorithm by a genetic algorithm, and an operation plan creation step of determining an operation plan based on any individual generated up to the last generation, To do.

また、本発明は、電力負荷に電力を供給する発電装置と、前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、を備えるコジェネレーションシステムの運転計画作成装置において、前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶部と、時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出部と、前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成部と、少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成部と、前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配部と、最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成部と、を有することを特徴とする。   In addition, the present invention provides an operation plan creation device for a cogeneration system comprising: a power generation device that supplies power to a power load; and a heat storage device that recovers and stores the exhaust heat of the power generation device and supplies the heat to the heat load. A predicted amount storage unit for storing a predicted future power usage value of the power load and a predicted future heat usage value of the thermal load, and an individual comprising a gene representing the power generation amount of the power generator for each time zone As shown, an fitness calculation unit that obtains fitness when the power generation apparatus is operated based on the predicted power usage value and the predicted heat usage value, and generates a first generation that is a group of the individuals An individual population generation unit, a load following individual generation unit for forcibly generating a load following individual corresponding to the predicted power usage amount of at least a part of the gene, and a generation of the individual of the previous generation New from the group And having a mating portion for generating Genetic Algorithm groups of the individual generations, the last and operational planning portion defining the operating schedule based on any of the individuals were generated to generation, the.

本発明によれば、コジェネレーションシステムの好適な運転計画を少ない計算量で立てられる。   According to the present invention, a suitable operation plan for a cogeneration system can be established with a small amount of calculation.

本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態におけるブロック図である。It is a block diagram in a 1st embodiment of a household fuel cell system concerning the present invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態における運転計画作成装置のブロック図である。It is a block diagram of the driving | operation plan preparation apparatus in 1st Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。It is a flowchart of the driving | operation plan preparation method in 1st Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態における第1世代の遺伝子を示す表である。It is a table | surface which shows the 1st generation gene in 1st Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態で運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum value of the fitness for every generation at the time of producing an operation plan in 1st Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 負荷追従個体を生成しないで運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。It is a graph which shows the maximum value of the fitness for every generation at the time of producing an operation plan, without producing | generating a load following individual | organism | solid. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第2の実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。It is a flowchart of the driving | operation plan preparation method in 2nd Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第2の実施の形態における電力使用予測量、運転計画遺伝子および貯湯タンク蓄熱予測量の時間変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the time change of the electric power use prediction amount in the 2nd Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention, an operation plan gene, and the hot water storage tank heat storage prediction amount. 遺伝子が全てゼロの個体を入れない場合の電力使用予測量、運転計画遺伝子および貯湯タンク蓄熱予測量の時間変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the time change of the electric power use prediction amount, the operation plan gene, and the hot water storage tank heat storage prediction amount when not putting the individual whose genes are all zero. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第3の実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。It is a flowchart of the driving | operation plan preparation method in 3rd Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る家庭用燃料電池システムの第3の実施の形態で運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。It is a graph which shows the highest value of the fitness for every generation at the time of producing an operation plan in 3rd Embodiment of the household fuel cell system which concerns on this invention. 過去の運転計画に対応する個体を用いないで運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。It is a graph which shows the highest value of the fitness for every generation at the time of producing an operation plan, without using the individual corresponding to the past operation plan.

本発明に係る燃料電池発電システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   An embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る家庭用燃料電池システムの第1の実施の形態におけるブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a household fuel cell system according to the present invention.

本実施の形態の家庭用燃料電池システムは、燃料電池ユニット31と、貯湯タンク19とを有している。燃料電池ユニット31は、燃料電池発電装置32と、出力制御装置15と、熱交換器18と、運転計画作成装置17とを有している。燃料電池発電装置32は、燃料制御器11と、改質器12と、燃料電池本体13と、インバータ14とを有している。   The household fuel cell system of the present embodiment includes a fuel cell unit 31 and a hot water storage tank 19. The fuel cell unit 31 includes a fuel cell power generation device 32, an output control device 15, a heat exchanger 18, and an operation plan creation device 17. The fuel cell power generation device 32 includes a fuel controller 11, a reformer 12, a fuel cell main body 13, and an inverter 14.

燃料制御器11には、外部の燃料供給源から延びる燃料供給配管21が接続されている。燃料制御器11と改質器12との間、および、改質器12と燃料電池本体13との間は配管で接続されている。また、熱交換器18の高温側と燃料電池本体13との間には、冷却媒体を循環させる冷却配管23が設けられている。熱交換器18の低温側と貯湯タンク19との間には、水を循環させる加熱配管24が設けられている。   A fuel supply pipe 21 extending from an external fuel supply source is connected to the fuel controller 11. Pipes are connected between the fuel controller 11 and the reformer 12 and between the reformer 12 and the fuel cell main body 13. Further, a cooling pipe 23 for circulating a cooling medium is provided between the high temperature side of the heat exchanger 18 and the fuel cell main body 13. A heating pipe 24 for circulating water is provided between the low temperature side of the heat exchanger 18 and the hot water storage tank 19.

燃料電池本体13とインバータ14の直流入力側は電気的に接続されている。インバータ14の交流出力側は、商用電力系統22および電力負荷16に接続されている。電力負荷16とは、たとえば家庭内に設置された冷蔵庫などである。また、貯湯タンク19の液相は、家庭内に設置された風呂などの給湯負荷20と配管で接続されている。   The DC input side of the fuel cell main body 13 and the inverter 14 is electrically connected. The AC output side of the inverter 14 is connected to the commercial power system 22 and the power load 16. The power load 16 is, for example, a refrigerator installed in the home. The liquid phase of the hot water storage tank 19 is connected to a hot water supply load 20 such as a bath installed in the home by piping.

運転計画作成装置17には、給湯負荷20から湯使用量情報41、および、電力負荷16から電力使用量情報42が伝達される。電力使用量情報42は、出力制御装置15にも伝達される。インバータ14の出力電力量情報43は、出力制御装置15に伝達される。運転計画作成装置17から出力制御装置15には、運転計画44が伝達される。出力制御装置15は、燃料制御器11などを制御する。   Hot water usage information 41 is transmitted from the hot water supply load 20, and power usage information 42 is transmitted from the power load 16 to the operation plan creation device 17. The power usage amount information 42 is also transmitted to the output control device 15. The output power amount information 43 of the inverter 14 is transmitted to the output control device 15. The operation plan 44 is transmitted from the operation plan creation device 17 to the output control device 15. The output control device 15 controls the fuel controller 11 and the like.

都市ガスやLPガスなどの燃料は、燃料制御器11によって流量を制御されながら燃料電池ユニット31に供給される。この燃料は、改質器12によって水素リッチな改質ガスに処理され、燃料電池本体13に供給される。燃料電池本体13は、この改質ガスと周辺の空気によって発電する。燃料電池本体13で発電された直流電気は、インバータ14により交流電気に変換され、商用電力系統22から供給される電気とともに設置家庭の電力負荷16に供給される。   A fuel such as city gas or LP gas is supplied to the fuel cell unit 31 while the flow rate is controlled by the fuel controller 11. This fuel is processed into a hydrogen-rich reformed gas by the reformer 12 and supplied to the fuel cell main body 13. The fuel cell main body 13 generates electric power with this reformed gas and ambient air. The direct current electricity generated by the fuel cell main body 13 is converted into alternating current electricity by the inverter 14, and is supplied to the installed electric power load 16 together with the electricity supplied from the commercial power system 22.

発電の際に燃料電池本体13で発生した熱は、冷却配管23を流れる燃料電池冷却水と熱交換器18とを介して、貯湯タンク19に蓄熱される。貯湯タンク19に貯えられた湯は、設置家庭の給湯負荷20に供給される。なお、貯湯タンク19内の水には、燃料電池本体13の排ガスや改質器12の排ガスからも熱回収されていてもよい。   The heat generated in the fuel cell main body 13 during power generation is stored in the hot water storage tank 19 via the fuel cell cooling water flowing through the cooling pipe 23 and the heat exchanger 18. Hot water stored in the hot water storage tank 19 is supplied to a hot water supply load 20 in the installation home. The water in the hot water storage tank 19 may be recovered from the exhaust gas of the fuel cell main body 13 and the exhaust gas of the reformer 12.

運転計画作成装置17は、設置家庭に適した燃料電池システムの運転計画を立てる。運転計画とは、インバータから出力する時間帯ごとの発電量である。出力制御装置15は、運転計画作成装置17によって立てられた運転計画に従って、燃料電池の出力を制御する。具体的には、燃料制御器11を制御して、改質器12に供給される燃料流量などを制御する。燃料電池ユニット31が供給する電力が、設置家庭の電力負荷を超えると、商用電力系統22に逆潮流される。この逆潮流を回避するために、出力制御手段15は、運転計画に従った出力制御を行いながらも、インバータ14からの出力電力が電力負荷16を超えようとしたときは、運転計画以下の出力に制御する。   The operation plan creation device 17 makes an operation plan of the fuel cell system suitable for the installation home. The operation plan is a power generation amount for each time zone output from the inverter. The output control device 15 controls the output of the fuel cell according to the operation plan established by the operation plan creation device 17. Specifically, the fuel controller 11 is controlled to control the flow rate of fuel supplied to the reformer 12 and the like. When the power supplied by the fuel cell unit 31 exceeds the power load of the installed home, the power flows back to the commercial power system 22. In order to avoid this reverse power flow, the output control means 15 performs output control according to the operation plan, but when the output power from the inverter 14 is about to exceed the power load 16, the output below the operation plan is output. To control.

図2は、本実施の形態における運転計画作成装置のブロック図である。図3は、本実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。   FIG. 2 is a block diagram of the operation plan creation apparatus in the present embodiment. FIG. 3 is a flowchart of the operation plan creation method in the present embodiment.

運転計画作成装置17は、予測量記憶部51と、適応度算出部52と、個体群生成部53と、付加追従個体生成部54と、交配部55と、運転計画作成部56と、を有している。運転計画作成方法は、未来の湯使用量および電力使用量の予測(S1)、および、その予測量を用いた運転計画の決定(S2〜S8)に、大きく分けることができる。本実施の形態は、家庭用のコジェネレーションシステムを対象としているため、湯使用量が熱使用量に等しい。工程S2〜工程S8は、遺伝的アルゴリズムを用いて運転計画の最適解を見つける工程である。   The operation plan creation device 17 includes a predicted amount storage unit 51, an fitness calculation unit 52, an individual group generation unit 53, an additional follow-up individual generation unit 54, a mating unit 55, and an operation plan generation unit 56. is doing. The operation plan creation method can be broadly divided into prediction of future hot water usage and electric power consumption (S1), and determination of an operation plan using the predicted amount (S2 to S8). Since this embodiment is intended for a household cogeneration system, the amount of hot water used is equal to the amount of heat used. Steps S2 to S8 are steps for finding an optimal solution of the operation plan using a genetic algorithm.

ここで運転計画の最適解とは、その運転計画の省エネルギーに対する適応度が最も高い解である。運転計画の適応度として、たとえばエネルギー削減量を指標として用いる。エネルギー削減量は、電力使用量予測値を外部の電力供給源が供給する場合のエネルギー使用量と、熱使用量予測値を外部の熱供給源が供給する場合のエネルギー使用量との和を基準とする。外部の電力供給源とは、たとえば商用電力系統22である。外部の熱供給源とは、たとえば燃料供給配管21から都市ガスなどを供給されて湯を沸かし、供給する給湯器である。   Here, the optimum solution of the operation plan is a solution having the highest fitness for energy saving of the operation plan. As an adaptability of the operation plan, for example, an energy reduction amount is used as an index. The amount of energy reduction is based on the sum of the energy usage when the external power supply supplies the predicted power usage and the energy usage when the external heat supply supplies the predicted heat usage. And The external power supply source is, for example, the commercial power system 22. The external heat supply source is, for example, a water heater that supplies city gas or the like from the fuel supply pipe 21 to boil and supply hot water.

エネルギー削減量は、適応度算出部52が算出する。このエネルギー削減量は、次式で表される。   The fitness reduction unit 52 calculates the energy reduction amount. This energy reduction amount is expressed by the following equation.

エネルギー削減量=ST/EF+SE/EE−CF
ここで、STは湯供給量、EFは給湯器効率、SEは電力供給量、EEは発電所発電効率、CFは燃料消費量である。
Energy reduction = ST / EF + SE / EE-CF
Here, ST is the hot water supply amount, EF is the hot water heater efficiency, SE is the power supply amount, EE is the power plant power generation efficiency, and CF is the fuel consumption amount.

まず、工程S1では、予測量記憶部51に、電力負荷の未来の電力使用量予測値および熱負荷の未来の熱使用量予測値が記憶される。電力使用量予測値および熱使用量予測値は、たとえば運転計画作成装置17が過去の湯使用量および電力使用量に基づいて予測する。あるいは、電力使用量予測値および熱使用量予測値は、外部から与えられてもよい。   First, in step S1, the predicted power storage unit 51 stores a future power usage prediction value of the power load and a future heat usage prediction value of the heat load. For example, the operation plan creation device 17 predicts the predicted power usage amount and the predicted heat usage value based on the past hot water usage amount and power usage amount. Alternatively, the predicted power usage amount and the predicted heat usage value may be given from the outside.

次に、個体群生成部53は、第1世代の個体の群を生成する(S2,S3)。ここで個体とは、遺伝子の集合体である。遺伝子は、時間帯ごとの燃料電池発電装置32の発電量を表す数値である。工程S2では、付加追従個体生成部54が負荷追従個体を生成し、工程S2では残りの第1世代の個体を生成する。負荷追従個体とは、少なくとも一部の遺伝子が電力使用量予測値に対応する個体である。残りの個体は、たとえば乱数の集合体で生成される。   Next, the individual group generation unit 53 generates a group of first generation individuals (S2, S3). Here, an individual is a collection of genes. The gene is a numerical value representing the power generation amount of the fuel cell power generation device 32 for each time zone. In step S2, the additional following individual generation unit 54 generates a load following individual, and in step S2, the remaining first generation individual is generated. A load following individual is an individual in which at least some of the genes correspond to the predicted power usage. The remaining individuals are generated by a collection of random numbers, for example.

図4は、本実施の形態における第1世代の遺伝子を示す表である。この表で、第1世代の遺伝子は、運転計画遺伝子として示されている。また、この表には、時間帯ごとの湯使用予測量、電力使用予測量、燃料消費予測量、貯湯タンク蓄熱予測量、湯供給予測量、電力供給予測量をあわせて示している。   FIG. 4 is a table showing the first generation genes in the present embodiment. In this table, the first generation genes are shown as driving plan genes. This table also shows the predicted hot water usage amount, predicted power usage amount, predicted fuel consumption amount, predicted hot water storage heat storage amount, predicted hot water supply amount, and predicted power supply amount for each time zone.

図4における湯使用予測量とは、設置家庭で消費する湯の使用量の予測値であり、家庭用燃料電池システムの排熱を回収した熱によって供給された湯だけでなく、別途ボイラーなどで沸かした湯を使う場合も含む。また、図4における電力使用予測量とは、設置家庭で消費する電力使用量の予測値であり、燃料電池発電装置32で供給した電力だけでなく、商用電力系統22から供給される電力を使う場合も含む。燃料消費予測量とは、運転計画遺伝子に沿って発電するために燃料供給配管21から供給される燃料の量をエネルギーの単位で表したものである。貯湯タンク蓄熱予測量は、運転計画遺伝子に沿って発電し、湯使用予測量に従って設置家庭で湯が使用された場合の貯湯タンクに貯えられる湯量をエネルギーの単位で表したものである。湯供給予測量および電力供給予測量とは、運転計画遺伝子に沿って発電した場合に、この家庭用燃料電池システムが供給する湯および電力の供給量である。   The predicted amount of hot water used in FIG. 4 is a predicted value of the amount of hot water consumed in the installation home, and is not limited to the hot water supplied with the heat recovered from the exhaust heat of the household fuel cell system, but also with a separate boiler or the like. This includes the use of boiling water. In addition, the predicted power usage amount in FIG. 4 is a predicted value of the power usage amount consumed in the installation home, and uses not only the power supplied by the fuel cell power generator 32 but also the power supplied from the commercial power system 22. Including cases. The predicted fuel consumption amount represents the amount of fuel supplied from the fuel supply pipe 21 in order to generate power along the operation plan gene in units of energy. The hot water storage tank heat storage prediction amount represents the amount of hot water stored in the hot water storage tank in the unit of energy when power is generated according to the operation plan gene and hot water is used in the installed household according to the hot water use prediction amount. The predicted hot water supply amount and the predicted power supply amount are the supply amounts of hot water and power supplied by this household fuel cell system when power is generated according to the operation plan gene.

図4に示すとおり、本実施の形態では、負荷追従個体として、電力使用予測量そのものの値を遺伝子とする個体を用いる。ただし、電力使用予測量が、燃料電池発電装置32の最低出力(ここでは250Wとする)から最大出力(ここでは700Wとする)の範囲を逸脱する場合には、その最低出力または最大出力を遺伝子とする。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, an individual using a value of the predicted power usage amount itself as a gene is used as the load following individual. However, when the predicted power usage amount deviates from the range of the minimum output (250 W here) of the fuel cell power generation device 32 to the maximum output (700 W here), the minimum output or maximum output is determined as the gene. And

第n世代のi番目の個体をpn,i={g1,g2, …,gm}として表すこととする。ここで、gjは時間帯ごとの発電量を示す遺伝子、mは遺伝子の個数すなわち運転計画に対応する運転期間に対応する時間帯の数である。時間帯はたとえば1時間ごとで、72時間分の運転計画を作成するものとする。各世代の個体の数は、たとえば50とする。第1世代の個体群は、たとえば以下の通りとなる。   The i-th individual of the nth generation is represented as pn, i = {g1, g2,..., Gm}. Here, gj is a gene indicating the power generation amount for each time zone, and m is the number of genes, that is, the number of time zones corresponding to the operation period corresponding to the operation plan. For example, an operation plan for 72 hours is created every hour. The number of individuals in each generation is 50, for example. The first generation population is, for example, as follows.

p1,1 = {618,605,615,700,・・・・,700,700,700,700}
p1,2 = {497,368,700,574,・・・・,254,543,354,266}
p1,3 = {633,567,297,404,・・・・,365,487,667,354}

p1,50 = {560,463,654,365,・・・・,265,451,654,354}
この第1世代の個体のうち、p1,1が負荷追従個体である。p1,2ないしp1,50の各遺伝子は、たとえば最低出力から最大出力の範囲内の乱数で与えられる。
p1,1 = {618,605,615,700, ..., 700,700,700,700}
p1,2 = {497,368,700,574, ..., 254,543,354,266}
p1,3 = {633,567,297,404, ..., 365,487,667,354}
:
p1, 50 = {560,463,654,365, ..., 265,451,654,354}
Among the first generation individuals, p1 and 1 are load following individuals. Each gene of p1,2 to p1,50 is given by, for example, a random number within the range from the minimum output to the maximum output.

次に、これらの個体群に対して交叉(S3)および突然変異(S4)の操作を加える。交叉の操作としては、2点交叉を適用し、20対の親の個体から20の子孫を生成する。突然変異は3%の確率で発生するものとし、突然変異の操作ではランダムに選択される2点間の遺伝子を家庭用燃料電池システムの最低出力から最大出力の範囲の乱数に置き換える。   Next, crossover (S3) and mutation (S4) operations are added to these populations. As a crossover operation, two-point crossover is applied to generate 20 offspring from 20 pairs of parent individuals. Mutation is assumed to occur with a probability of 3%, and in the mutation operation, a randomly selected gene between two points is replaced with a random number ranging from the minimum output to the maximum output of the domestic fuel cell system.

その後、このようにして生成されたそれぞれの個体および第1世代の個体について、適応度算出部が適応度を算出する(S5)。次に、これらの個体を、適応度が高い50の個体のみを残すエリート選択によって淘汰し、第2世代の個体群を生成する(S6)。交叉(S3)、突然変異(S4)およびエリート選択(S6)で、新世代の個体群を遺伝的アルゴリズムで生成する操作は、世代数をチェックしながら(S7)、所定の世代数に達するまで繰り返される。所定の世代数に達したら、運転計画作成部55は、最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める。運転計画作成部56は、たとえば最後の世代の個体群のうち適応度すなわちエネルギー削減量が最も大きい個体を運転計画とする。   Thereafter, the fitness calculation unit calculates the fitness of each individual and the first generation of individuals generated in this way (S5). Next, these individuals are selected by elite selection that leaves only 50 individuals with high fitness, and a second generation individual group is generated (S6). In the crossover (S3), mutation (S4), and elite selection (S6) operations for generating a new generation population using a genetic algorithm, the number of generations is checked (S7) until a predetermined number of generations is reached. Repeated. When the predetermined number of generations is reached, the operation plan creation unit 55 determines an operation plan based on any individual generated up to the last generation. The operation plan creation unit 56 sets, for example, an individual having the largest fitness, that is, an energy reduction amount, among the individual groups of the last generation.

遺伝的アルゴリズムを適用する場合、計算の始めには、第1世代の個体を作る必要がある。一般的には、遺伝的アルゴリズムを用いる場合、第1世代の遺伝子に、乱数を組み込むことが多い。しかし、この方法を燃料電池の運転計画最適化に適用しようとすると、運転計画の立て方は無数にあるため、非常に多い世代数まで計算しないと、充分な適応度を持つ個体が得られない。しかし、燃料電池システムの運転では、湯余りを起こさない限り、電力負荷に追従するとエネルギー削減量が高くなりやすい。したがって、求めようとする運転計画の最適解は、この近傍に存在する可能性が高い。   When applying a genetic algorithm, it is necessary to create a first generation individual at the beginning of the calculation. In general, when a genetic algorithm is used, a random number is often incorporated into the first generation gene. However, if this method is applied to the optimization of the fuel cell operation plan, there are innumerable ways to formulate the operation plan, and individuals with sufficient fitness cannot be obtained unless the number of generations is calculated. . However, in the operation of the fuel cell system, the amount of energy reduction tends to be high if the electric power load is followed unless excess water is generated. Therefore, there is a high possibility that the optimum solution of the operation plan to be obtained exists in this vicinity.

図5は、本実施の形態で運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。図6は、負荷追従個体を生成しないで運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the maximum fitness value for each generation when an operation plan is created in the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing the maximum fitness value for each generation when an operation plan is created without generating a load following individual.

図5に示すとおり、電力負荷に追従する個体を第1世代に入れた本実施の形態では、図6に示した負荷追従個体を入れない場合の結果に比べて、適応度の高い個体を早期に作成されることがわかる。これは、負荷追従個体を第一世代の親として、湯余りを防止するような子孫に淘汰されていったためである。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment in which the individuals that follow the power load are included in the first generation, compared to the result when the load following individuals shown in FIG. You can see that it is created. This is because the load following individual was used as a first generation parent and was deceived by offspring that prevented excess water.

このように、第1世代の個体の一つに対し、電力負荷に追従するような発電出力を遺伝子に持たせることで、同じ繰返し計算数でも適応度の高い個体を作成することができる。これにより、繰返し計算数を、すなわち、少ない計算量で、好適な運転計画を得ることができる。   In this way, by giving the gene a power generation output that follows the power load for one of the first generation individuals, an individual with high fitness can be created even with the same number of iterations. Thereby, a suitable operation plan can be obtained with the number of repeated calculations, that is, with a small amount of calculation.

本実施の形態では、完全に電力使用量予測値に追従させる個体を第1世代に作ったが、電力使用量予測値と一部が異なるものであってもよい。たとえば電力系統への逆潮流を発生させにくくするために、電力使用量予測値からマージンを引いた出力の個体を用いてもよい。また、本実施の形態では、当該個体を第1世代に作ったが、他の世代に作っても実質的な効果は変わらないため、当該個体を都合に応じて他の世代に作ってもよい。また、交叉と淘汰には二点交叉とエリート選択を用いているが、一点交叉やルーレット選択を用いてもよい。適応度にはエネルギー削減量を適用したが、実質的にエネルギー削減量に対応するCO削減量や光熱費低減量などを適応度としてもよい。 In the present embodiment, an individual that perfectly follows the predicted power usage value is created in the first generation, but may be partly different from the predicted power usage value. For example, in order to make it difficult for reverse power flow to the power system to occur, an individual with an output obtained by subtracting a margin from the predicted power usage amount may be used. In this embodiment, the individual is made in the first generation. However, since the substantial effect does not change even if the individual is made in another generation, the individual may be made in another generation according to convenience. . In addition, two-point crossover and elite selection are used for crossover and selection, but one-point crossover and roulette selection may be used. Although the energy reduction amount is applied to the fitness level, a CO 2 reduction amount or a utility cost reduction amount that substantially corresponds to the energy reduction amount may be used as the fitness level.

[第2の実施の形態]
図7は、本発明に係る家庭用燃料電池システムの第2の実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a flowchart of the operation plan creation method in the second embodiment of the household fuel cell system according to the present invention.

本実施の形態では、第1の実施の形態に、遺伝子が全てゼロの個体を強制的に追加する工程(S9)を次世代の遺伝子操作に入る前に追加したものである。遺伝子がゼロとは、燃料電池発電装置32が発電を停止した状態を示す。すなわち、次のように表される遺伝子が全てゼロの個体とは、まったく発電を行わない運転計画を示している。   In this embodiment, a step (S9) of forcibly adding individuals whose genes are all zero is added to the first embodiment before entering the next generation genetic manipulation. A gene of zero indicates that the fuel cell power generation device 32 has stopped generating power. In other words, an individual whose gene is all zero as shown below indicates an operation plan in which no power generation is performed.

p1,51 = {0,0,0,0,・・・・,0,0,0,0}
湯の使用量が少ない家庭では、低出力で燃料電池発電装置32の連続運転を続けても貯湯タンク19に貯えられた湯が余ることがある。さらに、通常の燃料電池発電システムでは、低出力での発電は発電効率や排熱回収効率も低下するため、高い省エネ性を得られない傾向にある。したがって、このような設置家庭においては、低出力で長時間運転するのではなく、燃料電池システムの運転をやめ、必要なときに再起動する方が高い省エネ性が得られやすい。
p1, 51 = {0,0,0,0, ..., 0,0,0,0}
In a household where the amount of hot water used is small, even if the fuel cell power generation device 32 is continuously operated at a low output, the hot water stored in the hot water storage tank 19 may remain. Furthermore, in a normal fuel cell power generation system, power generation at low output tends to be unable to achieve high energy savings because power generation efficiency and exhaust heat recovery efficiency are also reduced. Therefore, in such an installed home, it is easier to obtain higher energy saving performance by not operating the fuel cell system and restarting it when necessary, rather than operating at a low output for a long time.

本実施の形態で運転停止は、遺伝子にゼロを入れて表現されている。しかし、このゼロを突然変異の応用で散発的に入れると、1時間の停止後、再起動するような情報を持つ個体が形成される。このような個体では、燃料電池システムの起動・停止ロスの影響を受け、高い適応度が得られない場合がある。   In this embodiment, the operation stop is expressed by putting a zero in the gene. However, if this zero is sporadically introduced by the application of mutation, an individual having information that can be restarted after one hour of stoppage is formed. In such an individual, there is a case where high fitness cannot be obtained due to the influence of the start / stop loss of the fuel cell system.

遺伝子が全てゼロの個体と交叉して形成された子孫は、遺伝子中の一部が、連続した0の配列となっている。これにより、ある時間だけ停止する運転計画の個体が形成され、湯の使用量の少ないときには、この個体の適応度が高くなり、次の世代に淘汰されずに残りやすい。   A progeny formed by crossing with an individual whose gene is all zero has a continuous zero sequence in a part of the gene. As a result, an individual with an operation plan that stops for a certain period of time is formed, and when the amount of hot water used is small, the fitness of this individual is high, and it tends to remain without being deceived by the next generation.

図8は、本実施の形態における電力使用予測量、運転計画遺伝子および貯湯タンク蓄熱予測量の時間変化の例を示すグラフである。図9は、遺伝子が全てゼロの個体を入れない場合の電力使用予測量、運転計画遺伝子および貯湯タンク蓄熱予測量の時間変化の例を示すグラフである。図8および図9は、いずれも第100世代で最も適応度が高い個体の運転計画をプロットした図である。   FIG. 8 is a graph showing an example of temporal changes in the predicted power usage, the operation plan gene, and the hot water storage heat storage predicted amount in the present embodiment. FIG. 9 is a graph showing an example of temporal changes in the predicted power usage amount, the operation plan gene, and the hot water storage tank heat storage prediction amount when an individual whose genes are all zero is not included. FIG. 8 and FIG. 9 are both plots of the operation plan of the individual with the highest fitness in the 100th generation.

図8から、遺伝子が全てゼロの個体を各世代に強制的に作成するだけで、運転を停止する運転計画を立てることがでることがわかる。また図8で示す場合の適応度は37.4で、図9で示す場合の適応度である14.4に対して高くなっている。すなわち、遺伝子が全てゼロの個体を各世代に強制的に作成するだけで、湯の使用量が少ない場合でも、より適応度が高い運転計画を作成することができる。   It can be seen from FIG. 8 that an operation plan for stopping the operation can be made only by forcibly creating an individual with zero genes for each generation. The fitness in the case shown in FIG. 8 is 37.4, which is higher than the fitness in the case shown in FIG. 9 which is 14.4. That is, it is possible to create an operation plan with a higher fitness even when the amount of hot water used is small by forcibly creating individuals with zero genes for each generation.

また、本実施の形態では、遺伝子が全てゼロの個体を、全ての世代で強制的に生成しているが、1世代おきなど、飛び飛びの世代に生成してもよい。あるいは、一部の連続した遺伝子がゼロの個体を生成してもよい。   Further, in this embodiment, the individuals whose genes are all zero are forcibly generated in all generations, but may be generated in the generations that are skipped, such as every other generation. Alternatively, an individual in which some continuous genes are zero may be generated.

[第3の実施の形態]
図10は、本発明に係る家庭用燃料電池システムの第3の実施の形態における運転計画作成方法のフローチャートである。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a flowchart of the operation plan creation method in the third embodiment of the household fuel cell system according to the present invention.

本実施の形態では、第1の実施の形態に、先運転計画踏襲個体を生成する工程(S10)を追加したものである。先運転計画踏襲個体とは、過去の運転計画に対応する個体である。   In the present embodiment, a step (S10) of generating a pre-driving plan following individual is added to the first embodiment. The individual following the driving plan is an individual corresponding to a past driving plan.

本実施の形態では、たとえば1時間ごとの燃料電池発電装置32の発電量を運転計画として作成していて、その運転計画を1時間ごとに見直しているとする。この場合、前回の運転計画はその時点で立てようとしている運転計画としても適応度が高いと考えられる。そこで、今回の運転計画の作成に用いる第1世代の個体に、先の運転計画を踏襲した個体を含める。   In the present embodiment, for example, it is assumed that the power generation amount of the fuel cell power generation device 32 every hour is created as an operation plan, and that the operation plan is reviewed every hour. In this case, the previous operation plan is considered to be highly adaptable even as the operation plan that is going to be made at that time. Therefore, an individual that follows the previous operation plan is included in the first generation individuals used to create the current operation plan.

たとえば、毎時間第n世代まで計算を行っていて、1時間前の計算における第n世代で、最も高い適応度を持った個体は、次のpn,iであったとする。   For example, it is assumed that the calculation is performed up to the nth generation every hour, and the individual having the highest fitness in the nth generation in the calculation one hour ago is the next pn, i.

pn,i = {P1, P2, P3, P4,・・・・, P69, P70, P71, P72}
この場合、この個体pn,iを利用し、燃料電池発電装置32の最低出力と最高出力との間の乱数Rを用いて、新しく運転計画を立てようとする第一世代に、次の個体を含める。
pn, i = {P1, P2, P3, P4, ..., P69, P70, P71, P72}
In this case, by using this individual pn, i, the next individual is assigned to the first generation who intends to make a new operation plan using a random number R between the minimum output and the maximum output of the fuel cell power generation device 32. include.

p1,2 = {P2, P3, P4, P5,・・・・, P70, P71, P72, R}
残りの第1世代の個体は、燃料電池発電装置32の最低出力と最高出力との間の乱数を遺伝子とする。
p1,2 = {P2, P3, P4, P5, ..., P70, P71, P72, R}
The remaining first generation individuals use a random number between the lowest output and the highest output of the fuel cell power generation device 32 as a gene.

この個体p1,2は、一時間前の繰返し計算で適応度の高い個体として淘汰されたものであるから、その時点で立てようとしている運転計画においても、十分な適応度を持つ可能性が高い。したがって、少ない繰返し計算数でも、適応度の高い個体を形成しやすい。   Since these individuals p1 and p2 have been deceived as individuals with high fitness in an iterative calculation one hour ago, there is a high possibility that they will have sufficient fitness even in the operation plan to be established at that time. . Therefore, it is easy to form individuals with high fitness even with a small number of iterations.

図11は、本実施の形態で運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。図12は、過去の運転計画に対応する個体を用いないで運転計画を作成した場合の世代ごとの適応度の最高値を示すグラフである。   FIG. 11 is a graph showing the maximum fitness value for each generation when an operation plan is created in the present embodiment. FIG. 12 is a graph showing the maximum fitness value for each generation when an operation plan is created without using an individual corresponding to a past operation plan.

図11および図12から、1時間前の運転計画に対応した個体を利用すると、繰返し計算数が少なくても、適応度の高い個体が形成されることがわかる。このように、本実施の形態では、1時間前の最終世代において最も適応度の高かった個体の遺伝子を、第1世代の個体作成に利用することにより、繰返し計算数を低減しながら適応度の高い個体を形成することができる。   From FIG. 11 and FIG. 12, it can be seen that when individuals corresponding to the operation plan one hour ago are used, individuals with high fitness are formed even if the number of repeated calculations is small. As described above, in this embodiment, by using the gene of the individual having the highest fitness in the last generation one hour ago for the creation of the first generation individual, the fitness can be reduced while reducing the number of repeated calculations. High individuals can be formed.

また、ここでは、1時間前の最高適応度の個体を利用したが、1週間前の同時間の計算結果をそのまま適用するなどして利用してもよい。   Further, although the individual with the highest fitness one hour ago is used here, it may be used by applying the calculation result of the same one week ago as it is.

[他の実施の形態]
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。たとえば、上述の各実施の形態では、家庭用燃料電池発電システムを例として説明したが、発電装置と、その発電装置の排熱を回収して利用する蓄熱装置とを備えたコジェネレーションシステムであれば、どのようなシステムにも適用できる。個体の遺伝子を、貯湯タンクの蓄熱量として最適化し、その目標蓄熱量から燃料電池の出力を逆算してもよい。
[Other embodiments]
The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, in each of the above-described embodiments, a household fuel cell power generation system has been described as an example. However, it may be a cogeneration system including a power generation device and a heat storage device that recovers and uses the exhaust heat of the power generation device. It can be applied to any system. An individual gene may be optimized as the heat storage amount of the hot water storage tank, and the output of the fuel cell may be calculated backward from the target heat storage amount.

また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。   Moreover, it can also implement combining the characteristic of each embodiment.

11…燃料制御器、12…改質器、13…燃料電池本体、14…インバータ、15…出力制御装置、16…電力負荷、17…運転計画作成装置、18…熱交換器、19…貯湯タンク、20…給湯負荷、21…燃料供給配管、22…商用電力系統、23…冷却配管、24…加熱配管、31…燃料電池ユニット、32…燃料電池発電装置、41…湯使用量情報、42…電力使用量情報、43…出力電力量情報、44…運転計画、51…予測量記憶部、52…適応度算出部、53…個体群生成部、54…付加追従個体生成部、55…交配部、56…運転計画作成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fuel controller, 12 ... Reformer, 13 ... Fuel cell main body, 14 ... Inverter, 15 ... Output control device, 16 ... Electric power load, 17 ... Operation plan preparation device, 18 ... Heat exchanger, 19 ... Hot water storage tank 20 ... Hot water supply load, 21 ... Fuel supply piping, 22 ... Commercial power system, 23 ... Cooling piping, 24 ... Heating piping, 31 ... Fuel cell unit, 32 ... Fuel cell power generator, 41 ... Hot water usage information, 42 ... Power usage amount information, 43 ... Output power amount information, 44 ... Operation plan, 51 ... Predicted amount storage unit, 52 ... Fitness calculation unit, 53 ... Individual group generation unit, 54 ... Additional follow-up individual generation unit, 55 ... Mating unit 56 ... Operation plan creation part

Claims (6)

電力負荷に電力を供給する発電装置と、
前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、
前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶部と、
時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出部と、
前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成部と、
少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成部と、
前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配部と、
最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成部と、
を有することを特徴とするコジェネレーションシステム。
A power generator for supplying power to the power load;
A heat storage device that recovers and stores the exhaust heat of the power generation device and supplies the heat load to a heat load;
A predicted amount storage unit for storing a predicted future power usage amount of the power load and a predicted future heat usage amount of the thermal load;
The fitness when the power generation device is operated so as to be represented by an individual consisting of a gene representing the power generation amount of the power generation device for each time zone is obtained based on the predicted power usage amount and the predicted heat usage amount. An fitness calculator,
A population generation unit for generating a first generation which is a group of the individuals;
A load following individual generation unit for forcibly generating a load following individual corresponding to the predicted power usage value of at least some of the genes;
A mating unit that generates a group of individuals of the new generation from the group of individuals of the previous generation with a genetic algorithm;
An operation plan creation unit that determines an operation plan based on any individual generated up to the last generation,
A cogeneration system characterized by comprising:
前記個体群生成部は、少なくとも一部の前記遺伝子が前記発電装置の発電停止を表す発電停止個体をいずれかの世代に生成することを特徴とする請求項1に記載のコジェネレーションシステム。   2. The cogeneration system according to claim 1, wherein the population generation unit generates a power generation stopped individual in which at least a part of the genes indicates a power generation stop of the power generation device in any generation. 前記個体群生成部は、過去の前記運転計画に対応する先運転計画踏襲個体をいずれかの世代に生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコジェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 1 or 2, wherein the individual group generation unit generates a previous driving plan following individual corresponding to the past driving plan in any generation. 前記先運転計画踏襲個体は、対応する前記運転計画に含まれる前記遺伝子のうち今回作成する前記運転計画の最初の時間帯より前の前記遺伝子を削除して残りを順次繰り上げた前記遺伝子を含むことを特徴とする請求項3に記載のコジェネレーションシステム。   The individual following the previous driving plan includes the genes obtained by deleting the genes prior to the first time zone of the driving plan to be created this time from among the genes included in the corresponding driving plan and sequentially moving up the rest. The cogeneration system according to claim 3. 電力負荷に電力を供給する発電装置と、前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、を備えるコジェネレーションシステムの運転計画作成方法において、
前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶工程と、
時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出工程と、
前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成工程と、
少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成工程と、
前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配工程と、
最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成工程と、
を有することを特徴とする運転計画作成方法。
In an operation plan creation method of a cogeneration system comprising: a power generation device that supplies power to an electric power load; and a heat storage device that recovers and stores the exhaust heat of the power generation device and supplies the heat to the heat load.
A predicted amount storage step of storing a predicted future power usage amount of the power load and a predicted future heat usage amount of the thermal load;
The fitness when the power generation device is operated so as to be represented by an individual consisting of a gene representing the power generation amount of the power generation device for each time zone is obtained based on the predicted power usage amount and the predicted heat usage amount. Fitness calculation process;
A population generation step of generating a first generation which is a group of the individuals;
A load following individual generation step for forcibly generating a load following individual corresponding to the predicted power usage value of at least a part of the gene;
A mating step of generating a group of individuals of a new generation from a group of individuals of the previous generation with a genetic algorithm;
An operation plan creation process that determines an operation plan based on any individual generated up to the last generation,
An operation plan creation method characterized by comprising:
電力負荷に電力を供給する発電装置と、前記発電装置の排熱を回収して蓄熱して熱負荷に供給する蓄熱装置と、を備えるコジェネレーションシステムの運転計画作成装置において、
前記電力負荷の未来の電力使用量予測値および前記熱負荷の未来の熱使用量予測値を記憶する予測量記憶部と、
時間帯ごとの前記発電装置の発電量を表す遺伝子からなる個体で表されるように前記発電装置を運転したときの適応度を前記電力使用量予測値および前記熱使用量予測値に基づいて求める適応度算出部と、
前記個体の群である第1世代を生成する個体群生成部と、
少なくとも一部の前記遺伝子が前記電力使用量予測値に対応する負荷追従個体をいずれかの世代に強制的に生成する負荷追従個体生成部と、
前世代の前記個体の群から新世代の前記個体の群を遺伝的アルゴリズムで生成する交配部と、
最後の世代までに生成されたいずれかの個体に基づいて運転計画を定める運転計画作成部と、
を有することを特徴とする運転計画作成装置。
In an operation plan creation device for a cogeneration system comprising: a power generation device that supplies power to an electric power load; and a heat storage device that recovers and stores exhaust heat of the power generation device and supplies the heat to the heat load.
A predicted amount storage unit for storing a predicted future power usage amount of the power load and a predicted future heat usage amount of the thermal load;
The fitness when the power generation device is operated so as to be represented by an individual consisting of a gene representing the power generation amount of the power generation device for each time zone is obtained based on the predicted power usage amount and the predicted heat usage amount. An fitness calculator,
A population generation unit for generating a first generation which is a group of the individuals;
A load following individual generation unit for forcibly generating a load following individual corresponding to the predicted power usage value of at least some of the genes;
A mating unit that generates a group of individuals of the new generation from the group of individuals of the previous generation with a genetic algorithm;
An operation plan creation unit that determines an operation plan based on any individual generated up to the last generation,
An operation plan creation device characterized by comprising:
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