JP2013233043A

JP2013233043A - 熱電併給型調整用電源

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Publication number: JP2013233043A
Application number: JP2012104162A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Yoshiba; 史彦吉葉
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP6315431B2

Abstract

【課題】電力系統側において効率良く電力を安定供給することができるとともに、熱電併給側において効率良く低コストで熱電併給することができる熱電併給型調整用電源を提供する。
【解決手段】エネルギー効率が負荷率の中間でピークとなる特性を有する発電装置２と、発電装置２の排熱により熱を供給する熱供給装置３とを備え、発電装置２は、需要家施設に配備され、ガス供給手段２０から天然ガスが供給されて発電し、発電した電力を電気事業者が所有する火力発電所１１を含む電力系統に送電可能であり、発電装置２は、ピーク以下の負荷率では燃料供給事業者のものとして稼働させ、ピークよりも高い負荷率では電気事業者のものとして稼働させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電併給型調整用電源に関する。

電力事業者は、２４時間絶え間なく電力を安定して配電網に供給するため、定格運転を行う発電手段を備えるとともに、負荷調整用発電手段を備えている。負荷調整用発電手段は、待機状態で運転して発電を実施しているものである。例えば、夏場の昼間などに負荷が急激に上昇する際に負荷調整用発電手段を稼働させることで、その負荷変動に追随させている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、負荷調整用発電手段は、発電効率をある程度犠牲にして運転するものであるから、燃費が悪いという問題がある。

一方、需要家施設などに熱電併給装置を設置し、熱電併給をおこなうものがある。その熱電併給装置としては、負荷率に中間で熱効率がピークとなる特性を有するＭＣＦＣを用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。

このような熱電併給装置を負荷調整用発電手段として用いる場合、高出力にしてより多くの電力を発電し、該電力を電力事業者側に提供することで、電力系統における負荷上昇に追随することができる。しかしながら、上述したような特性では、高出力にするほど熱効率は低下するため、燃費が悪化してしまう。

特開２００５−２９５７１３号公報特開２００４−７１２７９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電力系統側において効率良く電力を安定供給することができるとともに、熱電併給側において効率良く低コストで熱電併給することができる熱電併給型調整用電源を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エネルギー効率が負荷率の中間でピークとなる特性を有する発電装置と、前記発電装置の排熱により熱を供給する熱供給装置とを備え、前記発電装置は、需要家施設に配備され、燃料事業者が所有する燃料供給手段から燃料が供給されて発電し、発電した電力を事業者が所有する事業者側発電装置を含む電力系統に送電可能であり、前記発電装置は、前記ピーク以下の負荷率では前記燃料事業者のものとして稼働させ、前記ピークよりも高い負荷率では前記事業者のものとして稼働させ、前記事業者側発電装置が待機状態から定格運転までの間で運転しているときは、前記発電装置は前記ピーク時の負荷率よりも高い負荷率で運転させ、当該発電装置で発電された電気を前記電力系統に送電することを特徴とする熱電併給型調整用電源にある。

かかる第１の態様では、事業者側からすれば、自身が従来のような効率の悪い待機運転で事業者側発電装置を準備する必要がなくなるため、設備面、ランニングコスト面での負担が軽減される。また、最もエネルギー効率が高い状態で稼働している発電装置から送配電網に電気が供給される。すなわち、高速で発電装置の負荷率を増加させることができるため、急激な電気需要の増大に対して直ちにそれを吸収するだけの電気を送配電網に供給することができる。このように、事業者としては、費用面の負担を軽減しながらも、電気の安定供給をすることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する熱電併給型調整用電源において、前記事業者側発電装置が定格運転から待機状態までの間で運転しているときは、前記発電装置は前記ピーク時の負荷率よりも低い負荷率で運転させることを特徴とする熱電併給型調整用電源にある。

かかる第２の態様では、電力需要の減少を熱電併給型調整用電源が吸収するので、その電力需要の減少を吸収しきったところで、事業者側発電装置を待機運転にすればよい。すなわち、徐々に効率を落として待機状態にする必要がないため、ランニングコスト面での負担が軽減される。このように、事業者としては、費用面の負担を軽減しながらも、電気の安定供給をすることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する熱電併給型調整用電源において、前記電力系統における電力需要が多い時期又は地域では、前記事業者のものとして稼働させる範囲が広くなるように前記発電装置の特性のピークを設定することを特徴とする熱電併給型調整用電源にある。

かかる第３の態様では、電力系統における電力需要が大きいときであっても、当該電力需要に対応して安定して電力を供給することができる。

本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様に記載する熱電併給型調整用電源において、前記電力系統における電力需要が少ない時期又は地域では、前記燃料供給事業者のものとして稼働させる範囲が広くなるように前記発電装置の特性のピークを設定することを特徴とする熱電併給型調整用電源にある。

かかる第４の態様では、燃料供給事業者は、最も高いエネルギー効率であり、かつ、高出力で発電装置を稼働させて熱電併給することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の何れか一つの態様に記載する熱電併給型調整用電源において、前記発電装置を前記ピークよりも低い負荷率で運転するときは、前記燃料供給手段から前記発電装置に供給される燃料の費用の一部を、前記電力系統を有する前記事業者が負担することを特徴とする熱電併給型調整用電源にある。

かかる第５の態様では、発電装置を燃料供給事業者のものとして稼働させる際に、エネルギー効率の低いところで稼働させることになるが、その場合に、事業者に費用負担させることができる。

本発明の熱電併給型調整用電源は、電力系統側において効率良く電力を安定供給することができるとともに、熱電併給側において効率良く低コストで熱電併給することができる。

実施形態に係る熱電併給型調整用電源の構成を示す概略図である。実施形態に係る発電装置の特性を示すグラフである。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。実施形態に係る熱電併給型調整用電源の運転状況を示す概略図である。

〈実施形態１〉
以下、燃料供給事業者として燃料ガスを供給するガス事業者を、事業者として電気事業者を例にして本発明の熱電併給型調整用電源について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１は、発電装置２と、熱供給装置３とを備え、需要家施設に配備されている。

ガス事業者は、燃料として天然ガスを供給するガス供給手段２０（燃料供給手段）を所有している。ガス供給手段２０は、需要家施設の発電装置２に天然ガスを供給可能になっている。

電気事業者は、発電を行う火力発電所１１（事業者側発電装置）や変電、送電、配電する送配電網１０を含む電力系統を有している。火力発電所１１は、定格時に高効率で運転される発電設備を備えたものである。なお、従来では、電気事業者は、定格時に高効率で運転されると共に、負荷待機時に効率を落として低効率で運転される発電設備を備えた負荷調整用の火力発電所を有していた。詳細は後述するが、本発明によれば、このような負荷調整用の火力発電所が不要となるか、若しくはその設備数を低減することができる。火力発電所１１は、送配電網１０を介して、需要家施設の負荷４に送電可能となっている。

発電装置２は、ガス供給手段２０（燃料供給手段）から燃料として天然ガスが供給され、該天然ガスを用いて発電する装置である。発電装置２の具体例としては、天然ガスを水素ガスや一酸化炭素ガスに改質して発電する燃料電池や、天然ガスを燃焼して発電するガスエンジンなどを挙げることができる。

発電装置２は、発電した電力を需要家施設に設置された負荷４に送電可能となっている。また、発電した電気が負荷４に対して余剰であれば、電気事業者の送配電網１０に送電（売電）可能となっている。もちろん、発電した電気は、電気事業者以外の近隣の施設等にある負荷に供給してもよい。なお、負荷４は、発電装置２から給電されるともに、その電気が不足であれば、送配電網１０から電気が供給されるようになっている。

熱供給装置３は、発電装置２の排熱により熱を供給する装置である。熱供給装置３の具体例としては、燃料電池やガスエンジン（発電装置２）からの排ガスが供給され、該排ガスの熱で水を温水や蒸気にする熱交換機を挙げることができる。また、熱供給装置３は、熱交換により得られた温水や水蒸気を需要家施設の給水設備５や暖房設備６や蒸気設備７等に供給可能となっている。なお、温水はタンク等に貯留するようにしてもよい。

また、発電装置２には、出力を制御する制御装置８が取り付けられており、電力事業者側の制御装置１２からの制御信号により発電装置２の出力を変更することが可能となっている。

図２を用いて、発電装置２の特性について説明する。図２は、負荷率とエネルギー効率の特性を示すグラフであり、Ｘ軸は負荷率（プラント負荷率）を表し、Ｙ軸はエネルギー効率を表している。

発電装置２は、エネルギー効率が負荷率の中間でピークとなる特性を有する。エネルギー効率とは、発電装置２の発電効率である。また、負荷率とは、ある期間中の負荷の平均需要電力と最大需要電力の割合をいう。

「発電装置２の特性が負荷率の中間でピークとなる」とは、特性が上に凸な曲線であり、負荷率（０〜１００％）の間の何れかの箇所でエネルギー効率の最大値（極大値）が存在することをいう。本実施形態の発電装置２は、プラント負荷率が約５０％であるときにエネルギー効率が最大（極大）である約５５％となる特性を有している。

このような特性を有する発電装置２は、ピーク以下の負荷率、すなわち負荷率が５０％以下のときはガス事業者のものとして稼働させ、ピークよりも高い負荷率、すなわち負荷率が５０％よりも高いときは電気事業者のものとして稼働させる。

「発電装置２をガス事業者のものとして稼働させる」とは、発電装置２をピーク以下の負荷率で運転させているときはガス事業者がランニングコストを負担するとともに、発電した電力や温水・蒸気を販売した利益を得ることをいう。つまり、ガス事業者は需要家施設に対して熱電併給を行うことをいう。

「発電装置２を電気事業者のものとして稼働させる」とは、発電装置２をピークよりも高い負荷率で運転させているときは電気事業者が50%以上（ピークに対応する負荷率以上）の発電に必要なランニングコストを負担するとともに、50%以上（同前）の発電で得られる温水・蒸気を販売した利益を得て、さらに、発電した電力を送配電網１０に供給させることをいう。

図３〜図５を用いて、上述したように電気事業者及びガス事業者の２者で稼働される発電装置２を備える熱電併給型調整用電源１の動作を説明する。図３は通常運転時の熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。

まず、図３右上のグラフは、電気事業者が有する電力系統における電力需要推移を示している。Ｘ軸は時刻を、Ｙ軸は電力需要を示している。例えば、朝及び夜間は電気需要は少なく、朝から昼間に掛けて電力需要が上昇し、しばらくの間、電力需要が高いまま推移し、夕方にかけて電力需要が減少している。

このような電力需要の変動が少ない朝方や昼間では、火力発電所１１が定格運転をしている。例えば、朝方の時間帯Ａには１基の火力発電所１１が定格運転をおこなってその時間帯Ａの電力需要を満たしている。また、昼間の時間帯Ｂには２基の火力発電所１１が定格運転を行って時間帯Ｂの電力需要を満たしている。

図３左上のグラフは、図２に示した発電装置２の特性とおなじものである。上述したように電力需要が小さいとき、すなわち火力発電所１１が定格運転をしているときは、発電装置２はガス事業者のものとして稼働させ、さらにエネルギー効率が最も高くなるように運転させる（点Ｘ、負荷率約５０％、エネルギー効率約５５％）。

このように火力発電所１１の定格運転時では、熱電併給型調整用電源は、図３左下に示すように動作する。すなわち、発電装置２ではガス供給手段２０からガスが供給されて発電するとともにそのときの排熱で温水・蒸気を生成し、需要家施設に供給する。

発電装置２としては、エネルギー効率が最も高い運転をするときにおいて、需要家施設における負荷や温水・蒸気の需要が満たされるように発電装置２及び熱供給装置３を設計しておく。これにより、ガス事業者としては、それらの需要を満たすことができるとともに、高いエネルギー効率、すなわち燃費を低減することができる。

また、時間帯Ａ、時間帯Ｂにおいて負荷が若干変動する際には、制御装置１２から制御装置８に制御信号を送信し、発電装置２の負荷率を変動させる。例えば、電力系統の負荷が若干増えたときに、発電装置２の負荷率を高めるように電気の出力を上げて電力系統に当該電気を送電させる。これにより、電力系統における負荷が吸収される。

このとき、発電装置２は、上述したように最もエネルギー効率が良い状態で運転しており、かつ、その特性は上に凸であるから若干出力を増大させてもエネルギー効率はほとんど変化しない。すなわち、電気事業者からすれば、電力系統における負荷を吸収するためにエネルギー効率がよい（燃費がよい）電力を利用することができる。

図４は電力系統の負荷上昇時における熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。右上のグラフに示すように、例えば、朝方から昼間にかけての時間帯Ｃにおいて電力需要が急激に増大した場合について説明する。

朝方、１基の火力発電所１１が定格運転をしている状況で、電力需要が急激に増大する場合、待機している別の火力発電所１１を定格運転にする。しかし、火力発電所１１は、定格運転になるまで時間が掛かるので、直ぐには電力需要を吸収できない（従来においては、このような需要の増大に対応できるように低効率で火力発電所を待機運転させていた）。

本発明では、発電装置２を電気事業者のものとして稼働させ、このような電力需要の増大を熱電併給型調整用電源１により吸収する。具体的には、電力需要が増大したとき、電気事業者は、制御装置１２から制御装置８に制御信号を送信し、発電装置２の出力を増大させる（負荷率を高める）。例えば、左上のグラフに示すように、負荷率がピークよりも高い負荷率（点Ｙ、約８０％）で発電装置２を運転させる。

このような電力需要の増大時、すなわち待機状態にある火力発電所１１を定格運転にするまでの間に、熱電併給型調整用電源１は、図４左下に示すように動作する。発電装置２ではガス供給手段２０からガスが図３に示した定格運転時よりも多く供給されて発電するとともにそのときの排熱で温水・蒸気を生成し、需要家施設に供給する。このとき、発電した電気うち一部を送配電網１０に供給する。この送配電網１０に電気が供給されることで、電力需要の増大が吸収される。

このようにして熱電併給型調整用電源１から送配電網１０に供給される電力により、電力需要の増大を吸収している間、待機状態にあった火力発電所１１は定格運転状態になる。このように火力発電所１１が定格運転に至ったら、制御装置１２及び制御装置８により発電装置２の負荷率を最もエネルギー効率が高い状態に戻す（点Ｘ）。

このような熱電併給型調整用電源１は、電気事業者側からすれば、自身が従来のような効率の悪い待機運転で火力発電所１１を準備する必要がなくなるため、設備面、ランニングコスト面での負担が軽減される。また、最もエネルギー効率が高い状態（点Ｘ）で稼働している発電装置２から送配電網１０に電気が供給される。すなわち、高速で発電装置２の負荷率を増加させることができるため、急激な電気需要の増大に対して直ちにそれを吸収するだけの電気を得ることができる。このように、電気事業者としては、費用面の負担を軽減しながらも、電気の安定供給をすることができる。

一方、ガス事業者としては、発電装置２はエネルギー効率が低いところで（点Ｙ）運転することになるが、そのときは電気事業者のものとして発電装置２は可動するので、エネルギー効率が低下することがガス事業者に不利になることはない。また、このときに発電装置２に供給される天然ガスは電気事業者が用いるものであるから、ガス事業者としては、その天然ガスの販売利益を得ることができる。つまり、発電装置２が電気事業者のものとして稼働されたときでも、利益を得ることができる。

また、発電装置２が電気事業者により可動するものとされても、排熱は発生するので、温水・蒸気は十分に確保することができる。

図５は電力系統の負荷減少時における熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。右上のグラフに示すように、例えば、昼間から夜間にかけての時間帯Ｄにおいて電力需要が急激に減少した場合について説明する。

昼間、２基の火力発電所１１が定格運転をしている状況で、電力需要が急激に減少する場合、１基の火力発電所１１を待機状態にする。しかし、火力発電所１１は、待機状態にするまでに一定の時間が掛かるので、直ぐには電力需要の減少を吸収できない（従来においては、このような需要の減少に対応できるように、効率は悪いが火力発電所の出力を徐々に下げて待機運転にしていた）。

本発明では、発電装置２を電気事業者のものとして稼働させ、このような電力需要の減少を熱電併給型調整用電源１により吸収する。

具体的には、電気事業者は、制御装置１２から制御装置８に制御信号を送信し、発電装置２の出力を減少させる（負荷率を低くする）。例えば、左上のグラフに示すように、負荷率がピークよりも低い負荷率（点Ｚ、約３０％）で発電装置２を運転させる。このように需要家施設における電力需要の減少を発電装置２で吸収する。

このような電力需要の減少時、すなわち定格運転にある火力発電所１１を待機状態にするまでの間に、熱電併給型調整用電源１は、図５左下に示すように動作する。発電装置２には、ガス供給手段２０からガスが図３に示した定格運転時よりも少なく供給されて低負荷率で発電するとともにそのときの排熱で温水・蒸気を生成し、需要家施設に供給する。

このようにして熱電併給型調整用電源１の発電装置２で電力需要の減少を吸収する間、定格運転していた火力発電所１１は待機状態になる。このように火力発電所１１が待機状態に至ったら、制御装置１２及び制御装置８により発電装置２の負荷率を最もエネルギー効率が高い状態に戻す（点Ｘ）。

電気事業者側からすれば、電力需要の減少は熱電併給型調整用電源１が吸収するので、その電力需要の減少を吸収しきったところで、火力発電所１１を待機運転にすればよい。すなわち、徐々に効率を落として待機状態にする必要がないため、ランニングコスト面での負担が軽減される。このように、電気事業者としては、費用面の負担を軽減しながらも、電気の安定供給をすることができる。

一方、ガス事業者としては、発電装置２はエネルギー効率が低いところで（点Ｚ）運転することになるが、例えば、電気事業者が費用面での補償をするなどしてガス事業者に不利にならないようにすることができる。または、そのような補償の代わりに、図４で説明した電力需要増大時に発電装置２で生じる熱と相殺するなどしてもよい。つまり、電力需要増大時には、発電装置２は電気事業者のものとして稼働されるが、このときに生じる熱をガス事業者に譲渡することで、上記補償としてもよい。

以上に説明したように、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１によれば、発電装置２を異なる事業者が稼働させることで、電力系統側においてエネルギー効率よく電力を安定供給することができるとともに、効率良く低コストで熱電併給することができる。

すなわち、熱電併給型調整用電源１は、電気事業者にとって、効率良く、また、直ちに電力需要の増減を吸収できる電源として機能する。従来では、電気事業者は、電力需要の増減を吸収するために、効率を落として運転させる負荷調整用の火力発電所を有していたが、これが不要、又は数を少なくすることができるため、特に費用面の負担を著しく低減することができる。

また、熱電併給型調整用電源１は、ガス事業者にとって、最もエネルギー効率のよいところで運転することができ、かつ、それ以上の過負荷にする際の負担は自身で負わないことができる。そして、需要家施設にとっては安定して電気、温水・蒸気が供給される。

なお、本実施形態では、事業者として電気事業者を、事業者側発電装置として火力発電所１１を例にとり説明したが、このような態様に限定されない。例えば、工場設備を有する事業者を対象とし、事業者側発電装置としてその工場設備に電力を供給する発電装置を用いる場合にも本発明を適用できる。この場合においては、工場設備で増減する電力需要を吸収するために、熱電併給型調整用電源１を利用することができる。

他にも、風力や太陽光などの自然エネルギーによる発電装置を事業者側発電装置とし、当該発電装置を用いて電気を販売する者を事業者としてもよい。この場合においては、安定しない自然エネルギーによる発電を安定化させるために熱電併給型調整用電源１を利用することができる。

実施形態２以降では、上述した熱電併給型調整用電源１の設置地域や時期ごとの態様について説明する。

〈実施形態２〉
本実施形態では、温暖地域にある都市部に配備される熱電併給型調整用電源１の夏季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水暖房需要がある公共施設やマンションを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的小型（目安としては出力１０００ｋＷ以下）である。

図６は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

夏季の温暖地域の都市部では、電力需要が高いと考えられる。つまり、朝から昼間にかけて電力需要が増大する際には、その増大を吸収するために熱電併給型調整用電源１から供給される電力もより多く必要となる。したがって、左上のグラフに示すように、発電装置２について電気事業者が稼働させる範囲（点Ｘ（最大のエネルギー効率のときの負荷率）から右側の範囲）を広くすることが合理的である。例えば、点Ｘの負荷率を約３０％とすると、電力系統の負荷が増大したときには約３０〜１００％までの間で発電装置２の出力を高め、より多くの電力を電力系統に供給することができる。

また、夏季においては、需要家施設での温水の需要も少ないと考えられる。したがって、発電装置２と熱供給装置３とは、温水よりも電力を効率良く発電できるように設定して稼働させる。

このように本実施形態に係る発電装置２は、電気事業者のものとして可動する範囲が広いので、熱電併給型調整用電源１は、夏季の温暖地域の都市部において電力需要が大きく増大する時間帯Ｔに、より多くの電力を電気事業者の電力系統に供給することができる。これにより、夏季に電力需要が著しく増大するときにおいても、電力系統側において効率良く電力を安定供給することができる。

〈実施形態３〉
本実施形態では、温暖地域にある都市部に配備される熱電併給型調整用電源１の冬季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水暖房需要がある公共施設やマンションを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的小型（目安としては出力１０００ｋＷ以下）である。

図７は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

冬季の温暖地域の都市部では、夏季ほど電力需要は高くないと考えられる。したがって、左上のグラフに示すように、発電装置２について電気事業者及びガス事業者が稼働させる範囲を半々にする。

この場合においても、電力系統の電力需要が増大する時間帯Ｔ１においては、点Ｙに示すように、発電装置２の出力を高めて電力の安定供給を行う。

一方、冬季においては、需要家施設での温水の需要は夏季よりは多くなると考えられる。さらに、一般的に温暖地域のマンションなどの需要家施設では蓄熱設備が設置されていないことが多い。したがって、気温が急激に低下したときなどは空調用に電力需要が増えることが想定される。

これらのことから需要家施設での電力及び温水の需要が多くなると見積ることができる。そこで、熱電併給型調整用電源１では、例えば、気温が下がる夜間Ｔ２においても過負荷運転（点Ｙ）で動作させ、それらの電力及び温水の需要に対応させる。

このように本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１は、急激な気温の低下時においても、需要家施設での電気や熱の需要に応えることができる。

〈実施形態４〉
本実施形態では、温暖地域にある都市部に配備される熱電併給型調整用電源１の夏季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水のみならず蒸気の需要がある病院や工場などを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的大型（目安としては出力１０ＭＷ以下）である。

図８は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

実施形態２と同様に、夏季の温暖地域の都市部では、電力需要が高いと考えられる。つまり、朝から昼間にかけて電力需要が増大する際には、その増大を吸収するために熱電併給型調整用電源１から供給される電力もより多く必要となる。したがって、左上のグラフに示すように、発電装置２について電気事業者が稼働させる範囲（点Ｘ（最大のエネルギー効率のときの負荷率）から右側の範囲）を広くすることが合理的である。例えば、点Ｘの負荷率を約３０％とすると、電力系統の負荷が増大したときには約３０〜１００％までの間で発電装置２の出力を高め、より多くの電力を電力系統に供給することができる。

また、夏季においては、需要家施設での温水や蒸気の需要も少ないと考えられる。一方、病院などでは冷房需要が非常に高いと考えられる。したがって、発電装置２と熱供給装置３とは、温水よりも電力を効率良く発電できるように設定して稼働させる。

また、出力規模が大きいことから、発電装置２の電気を停電時のバックアップ電源や震災等で停電したときの非常用電源などとして利用してもよい。

〈実施形態５〉
本実施形態では、温暖地域にある都市部に配備される熱電併給型調整用電源１の冬季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水のみならず蒸気の需要がある病院や工場などを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的大型（目安としては出力１０ＭＷ以下）である。

図９は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

一方、病院や工場では高出力な発電装置２を有することから、熱の供給形態は、主として蒸気となる。したがって、熱電併給型調整用電源１は、病院や工場又は周辺施設に対して蒸気の供給源としても稼働させる。ただし、温暖地域では、蓄熱設備を有する病院や工場は少ないと考えられるため、急激に気温が低下した場合は、空調用に電力需要が増大すると考えられる。

これらのことから病院等の需要家施設での電力及び温水・蒸気の需要が多くなると見積ることができる。そこで、熱電併給型調整用電源１では、例えば、気温が下がる夜間Ｔ２においても過負荷運転（点Ｙ）で動作させ、それらの電力及び温水・蒸気の需要に対応させる。

〈実施形態６〉
本実施形態では、寒冷地域に配備される熱電併給型調整用電源１の夏季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水暖房需要がある公共施設を想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的小型（目安としては出力１０００ｋＷ以下）である。

本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１は、図３〜５に示したような態様で稼働することが好ましい。すなわち、電気事業者の電力系統での電気需要の増減を吸収する電源として熱電併給型調整用電源１を利用することができる。そして、熱電併給型調整用電源１は、主として温水の供給源として使用する。

〈実施形態７〉
本実施形態では、寒冷地域に配備される熱電併給型調整用電源１の冬季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水暖房需要がある公共施設を想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的小型（目安としては出力１０００ｋＷ以下）である。

図１０は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

冬季の寒冷地域では、夜間Ｔに安価な電力を利用して水を温め、その温水を貯留して後に使用することが行われる。すなわち、寒冷地域の夜間Ｔにおいては、蓄熱用に電力需要が増大する。

したがって、左上のグラフに示すように、発電装置２について電気事業者が稼働させる範囲（点Ｘ（最大のエネルギー効率のときの負荷率）から右側の範囲）を広くすることが合理的である。例えば、点Ｘの負荷率を約３０％とすると、電力系統の負荷が増大したときには約３０〜１００％までの間で発電装置２の出力を高め、より多くの電力を電力系統に供給することができる。

また、上述したように電気事業者が発電装置２の負荷率を３０〜１００％で稼働したときには、温水や蒸気も多量に生成されるので、蓄熱や熱需要に割り当てる。

このように本実施形態に係る発電装置２は、電気事業者のものとして可動する範囲が広いので、熱電併給型調整用電源１は、冬季の寒冷地において電力需要が大きく増大する夜間Ｔに、より多くの電力を電気事業者の電力系統に供給することができる。これにより、冬季に電力需要が著しく増大するときにおいても、電力系統側において効率良く電力を安定供給することができる。また、冬季に温水や蒸気の需要が増すが、熱電併給型調整用電源１はこれらの需要を満たすことができる。

さらに、発電装置２をガス事業者のものとして稼働させる際には、発電装置２の発電効率を下げてでも、熱供給装置３での熱の効率を上げて熱の供給を優先することが好ましい。

〈実施形態８〉
本実施形態では、寒冷地域に配備される熱電併給型調整用電源１の夏季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水のみならず蒸気の需要がある病院や工場などを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的大型（目安としては出力１０ＭＷ以下）である。

本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１は、図３〜５に示したような態様で稼働することが好ましい。すなわち、電気事業者の電力系統での電気需要の増減を吸収する電源として熱電併給型調整用電源１を利用することができる。そして、熱電併給型調整用電源１は、発電規模が大きいことから、主として蒸気の供給源として使用する。

〈実施形態９〉
本実施形態では、寒冷地域に配備される熱電併給型調整用電源１の冬季の運転状況について説明する。また、熱電併給型調整用電源１が配備される需要家施設としては、温水のみならず蒸気の需要がある病院や工場などを想定する。このような施設での発電装置２の規模としては比較的大型（目安としては出力１０ＭＷ以下）である。

図１１は、本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１の動作を説明する概略図である。図４と同様に、右上のグラフは電気事業者の電力系統における電力需要の推移を示し、左上のグラフは発電装置のエネルギー効率と負荷率との関係を示し、左下は熱電併給型調整用電源１の動作を示す概略構成図である。

冬季の寒冷地域において、病院などの需要家施設では、深夜でも救急対応などのために熱や蒸気の必要性は高い。また、暖房や照明、医療機器に用いる電力も重要である。したがって、電力及び熱の双方の需要を満たせるように発電装置２を設計する。また、実施形態７で述べたように、夜間Ｔにおいては、安価な電力を利用して水を温め、その温水を貯留して後に使用することが行われる。すなわち、寒冷地域の夜間Ｔにおいては、蓄熱用に電力需要が増大する。

したがって、左上のグラフに示すように、発電装置２について電気事業者が稼働させる範囲（点Ｘ（最大のエネルギー効率のときの負荷率）から右側の範囲）において、上述した病院内での電力需要に答えることができるようにする。

このように本実施形態に係る熱電併給型調整用電源１は、冬季の寒冷地において電力需要が大きく増大する夜間Ｔに、より多くの電力を電気事業者の電力系統に供給することができる。これにより、冬季に電力需要が著しく増大するときにおいても、電力系統側において効率良く電力を安定供給することができる。また、冬季に温水や蒸気の需要が増すが、熱電併給型調整用電源１はこれらの需要を満たすことができる。

〈他の実施形態〉
なお、電力需要が少ない地域や時期においては、発電装置２をガス事業者のものとして稼働させる範囲を大きくするように設定してもよい。これによれば、ガス事業者は、最も高いエネルギー効率であり、かつ、高出力で発電装置２を稼働させて熱電併給することができる。

なお、本発明に係る熱電併給型調整用電源は、燃料供給事業者、電気事業者（事業者）がそれぞれ専有するものであってもよいし、共有していてもよい。また、第三者の設備事業者が所有していてもよい。それらの何れの者が熱電併給型調整用電源を構築・運用する。そして、熱電併給型調整用電源に供給される燃料、これより得られる熱及び電力について、燃料を供給して電力及び熱を販売する事業者Ａ、電気の負荷変動分を販売する事業者Ｂとで折半することになる。実施形態１では、事業者Ａはガス事業者であり、事業者Ｂは電気事業者であった（この場合は電気の負荷変動分の販売ではなく自営といえる）。しかしながら、事業者Ａは必ずしもガス事業者である必要は無く、ガス事業者から燃料を購入して熱電併給型調整用電源を運用し、電力及び熱を併産・販売する第三者の事業者であってもよい。また、事業者Ｂについても、第三者の事業者が電気の負荷変動分を電気事業者に販売してもよい。

本発明は、熱電併給型調整用電源の産業分野で利用することができる。

１熱電併給型調整用電源
２発電装置
３熱供給装置
４負荷
５給水設備
６暖房設備
７蒸気設備
８制御装置
１０火力発電所
１１送配電網
１２制御装置
２０ガス供給手段

Claims

エネルギー効率が負荷率の中間でピークとなる特性を有する発電装置と、
前記発電装置の排熱により熱を供給する熱供給装置とを備え、
前記発電装置は、需要家施設に配備され、燃料事業者が所有する燃料供給手段から燃料が供給されて発電し、発電した電力を事業者が所有する事業者側発電装置を含む電力系統に送電可能であり、
前記発電装置は、前記ピーク以下の負荷率では前記燃料事業者のものとして稼働させ、前記ピークよりも高い負荷率では前記事業者のものとして稼働させ、
前記事業者側発電装置が待機状態から定格運転までの間で運転しているときは、前記発電装置は前記ピーク時の負荷率よりも高い負荷率で運転させ、当該発電装置で発電された電気を前記電力系統に送電する
ことを特徴とする熱電併給型調整用電源。
請求項１に記載する熱電併給型調整用電源において、
前記事業者側発電装置が定格運転から待機状態までの間で運転しているときは、前記発電装置は前記ピーク時の負荷率よりも低い負荷率で運転させる
ことを特徴とする熱電併給型調整用電源。
請求項１又は請求項２に記載する熱電併給型調整用電源において、
前記電力系統における電力需要が多い時期又は地域では、前記事業者のものとして稼働させる範囲が広くなるように前記発電装置の特性のピークを設定する
ことを特徴とする熱電併給型調整用電源。
請求項１又は請求項２に記載する熱電併給型調整用電源において、
前記電力系統における電力需要が少ない時期又は地域では、前記燃料供給事業者のものとして稼働させる範囲が広くなるように前記発電装置の特性のピークを設定する
ことを特徴とする熱電併給型調整用電源。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する熱電併給型調整用電源において、
前記発電装置を前記ピークよりも低い負荷率で運転するときは、前記燃料供給手段から前記発電装置に供給される燃料の費用の一部を、前記電力系統を有する前記事業者が負担する
ことを特徴とする熱電併給型調整用電源。