JP3776010B2 - Energy supply system and method for local community - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報技術(IT)を利用して、地域社会全体でエネルギの有効利用を図る地域社会へのエネルギ供給システムおよび方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、限りあるエネルギ資源の有効利用や、地球温暖化防止のための省エネルギの必要性は広く認識されている。今日では、火力発電によって、熱エネルギを電力エネルギに変換する形でエネルギ需要が賄われているので、火力発電所での効率化が図られている。効率化のためには、火力発電所は大規模に集中させる方が好ましい。
【0003】
しかしながら、熱から電気への完全な変換は不可能であり、電力に変換されない熱は廃棄する必要がある。火力発電所などのエネルギ発生設備を大規模化すると、いくら効率が高くても、廃棄する熱量が多くなり、環境面などで種々の弊害が生じてしまう。この廃棄熱を有効に利用しようとしても、大規模な発電所での近傍では発生熱量に釣合う熱需要は、容易に見出すことができない。熱は、途中の損失が大きいので、長距離を輸送することができないからである。
【0004】
そこで、発電とともに熱も利用するコージェネレーション設備を、各エネルギ需要地に近接して設置する分散型発電が注目されている。発電した電力は、電熱に再変換して利用することも多いので、熱の需要に対しては、直接熱の形でエネルギを供給する方が、変換に伴う損失を避け、総合的なエネルギ効率を高めることができると期待される。
【0005】
コージェネレーション設備では、都市ガスなどの燃料を使用して、熱と電力とを需要に応じて発生させる。電力の発生は、ガスエンジンなどの内燃機関やガスタービンなどの外燃機関を用いて、熱エネルギを機械的な運動エネルギに変換し、さらに運動エネルギで発電機を駆動して、電力エネルギに変換する。コージェネレーション設備では、これらの変換の過程で損失として発生する熱を、有効なエネルギとして回収し、利用することができる。さらに、熱エネルギを直接電力エネルギに変換する燃料電池などの化学反応機関の利用も研究され、変換効率の向上が期待されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
コージェネレーションを導入してエネルギの有効利用を図ることは可能でも、既存の地域社会を構成する住民の家庭に個別に導入することは困難である。各家庭の需要のピークに見合う熱および電力を発生しうるコージェネレーション発電設備は、かなりの経済的負担を強いることになる。しかも、各家庭での需要に対応する程度の規模では、発電効率をあまり高くすることはできず、需要に見合う電力を発生させると、熱が過剰に発生されてしまう可能性がある。
【0007】
また、今日の地球環境問題は、エネルギの消費の削減自体も要求している。しかし、エネルギを消費して快適な生活を送っている個々の住民は、その要求は認識しえても、その認識に従って、多少生活を不便にしても省エネルギに努めるように実践することは、需要に応じて充分にエネルギが供給されうる環境下では非常に困難である。今日では、社会の構成員は個々の個人であるけれども、今後のエネルギ問題は、個人レベルで解決しうるものではなくなっている。
【0008】
日本社会は、これまでの村社会から休息に個人社会に変貌してきている。プライバシーの尊重があまりにも重視され、地域社会との幼少期からの連携が希薄になっていると思われる。今後家族、さらには地域と連携した生き方を学ばなければ、常識人とはなれないと考えられる。特に、高齢化社会ともなり、一応の勤労年齢を経過した後でも、人生を有意義に過すためには、地域社会との連携は不可欠である。
【0009】
本発明の目的は、住民が地域社会と連携しながらエネルギや環境問題に取組むことができる地域社会へのエネルギ供給システムおよび方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発電設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給するシステムであって、
エネルギ発生設備および住民の家庭を結ぶエネルギ供給経路と、
エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインと、
各家庭に設けられ、情報通信ラインに接続され、各家庭でのエネルギ使用状況を検出する使用状況検出手段と、
情報通信ラインを介して各家庭の使用状況検出手段からの検出出力を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する管理手段とを含み、
前記各家庭には、電力を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された電力を自家庭および他の家庭に供給可能な電力蓄積手段を備えることを特徴とする地域社会へのエネルギ供給システムである。
【0011】
本発明に従えば、地域社会で、発電設備を含むエネルギ発生設備を核としてエネルギ供給システムを構成する。地域社会の住民の家庭には、エネルギ発生設備からエネルギ供給経路を介して発生されたエネルギを供給する。各家庭でのエネルギの使用状況は使用状況検出手段によって検出され、エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインを介して管理手段に入力される。管理手段は、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する。家庭同士のエネルギ使用が平準化され、各家庭でのエネルギ需要にずれがあるので、各家庭でのエネルギ需要のピークを合計した値よりも小さな値のエネルギ発生量で、地域のエネルギ需要に対処することができる。また各家庭に電力蓄積手段を設け、電力需要が少ないときに、管理手段からの情報通信ラインを介する制御で電力を蓄積させておき、電力需要が増大したときには蓄積されている電力も供給するので、発電設備の能力を補強することができる。ピークの発電能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。
【0012】
また本発明で、余剰の発電量を外販することを特徴とする。
【0013】
本発明に従えば、地域の住民が共同で発電を行い、余剰の発電量を外販するので、地域ごとに発電設備を分散させ、総合的に発電能力を増加させることができる。
【0014】
また本発明熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給するシステムであって、
エネルギ発生設備および住民の家庭を結ぶエネルギ供給経路と、
エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインと、
各家庭に設けられ、情報通信ラインに接続され、各家庭でのエネルギ使用状況を検出する使用状況検出手段と、
情報通信ラインを介して各家庭の使用状況検出手段からの検出出力を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する管理手段とを含み、
前記各家庭には、熱を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された熱を自家庭および他の家庭に供給可能な熱蓄積手段を備えることを特徴とする地域社会へのエネルギ供給システムである
【0015】
本発明に従えば、地域社会で、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むエネルギ発生設備を核としてエネルギ供給システムを構成する。地域社会の住民の家庭には、エネルギ発生設備からエネルギ供給経路を介して発生されたエネルギを供給する。各家庭でのエネルギの使用状況は使用状況検出手段によって検出され、エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインを介して管理手段に入力される。管理手段は、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する。家庭同士のエネルギ使用が平準化され、各家庭でのエネルギ需要にずれがあるので、各家庭でのエネルギ需要のピークを合計した値よりも小さな値のエネルギ発生量で、地域のエネルギ需要に対処することができる。
また本発明では、地域社会で必要となる熱および電力をコージェネレーション設備から供給するので、個々の家庭に設置するよりもコージェネレーション設備の規模を大きくすることができ、効率を高めることができる。さらに各家庭に熱蓄積手段を設け、熱需要が少ないときに、管理手段からの情報通信ラインを介する制御で熱を蓄積させておき、熱需要が増大したときには蓄積されている熱も供給するので、コージェネレーション設備での熱発生能力を補強することができる。ピークの熱発生能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。
【0016】
また本発明で、前記エネルギ発生設備は、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むことを特徴とする。
【0017】
本発明に従えば、地域社会で必要となる熱および電力をコージェネレーション設備から供給するので、個々の家庭に設置するよりもコージェネレーション設備の規模を大きくすることができ、効率を高めることができる。
【0018】
また本発明で、前記各家庭には、熱を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された熱を自家庭および他の家庭に供給可能な熱蓄積手段を備えることを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、各家庭に熱蓄積手段を設け、熱需要が少ないときに、管理手段からの情報通信ラインを介する制御で熱を蓄積させておき、熱需要が増大したときには蓄積されている熱も供給するので、コージェネレーション設備での熱発生能力を補強することができる。ピークの熱発生能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。
【0020】
また本発明で、前記エネルギ発生設備は、各家庭に熱を温水で供給し、
前記エネルギ供給経路は、前記地域社会の一部の家庭の需要に応じる量の温水を、全家庭に順次循環するように敷設され、断熱されている管路を用いて形成され、
該管路の内径は、該エネルギ供給経路全体を該温水が循環するのに要する時間が予め定める時間内となるように、温水の循環速度を高速化するのに対応して小径化されることを特徴とする。
【0021】
本発明に従えば、熱を供給する温水の循環速度を高速化して、断熱されている小径化した管路で循環させるので、温水の循環用管路を容易に敷設することができる。
【0022】
さらに本発明は、発電設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給する方法であって、
管理手段によって、各家庭のエネルギ使用状況を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理し、
前記各家庭に備えられる電力蓄積手段によって、電力を蓄積し、前記管理手段からの制御で、蓄積された電力を自家庭および他の家庭に供給し、余剰のエネルギ販することを特徴とする地域社会へのエネルギ供給方法である。
【0023】
本発明に従えば、発電装置を含むエネルギ発生設備を核として、地域の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給する課程を通じて、管理手段によって、各家庭でのエネルギの使用状況を収集する。管理手段は、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する。各家庭に電力蓄積手段を設け、電力需要が少ないときに、管理手段からの制御で電力を蓄積させておき、電力需要が増大したときには蓄積されている電力も供給するので、発電設備の能力を補強することができる。ピークの発電能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。さらに余剰のエネルギは外販するので、各住民は、自家のエネルギ消費を押さえて外販による利益を増加させるようになり、省エネルギに対する効果的な動機付けを与えることができる。
【0024】
また本発明は、前記エネルギ発生設備、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備をさらに含み
熱は、一部の家庭の入浴需要に必要な流量の温水として常時循環させておき、
各家庭では、熱を使用しないときに、温水から熱を吸収して蓄熱しておき、
循環する温水から得られる熱量が不足するときには、蓄熱した熱量で循環する熱量を補充することを特徴とする。
【0025】
本発明に従えば、コージェネレーション設備で、熱の供給を受ける各家庭でも蓄熱を行っておくことによって、熱の需要のピークでコージェネレーション設備から発生させることができる熱量を超過する熱の需要に備えることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態である地域社会へのエネルギ供給システムの概念を示す。本実施形態の基本的な概念は、隣組コージェネレーション(以下、
Neighboring Co-Generation から「N.C.G.」と略称することがある)であり、地域の住民の家庭1,2,3が隣組を結成し、N.C.G.10から熱と電力との供給を受けるエネルギ供給システムを形成する。団地やマンションなどの複数の住民が住んでいる集合住宅11,12,13に対しては、各集合住宅11,12,13毎にN.C.G.21,22,23をそれぞれ設置する。各N.C.G.10,21,22,23と家庭1,2,3や集合住宅11,12,13との間は、光ファイバなどの情報ネットワークケーブル、電力ケーブルおよび高温水循環供給ラインを複合したライフラインで結合されている。
【0027】
N.C.G.10,21,22,23を稼働させる燃料は、ガス導管30から供給される都市ガスを使用する。N.C.G.10,21,22,23は、余剰電力を外販し、運営には情報通信技術(以下、「IT」と略称することがある)を多用するので、電力・情報ケーブル31を介して、外部と接続される。また、N.C.G.10,21,22,23に対する各種ビジネスを展開するエネルギサービス企業32も活動しうる。エネルギサービス企業32は、外販される余剰電力を買い取ってまとめて販売したり、N.C.G.の監視や制御を行うサービスを提供する。これらのサービスは、ITを用いて瞬時的に行われる。
【0028】
図1に示すような隣組コージェネレーションN.C.G.は、次のような考え方を原点にして成立する。
・発電効率の高い機器は、環境に優しい。
・環境を意識して買いたいが、金がない。
・個人使用では稼働率が悪く、経済性がない。
・隣近所と共用すれば、メリットが生じるはず。
・そこで隣組コージェネレーションは、地域の自治会で運用する。
・地域のシルバーパワーが、熱と電気を供給する。
・余剰電気の外販収入は、地域住民に還付される。
・外販収入増加の取り組みが、省電力の意識を生む。
・熱や電気の使用方法が、自治会の問題になる。
・住民の交流強化が、社会の絆を取り戻す。
【0029】
図2は、図1で各N.C.G.10,21,22,23と家庭1,2,3や集合住宅11,12,13との間を結合するために用いるライフライン40の概略的な断面構成と、家庭用の蓄熱装置とを示す。ライフライン40には、光ファイバなどの情報ネットワークケーブル41、電力ケーブル42、および高温水循環供給ライン43が収納される。このようなライフライン40は、一辺が40m〜100m程度の大きさの地域に敷設する。本実施形態では、熱を高温水循環供給ライン43で供給し、各家庭に蓄熱装置として、たとえば相変化蓄熱材であるPCMを用いる家庭用PCM装置45を設置する点に特徴がある。家庭用PCM装置45には、たとえば蓄熱材としてパラフィンを充填させた球状蓄熱体を内蔵する水加熱器が含まれている。
【0030】
高温水循環供給ライン43は、外径が50mm程度とし、内径が15mm程度として、良好な断熱性が得られる材料を用いて形成する。そのような材料の一つとして、耐熱強度を高めた架橋ポリエチレン管を用いることができる。ポリエチレンは、発泡ポリウレタン(PUF)に比べて断熱性能が劣るけれども、厚肉化させた層に気泡を混在させ、ポリエチレン管の断熱性能を向上させることができる。
【0031】
従来からの地域熱供給では、多様な顧客の熱需要に応えるため、熱輸送配管の口径は大きくなっている。本実施形態では、ITと、顧客である各家庭に設けた家庭用PCM装置などでの蓄熱とを活用し、熱輸送配管を小口径化し、放熱損失と建設費との低減を図っている。ライフライン40では、高温水循環供給ライン43と併設して、情報ネットワークケーブル41を敷設しているので、熱供給を受けるすべての顧客情報を収集することができる。顧客情報を収集して、顧客の生活パターンを学習させ、ITによる循環ポンプの運転やバルブの制御で、水過熱器の蓄熱体の放熱や蓄熱を最適化する。これによって、温水循環量を減らし、また循環水の入口・出口温度差を大きくさせ、熱の輸送効率を向上させることができる。
【0032】
図3は、本実施形態で用いる電気系統の概略的な構成を示す。燃料電池コンバインド発電設備50の燃料電池50Aは、コージェネレーション装置として発電を行う部分であり、発電機を用いることもできる。風力発電装置51などを利用することができるときは、AC/DCコンバータ52などを介して接続することもできる。電力の供給は、DC配線55を介して直流で行われる。DC配線55は、図2のライフライン40中に、電力ケーブル42として含めることができる。各家庭では、太陽電池56などを追加することもできる。家庭内の電気器具は商用交流で動作するものが多いので、DC/ACコンバータ57で直流を交流に変換して、分電盤58を介して供給する。余剰の電力は、バッテリ59に充電しておく。各家庭のバッテリ59への充放電の制御は、ITを使用して集中的に行われる。
【0033】
本実施形態のライフライン40は、非開削工法で容易に地下に埋設することができる。したがって、図1の家庭1,2,3などが建てられている居住区で、従来、道路上空に架設している電線、電話線あるいは光ファイバ線などを、ライフライン40の一部として地下に埋設すれば、居住区の景観を改善することができる。すなわち、隣組コージェネレーションを導入すれば、その地域の景観改善も併せて行うことができる。
【0034】
図4は、図1の集合住宅11,12,13が既存の場合に、N.C.G.21,22,23を設置する考え方を示す。N.C.G.21,22,23は、集合住宅11,12,13の外部で敷地内に設置する。N.C.G.21,22,23から集合住宅11,12,13までライフライン40を敷設するライフライン設置スペース60は、ゴミ集積場や駐車場として利用されている部分の地下空間を有効に活用して、非開削工法で行う。N.C.G.21,22,23も、地下に設置することができる。集合住宅11,12,13では、雨水用樋61などを利用する。雨水用樋61にライフライン40を沿わせて、各階で分岐させればよい。新築の集合住宅の場合は、N.C.G.の設置を予め考慮しておけばよい。
【0035】
図5は、隣組コージェネレーションで、熱エネルギを有効に利用するためのシステム構成を示す。N.C.G.10,21,22,23は、たとえば120kWの出力を有する燃料電池(SOFC)50やマイクロガスタービン(MGT)の組合せ設備である燃料電池コンバインド発電設備50で発電を行い、40戸の家庭に、50〜60kWの電力を供給し、60〜70kWを売電するものとする。燃料電池コンバインド発電設備50からは、90℃の高温水が高温水循環供給ライン43を介して、各家庭に供給され、50℃の温水として戻る。各家庭は、家庭用PCM装置45とともに、循環ポンプ62およびバルブ63を備え、循環する熱の有効な利用を図ることができる。燃料電池コンバインド発電設備50やマイクロガスタービンからは高温の排ガスも排出される。この排ガスの熱は、80℃排ガス活用設備65で、たとえば生ゴミを乾燥させるために利用することができる。
【0036】
高温水循環供給ライン43は、小口径であることを特徴としている。次の表1は、厚み15mmのポリエチレン管について、管の内径Diの違いによる断熱効果特性の試算結果を示す。
【0037】
【表1】
【0038】
計算条件は、輸送距離が300m、管路内空気温度が20℃である。Vは流速、ΔTは温度差、ΔPは圧力損失である。表1から、内径Diが小さい方が温度差ΔTが小さく、放熱損失が小さくなって、熱を有効に輸送可能であることが判る。しかも小口径管を採用すると、建設費を減らすことができる。ただし、圧力損失ΔPが大きくなるので、抵抗低減界面活性剤の利用などを検討する必要がある。地域連携と、PCMおよびITの活用で、断熱を含めて、図2に示すような外形50mmの高温水循環供給ライン43で40戸の家庭への熱輸送を実現させることができる。ライフライン40内に空気を循環させれば、電力ケーブル42の発熱や、高温水循環供給ライン43の外部に漏れる熱を、有効に回収することも可能となる。
【0039】
図6は、各家庭で家庭用PCM装置45を活用するシステム形態を示す。PCMは、相変化蓄熱材であり、たとえば融点54℃、潜熱146.5kJ/kg(35kcal/kg)、比熱2.9kJ/kg℃(0.7kcal/kg℃)であるパラフィン(ろう)を球状のカプセルに封入した粒状の形態である。これを充填するように内蔵する熱交換器を、空気・水加熱器として使用する。
【0040】
高温水循環供給ライン43を循環する高温水は、各家庭の家庭用PCM装置45に、分岐管70a,70bを介して分流させることができる。家庭用PCM装置45は、浴槽71、シャワー72および給湯配管73につながる洗面所や台所に、それぞれ適温の湯を供給することができる。温度の調整は、高温水と水道水とを混合して行うことができる。高温水は、床暖房器74に供給して暖房用の熱源とすることもできる。夏場の冷房にも、高温水を利用する。たとえば外気をブロワ75で取込み、クーラ76で冷房を行う際に、除湿器77での除湿に、温水を利用する。
【0041】
ITを活用し、地域の熱需要に対応して、エクセルギのロスが最小となる家庭用のPCMシステムを運用するために、IT制御循環ポンプおよびIT制御弁を図5に示すポンプ62およびバルブ63として、それぞれ情報ネットワークケーブル41を介して制御を行う。高温水の使用状況は、流量・温度計78および温度計79で検出し、情報ネットワークケーブル41を介して集約する。
【0042】
図7は、図6に示すような家庭用PCM装置45を活用して地域に熱を供給する方法を示す。たとえば1軒目の家庭に90℃で供給される高温水の熱量は、蓄熱モードの家庭用PCM装置45に蓄熱することができる。ポンプ62を運転し、バルブ63を家庭用PCM装置45が分岐管70a,70bを介して高温水循環供給ライン43に接続する状態とすると、高温水が蓄熱材(PCM)を加熱し、蓄熱材を溶融状態にして、潜熱として熱を蓄えることができる。蓄熱で熱を失った高温水の温度が分岐管70bで60℃に低下すると、2軒目の家庭には、90度の高温水に60℃の温水が混合して70℃に温度が低下した温水が供給される。2軒目では、温水を、風呂、床暖房、給湯などを同時に使用する最大負荷モードで利用する。ポンプ62を動作させ、バルブ63は温水が家庭用PCM装置45を循環するように切換えられる。2軒目では、家庭用PCM装置45に蓄積されている熱も利用して、最大負荷に対する熱の供給が行われる。この結果、分岐管70bには40℃まで低下した温水が戻り、次の3軒目の家庭には、40℃の温水が供給される。
【0043】
3軒目の家庭では、家庭用PCM装置45に蓄えられている熱を他の家庭のために放熱する放熱モードで運転する。ポンプ62およびバルブ63の制御は、蓄熱モードの1軒目と同様に行われる。放熱の結果、次の4軒目の家庭には、50℃まで温度が回復した温水が供給される。この結果、4軒目の家庭では、ポンプ62を停止して、家庭用PCM装置45に蓄えられている熱も利用して、給湯使用モードでの温水使用が可能となる。
【0044】
以上のように、地域連帯の概念でITによって温度制御させれば、熱負荷が平準化され、2軒分の風呂の熱負荷を賄う程度の50kW温水でも、40軒の家庭で必要な熱を供給することができる。ただし、図の3軒目以降の家庭で、急に最大負荷モードの熱需要を要求しても、要求に応えることができるまでには時間がかかる。ここに、本システムでの地域連帯の概念が必要となる。
【0045】
図8は、N.C.G.10,21,22,23の設備の構成をモデル化し、シミュレーションを行った結果の一例を示す。交流で120kW出力を得ることを前提とする。コージェネレーション設備としての中心となる燃料電池50Aは、都市ガスを燃料として、122.9kWの電力を直接発生し、高温の排ガスでガスタービン80を駆動して、さらに29.4kWの電力を発生することができる。ガスタービン80の排ガスは、温水器81で95℃の温水を生成し、80℃の排ガスとなって、図5に示す80℃排ガス活用設備65で活用される。95℃の高温水は、高温水循環供給ライン43を介して地域に供給される。都市ガスの使用量は、標準状態で19.3m3/hであり、年間連続運転時には、標準状態で158km3/年となる。
【0046】
図9は、隣組コージェネレーションを広域的に展開し、総合的な利用を図る考え方を示す。N.C.G.10が接続される電力・情報ケーブル31は、インターネット網90にも接続される。インターネット網90には、エネルギサービス企業32などがエネルギーポータルサイト91を開設する。N.C.G.10は、ルータ95を介して、エネルギーポータルサイト91に接続される。このようなN.C.G.とルータとを含む隣組コージェネレーションを、たとえば「い組」96、「ろ組」97および「は組」98などと構築して、エネルギーポータルサイト91を通じて運営に必要な監視や制御を含むサービスを提供する。
【0047】
図10は、エネルギーポータルサイト(ENP)91の機能と役割とを示す。図10(a)は機能を示し、図10(b)は役割を示す。エネルギーポータルサイト91は、各家庭の流量・温度計78や温度計79を含むメータやN.C.G.を監視し、N.C.G.を監視し、制御することによって、各家庭へのエネルギ供給を制御する。N.G.C.は、地域の住民が結成する「隣組」によって運用管理する。運用ルールは「隣組」で決定し、決定された稼働ルールをエネルギーポータルサイト91に登録する。図10(b)に示すエネルギーポータルサイト91の役割は、各「隣組」と契約し、N.C.G.や各家庭のメータの稼働状況等の情報を開示し、余剰や不足の電力を融通する仲介を行う。
【0048】
図11は、隣組コージェネレーションを運営していく組織を示す。隣組96,97,98を構成する地域の住民の各家庭は、自治会100を結成し、エネルギサービス企業32と契約して、N.C.G.を運用する。電力を外販して得られる利益は、各家庭に省エネ還付金として還付されるので、各家庭での省エネ意欲を高めることができる。このような運用で、地域住民の交流強化により、村社会の絆を取戻し、エネルギ、環境、教育問題等に一体となって取組むシステムの構築を目指すことが可能となる。
【0049】
このようなN.C.G.の基本コンセプトは、次のようにまとめることができる。
・大規模から分散型発電へ
・分散から統合制御へ
・内燃から化学反応機関へ
・産官学の個別研究から協業研究開発へ
・インフラ運用の規制から緩和へ
・熱バランス評価からエクセルギ評価へ
・都市景観の選択枝を住民サイドへ
・家庭用と隣組用コージェネレーションの棲み分けへ
【0050】
なお、隣組のような地域住民を単位とするエネルギの供給は、コージェネレーション設備から発生される熱および電力の両方を供給するときに、最も効率的であると考えられるけれども、熱や電力を単独で供給したり、冷熱などの他のエネルギを供給する際にも適用することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発電設備を含むエネルギ発生設備を核とするエネルギ供給システムで、地域社会の住民に、エネルギ使用の平準化に協力する課程を通じて、相互に連携することの重要性を認識させることができる。エネルギ使用の平準化には、情報通信技術を利用することができる。地域社会の住民の各家庭でのエネルギの使用状況は使用状況検出手段によって検出され、エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインを介して管理手段に入力され、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理される。各家庭でのエネルギ需要のピークを合計した値よりも小さな値のエネルギ発生量で、地域のエネルギ需要に対処することができる。また各家庭に電力蓄積手段を設けて、電力需要の変動に対処させて、発電設備の能力を補強することができる。ピークの発電能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。
【0052】
また本発明によれば、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むエネルギ発生設備を核とするエネルギ供給システムで、地域社会の住民に、エネルギ使用の平準化に協力する課程を通じて、相互に連携することの重要性を認識させることができる。エネルギ使用の平準化には、情報通信技術を利用することができる。地域社会の住民の各家庭でのエネルギの使用状況は使用状況検出手段によって検出され、エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインを介して管理手段に入力され、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理される。各家庭でのエネルギ需要のピークを合計した値よりも小さな値のエネルギ発生量で、地域のエネルギ需要に対処することができる。また地域社会で必要となる熱および電力に合わせて、個々の家庭に設置するよりも、コージェネレーション設備の規模を大きくすることができ、効率を高めることができる。さらに各家庭に熱蓄積手段を設けて、管理手段からの情報通信ラインを介する制御で熱を蓄積させておき、熱需要が増大したときには蓄積されている熱も供給して、コージェネレーション設備での熱発生能力を補強し、設備費用を低減することができる。
【0053】
また本発明によれば、地域社会で必要となる熱および電力に合わせて、個々の家庭に設置するよりも、コージェネレーション設備の規模を大きくすることができ、効率を高めることができる。
【0054】
また本発明によれば、各家庭に熱蓄積手段を設けて、管理手段からの情報通信ラインを介する制御で熱を蓄積させておき、熱需要が増大したときには蓄積されている熱も供給して、コージェネレーション設備での熱発生能力を補強し、設備費用を低減することができる。
【0055】
また本発明によれば、温水を小径の管路中を高速で循環させながら熱の供給を行うので、温水の循環用管路を容易に敷設し、効率よく熱を供給することができる。
【0056】
本発明によれば、発電装置を含むエネルギ発生設備を核として、地域の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給する課程を通じて、管理手段によって、各家庭でのエネルギの使用状況を収集する。管理手段は、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する。各家庭に電力蓄積手段を設け、電力需要が少ないときに、管理手段からの制御で電力を蓄積させておき、電力需要が増大したときには蓄積されている電力も供給するので、発電設備の能力を補強することができる。ピークの発電能力を小さくすることができるので、設備費用を低減することができる。さらに余剰のエネルギは外販するので、各住民は、自家のエネルギ消費を押さえて外販による利益を増加させるようになり、省エネルギに対する効果的な動機付けを与えることができる。
【0057】
また本発明によれば、熱の供給を受ける各家庭でも蓄熱を行っておくことによって、熱の需要のピークでコージェネレーション設備から発生させることができる熱量よりも大きな熱の需要に備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である隣組コージェネレーションの概念を示す図である。
【図2】図1の隣組コージェネレーションで使用するライフライン40の断面構成と家庭用PCM装置45の外観構成とを示す図である。
【図3】図1の隣組コージェネレーションで電力を供給する形態を示すブロック図である。
【図4】図1の集合住宅11,12,13にN.C.G.21,22,23を設置する考え方の一例を示す図である。
【図5】図1の隣組コージェネレーションで、熱を供給する形態を示す配管系統図である。
【図6】図5の配管系統で、各家庭で熱を利用するシステムを示す部分的な配管系統図である。
【図7】図5の配管系統で、地域連帯の概念で熱を利用する形態を示す部分的な配管系統図である。
【図8】図5の燃料電池50Aを中心とするコージェネレーション設備についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図9】図1の隣組コージェネレーションを監視し、制御するエネルギーポータルサイト91の概念を示す図である。
【図10】図9のエネルギーポータルサイト91の機能と役割とを示す図である。
【図11】図9のエネルギーポータルサイト91を利用する隣組コージェネレーションの組織を示す図である。
【符号の説明】
1,2,3 家庭
10,21,22,23 N.C.G.
11,12,13 集合住宅
32 エネルギサービス企業
40 ライフライン
41 情報ネットワークケーブル
42 電力ケーブル
43 高温水循環供給ライン
45 家庭用PCM装置
50 燃料電池コンバインド発電設備
50A 燃料電池
59 バッテリ
62 ポンプ
63 バルブ
65 80℃排ガス活用設備
71 浴槽
73 給湯配管
74 床暖房器
78 流量・温度計
79 温度計
91 エネルギーポータルサイト
100 自治会
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a system and method for supplying energy to a local community that uses information technology (IT) to effectively use energy throughout the local community.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the necessity of energy saving for effective use of limited energy resources and prevention of global warming has been widely recognized. Today, thermal power generation covers energy demand in the form of converting thermal energy into electric power energy, so efficiency in thermal power plants is being improved. For efficiency, it is preferable to concentrate thermal power plants on a large scale.
[0003]
However, complete conversion from heat to electricity is not possible and heat that is not converted to electrical power must be discarded. When an energy generating facility such as a thermal power plant is scaled up, the amount of heat to be discarded increases even if the efficiency is high, and various adverse effects occur in terms of the environment. Even if this waste heat is used effectively, the heat demand commensurate with the amount of generated heat cannot be easily found in the vicinity of a large-scale power plant. This is because heat cannot be transported over a long distance because of a large loss along the way.
[0004]
In view of this, distributed power generation, in which cogeneration facilities that use heat as well as power generation, are installed close to each energy demand area, has attracted attention. Since the generated power is often reconverted into electric heat and used, for energy demand, it is better to supply energy in the form of direct heat, avoiding losses associated with conversion, and to achieve overall energy efficiency. It is expected that
[0005]
The cogeneration facility uses fuel such as city gas to generate heat and electric power according to demand. Electricity is generated by converting thermal energy into mechanical kinetic energy using an internal combustion engine such as a gas engine or an external combustion engine such as a gas turbine, and then driving the generator with kinetic energy to convert it into electric energy. To do. In the cogeneration facility, heat generated as a loss in the process of these conversions can be recovered and used as effective energy. Furthermore, the use of a chemical reaction engine such as a fuel cell that directly converts thermal energy into electric energy has been studied, and improvement in conversion efficiency is expected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Although it is possible to effectively use energy by introducing cogeneration, it is difficult to individually introduce it into the homes of residents who make up the existing community. Cogeneration power generation facilities that can generate heat and electricity to meet the peak demands of each household impose a considerable economic burden. In addition, the power generation efficiency cannot be made very high at a scale that can meet the demand in each household, and if electric power that meets the demand is generated, heat may be generated excessively.
[0007]
Today's global environmental issues also call for energy consumption reductions themselves. However, it is demanded that individual residents who consume energy and live a comfortable life can recognize the demand, but in accordance with the recognition, practice to try to save energy even if it is somewhat inconvenient. Therefore, it is very difficult in an environment where sufficient energy can be supplied. Today, members of society are individual individuals, but future energy problems are no longer solvable at the individual level.
[0008]
Japanese society has been transformed from a traditional village society into a private society. It seems that respect for privacy is too important, and cooperation with the local community since childhood has been diluted. If you do not learn how to live with your family and the community, you will not be a common sense person. In particular, cooperation with the local community is indispensable in order to have a meaningful life even after the working age has passed since it has become an aging society.
[0009]
An object of the present invention is to provide an energy supply system and method to a local community that allows residents to tackle energy and environmental problems in cooperation with the local community.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionIncludes power generation facilitiesA system that supplies energy generated to the homes of residents in the local community using energy generation equipment as a core.
  An energy supply path connecting energy generating equipment and the homes of residents;
  An information communication line provided along the energy supply path;
  A usage status detection means provided in each home, connected to an information communication line, and detecting energy usage status in each home;
  Collect the detection output from the usage status detection means of each household via the information communication line, level the energy usage in each household, and the energy usage in the whole community exceeds the preset standard Management means to manageSee
  Each household includes power storage means capable of storing power, and capable of supplying the stored power to the home and other households through control from the management means via the information communication line.This is an energy supply system for the local community.
[0011]
  In accordance with the present invention, in the community, Including power generation equipmentAn energy supply system is configured with the energy generation facility as a core. The energy generated from the energy generation facility is supplied to the homes of the local residents through the energy supply path. The usage status of energy in each home is detected by the usage status detection means and is input to the management means via an information communication line provided along the energy supply path. The management means leveles the use of energy in each household, and manages so that the amount of energy used in the entire community does not exceed a preset standard. Since energy usage among households is leveled and there is a gap in energy demand in each household, the energy demand in the area is addressed with an energy generation amount smaller than the sum of the peak energy demand in each household. can do.Also, each household is provided with power storage means, and when power demand is low, power is stored by control via the information communication line from the management means, and stored power is also supplied when power demand increases , The capacity of the power generation equipment can be reinforced. Since the peak power generation capacity can be reduced, the equipment cost can be reduced.
[0012]
  In the present invention, MoreIt is characterized by selling excess power generation.
[0013]
According to the present invention, the local residents jointly generate power and sell the surplus power generation amount, so that the power generation facilities can be dispersed for each region and the power generation capacity can be increased comprehensively.
[0014]
  The present inventionIs,A system that supplies energy generated to the homes of local residents, with energy generation facilities including cogeneration facilities that generate heat and electricity as energy,
  An energy supply path connecting energy generating equipment and the homes of residents;
  An information communication line provided along the energy supply path;
  A usage status detection means provided in each home, connected to an information communication line, and detecting energy usage status in each home;
  Collect the detection output from the usage status detection means of each household via the information communication line, level the energy usage in each household, and the energy usage in the whole community exceeds the preset standard Management means to manage so that there is no,
  Each of the households is provided with heat storage means capable of storing heat and capable of supplying the stored heat to the home and other households through control from the management means via the information communication line. An energy supply system for local communities.
[0015]
  According to the present invention,In a local community, an energy supply system is configured with an energy generation facility including a cogeneration facility that generates heat and electric power as energy. The energy generated from the energy generation facility is supplied to the homes of the local residents through the energy supply path. The usage status of energy in each home is detected by the usage status detection means and is input to the management means via an information communication line provided along the energy supply path. The management means leveles the use of energy in each household, and manages so that the amount of energy used in the entire community does not exceed a preset standard. Since energy usage among households is leveled and there is a gap in energy demand in each household, energy demand in the area can be dealt with by generating less energy than the sum of the peak energy demand in each household. can do.
  Moreover, in this invention, since the heat and electric power which are required in a local community are supplied from a cogeneration facility, the scale of a cogeneration facility can be enlarged rather than installing in an individual household, and efficiency can be improved. Furthermore, heat storage means is provided in each household, and when heat demand is low, heat is stored by control via the information communication line from the management means, and stored heat is also supplied when heat demand increases The heat generation capacity of cogeneration facilities can be reinforced. Since the peak heat generation capability can be reduced, the equipment cost can be reduced.
[0016]
  In the present invention, the energy generation facility is a cogeneration facility that generates heat and electric power as energy.includingIt is characterized by that.
[0017]
According to the present invention, since heat and electric power necessary for the local community are supplied from the cogeneration facility, the scale of the cogeneration facility can be increased and the efficiency can be increased as compared with the installation in an individual home. .
[0018]
According to the present invention, each household is provided with heat storage means capable of storing heat and capable of supplying the stored heat to the home and other households through control from the management means via the information communication line. It is characterized by that.
[0019]
According to the present invention, heat storage means is provided in each household, and when heat demand is low, heat is stored by control via the information communication line from the management means, and is stored when heat demand increases. Since heat is also supplied, the heat generation capacity of the cogeneration facility can be reinforced. Since the peak heat generation capability can be reduced, the equipment cost can be reduced.
[0020]
In the present invention, the energy generation facility supplies heat to each household with hot water,
The energy supply path is formed using a pipe line that is laid and insulated so as to sequentially circulate hot water in an amount corresponding to the demand of some households in the community.
The inner diameter of the pipe is reduced in correspondence with increasing the circulation speed of the hot water so that the time required for the hot water to circulate through the entire energy supply path is within a predetermined time. It is characterized by.
[0021]
According to the present invention, the circulation speed of the hot water for supplying heat is increased and circulated through the heat-insulated small-diameter pipe, so that the hot water circulation pipe can be easily laid.
[0022]
  Furthermore, the present invention providesIncludes power generation facilitiesA method of supplying generated energy to the homes of local residents using energy generation equipment as a core,
  By collecting the energy usage status of each household by management means, leveling the energy usage in each household, and managing so that the amount of energy usage in the entire community does not exceed a preset standard,
  Power is stored by the power storage means provided in each household, and the stored power is supplied to the home and other households under the control of the management means.Surplus energyTheOutsideSellThis is a method for supplying energy to the local community.
[0023]
  According to the present invention,Including power generatorThrough the process of supplying the generated energy to the homes of local residents with the energy generation facility at the core,Energy management status in each household is collected by management means. The management means leveles the use of energy in each household, and manages so that the amount of energy used in the entire community does not exceed a preset standard. The power storage means is installed in each household, and when the power demand is low, the power is stored by the control from the management means. When the power demand increases, the stored power is also supplied. Can be reinforced. Since the peak power generation capacity can be reduced, the equipment cost can be reduced. furtherSurplus energy is sold outsideDoTherefore, each inhabitant comes to increase profits from external sales by suppressing their own energy consumption, and can provide effective motivation for energy saving.
[0024]
  The present invention also provides the energy generation facility.Is, Cogeneration facilities that generate heat and electricity as energyIn addition,
  Heat is constantly circulated as hot water at a flow rate necessary for bathing demand in some households,
  In each household, when not using heat, it absorbs heat from hot water and stores it,
  When the amount of heat obtained from the circulating hot water is insufficient, the amount of heat circulating is supplemented with the amount of heat stored.
[0025]
According to the present invention, in each household that receives heat supply in the cogeneration facility, the heat demand exceeds the amount of heat that can be generated from the cogeneration facility at the peak of the heat demand by storing heat. Can be provided.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a concept of an energy supply system to a community which is an embodiment of the present invention. The basic concept of this embodiment is the neighbor group cogeneration (hereinafter,
Neighboring Co-Generation may be abbreviated as “NCG”), and local residents' homes 1, 2, and 3 form a neighboring group. C. G. An energy supply system for receiving heat and electric power from 10 is formed. For apartment houses 11, 12, and 13 where a plurality of residents such as housing estates and apartments live, N.E. C. G. 21, 22 and 23 are installed. Each N.I. C. G. 10, 21, 22, 23 and homes 1, 2, 3, and housing complexes 11, 12, 13 are connected by a lifeline that combines information network cables such as optical fibers, power cables, and high-temperature water circulation supply lines. ing.
[0027]
N. C. G. As the fuel for operating 10, 21, 22, and 23, city gas supplied from the gas conduit 30 is used. N. C. G. 10, 21, 22, 23 sell surplus power outside, and use information communication technology (hereinafter sometimes abbreviated as “IT”) for operation. Connected. N. C. G. An energy service company 32 that develops various businesses for 10, 21, 22, and 23 may also be active. The energy service company 32 buys and sells surplus power sold outside, or sells it together. C. G. Provide services to monitor and control These services are performed instantaneously using IT.
[0028]
Neighboring cogeneration N.N. C. G. Is established based on the following concept.
・ Equipment with high power generation efficiency is environmentally friendly.
・ I want to buy with the environment in mind, but I don't have money.
・ Individual use has low availability and is not economical.
・ If you share it with the neighbors, there should be merit.
・ Neighboring cogeneration will be operated by local community associations.
・ Local silver power supplies heat and electricity.
・ Revenue from external sales of surplus electricity will be returned to local residents.
・ Efforts to increase revenue from external sales generate awareness of power saving.
・ The use of heat and electricity becomes a problem for residents' associations.
・ Reinforcement of residents' exchanges will restore social ties.
[0029]
FIG. 2 shows each N.I. C. G. 10 shows a schematic cross-sectional configuration of a lifeline 40 used for connecting between 10, 21, 22, 23 and households 1, 2, 3 and housing complexes 11, 12, 13, and a heat storage device for home use. . In the lifeline 40, an information network cable 41 such as an optical fiber, a power cable 42, and a high-temperature water circulation supply line 43 are accommodated. Such a lifeline 40 is laid in an area having a side of about 40 to 100 m. This embodiment is characterized in that heat is supplied through a high-temperature water circulation supply line 43 and a home PCM device 45 using, for example, PCM which is a phase change heat storage material is installed in each home as a heat storage device. Household PCM device 45 includes a water heater containing a spherical heat storage material filled with paraffin as a heat storage material, for example.
[0030]
The high-temperature water circulation supply line 43 is formed using a material that has an outer diameter of about 50 mm and an inner diameter of about 15 mm and that can provide good heat insulation. As one of such materials, a cross-linked polyethylene pipe with improved heat resistance can be used. Although polyethylene is inferior in heat insulation performance compared to polyurethane foam (PUF), it is possible to improve the heat insulation performance of the polyethylene pipe by mixing bubbles in the thickened layer.
[0031]
In the conventional district heat supply, the diameter of the heat transport pipe is increased to meet the heat demand of various customers. In the present embodiment, IT and heat storage in a home PCM device or the like provided in each household that is a customer are utilized to reduce the diameter of the heat transport pipe, thereby reducing heat dissipation loss and construction cost. In the lifeline 40, since the information network cable 41 is laid together with the high-temperature water circulation supply line 43, all customer information that receives heat supply can be collected. Customer information is collected, life patterns of customers are learned, and heat dissipation and heat storage of the heat storage body of the water superheater are optimized by the operation of the circulation pump and the control of valves by IT. As a result, the amount of circulating hot water can be reduced, the temperature difference between the inlet and outlet of the circulating water can be increased, and the heat transport efficiency can be improved.
[0032]
FIG. 3 shows a schematic configuration of an electric system used in the present embodiment. The fuel cell 50A of the fuel cell combined power generation facility 50 is a part that generates power as a cogeneration device, and a generator can also be used. When the wind power generator 51 or the like can be used, it can be connected via the AC / DC converter 52 or the like. Supply of electric power is performed by direct current via the DC wiring 55. The DC wiring 55 can be included as the power cable 42 in the lifeline 40 of FIG. In each home, a solar battery 56 and the like can be added. Since many domestic appliances operate with commercial AC, DC / AC converter 57 converts DC into AC and supplies it through distribution board 58. Surplus power is charged in the battery 59. Control of charging / discharging the battery 59 in each home is performed intensively using IT.
[0033]
The lifeline 40 of this embodiment can be easily embedded underground by a non-open cutting method. Therefore, in the residential area where the homes 1, 2, 3 and the like in FIG. 1 are built, an electric wire, a telephone line, an optical fiber line, etc. that have been conventionally built over the road are underground as a part of the lifeline 40. If buried, the landscape of the residential area can be improved. In other words, if Neighboring Cogeneration is introduced, the landscape of the area can be improved.
[0034]
FIG. 4 shows a case where the housings 11, 12, 13 in FIG. C. G. The concept of installing 21, 22, and 23 will be described. N. C. G. 21, 22, and 23 are installed outside the apartment houses 11, 12, and 13 on the site. N. C. G. The lifeline installation space 60 for laying the lifeline 40 from 21, 22, 23 to the collective housing 11, 12, 13 effectively utilizes the underground space of the part used as a garbage dump or a parking lot. Perform by the open-cut method. N. C. G. 21, 22, and 23 can also be installed underground. In the housing complexes 11, 12, and 13, rainwater fences 61 and the like are used. What is necessary is just to branch the lifeline 40 along the rainwater fence 61 and branch on each floor. In the case of a newly built apartment house, C. G. Should be considered in advance.
[0035]
FIG. 5 shows a system configuration for effectively using thermal energy in adjacent group cogeneration. N. C. G. For example, 10, 21, 22, and 23 generate power in a fuel cell combined power generation facility 50 that is a combination facility of a fuel cell (SOFC) 50 and a micro gas turbine (MGT) having an output of 120 kW, for example, in 40 households. It is assumed that 50 to 60 kW of power is supplied and 60 to 70 kW is sold. From the fuel cell combined power generation facility 50, high-temperature water at 90 ° C. is supplied to each household via the high-temperature water circulation supply line 43 and returns as hot water at 50 ° C. Each household includes a circulation pump 62 and a valve 63 together with the household PCM device 45, and can effectively use the circulating heat. High-temperature exhaust gas is also discharged from the fuel cell combined power generation facility 50 and the micro gas turbine. The heat of the exhaust gas can be used at the 80 ° C. exhaust gas utilization facility 65 for drying garbage, for example.
[0036]
The hot water circulation supply line 43 has a small diameter. Table 1 below shows the results of the trial calculation of the heat insulating effect characteristics due to the difference in the inner diameter Di of the polyethylene pipe having a thickness of 15 mm.
[0037]
[Table 1]
[0038]
The calculation conditions are a transportation distance of 300 m and an air temperature in the pipeline of 20 ° C. V is a flow velocity, ΔT is a temperature difference, and ΔP is a pressure loss. From Table 1, it can be seen that the smaller the inner diameter Di, the smaller the temperature difference ΔT and the smaller the heat dissipation loss, so that heat can be effectively transported. Moreover, the construction cost can be reduced by using a small-diameter pipe. However, since the pressure loss ΔP increases, it is necessary to consider the use of a resistance reducing surfactant. With regional cooperation and the use of PCM and IT, heat transport to 40 homes can be realized with a high-temperature water circulation supply line 43 having an outer shape of 50 mm as shown in FIG. 2 including heat insulation. If air is circulated in the lifeline 40, it is possible to effectively recover heat generated from the power cable 42 and heat leaking outside the high-temperature water circulation supply line 43.
[0039]
FIG. 6 shows a system configuration in which the home PCM device 45 is utilized in each home. PCM is a phase change heat storage material, for example, a spherical paraffin (wax) having a melting point of 54 ° C., a latent heat of 146.5 kJ / kg (35 kcal / kg), and a specific heat of 2.9 kJ / kg ° C. (0.7 kcal / kg ° C.). It is a granular form enclosed in a capsule. A built-in heat exchanger is used as an air / water heater to fill this.
[0040]
The high-temperature water circulating through the high-temperature water circulation supply line 43 can be diverted to the home PCM device 45 of each household via the branch pipes 70a and 70b. Household PCM device 45 can supply hot water of appropriate temperature to a washroom or kitchen connected to bathtub 71, shower 72 and hot water supply pipe 73. The temperature can be adjusted by mixing hot water and tap water. The high-temperature water can be supplied to the floor heater 74 to serve as a heat source for heating. Hot water is also used for cooling in summer. For example, warm water is used for dehumidification by the dehumidifier 77 when the outside air is taken in by the blower 75 and is cooled by the cooler 76.
[0041]
In order to operate a home PCM system that minimizes the loss of exergy in response to local heat demand using IT, the IT control circulation pump and the IT control valve are the pump 62 and the valve 63 shown in FIG. Are controlled via the information network cable 41, respectively. The use state of the high-temperature water is detected by the flow rate / thermometer 78 and the thermometer 79 and collected via the information network cable 41.
[0042]
FIG. 7 shows a method of supplying heat to an area using a home PCM device 45 as shown in FIG. For example, the amount of high-temperature water supplied to the first home at 90 ° C. can be stored in the home PCM device 45 in the heat storage mode. When the pump 62 is operated and the home PCM device 45 is connected to the high-temperature water circulation supply line 43 via the branch pipes 70a and 70b by operating the pump 62, the high-temperature water heats the heat storage material (PCM), Heat can be stored as latent heat in a molten state. When the temperature of the hot water that lost heat due to heat storage dropped to 60 ° C. in the branch pipe 70b, the temperature of the second house dropped to 70 ° C. by mixing the hot water of 90 ° C. with the hot water of 90 ° C. Hot water is supplied. In the second house, hot water is used in the maximum load mode in which bath, floor heating, hot water supply, etc. are used simultaneously. The pump 62 is operated and the valve 63 is switched so that hot water circulates through the home PCM device 45. In the second house, the heat stored in the home PCM device 45 is also used to supply heat to the maximum load. As a result, the hot water lowered to 40 ° C. is returned to the branch pipe 70b, and 40 ° C. hot water is supplied to the next third house.
[0043]
The third home is operated in a heat dissipation mode in which heat stored in the home PCM device 45 is dissipated for other homes. The pump 62 and the valve 63 are controlled in the same manner as in the first house in the heat storage mode. As a result of heat dissipation, the next fourth home is supplied with hot water whose temperature has been recovered to 50 ° C. As a result, in the fourth home, the pump 62 is stopped and the heat stored in the home PCM device 45 is also used so that hot water can be used in the hot water supply use mode.
[0044]
As described above, if the temperature is controlled by IT based on the concept of regional solidarity, the heat load is leveled, and even with 50 kW hot water that can cover the heat load of two baths, the heat necessary for 40 homes can be obtained. Can be supplied. However, even if the demand for heat in the maximum load mode is suddenly requested in the third and subsequent homes in the figure, it takes time until the demand can be met. This requires the concept of regional solidarity in this system.
[0045]
FIG. C. G. An example of the result of modeling the configuration of the facilities 10, 21, 22, 23 and performing a simulation is shown. It is assumed that 120 kW output is obtained by alternating current. The fuel cell 50A, which is the center of the cogeneration facility, directly generates 122.9 kW of power using city gas as fuel, and drives the gas turbine 80 with high-temperature exhaust gas to generate 29.4 kW of power. be able to. The exhaust gas from the gas turbine 80 generates warm water at 95 ° C. by the water heater 81 to become exhaust gas at 80 ° C., and is used in the 80 ° C. exhaust gas utilization facility 65 shown in FIG. The high temperature water of 95 ° C. is supplied to the area through the high temperature water circulation supply line 43. City gas consumption is 19.3m under standard conditions.Three/ H, and 158 km under standard conditions during continuous operationThree/ Year.
[0046]
FIG. 9 shows the concept of expanding the adjacent group cogeneration over a wide area and aiming for comprehensive use. N. C. G. The power / information cable 31 to which 10 is connected is also connected to the Internet network 90. In the Internet network 90, an energy service company 32 or the like opens an energy portal site 91. N. C. G. 10 is connected to the energy portal site 91 via the router 95. Such N.I. C. G. For example, “Igumi” 96, “Rogumi” 97 and “Hagumi” 98 are constructed to provide services including monitoring and control necessary for operation through the energy portal site 91. provide.
[0047]
FIG. 10 shows functions and roles of the energy portal site (ENP) 91. FIG. 10A shows the function, and FIG. 10B shows the role. The energy portal site 91 includes a meter including a flow rate / thermometer 78 and a thermometer 79 of each household, a N.I. C. G. N. C. G. The energy supply to each household is controlled by monitoring and controlling. N. G. C. Is operated and managed by “neighboring groups” formed by local residents. The operation rule is determined by “neighboring group”, and the determined operation rule is registered in the energy portal site 91. The role of the energy portal site 91 shown in FIG. 10B is contracted with each “neighboring group”. C. G. Disclose information such as the operating status of meters in each household, and mediate surplus and shortage of electricity.
[0048]
FIG. 11 shows an organization that operates the adjacent group cogeneration. The households of the local residents who make up the neighboring groups 96, 97, and 98 form a self-governing association 100, and contract with the energy service company 32. C. G. Is operated. Since the profits obtained by selling electric power are returned to each household as an energy saving refund, the motivation for energy saving in each household can be increased. Through this kind of operation, by strengthening exchanges between local residents, it will be possible to reestablish the bonds of the village society and aim to build a system that can work together on energy, environment, education issues, etc.
[0049]
Such N.I. C. G. The basic concept of can be summarized as follows.
・ From large scale to distributed generation
・ From distributed to integrated control
・ From internal combustion to chemical reaction engine
・ From individual industry-government-academia research to collaborative research and development
・ From regulation of infrastructure operation to relaxation
・ From heat balance evaluation to exergy evaluation
・ Choose the cityscape to the residents
・ Separate cogeneration between household and neighboring groups
[0050]
It should be noted that the supply of energy in units of local residents such as neighboring groups is considered to be the most efficient when supplying both heat and power generated from cogeneration facilities, but heat and power alone. It can also be applied when supplying other energy such as cold energy.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,Includes power generation facilitiesWith an energy supply system with energy generation facilities at the core, it is possible to make residents in the local community recognize the importance of collaborating with each other through a process that cooperates in leveling energy use. Information and communication technology can be used for leveling energy use. The energy usage status of each household of the local community is detected by the usage status detection means, and is input to the management means via the information communication line provided along the energy supply route. The amount is managed so as not to exceed a preset standard. The energy demand in the area can be dealt with with an energy generation amount smaller than the sum of the peaks of energy demand in each household.In addition, it is possible to reinforce the capacity of the power generation equipment by providing power storage means in each household so as to cope with fluctuations in power demand. Since the peak power generation capacity can be reduced, the equipment cost can be reduced.
[0052]
  Also according to the invention,Importance of energy supply systems centered on energy generation facilities, including cogeneration facilities that generate heat and electricity as energy, and the importance of collaborating with local residents through a process that cooperates in leveling energy use Can be recognized. Information and communication technology can be used for leveling energy use. The energy usage status of each household of the local community is detected by the usage status detection means, and is input to the management means via the information communication line provided along the energy supply route. The amount is managed so as not to exceed a preset standard. The energy demand in the area can be dealt with with an energy generation amount smaller than the sum of the peaks of energy demand in each household. In addition, it is possible to increase the scale of the cogeneration facility and increase the efficiency compared to installing in individual households according to the heat and electric power required by the local community. Furthermore, heat storage means is provided in each household, heat is stored by control via the information communication line from the management means, and when the heat demand increases, the stored heat is also supplied, and the cogeneration facility The heat generation capability can be reinforced and the equipment cost can be reduced.
[0053]
Moreover, according to this invention, the scale of a cogeneration facility can be enlarged rather than installing in an individual household according to the heat and electric power which are required in a local community, and efficiency can be improved.
[0054]
Further, according to the present invention, heat storage means is provided in each household, heat is stored by control via the information communication line from the management means, and the stored heat is also supplied when the heat demand increases. The heat generation capacity of the cogeneration facility can be reinforced and the equipment cost can be reduced.
[0055]
Further, according to the present invention, heat is supplied while circulating hot water through a small-diameter pipe at a high speed. Therefore, it is possible to easily lay a hot water circulation pipe and supply heat efficiently.
[0056]
  According to the present invention,Using the energy generation equipment including the power generation device as a core, the energy use status in each household is collected by the management means through the process of supplying the generated energy to the homes of local residents. The management means leveles the use of energy in each household, and manages so that the amount of energy used in the entire community does not exceed a preset standard. The power storage means is installed in each household, and when the power demand is low, the power is stored by the control from the management means. When the power demand increases, the stored power is also supplied. Can be reinforced. Since the peak power generation capacity can be reduced, the equipment cost can be reduced. Furthermore, surplus energy is sold outside.Therefore, each inhabitant comes to increase profits from external sales by suppressing their own energy consumption, and can provide effective motivation for energy saving.
[0057]
Further, according to the present invention, it is possible to prepare for the demand for heat larger than the amount of heat that can be generated from the cogeneration facility at the peak of the heat demand by storing heat even in each household receiving heat supply. .
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a concept of adjacent group cogeneration that is an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a lifeline 40 used in the adjacent assembly cogeneration of FIG. 1 and an external configuration of a home PCM device 45. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a mode in which power is supplied by the adjacent group cogeneration in FIG. 1;
FIG. 4 shows N.I. in the apartment houses 11, 12, 13 in FIG. C. G. It is a figure which shows an example of the view which installs 21,22,23.
FIG. 5 is a piping diagram showing a form of supplying heat in the adjacent assembly cogeneration of FIG. 1;
6 is a partial piping system diagram showing a system that uses heat in each household in the piping system of FIG. 5. FIG.
7 is a partial piping system diagram showing a form in which heat is used in the concept of regional solidarity in the piping system of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a simulation result for a cogeneration facility centering on the fuel cell 50A of FIG. 5;
FIG. 9 is a diagram showing a concept of an energy portal site 91 that monitors and controls the adjacent group cogeneration of FIG. 1;
10 is a diagram showing functions and roles of the energy portal site 91 of FIG.
FIG. 11 is a diagram showing an organization of neighboring cogeneration that uses the energy portal site 91 of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 households
10, 21, 22, 23 N.R. C. G.
11, 12, 13 Housing complex
32 Energy service companies
40 Lifeline
41 Information network cable
42 Power cable
43 Hot water circulation supply line
45 Household PCM device
50 Fuel cell combined power generation facilities
50A fuel cell
59 battery
62 Pump
63 Valve
65 80 ℃ exhaust gas equipment
71 Bathtub
73 Hot water supply piping
74 Floor heater
78 Flow and thermometer
79 Thermometer
91 Energy Portal Site
100 residents' association

Claims (8)

  1. 発電設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給するシステムであって、
    エネルギ発生設備および住民の家庭を結ぶエネルギ供給経路と、
    エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインと、
    各家庭に設けられ、情報通信ラインに接続され、各家庭でのエネルギ使用状況を検出する使用状況検出手段と、
    情報通信ラインを介して各家庭の使用状況検出手段からの検出出力を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する管理手段とを含み、
    前記各家庭には、電力を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された電力を自家庭および他の家庭に供給可能な電力蓄積手段を備えることを特徴とする地域社会へのエネルギ供給システム。
    A system that supplies energy generated to the homes of local residents, with energy generation facilities including power generation facilities at the core,
    An energy supply path connecting energy generating equipment and the homes of residents;
    An information communication line provided along the energy supply path;
    A usage status detection means provided in each home, connected to an information communication line, and detecting energy usage status in each home;
    Collect the detection output from the usage status detection means of each household via the information communication line, level the energy usage in each household, and the energy usage in the whole community exceeds the preset standard not as a management means for managing seen including,
    Each of the households is provided with a power storage unit capable of storing power and capable of supplying the stored power to the home and other homes through control from the management unit via the information communication line. Energy supply system for local communities.
  2. 剰の発電量を外販することを特徴とする請求項1記載の地域社会へのエネルギ供給システム。 Surplus energy supply system in the community according to claim 1, characterized in that external sales amount of power generation of.
  3. 熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給するシステムであって、
    エネルギ発生設備および住民の家庭を結ぶエネルギ供給経路と、
    エネルギ供給経路に沿って設けられる情報通信ラインと、
    各家庭に設けられ、情報通信ラインに接続され、各家庭でのエネルギ使用状況を検出する使用状況検出手段と、
    情報通信ラインを介して各家庭の使用状況検出手段からの検出出力を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理する管理手段とを含み、
    前記各家庭には、熱を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された熱を自家庭および他の家庭に供給可能な熱蓄積手段を備えることを特徴とする地域社会へのエネルギ供給システム
    A system that supplies energy generated to the homes of local residents, with energy generation facilities including cogeneration facilities that generate heat and electricity as energy,
    An energy supply path connecting energy generating equipment and the homes of residents;
    An information communication line provided along the energy supply path;
    A usage status detection means provided in each home, connected to an information communication line, and detecting energy usage status in each home;
    Collect the detection output from the usage status detection means of each household via the information communication line, level the energy usage in each household, and the energy usage in the whole community exceeds the preset standard Management means to manage so that there is no,
    Each of the households is provided with heat storage means capable of storing heat and capable of supplying the stored heat to the home and other households through control from the management means via the information communication line. Energy supply system for local communities .
  4. 前記エネルギ発生設備は、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の地域社会へのエネルギ供給システム。The energy supply system for a local community according to claim 1 or 2 , wherein the energy generation facility includes a cogeneration facility that generates heat and electric power as energy.
  5. 前記各家庭には、熱を蓄積可能で、前記管理手段から前記情報通信ラインを介する制御で、蓄積された熱を自家庭および他の家庭に供給可能な熱蓄積手段を備えることを特徴とする請求項4記載の地域社会へのエネルギ供給システム。  Each of the households is provided with heat storage means capable of storing heat and capable of supplying the stored heat to the home and other households through control via the information communication line from the management means. The energy supply system to the local community according to claim 4.
  6. 前記エネルギ発生設備は、各家庭に熱を温水で供給し、
    前記エネルギ供給経路は、前記地域社会の一部の家庭の需要に応じる量の温水を、全家庭に順次循環するように敷設され、断熱されている管路を用いて形成され、
    該管路の内径は、該エネルギ供給経路全体を該温水が循環するのに要する時間が予め定める時間内となるように、温水の循環速度を高速化するのに対応して小径化されることを特徴とする請求項3または記載の地域社会へのエネルギ供給方法。
    The energy generation facility supplies heat to each household with hot water,
    The energy supply path is formed using a pipe line that is laid and insulated so as to sequentially circulate hot water in an amount corresponding to the demand of a part of the household in the local community,
    The inner diameter of the pipe is reduced in response to increasing the circulation speed of the hot water so that the time required for the hot water to circulate through the entire energy supply path is within a predetermined time. The energy supply method to the local community according to claim 3 or 5 , characterized by the above-mentioned.
  7. 発電設備を含むエネルギ発生設備を核として、地域社会の住民の家庭へ発生されたエネルギを供給する方法であって、
    管理手段によって、各家庭のエネルギ使用状況を収集し、各家庭でのエネルギの使用を平準化して、地域社会全体でのエネルギの使用量が予め設定される基準を越えないように管理し、
    前記各家庭に備えられる電力蓄積手段によって、電力を蓄積し、前記管理手段からの制御で、蓄積された電力を自家庭および他の家庭に供給し、余剰のエネルギ販することを特徴とする地域社会へのエネルギ供給方法。
    A method for supplying generated energy to the homes of local residents using energy generation facilities including power generation facilities as a core,
    By collecting the energy usage status of each household by management means, leveling the energy usage in each household, and managing so that the amount of energy usage in the entire community does not exceed a preset standard,
    The power storage means provided to the each household, and stores electric power, the control from the management unit, the stored power is supplied to the own home and other household, wherein the outer sales to Rukoto energy surplus Energy supply method to the local community.
  8. 前記エネルギ発生設備、熱および電力をエネルギとして発生するコージェネレーション設備をさらに含み
    熱は、一部の家庭の入浴需要に必要な流量の温水として常時循環させておき、
    各家庭では、熱を使用しないときに、温水から熱を吸収して蓄熱しておき、
    循環する温水から得られる熱量が不足するときには、蓄熱した熱量で循環する熱量を補充することを特徴とする請求項7記載の地域社会へのエネルギ供給方法。
    The energy generation facility further comprises a cogeneration facility for generating heat and power as the energy,
    Heat is constantly circulated as hot water at a flow rate necessary for bathing demand in some households,
    In each household, when not using heat, it absorbs heat from hot water and stores it,
    The method for supplying energy to a local community according to claim 7, wherein when the amount of heat obtained from the circulating hot water is insufficient, the amount of heat circulating is supplemented with the amount of heat stored.
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