JP4098739B2 - Cogeneration system - Google Patents
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本発明は、外部から供給される燃料を使用して電力と熱エネルギを発生するコージェネレーション装置に関し、特に、コージェネレーション装置の発生する電力と熱エネルギを高効率で複数の需要家に供給可能なコージェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a cogeneration apparatus that generates electric power and thermal energy using fuel supplied from the outside, and in particular, can supply electric power and thermal energy generated by the cogeneration apparatus to a plurality of consumers with high efficiency. Related to cogeneration system.
従来、一般家庭において消費されるエネルギは、電力会社やガス会社から電力、都市ガス等の形態で供給され、夫々個別に消費されていた。ところで、最近はCO2排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が活発であり実用化も進んでおり、一般家庭、集合住宅、オフィスなどにおいても電力消費地で発電を行う分散型発電システムの利用が今後急速に進展するものと考えられる。特に、熱電併給可能なガスエンジン・コージェネレーション装置等は、電力のみならず、ガスエンジンの発生する熱エネルギを同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。 Conventionally, energy consumed in ordinary households is supplied in the form of electric power, city gas, etc. from an electric power company or a gas company and is individually consumed. By the way, recently, a distributed energy system aimed at reducing CO2 emissions and saving energy has been actively developed and put into practical use. In general homes, apartment buildings, offices, etc. It is considered that the use of the power generation system will progress rapidly in the future. In particular, a gas engine cogeneration system that can supply both heat and electric power is attracting attention because of its high energy efficiency because it can effectively use not only electric power but also thermal energy generated by the gas engine at the same time.
コージェネレーション装置の発生する電力と熱エネルギは、コージェネレーション装置の運転によって同時に発生するが、通常の家庭では、電力需要と熱需要(給湯需要や暖房需要)の発生タイミングが異なるため、電力需要に合わせてコージェネレーション装置を運転すると熱需要に対して過不足が生じ、また、熱需要に合わせてコージェネレーション装置を運転すると電力需要に対して過不足が生じる。このため、家庭用のコージェネレーション装置では、その出力電力を商用系統電源と系統連系させて、例えば電力需要に対する不足電力を系統電源で補うようにしている。また、コージェネレーション装置の発生する熱エネルギは、温水として貯湯槽に貯湯することで、熱需要に対する余剰分を蓄熱することができる。また、熱需要に対する不足分はガスボイラ等の補助熱源を設けて補給可能に構成している。また、電力需要に対する余剰電力は、電気ヒータを通電させて貯湯槽の温水を加熱して熱エネルギに変換して蓄熱している。当該コージェネレーション装置の構成については、例えば、下記特許文献1に記載されている。
The power and thermal energy generated by the cogeneration system are generated simultaneously by the operation of the cogeneration system. However, in ordinary households, the generation timing of power demand and heat demand (hot water supply demand and heating demand) are different. When the cogeneration apparatus is operated together, excess or deficiency occurs with respect to the heat demand, and when the cogeneration apparatus is operated according to heat demand, excess or deficiency occurs with respect to the power demand. For this reason, in a cogeneration apparatus for home use, the output power is connected to a commercial power supply so that, for example, the power shortage with respect to power demand is supplemented by the system power supply. Moreover, the thermal energy which a cogeneration apparatus generate | occur | produces can store the surplus with respect to a heat demand by storing hot water in hot water storage tank as warm water. Further, the shortage with respect to the heat demand is provided by providing an auxiliary heat source such as a gas boiler. Moreover, the surplus electric power with respect to an electric power demand energizes an electric heater, heats the hot water of a hot water storage tank, converts it into thermal energy, and is storing heat. About the structure of the said cogeneration apparatus, it describes in the following
また、コージェネレーション装置の発生する電力と熱エネルギを集合住宅の複数の需要家に供給する場合も、コージェネレーション装置の出力が大きくなるものの、基本的には、家庭用のコージェネレーション装置と同じ構成となっている。 In addition, when power and heat energy generated by a cogeneration device is supplied to multiple customers in an apartment house, the output of the cogeneration device increases, but basically the same configuration as a home cogeneration device It has become.
以下、従来のコージェネレーションシステムの構成を、図4に基づいて簡単に説明する。例えば、都市ガスを燃料源として電力と熱エネルギを同時に発生するガスコージェネレーション装置から、複数の住戸(需要家)に当該電力と熱エネルギが供給される場合を説明する。 Hereinafter, the configuration of a conventional cogeneration system will be briefly described with reference to FIG. For example, the case where the said electric power and heat energy are supplied to a some dwelling unit (customer) from the gas cogeneration apparatus which produces | generates electric power and thermal energy simultaneously using city gas as a fuel source is demonstrated.
都市ガスの燃焼によって機械的な回転エネルギを出力するガスエンジン1と該回転エネルギを電気エネルギに変換して交流電力を出力する発電機2からなる発電機ユニット3、発電機2が発電した第1の交流電力を商用電力系統20と同じ電圧、周波数の第2の交流電力に変換するとともに、変換した第2の交流電力を商用電力系統20と系統連系させるための系統連系インバータ4、ガスエンジン1から発生する排熱を温水として回収するための熱交換器5、熱交換器5で回収された熱エネルギ(温水)を給湯・暖房用に利用するために貯湯する貯湯槽6、貯湯槽6の温水を補助的に都市ガスの燃焼によって加熱するガスボイラ7、及び、貯湯槽6及び各住戸へ上水道からの水を供給するための受水槽8を備えて構成される。系統連系インバータ4の出力電力は、商用電力系統20と系統連系して、電力線21を介して各住戸及び各住戸の共用部分の電力負荷に供給される。また、各住戸には、ガスエンジン1に供給される都市ガスと貯湯槽6の温水が、夫々ガス配管22と温水配管23を介して供給される。受水槽8の水は、水道配管24を介して各住戸に供給される。尚、図4中、丸印のMは水(温水)またはガスの流量計を、角印のMは電力計を示している。また、各住戸には、受水槽8の水または貯湯槽6の温水を都市ガスの燃焼によって加熱する給湯暖房機12が設けられており、各住戸での必要(給湯需要、暖房需要)に応じて、受水槽8の水または貯湯槽6の温水を所定の高温水に加熱できる。
しかしながら、一般家庭においては、冬期には熱需要が電力需要を上回るため、ガスボイラ等の補助熱源による温水加熱の機会が増えて、エネルギコストが高騰するという問題が生じる。また、冬期における熱需要と電力需要の比(熱電比)を低減させて、コージェネレーション装置の発生する電力と熱エネルギをバランスよく有効に使用することで、総合的なエネルギ効率を向上させる余地が生じている。更に、熱需要は電力需要に比べて時間変動が大きいため、熱電比が高いと効率的なコージェネレーション装置の運転制御が困難になるという問題もある。 However, in general households, since the demand for heat exceeds the demand for electric power in winter, there is a problem that the cost of hot water heating by an auxiliary heat source such as a gas boiler increases and the energy cost increases. In addition, there is room to improve overall energy efficiency by reducing the ratio of heat demand to power demand (thermoelectric ratio) in winter and effectively using the power and thermal energy generated by the cogeneration system in a balanced manner. Has occurred. Furthermore, since the heat demand has a large time fluctuation compared to the power demand, there is a problem that efficient operation control of the cogeneration apparatus becomes difficult if the thermoelectric ratio is high.
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消し、熱電比を低減させてコージェネレーション装置を高効率で運転可能なコージェネレーションシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a cogeneration system capable of solving the above problems and reducing the thermoelectric ratio and operating the cogeneration apparatus with high efficiency. There is.
この目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの第一の特徴構成は、外部から供給される燃料を使用して電力と熱エネルギを発生するコージェネレーション装置と、上水道から供給される水を受水する受水槽と、前記受水槽の水を、前記コージェネレーション装置が発生する電力を使用して加熱する電気式ヒートポンプと、前記電気式ヒートポンプで加熱され前記受水槽に貯湯された温水を、前記コージェネレーション装置の発生する熱エネルギで加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽と、を備えてなる点である。 In order to achieve this object, a first characteristic configuration of a cogeneration system according to the present invention includes a cogeneration device that generates electric power and thermal energy using fuel supplied from the outside, and water supplied from a water supply. A water receiving tank for receiving water, an electric heat pump for heating the water in the water receiving tank using electric power generated by the cogeneration device, and hot water heated by the electric heat pump and stored in the water receiving tank. And a heat exchanger that is heated by the heat energy generated by the cogeneration apparatus, and a hot water storage tank that stores hot water heated by the heat exchanger .
上記第一の特徴構成によれば、コージェネレーション装置に対する一般家庭における熱需要である温水負荷に対して、電力を消費して電気式ヒートポンプで上水道から供給される水を一旦予熱できるため、直接水道水から温水を生成するより、熱エネルギの消費が少なくて済むため、電力負荷を増加させ、温水負荷を低減できる。また、電気式ヒートポンプによる加熱を、例えば、10℃の水道水を20℃程度に予熱する場合は、電気式ヒートポンプを例えばエネルギ効率(COP)5または5.5以上の高効率で運転できるため、少ない電力消費で大きな温水負荷の低減が図れ、熱電比を低減させて、残余の温水負荷に対するコージェネレーション装置の運転の高効率化が図れ、総合的なエネルギ効率の向上が図れる。また、熱需要の大きな冬期においては、補助熱源の使用機会が低減されるので、エネルギコストの低減も図れる。 According to said 1st characteristic structure, since the water supplied from the water supply with an electric heat pump can be once preheated with respect to the hot water load which is the heat demand in the general household with respect to a cogeneration apparatus, a direct water supply Since it is possible to consume less heat energy than to generate hot water from water, the power load can be increased and the hot water load can be reduced. In addition, when preheating the tap water at 10 ° C. to about 20 ° C., for example, the electric heat pump can be operated with high efficiency of, for example, energy efficiency (COP) 5 or 5.5, A large hot water load can be reduced with low power consumption, the thermoelectric ratio can be reduced, the efficiency of the operation of the cogeneration system can be increased with respect to the remaining hot water load, and the overall energy efficiency can be improved. In winter, when the heat demand is high, the use of the auxiliary heat source is reduced, so that the energy cost can be reduced.
更に、電気式ヒートポンプで加熱された受水槽の温水を更に高温に加熱できる。これにより、高温水が必要な場合に、電気式ヒートポンプによる温度上昇分を抑えることができるため、電気式ヒートポンプの加熱温度を低く抑えて高効率で運転でき、総合的なエネルギ効率の向上が図れる。尚、電気式ヒートポンプは、図3に示すように、加熱温度を低くすると高効率運転となる。従って、冬期の水温が低い状況において、高効率で水温の昇温幅を大きく取れるので、本発明による電気式ヒートポンプ使用による効果が顕著となる。また、本特徴構成では、受水槽と貯湯槽の両方を備えるため、電気式ヒートポンプで加熱された受水槽の温水と、熱交換器で更に加熱された貯湯槽の温水を各別に独立して供給できるため、需要家は2種類の温度の温水を使い分けることができる。 Furthermore, the hot water in the water receiving tank heated by the electric heat pump can be heated to a higher temperature. As a result, when high-temperature water is required, the temperature rise due to the electric heat pump can be suppressed, so the heating temperature of the electric heat pump can be kept low and the operation can be performed with high efficiency, and overall energy efficiency can be improved. . As shown in FIG. 3, the electric heat pump is operated with high efficiency when the heating temperature is lowered. Therefore, in a situation where the water temperature in winter is low, the temperature increase range of the water temperature can be increased with high efficiency, so that the effect of using the electric heat pump according to the present invention becomes remarkable. In addition, in this feature configuration, since both the water receiving tank and the hot water storage tank are provided, the hot water of the water receiving tank heated by the electric heat pump and the hot water of the hot water storage tank further heated by the heat exchanger are separately supplied. As a result, consumers can use hot water at two different temperatures.
同コージェネレーションシステムの第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、外部から供給される燃料を使用して前記貯湯槽の温水を加熱する温水加熱機を備える点にある。 A second characteristic configuration of the cogeneration system is that, in addition to the first characteristic configuration described above, a hot water heater that heats the hot water in the hot water storage tank using fuel supplied from the outside is provided.
上記第二の特徴構成によれば、電気式ヒートポンプによる予熱と、コージェネレーション装置の発生する熱エネルギによる加熱によって生成される温水で温水需要が賄えない場合に、不足分を温水加熱機で補足することができる。尚、電気式ヒートポンプによる予熱分により、不足分が低減しているため、温水加熱機で補足する加熱量を抑制でき、温水加熱機のエネルギコストを抑制することができる。 According to the second feature configuration, when the hot water demand cannot be covered by the hot water generated by the preheating by the electric heat pump and the heating by the thermal energy generated by the cogeneration device, the shortage is supplemented by the hot water heater. can do. In addition, since the shortage is reduced due to the preheating by the electric heat pump, the amount of heating supplemented by the hot water heater can be suppressed, and the energy cost of the hot water heater can be suppressed.
同コージェネレーションシステムの第三の特徴構成は、上記第一または第二の特徴構成に加えて、前記受水槽の温水、前記貯湯槽の温水、及び、前記コージェネレーション装置が発生する電力を、複数の住戸に個別に供給する供給系統を備えてなる点にある。 A third characteristic configuration of the cogeneration system includes, in addition to the first or second characteristic configuration, a plurality of hot water in the water receiving tank, hot water in the hot water storage tank, and electric power generated by the cogeneration apparatus. It is in the point which is equipped with the supply system which supplies to each dwelling unit individually.
上記第三の特徴構成によれば、1つのコージェネレーションシステムが生成する電力と温水(受水槽と貯湯槽の各温水)を複数の需要家に供給できる。このため、従来のコージェネレーションシステムに追加となる電気式ヒートポンプの導入コストを複数の需要家で分担して負担できるため、少ない経済的な負担で、エネルギ効率の高いコージェネレーションシステムの運転が可能となる。更に、複数の需要家に供給するため、各需要家の電力需要や熱需要(温水需要)にバラツキが生じても、全体として極端なバラツキが吸収され、時間的な変動が緩和されるため、電気式ヒートポンプの導入と相まって熱電比の低減が図れ、効率的なコージェネレーションシステムの運転が可能となる。 According to the third characterizing feature, it can be supplied power and hot water one cogeneration system generates (each hot water receiving water tank and hot water tank) to a plurality of customers. For this reason, the introduction cost of the electric heat pump that is added to the conventional cogeneration system can be shared among multiple customers, so that it is possible to operate an energy efficient cogeneration system with less economic burden. Become. Furthermore, since it supplies to multiple customers, even if variations in power demand and heat demand (warm water demand) of each customer occur, the extreme variation is absorbed as a whole, and temporal fluctuations are alleviated. Combined with the introduction of an electric heat pump, the thermoelectric ratio can be reduced, and an efficient cogeneration system can be operated.
同コージェネレーションシステムの第四の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記電気式ヒートポンプは、消費電力に対する発生熱エネルギの比率が所定の閾値以上となる運転条件で、前記受水槽の水を加熱する点にある。 According to a fourth characteristic configuration of the cogeneration system, in addition to any one of the characteristic configurations described above, the electric heat pump is configured so that the ratio of the generated heat energy to the power consumption is an operating condition where the ratio is equal to or higher than a predetermined threshold. The point is to heat the water.
上記第四の特徴構成によれば、電気式ヒートポンプで消費される電力によって電力負荷が増大し、電力負荷の増大分の上記所定の閾値以上の比率を乗じた熱負荷の減少が図れるので、熱電比の低減効果を一定レベル以上に維持でき、コージェネレーションシステム全体での総合的なエネルギ効率の向上をより一層促進できる。 According to the fourth feature configuration, the power load is increased by the power consumed by the electric heat pump, and the heat load can be reduced by multiplying the ratio of the increase in the power load by the ratio equal to or more than the predetermined threshold value. The ratio reduction effect can be maintained above a certain level, and the overall energy efficiency of the entire cogeneration system can be further improved.
本発明に係るコージェネレーションシステム(以下、適宜「本発明システム」という。)の実施の形態について、図面に基づいて説明する。尚、図4に示す従来のコージェネレーションシステムと共通する部分には共通の符号を付して説明する。 An embodiment of a cogeneration system according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention system” as appropriate) will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the part which is common in the conventional cogeneration system shown in FIG.
〈第1実施形態〉
図1に示すように、本発明システムは、都市ガスを燃料源として電力と熱エネルギを同時に発生する集合住宅用のガスコージェネレーションシステム10であって、都市ガスの燃焼によって機械的な回転エネルギを出力するガスエンジン1と該回転エネルギを電気エネルギに変換して交流電力を出力する発電機2からなる発電機ユニット3、発電機2が発電した第1の交流電力を商用電力系統20と同じ電圧、周波数の第2の交流電力に変換するとともに、変換した第2の交流電力を商用電力系統20と系統連系させるための系統連系インバータ4、ガスエンジン1から発生する排熱を温水として回収するための熱交換器5、熱交換器5で回収された熱エネルギ(温水)を給湯・暖房用に利用するために貯湯する貯湯槽6、貯湯槽6の温水を補助的に都市ガスの燃焼によって加熱するガスボイラ7、貯湯槽6及び各住戸へ上水道からの水を供給するための受水槽8、及び、受水槽の水を系統連系インバータ4の出力電力を使用して加熱する電気式ヒートポンプ9を備えて構成される。ここで、発電機ユニット3と系統連系インバータ4で外部から供給される燃料を使用して電力と熱エネルギを発生するコージェネレーション装置11が構成される。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the system of the present invention is a
系統連系インバータ4の出力電力は、商用電力系統20と系統連系して、電力線21を介して各住戸及び各住戸の共用部分の電力負荷に供給される。また、各住戸には、ガスエンジン1に供給される都市ガスと貯湯槽6の温水が、夫々ガス配管22と温水配管23を介して供給される。受水槽8の水は、温水配管25を介して各住戸に供給される。尚、図1中、丸印のMは水(温水)またはガスの流量計を、角印のMは電力計を示している。また、各住戸には、受水槽8の水または貯湯槽6の温水を都市ガスの燃焼によって加熱する給湯暖房機12が設けられており、各住戸での必要(給湯需要、暖房需要)に応じて、受水槽8の水または貯湯槽6の温水を所定の高温水に加熱できる。各住戸での温水負荷としては、各種給湯口、温水暖房機器、浴槽等で発生する給湯暖房需要が考えられる。
The output power of the grid-connected
例えば、300戸規模の集合住宅に対して、図2に示すような関西地区の集合住宅における1戸平均の電力負荷と温水負荷を想定した場合、コージェネレーション装置11の能力としては150kW程度、ガスボイラ7の能力としては200〜300kW程度、電気式ヒートポンプ9の能力としては50kW程度が適当である。ここで、コージェネレーション装置11の総合エネルギ効率が85〜87%(発電効率32〜34%、排熱回収率53%)である。また、電気式ヒートポンプ9はエネルギ効率COP(coefficient of performance)が5.5付近で動作させるものとする。図3に示すように、電気式ヒートポンプ9のCOPは、例えば、10℃の水道水をT℃の温水にまで加熱する場合、加熱温度Tが低い程高くなる傾向にある。本実施形態では、電気式ヒートポンプ9によって、受水槽の水温が10℃の場合に、COP=5.5で20℃前後まで昇温させるものとする。従って、受水槽の水温の昇温限度は、20℃〜25℃程度(温度上昇分では、10℃〜15℃)を上限にするのが好ましい。この場合、COPは5以上とすることになる。
For example, when assuming an average power load and hot water load in a housing complex in the Kansai area as shown in FIG. 2 for a housing complex of 300 units, the capacity of the
本発明システム10と、図4に示す従来構成のコージェネレーションシステムとの違いは、受水槽8の水を系統連系インバータ4の出力電力を使用して加熱する電気式ヒートポンプ9を備えている点である。他の構成要素の基本的な機能は従来のコージェネレーションシステムと同じである。
The difference between the
次に、電気式ヒートポンプ9を用いてCOP=5.5で受水槽の水温を10℃から20℃に予熱して、貯湯槽6及び各住戸に供給する場合の効果について説明する。尚、本発明システム10の効果算定の基礎となるデータとしては、図2に示す各住戸での負荷変動パターンと、図3に示す電気式ヒートポンプ9のCOP特性と、図5に示す月別の水温及び気温データを使用した。また、貯湯槽6、温水配管23、及び、各住戸内での放熱ロスの総和を16%と想定している。
Next, the effect when the water temperature of the water receiving tank is preheated from 10 ° C. to 20 ° C. with COP = 5.5 using the
図6に、冬期(1月)において、水温10℃の水道水を42℃に昇温して各住戸に供給する場合における、本発明システム10と従来のコージェネレーションシステムによる温水供給状態と電力供給状態を模式的に示す。尚、この42℃の水温は、各住戸の需要家が使用する末端の水温で、後述する放熱ロスを考慮すると、貯湯槽6から出湯する水温は、更に高温に設定されている。図6(A)は温水負荷と電力負荷に対する従来のコージェネレーションシステムによる各供給状態を示しており、夫々の負荷は各住戸の温水負荷と電力負荷の総和となっている。図6(A)に示す従来のコージェネレーションシステムでは、温水負荷(水温10℃を42℃に加熱)は、コージェネレーション装置11とガスボイラ7の熱エネルギで行われる。尚、上記放熱ロス分は、ガスボイラ7の熱エネルギで補充されるため、その分の都市ガスの消費量が増大する。
In FIG. 6, in the winter season (January), in the case where tap water with a water temperature of 10 ° C. is heated to 42 ° C. and supplied to each dwelling unit, the hot water supply state and power supply by the
図6(B)に示すように、本発明システム10の場合、コージェネレーション装置11の発電出力(例えば発電効率32%)の内の7%分を使用して電気式ヒートポンプ9を駆動するとすれば、残りの25%分で各住戸の元来の電力負荷を充当するため、電力負荷は実質的に32%/25%(1.28倍)に増加する。コージェネレーション装置11の発電電力7%分を温水負荷に換算すると、COP倍になるので、図6(B)の電力負荷の下側にはみ出した部分(EEHP)が、温水負荷の一部(HEHP)に充当される。水温10℃の水道水を42℃に加熱する場合の、20℃の温水が電気式ヒートポンプ9で生成され、20℃に予熱された温水を42℃に加熱するのに、コージェネレーション装置11とガスボイラ7の熱エネルギが使用される。尚、上記放熱ロス分は、従来と同様にガスボイラ7の熱エネルギで補充されるため、その分の都市ガスの消費量が増大する。
As shown in FIG. 6B, in the case of the
図6中、括弧内の数値は、コージェネレーション装置11への投入エネルギを100%とした場合に発生する電力及び熱エネルギを表している。従って、コージェネレーション装置11については、発電(32%)は発電効率、排熱(53%)は排熱回収効率を表している。但し、放熱ロス16%を考慮すると37%になる。
In FIG. 6, numerical values in parentheses represent electric power and thermal energy generated when the input energy to the
ガスボイラ7の括弧内の数値は、従来のコージェネレーションシステムでは、コージェネレーション装置11への投入エネルギ(1次エネルギ)の92%に相当するエネルギをガスボイラ7に投入する必要があることを示し、本発明システム10では、当該投入量が48%に低減されていることを示している。つまり、本発明システム10では、ガスボイラ7の都市ガス消費量が従来のコージェネレーションシステムに比べて約半分(48/92)で足りることを示している。
The numerical value in parentheses of the
図6(B)より明らかなように、コージェネレーション装置11とガスボイラ7の熱エネルギで賄われる温水負荷(従来のコージェネレーションシステムの温水負荷に相当する。)は、実質的に電気式ヒートポンプ9が分担する一部(B)だけ低減する。以上の結果、電気式ヒートポンプ9を用いることにより、電力負荷が増加し、温水負荷が低減するので、実質的な熱電比が低下し、且つ、ガスボイラ7の使用割合が約半分に低下するため、その分の都市ガス消費量が低下してエネルギコストの削減が図れる。
As is clear from FIG. 6B, the hot water load (corresponding to the hot water load of the conventional cogeneration system) covered by the thermal energy of the
熱電比及び温水負荷の月別の低減効果を図7にグラフ化する。図7(A)に従来のコージェネレーションシステムを使用した場合の月別の電力負荷と温水負荷と熱電比を、図7(B)に本発明システム10を使用した場合の月別の電力負荷と温水負荷と熱電比を示す。図7より、電力負荷は年間及び時間帯に拘わらず概略一定であるのに対して、温水負荷は図5に示す月毎の水温変化に連動して大きく変動していることが分かる。また、電気式ヒートポンプ9を使用する本発明システム10の場合、冬期の温水負荷を低減し、熱電比を従来の4から2.5に低減可能であることが分かる。
FIG. 7 is a graph showing the monthly reduction effect of the thermoelectric ratio and hot water load. FIG. 7A shows monthly power load, hot water load and thermoelectric ratio when using the conventional cogeneration system, and FIG. 7B shows monthly power load and hot water load when using the
本発明システム10による時間別の温水負荷の低減と電力負荷の増加の様子を図8にグラフ化する。図8より、ピーク時の温水負荷が4.6kWhから3.3kWhまで低減していることが分かる。また、電力負荷は、1日を平均して約16%の増加となっている。
FIG. 8 is a graph showing how the hot water load is reduced and the power load is increased by time according to the
冬期(1月)におけるガスボイラ7の出力低減効果を図9にグラフ化する。図9より、1日の温水負荷ピーク時におけるガスボイラ7の出力が大幅に低減していることが分かる。1日を通して平均化すると、約50%にガスボイラ7の出力が低減しているので、ガスボイラ7での都市ガス使用量が半減することになる。
The output reduction effect of the
更に、本発明システム10によって、熱電比が低減し、ガスボイラ7の出力が大幅に低減する副次的な効果として、1次エネルギ消費量とCO2排出量の低減効果を、図10にグラフ化して示す。図10では、電力負荷を商用電力系統20からの電力供給で100%賄い、温水負荷をガスボイラ7の出力で100%賄う従来システムと、図4に示す従来のコージェネレーションシステムと、本発明システム10について、従来システムの1次エネルギ消費量とCO2排出量を夫々100%として比較する。コージェネレーションシステムを採用することで、従来システムに比べて大幅に、1次エネルギ消費量とCO2排出量が低減し、更に、本発明システム10によって低減することが分かる。尚、図10では、従来のコージェネレーションシステムと本発明システム10のコージェネレーション装置11は電力負荷に追従して運転制御された場合(電主運転)を想定している。
Further, as a secondary effect that the thermoelectric ratio is reduced and the output of the
〈第2実施形態〉
次に、本発明システムの第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る本発明システム30も、図11に示すように、第1実施形態と同様に、ガスエンジン1と発電機2からなる発電機ユニット3、系統連系インバータ4、熱交換器5、貯湯槽6、ガスボイラ7、受水槽8、及び、電気式ヒートポンプ9を備えて構成される。第1実施形態との相違点は、電気式ヒートポンプ9が系統連系インバータ4の出力電力を使用して、受水槽の水ではなく、貯湯槽6の水を加熱する点である。従って、上水道から供給される受水槽8の水は、図4に示す従来のコージェネレーションシステムと同様に加熱されずに水道配管24を介して各住戸に供給される。図11に示す例では、貯湯槽6の水は、受水槽8から供給されるが、直接上水道から供給されても構わない。また、貯湯槽6の水が、最終的に、電気式ヒートポンプ9、熱交換器5、及び、ガスボイラ7の3通りの方法で加熱可能である点は、第1実施形態と同じである。従って、上述した本発明システム10による各種効果は、そのまま第2実施形態に係る本発明システム30についても該当する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the system of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the
以下に、別の実施形態につき説明する。 Hereinafter, another embodiment will be described.
〈1〉上記第1実施形態において、各住戸には、電気式ヒートポンプ9で予熱された受水槽8の水と、電気式ヒートポンプ9で予熱された温水を熱交換器5とガスボイラ7の少なくとも何れか一方で加熱した貯湯槽6の温水が、供給される形態を説明したが、これに加えて、電気式ヒートポンプ9で予熱されない上水道からの水を各住戸に供給するようにしても構わない。
<1> In the first embodiment, each dwelling unit includes water in the
〈2〉上記各実施形態では、電気式ヒートポンプ9で予熱された受水槽8または貯湯槽6の水が、熱交換器5とガスボイラ7の少なくとも何れか一方で加熱される形態を説明したが、図4に示す従来のコージェネレーションシステムに、別途、別の受水槽を設けて、その別の受水槽の水をコージェネレーション装置11の発電電力を用いて電気式ヒートポンプ9で予熱する構成であっても構わない。この場合、貯湯槽6には、電気式ヒートポンプ9で予熱されない上水道からの水が直接、或いは、受水槽を介して供給される。かかる形態においては、例えば、電気式ヒートポンプ9で予熱された別の受水槽の20℃〜25℃程度のぬるま湯を浴槽にためて追い炊きすることで、上記各実施形態と同様に、温水負荷の低減を図ることができる。
<2> In each of the above embodiments, the water in the
〈3〉上記各実施形態において、本発明システム10,30は、集合住宅での使用を想定して説明したが、本発明システム10,30は、集合住宅に限らず、熱電比の低減によるエネルギ効率向上が見込める全ての形態の需要家に対しても適用可能である。従って、本発明システム10,30で使用するコージェネレーション装置11、ガスボイラ7、及び、電気式ヒートポンプ9の各能力は上記実施形態の値に限定されるものではない。
<3> In each of the above embodiments, the
また、図6乃至図10において説明した本発明システム10の効果において、水温を10℃(水道水)から42℃(需要家)に昇温する場合を例に説明したが、水温及び昇温幅は上記実施例に限定されるものではない。
Further, in the effect of the
〈4〉上記各実施形態では、電気式ヒートポンプ9の作動時期を特に限定していなかったが、電気式ヒートポンプ9の作動時期を、水温が一定温度以下の冬期に限定しても構わない。また、1日の内の温水需要の大きい時間帯に限定しても構わない。例えば、夏期に水道水の水温が高くなって、電気式ヒートポンプ9による加熱が冬期ほど高効率で行えない場合は、電気式ヒートポンプ9のCOPが一定値(例えば、4〜5)以下となる条件では運転を停止するようにしてもよい。
〈5〉上記各実施形態において、コージェネレーション装置11は、発電機ユニット3がガスエンジン1と発電機2からなるガスエンジン・コージェネレーション装置を例に説明したが、発電機ユニット3は、例えば、都市ガスを燃料源とする燃料電池であっても構わない。また、コージェネレーション装置11は、都市ガスを燃料源とするコージェネレーション装置に限定されるものではない。同様に、補助熱源としてのガスボイラ7に代えて、他のエネルギ源を使用する補助熱源を用いても構わない。
<4> In each of the above embodiments, the operation timing of the
<5> In each of the above embodiments, the
1: ガスエンジン
2: 発電機
3: 発電機ユニット
4: 系統連系インバータ
5: 熱交換器
6: 貯湯槽
7: ガスボイラ
8: 受水槽
9: 電気式ヒートポンプ
10、30: 本発明に係るコージェネレーションシステム
11: ガスコージェネレーション装置
12: 給湯暖房機
20: 商用電力系統
21: 電力線
22: ガス配管
23: 温水配管
24: 水道配管
25: 温水配管
M: 流量計または電力計
1: Gas engine 2: Generator 3: Generator unit 4: Grid-connected inverter 5: Heat exchanger 6: Hot water tank 7: Gas boiler 8: Water tank 9:
Claims (4)
上水道から供給される水を受水する受水槽と、
前記受水槽の水を、前記コージェネレーション装置が発生する電力を使用して加熱する電気式ヒートポンプと、
前記電気式ヒートポンプで加熱され前記受水槽に貯湯された温水を、前記コージェネレーション装置の発生する熱エネルギで加熱する熱交換器と、
前記熱交換器で加熱された温水を貯湯する貯湯槽と、
を備えてなることを特徴とするコージェネレーションシステム。 A cogeneration device that generates electric power and thermal energy using fuel supplied from outside,
A water receiving tank for receiving water supplied from the water supply,
An electric heat pump that heats the water in the water receiving tank using electric power generated by the cogeneration device;
A heat exchanger that heats the hot water heated by the electric heat pump and stored in the water receiving tank with heat energy generated by the cogeneration device;
A hot water storage tank for storing hot water heated by the heat exchanger;
Cogeneration system characterized by comprising.
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