JP2012207892A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に電力需要と熱需要を賄えるコージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】熱電併給装置１と、熱電併給装置１の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置４と、補助熱源装置７と、制御装置８とを備えるコージェネレーションシステムＳであって、制御装置８は、電力需要が熱電併給装置１の定格発電出力未満であるとき、熱電併給装置１の発電出力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱及び電力消費型熱供給装置４で発生する熱で熱需要を賄う第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量と、熱電併給装置１の発電出力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱及び補助熱源装置７で発生する熱で熱需要を賄う第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量とを比較し、それが小さくなる方の運転状態を実行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置を運転させて、消費者に電力と熱とを供給するコージェネレーションシステムに関する。

運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置を運転することで、消費者に電力と熱とを供給できるコージェネレーションシステムがある（例えば、特許文献１を参照）。更に、特許文献１に記載のコージェネレーションシステムには、熱電併給装置の発電出力の一部を消費して熱を出力する電力消費型熱供給装置（具体的には電熱ヒータ装置）が設けられている。そのため、電力需要が熱電併給装置の定格発電出力未満であるとき、熱電併給装置の発電出力が電力需要を超えるように運転し、その余剰電力を電力消費型熱供給装置において熱に変換するような運用も可能である。つまり、この運転形態では余剰電力が発生しても構わないため、例えば、熱電併給装置が定格発電出力を発生させるような高効率な状態で熱電併給装置を運転させることが可能となる。

また、熱需要を熱電併給装置の熱出力で賄うことができない場合に備えて、燃料を消費して熱を発生するボイラーなどの補助熱源装置をコージェネレーションシステムに追加で設けておくこともできる。

特開２００４−２６０９１６号公報

従来のコージェネレーションシステムでは、補助熱源装置は、熱需要のうち熱電併給装置の熱出力で賄うことができない熱不足分を賄う目的で補助的に運転されていた。例えば、熱電併給装置の発電出力を電力需要に見合った値に調節し、熱電併給装置の熱出力では不足する分の熱を補助熱源装置から出力するような運転形態が行われていた。従って、補助的に用いられる補助熱源装置に対して要求される熱出力の大きさは様々であり、高効率の状態で運転されることもあれば、低効率の状態で運転されることもある。また、主体的に用いられる熱電併給装置についても、要求される発電出力の大きさに応じて効率は変化する。
更に、電力需要が熱電併給装置の定格発電出力未満である状況であれば、上記電力消費型熱供給装置で熱を発生させるべく、熱電併給装置から意図的に余剰電力を発生させるように発電出力を上昇させることもできるが、そのような発電出力の変化に伴って熱電併給装置の効率も更に変化する。

以上のように、電力需要が熱電併給装置の定格発電出力未満であるとき、熱電併給装置の発電出力及び熱出力と、電力消費型熱供給装置の熱出力と、補助熱源装置の熱出力とをどのように組み合わせて全体として電力需要及び熱需要を賄うことが効率的であるのかが不明であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率的に電力需要及び熱需要を賄うことができるコージェネレーションシステムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの特徴構成は、
運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置と、
燃料を消費して熱を発生する補助熱源装置と、
前記各装置の運転を制御する制御装置とを備えるコージェネレーションシステムであって、
前記制御装置は、電力需要が前記熱電併給装置の定格発電出力未満であるとき、
前記熱電併給装置の発電出力で前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱及び前記電力消費型熱供給装置で発生する熱で熱需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、
前記熱電併給装置の発電出力で電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱及び前記補助熱源装置で発生する熱で前記熱需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置及び前記補助熱源装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、を比較し、
消費一次エネルギー量又はその相当量が小さくなる方の運転状態を実行させる点にある。

上記特徴構成によれば、第１運転状態を実行するにあたって熱電併給装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、第２運転状態を実行するにあたって熱電併給装置及び補助熱源装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量とが比較される。つまり、熱電併給装置及び電力消費型熱供給装置の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置及び補助熱源装置の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。
従って、効率的に電力需要及び熱需要を賄うことができるコージェネレーションシステムを提供できる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの別の特徴構成は、前記第１運転状態は、前記電力需要を上回る発電出力を前記熱電併給装置で発生させて、当該発電出力のうちの一部の電力で前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置の発電出力のうちの前記電力需要を上回る余剰電力を前記電力消費型熱供給装置で消費させたときに発生する熱で熱需要を賄う運転状態であり、前記第２運転状態は、前記電力需要に見合った発電出力を前記熱電併給装置で発生させることで前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分に相当する不足熱を前記燃料を消費して前記補助熱源装置で発生させることで前記熱需要を賄う運転状態である点にある。

上記特徴構成によれば、第１運転状態を実行するにあたって、電力需要を上回る発電出力を熱電併給装置で発生させて、その発電出力のうちの一部の電力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置で発生する熱、及び、熱電併給装置の発電出力のうちの上記電力需要を上回る余剰電力を電力消費型熱供給装置で消費させたときに発生する熱で熱需要を賄うのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量が導出される。また、第２運転状態を実行するにあたって、電力需要に見合った発電出力を熱電併給装置で発生させることで上記電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置で発生する熱、及び、熱電併給装置で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱を燃料を消費して補助熱源装置で発生させることで熱需要を賄うのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量が導出される。そして、両者の消費一次エネルギー量又はその相当量が比較される。つまり、熱電併給装置及び電力消費型熱供給装置の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置及び補助熱源装置の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの更に別の特徴構成は、太陽光発電装置を備え、前記電力需要は、前記太陽光発電装置の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値である点にある。

上記特徴構成によれば、コージェネレーションシステムにとっての電力需要から、太陽光発電装置の発電電力で賄うことのできる分の電力を除くことで、熱電併給装置が供給するべき電力需要を小さくできる。また、消費一次エネルギー量などが発生しない太陽光発電装置をコージェネレーションシステムに組み込んだことで、コージェネレーションシステム全体としての消費一次エネルギー量又はその相当量を低減できる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの更に別の特徴構成は、熱を蓄える蓄熱装置を備え、前記熱需要は、前記蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値である点にある。

上記特徴構成によれば、コージェネレーションシステムにとっての熱需要から、蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことのできる分の熱を除くことで、熱電併給装置又は電力消費型熱供給装置又は補助熱源装置が供給するべき熱需要を小さくできる。

コージェネレーションシステムの構成を示す図である。 熱電併給装置の発電出力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。 熱電併給装置の発電出力と、排熱出力との関係を示すグラフである。 熱電併給装置を定格運転した場合における電力負荷装置による利用電力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。 熱電併給装置を定格運転した場合における電力負荷装置による利用電力と、排熱出力との関係を示すグラフである。 補助熱源装置の出力と、排熱回収効率との関係を示すグラフである。 第１運転状態及び第２運転状態において、電力負荷装置による消費電力量をどの装置から供給しているかを各別に示すグラフである。 第１運転状態及び第２運転状態において、熱負荷装置による熱消費量をどの装置から供給しているかを各別に示すグラフである。 第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量を各別に示すグラフである。 第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量を各別に示すグラフである。 別実施形態のコージェネレーションシステムの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態のコージェネレーションについて説明する。
図１は、第１実施形態のコージェネレーションシステムＳ１（Ｓ）の構成を説明する図である。
コージェネレーションシステムＳ１は、熱電併給装置１と、電力消費型熱供給装置としての電熱ヒータ装置４と、補助熱源装置７と、制御装置８とを備える。また、コージェネレーションシステムＳ１には、電力負荷装置６及び熱負荷装置５が接続されている。電力負荷装置６には、熱電併給装置１の発電出力及び商用電力系統３から供給される電力の少なくとも何れか一方の電力が供給される。熱負荷装置５へは、熱電併給装置１又は電熱ヒータ装置４又は補助熱源装置７で発生された熱が高温の湯水や他の熱媒の形態で供給される。

熱電併給装置１は、運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する装置である。本実施形態において、熱電併給装置１は、ガス、ガソリン、軽油などの燃料を消費して運転されるエンジン（内燃機関）１ａと、そのエンジン１ａによって駆動される発電機１ｂとを備える。エンジン１ａは、燃料を消費する際に熱を発生するため、熱源として作用する。また、発電機１ｂは電源として作用する。以上のように、熱電併給装置１は、エンジン１ａ及び発電機１ｂの運転状態に応じた量の電力及び熱を発生する。本実施形態において、エンジン１ａ及び発電機１ｂの運転状態、即ち、熱電併給装置１の運転状態は、制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、熱電併給装置１から出力するべき電力又は熱を決定して、その電力又は熱を出力するようにエンジン１ａ及び発電機１ｂの動作（エンジン１ａへの燃料供給量の調節を含む）を制御する。尚、以下の説明では、エンジン（熱電併給装置１）１ａの燃料としてガスを用いた場合を例示する。

本実施形態では、熱電併給装置１の発電機１ｂから出力される発電出力は、インバータ装置２によって所望の電力に変換された後で電力負荷装置６に供給される。本実施形態では、インバータ装置２は、例えば、交流／直流変換回路部と直流／交流変換回路部とを有する。そして、発電機１ｂから出力された交流電力を交流／直流変換回路部で直流電力に変換し、その後、直流／交流変換回路部でその直流電力を所望の交流電力に変換することで、電力負荷装置６へは交流電力が供給される。

電熱ヒータ装置４は、熱電併給装置１の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置の一例である。本実施形態では、電熱ヒータ装置４に対して直流電力を供給する場合を想定している。例えば、上述したインバータ装置２の交流／直流変換回路部と直流／交流変換回路部との間の直流部から取り出した直流電力を電熱ヒータ装置４に供給する。電熱ヒータ装置４では、電力の消費に伴ってジュール熱を発生して、その熱が熱負荷装置５に供給される。このように、インバータ装置２の直流部から直流電力を電熱ヒータ装置４に供給するので、その後の直流／交流変換時の変換損失がなくなり効率が向上するという点で有利である。
本実施形態において、電熱ヒータ装置４における消費電力、即ち、発熱量は、制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、電熱ヒータ装置４から出力するべき熱の大きさを決定して、その熱を出力するように電熱ヒータ装置４の消費電力を制御する。

補助熱源装置７は、例えば、ガス、ガソリン、軽油などの燃料を消費して熱を発生する装置である。本実施形態において、補助熱源装置７の発熱量は制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、補助熱源装置７から出力するべき熱の大きさを決定して、その熱を出力するように補助熱源装置７の動作（補助熱源装置７への燃料供給量の調節を含む）を制御する。尚、以下の説明では、補助熱源装置７の燃料としてガスを用いた場合を例示する。

図２は、熱電併給装置１の発電出力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。図３は、熱電併給装置１の発電出力と、排熱出力との関係を示すグラフである。発電効率は、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる電気エネルギーの百分率である。また、排熱回収効率は、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる熱エネルギーの百分率である。尚、図２では、発電効率を下段に描き、排熱回収効率をその発電効率の上段に重ねる形態で描いている。従って、実線で描いている効率は、発電効率と排熱回収効率とを足した値（総合効率と言える）となる。本実施形態では、熱電併給装置１の定格発電出力を１０００Ｗとする。そして、熱電併給装置１の発電出力が定格発電出力（１０００Ｗ）であるときに、熱電併給装置１の発電効率及び排熱回収効率が最も高くなる。これに対して、熱電併給装置１の発電出力が低下するにつれて、発電効率及び排熱回収効率は共に低下する。

図４は、熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。図５は、熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力と、排熱出力（熱電併給装置１の排熱出力及び電熱ヒータ装置４の排熱出力の合計）との関係を示すグラフである。図４及び図５の横軸に示すのは熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力であり、［電力負荷装置６による利用電力］＋［電熱ヒータ装置４による利用電力］＝１０００Ｗという関係が成立する。例えば、電力負荷装置６による利用電力が６００Ｗという場合は、発電出力（１０００Ｗ）のうちの６００Ｗを電力負荷装置６が消費し、残りの４００Ｗの余剰電力を電熱ヒータ装置４が消費する場合を意味する。同様に、図５の縦軸に示す熱出力は、例えば、横軸に示す電力負荷装置６による利用電力が６００Ｗという場合、熱電併給装置１を１０００Ｗの発電出力で運転するときの熱電併給装置１の熱出力と、電熱ヒータ装置４で４００Ｗの電力を熱に変換したときの熱出力との合計である。

図４において破線で示して「発電効率（ヒータ除く）」と表記している曲線は、電力負荷装置６で消費される電力分についての発電効率である。
図４において一点鎖線で示して「発電効率（ヒータ含む）」と表記している曲線は、電力負荷装置６で利用される電力分についての発電効率と、電熱ヒータ装置４で利用される電力分についての発電効率との合計である。図４に示す一点鎖線の曲線（「発電効率（ヒータ含む）」）から明らかなように、電力消費装置６で利用される電力分が減少するにつれて、即ち、電熱ヒータ装置４で利用される電力分が増加するにつれて、発電効率が高くなっている。これは、電熱ヒータ装置４で利用される電力を発電する際の効率の方が、電力負荷装置６で利用される電力を発電する際の効率よりも高くなるからである。具体的には、電熱ヒータ装置４で消費される直流電力は、インバータ装置２の直流部から供給される電力（即ち、発電機１ｂの交流発電出力に対して交流／直流変換のみを施した後の電力）であるので、電力変換装置６に供給される交流電力（即ち、発電機１ｂの交流発電出力に対して交流／直流変換と直流／交流変換とを施した後の電力）に比べて変換損失が少なくなり、その結果、発電効率は高くなる。

図４において実線で示して「排熱回収効率（ヒータ含む）」と表記している曲線は、発電効率と排熱回収効率とを足した値（総合効率と言える）となる。具体的には、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる熱エネルギー（熱電併給装置１から排出される熱エネルギーと電熱ヒータ装置４から排出される熱エネルギーとの合計）の百分率である。このように、「排熱回収効率（ヒータ含む）」と表記している通り、電熱ヒータ装置４から排出される熱エネルギーも考慮されている。

図６は、補助熱源装置７の出力と、排熱回収効率との関係を示すグラフである。図６に示す排熱回収効率は、補助熱源装置７を運転するために要するエネルギーに対する、補助熱源装置７から得られる熱エネルギーの百分率である。図示するように、補助熱源装置７の出力が小さくなるにつれて、排熱回収効率も小さくなる。

次に、電力負荷装置６の電力需要が７００Ｗｈであり（即ち、電力負荷装置６の電力需要が熱電併給装置１の定格発電出力未満であり）、熱負荷装置５の熱需要が２３５０Ｗｈである場合を例にして、制御装置８が、熱電併給装置１、電熱ヒータ装置４及び補助熱源装置７の運用形態をどのように決定するのかを説明する。本実施形態において、制御装置８は、熱電併給装置１の発電出力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱及び電熱ヒータ装置４で発生する熱で熱需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、熱電併給装置１を運転させるのに要する消費一次エネルギー量を導出する。加えて、制御装置８は、熱電併給装置１の発電出力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱及び補助熱源装置７で発生する熱で熱需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、熱電併給装置１及び補助熱源装置７を運転させるのに要する消費一次エネルギー量を導出する。そして、制御装置８は、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量とを比較し、消費一次エネルギー量が小さくなる方の運転状態を実行させるという運用形態を取る。

図７は、第１運転状態及び第２運転状態において、電力負荷装置６による電力負荷（消費電力量）をどの装置から供給するかを各別に示すグラフである。尚、図７において分数で記載している数値のうち、分母に記載する数値は熱電併給装置１の発電出力を示し、分子に記載する数値は電力負荷装置による消費電力量を示す。図８は、第１運転状態及び第２運転状態において、熱負荷装置５による熱負荷（熱消費量）をどの装置から供給するかを各別に示すグラフである。

〔第１運転状態〕
第１運転状態は、電力需要を上回る発電出力を熱電併給装置１で発生させて、その発電出力のうちの一部の電力で電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱、及び、熱電併給装置１の発電出力のうちの電力需要を上回る余剰電力を電熱ヒータ装置４で消費させたときに発生する熱で熱需要を賄う運転状態である。尚、熱電併給装置１が発生させる電力としては、定格発電出力が好ましい。図７及び図８に示した例でも、第１運転状態において、熱電併給装置１には電力需要を上回る１０００Ｗｈの発電出力（定格発電出力）が要求される。図７では、１０００Ｗｈの発電出力を破線で示す。そして、発電された１０００Ｗｈのうちの７００Ｗｈ（図７では実線で示す）が電力負荷を賄うために利用される（図７では、［７００Ｗｈ／１０００Ｗｈ］と記載する）。熱電併給装置１の発電出力のうちの電力需要を上回る余剰電力（３００Ｗｈ）は、図８に示すように電熱ヒータ装置４で消費されて熱に変換される。
熱電併給装置１の発電出力が１０００Ｗｈであるときに併せて発生される熱は、図３及び図８に示すように２０５０Ｗｈとなる。加えて、上述したように余剰電力（３００Ｗｈ）を消費した電熱ヒータ装置４で発生される熱が３００Ｗｈとなる。その結果、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４で合計２３５０Ｗｈの熱が発生される。

〔第２運転状態〕
第２運転状態は、電力需要に見合った発電出力を熱電併給装置１で発生させることで電力需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する熱、及び、熱電併給装置１で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱を燃料を消費して補助熱源装置７で発生させることで熱需要を賄う運転状態である。図７及び図８に示した例でも、第２運転状態において、熱電併給装置１には電力需要に見合った７００Ｗｈの発電出力が要求される。そして、発電された７００Ｗｈがそのまま電力需要を賄うために利用される（図７では、［７００Ｗｈ／７００Ｗｈ］と記載する）。
熱電併給装置１の発電出力が７００Ｗｈであるときに併せて発生される熱は、図３及び図８に示すように１６００Ｗｈとなる。従って、熱電併給装置１で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱は７５０Ｗｈとなる。そこで、補助熱源装置７でその不足熱（７５０Ｗｈ）を賄う運転を行うこととする。その結果、熱電併給装置１及び補助熱源装置７で合計２３５０Ｗｈの熱が発生される。

図９は、第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量を各別に示すグラフである。
第１運転状態では、熱電併給装置１の発電出力は１０００Ｗｈであり、その内の７００Ｗｈが電力負荷装置６で利用され及び３００Ｗｈが電熱ヒータ装置４で利用されるので、図４に一点鎖線で示す発電効率（ヒータ含む）の曲線のようにそのときの効率は２７．５％となる。従って、１０００Ｗｈの電力を出力する運転を行うために、熱電併給装置１は３．６４ｋＷｈ（＝１０００／０．２７５）のエネルギーを有する燃料（本実施形態では「ガス」）を消費する。ガスの一次エネルギー原単位は３．６ＭＪ／ｋＷｈである。従って、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は１３．１ＭＪとなる。
第２運転状態では、熱電併給装置１の発電出力は７００Ｗｈであるので、図２に破線で示すようにそのときの効率は２３．５％となる。従って、７００Ｗｈの電力を出力する運転を行うために、熱電併給装置１は２．９８ｋＷｈ（＝７００／０．２３５）のエネルギーを有する燃料を消費する。加えて、補助熱源装置７の熱出力は７５０Ｗｈであるので、図６に示すようにそのときの効率は２０．０％となる。従って、７５０Ｗｈの熱を出力する運転を行うために、補助熱源装置７は３．７５ｋＷｈ（＝７５０／０．２００）のエネルギーを有する燃料を消費する。その結果、第２運転状態では、熱電併給装置１及び補助熱源装置７は合計６．７３ｋＷｈエネルギーを有する燃料を消費する。ガスの一次エネルギー原単位は３．６ＭＪ／ｋＷｈである。従って、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は２４．２ＭＪとなる。

以上のように、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は１３．１ＭＪとなり、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は２４．２ＭＪとなる。両者を比較すると、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量の方が小さい。従って、本実施形態において制御装置８は、第１運転状態を実行させることを決定する。
このように、本実施形態のコージェネレーションシステムＳ１では、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置１及び補助熱源装置７の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のコージェネレーションシステムＳは、第１運転状態及び第２運転状態を比較するための指標が上記第１実施形態と異なっている。以下に第２実施形態のコージェネレーションシステムＳについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

上記第１実施形態では、制御装置８が、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量とを比較する例を説明したが、消費一次エネルギーに相当する他の指標を用いて第１運転状態と第２運転状態とを比較してもよい。例えば、制御装置８が、電力及び熱の発生に伴って排出されるＣＯ₂の量（所謂、環境負荷量）を、消費一次エネルギーの相当量として指標に用いてもよい。

図１０は、第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量を各別に示すグラフである。
上記第１実施形態で説明したように、第１運転状態では、熱電併給装置１は３．６４ｋＷｈの燃料（ガス）を消費する。ガスのＣＯ₂原単位は０．１８ｋｇ／ｋＷｈである。従って、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量は０．６６ｋｇとなる。
第２運転状態では、熱電併給装置１は２．９８ｋＷｈのエネルギーを有する燃料を消費する。加えて、補助熱源装置７は３．７５ｋＷｈのエネルギーを有する燃料を消費する。その結果、第２運転状態では、熱電併給装置１及び補助熱源装置７は合計６．７３ｋＷｈエネルギーを有する燃料を消費する。ガスのＣＯ₂原単位は０．１８ＭＪ／ｋＷｈである。従って、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量は１．２１ｋｇとなる。

以上のように、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量は０．６６ｋｇとなり、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ₂排出量は１．２１ｋｇとなる。両者を比較すると、第１運転状態を実行した場合のＣＯ₂排出量の方が小さい。従って、本実施形態においても、制御装置８は、第１運転状態を実行させることを決定する。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、コージェネレーションシステムＳに他の電力源及び熱源を追加で設けてもよい。また、コージェネレーションシステムＳに電力を貯蔵できる装置及び熱を貯蔵できる装置を設けてもよい。その一例として、図１１には、電力源として太陽光発電装置９を更に備え、熱を貯蔵できる装置として蓄熱装置１０を更に備えたコージェネレーションシステムＳ２（Ｓ）を示す。

コージェネレーションシステムＳ２は太陽光発電装置９を備えているため、コージェネレーションシステムＳ２にとっての電力需要から、太陽光発電装置９の発電電力で賄うことのできる分の電力を除くことができる。即ち、図７に例示した電力負荷装置６による消費電力量（即ち、電力需要）を、太陽光発電装置９の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値とすることができる。従って、熱電併給装置１が供給するべき電力需要を小さくできる。また、消費一次エネルギー量又はＣＯ₂排出量（環境負荷量）が発生しない太陽光発電装置９をコージェネレーションシステムＳ２に組み込んだことで、コージェネレーションシステムＳ２全体としての消費一次エネルギー量又はＣＯ₂排出量を低減できる。

また、コージェネレーションシステムＳ２は蓄熱装置１０を備えているため、コージェネレーションシステムＳ２にとっての熱需要から、蓄熱装置１０に蓄えられている熱で賄うことのできる分の熱を除くことができる。即ち、図８に例示した熱負荷装置５による消費熱量（熱需要）を、蓄熱装置１０に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値とすることができる。従って、熱電併給装置１又は電熱ヒータ装置４又は補助熱源装置７が供給するべき熱需要を小さくできる。尚、蓄熱装置１０に蓄えられる熱として、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４で発生された余剰熱を利用できる。

＜２＞
上記実施形態において、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量とを比較する例を説明するために、電力需要及び熱需要の数値や熱電併給装置１及び補助熱源装置７の効率などの数値を例示したが、それらの値は例示目的で記載したのであり、適宜変更してもよい。

＜３＞
上記第２実施形態において、消費一次エネルギー量の相当量としてＣＯ₂排出量を例示したが、更に別の指標を用いてもよい。例えば、光熱費という指標を用いてもよい。例えば、第１運転状態を実行した場合の光熱費と、第２運転状態を実行した場合の光熱費とを比較し、その光熱費が小さくなる方の運転状態を実行するようにしてもよい。

＜４＞
上記実施形態において、電熱ヒータ装置４を、熱電併給装置１の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置として用いる例を説明したが、他の装置を電力消費型熱供給装置として用いてもよい。例えば、電動式のヒートポンプ装置を上記電力消費型熱供給装置として用いてもよい。

本発明は、コージェネレーションシステムを用いて効率的に電力需要及び熱需要を賄うために利用できる。

１ 熱電併給装置
３ 商用電力系統
４ 電熱ヒータ装置（電力消費型熱供給装置）
５ 熱負荷装置
６ 電力負荷装置
７ 補助熱源装置
８ 制御装置
９ 太陽光発電装置
１０ 蓄熱装置
Ｓ コージェネレーションシステム

Claims (4)

1. 運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置と、
   前記熱電併給装置の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置と、
   燃料を消費して熱を発生する補助熱源装置と、
   前記各装置の運転を制御する制御装置とを備えるコージェネレーションシステムであって、
   前記制御装置は、電力需要が前記熱電併給装置の定格発電出力未満であるとき、
   前記熱電併給装置の発電出力で前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱及び前記電力消費型熱供給装置で発生する熱で熱需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、
   前記熱電併給装置の発電出力で電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱及び前記補助熱源装置で発生する熱で前記熱需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置及び前記補助熱源装置を運転させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、を比較し、
   消費一次エネルギー量又はその相当量が小さくなる方の運転状態を実行させるコージェネレーションシステム。
2. 前記第１運転状態は、前記電力需要を上回る発電出力を前記熱電併給装置で発生させて、当該発電出力のうちの一部の電力で前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置の発電出力のうちの前記電力需要を上回る余剰電力を前記電力消費型熱供給装置で消費させたときに発生する熱で熱需要を賄う運転状態であり、
   前記第２運転状態は、前記電力需要に見合った発電出力を前記熱電併給装置で発生させることで前記電力需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分に相当する不足熱を前記燃料を消費して前記補助熱源装置で発生させることで前記熱需要を賄う運転状態である請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
3. 太陽光発電装置を備え、
   前記電力需要は、前記太陽光発電装置の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値である請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
4. 熱を蓄える蓄熱装置を備え、
   前記熱需要は、前記蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値である請求項１〜３の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。

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