JP2019138594A - コージェネレーションシステム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー性能を高めるのに有利なコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】コージェネレーションシステム（１）は、熱電併給装置（１０）、インバータ（１５）、貯湯タンク（２０）、給湯栓（５９）、熱交換器（４２）、バックアップ熱源機（３６）、及び制御装置（７０）を備える。制御装置（７０）は、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷の履歴データを生成する。制御装置（７０）は、特定期間における、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷の予測データを履歴データに基づいて生成する。制御装置（７０）は、熱電併給装置（１０）の複数の運転パターンに対し、バックアップ熱源機（３６）の積算消費熱量等を予測してエネルギー収支に関する情報を生成する。制御装置（７０）は、エネルギー収支に関する情報に基づいて運転パターンを選択する。【選択図】図２

Description

本開示は、コージェネレーションシステム及びその運転方法に関する。

燃料電池等の熱電併給装置を備えたコージェネレーションシステムはよく知られている。熱電併給装置の運転に伴って排熱が発生する。排熱は、温水の生成に使用される。温水は、貯湯タンクに貯められ、必要に応じて浴槽又は蛇口に供給される。

特許文献１及び２に記載されているように、貯湯タンクに貯められた温水を暖房に使用することも可能である。この技術によれば、ユーザーは、コージェネレーションシステムの利益をより多く享受できる。特許文献２に記載の技術によれば、電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱不足状態が予測される場合には、所定の時間帯において、現電力負荷よりも大きい出力側に熱電併給装置の出力が調整される。

特開２０１７−１８０９８６号公報 特開２００４−２８６００８号公報

特許文献１及び２に記載の技術は、コージェネレーションシステムの省エネルギー性能を高める観点から改良の余地を有する。

本開示は、
電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置と、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御する、
コージェネレーションシステムを提供する。

本開示の技術は、コージェネレーションシステムの省エネルギー性能を高めるのに有利である。

図１は、本開示の一実施形態に係るコージェネレーションシステムの構成図である。 図２は、熱電併給装置の運転パターンを選択するための処理の一例を示すフローチャートである。 図３Ａは、熱電併給装置のエネルギー収支に関する情報を生成するための処理の一例を示すフローチャートである。 図３Ｂは、熱電併給装置のエネルギー収支に関する情報を生成するための処理の一例を示すフローチャートである。 図３Ｃは、熱電併給装置のエネルギー収支に関する情報を生成するための処理の一例を示すフローチャートである。 図４Ａは、電力負荷の時系列の予測データの一例を示すグラフである。 図４Ｂは、給湯に伴う熱負荷の時系列の予測データの一例を示すグラフである。 図４Ｃは、暖房に伴う熱負荷の時系列の予測データの一例を示すグラフである。 図４Ｄは、貯湯タンクに貯まる熱量の時系列の予測データの一例を示すグラフである。

（本開示の基礎となった知見）
コージェネレーションシステムにおいて、電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置で発生した熱によって生成される温水を給湯及び暖房に利用することが考えられる。この場合、電力負荷及び給湯又は暖房に伴う熱負荷に関する時系列の履歴データに基づいて、電力負荷及び熱負荷に関する時系列の予測データを生成することが考えられる。そのうえで、熱電併給装置の様々な運転パターンに対してこの予測データに基づいて省エネルギー性を判断して適切な運転パターンを決定することが考えられる。この場合、熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できることが望ましい。そこで、本発明者は、コージェネレーションシステムの熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定しつつ省エネルギー性の観点から適切に決定できる技術について日夜検討を重ねた。その結果、本発明者は、熱電併給装置の運転パターンを熱電併給装置の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくともいずれかによって特定することによって、熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できることを新たに見出した。加えて、給湯に伴う熱負荷に関するデータと、暖房に伴う熱負荷に関するデータと別々に取り扱うことにより、より的確に熱電併給装置の運転パターンの省エネルギー性を判断できることを新たに見出した。本発明者は、これらの新たな知見に基づいて本開示のコージェネレーションシステムを案出した。

（本開示に係る態様の概要）
本開示の第１態様に係るコージェネレーションシステムは、
電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置と、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御する。

第１態様によれば、熱電併給装置の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくともいずれかによって熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できる。加えて、給湯に伴う熱負荷の時系列の予測データと、暖房に伴う熱負荷の予測データとが別々に生成されたうえで、バックアップ熱源機の積算消費熱量が予測される。このため、給湯及び暖房のそれぞれの事情がバックアップ熱源機の積算消費熱量の予測に反映される。これにより、熱電併給装置の運転パターンの省エネルギー性がエネルギー収支に関する情報に基づいてより的確に判断されたうえで熱電併給装置の運転パターンが選択される。その結果、第１態様に係るコージェネレーションシステムの省エネルギー性能が高い。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記エネルギー収支に関する情報は、前記電力負荷に伴う前記積算消費電力量と、前記熱電併給装置の前記積算消費電力量と、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量と、前記熱電併給装置の発電に伴う前記積算消費熱量とを、前記熱電併給装置の前記積算発電量から差し引いて決定される。第２態様によれば、エネルギー収支に関する情報を適切に決定できる。

本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記要求温度より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給される。加えて、前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクに所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の前記貯湯タンクに貯まっている前記温水によって賄える熱負荷を前記暖房に伴う前記熱負荷として扱う。第３態様によれば、熱交換器に供給される温水に対する要求温度と貯湯タンクに貯められた温水の温度との関係に基づいて熱交換器への温水の供給方式を変更できる。加えて、貯湯タンクに貯まる温水によって賄える熱負荷に従って暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データを生成できる。

本開示の第４態様において、例えば、第１又は第２態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度が閾値より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記要求温度が前記閾値より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給される。加えて、前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクから前記熱交換器に向かって供給される前記温水の温度に基づいて前記暖房に伴う前記熱負荷を決定する。第４態様によれば、熱交換器に供給される温水に対する要求温度に基づいて熱交換器への温水の供給方式を変更できる。加えて、貯湯タンクから熱交換器に向かって供給される温水の温度に基づいて暖房に伴う熱負荷を決定できる。

本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つの態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記予測データにおける前記暖房に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第一乗算に使用される第一係数が、前記予測データにおける前記給湯に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第二乗算に使用される第二係数よりも大きい。暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機の熱効率よりも低い。このため、第５態様によれば、暖房のためのバックアップ熱源機の熱効率と給湯のためのバックアップ熱源機の熱効率との相違に基づいて、特定期間におけるバックアップ熱源機の積算消費熱量をより的確に予測できる。

本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記制御装置は、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記第一乗算の結果又は前記第二乗算の結果を特定の補正係数によって補正する。第６態様によれば、特定の補正係数によって第一乗算の結果又は第二乗算の結果を補正できる。これにより、バックアップ熱源機の積算消費熱量の予測、ひいてはエネルギー収支に関する情報にユーザーの意思を容易に反映させることができる。

本開示の第７態様に係るコージェネレーションシステムの運転方法は、
熱電併給装置を電力負荷に追従して運転することと、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系することと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して温水を生成して貯湯タンクに貯めることと、
熱交換器によって前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせることと、
バックアップ熱源機によって前記貯湯タンクに接続された給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱することと、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶することと、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成することと、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成することと、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成することと、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御することと、を含む。

第７態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１に示すように、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、熱電併給装置１０と、インバータ１５と、貯湯タンク２０と、給湯栓５９と、熱交換器４２と、バックアップ熱源機３６と、制御装置７０とを備えている。熱電併給装置１０は、電力負荷に追従して運転可能である。インバータ１５は、電力負荷を発生させる機器１００に電力を供給する商用電源１５０に熱電併給装置１０において発生した電力を系統連系する。貯湯タンク２０は、熱電併給装置１０において発生した熱を利用して生成される温水を貯める。給湯栓５９は、貯湯タンク２０に接続されている。熱交換器４２は、温水と暖房装置５３の熱媒体との間で熱交換を生じさせる。熱交換器４２は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。バックアップ熱源機３６は、給湯栓５９及び熱交換器４２に向かって流れる温水を加熱する。バックアップ熱源機３６は、例えば、燃料の燃焼により水を加熱するガス給湯器等のボイラである。

制御装置７０は、給湯栓５９からの給湯に伴う熱負荷、暖房装置５３による暖房に伴う熱負荷、及び機器１００で発生した電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶する。制御装置７０は、特定期間における、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを上記の履歴データに基づいて生成する。また、制御装置７０は、特定期間における熱電併給装置１０の複数の運転パターンを生成する。熱電併給装置１０の複数の運転パターンは、熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められている。制御装置７０は、熱電併給装置１０の複数の運転パターンのそれぞれに従って熱電併給装置１０を運転すると仮定する。そのうえで、制御装置７０は、下記の（ｉ）〜（ｖ）の物理量を上記の予測データに基づいて複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成する。制御装置７０は、エネルギー収支に関する情報に基づいて複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して熱電併給装置１０の運転を制御する。（ｉ）〜（ｖ）の物理量は、例えばＪ（ジュール）の次元を有する。
（ｉ）特定期間の熱電併給装置１０の積算発電量
（ii）特定期間の電力負荷に伴う積算消費電力量
（iii）特定期間の熱電併給装置１０の積算消費電力量
（iv）特定期間において貯湯タンク２０に蓄えられる熱量の不足をバックアップ熱源機３６によって補うときのバックアップ熱源機３６の積算消費熱量
（ｖ）特定期間における熱電併給装置１０の発電に伴う積算消費熱量

制御装置７０は、例えば、所定の時間間隔（例えば１時間）毎に、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、電力負荷の数週間（例えば４週間）分の履歴データを記憶している。図１に示す通り、貯湯タンク２０には、例えば、市水の給水経路２７が接続されている。制御装置７０は、例えば、給水経路２７における水温を示す情報、給湯栓５９における温水の温度を示す情報、及び給湯栓５９に向かって流れる温水の流量を示す情報に基づいて給湯に伴う熱負荷を決定し、記憶する。制御装置７０は、例えば、熱交換器４２における温水の入口温度及び出口温度を示す情報と、熱交換器４２における温水の流量を示す情報とに基づいて暖房に伴う熱負荷を決定し、記憶する。制御装置７０は、例えば、商用電源１５０から機器１００に出力された電力を示す情報に基づいて電力負荷を決定する。例えば、制御装置７０がこれらの情報を取得できるように、温度センサ、流量計、及び電力計等の計測機器が制御装置７０に有線又は無線によって接続されている。制御装置７０は、例えば、所定期間における、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷の生データに平均化などの所定の情報処理を行って記憶用の履歴データを生成する。

制御装置７０は、例えば、特定期間における上記の予測データの生成において、その特定期間が属する曜日及び時間帯と同一の曜日及び時間帯における上記の履歴データを参照する。同一の曜日及び時間帯における複数の履歴データが存在する場合には、制御装置７０は、例えば、それらの複数の履歴データから直近の履歴データを参照して特定期間における上記の予測データを生成する。また、制御装置７０は、複数の履歴データ同士のマッチングを行って発生確率の高さに基づいて上記の予測データを生成してもよい。また、制御装置７０は、複数の履歴データに対し、平均化等の所定の情報処理を行って上記の予測データを生成してもよい。

特定期間は、現在の時刻以降の期間である限り特に限定されない。特定期間は、日毎に区切られていてもよいし、日を跨いで定められていてもよい。例えば、現在の曜日が水曜日である場合、特定期間は、現在の時刻から来週の火曜日の午後１２時までの期間でありうる。特定期間は、熱電併給装置１０の連続運転可能時間よりも長い期間であり得る。

制御装置７０は、例えば、熱電併給装置１０の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻によって定められた複数の運転パターンを生成する。この場合、複数の運転パターンは、運転開始時刻と運転終了時刻との間の期間が上記の特定期間に含まれるように生成される。一方、制御装置７０は、特定期間における熱電併給装置１０の運転開始時刻及び運転終了時刻の１つのみが互いに異なる複数の運転パターンを生成してもよい。例えば、特定期間に現在の時刻が含まれ、現在、熱電併給装置１０が運転中である場合には、制御装置７０は、複数の異なる運転終了時刻によって定められた複数の運転パターンを生成してもよい。この場合、複数の運転パターンは、運転終了時刻が上記の特定期間に含まれるように生成される。

エネルギー収支に関する情報は、例えば、（ii）の物理量と、（iii）の物理量と、（iv）の物理量と、（ｖ）の物理量とを、（ｉ）の物理量から差し引いて決定される。エネルギー収支に関する情報は、（ｉ）〜（ｖ）の物理量を電気料金又は燃料代等に換算して決定されてもよい。

制御装置７０は、典型的には、複数の運転パターンから、最も有利なエネルギー収支に関する情報に対応する運転パターンを選択し、選択した運転パターンに従って熱電併給装置１０の運転を制御する。最も有利なエネルギー収支に関する情報は、例えば、（ii）の物理量と、（iii）の物理量と、（iv）の物理量と、（ｖ）の物理量とを、（ｉ）の物理量から差し引いた差が最大である情報である。場合によっては、最も有利なエネルギー収支に関する情報は、例えば（iv）の物理量が最小である情報でありうる。例えば、制御装置７０は、コントロールパネル（図示せず）におけるユーザーの操作に従い、所定の指示を示す情報を取得した場合、（iv）の物理量が最小である情報を最も有利なエネルギー収支に関する情報と判断する。

暖房装置５３による暖房において、例えば、貯湯タンク２０に貯められた温水は、所定の場合には、バックアップ熱源機３６によって加熱されて熱交換器４２に供給される。この場合、貯湯タンク２０に貯められた温水の温度が熱交換器４２に供給される温水に対する要求温度より低い。一方、貯湯タンク２０に貯められた温水は、別の場合には、バックアップ熱源機３６によって加熱されずに、熱交換器４２に供給される。この場合、貯湯タンク２０に貯められた温水の温度が熱交換器４２に供給される温水に対する要求温度より高い。制御装置７０は、上記の履歴データの生成において、貯湯タンク２０に所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の貯湯タンク２０に貯まっている温水によって賄える熱負荷を暖房に伴う熱負荷として扱う。これにより、貯湯タンク２０に貯まる温水によって賄える熱負荷に従って、暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データを生成できる。この仮定における所定温度は、例えば４０℃である。この仮定における所定量は、例えば、貯湯タンク２０に貯湯可能な温水の最大量である。

暖房装置５３による暖房において、貯湯タンク２０に貯められた温水は、熱交換器４２に供給される温水に対する要求温度が閾値より高いときにはバックアップ熱源機３６によって加熱されて熱交換器４２に供給されてもよい。一方、熱交換器４２に供給される温水に対する要求温度が閾値より低いときにはバックアップ熱源機３６によって加熱されずに熱交換器４２に供給されてもよい。この場合、制御装置７０は、例えば、上記の履歴データの生成において、貯湯タンク２０から熱交換器４２に向かって供給される温水の温度に基づいて暖房に伴う熱負荷を決定する。

例えば、バックアップ熱源機３６の積算消費熱量の予測において、第一乗算に使用される第一係数が、第二乗算に使用される第二係数よりも大きい。第一乗算は、予測データにおける暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の消費熱量の決定のための乗算である。第二乗算は、予測データにおける給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の消費熱量の決定のための乗算である。暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の熱効率よりも低い。このため、暖房のためのバックアップ熱源機３６の熱効率と給湯のためのバックアップ熱源機３６の熱効率との相違に基づいて、特定期間におけるバックアップ熱源機３６の積算消費熱量をより的確に予測できる。

制御装置７０は、例えば、上記の第一乗算の結果又は第二乗算の結果を特定の補正係数によって補正してもよい。上記の通り、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の熱効率よりも低い。このため、給湯に伴う熱負荷に優先的に対応するようにバックアップ熱源機３６が使用されることがコージェネレーションシステム１におけるエネルギー収支の観点から望ましい。換言すると、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量で暖房に伴う熱負荷を賄えることがエネルギー収支の観点から望ましい。しかし、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量を給湯に優先的に使用したいユーザーも存在する。そこで、制御装置７０は、例えば、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量が給湯に優先的に利用されるべきこと又は貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量が暖房に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合に、上記の補正を行う。制御装置７０は、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量が給湯に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合、第一乗算の結果を減少させる又は第二乗算の結果を増加させるように特定の補正係数を決定する。一方、制御装置７０は、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量が暖房に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合、第一乗算の結果を増加させる又は第二乗算の結果を減少させるように特定の補正係数を決定する。制御装置７０は、例えば、コントロールパネル（図示せず）におけるユーザーの操作に従い、貯湯タンク２０に貯まった温水の熱量が給湯及び暖房のいずれに優先的に利用されるべきかを示す情報を取得する。

図１に示す通り、例えば、熱電併給装置１０及び貯湯タンク２０は、熱回収経路２１によって互いに接続されている。

熱電併給装置１０は、例えば、燃料電池１１、改質器１２、熱交換器１３、及びポンプ１４を有する。

燃料電池１１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を生成する。改質器１２は、都市ガスなどの原料ガスを改質することによって燃料ガスを生成する。燃料ガスは、水素ガスを含む。酸化剤ガスは、典型的には、空気である。燃料電池１１の型式は特に限定されない。燃料電池１１は、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池又は溶融炭酸塩型燃料電池である。純水素ガスが燃料電池１１に供給される場合、改質器１２は省略されうる。

熱交換器１３は、燃料電池１１のアノードオフガス、燃料電池１１のカソードオフガス、及び燃焼排ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを冷却して凝縮水を生じさせる冷却器でありうる。複数のガスを個別に冷却できるように、熱交換器１３は、複数の部分に分かれていてもよい。貯湯タンク２０の下部に貯められた水を冷却媒体として熱交換器１３に流すことができるように、熱交換器１３が貯湯タンク２０に接続されている。凝縮水は、凝縮水タンク（図示せず）に貯められる。凝縮水タンクに貯められた水は、改質器１２に供給され、燃料ガスの生成に使用される。燃焼排ガスは、改質器１２を昇温するためのバーナの燃焼排ガスである。バーナの燃料には、燃料電池１１のアノードオフガスが使用されうる。熱交換器１３は、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器などの気−液熱交換器である。

熱回収経路２１は、第一部分２１ａ及び第二部分２１ｂを含む。第一部分２１ａは、貯湯タンク２０の下部と熱交換器１３の入口とを接続している。第二部分２１ｂは、熱交換器１３の出口と貯湯タンク２０の上部とを接続している。第一部分２１ａは、熱回収経路２１の上流部分を構成している。第二部分２１ｂは、熱回収経路２１の下流部分を構成している。第一部分２１ａは、熱交換器１３において加熱されるべき水を熱交換器１３に導くための流路である。第二部分２１ｂは、熱交換器１３において加熱された水（温水）を貯湯タンク２０に導くための流路である。

ポンプ１４は、熱回収経路２１に配置されている。ポンプ１４の働きによって、貯湯タンク２０から熱交換器１３に水が供給され、生成された温水が熱交換器１３から貯湯タンク２０に戻される。本実施形態では、ポンプ１４は、熱回収経路２１の第一部分２１ａに配置されている。ポンプ１４は、第二部分２１ｂに配置されていてもよい。

コージェネレーションシステム１に使用されるポンプのそれぞれは、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプである。

熱回収経路２１には、温度センサ２２が設けられている。温度センサ２２は、熱回収経路２１を流れる水の温度を検出する。本実施形態では、温度センサ２２は、熱回収経路２１の第一部分２１ａに配置されている。第一部分２１ａに温度センサ２２が配置されていると、貯湯タンク２０から熱交換器１３に供給されるべき水の温度を正確に検出できる。ただし、温度センサ２２は、第二部分２１ｂに配置されていてもよい。

温度センサ２２によって検出された水の温度が閾値温度以下（例えば、４５℃以下）であるとき、熱電併給装置１０が水不足に陥るおそれが無く、燃料電池１１の運転を継続可能である。温度センサ２２によって検出された水の温度が閾値温度よりも高いとき、熱電併給装置１０が水不足に陥る可能性が浮上する。熱電併給装置１０が水不足に陥るおそれがあるとき、発電を停止させてもよい。

コージェネレーションシステム１に使用される温度センサのそれぞれは、例えば、サーミスタを用いた温度センサ又は熱電対を用いた温度センサである。

図１に示すように、貯湯タンク２０は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。貯湯タンク２０には、例えば、複数の温度センサ２５ａ〜２５ｅが設けられている。温度センサ２５ａ〜２５ｅは、鉛直方向に沿って概ね等間隔で配置されている。温度センサ２５ａ〜２５ｅは、貯湯タンク２０の内部に配置されていてもよく、貯湯タンク２０の表面上に配置されていてもよい。

温度センサ２５ａ〜２５ｅは、貯湯タンク２０に貯められた温水の温度を検出する。高温の温水が貯湯タンク２０の上部に貯められる。温水が使用されると市水が貯湯タンク２０の下部に補給される。そのため、貯湯タンク２０の内部には温水の温度成層が形成される。温度センサ２５ａ〜２５ｅの検出値によって、貯湯タンク２０の蓄熱状態を把握できる。

貯湯タンク２０の下部には給水経路２７が接続されている。貯湯タンク２０の温水が消費されると、給水経路２７を通じて市水が貯湯タンク２０に補給される。したがって、貯湯タンク２０には市水の給水圧力が加わっている。

コージェネレーションシステム１は、さらに、循環経路３０及びバイパス経路３１を備えている。

循環経路３０は、貯湯タンク２０と熱交換器４２との間で温水を循環させることによって、貯湯タンク２０の温水を暖房に使用するための経路である。循環経路３０は、往路部分３０ａ及び復路部分３０ｂを含む。往路部分３０ａ及び復路部分３０ｂは、それぞれ、貯湯タンク２０と熱交換器４２とを接続している。詳細には、往路部分３０ａは、貯湯タンク２０の上部と熱交換器４２の入口とを接続している。往路部分３０ａを通じて、貯湯タンク２０の上部に貯められた高温の温水が貯湯タンク２０から熱交換器４２に供給されうる。このような構成によれば、外部の熱源の使用頻度を下げることができる。復路部分３０ｂは、例えば、熱交換器４２の出口と貯湯タンク２０の下部とを接続している。復路部分３０ｂを通じて、熱交換器４２から貯湯タンク２０の下部に温水が戻される。このような構成によれば、貯湯タンク２０の内部の温度成層が乱れにくい。貯湯タンク２０の下部に予め存在する温水（又は冷水）と貯湯タンク２０に戻された温水とが貯湯タンク２０の下部において混ざりあう。

循環経路３０の復路部分３０ｂは、貯湯タンク２０の中間部に接続されていてもよい。この場合、温水は、貯湯タンク２０の中間部に戻される。この場合、貯湯タンク２０の下部の低温の水と貯湯タンク２０の中間部に戻された温水とが直接混ざることを回避できるので、貯湯タンク２０の内部の温度成層が乱れにくい。本明細書において、「貯湯タンク２０の上部」「貯湯タンク２０の中間部」「貯湯タンク２０の下部」は、それぞれ、以下のように定義されうる。貯湯タンク２０の内部空間を鉛直方向に３等分したとき、最も上の部分を「貯湯タンク２０の上部」と定義し、最も下の部分を「貯湯タンク２０の下部」と定義し、真ん中の部分を「貯湯タンク２０の中間部」と定義することができる。

バイパス経路３１は、貯湯タンク２０の外部において、循環経路３０の往路部分３０ａと循環経路３０の復路部分３０ｂとを接続している。バイパス経路３１によれば、熱交換器４２から排出された温水の一部又は全部を貯湯タンク２０に戻すことなく、循環経路３０に循環させることができる。

熱交換器４２において、貯湯タンク２０に貯められた温水と暖房装置５３の熱媒体との間の熱交換により、暖房装置５３の熱媒体が所望の温度まで加熱される。暖房装置５３としては、床暖房装置などの輻射暖房装置が挙げられる。暖房装置５３の熱媒体は、水、ブライン、オイルなどの液体である。暖房装置５３は、熱媒体回路５０によって熱交換器４２に接続されている。熱媒体回路５０にはポンプ５１が配置されている。ポンプ５１を作動させることによって、熱交換器４２と暖房装置５３との間で熱媒体を循環させることができる。

循環経路３０には、混合弁３２、ポンプ３４、及びバックアップ熱源機３６が設けられている。

混合弁３２は、バイパス経路３１と循環経路３０の往路部分３０ａとの接続位置に配置されている。混合弁３２の入り口にバイパス経路３１が接続されている。混合弁３２を制御することによって、貯湯タンク２０から新たに供給されるべき温水とバイパス経路３１を流れる温水との混合比を調節することができる。これにより、最適な温度の温水を熱交換器４２に供給できる。バックアップ熱源機３６などの外部の熱源の使用頻度を下げることもできる。

バックアップ熱源機３６は、例えば、循環経路３０の往路部分３０ａを流れる温水を加熱する。循環経路３０の往路部分３０ａにおいて、バックアップ熱源機３６は、混合弁３２と熱交換器４２との間に位置している。ポンプ３４は、混合弁３２とバックアップ熱源機３６との間に位置している。貯湯タンク２０に貯まった温水がバックアップ熱源機３６の中を通って熱交換器４２に供給される。バックアップ熱源機３６をバイパスする経路が設けられていてもよい。

混合弁３２に代えて、バイパス経路３１における温水の流れを許可及び遮断する切換弁を備えていてもよい。切換弁は、例えば、バイパス経路３１と循環経路３０の往路部分３０ａとの接続位置に配置された三方弁である。細かい温度調節が要求されない場合、温水の全量が貯湯タンク２０に戻される第一状態と温水の全量がバイパス経路３１に導かれる第二状態とを切換弁によって選択できればよい。戻り温度が閾値温度よりも高い場合、切換弁によって、上記の第一状態が選択される。閾値温度よりも高い温度の温水が貯湯タンク２０に戻ることを確実に阻止できるので、貯湯タンク２０の内部の温度成層を維持しやすい。また、簡易な構成によって、閾値温度よりも高い温度の温水が貯湯タンク２０に戻ることを確実に阻止できる。なお、三方弁は、複数の開閉弁で代用可能である。

循環経路３０には、温度センサ３８が設けられている。本実施形態では、温度センサ３８は、循環経路３０の復路部分３０ｂに配置されている。より詳細には、温度センサ３８は、熱交換器４２と位置Ｐとの間の位置において、復路部分３０ｂに配置されている。位置Ｐは、バイパス経路３１と循環経路３０の復路部分３０ｂとの接続位置である。このような構成によれば、熱交換器４２から貯湯タンク２０に戻されるべき温水の温度を正確に検出できる。

循環経路３０から給湯経路５７が分岐している。循環経路３０と給湯経路５７との接続位置は、バックアップ熱源機３６と熱交換器４２との間にある。貯湯タンク２０の温水は、給湯経路５７を通じて給湯栓５９に供給されうる。

制御装置７０は、典型的には、コージェネレーションシステム１を運転するためのプログラムが実行可能に格納されたデジタルコンピュータである。制御装置７０は、単一のデジタルコンピュータによって構成されていてもよいし、互いに通信可能な複数のデジタルコンピュータによって構成されていてもよい。温度センサ２２、２５ａ〜２５ｅ及び３８の検出結果を示す信号が制御装置７０に入力される。制御器２３には、別の温度センサ、流量計、電力計、及びガスセンサなどの他の計測機器（図示省略）からも検出信号が入力される。制御装置７０は、制御器２３は、特定の運転パターン及び各種計測機器の計測結果を示す情報に基づき、ポンプ１４、ポンプ３４、混合弁３２、バックアップ熱源機３６、ポンプ５１、給湯栓５９などの制御対象を制御する。

次に、コージェネレーションシステム１における、熱電併給装置１０の運転パターンを選択するための処理の一例を説明する。

図２に示す通り、制御装置７０は、ステップＳ１において、給湯に伴う熱負荷の時系列の履歴データＤｈｗ、暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データＤｈｈ、及び電力負荷の時系列の履歴データＤｈｅを生成して記憶する。次にステップＳ２に進み、制御装置７０は、特定期間における、給湯に伴う熱負荷の時系列の予測データＤｐｗ、暖房に伴う熱負荷の時系列の予測データＤｐｈ、及び電力負荷の時系列の予測データＤｐｅを生成する。ステップＳ２において、例えば、予測データＤｐｗは履歴データＤｈｗに基づいて生成され、予測データＤｐｈは履歴データＤｈｈに基づいて生成され、予測データＤｐｅは履歴データＤｈｅに基づいて生成される。

次に、ステップＳ３に進み、制御装置７０は、特定期間における熱電併給装置１０の運転パターンＰｃを生成する。運転パターンＰｃは、熱電併給装置１０の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくとも１つによって定義されている。次に、ステップＳ４に進み、制御装置７０は、運転パターンＰｃが条件Ｃｆを満たすか否か判断する。条件Ｃｆは、熱電併給装置１０の運転に関する制約条件である。条件Ｃｆは、例えば、運転パターンＰｃにおける熱電併給装置１０の運転開始時刻及び運転終了時刻が熱電併給装置１０の運転禁止時間帯に含まれないことである。また、条件Ｃｆは、運転パターンＰｃにおける運転開始時刻から運転終了時刻までの期間が熱電併給装置１０の連続運転可能時間を超えないことでありうる。加えて、条件Ｃｆは、前回の運転終了時刻から運転パターンＰｃにおける運転開始時刻までの期間が必要停止期間以上であることでありうる。

ステップＳ４における判断結果が肯定的である場合、制御装置７０は、ステップＳ５に進み、運転パターンＰｃに対する特定期間におけるエネルギー収支に関する情報Ｄｂを生成する。次に、ステップＳ６に進み、生成された情報Ｄｂが最良のものであるか否か判断する。例えば、制御装置７０は、新たに生成された情報Ｄｂが、制御装置７０が記憶している最適運転パターンＰｂの情報Ｄｂと比較してステップＳ６の判断を行う。

ステップＳ６における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ７に進み、最適運転パターンＰｂを更新する。換言すると、制御装置７０は新たに生成した情報Ｄｂに対応する運転パターンＰｃを最適運転パターンＰｂとして記憶する。

ステップＳ４における判断結果が否定的である場合、及び、ステップＳ６における判断結果が否定的である場合には、ステップＳ８に進む。加えて、ステップＳ７の後にも、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、制御装置７０は、全ての運転パターンＰｃに対して情報Ｄｂを生成したか否か判断する。ステップＳ８における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１０に進み、運転パターンＰｃを更新して、ステップＳ４に戻る。ステップＳ８における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ９に進み、現在記憶されている最適運転パターンＰｂが全ての運転パターンＰｃに対して最適であると決定し、一連の処理を終了する。制御装置７０は、特定期間において、最適運転パターンＰｂに従って熱電併給装置１０を運転する。

次に、運転パターンＰｃに対する特定期間におけるエネルギー収支に関する情報Ｄｂを生成するための処理の一例を説明する。

図１に示す一連の処理においてステップＳ５の処理が行われるとき、図３Ａに示すステップＳ１０１の処理が開始される。図３Ａに示す通り、ステップＳ１０１において、制御装置７０は、熱電併給装置１０の状態に関する情報を取得する。例えば、制御装置７０は、熱電併給装置１０が現在発電中か否かに関する情報を取得する。次に、ステップＳ１０２に進み、制御装置７０は、解析対象の時間を更新する。なお、解析対象の時間の初期値は、特定期間の開始時刻ｔ０を含む。解析対象の時間は、所定の時間ステップΔｔを加算することによって更新される。次に、ステップＳ１０３に進み、制御装置７０は、予測データＤｐｅに基づいて、解析対象の時間の終了時刻までの電力負荷に伴う積算消費電力量Ｔｃｌを算出する。次に、ステップＳ１０４に進み、運転パターンＰｃを参照して、解析対象の時間において熱電併給装置１０が発電中であるか否か判断する。ステップＳ１０４における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１０５に進み、制御装置７０は、熱電併給装置１０の発電によって貯湯タンク２０に貯まる熱量の予測データＤｐｓを算出する。例えば、制御装置７０は、解析対象の時間において熱電併給装置１０の発電によって貯湯タンク２０に貯まる熱量の増分ΔＱを、ステップＳ１０５の実行直前に制御装置７０に記憶されている予測データＤｐｓに加算する。次に、ステップＳ１０６に進み、制御装置７０は、解析対象の時間の終了時刻までの熱電併給装置１０の積算発電量Ｔｇを算出する。次に、ステップＳ１０７に進み、制御装置７０は、解析対象の時間の終了時刻までの熱電併給装置１０の積算消費電力量Ｔｃｐ及び積算消費熱量Ｔｃｑを算出する。この場合、ステップＳ１０７において、熱電併給装置１０が発電中であることを踏まえて、熱電併給装置１０の積算消費電力量Ｔｃｐ及び積算消費熱量Ｔｃｑが算出される。なお、ステップＳ１０４における判断結果が否定的である場合、制御装置７０は、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理をスキップして、ステップＳ１０７に進む。この場合、ステップＳ１０７において、熱電併給装置１０が発電中でないことを踏まえて、熱電併給装置１０の積算消費電力量Ｔｃｐ及び積算消費熱量Ｔｃｑが算出される。なお、熱電併給装置１０は、発電中でない場合にも機器のメンテナンス等の理由により所定の電力量及び熱量を消費する。

ステップＳ１０７の処理が完了すると、次に、ステップＳ１０８に進み、制御装置７０は、解析対象の時間において予測データＤｐｗに熱負荷があるか否か判断する。これにより、解析対象の時間に給湯に伴う熱負荷があるか否か判断される。ステップＳ１０８における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１０９に進み、予測データＤｐｓの熱量は予測データＤｐｗの熱負荷以上であるか否か判断される。ステップＳ１０９における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１０に進み、予測データＤｐｗの熱負荷を予測データＤｐｓの熱量から差し引いて、予測データＤｐｓの値が更新される。ステップＳ１０９における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１１１に進み、制御装置７０は、予測データＤｐｓの熱量が基準値を超えるか否か判断する。例えば、基準値は、熱電併給装置１０が発電開始前であるときの貯湯タンク２０の状態に対応している。ステップＳ１１１における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１２に進み、制御装置７０は、予測データＤｐｗの熱負荷の一部を予測データＤｐｓから差し引いて予測データＤｐｓを基準値に変更する。すなわち、予測データＤｐｗの熱負荷の一部は、予測データＤｐｓの熱量と基準値との差分Δｒに相当する。次に、ステップＳ１１３に進み、制御装置７０は、バックアップ熱源機３６の積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。制御装置７０は、例えば、予測データＤｐｗの熱負荷の他の部分（予測データＤｐｗの熱負荷−Δｒ）をバックアップ熱源機３６で賄うときのバックアップ熱源機３６の消費熱量ΔＱｐ１を算出する。そのうえで、制御装置７０は、ステップＳ１１３の実行直前に制御装置７０に記憶されている積算消費熱量ＴｂｃにΔＱｐ１を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。なお、ΔＱｐ１の算出において、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の燃焼効率に関する係数が用いられる。具体的に、ΔＱｐ１の算出のための乗算においてこの係数が用いられる。ステップＳ１１１における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１１４に進み、バックアップ熱源機３６の積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。制御装置７０は、例えば、予測データＤｐｗの熱負荷の全体をバックアップ熱源機３６で賄うときのバックアップ熱源機３６の消費熱量ΔＱｔ１を算出する。そのうえで、制御装置７０は、ステップＳ１１３の実行直前に制御装置７０に記憶されている積算消費熱量ＴｂｃにΔＱｔ１を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。なお、ΔＱｔ１の算出においても、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の燃焼効率に関する上記の係数が用いられる。

図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、ステップＳ１０８における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１１５に進む。また、ステップＳ１１０、ステップＳ１１３、又はステップＳ１１４の処理が完了した場合もステップＳ１１５に進む。

図３Ｂに示す通り、ステップＳ１１５において、制御装置７０は、解析対象の時間において予測データＤｐｈに熱負荷があるか否か判断する。これにより、解析対象の時間に暖房に伴う熱負荷があるか否か判断される。ステップＳ１１５における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１６に進み、予測データＤｐｓの熱量は、予測データＤｐｈの熱負荷以上であるか否か判断される。ステップＳ１１６における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１７に進み、予測データＤｐｈの熱負荷を予測データＤｐｓの熱量から差し引いて、予測データＤｐｓの値が更新される。ステップＳ１１６における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１１８に進み、制御装置７０は、予測データＤｐｓの熱量が基準値を超えるか否か判断する。ステップＳ１１８における判断結果が肯定的である場合、ステップＳ１１９に進み、制御装置７０は、予測データＤｐｈの熱負荷の一部を予測データＤｐｓから差し引いて予測データＤｐｓを基準値に変更する。すなわち、予測データＤｐｈの熱負荷の一部は、予測データＤｐｓの熱量と基準値との差分Δｒに相当する。次に、ステップＳ１２０に進み、制御装置７０は、バックアップ熱源機３６の積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。制御装置７０は、例えば、予測データＤｐｈの熱負荷の他の部分（予測データＤｐｈの熱負荷−Δｒ）をバックアップ熱源機３６で賄うときのバックアップ熱源機３６の消費熱量ΔＱｐ２を算出する。そのうえで、制御装置７０は、ステップＳ１２０の実行直前に制御装置７０に記憶されている積算消費熱量ＴｂｃにΔＱｐ２を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。なお、ΔＱｐ２の算出において、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の燃焼効率に関する係数が用いられる。具体的に、ΔＱｐ２の算出のための乗算においてこの係数が用いられる。ステップＳ１１８における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１２１に進み、バックアップ熱源機３６の積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。制御装置７０は、例えば、予測データＤｐｈの熱負荷の全体をバックアップ熱源機３６で賄うときのバックアップ熱源機３６の消費熱量ΔＱｔ２を算出する。そのうえで、制御装置７０は、ステップＳ１１３の実行直前に制御装置７０に記憶されている積算消費熱量ＴｂｃにΔＱｔ２を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Ｔｂｃを算出する。なお、ΔＱｔ２の算出においても、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機３６の燃焼効率に関する上記の係数が用いられる。

図３Ｂ及び図３Ｃに示す通り、ステップＳ１１５における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１２２に進む。また、ステップＳ１１７、ステップＳ１２０、又はステップＳ１２１の処理が完了した場合にも、ステップＳ１２２に進む。図３Ｃに示す通り、ステップＳ１２２において、制御装置７０は、解析対象の時間が最後であるか否か判断する。すなわち、制御装置７０は、運転パターンＰｃを参照して、解析対象の時間が特定期間の終了時刻ｔｆを含むか否か判断する。ステップＳ１２２における判断結果が肯定的である場合、制御装置７０は、積算消費電力量Ｔｃｌ、積算消費電力量Ｔｃｐ、積算消費熱量Ｔｃｑ、及び積算消費熱量Ｔｂｃを積算発電量Ｔｇから差し引いて情報Ｄｂを生成する。これにより、エネルギー収支に関する情報Ｄｂを生成するための処理が終了する。その後、図２に示すステップＳ６に進む。図３Ａ及び図３Ｃに示す通り、ステップＳ１２２における判断結果が否定的である場合、ステップＳ１０２に戻る。

制御装置７０は、開始時刻ｔ０及び終了時刻ｔｆによって定義される特定期間における電力負荷、給湯に伴う熱負荷、及び暖房に伴う熱負荷の時系列の予測データをそれぞれ図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示すように生成したと仮定する。加えて、制御装置７０は、熱電併給装置１０の第一運転パターン及び第二運転パターンを生成したと仮定する。第一運転パターンは、運転開始時刻ｔｓ１及び運転終了時刻ｔｅ１によって定義される。第二運転パターンは、運転開始時刻ｔｓ２及び運転終了時刻ｔｆによって定義される。

第二運転パターンに従って熱電併給装置１０を運転するときに、貯湯タンク２０に貯まる熱量の時系列の予測データとして、図４Ｄに一点鎖線で示すグラフが得られる。図４Ｄに示す通り、暖房に伴う熱負荷の予測データによれば時刻ｔｓ１において熱負荷が発生する。図４Ｄに示す通り、第二運転パターンによれば、時刻ｔｓ１までに貯湯タンク２０に所定量の熱量が貯まるので、この熱量により暖房に伴う熱負荷の一部を賄うことにより、バックアップ熱源機３６の消費熱量を小さくできる。一方、第一運転パターンに従って熱電併給装置１０を運転するときには、時刻ｔｓ１に熱電併給装置１０の運転が開始されるので、バックアップ熱源機３６の消費熱量が大きくなりやすい。また、第二運転パターンに従って熱電併給装置１０を運転するときに、時刻ｔｅ１から時刻ｔｆ１までの期間に発生する電力負荷を熱電併給装置１０の発電によって賄うことができる。一方、第一運転パターンに従って熱電併給装置１０を運転するときには、時刻ｔｅ１に熱電併給装置１０の運転が終了する。このため、時刻ｔｅ１から時刻ｔｆ１までの期間に発生する電力負荷はコージェネレーションシステム１の外部の電源によって賄われる必要がある。このため、第二運転パターンは、エネルギー収支の観点から、第一運転パターンよりも有利であり、上記の仮定において、制御装置７０は、特定期間において、第二運転パターンに従って熱電併給装置１０の運転を制御する。

本開示の技術は、コージェネレーションシステムの温水を使用した暖房に有用である。

１ コージェネレーションシステム
１０ 熱電併給装置
１５ インバータ
２０ 貯湯タンク
３６ バックアップ熱源機
４２ 熱交換器
５３ 暖房装置
５９ 給湯栓
７０ 制御装置
１００ 機器
１５０ 商用電源

Claims (7)

1. 電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置と、
   前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
   前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
   前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
   前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
   特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
   前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
   前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
   前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御する、
   コージェネレーションシステム。
2. 前記エネルギー収支に関する情報は、前記電力負荷に伴う前記積算消費電力量と、前記熱電併給装置の前記積算消費電力量と、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量と、前記熱電併給装置の発電に伴う前記積算消費熱量とを、前記熱電併給装置の前記積算発電量から差し引いて決定される、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記要求温度より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給され、
   前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクに所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の前記貯湯タンクに貯まっている前記温水によって賄える熱負荷を前記暖房に伴う前記熱負荷として扱う、
   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. 前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度が閾値より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記要求温度が前記閾値より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給され、
   前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクから前記熱交換器に向かって供給される前記温水の温度に基づいて前記暖房に伴う前記熱負荷を決定する、
   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。
5. 前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記予測データにおける前記暖房に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第一乗算に使用される第一係数が、前記予測データにおける前記給湯に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第二乗算に使用される第二係数よりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
6. 前記制御装置は、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記第一乗算の結果又は前記第二乗算の結果を特定の補正係数によって補正する、請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
7. 熱電併給装置を電力負荷に追従して運転することと、
   前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系することと、
   前記熱電併給装置において発生した熱を利用して温水を生成して貯湯タンクに貯めることと、
   熱交換器によって前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせることと、
   バックアップ熱源機によって前記貯湯タンクに接続された給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱することと、
   前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶することと、
   特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成することと、
   前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成することと、
   前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成することと、
   前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御することと、を含む、
   コージェネレーションシステムの運転方法。

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