JP2015025362A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置とが連携運転される場合において、内燃機関発電装置のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することが可能な発電システムを提供する。
【解決手段】この発電システム１００は、エンジン１０を用いて発電を行うディーゼル発電装置２０と、ディーゼル発電装置２０と組み合わせて用いられ、風力エネルギーを用いて発電を行う風力発電装置３０と、エンジン１０の排気ガス中のすすの量を検出するスモークメータ２１と、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすすの量がしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させ、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御装置５０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電システムに関し、特に、内燃機関を用いた内燃機関発電装置と自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置とを組み合わせて発電を行う発電システムに関する。

従来、内燃機関を用いた内燃機関発電装置と自然エネルギーを用いた自然エネルギー発電装置とを組み合わせて発電を行う発電システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ディーゼル発電装置（内燃機関発電装置）と風力発電装置（自然エネルギー発電装置）とを組み合わせたハイブリッド発電システムが開示されている。この特許文献１に記載のハイブリッド発電システムは、ディーゼル発電装置と風力発電装置とを統括的に制御する制御装置を備えており、ディーゼル発電装置による発電量と風力発電装置による発電量との合計が電力需要を満たすように各々の発電装置に対する出力制御が行われている。この場合、ディーゼル発電装置の出力（発電量）を極力抑える一方、電力需要に対する不足分を風力発電装置の出力（発電量）を増加させて補う制御が行われている。なお、ディーゼル発電装置の出力を抑えるにあたり、すすが発生しない最小の出力（最大出力の約５０％の出力（最小許容出力））を維持するような運転制御が行われている。

特許第４１１５７４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発電システムでは、すすの発生防止のためにディーゼル発電装置を最大出力の約５０％に維持するため、風力発電により発電可能な発電量が増加した場合にも、ディーゼル発電装置の出力を５０％未満に低下させて運転することができない。この場合には、風力発電による発電を有効に活用することが困難になるという問題点がある。一方、ディーゼル発電装置を最大出力の５０％未満で運転すると、すすが発生してディーゼル発電装置の耐久性（寿命）が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置とが連携運転される場合において、内燃機関発電装置のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することが可能な発電システムを提供することである。

この発明の第１の局面による発電システムは、内燃機関を用いて発電を行う内燃機関発電装置と、内燃機関発電装置と組み合わせて用いられ、自然エネルギーを用いて発電を行う自然エネルギー発電装置と、内燃機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、検出部により検出される内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、内燃機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備える。

この発明の第１の局面による発電システムでは、上記のように、内燃機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、検出部により検出される内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、内燃機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備えることによって、検出部により検出されるすすの量が所定のしきい値を超えるまでは、内燃機関発電装置をすすが発生する運転域（低負荷運転域）で運転することにより自然エネルギー発電装置による発電を極力増加することができるので、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することができる。また、検出部により検出される内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置との負荷配分を変更して内燃機関の運転状態をすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に自動的に移行させることができるので、内燃機関内に発生（堆積）したすすを強制的に除去して内燃機関の状態および性能を良好に保つことができる。これらの結果、自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置とが連携運転される場合において、内燃機関発電装置のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、内燃機関は、ディーゼル機関またはガス機関を含み、検出部は、ディーゼル機関またはガス機関の排気ガス中のすすの量を検出するように構成されており、制御手段は、検出部により検出されるディーゼル機関またはガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、ディーゼル機関またはガス機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、高温の吸気空気中に液体燃料を噴射して自己発火させるディーゼル機関や燃料と空気との混合気を圧縮して火花点火させるガス機関においては、燃料噴射量を減少させて低負荷（低出力）で運転を継続させた場合にエンジン内部にすすが発生してピストンや燃料噴射ノズルに堆積しやすくなるので、検出部により検出されるディーゼル機関（またはガス機関）の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に自然エネルギー発電装置とディーゼル機関（またはガス機関）との負荷配分を変更してこれら内燃機関の運転状態をすすを除去可能な運転域に自動的に移行させることができる。したがって、自然エネルギー発電装置とディーゼル機関またはガス機関を用いた内燃機関発電装置とが連携運転される際に、ディーゼル機関またはガス機関のすす発生に起因する内燃機関発電装置の寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用可能な発電システムを得ることができる。

上記内燃機関がディーゼル機関またはガス機関を含む構成において、好ましくは、制御手段は、ディーゼル機関またはガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、ディーゼル機関またはガス機関をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、少なくともすすの量が所定のしきい値以下に低下するまですすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、ディーゼル機関内またはガス機関内に堆積したすすを確実に除去することができ、これら内燃機関の状態および性能を良好に保つことができる。

上記制御手段が少なくともすすの量が所定のしきい値以下に低下するまですすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を行う構成において、好ましくは、制御手段は、ディーゼル機関またはガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、ディーゼル機関またはガス機関をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すすの量が所定のしきい値以下に低下し、かつ、所定時間が経過するまですすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、ディーゼル機関またはガス機関をすすを除去可能な運転域へ移行させた状態で、ディーゼル機関またはガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値以下に低下したことに加えてこのすすを除去可能な運転域での運転を所定時間継続させるので、ディーゼル機関内またはガス機関内に堆積したすすをより確実に除去することができる。

この場合、好ましくは、制御手段は、ディーゼル機関またはガス機関をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すすの量が所定のしきい値以下に低下し、かつ、所定時間が経過したことに基づいて、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を停止し、ディーゼル機関またはガス機関のすすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を停止するように構成されている。このように構成すれば、ディーゼル機関またはガス機関のすすの除去後は、ディーゼル機関またはガス機関をすすが発生する運転域（低負荷運転域）で運転しながら自然エネルギー発電装置による発電を極力増加させる連携運転に容易に復帰させることができるので、これによっても、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、制御手段は、すすを除去可能な運転域に移行されるよりも前にすすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で内燃機関が運転される際に積算される運転継続時間が所定の許容時間を超えた場合か、または、検出部により検出される内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、内燃機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合のみならず、排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えていない場合であってもすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）以外の運転域（低負荷運転域）に相当する負荷率で内燃機関が運転される運転継続時間が所定の許容時間を超えた場合に自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置との負荷配分を変更して内燃機関発電装置における内燃機関の運転状態をすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に自動的に移行させることができる。このように、低負荷運転域においてすす発生の有無に関係なく所定の許容時間が経過した時点で内燃機関をすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に強制的に移行させることができるので、自然エネルギー発電装置による発電を有効に利用しつつ、すす発生に起因して内燃機関が故障するのをより確実に回避することができる。

この場合、好ましくは、制御手段は、すすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で運転される際の内燃機関の運転継続時間を所定の許容時間まで積算する際、内燃機関の負荷率ごとに設定された補正係数に基づいて算出される時間を使用して所定の許容時間まで積算するように構成されている。このように構成すれば、すすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で運転される際の内燃機関の運転継続時間を負荷率に応じてより正確に積算することができる。これにより、内燃機関の状態をより正確に把握することができる分、制御手段によるすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に移行させるか否かの判断に、より正確に反映させることができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、制御手段は、検出部により検出される内燃機関の排気ガス中のすすの量またはすすの量の単位時間あたりの変化量が、すすの量およびすすの量の単位時間あたりの変化量の各々に対応して設定された所定のしきい値または所定のすす変化量しきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、内燃機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合のみならず、すすの量の単位時間あたりの変化量が所定のすす変化量しきい値を超えた場合においても自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置との負荷配分を変更して内燃機関発電装置における内燃機関の運転状態をすすを除去可能な運転域に自動的に移行させることができるので、内燃機関内に発生（堆積）するすすが強制的に除去されて内燃機関の状態および性能を確実に良好に保つことができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、自然エネルギー発電装置は、風力発電装置を含み、制御手段は、内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、風力発電装置のピッチ角を制御することにより風力発電装置の発電出力量を減少させることによって、風力発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、制御手段により風力発電装置のピッチ角を制御して風力発電装置の発電出力量を容易に減少させることができる。したがって、風力発電装置から負荷への電力供給量が減少された分、制御手段により、内燃機関をすすを除去可能な運転域に確実に移行させて容易にすすの除去を行うことができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、自然エネルギー発電装置により発電した電力を貯蔵する電力貯蔵部をさらに備え、制御手段は、内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置の発電出力量の一部を電力貯蔵部に貯蔵することにより、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、自然エネルギー発電装置の発電能力を無駄に低下させることなく自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を見かけ上減少させることができるので、内燃機関をすすを除去可能な運転域へ容易に移行させることができるとともに、自然エネルギー発電装置により発電されて電力貯蔵部に貯蔵された電力を有効に利用して、必要時に負荷に供給することができる。

この発明の第２の局面による発電システムは、ディーゼル機関を用いて発電を行うディーゼル発電装置と、ディーゼル発電装置と組み合せて用いられ、自然エネルギーを用いて発電を行う自然エネルギー発電装置と、ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、検出部により検出されるディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、ディーゼル機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備える。

この発明の第２の局面による発電システムでは、上記のように、ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、検出部により検出されるディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、ディーゼル機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備えることによって、検出部により検出されるすすの量が所定のしきい値を超えるまでは、ディーゼル発電装置をすすが発生する運転域（低負荷運転域）で運転することにより自然エネルギー発電装置による発電を極力増加することができるので、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することができる。また、検出部により検出されるディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に自然エネルギー発電装置とディーゼル発電装置との負荷配分を変更してディーゼル発電装置におけるディーゼル機関の運転状態をすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に自動的に移行させることができるので、ディーゼル機関内に発生（堆積）したすすを強制的に除去してディーゼル機関の状態および性能を良好に保つことができる。これらの結果、自然エネルギー発電装置とディーゼル発電装置とが連携運転される場合において、ディーゼル発電装置のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することができる。

上記第２の局面による発電システムにおいて、好ましくは、自然エネルギー発電装置は、風力発電装置を含み、制御手段は、ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、風力発電装置のピッチ角を制御することにより風力発電装置の発電出力量を減少させるよって、風力発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うとともに、ディーゼル機関をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、制御手段により風力発電装置のピッチ角を制御して風力発電装置の発電出力量を容易に減少させることができる。したがって、風力発電装置から負荷への電力供給量が減少された分、制御手段により、ディーゼル機関をすすを除去可能な運転域に確実に移行させて容易にすすの除去を行うことができる。

本発明によれば、上記のように、自然エネルギー発電装置と内燃機関発電装置とが連携運転される場合において、内燃機関発電装置のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、自然エネルギー発電装置による発電をより有効に利用することが可能な発電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態による発電システムの機器構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による発電システムを構成する風力発電装置の構成を示した概略図である。 本発明の第１実施形態による発電システムにおいて、制御装置の風力発電装置に対する運転制御の処理フローを示した図である。 本発明の第１実施形態による発電システムにおいて、制御装置のディーゼル発電装置に対する運転制御の処理フローを示した図である。 本発明の第２実施形態による発電システムにおいて、ディーゼル発電装置の負荷率ごとに設定されたエンジンの許容運転時間の一例を示した図である。 本発明の第２実施形態による発電システムにおける制御装置の処理フローを示した図である。 本発明の第２実施形態の変形例による発電システムにおいて、ディーゼル発電装置の低負荷運転域における積算係数の一例を示した図である。 本発明の第３実施形態による発電システムにおける制御装置の処理フローを示した図である。 本発明の第４実施形態による発電システムの機器構成を示したブロック図である。 本発明の第４実施形態による発電システムにおける制御装置の処理フローを示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による発電システム１００の構成について説明する。

第１実施形態による発電システム１００は、離島地域（島しょ地域）における比較的小規模な電力需要に対応する発電システムである。また、発電システム１００は、電力会社が構築する電力系統には連系されずに独立して離島地区の需要家に対して電力を供給するオフグリッド向けの発電システムとして構築されている。

発電システム１００は、図１に示すように、ディーゼル機関からなるエンジン１０を用いて発電を行うディーゼル発電装置２０と、ディーゼル発電装置２０と組み合わせて用いられ、自然エネルギーとしての風力エネルギーを利用して発電を行う風力発電装置３０とを備えている。なお、エンジン１０は、本発明の「内燃機関」および「ディーゼル機関」の一例である。また、ディーゼル発電装置２０および風力発電装置３０は、それぞれ、本発明の「内燃機関発電装置」および「自然エネルギー発電装置」の一例である。

また、発電システム１００は、ディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０とを統括制御する制御装置５０を備えている。制御装置５０は、その時点での電力需要Ｗ（負荷９０）や当地の気象条件（風況）に応じてディーゼル発電装置２０および風力発電装置３０を連携制御するように構成されている。つまり、制御装置５０は、ディーゼル発電装置２０による発電量と風力発電装置３０による発電量との合計が負荷９０を満たすように各々の発電装置に対する出力制御（発電量制御）を統括的に行う役割を担っている。なお、制御装置５０は、本発明の「制御手段」の一例である。

ディーゼル発電装置２０は、エンジン１０の出力軸に接続された発電機１１を備えている。また、ディーゼル発電装置２０は、制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０の指令に基づいてエンジン１０の回転数が制御されるように構成されている。また、ディーゼル発電装置２０は、制御装置５０により常に負荷率（燃料供給量）が把握されている。

プロペラ型風車からなる風力発電装置３０は、後述する発電機３４と、発電機３４の回転軸３４ａに接続された風車部３５とを備えている。また、風力発電装置３０は、制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０により発電機３４の回転数が把握されるとともに制御装置５０の指令に基づいて発電機３４の回転数が制御されるように構成されている。

詳細には、風力発電装置３０は、図２に示すように、タワー基盤２に固定的に設置され上方に延びるタワー部３１と、タワー部３１に水平面内で旋回可能に取り付けられたナセル（機械室）３２とを備えている。ナセル３２内には、変速機３３と発電機３４とが収納されている。また、発電機３４の回転軸３４ａは、変速機３３を介してナセル３２前方（風上側）の風車部３５におけるハブ３５ａに接続されている。また、ハブ３５ａには、放射状に延びる３本のブレード（羽根）３６が取り付けられている。また、ナセル３２の上部には、風速計３７および風向計３８が取り付けられている。また、発電機３４に接続された電力線３９は、タワー部３１を経由して受変電設備４０に接続されている。

また、風車部３５におけるブレード３６は、ハブ３５ａの回転面に対する傾斜角度であるピッチ角が制御可能に構成されている。すなわち、風力発電装置３０は、風速計３７および風向計３８により検出された風況（風速／風向）に基づいて風車部３５が常に風上を向くようにナセル３２が旋回されるとともに、ブレード３６のピッチ角を増減させることにより風車部３５の回転数が制御されるように構成されている。また、制御装置５０によるピッチ角制御が行われることにより、弱風時における発電機３４の回転数を維持するのみならず、強風時における風車部３５の過剰な回転を制限したり、電力不要時にもピッチ角を増加させて風車部３５の回転数を強制的に低下させるなどして風力発電装置３０の出力制御が行えるように構成されている。

ここで、ディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０とを組み合わせた制御装置５０による連携運転の概要について説明する。以下では、１基のディーゼル発電装置２０と１基の風力発電装置３０とによって構成された発電設備（発電システム１００）を想定し、この発電設備が一定の電力需要Ｗとしての負荷９０に電力を供給する場合における連携運転について説明する。

具体的には、図１に示すように、まず、風力発電装置３０は、制御装置５０の指令に基づいてその時点での風況（風速）に応じた出力のもとでの発電を行う。すなわち、風上に向けられたブレード３６に所定のピッチ角が与えられた状態で風車部３５が回転されることにより、発電機３４から風車部３５の回転数に対応した電力Ｐ１が出力される。そして、ディーゼル発電装置２０は、制御装置５０の演算処理に基づいて、負荷９０が有する電力需要Ｗからその時点での風力発電装置３０の電力Ｐ１を差し引いた電力Ｐ２（＝Ｗ−Ｐ１）を発電するように運転制御される。つまり、発電機１１の回転数が負荷９０に供給される電力の電源周波数を維持しながらその時点で要求される電力Ｐ２が確実に出力されるように、エンジン１０に供給される液体燃料の噴射量を常に増減させるフィードバック制御が行われる。

したがって、風況が良好な場合には風車部３５を盛んに回転させて風力発電装置３０から定格出力の範囲内での最大限の電力Ｐ１を発電させて負荷９０に供給する一方、ディーゼル発電装置２０は、一定の電力需要Ｗを補うために僅かに不足する電力Ｐ２（＝Ｗ−Ｐ１）を出力する程度にとどまる、いわゆる低負荷運転が継続される。反対に、風況が乏しい場合には、風力発電装置３０からは僅かな電力Ｐ１しか得られないので、一定の電力需要Ｗに対する不足分を確実に補うためにもディーゼル発電装置２０は高出力（定格出力）が要求されるいわゆる高負荷運転に移行される。すなわち、要求される電力Ｐ２が増加に転じても常に発電機１１の回転数（周波数）を低下させずに一定値（たとえば６０Ｈｚ相当の回転数）に維持するだけの液体燃料がエンジン１０に供給される制御が行われる。これにより、発電設備からは、常に電力需要Ｗに見合った電力が負荷９０に安定供給される。

なお、ディーゼル発電装置２０においては、約４０％未満（約１０％以上約４０％未満）の負荷率で運転される場合が上述した低負荷運転と呼ばれる運転状態に相当するとともに、約５０％以上の負荷率で運転される場合が上述した高負荷運転と呼ばれる運転状態に相当する。また、負荷率が約１００％での運転が、ディーゼル発電装置２０における定格運転に相当する。

また、風力発電装置３０は、風力エネルギーを利用する点で電力Ｐ１は予期せずして変動する。したがって、発電システム１００として一定の電力量を負荷９０に供給する必要性から、風力発電装置３０の予期しない出力変動に常に追従するようにディーゼル発電装置２０の出力（電力Ｐ２）も連携制御される。この場合、風況（風速）の時間的な変動に合わせてエンジン１０の負荷率が約１０％以上約４０％未満の間で上下変動を繰り返したり、風況が比較的良好な場合には、エンジン１０の負荷率が長時間にわたって約１０％台で推移される場合もある。また、風況が不良の場合には、エンジン１０の負荷率が約５０％以上に引き上げられる場合もある。このように、エンジン１０は、風力発電装置３０の出力に追従して低負荷運転が継続されたり低負荷運転と高負荷運転との間を行き来きしたりして使用される。

このような背景を有する連携運転において、第１実施形態では、図１に示すように、ディーゼル発電装置２０には、光透過式のスモークメータ２１が取り付けられている。スモークメータ２１は、センサ部２１ａがエンジン１０から延びる排気ガス管１２内に設置されており、センサ部２１ａにおいて排気ガスに直接照射されたセンサ光が排気ガスに吸収・散乱される際の光強度を計測して排気ガス管１２を通過する排気ガスの光透過量（煙濃度）を検出する機能を有する。そして、所定のサンプリング周期におけるスモークメータ２１による光透過量の検出結果に基づいてエンジン１０の排気ガスに含まれるすす計測量Ｘが制御装置５０により把握されるように構成されている。なお、スモークメータ２１は、本発明の「検出部」の一例であり、すす計測量Ｘは、本発明の「排気ガス中のすすの量」の一例である。

なお、エンジン１０の排気ガスに含まれるすす（黒煙）は、エンジン１０における燃料の燃焼状態に応じてその発生量が変動する。ディーゼル機関においては、負荷率の増加とともに燃料噴射ポンプ（図示せず）が高圧になり燃料噴射量が多くなるほど、燃料ノズルから微細でかつ霧状となった燃料が噴射される。燃焼室においては良好な燃焼状態が得られるので、すすの発生量は少ない。反対に、負荷率の低下とともに燃料噴射ポンプが低圧になり燃料噴射量が少ない場合には、燃料ノズルから粒子径が大きいままの燃料が噴射される。この場合、燃焼室では燃料が不完全燃焼を起こす傾向が強まり、すすの発生量は多くなる。つまり、負荷率が約５０％以上の高負荷運転においては良好な燃焼状態が継続されてすすの発生量は相対的に少ない一方、負荷率が約４０％未満の低負荷運転においては不完全燃焼に起因してすすの発生量は相対的に多い。また負荷率が低いほど、すすの発生量は増加する。

したがって、第１実施形態では、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、制御装置５０によって、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を意図的に減少させるとともに、連携運転に基づいてエンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御が行われるように構成されている。なお、エンジン１０におけるすすを除去可能な運転域とは、エンジン１０の負荷率が約７０％以上の運転域（高負荷運転域）に相当する。なお、しきい値αは、本発明の「所定のしきい値」の一例である。

この場合、図１に示すように、エンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えたことが制御装置５０により判断された場合、風力発電装置３０におけるブレード３６のピッチ角θ（図２参照）を所定量だけ増加させることにより発電機３４（風車部３５）の回転数を積極的に低下させて風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）を減少させることによって、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を意図的に減少させる制御が行われる。また、風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）が減少されることによって、ディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０との連携運転においては、電力需要Ｗ（負荷９０）に対する不足分を補うべくディーゼル発電装置２０は高負荷運転（負荷率が約７０％の高負荷運転域）の状態に移行される。すなわち、エンジン１０における燃料噴射ポンプ（図示せず）の圧力が高められて燃料噴射量が増加される。したがって、エンジン１０は、すすを発生させていた低負荷運転の状態（不完全燃焼状態）から、すすの発生しにくい高負荷運転（完全燃焼状態）へと移行される。また、完全燃焼状態では、エンジン１０におけるシリンダ内壁やピストン頂面などに付着・残留していたすすも燃焼されて消滅（除去）される。

このように、発電システム１００では、通常の運転中にエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合、ピッチ角制御を伴い風車部３５の回転数を意図的に低下させることによりエンジン１０の負荷率（燃料噴射量）を強制的に引き上げて、ディーゼル発電装置２０を上述したすすを除去可能な運転域で運転させる「すす除去運転モード」に移行させる制御が行われるように構成されている。

また、第１実施形態では、排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（すす除去運転モード）へ移行させた後、少なくともすす計測量Ｘがしきい値α以下まで低下し、かつ、一定の時間γ（たとえば１２００秒（２０分））が経過するまで、負荷率が約７０％の高負荷運転をエンジン１０に対して継続させる制御が行われるように構成されている。なお、時間γは、本発明の「所定時間」の一例である。

また、発電システム１００では、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、時間γが経過したことに基づいて、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御が停止されるとともに、すすを除去可能な運転域でのエンジン１０の運転を継続する制御についても停止されるように構成されている。すなわち、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、時間γ（１２００行）が経過した場合、一時的（強制的）に大きな角度に設定されていた風力発電装置３０のピッチ角θをその時点での風速に対応したピッチ角θにまで減少させることにより発電機３４（風車部３５）の回転数を増加させて風力発電装置３０の電力Ｐ１をもとの状態まで増加させて風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を回復させる制御が行われる。これにより、一時的な高負荷運転（すす除去運転モード）においてすすが除去されて清浄な状態に戻されたエンジン１０は、負荷９０に対して回復された風力発電装置３０の電力供給量の差分を補う通常の運転状態へと戻される。このようにして、第１実施形態の発電システム１００は構成されている。

次に、図１〜図４を参照して、第１実施形態による発電システム１００における制御装置５０の処理フローについて説明する。なお、以下の処理フローは、ディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０とを組み合わせた通常の連携運転が行われてある一定の電力が負荷９０に供給されている状態で、所定の条件が満たされた場合に実行される制御内容である。すなわち、風力発電装置３０によりその時点での風速（風況）に基づいた発電が行われる一方、ディーゼル発電装置２０は制御装置５０の指令に基づき一定の電力需要Ｗから風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）を差し引いた出力（電力Ｐ２）を発電するように運転制御されている状態を前提としている。

まず、風力発電装置３０（図１参照）に対する制御内容として、図３に示すように、ステップＳ１では、ディーゼル発電装置２０（図１参照）におけるエンジン１０（図１参照）の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えたか否かが制御装置５０（図１参照）により判断される。すなわち、制御装置５０は、スモークメータ２１（図１参照）による排気ガス中のすす計測量Ｘ（検出結果）に基づいてすす計測量Ｘがしきい値αを超えたか否かが判断される。以下では、まず、エンジン１０から排出されるすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合の処理フローを説明する。

ステップＳ１において制御装置５０によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えたと判断された場合、ステップＳ２では、ディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態が高負荷運転域に到達しているか否かが制御装置５０により判断される。ここで、ステップＳ１の判断の一例として、現在のエンジン１０の負荷率が５０％以上であるか否かによってエンジン１０の運転状態が高負荷運転に到達しているか否かが判断される。

ステップＳ２においてエンジン１０の運転状態が高負荷運転域に到達していない（負荷率５０％未満であり低負荷運転の状態にある）と判断された場合、ステップＳ３では、風力発電装置３０（図２参照）におけるブレード３６（図２参照）のピッチ角θを補正するための補正量βが、現在値から新たな値に変更される。具体的には、現在設定されている補正量β_０が、補正量β_０よりも大きい新たな補正量β_１（β_０＜β_１）へと変更（更新）される。その後、ステップＳ４では、エンジン１０が高負荷運転を行う際の継続時間を計数するタイマーが、初期値としての高負荷運転積算時間Ｔｒ＝０に設定される。

また、ステップＳ２においてエンジン１０の運転状態が高負荷運転域（負荷率が５０％以上）に到達している（エンジン１０が高負荷運転中である場合を含む）と判断された場合、処理フローは、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ピッチ角θを補正するための補正量βは変更されることなくその時点での値（補正量β_０）に据えおかれる。そして、ステップＳ６では、タイマーのカウントが１つ進められて高負荷運転積算時間Ｔｒに加算（更新）される。この場合、高負荷運転積算時間Ｔｒには制御周期Ｔｓが１回分加算される。

また、ステップＳ１において制御装置５０（図２参照）によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えていないと判断された場合、処理フローは、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、カウント中の高負荷運転（負荷率が５０％以上）の高負荷運転積算時間Ｔｒがある定められた時間γ（たとえば、１２００秒）を超えたか否かが制御装置５０により判断される。ステップＳ７において高負荷運転の高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γに到達していない（時間γ未経過である）と判断された場合、処理フローはステップＳ５へと進み、ピッチ角θを補正するための補正量βは変更されることなくその時点での値（補正量β_０）に据えおかれる。そして、ステップＳ６では、タイマーのカウントが１つ進められて高負荷運転積算時間Ｔｒが加算（更新）される。この場合も、高負荷運転積算時間Ｔｒには制御周期Ｔｓが１回分加算される。

また、ステップＳ７において高負荷運転の高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γを超えたと判断された場合、ステップＳ８では、ピッチ角θを補正するための補正量βが、初期値としての補正量β＝０に戻される。

後述するディーゼル発電装置２０、および、この風力発電装置３０の運転状態に応じて上述したステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４の順に処理が進行する第１処理フロー、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ５およびＳ６の順に処理が進行する第２処理フロー、ステップＳ１、Ｓ７、Ｓ５およびＳ６の順に処理が進行する第３処理フロー、および、ステップＳ１、Ｓ７およびＳ８の順に処理が進行する第４処理フローのいずれかの処理フローを経た後、処理フローは、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、制御装置５０の指令に基づきブレード３６（図２参照）のピッチ角θが風力発電装置３０に対して指定される。具体的には、現在のピッチ角がピッチ角θ_１であった場合には、新たなピッチ角θ（＝ピッチ角θ_１＋補正量β）へとピッチ角θの設定値が更新される。したがって、風力発電装置３０では、新たなピッチ角θになるようにブレード３６が回転される。これにより、本制御フローは一旦終了される。

なお、第１処理フローでは、新たなピッチ角θ＝ピッチ角θ_１＋補正量β_１に更新され、第２処理フローおよび第３処理フローでは、いずれも新たなピッチ角θ＝ピッチ角θ_１＋補正量β_０（現状維持）であり、第４処理フローでは、新たなピッチ角θは、その時点での風速に応じたピッチ角θが適用される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期Ｔｓが経過した後に、再び、図３に示した第１〜第４処理フローのいずれかが繰り返し実行される。

また、ディーゼル発電装置２０（図１参照）に対する制御内容として、図４に示すように、ステップＳ１１では、現在の風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）に基づいてディーゼル発電装置２０が必要とする出力（電力Ｐ２）に対応したエンジン１０（図１参照）の負荷率が制御装置５０により算出される。すなわち、一定の電力需要Ｗ（負荷９０）からその時点での風力発電装置３０の電力Ｐ１を差し引いた電力Ｐ２を得るための負荷率が算出される。

そして、ステップＳ１２では、算出された負荷率に応じた燃料供給量がさらに算出される。そして、ステップＳ１３では、算出された燃料供給量に等しい燃料が燃料噴射ポンプ（図示せず）からエンジン１０のシリンダ内に噴射される。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３の制御フローについても、所定の制御周期Ｔｓごとに繰り返し実行される。また、図３に示した風力発電装置３０側の制御フローおよび図４に示したディーゼル発電装置２０側の制御フローについては、制御装置５０により同時進行的に行われる。

これにより、第１実施形態では、全体的な制御動作として、運転中のエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０におけるブレード３６のピッチ角θが補正量βにより徐々に増加されて風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量が減少される。また、これと同時に電力需要Ｗ（負荷９０）に対する不足分を補うべくディーゼル発電装置２０がすすを除去可能な運転域に相当する高負荷運転（すす除去運転モード）に移行される。この場合、第１実施形態では、エンジン１０の負荷率が約７０％に引き上げられる。これにより、ディーゼル発電装置２０から負荷９０への電力供給量が相対的に増加される。

また、第１実施形態では、ディーゼル発電装置２０が高負荷運転（負荷率が約７０％の高負荷運転域）に移行された後は、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γ（１２００秒）を経過するまでこの高負荷運転が一義的に継続される。そして、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γ（１２００秒）を経過した後は、この高負荷運転（すす除去運転モード）を終了させる制御が行われる。すなわち、風力発電装置３０のピッチ角θをその時点での風速に応じたピッチ角θにまで減少させることにより発電機３４（風車部３５）の回転数を増加させて風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）を増加させて（もとの状態に戻して）風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を増加させる制御が行われる。

なお、風況が良好な場合は、風力発電装置３０から負荷９０への出力（電力Ｐ１）が増加されるので、エンジン１０は低負荷運転に移行されてディーゼル発電装置２０の出力（電力Ｐ２）は再び小さく抑えられる。また、風況が良好でない場合は、風力発電装置３０から負荷９０への出力（電力Ｐ１）が十分に得られないので、その不足分を補うためにもエンジン１０は高負荷運転（たとえば負荷率が５０％以上の状態）が継続されて、ディーゼル発電装置２０は大出力（電力Ｐ２）の運転状態に維持される。

第１実施形態では、上記のように、ディーゼル機関からなるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘを検出するスモークメータ２１と、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させ、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ移行させる（すす除去運転モードに移行させる）制御を行う制御装置５０とを備える。これにより、スモークメータ２１により検出されるすす計測量Ｘがしきい値αを超えるまでは、ディーゼル発電装置２０をすすが発生する運転域（負荷率が４０％未満の低負荷運転域）で運転することにより風力発電装置３０による発電を極力増加することができるので、風力発電装置３０による発電をより有効に利用することができる。また、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に風力発電装置３０とディーゼル発電装置２０との負荷配分を変更してディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）に自動的に移行させることができるので、ディーゼル機関であるエンジン１０内に発生（堆積）したすすを強制的に除去してエンジン１０の状態および性能を良好に保つことができる。これらの結果、風力発電装置３０とディーゼル発電装置２０とが連携運転される場合において、ディーゼル発電装置２０のすす発生に起因する寿命の低下を抑制しながら、風力発電装置３０による発電をより有効に利用することが可能な発電システム１００を得ることができる。

また、第１実施形態では、制御装置５０は、エンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０のピッチ角θを制御することにより風力発電装置３０の発電出力量（電力Ｐ１）を減少させることによって、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御を行うように構成されている。これにより、制御装置５０により風力発電装置３０のピッチ角θを制御して風力発電装置３０の発電出力量（電力Ｐ１）を容易に減少させることができる。したがって、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量が減少された分、制御装置５０により、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）に確実に移行させて容易にすすの除去を行うことができる。

また、第１実施形態では、エンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、時間γが経過するまですすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）での運転を継続する（すす除去運転モードを継続させる）制御を行うように制御装置５０を構成する。これにより、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させた状態で、エンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値α以下に低下したことに加えてこのすすを除去可能な運転域での運転を時間γだけ継続させるので、エンジン１０内に堆積したすすをより確実に除去することができる。

また、第１実施形態では、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、時間γが経過したことに基づいて、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御を停止し、エンジン１０のすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）での運転を継続する制御を停止する（すす除去運転モードを終了する）ように制御装置５０を構成する。これにより、エンジン１０のすすの除去後は、エンジン１０をすすが発生する運転域（負荷率が４０％未満の低負荷運転域）で運転しながら風力発電装置３０による発電を極力増加させる連携運転に容易に復帰させることができるので、これによっても、風力発電装置３０による発電をより有効に利用することができる。

（第２実施形態）
図１、図２、図５および図６を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態で説明したエンジン１０をすすを除去可能な運転域で運転させる「すす除去運転モード」に移行させる制御において、切替制御のタイミングをすすの量と低負荷運転の継続時間との２つの指標に基づいて判断するように制御装置５０を構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第２実施形態による発電システム２００（図１参照）では、スモークメータ２１（図１参照）により連続的に計測されるすす計測量Ｘの情報に加えて、エンジン１０（図１参照）がすすを発生しやすい低負荷運転域で運転される運転時間の積算値（低負荷運転積算時間Ｔｐ）の情報をも加味して、すすを除去可能な運転域での運転（すす除去運転モード）への切替制御が行われるように構成されている。

ここで、ディーゼル発電装置２０（図１参照）に使用されるエンジン１０が低負荷運転される際のエンジン１０に対する許容運転時間について説明する。具体的には、図５に示すように、横軸にディーゼル発電装置２０のエンジン１０（発電機１１（図１参照））の出力（負荷率）を示すとともに、縦軸に各負荷率に応じたエンジン１０に対する許容運転時間の一例を示している。

この例では、負荷率が２．５％未満では許容運転時間は５分に定められ、負荷率が２．５％以上２０％未満では許容運転時間は１０分に定められている。また、負荷率が２０％以上３０％未満では許容運転時間は２時間に定められ、負荷率が３０％以上４０％未満では許容運転時間は８時間に定められている。つまり、各負荷率の範囲においては、各々に設定された許容運転時間を超えての低負荷運転は行えないことを意味している。そして、負荷率が４０％以上では許容運転時間は設けられず、連続運転しても支障がないと定められている。また、このような低負荷運転におけるエンジン１０の許容運転時間をステップ状に規定したテーブルは、制御装置５０内のメモリ（図示せず）に記憶されている。

したがって、第２実施形態では、風況に応じて負荷率が４０％未満の範囲で時間経過とともに不定期な上下変動を伴いながら運転されるエンジン１０の運転時間の積算値となる低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（たとえば８時間（４８０分））を超えるか、または、スモークメータ２１（図１参照）により連続計測されるすす計測量Ｘがしきい値αを超えるかのいずれかが満たされた時点で、制御装置５０（図１参照）によって風力発電装置３０（図１参照）から負荷９０（図１参照）への電力供給量を減少させるとともに、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ移行させる（すす除去運転モードに移行させる）制御が行われるように構成されている。なお、許容時間τは、本発明の「所定の許容時間」の一例である。

これにより、第２実施形態では、低負荷運転であってもすす計測量Ｘがしきい値α未満の場合には、エンジン１０を許容時間τ（８時間）に極力近い時間まで運転し続けることが可能になるように構成されている。つまり、風況が良好な場合には、自然エネルギーを生かした発電を極力行うべくエンジン１０の低負荷運転を許容時間τ以内で可能な限り持続させるような運転制御が行われる。そして、エンジン１０の低負荷運転を可能な限り持続させた状態で、すす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合には、ピッチ角制御に基づきディーゼル発電装置２０の負荷率を約７０％に引き上げる「すす除去運転モード」への切替制御が行われるように構成されている。

また、第２実施形態では、低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（８時間）を経過した場合には、すす計測量Ｘがしきい値αを超えるか否かに関係なく、一義的に風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御が行われるように構成されている。したがって、風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）の減少とともに、エンジン１０は出力（電力Ｐ２）が増加される制御が行われる。すなわち、エンジン１０を一時的に高負荷運転させてエンジン１０のシリンダ内壁やピストン頂面などのすすを燃焼させる。

なお、許容時間τ経過後に風力発電装置３０から負荷９０への出力（電力Ｐ１）を減少させる際、たとえば、風力発電装置３０の現在の出力に対応したブレード３６（図２参照）のピッチ角θに対して、その出力を１０％の状態（＝Ｐ１／１０）にまで強制的に抑制可能な出力強制低下ピッチ角ηを対応付けたデータテーブル（図示せず）を使用して現在のピッチ角θから出力強制低下ピッチ角ηに変更する制御が行われる。また、このようなデータテーブルは風力発電装置３０の設計時に予め決定可能であり、制御装置５０側に記憶されている。なお、発電システム２００の実際の運用面を考慮した場合、風力発電装置３０のその時点での出力（発電量）に関係なく、出力強制低下時には出力強制低下ピッチ角ηを一義的に適用するのがより好ましい。

次に、図１、図２および図６を参照して、第２実施形態による発電システム２００における制御装置５０の処理フローについて説明する。なお、以下の処理フローにおいてもディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０とを組み合わせた通常の連携運転が行われているのが前提である。

まず、図６に示すように、ステップＳ１〜Ｓ９までの各処理フローは、上記第１実施形態による処理フロー（第１〜第４処理フロー）と同様である。

ここで、第２実施形態では、ステップＳ１〜Ｓ９までのいずれかの処理フローに基づいて制御が実行された後、ステップＳ２１〜Ｓ２６までの第５処理フローが新たに追加される。

まず、ステップＳ２１では、ディーゼル発電装置２０（図１参照）におけるエンジン１０（図１参照）の現在の運転状態が低負荷運転の状態であるか否かが制御装置５０（図１参照）により判断される。この場合、制御装置５０により把握されるエンジン１０の負荷率が４０％未満であるか否かによってエンジン１０の運転状態が低負荷運転の状態であるか否かが判断される。

ステップＳ２１においてディーゼル発電装置２０（エンジン１０）の運転状態が低負荷運転（負荷率が４０％未満）の状態であると判断された場合、ステップＳ２２では、低負荷運転積算時間Ｔｐが１回の制御周期Ｔｓに相当する時間だけ加算される。また、ステップＳ２１においてエンジン１０の運転状態が低負荷運転の状態にない（負荷率が４０％以上である）と判断された場合、ステップＳ２３では、低負荷運転積算時間Ｔｐが１回の制御周期Ｔｓに相当する時間だけ減算される。

その後、ステップＳ２４では、ディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（たとえば、８時間（４８０分））を超えたか否かが制御装置５０により判断される。ステップＳ２４においてディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τに到達していない（許容時間τを未経過である）と判断された場合、本制御フローは一旦終了される。すなわち、所定の制御周期Ｔｓが経過した後に、再び、図６に示した本制御フローが実行される。

また、ステップＳ２４においてディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τを超えたと判断された場合、ステップＳ２５では、低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（８時間）を満たしたので、風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）を強制的に低下させるための出力強制低下ピッチ角ηが選定される。ここで出力強制低下ピッチ角ηについては、風力発電装置３０の現在の出力に対して常に所定割合（たとえば１０％）の出力に低下させる際に適用される出力強制低下ピッチ角ηをデータテーブル（図示せず）を参照して使用してもよいし、風力発電装置３０の現在の出力に関係なく一定の出力強制低下ピッチ角ηを適用してもよい。そして、ステップＳ２６では、制御装置５０の指令に基づき風力発電装置３０におけるブレード３６（図２参照）のピッチ角θが出力強制低下ピッチ角ηに指定される。

具体的には、現在のピッチ角θと、出力強制低下ピッチ角ηとの差分に相当するブレード３６の回転制御量が風力発電装置３０に出力される。したがって、風力発電装置３０では、出力強制低下ピッチ角ηになるようにブレード３６が回転される。これにより、本制御フローは一旦終了される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期Ｔｓが経過した後に、再び、図６に示した本制御フローが実行される。

これにより、第２実施形態では、全体的な制御動作として、負荷率が４０％未満の範囲で上下変動を伴いながら運転されるエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（８時間）を超えた場合か、運転中のエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合のいずれかとなった際に、制御装置５０によって風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させるとともに、エンジン１０がすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ移行される。そして、高負荷運転積算時間Ｔｒだけ負荷率が約７０％の高負荷運転が継続され、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下した時点で、本来の連携運転に戻される。このように、スモークメータ２１によるすす計測量Ｘの情報のみならず、低負荷運転積算時間Ｔｐの情報をも加味して、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させるタイミングが判断されている。なお、第２実施形態による発電システム２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、すすの除去可能な運転域（すす除去運転モード）に移行されるよりも前に低負荷運転でエンジン１０が運転される際に積算される低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τを超えた場合か、または、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させ、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ移行させる（すす除去運転モードに移行させる）制御を行うように制御装置５０を構成する。これにより、排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合のみならず排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えていない場合であってもすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）以外の運転域（負荷率が４０％未満の低負荷運転域）に相当する負荷率でエンジン１０が運転される低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τを超えた場合に、電力需要Ｗに対する風力発電装置３０とディーゼル発電装置２０との負荷配分を変更してディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態をすすを除去可能な運転域（すす除去運転モード）に自動的に移行させることができる。このように、低負荷運転域においてすす発生の有無に関係なく低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τを経過した時点でエンジン１０をすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に強制的に移行させることができるので、風力発電装置３０による発電を有効に利用しつつ、すす発生に起因してエンジン１０が故障するのをより確実に回避することができる。

また、上記効果に加えて、エンジン１０が低負荷運転される場合でかつ排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えないうちは、低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（８時間）に達するまでの間、可能な限り風力発電装置３０を主体的に利用した電力供給を継続することができる。これによっても、発電システム２００では、風力発電装置３０による発電をより有効に利用することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の変形例）
図１および図７を参照して、第２実施形態の変形例について説明する。この第２実施形態の変形例では、上記第２実施形態で使用した低負荷運転積算時間Ｔｐの積算方法に上記第２実施形態とは異なる手法を取り入れて制御装置５０を構成した例について説明する。

すなわち、上記第２実施形態においては、負荷率が０％以上４０％未満の範囲では負荷率の大きさに関係なく各々の負荷率ごとにステップ状に設定された運転時間（実時間）を制御周期Ｔｓに相当する時間だけ順次積算（加算）した。これに対して、第２実施形態の変形例では、負荷率ごとに運転時間の積算値を異ならせながら低負荷運転積算時間Ｔｐを得る手法を適用する。具体的には、図７に示すように、エンジン１０の負荷率の大きさに対応させた積算係数ζを設定しておき、負荷率ごとに運転時間の積算値を異ならせながら低負荷運転積算時間Ｔｐを得るように構成する。

たとえば、負荷率が１０％の場合には、低負荷運転積算時間Ｔｐに対して運転時間を係数１．０倍で加算する。つまり、１回分の制御周期Ｔｓ（サンプリング周期）間に１０％負荷率で運転されていた場合には、積算係数ζ＝１．０として、低負荷運転積算時間Ｔｐに制御周期Ｔｓ×１．０に相当する運転時間（実時間）が加算される。また、１回分の制御周期Ｔｓ間に２０％負荷率で運転されていた場合には、積算係数ζ＝０．２５を使用して、低負荷運転積算時間Ｔｐに制御周期Ｔｓ×０．２５が加算される。また、１回分の制御周期Ｔｓ間に３０％負荷率で運転されていた場合には、積算係数ζ＝０．１５を使用して、低負荷運転積算時間Ｔｐに制御周期Ｔｓ×０．１５が加算される。また、１回分の制御周期Ｔｓ間に４０％負荷率で運転されていた場合には、積算係数ζ＝０．０７を使用して、低負荷運転積算時間Ｔｐに制御周期Ｔｓ×０．０７が加算される。なお、積算係数ζは、本発明の「補正係数」の一例である。

このように、エンジン１０の負荷率に応じて個別に設定された積算係数ζに基づく運転時間をそれまでの低負荷運転積算時間Ｔｐに加算するように構成する。したがって、１０％以上４０％未満の範囲において負荷率が４０％に近いほど、低負荷運転積算時間Ｔｐに対する積算時間の加算量がより小さい（短い）ので、低負荷運転積算時間Ｔｐが許容時間τ（８時間）に到達するまでの実時間はより長くなる。すなわち、低負荷運転であっても、すすの発生する確率が相対的に低い運転状態であるならば、低負荷運転を継続する時間はより引き延ばされる。したがって、風況が良好な限りは風力発電装置３０を主体とした発電を極力利用することが可能となる。

第２実施形態の変形例では、上記のように、すすを除去可能な運転域（すす除去運転モード）以外の運転域に相当する負荷率で低負荷運転される際のエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐを許容時間τまで積算する際、エンジン１０の負荷率ごとに設定された積算係数ζに基づいて算出される時間を使用して許容時間τまで積算するように制御装置５０を構成する。これにより、すすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で運転される際のエンジン１０の低負荷運転積算時間Ｔｐを負荷率に応じてより正確に積算することができる。したがって、エンジン１０の状態をより正確に把握することができる分、制御装置５０によるすすを除去可能な運転域（高負荷運転域）に移行させるか否かの判断により正確に反映させることができる。なお、第２実施形態の変形例のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１および図８を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態で説明した「すす除去運転モード」への切替制御において、切り替えのタイミングをすすの量と、すすの量の単位時間当たりの変化量との２つの指標に基づいて判断するように制御装置５０を構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第３実施形態による発電システム３００（図１参照）では、スモークメータ２１（図１参照）により連続的に計測されるすす計測量Ｘの情報に加えて、時々刻々変化するすす計測量Ｘの変化量ΔＸの情報も加味して、エンジン１０をすすを除去可能な運転域への切替制御が行われるように構成されている。なお、変化量ΔＸは、本発明の「すすの量の単位時間あたりの変化量」の一例である。

すなわち、たとえば、現在計測された排気ガス中のすす計測量Ｘ_１と、制御周期Ｔｓ後に計測された排気ガス中のすす計測量Ｘ_２との差分として算出されるすす計測量Ｘの単位時間あたりの変化量ΔＸ（＝（Ｘ_２−Ｘ_１）／Ｔｓ）の推移を考慮に入れてエンジン１０をすすを除去可能な運転域へ切り替えるか否かを判断する制御を行うように制御装置５０を構成する。

これにより、第３実施形態では、すす計測量Ｘがしきい値αを超えるか、または、すす計測量Ｘの変化量ΔＸがしきい値δを超えた場合に、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を意図的に減少させるとともに、連携運転に基づいてエンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させる（すす除去運転モードに移行させる）制御が行われるように構成されている。なお、しきい値δは、本発明の「所定のすす変化量しきい値」の一例である。

この点を、説明すると、図８における処理フローにおいて、ステップＳ３１では、ディーゼル発電装置２０（図１参照）におけるエンジン１０（図１参照）の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えたか否か、または、すす計測量Ｘの変化量ΔＸがしきい値δを超えたか否かが、制御装置５０（図１参照）により判断される。ここで、変化量ΔＸについては、前回（１回分の制御周期Ｔｓ前）計測された排気ガス中のすす計測量Ｘ_１と、前回から制御周期Ｔｓ後に計測された排気ガス中のすす計測量Ｘ_２との差分を制御周期Ｔｓで除した値（＝（Ｘ_２−Ｘ_１）／Ｔｓ）を参照する。

そして、ステップＳ３１において制御装置５０によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えたと判断された場合、または、変化量ΔＸがしきい値δを超えたと判断された場合、ステップＳ２では、ディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態が高負荷運転に到達しているか否かが制御装置５０により判断される。なお、ステップＳ２以降の処理フローは、上記第１実施形態と同様である。

また、ステップＳ３１において制御装置５０によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えていないと判断された場合、または、変化量ΔＸがしきい値δを超えていないと判断された場合、処理フローは、ステップＳ７に進む。この場合も、ステップＳ７以降の処理フローは上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘまたは変化量ΔＸが、各々に対応して設定されたしきい値αまたはしきい値δを超えた場合に、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させ、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させる（すす除去運転モードに移行させる）制御を行うように制御装置５０を構成する。これにより、排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合のみならず、すすの量の変化量ΔＸがしきい値δを超えた場合においても電力需要Ｗに対する風力発電装置３０とディーゼル発電装置２０との負荷配分を変更してディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態をすすを除去可能な運転域に自動的に移行させることができるので、エンジン１０内に発生し堆積するすすが強制的に除去されてエンジン１０の状態および性能を確実に良好に保つことができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図９および図１０を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、風力発電装置３０におけるピッチ角制御を行うことなくディーゼル発電装置２０を前述の「すす除去運転モード」に移行させるように制御装置５０を構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第４実施形態による発電システム４００は、図９に示すように、ディーゼル発電装置２０および風力発電装置３０に加えて、風力発電装置３０と電気的に接続された蓄電設備６０を備えている。蓄電設備６０は、鉛バッテリーからなる複数の蓄電部６１を有しており、風力発電装置３０の電力Ｐ１の一部が蓄電部６１に蓄電可能に構成されている。また、蓄電設備６０は、制御装置５０と通信可能に接続されており、制御装置５０の指令に基づいて蓄電部６１に対する電力の充放電が制御されるように構成されている。なお、蓄電部６１は、本発明の「電力貯蔵部」の一例である。

これにより、第４実施形態では、スモークメータ２１により検出されるエンジン１０の排気ガスに含まれるすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、制御装置５０によって、風力発電装置３０の電力Ｐ１の一部を蓄電設備６０における蓄電部６１に貯蔵することにより、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を相対的に減少させる制御が行われるように構成されている。したがって、上記第１実施形態のように、風況が良好であるにもかかわらず風力発電装置３０におけるブレード３６のピッチ角を強制的に増加させて発電機３４（風車部３５）の回転数を低下させて風力発電装置３０の電力Ｐ１それ自体を減少させる制御は行われない。この場合、風力発電装置３０の電力Ｐ１の一部が蓄電部６１に供給（蓄電）されるので、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量が見かけ上減少される。したがって、ディーゼル発電装置２０と風力発電装置３０との連携運転においては、電力需要Ｗ（負荷９０）に対する不足分を補うべく、ディーゼル発電装置２０はエンジン１０内のすすを除去可能な運転域（すす除去運転モード）に相当する高負荷運転の状態（負荷率が約７０％の高負荷運転域）に移行される。

また、発電システム４００では、エンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させた後、すすの量がしきい値α以下に低下し、かつ、時間γ（１２００秒）が経過したことに基づいて、風力発電装置３０の電力Ｐ１の一部を蓄電部６１に蓄電する動作が停止されて風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御が停止される。したがって、上述のエンジン１０のすす除去運転モードについても停止されるように構成されている。また、蓄電部６１に蓄電された電力は、風況に伴って風力発電装置３０の電力Ｐ１（発電出力量）が低下したり電力需要Ｗが一時的に上昇した場合などに制御装置５０の指令に基づいて負荷９０に対して適宜供給されるように構成されている。

次に、図９および図１０を参照して、第４実施形態による発電システム４００における制御装置５０の処理フローについて説明する。

図１０に示すように、まず、ステップＳ４１では、ディーゼル発電装置２０（図９参照）におけるエンジン１０（図９参照）の排気ガスに含まれるすす計測量Ｘがしきい値αを超えたか否かが制御装置５０（図９参照）により判断される。ステップＳ４１において制御装置５０によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えたと判断された場合、ステップＳ４２では、ディーゼル発電装置２０におけるエンジン１０の運転状態が高負荷運転に到達しているか否か（負荷率が５０％以上であるか否か）が制御装置５０により判断される。

ステップＳ４２においてエンジン１０の運転状態が高負荷運転に到達していない（負荷率５０％未満であり低負荷運転の状態にある）と判断された場合、ステップＳ４３では、蓄電設備６０（図９参照）における蓄電部６１（図９参照）への充電量Ｚが現在値から新たな値に変更される。具体的には、現在の充電量Ｚ_０が、充電量Ｚ_０よりも大きい新たな充電量Ｚ_１（Ｚ_０＜Ｚ_１）へと変更（更新）される。ここで、充電量Ｚとは、制御周期Ｔｓ（サンプリング周期）間に風力発電装置３０（図９参照）が発電した発電量のうち蓄電部６１に出力（供給）される電力量のことを意味する。その後、ステップＳ４４では、エンジン１０が高負荷運転を行う際の継続時間を計数するタイマーが初期化（高負荷運転積算時間Ｔｒ＝０）される。

また、ステップＳ４２においてエンジン１０の運転状態が高負荷運転（負荷率が５０％以上）に到達している（エンジン１０が高負荷運転中である場合を含む）と判断された場合、ステップＳ４５では、充電量Ｚ（蓄電部６１への出力）は変更されることなくその時点での値（充電量Ｚ_０）に据えおかれる。そして、ステップＳ４６では、タイマーのカウントが１つ進められて高負荷運転積算時間Ｔｒに制御周期Ｔｓが１回分加算される。

また、ステップＳ４１において制御装置５０（図９参照）によりすす計測量Ｘがしきい値αを超えていないと判断された場合、ステップＳ４７では、カウント中の高負荷運転（負荷率５０％以上）の高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γ（１２００秒）を超えたか否かが制御装置５０により判断される。ステップＳ４７において高負荷運転の高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γに到達していないと判断された場合、処理フローはステップＳ４５へと進み、充電量Ｚは変更されることなくその時点での値（充電量Ｚ_０）に据えおかれる。そして、ステップＳ４６では、タイマーのカウントが進められて高負荷運転積算時間Ｔｒに制御周期Ｔｓが１回分加算される。

また、ステップＳ４７において高負荷運転の高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γに到達したと判断された場合、ステップＳ４８では、充電量Ｚが初期値としてのＺ＝０（充電要求なしの状態）に戻される。

ディーゼル発電装置２０および風力発電装置３０の各々の負荷状況に応じて上記したステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３およびＳ４４の順に進む第１処理フロー、ステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４５およびＳ４６の順に進む第２処理フロー、ステップＳ４１、Ｓ４７、Ｓ４５およびＳ４６の順に進む第３処理フロー、および、ステップＳ４１、Ｓ４７およびＳ４８の順に進む第４処理フローのいずれかの処理フローを経た後、処理フローはステップＳ４９に進む。

ステップＳ４９では、制御装置５０の指令に基づき風力発電装置３０の充電動作が蓄電設備６０に対して指定される。これにより、本制御フローは一旦終了される。なお、本制御フロー終了後は、所定の制御周期Ｔｓが経過した後に、再び、図１０に示した本制御フローにおける第１〜第４処理フローのいずれかが実行される。

これにより、第４実施形態では、全体的な制御動作として、運転中のエンジン１０の排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力エネルギーを使用して発電中の風力発電装置３０の電力Ｐ１の一部（充電量Ｚ）が蓄電設備６０（蓄電部６１）に充電される動作が実行されて、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量が減少される。また、これと同時に、電力需要Ｗに対する不足分を補うべくディーゼル発電装置２０がすすを除去可能な運転域に相当する高負荷運転（すす除去運転モード）に移行される。第４実施形態の場合も、エンジン１０の負荷率が約７０％に引き上げられる。

また、第４実施形態では、ディーゼル発電装置２０が高負荷運転（負荷率が約７０％の高負荷運転域）に移行された後は、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γ（１２００秒）を経過するまでこの高負荷運転が継続される。そして、すす計測量Ｘがしきい値α以下に低下し、かつ、高負荷運転積算時間Ｔｒが時間γ（１２００秒）を経過した後に、蓄電部６１に充電される動作が停止されて、エンジン１０の高負荷運転（すす除去運転モード）を終了させる制御が行われる。

なお、第４実施形態による発電システム４００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、風力発電装置３０により発電した電力を貯蔵する蓄電設備６０をさらに備え、エンジン１０の排気ガス中のすすの量がしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０の出力（電力Ｐ１）の一部を蓄電設備６０（蓄電部６１）に貯蔵することにより、風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を減少させる制御を行うように制御装置５０を構成する。これにより、風力発電装置３０の発電能力を無駄に低下させることなく風力発電装置３０から負荷９０への電力供給量を見かけ上減少させることができるので、エンジン１０をすすを除去可能な運転域（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ容易に移行させることができるとともに、風力発電装置３０により発電されて蓄電設備６０（蓄電部６１）に貯蔵された電力を有効に利用して、電力必要時に負荷９０に容易に供給することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、ディーゼル発電装置２０をすすを除去可能な運転域へ移行させる一例として風力発電装置３０のピッチ角制御に基づいてエンジン１０の負荷率を約７０％に引き上げる例について示したが、本発明はこれに限られない。すすを除去可能な運転域であるならば、エンジン１０の負荷率を、低負荷運転域（約４０％未満（約１０％以上約４０％未満）の状態から上述の約７０％よりも低いたとえば約６０％や約５０％のレベルの高負荷運転域に引き上げる制御を行ってもよい。これらすすを除去可能な運転域に対応する負荷率の設定値は、ディーゼル発電装置（ディーゼル機関）の仕様によって適宜決定され得る。ただし、より短時間ですすを除去するためにも、エンジン１０の負荷率を少なくとも約７０％に引き上げるのがより好ましい。

また、上記第１〜第４実施形態では、運転中のディーゼル発電装置２０（エンジン１０）の負荷率が５０％以上であるか否かによってエンジン１０の運転状態が高負荷運転に到達しているか否かを判断した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、５０％以外の、たとえば、負荷率が５５％以上や６０％以上であるか否かによってエンジン１０の運転状態が高負荷運転域に到達しているか否かを判断してもよい。高負荷運転を判断するしきい値についても、ディーゼル発電装置（ディーゼル機関）の仕様によって適宜決定されうる。

また、上記第１〜第４実施形態では、光透過式のスモークメータ２１を用いてエンジン１０から排出される排気ガスのすすの量（すす計測量Ｘ）を計測した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、排気ガス管１２中に設置されたフィルタ部材上に捕集したＰＭ（微小粒子状物質）に光（センサ光）を照射してフィルタ部材が有する反射率の大きさ（変化量）に基づいて排気ガスの煙濃度を測定する光反射式のスモークメータを用いてすすの量を計測してもよい。ただし、光透過式のスモークメータ２１を用いた方が、すすの量を連続的に計測することができる点で光反射式のスモークメータよりも利用価値は高い。

また、上記第１〜第４実施形態では、負荷率を約７０％に引き上げてエンジン１０をすすを除去可能な運転域（すす除去運転モード）へ移行させた後、時間γとして１２００秒（２０分）が経過するまでこの「すす除去運転モード」を継続させた例について示したが、本発明はこれに限られない。時間γは、ディーゼル発電装置２０（エンジン１０）の特性などに応じて１２００秒以外に設定されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、許容時間τを８時間（４８０分）に設定した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、許容時間τを３０分に設定してもよい。つまり、エンジン１０の負荷率が約４０％未満の範囲で３０分間運転されるか、または、スモークメータ２１により連続計測されるすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風力発電装置３０の発電量を強制的に減少させてエンジン１０をすす除去運転モード（負荷率が約７０％の高負荷運転域）へ移行させる制御を行うようにしてもよい。また、許容時間τは、３０分に限られず、２０分でもよいし１０分でもよい。このように、許容時間τをより短い時間に設定することによって、エンジン１０が低負荷運転を継続した際により迅速にすす除去運転モードへ移行させることができるので、すすの堆積に起因したエンジン１０の故障をより未然に防ぐことができる。

また、上記第１〜第４実施形態では、１基のディーゼル発電装置２０と１基の風力発電装置３０とによって構成された発電システム１００〜４００に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、３基のディーゼル発電装置２０と５基の風力発電装置３０とによって構成された発電システムに対して本発明を適用してもよい。すなわち、３基のディーゼル発電装置２０のうちのいずれかの排気ガス中のすす計測量Ｘがしきい値αを超えた場合に、風況などに応じて５基の風力発電装置３０のうちのいずれかの発電出力量を強制的に低下させるとともに、すす計測量Ｘがしきい値αを超えたディーゼル発電装置２０のエンジン１０をすすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成すればよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、ディーゼル機関からなるエンジン１０を搭載したディーゼル発電装置２０を用いて発電システム１００〜４００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、レシプロ式駆動機構を有する内燃機関であるならば、ディーゼル機関以外のガス機関（ガスエンジンおよびガソリンエンジンなどの内燃機関）を搭載した内燃機関発電装置を用いて発電システムを構成してもよい。燃料と空気との混合気を圧縮して火花点火させるガス機関においても低出力（軽負荷）で運転を継続させた場合にはエンジン内部にすすが発生しやすくなる。したがって、検出部により検出されるガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に電力負荷に対する自然エネルギー発電装置とガス機関との負荷配分を変更してガス機関の運転状態をすすを除去可能な運転域に自動的に移行させることができ、ガス機関の状態および性能を良好に保つことができる。

また、上記第４実施形態では、鉛バッテリーからなる蓄電部６１を用いて本発明の「電力貯蔵部」を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、鉛バッテリー以外のたとえばナトリウム・硫黄（ＮａＳ）電池やリチウムイオン電池、さらにはレドックス・フロー電池などの二次電池を用いて自然エネルギー発電装置（風力発電装置３０）の発電電力を蓄電する本発明の「電力貯蔵部」を構成してもよい。また、水素貯蔵装置を用いて本発明の「電力貯蔵部」を構成してもよい。この場合、風力発電装置と水電解水素発生装置とを組み合わせて風力発電装置の発電電力を使用して水電解水素発生装置により水素を製造し、この水素を水素貯蔵装置内の有機ハイドライドに高密度・高効率に貯蔵するようにしてもよい。また、水素を圧縮ガスボンベに貯蔵してもよい。貯蔵された水素は燃料電池システムへ供給されることにより再び電力として取り出される。

また、その他の電力貯蔵部としては、フライホイール装置におけるロータの運動エネルギー、圧縮空気貯蔵装置における圧縮空気圧、揚水式発電装置において揚水される貯水量などのエネルギー貯蔵形態としても風力発電装置の発電電力を貯蔵することが可能である。なお、第４実施形態で示した蓄電部６１への充電量Ｚは、フライホイール装置においてはロータを回転駆動する電動機（放電時には発電機になる）への投入電力に相当し、圧縮空気貯蔵装置においては圧縮空気を貯蔵容器に送り込む圧縮機（コンプレッサ）への投入電力に相当する。また、揚水式発電装置においては下部貯水槽から上部貯水槽へ水を汲み上げるポンプ装置への投入電力に相当する。

また、上記第１〜第４実施形態では、自然エネルギーとしての風力エネルギーを用いて発電を行う風力発電装置３０を用いて発電システム１００〜４００を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、風力エネルギー以外のたとえば太陽光エネルギーを用いて発電を行う太陽光発電装置（ソーラーパネル発電装置）を用いて発電システムを構成してもよい。また、太陽光をレンズや反射鏡を用いた太陽炉で集光することにより汽力発電（蒸気タービン発電）の熱源となる太陽熱発電装置を用いて発電システムを構成してもよい。この場合は、風力発電装置のように発電電力量を意図的に減少させる方法よりも、上記第４実施形態のように自然エネルギー発電装置（太陽光発電装置または太陽熱発電装置）の発電電力の一部を電力貯蔵部に貯蔵するのがより好ましい。

また、上記第１〜第４実施形態では、所定のサンプリング周期（制御周期Ｔｓ）でスモークメータ２１により計測される排気ガスの光透過量（煙濃度）に基づき排気ガス中のすすの量を検出した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サンプリング周期ごとに計測されるすすの量（排気ガスの光透過量（煙濃度））の時間経過に基づき算出される「すす累積量」に基づいて排気ガス中のすすの量を検出するように構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、タワー基盤２（地面）に固定的に設置されたタワー部３１を備えた風力発電装置３０を用いた例について示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、強風時などにタワー部３１および風車部３５全体を地表近くまで倒すことが可能な可倒式風力発電装置を用いて本発明の発電システムを構成してもよい。すなわち、ディーゼル発電装置における排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、可倒式風力発電装置を所定角度だけ倒すことによって風車部（ブレード）の回転を低下または停止させ、ディーゼル発電装置をすすを除去可能な運転域へ移行させるように構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、離島地域（島しょ地域）に構築された発電システム１００〜４００に対して本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、離島地域以外として砂漠地帯、山岳地帯、密林地帯、さらには、高緯度地域（極地方）などに設置され、電力会社が構築する電力系統には連系されないものの一定の電力需要Ｗを必要とするプラント施設、研究施設、実験設備、試験設備のほかこれらの事業に携わる関係者が滞在する施設（需要家）に導入されるような発電システムに対して、本発明を適用してもよい。あるいは、電力会社が構築する電力系統が整備された地域あっても、試験的にオフグリッドを構成したモデル地区に導入される発電システムなどに対して、本発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、説明の便宜上、制御装置５０の制御処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御装置５０の制御処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１０ エンジン（内燃機関、ディーゼル機関）
１１ 発電機
２０ ディーゼル発電装置（内燃機関発電装置）
２１ スモークメータ（検出部）
３０ 風力発電装置
３４ 発電機
３５ 風車部
３８ ブレード
５０ 制御装置（制御手段）
６０ 蓄電設備
６１ 蓄電部（電力貯蔵部）
９０ 負荷
１００、２００、３００、４００ 発電システム
Ｔｒ 高負荷運転積算時間
Ｔｓ 制御周期
Ｔｐ 低負荷運転積算時間
Ｗ 電力需要
Ｘ すす計測量（排気ガス中のすすの量）
ΔＸ 変化量（すすの量の変化量）
Ｚ、Ｚ_０、Ｚ_１ 充電量
α しきい値（所定のしきい値）
β、β_０、β_１ 補正量
γ 時間（所定時間）
δ しきい値（所定のすす変化量しきい値）
ζ 積算係数（補正係数）
τ 許容時間（所定の許容時間）
θ ピッチ角

Claims (12)

1. 内燃機関を用いて発電を行う内燃機関発電装置と、
   前記内燃機関発電装置と組み合わせて用いられ、自然エネルギーを用いて発電を行う自然エネルギー発電装置と、
   前記内燃機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、
   前記検出部により検出される前記内燃機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、前記内燃機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備える、発電システム。
2. 前記内燃機関は、ディーゼル機関またはガス機関を含み、
   前記検出部は、前記ディーゼル機関または前記ガス機関の排気ガス中のすすの量を検出するように構成されており、
   前記制御手段は、前記検出部により検出される前記ディーゼル機関または前記ガス機関の排気ガス中のすすの量が前記所定のしきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、前記ディーゼル機関または前記ガス機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記制御手段は、前記ディーゼル機関または前記ガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、前記ディーゼル機関または前記ガス機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させた後、少なくとも前記すすの量が前記所定のしきい値以下に低下するまで前記すすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を行うように構成されている、請求項２に記載の発電システム。
4. 前記制御手段は、前記ディーゼル機関または前記ガス機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、前記ディーゼル機関または前記ガス機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させた後、すすの量が前記所定のしきい値以下に低下し、かつ、所定時間が経過するまで前記すすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を行うように構成されている、請求項３に記載の発電システム。
5. 前記制御手段は、前記ディーゼル機関または前記ガス機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させた後、前記すすの量が前記所定のしきい値以下に低下し、かつ、所定時間が経過したことに基づいて、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を停止し、前記ディーゼル機関または前記ガス機関の前記すすを除去可能な運転域での運転を継続する制御を停止するように構成されている、請求項４に記載の発電システム。
6. 前記制御手段は、前記すすを除去可能な運転域に移行されるよりも前に前記すすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で前記内燃機関が運転される際に積算される運転継続時間が所定の許容時間を超えた場合か、または、前記検出部により検出される前記内燃機関の排気ガス中のすすの量が前記所定のしきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、前記内燃機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電システム。
7. 前記制御手段は、前記すすを除去可能な運転域以外の運転域に相当する負荷率で運転される際の前記内燃機関の運転継続時間を前記所定の許容時間まで積算する際、前記内燃機関の負荷率ごとに設定された補正係数に基づいて算出される時間を使用して前記所定の許容時間まで積算するように構成されている、請求項６に記載の発電システム。
8. 前記制御手段は、前記検出部により検出される前記内燃機関の排気ガス中のすすの量または前記すすの量の単位時間あたりの変化量が、前記すすの量および前記すすの量の単位時間あたりの変化量の各々に対応して設定された前記所定のしきい値または所定のすす変化量しきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、前記内燃機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電システム。
9. 前記自然エネルギー発電装置は、風力発電装置を含み、
   前記制御手段は、前記内燃機関の排気ガス中のすすの量が前記所定のしきい値を超えた場合に、前記風力発電装置のピッチ角を制御することにより前記風力発電装置の発電出力量を減少させることによって、前記風力発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電システム。
10. 前記自然エネルギー発電装置により発電した電力を貯蔵する電力貯蔵部をさらに備え、
    前記制御手段は、前記内燃機関の排気ガス中のすすの量が前記所定のしきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置の発電出力量の一部を前記電力貯蔵部に貯蔵することにより、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発電システム。
11. ディーゼル機関を用いて発電を行うディーゼル発電装置と、
    前記ディーゼル発電装置と組み合せて用いられ、自然エネルギーを用いて発電を行う自然エネルギー発電装置と、
    前記ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量を検出する検出部と、
    前記検出部により検出される前記ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が所定のしきい値を超えた場合に、前記自然エネルギー発電装置から負荷への電力供給量を減少させ、前記ディーゼル機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行う制御手段とを備える、発電システム。
12. 前記自然エネルギー発電装置は、風力発電装置を含み、
    前記制御手段は、前記ディーゼル機関の排気ガス中のすすの量が前記所定のしきい値を超えた場合に、前記風力発電装置のピッチ角を制御することにより前記風力発電装置の発電出力量を減少させるよって、前記風力発電装置から負荷への電力供給量を減少させる制御を行うとともに、前記ディーゼル機関を前記すすを除去可能な運転域へ移行させる制御を行うように構成されている、請求項１１に記載の発電システム。

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