JP2012002416A - コージェネレーション・システムの運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
発電ユニットと貯湯タンクが離隔して設置されるコージェネレーション・システムに好適な運転制御技術を提供する。
【解決手段】
運転計画更新タイミング(例えば1時間ごと)に至った場合には、まずその時点における排熱回収装置2dへの入水温度Ti(t)が計測される(S104)。さらに、判定テーブルに基づいて入水温度Ti(t)が下限入水温度Tm以下か否かが判定される(S105)。Ti(t)>Tmの場合には、貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃を確保できると判定され、発電計画に際して最低発電量200Wが維持される(S106)。Ti(t)≦Tmの場合には、判定テーブルに基づいて入水温度Ti(t)に対応する最低発電量E(Ti)に変更される(S107)。その後の運転に際しては、E(Ti)を最低発電量として発電が行われる。以上の工程を更新タイミングごとに行うことにより、常に貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃を維持できる。
【選択図】図3
Description
現在実用化されている固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いた家庭用コージェネレーション・システムでは、学習機能により予測した需要パターンにおける給湯需要と電力使用量に基づいて、エネルギー効率が最適となるように起動時間の逆算及び運転スケジュールを決定している。また、運転スケジュールに合わせて、最低発電量300W〜最大発電量1000Wの範囲で運転されているが、さらなる省エネ性向上を目的として最低発電量をより小さくすることが検討されている。
このシステムによれば、発電ユニット101と補助温水タンク(貯湯タンク)104とが離隔距離が大きい設置であっても、一定の循環流量が確保できるため、最低発電量を小さく設定しても放熱ロスによる温度低下の問題は生じない。
第一の発明は、発電ユニットと、発電排熱をお湯として蓄熱する貯湯タンクと、発電ユニットと貯湯タンクとの間を配管で結び温水又は水を循環させる温水循環系統と、を備え、所定の時間間隔で更新する運転計画に基づいて、予め定めた最低発電量(E0)以上で発電及び貯湯蓄熱を行うコージェネレーション・システムの運転制御方法において、
(1−1)温水循環系統の発電ユニット出温度(To)を、発電ユニットの特性に対応する所定の設定温度(T1)に維持し、かつ、
(1−2)貯湯タンク入温度(Tt)を、需要者の給湯快適性を担保する許容下限温度(T2)以上に維持する、ことを前提とし、
予め、複数の配管長(L)について、
(2)前記(1−1)、(1−2)を担保する下限温水循環量(Fm)を求めるステップと、
(3)該下限温水循環量(Fm)の条件で、前記(1−1)を担保する下限排熱回収量(Qb)を、配管長(L)、発電ユニット入温度(Ti)及び、発電ユニット入温度Tiの関数
Qb=G(L、Fm、Ti)
として求めるステップと、
(4)前記関数Gにより、最低発電量(E0)に対応する排熱回収量(Q0)のときの下限発電ユニット入温度(Tm)を求めるステップと、
運転計画更新時において、該当する配管長(L0)に対して、
(5)その時点における発電ユニット入温度Ti(t)と、前記下限発電ユニット入温度(Tm)と、を比較するステップと、
(6)Ti(t)<Tmの場合には、最低発電量を、下限排熱回収量である、
Qb(L0、Fm、Ti(t))を得ることができる下限発電量(Eb)以上の値に変更するステップと、
を含むことを特徴とする。
(1)循環系統運転条件設定
図5に示すコージェネレーション・システムを想定して、最低発電量及び排熱回収循環系統の各部温度について、備考欄の制約条件を考慮して前提条件を表1のように設定する。
次に、貯湯タンク入温度Tt≧40℃を担保する下限循環流量Fmを設定する。この値は、配管長Lをパラメータとした、循環流量Fと配管熱損失による温度低下の関係グラフを用いることにより求めることができる。なお、以下の説明ではL=5、10、15mを例示するが、任意の配管長に適用できることはいうまでもない。
図6は、冬季を想定した外気温度(5℃)環境下に置いた配管(L=5、10、15m)に、流量を変えて入口温度(Toに該当)60℃の温水を通過させたときの、出口温度(Tiに該当)降下度を示すグラフである(このグラフは、予め実測により求めておく必要がある。実測データについては実施例欄参照)。このグラフより、各配管長L(5、10、15m)について、出口温度40℃となる下限循環流量Fm(5)、Fm(10)、Fm(15)を求めることができる。
循環流量Fと排熱回収量Qの関係は、発電ユニット入温度(Ti)として、次式により表される。
Q=k・F(To−Ti)・・・・・・(1)
但し、k=j・c(j:換算係数(4.2J/cal)、c:水の比熱(J/(g・K))
従って、下限循環流量Fmのときの排熱回収量(Qb)は、
Qb=k・Fm(To−Ti)・・・・・・(1)’
(1)’式を用いて、各配管長(L)についてTi−Qbの関係は、図7の下限排熱回収量直線L1乃至L3として表される。すなわち、Qbは配管長Lをパラメータとして、Fm、Tiの関数として表される。
さらに、上記直線を用いて、最低発電量E0のときの、上記前提条件を満たす発電ユニット入温度下限値(以下、下限入水温度(Tm)という)を求める。L2(L=10m)を例にとると(図8)、この値は直線L2と最低発電量E0に対応する排熱回収量Q0との交点のTi値ということになる。なお、発電量Eと排熱回収量Qの間には、
Q=r・E(r:発電排熱比)・・・・・・(2)
の関係があるものとする。
なお、発電排熱比は発電ユニット等の特性によって定まる値であり、実測により求めることができる。
以上のことから、表1の前提条件を満たす範囲は図8の網掛部のP(Ti,Q)となる。従って、最低発電量E0で運転した場合、Ti<Tmの条件(同図P’)では前提条件から外れることになる。なお、運転可能領域の下限値(下限運転ライン)は、同図太線部Qbとなる。
上記下限排熱回収量Qbに基づいて、(2)式を用いて最低発電量の判定テーブルを作成することができる。さらに、任意の配管長Lについて同様の判定テーブル作成が可能であり、図9(a)は、このようにして作成した判定テーブルを概念的に示したものである。かかる判定テーブルを予め備えることにより、Ti(t)の値から直ちに(5)、(6)の判定が可能となる(後述の第三の発明に該当)。
「(7)Ti(t)<Tm、かつ、更新後の発電計画に基づく予定発電量(Ea)による排熱回収量(Qa)が、前記下限排熱回収量(Qb)以下の場合には、予定発電量を前記下限発電量(Eb)以上の値に変更して発電を実施するステップと、」とすることを特徴とする。
本発明によれば、発電計画の予定発電量(Ea)通りに運転した場合、貯湯タンク入温度Tiが許容下限温度40℃以下になってしまうことを回避することができる。
本発明によれば、上記判定テーブル作成に際して必要な発電ユニット入温度下限値Tm算出、下限排熱回収量(Qb)算出等を要することなく、過去の運転実績等を参照して簡易的に判定テーブル作成ができる。また、運転制御も容易となる。図9(b)は、本発明に基づく簡易型判定テーブルの一例を概念的に示したものである。これによれば、発電ユニット入温度Ti(t)の計測を要することなく、季節(月)により最低発電量(Eb’)が決定される。
第六の発明は、上記各発明において、発電ユニット出温度の前記設定温度(T1)が60℃であり、前記許容下限温度(T2)が40℃であることを特徴とする。
貯湯タンク入温度(Tt)が40℃以上であれば、需要者のシャワー等の使用に支障を来たすことがないという効果がある。
図1を参照して、本実施形態に係るコージェネレーション・システム1は、固体高分子形燃料電池発電ユニット(以下、発電ユニットと略称)2と、発電ユニット2の発電排熱をお湯として蓄熱する貯湯タンク3と、発電ユニット2と貯湯タンク3とを結び、発電排熱を貯湯タンク3にお湯として回収する温水循環系統5と、発電ユニット2の学習機能に基づく運転制御を指令する制御部4と、を主要構成として備えている。
制御部4にはデータベース4aが付設されており,後述する学習機能による発電スケジュールを行うための運転実績データ及び最低発電量演算のためのテーブルが格納されている。なお、制御部4は、CPU、クロック、RAM、ROM、バス、I/Oインターフェース等を備えたマイコンにより実装できる。
上記学習機能に基づく運転スケジュールに従い、発電ユニット2の運転が行われている状態を想定する。なお、最低発電量=200Wに初期設定されているものとする(S101)。運転中、発電排熱は排熱回収装置2dに回収され、温水循環系統5を介して貯湯タンク3側に移送される。温水循環系統5の循環流量Fは、To=60℃を維持するように流量制御されている(S102)。
この状態で運転計画更新タイミング(例えば1時間ごと)に至った場合には(S103においてYES)、まずその時点における排熱回収装置2dへの入水温度Ti(t)が計測される(S104)。さらに、判定テーブルに基づいて入水温度Ti(t)が下限入水温度Tm以下か否かが判定される(S105)。Ti(t)>Tmの場合には(S105においてYES)、貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃を確保できると判定され、発電計画に際して最低発電量200Wが維持される(S106)。
以上の工程を更新タイミングごとに行うことにより、常に貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃を維持することができる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、第一の実施形態に係るコージェネレーション・システム1と同様であるので重複説明を省略する。
本実施形態が上述の実施形態と異なる点は、上述の実施形態では運転計画による発電量予測値とは無関係に最低発電量が決定されるのに対して、本実施形態では発電量予測値を考慮して最低発電量を決定することである。
図4(a)を参照して、S201〜S205については上述の実施形態のS101〜S105と同一フローである。次に、S205においてTi(t)>Tmの場合には、貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃が確保できると判定され、上述の実施形態と同様に最低発電量200Wが維持される(S206)。この場合、発電計画による発電量予測値Eaに関わらず、最低発電量200Wにより発電が行われる。
Qa≧Qbの場合には(図4(b)においてP1に該当)、貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃が確保できるため、運転計画による発電量予測値Eaにより発電が行われる(S209)。
Qa<Qbの場合には(同図P2に該当)、貯湯タンク入り温度(Tt)≧40℃が確保できないことになるため、判定テーブルに基づいて入水温度Ti(t)に対応する最低発電量Ebに変更され、発電計画に際してこの値が使用される(S210)。
なお、排熱回収量予測値Qaには、発電排熱に加えて余剰電力ヒータ回収による熱回収量を含むこともある。
図10は、冬季条件(水温10℃、外気温5℃)において、通常の断熱を施した配管(配管長L=5、10、15、20m、内径10mm)に、入口温度60℃の温水を流量を変化させて流し、出口温度を測定した結果を示すグラフである。
予め、必要な配管長についてこのような測定を行うことにより、所定の下限貯湯タンク入温度(Ti)に対する最低循環流量Fmを求めることができる。
図11は、一般需要家の給湯需要、電力需要実測データを用いて、冬季条件で最低発電量300W又は200Wに設定して運転シミュレーションを行い、給湯需要と一次エネルギー削減量(従来の省エネ型給湯器+商用電力と比較したときの削減量)の関係を求めたグラフである。
同図より、給湯需要が少ない(15kW/day)需要家については、最低発電量200Wの方が一次エネルギー削減量が大きい需要家も見られるが、約半数ではその差はほとんど確認されない。また、給湯需要が多い需要家については、ほとんど差がない。
従来システムであれば、最低発電量を下げることにより循環流量が小さくなるため、貯湯タンク入温度が低下し給湯快適性も低下するが、本発明のシステムによれば給湯快適性が担保される。このことから、省エネ性と給湯快適性のトレードオフを解決する現実的手段として、冬季のみ最低発電量を高くすることが有効であることがわかる。
2・・・・発電ユニット
2a・・・燃料処理装置
2a・・・セルスタック
2a・・・インバータ
2a・・・排熱回収装置
3・・・・貯湯タンク
4・・・・制御部
4a・・・データベース
5・・・・温水循環系統
E0・・・最低発電量
Ea・・・発電量予測値
Fm・・・下限循環流量
Qa・・・排熱回収量予測値
Qb・・・下限排熱回収量
Ti・・・発電ユニット入温度
Tm・・・下限入水温度
To・・・発電ユニット出温度
Claims (6)
- 発電ユニットと、発電排熱をお湯として蓄熱する貯湯タンクと、発電ユニットと貯湯タンクとの間を配管で結び温水又は水を循環させる温水循環系統と、を備え、所定の時間間隔で更新する運転計画に基づいて、予め定めた最低発電量(E0)以上で発電及び貯湯蓄熱を行うコージェネレーション・システムの運転制御方法において、
(1−1)温水循環系統の発電ユニット出温度(To)を、発電ユニットの特性に対応する所定の設定温度(T1)に維持し、かつ、
(1−2)貯湯タンク入温度(Tt)を、需要者の給湯快適性を担保する許容下限温度(T2)以上に維持する、ことを前提とし、
予め、複数の配管長(L)について、
(2)前記(1−1)、(1−2)を担保する下限温水循環量(Fm)を求めるステップと、
(3)該下限温水循環量(Fm)の条件で、前記(1−1)を担保する下限排熱回収量(Qb)を、配管長(L)、発電ユニット入温度(Ti)及び、発電ユニット入温度Tiの関数
Qb=G(L、Fm、Ti)
として求めるステップと、
(4)前記関数Gにより、最低発電量(E0)に対応する排熱回収量(Q0)のときの下限発電ユニット入温度(Tm)を求めるステップと、
運転計画更新時において、該当する配管長(L0)に対して、
(5)その時点における発電ユニット入温度Ti(t)と、前記下限発電ユニット入温度(Tm)と、を比較するステップと、
(6)Ti(t)<Tmの場合には、最低発電量を、下限排熱回収量である、
Qb(L0、Fm、Ti(t))を得ることができる下限発電量(Eb)以上の値に変更するステップと、
を含むことを特徴とするコージェネレーション・システムの運転制御方法。 - 請求項1において、前記(6)に替えて、
「(7)Ti(t)<Tm、かつ、更新後の発電計画に基づく予定発電量による排熱回収量予定(Qa)が、前記下限排熱回収量(Qb)以下の場合には、予定発電量を前記下限発電量(Eb)以上の値に変更して発電を実施するステップと、」
とすることを特徴とするコージェネレーション・システムにおける運転制御方法。 - 配管長(L)をパラメータとした、前記下限発電ユニット入温度(Tm)及び下限発電量(Eb)の判定テーブルに基づき、前記(6)の判定を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のコージェネレーション・システムにおける運転制御方法。
- 請求項3において、前記最低発電量(E0)の条件で、前記(1−1)、(1−2)を担保する前記下限温水循環量(Fm)で運転した場合、Ti(t)<Tmが予想される季節については、前記判定テーブルにおける下限発電量(Eb)に替えて、Ti(t)≧Tmとなる蓋然性の高い最低発電量(Eb’)を用いることを特徴とするコージェネレーション・システムにおける運転制御方法。
- 前記下限排熱回収量の演算に際して、発電排熱に加えて、余剰電力ヒータ回収による熱回収量を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のコージェネレーション・システムにおける運転制御方法。
- 発電ユニット出温度の前記設定温度(T1)が60℃であり、
前記許容下限温度(T2)が40℃であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかコージェネレーション・システムにおける運転制御方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167367A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Tokyo Gas Co Ltd | コージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法 |
JP2019007492A (ja) * | 2018-09-05 | 2019-01-17 | 日本電気株式会社 | スケジュール生成装置、生成方法、及びプログラム |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004211962A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Osaka Gas Co Ltd | 地域社会へのエネルギ供給システムおよび方法 |
JP2005024141A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Toshiba International Fuel Cells Corp | コージェネレーションシステム |
JP2006275478A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Osaka Gas Co Ltd | コージェネレーションシステム |
JP2007280650A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システム |
-
2010
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004211962A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Osaka Gas Co Ltd | 地域社会へのエネルギ供給システムおよび方法 |
JP2005024141A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Toshiba International Fuel Cells Corp | コージェネレーションシステム |
JP2006275478A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Osaka Gas Co Ltd | コージェネレーションシステム |
JP2007280650A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システム |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167367A (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Tokyo Gas Co Ltd | コージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法 |
JP2019007492A (ja) * | 2018-09-05 | 2019-01-17 | 日本電気株式会社 | スケジュール生成装置、生成方法、及びプログラム |
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