JP4330543B2

JP4330543B2 - Cogeneration system

Info

Publication number: JP4330543B2
Application number: JP2005025177A
Authority: JP
Inventors: 幸嗣桝本; 彰人早野
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP2006214607A

Description

本発明は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽と、前記熱電併給装置の稼動時に前記熱電併給装置の出力を電力負荷よりも抑制幅分小さい電主出力に設定する電主出力運転を実行可能な運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムに関する。 The present invention relates to a combined heat and power device that generates heat and electric power, a hot water storage tank that collects heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, and the combined heat and power device when the combined heat and power device is in operation. The present invention relates to a cogeneration system provided with operation control means capable of executing a main output operation that sets an output to a main output that is smaller than the power load by a suppression width.

かかるコージェネレーションシステムでは、エンジン駆動発電機や燃料電池等の熱電併給装置を備えて、熱電併給装置の発電電力を電気機器等の電力消費部に供給すると共に、熱電併給装置の発生熱を、例えばその熱により加熱した湯水として一旦貯湯槽に貯えて、給湯部や暖房機器等の熱消費部に供給するように構成される。
そして、このようなコージェネレーションシステムを各家庭等に設けることで、その家庭で消費される電力の少なくとも一部を熱電併給装置の発電電力で補うことができるので、商用電源からの受電電力を少なくすることができる上に、そのときの発生熱を湯水として利用することができるため、省エネルギ性及び経済性の点で有効である。 In such a cogeneration system, a combined heat and power supply device such as an engine-driven generator or a fuel cell is provided, and the generated power of the combined heat and power supply device is supplied to a power consuming unit such as an electric device, and the generated heat of the combined heat and power device is, for example, The hot water heated by the heat is temporarily stored in a hot water storage tank and supplied to a heat consuming unit such as a hot water supply unit or a heating device.
And by providing such a cogeneration system in each home, etc., at least part of the power consumed in that home can be supplemented with the power generated by the combined heat and power supply device, so that the power received from the commercial power source is reduced. Moreover, since the heat generated at that time can be used as hot water, it is effective in terms of energy saving and economical efficiency.

このようなコージェネレーションシステムでは、例えば、運転制御手段により、数分（例えば１分）等の比較的短い出力調整周期で、熱電併給装置の設定出力を、電力消費部における電力負荷よりも抑制幅分小さい電主出力に設定する電主出力運転を実行するように構成される場合がある（例えば、特許文献１を参照。）。 In such a cogeneration system, for example, by the operation control means, the set output of the combined heat and power unit is suppressed more than the power load in the power consumption unit in a relatively short output adjustment period such as several minutes (for example, 1 minute). There is a case where the main output operation is set to be performed with a small main output (see, for example, Patent Document 1).

つまり、コージェネレーションシステムでは、熱電併給装置の出力が電力負荷の急激な減少に対して敏感に追従することができないため、熱電併給装置の発電電力を電力負荷よりも抑制幅分小さくすることにより、熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力の発生を抑制しようとしたものである。
そして、このように熱電併給装置の発電電力を電力負荷よりも抑制幅分小さくしても余剰電力が発生する場合には、この余剰電力を、電気ヒータにより貯湯槽に貯える熱に変換することになる。 In other words, in the cogeneration system, since the output of the combined heat and power device cannot follow the sudden decrease in the power load sensitively, by making the generated power of the combined heat and power device smaller than the power load by the suppression width, It is intended to suppress the generation of surplus power that is a surplus with respect to the power load of the generated power of the cogeneration apparatus.
And when surplus power is generated even if the generated power of the combined heat and power supply device is made smaller than the power load by the suppression width in this way, this surplus power is converted into heat stored in the hot water storage tank by the electric heater. Become.

特開２００４−２８６００８号公報JP 2004-286008 A

上記電主出力運転を実行するにあたり、余剰電力の発生を極力抑制ししかも発電電力にて極力電力負荷を賄えるようにすることが望まれるものであり、そのためには上記抑制幅を適正な大きさに設定する必要があるが、従来では、上記抑制幅を一定の大きさに設定していたため、抑制幅がコージェネレーションシステムの設置箇所の運転状況に応じた適正な大きさでないことにより、例えば、抑制幅が小さすぎて余剰電力の発生を適切に抑制するができない虞や、あるいは、抑制幅が大きすぎて余剰電力の発生を抑制できるものの、発電電力が電力負荷よりもかなり小さくなってしまう虞があり、改善が望まれていた。
説明を加えると、コージェネレーションシステムの設置箇所の運転状況が、電力負荷が大きな範囲で急激に変動し且つその変動が頻繁に起こる場合には、上記抑制幅を十分大きく設定することが望ましく、逆に、コージェネレーションシステムの設置箇所の運転状況が、電力負荷が大きな範囲で変動することが少なく、しかも、その変動もあまり起こらないような場合には、上記抑制幅を小さくすることが望ましいものとなる。
ちなみに、コージェネレーションシステムの電力負荷の変動に対する追従能力は、システム毎に固体差があることが考えられ、また、使用に伴って変化することが考えられる。このように、コージェネレーションシステムの電力負荷の変動に対する追従能力に差異がある場合には、それに合わせて上記抑制幅を設定することも望まれるものとなる。 In executing the above main output operation, it is desired to suppress the generation of surplus power as much as possible and to cover the power load with the generated power as much as possible. However, in the past, since the suppression width was set to a certain size, the suppression width is not an appropriate size according to the operation status of the location where the cogeneration system is installed. There is a possibility that the generation of surplus power cannot be appropriately suppressed because the suppression width is too small, or the generation power becomes considerably smaller than the power load although the suppression width is too large to suppress the generation of surplus power. Therefore, improvement was desired.
In other words, if the operating conditions at the location where the cogeneration system is installed fluctuates rapidly in the range where the power load is large and the fluctuation occurs frequently, it is desirable to set the suppression range sufficiently large. In addition, if the operating status of the location where the cogeneration system is installed rarely fluctuates in a large range of power load, and the fluctuation does not occur so much, it is desirable to reduce the suppression range. Become.
By the way, it is considered that the follow-up capability with respect to fluctuations in the power load of the cogeneration system may vary depending on the system, and may change with use. As described above, when there is a difference in the tracking capability with respect to fluctuations in the power load of the cogeneration system, it is also desired to set the suppression width accordingly.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱電併給装置の出力を電力負荷よりも抑制幅分小さい電主出力に設定する電主出力運転を実行するにあたり、その抑制幅を適切に調整して、省エネルギ性の向上を図ることができるコージェネレーションを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to execute the main output operation in which the output of the combined heat and power supply apparatus is set to the main output that is smaller than the power load by the suppression width. The present invention is to provide a cogeneration system that can adjust the suppression width appropriately to improve energy saving.

上記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は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生された熱を回収して湯水として貯える貯湯槽と、前記熱電併給装置の稼動時に前記熱電併給装置の出力を電力負荷よりも抑制幅分小さい電主出力に設定する電主出力運転を実行可能な運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、その第１特徴構成は、前記熱電併給装置の発電電力の電力負荷に対する余剰分である余剰電力を演算又は計測する余剰電力導出手段を備え、
前記運転制御手段が、前記電主出力運転において、前記抑制幅を前記余剰電力導出手段で演算又は計測される余剰電力に基づいて調整する点にある。 A cogeneration system according to the present invention for achieving the above object includes a combined heat and power device that generates heat and electric power, a hot water storage tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, The cogeneration system is provided with operation control means capable of executing an electric main output operation in which the output of the cogeneration device is set to an electric main output that is smaller than a power load when the cogeneration device is in operation. The first characteristic configuration includes surplus power deriving means for calculating or measuring surplus power that is a surplus with respect to the power load of the generated power of the combined heat and power device,
The operation control means adjusts the suppression width based on surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means in the main output operation.

即ち、上記コージェネレーションシステムの第１特徴構成によれば、運転制御手段により、電力負荷よりも若干の抑制幅分小さい電主出力に設定する形態で電力負荷に追従させる電主出力運転を実行する場合において、上記余剰電力導出手段により、上記余剰電力を演算又は計測すると共に、その抑制幅を、上記余剰電力導出手段で演算又は計測される余剰電力に基づいて調整することで、余剰電力の発生を極力抑制し、しかも発電電力にて極力電力負荷を賄えるようにすることができるものとなる。 In other words, according to the first characteristic configuration of the cogeneration system, the operation control means performs the main output operation for following the power load in such a manner that the main output is set to be slightly smaller than the power load. In such a case, the surplus power is calculated or measured by the surplus power deriving means, and the suppression width is adjusted based on the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means, thereby generating surplus power. As much as possible, the power load can be covered by the generated power as much as possible.

本発明に係るコージェネレーションシステムの第２特徴構成は、前記余剰電力を前記貯湯槽に貯える熱に変換する電気ヒータを備えた点にある。 The 2nd characteristic structure of the cogeneration system which concerns on this invention exists in the point provided with the electric heater which converts the said surplus electric power into the heat stored in the said hot water storage tank.

即ち、上記コージェネレーションシステムの第２特徴構成によれば、上記電気ヒータにより余剰電力を熱に変換して利用する場合においても、運転制御手段が電主出力運転において余剰電力導出手段の演算又は計測結果に基づいて抑制幅を調整することで、余剰電力を出来るだけ少なくすることができるので、電気ヒータの発生熱をできるだけ少なくして、熱余り状態の発生を抑制することができる。 That is, according to the second characteristic configuration of the cogeneration system, even when the surplus power is converted into heat by the electric heater and used, the operation control means calculates or measures the surplus power deriving means in the main output operation. Since the surplus power can be reduced as much as possible by adjusting the suppression width based on the result, the generated heat of the electric heater can be reduced as much as possible to suppress the occurrence of the excess heat state.

本発明に係るコージェネレーションシステムの第３特徴構成は、前記運転制御手段が、前記余剰電力導出手段で演算又は計測される余剰電力の平均値又は積算値を算出し、前記抑制幅を前記平均値又は積算値に応じて設定する点にある。 According to a third characteristic configuration of the cogeneration system according to the present invention, the operation control unit calculates an average value or an integrated value of the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving unit, and the suppression width is set to the average value. Or it is in the point set according to an integrated value.

即ち、上記コージェネレーションシステムの第３特徴構成によれば、運転制御手段が、電主出力運転において、余剰電力導出手段の演算又は測定結果に基づいて抑制幅を調整するに、その抑制幅を、頻繁に変動する余剰電力の瞬時値ではなく、比較的緩慢に変動する余剰電力の平均値又は積算値に応じて設定することで、熱電併給装置の出力を比較的安定して、出力の頻繁な変動による熱電併給装置の損傷及び効率低下を抑制することができる。尚、上記平均値又は積算値としては、期間をずらしながら順次くり返して計算する移動平均値又は移動積算値や、１日毎等の所定の期間毎に計算する期別平均値又は期別積算値等を用いることができる。 That is, according to the third characteristic configuration of the cogeneration system, the operation control unit adjusts the suppression range based on the calculation or measurement result of the surplus power deriving unit in the main output operation. By setting according to the average value or integrated value of surplus power that fluctuates relatively slowly, not the instantaneous value of surplus power that fluctuates frequently, the output of the combined heat and power supply device becomes relatively stable, It is possible to suppress damage to the cogeneration device due to fluctuations and decrease in efficiency. In addition, as the average value or integrated value, a moving average value or moving integrated value that is repeatedly calculated while shifting the period, an average value by period or an integrated value by period that is calculated every predetermined period such as every day, etc. Can be used.

本発明に係るコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
このコージェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、電力と熱とを発生する熱電併給装置としての燃料電池１と、その燃料電池１が発生する熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯槽２への貯湯及び熱消費端末３への熱媒供給を行う貯湯ユニット４と、燃料電池１及び貯湯ユニット４の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５などから構成されている。 A cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the cogeneration system recovers the fuel cell 1 as a combined heat and power generation device that generates electric power and heat, and the heat generated by the fuel cell 1 with cooling water. A hot water storage unit 4 for storing hot water in the hot water tank 2 and supplying a heat medium to the heat consuming terminal 3 using the cooling water, and an operation control unit as operation control means for controlling the operation of the fuel cell 1 and the hot water storage unit 4. 5 or the like.

前記燃料電池１は、その出力を調整可能に構成され、その燃料電池１の電力の出力側には、系統連係用のインバータ６が設けられ、そのインバータ６は、燃料電池１の発電電力を商用電源７から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
前記商用電源７は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、受電電力供給ライン８を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷９に電気的に接続されている。
また、インバータ６は、発電電力供給ライン１０を介して受電電力供給ライン８に電気的に接続され、燃料電池１からの発電電力がインバータ６及び発電電力供給ライン１０を介して電力負荷９に供給するように構成されている。 The output of the fuel cell 1 is adjustable, and an inverter 6 for system linkage is provided on the power output side of the fuel cell 1, and the inverter 6 uses the generated power of the fuel cell 1 for commercial use. It is configured to have the same voltage and the same frequency as the received power received from the power supply 7.
The commercial power source 7 is, for example, a single-phase three-wire system 100/200 V, and is electrically connected to a power load 9 such as a television, a refrigerator, or a washing machine via a received power supply line 8.
The inverter 6 is electrically connected to the received power supply line 8 via the generated power supply line 10, and the generated power from the fuel cell 1 is supplied to the power load 9 via the inverter 6 and the generated power supply line 10. It is configured to.

前記受電電力供給ライン８には、電力負荷９の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１１が設けられ、この電力負荷計測手段１１は、受電電力供給ライン８において商用電源７側に電流が流れる所謂逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ６により燃料電池１から受電電力供給ライン８に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１２に供給されるように構成されている。 The received power supply line 8 is provided with power load measuring means 11 for measuring the load power of the power load 9, and this power load measuring means 11 is a so-called so-called current flowing to the commercial power supply 7 side in the received power supply line 8. It is also configured to detect whether or not a reverse power flow occurs.
The electric power supplied from the fuel cell 1 to the received power supply line 8 is controlled by the inverter 6 so that a reverse power flow does not occur, and the surplus power of the generated power is recovered by replacing the surplus power with heat. 12 is configured to be supplied.

前記電気ヒータ１２は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１５の作動により冷却水循環路１３を通流する燃料電池１の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ６の出力側に接続された作動スイッチ１４によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１４は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１２の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１２の消費電力を調整するように構成されている。
尚、上記余剰電力は、インバータ６の出力として計測される燃料電池１の発電電力から、電力負荷計測手段１１で計測される電力負荷を差し引いた電力値として演算可能であり、よって、上記電力負荷計測手段１１及びインバータ６が、余剰電力を演算又は計測するための余剰電力導出手段Ｘとしても機能する。
ちなみに、上記のように余剰電力を演算して、電気ヒータ１２の消費電力をその余剰電力以上となるように、作動スイッチ１４によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられるので、電力負荷計測手段１１で計測される電力負荷から、燃料電池１の発電電力を引き電気ヒータ１２の消費電力を加えた分の電力が、商用電源７から受電する受電電力により賄われることになる。尚、この余剰電力は、例えば電気ヒータ１２へ供給される電力を余剰電力として計測可能な余剰電力計測手段を設けるなどして、別の方法で演算又は計測しても構わない。 The electric heater 12 is composed of a plurality of electric heaters, and is provided so as to heat the cooling water of the fuel cell 1 flowing through the cooling water circulation path 13 by the operation of the cooling water circulation pump 15, and is connected to the output side of the inverter 6. ON / OFF is switched by the actuated switch 14.
The operation switch 14 is configured to adjust the power consumption of the electric heater 12 according to the amount of surplus power so that the power consumption of the electric heater 12 increases as the amount of surplus power increases. Yes.
The surplus power can be calculated as a power value obtained by subtracting the power load measured by the power load measuring means 11 from the generated power of the fuel cell 1 measured as the output of the inverter 6. The measuring means 11 and the inverter 6 also function as surplus power deriving means X for calculating or measuring surplus power.
Incidentally, the surplus power is calculated as described above, and ON / OFF is switched by the operation switch 14 so that the power consumption of the electric heater 12 becomes equal to or greater than the surplus power. The amount of power obtained by drawing the generated power of the fuel cell 1 from the power load and adding the power consumed by the electric heater 12 is covered by the received power received from the commercial power source 7. This surplus power may be calculated or measured by another method, for example, by providing surplus power measuring means capable of measuring the power supplied to the electric heater 12 as surplus power.

前記貯湯ユニット４は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯槽２、湯水循環路１６を通して貯湯槽２内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ１７、熱源用循環路２０を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末３に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２４、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器２５、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、ファン２７を作動させた状態でのバーナ２８の燃焼により貯湯槽２内から取り出した湯水及び熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる補助加熱用熱交換器２９などを備えて構成されている。 The hot water storage unit 4 is configured to store hot water in a state where temperature stratification is formed, a hot water circulation pump 17 that circulates hot water in the hot water tank 2 through the hot water circulation path 16, and hot water for heat source through the heat source circulation path 20. A heat source circulation pump 21 to be circulated, a heat medium circulation pump 23 to circulate and supply the heat medium to the heat consuming terminal 3 through the heat medium circulation path 22, a hot water storage heat exchanger 24 to heat the hot water flowing through the hot water circulation path 16, The heat source heat exchanger 25 for heating the hot water for heat source flowing through the heat source circulation path 20, the heat exchanger for heat medium heating 26 for heating the heat medium flowing through the heat medium circulation path 22, and the fan 27 are operated. In this state, an auxiliary heating heat exchanger 29 for heating the hot water taken out from the hot water storage tank 2 by the combustion of the burner 28 and the heat source hot water flowing through the heat source circulation path 20 is provided.

前記湯水循環路１６は、その一部が並列になるように分岐接続され、その接続箇所に三方弁１８が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエター１９が設けられている。
そして、三方弁１８を切り換えることにより、貯湯槽２の下部から取り出した湯水がラジエター１９を通過するように循環させる状態と、貯湯槽２の下部から取り出した湯水がラジエター１９をバイパスするように循環させる状態とに切り換えるように構成されている。 The hot water circulation path 16 is branched and connected so that a part thereof is in parallel, a three-way valve 18 is provided at the connection location, and a radiator 19 is provided in the branched flow path. Yes.
Then, by switching the three-way valve 18, the hot water taken out from the lower part of the hot water tank 2 is circulated so as to pass through the radiator 19, and the hot water taken out from the lower part of the hot water tank 2 is circulated so as to bypass the radiator 19. It is comprised so that it may switch to the state to be made to.

前記貯湯用熱交換器２４においては、燃料電池１から出力される熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
前記熱源用熱交換器２５においては、燃料電池１が発生する熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
そして、補助加熱手段Ｍが、ファン２７、バーナ２８、補助加熱用熱交換器２９により構成されている。
また、熱源用循環路２０には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁４０が設けられている。 The hot water storage heat exchanger 24 is configured to heat the hot water flowing through the hot water circulation path 16 by flowing the cooling water of the cooling water circulation path 13 that has recovered the heat output from the fuel cell 1. Has been.
In the heat source heat exchanger 25, the hot water for the heat source flowing through the heat source circulation path 20 is heated by flowing the cooling water in the cooling water circulation path 13 that has recovered the heat generated by the fuel cell 1. It is configured.
The auxiliary heating means M includes a fan 27, a burner 28, and an auxiliary heating heat exchanger 29.
Further, the heat source circulation path 20 is provided with a heat source intermittent valve 40 for intermittently flowing the heat source hot water.

前記冷却水循環路１３は、貯湯用熱交換器２４側と熱源用熱交換器２５側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器２４側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器２５側に通流させる冷却水の流量との割合を調整する分流弁３０が設けられている。
そして、分流弁３０は、冷却水循環路１３の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２４側に通流させたり、冷却水循環路１３の冷却水の全量を熱源用熱交換器２５側に通流させることもできるように構成されている。 The cooling water circulation path 13 is branched into a hot water storage heat exchanger 24 side and a heat source heat exchanger 25 side, and the flow rate of the cooling water to be passed to the hot water storage heat exchanger 24 side and the heat source use are branched at the branch points. A diversion valve 30 is provided that adjusts the ratio of the flow rate of the cooling water that flows to the heat exchanger 25 side.
The diversion valve 30 allows the entire amount of cooling water in the cooling water circulation path 13 to flow to the hot water storage heat exchanger 24 side, or allows the entire amount of cooling water in the cooling water circulation path 13 to flow to the heat source heat exchanger 25 side. It is comprised so that it can also be made.

前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、熱源用熱交換器２５や補助加熱用熱交換器２９にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末３は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。 In the heat exchanger for heat medium heating 26, the hot water for the heat source heated by the heat exchanger for heat source 25 and the heat exchanger for auxiliary heating 29 is allowed to flow, thereby flowing through the heat medium circulation path 22. The heating medium is configured to be heated.
The said heat consumption terminal 3 is comprised by heating terminals, such as a floor heating apparatus and a bathroom heating apparatus.

また、貯湯槽２から取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末３での端末熱負荷を計測する端末熱負荷計測手段３２も設けられている。 Further, a hot water supply load measuring means 31 for measuring the hot water supply heat load when supplying hot water taken out from the hot water tank 2 is provided, and a terminal thermal load measuring means 32 for measuring the terminal heat load at the heat consuming terminal 3 is also provided. ing.

前記運転制御部５は、燃料電池１の運転中には冷却水循環ポンプ１５を作動させる状態で、燃料電池１の運転及び冷却水循環ポンプ１５の作動状態を制御すると共に、湯水循環ポンプ１７、熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯槽２内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末３に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。 The operation control unit 5 controls the operation of the fuel cell 1 and the operation state of the cooling water circulation pump 15 while operating the cooling water circulation pump 15 during the operation of the fuel cell 1, as well as the hot water circulation pump 17 and the heat source. By controlling the operating state of the circulation pump 21 and the heat medium circulation pump 23, a hot water storage operation for storing hot water in the hot water storage tank 2 and a heat medium supply operation for supplying the heat medium to the heat consuming terminal 3 are performed. Has been.

ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁４０を閉弁した状態で貯湯槽２から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯槽２から取り出した湯水を補助加熱手段Ｍにて加熱したり、貯湯槽２から取り出した湯水に水を混合させて、図外のリモコンにて設定されている給湯設定温度の湯水を給湯するように構成されている。
したがって、貯湯槽２では、貯湯槽２の容量の範囲内で、燃料電池１の出力に応じて追加された湯水から、給湯用として取り出された湯水を差し引いた分の湯水が貯湯されていることになる。 By the way, when hot water is supplied, the hot water taken out from the hot water tank 2 with the heat source intermittent valve 40 closed is configured to supply hot water, and the hot water taken out from the hot water tank 2 is heated by the auxiliary heating means M, Water is mixed with hot water taken out from the hot water storage tank 2, and hot water at a hot water supply set temperature set by a remote controller (not shown) is supplied.
Therefore, in the hot water tank 2, hot water is stored within the capacity of the hot water tank 2 by subtracting the hot water taken out for hot water supply from the hot water added according to the output of the fuel cell 1. become.

先ず、運転制御部５による燃料電池１の運転の制御について説明を加える。
前記運転制御部５は、燃料電池１の稼動時に燃料電池１の出力を、現在要求されている現電力負荷に対して追従する電主出力に設定する電主運転制御を実行する。 First, the operation control of the fuel cell 1 by the operation control unit 5 will be described.
The operation control unit 5 executes main operation control for setting the output of the fuel cell 1 to the main output that follows the current power load currently requested when the fuel cell 1 is in operation.

詳しくは、運転制御部５は、上記電主運転制御において、１分等の比較的短い所定の出力調整周期毎に、上記現電力負荷を求め、最小出力（例えば２５０Ｗ）から最大出力（例えば１０００Ｗ）の範囲内で、図３（ａ）に示すように連続的に、上記現電力負荷に追従する電主出力を決定し、燃料電池１の出力をその決定した電主出力に設定する。
尚、上記最小出力は、許容範囲内で０Ｗ又はそれに近い極めて小さい出力に設定しても構わない。 Specifically, the operation control unit 5 obtains the current power load for each relatively short predetermined output adjustment period such as one minute in the main operation control, and from the minimum output (for example, 250 W) to the maximum output (for example, 1000 W). 3), the main output following the current power load is continuously determined as shown in FIG. 3A, and the output of the fuel cell 1 is set to the determined main output.
The minimum output may be set to 0 W or an extremely small output close to it within an allowable range.

尚、上記現電力負荷は、電力負荷計測手段１１の計測値に基づいて求められ、更に、その現電力負荷は、前の出力調整周期における電力負荷の平均値として求められる。また、現電力負荷を、実際の電力負荷よりも余裕分小さめに求めても構わない。 The current power load is obtained based on the measured value of the power load measuring means 11, and the current power load is obtained as an average value of the power load in the previous output adjustment period. Further, the current power load may be obtained with a margin smaller than the actual power load.

上記のような電主運転制御では、運転制御部５が、現電力負荷を計測してから燃料電池１の出力を電主出力に設定するまでに、若干の時間遅れが存在する。
即ち、図３（ｂ）に示すように、燃料電池１の実際の発電電力は、現電力負荷の変化状態に対して若干遅れて変化するようになる。そして、燃料電池１の発電電力が現電力負荷の急激な減少に対して敏感に追従することができずに、燃料電池１の発電電力が現電力負荷を上回り、余剰電力が発生し、その余剰電力が上述した電気ヒータ１２に供給される。 In the electric main operation control as described above, there is a slight time delay from when the operation control unit 5 measures the current power load until the output of the fuel cell 1 is set to the electric main output.
That is, as shown in FIG. 3B, the actual generated power of the fuel cell 1 changes slightly with respect to the change state of the current power load. Then, the generated power of the fuel cell 1 cannot sensitively follow the sudden decrease in the current power load, the generated power of the fuel cell 1 exceeds the current power load, and surplus power is generated. Electric power is supplied to the electric heater 12 described above.

そして、運転制御部５は、上記電主運転制御において、この余剰電力を減少させて、電気ヒータ１２による発生熱を抑制して、熱余り状態の発生を抑制するべく、以下に示す電主出力運転を実行するように構成されている。以下、この電主出力運転について説明を加える。 And the operation control part 5 reduces the surplus electric power in the electric main operation control, suppresses the heat generated by the electric heater 12, and suppresses the occurrence of a heat surplus state as described below. It is comprised so that driving | running | working may be performed. Hereinafter, this electric power output operation will be described.

ちなみに、熱余り状態とは、例えば、貯湯槽２内に貯湯されている湯水が満杯であり、ラジエター１９を作動させる状態や、熱媒供給運転中に燃料電池１から出力される熱が熱消費端末３で要求されている端末熱負荷や給湯負荷よりも大きくて、貯湯槽２内に貯湯されている湯水が満杯であり、ラジエター１９を作動させる状態である。 Incidentally, the excess heat state means, for example, that hot water stored in the hot water tank 2 is full and the radiator 19 is operated, or the heat output from the fuel cell 1 during the heat medium supply operation is consumed. It is larger than the terminal heat load and hot water supply load required at the terminal 3, the hot water stored in the hot water tank 2 is full, and the radiator 19 is in operation.

（電主出力運転）
運転制御部５は、電主出力運転において、燃料電池１の出力を、現電力負荷よりも所定の量又は割合で示される抑制幅分小さい電主出力に設定するように構成されている。
即ち、図４（ａ）に示すように、電主出力運転では、最小出力から最大出力の範囲内で、現電力負荷から抑制幅分小さい電主出力を決定し、燃料電池１の出力をその決定した電主出力に設定する。
即ち、現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最小出力から最大出力の範囲内である場合には、その出力が電主出力となり、現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最大出力よりも大きい場合には、最大出力を電主出力として決定し、現電力負荷から抑制幅分小さい出力が、最小出力よりも小さい場合には、最小出力を電主出力として決定する。 (Main output operation)
In the main output operation, the operation control unit 5 is configured to set the output of the fuel cell 1 to a main output that is smaller than the current power load by a predetermined amount or a reduction width.
That is, as shown in FIG. 4 (a), in the main output operation, the main output that is smaller by the suppression width from the current power load is determined within the range from the minimum output to the maximum output, and the output of the fuel cell 1 is changed to the main output. Set to the determined main output.
That is, if the output that is smaller by the suppression width from the current power load is within the range from the minimum output to the maximum output, that output becomes the main output, and the output that is smaller by the suppression width from the current power load is less than the maximum output. When the output is large, the maximum output is determined as the main output, and when the output smaller than the current output load by the suppression width is smaller than the minimum output, the minimum output is determined as the main output.

そして、このような電主出力運転を実行することで、図４（ｂ）に示すように、燃料電池１の実際の発電電力が現電力負荷の変化状態に対して若干遅れて変化した場合でも、余剰電力を抑制することができる。 Then, even when the actual power output of the fuel cell 1 changes slightly with respect to the change state of the current power load, as shown in FIG. Surplus power can be suppressed.

尚、上記電主出力は、電主運転制御において、最小出力から最大出力の範囲内で現電力負荷に追従するように設定される電主出力に対して、上記抑制幅分小さい出力として設定することができる。また、この場合には、電主出力が最小出力未満とならないように、上記電主出力から上記抑制幅分小さい出力が最小出力よりも小さい場合には、最小出力を電主出力に決定する。 The main output is set as an output smaller by the suppression width than the main output set to follow the current power load within the range from the minimum output to the maximum output in the main operation control. be able to. In this case, in order to prevent the main output from becoming less than the minimum output, when the output smaller than the main output by the suppression width is smaller than the minimum output, the minimum output is determined as the main output.

更に、運転制御部５は、この電主出力運転において、燃料電池１の出力を現電力負荷に対して低下させる幅である抑制幅を、余剰電力導出手段Ｘで演算又は計測される余剰電力に基づいて調整するように構成されている。 Further, in this main output operation, the operation control unit 5 sets the suppression width, which is a width for reducing the output of the fuel cell 1 with respect to the current power load, to the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means X. Configured to adjust based on.

即ち、図６に示すように、運転制御部５は、上記電主出力運転において、先ず、余剰電力導出手段Ｘにより余剰電力Ｅｏを演算又は計測すると共に、その現在の余剰電力Ｅｏと過去一定期間の余剰電力Ｅｏとから、余剰電力Ｅｏの移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）を演算する（ステップ＃２）。 That is, as shown in FIG. 6, in the main output operation, the operation control unit 5 first calculates or measures the surplus power Eo by the surplus power deriving means X, and the current surplus power Eo and the past certain period. From the surplus power Eo, the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is calculated (step # 2).

次に、上記余剰電力Ｅｏの移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）が上限値ｅ１（例えば５０Ｗ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ＃３）。
そして、上記余剰電力Ｅｏの移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）が上限値ｅ１（例えば５０Ｗ）以下である場合には、上記抑制幅Ｅｄを上記移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）に設定する。
このように、電主出力運転において、抑制幅Ｅｄを、余剰電力導出手段Ｘで演算又は計測される余剰電力の移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）に設定することで、燃料電池１の発電電力を出来るだけ大きくしながら、電気ヒータ１２により熱に変換される余剰電力を出来るだけ少なくすることができる。
尚、上記抑制幅Ｅｄは、上記移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）ではなく、例えば、瞬時値である余剰電力Ｅｏに設定しても構わない。 Next, it is determined whether or not the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is larger than an upper limit value e1 (for example, 50 W) (step # 3).
When the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is equal to or less than the upper limit value e1 (for example, 50 W), the suppression width Ed is set to the moving average value Ave (Eo).
Thus, in the main output operation, by setting the suppression width Ed to the moving average value Ave (Eo) of the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means X, the generated power of the fuel cell 1 can be generated. As much as possible, the surplus power converted into heat by the electric heater 12 can be reduced as much as possible.
The suppression width Ed may be set not to the moving average value Ave (Eo) but to, for example, the surplus power Eo that is an instantaneous value.

一方、上記余剰電力Ｅｏの移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）が上限値ｅ１（例えば５０Ｗ）よりも大きい場合には、商用電源７からの受電電力の過剰な増加による省エネルギ性の悪化を抑制するべく、上記抑制幅Ｅｄを上記上限値ｅ１に設定する（ステップ＃４）。
尚、このステップ＃３及びステップ＃４を省略して、上記抑制幅Ｅｄを常に上記移動平均値Ａｖｅ（Ｅｏ）に設定するように構成しても構わない。また、上記移動平均値の代わりに、１日毎等の所定の期間毎の余剰電力の平均値として計算される期別平均値に応じて抑制幅を調整しても構わない。また、上記移動平均値の変わりに、過去一定期間の余剰電力の移動積算値や１日毎等の所定の期間毎の余剰電力の積算値として計算される期別積算値に応じて抑制幅を調整しても構わない。 On the other hand, when the moving average value Ave (Eo) of the surplus power Eo is larger than the upper limit value e1 (for example, 50 W), it is necessary to suppress deterioration of energy saving due to excessive increase in received power from the commercial power supply 7. The suppression width Ed is set to the upper limit e1 (step # 4).
Note that step # 3 and step # 4 may be omitted, and the suppression width Ed may always be set to the moving average value Ave (Eo). Moreover, you may adjust a suppression width | variety according to the average value according to a period calculated as an average value of the surplus electric power for every predetermined periods, such as every day, instead of the above-mentioned moving average value. In addition, instead of the above moving average value, the amount of suppression is adjusted according to the cumulative integrated value of surplus power for a certain period in the past and the integrated value by period calculated as the integrated value of surplus power for each predetermined period such as every day. It doesn't matter.

更に、運転制御部５は、上記電主出力運転を実行したと仮定した場合に、後述する熱不足状態が予測されない形態で抑制幅Ｅｄの上限値ｅ１を設定することができる。 Furthermore, the operation control part 5 can set the upper limit e1 of the suppression width Ed in a form in which a heat shortage state to be described later is not predicted, assuming that the main output operation is performed.

尚、熱不足状態とは、例えば、貯湯槽２内に貯湯されている湯水が空であり、補助加熱手段Ｍを作動させる状態や、熱媒供給運転中に燃料電池１から出力される熱が熱消費端末３で要求されている端末熱負荷や給湯負荷よりも小さくて、貯湯槽２内に貯湯されている湯水が空であり、補助加熱手段Ｍを作動させる状態である。そして、例えば図５に示すように、１日等の判定対象期間における予測電力負荷と予測熱負荷を求め、その予測電力負荷に対して電主出力運転を実行したと仮定した場合に燃料電池１の発生熱が予測熱負荷に対して不足する熱不足状態が発生するか否かを判断することができる。 Note that the heat shortage state means, for example, that the hot water stored in the hot water tank 2 is empty and the auxiliary heating means M is operated, or the heat output from the fuel cell 1 during the heating medium supply operation. The hot water stored in the hot water tank 2 is smaller than the terminal heat load and hot water supply load required by the heat consuming terminal 3, and the auxiliary heating means M is activated. For example, as shown in FIG. 5, when it is assumed that the predicted power load and the predicted heat load in the determination target period such as one day are obtained and the main output operation is executed for the predicted power load, the fuel cell 1. It can be determined whether or not a heat shortage state occurs in which the generated heat is insufficient with respect to the predicted heat load.

即ち、電主出力を変化させながら、上記のような熱不足状態が発生するか否かの判断を行うことにより、電主出力運転を実行したと仮定した場合に熱不足が予測されない電主出力範囲を求めることができ、その電主出力範囲の最下限の現電力負荷に対する抑制幅を上限値ｅ１として決定する。
そして、抑制幅Ｅｄがその上限値ｅ１以下になるように制限することで、電主出力運転を実行することによる熱不足状態の発生を抑制することができ、結果、省エネルギ性の悪化を回避することができる。
尚、熱不足状態の発生を抑制する必要がない場合などにおいて、このような抑制幅Ｅｄを上限値ｅ１以下に制限することを省略しても構わない。 That is, by changing the main output and determining whether or not the above heat shortage occurs, it is assumed that the main output operation has been executed. The range can be obtained, and the suppression width for the current power load at the lowest limit of the main output range is determined as the upper limit e1.
And by restrict | limiting so that the suppression width | variety Ed may become the upper limit e1 or less, generation | occurrence | production of the heat shortage state by performing an electric main output driving | running | working can be suppressed, As a result, deterioration of energy saving property is avoided. can do.
In the case where it is not necessary to suppress the occurrence of the heat shortage state, it may be omitted to limit the suppression width Ed to the upper limit value e1 or less.

尚、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷は、運転制御部５により以下に示すように管理される。
即ち、運転制御部５は、例えば、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷として、単位時間あたりの実電力負荷、実給湯熱負荷、及び、実端末熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測する。
そして、運転制御部５は、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測された値を記憶することにより、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を１時間等の単位時間毎に管理するように構成されている。
また、運転制御部５は、実際の使用状況に応じて時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を更新する場合には、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測された値と、既に記憶されている値とを所定の割合で足し合わせ、その足し合わせた値を記憶するように構成されている。 The time series power load and the time series heat load are managed by the operation control unit 5 as shown below.
That is, the operation control unit 5 uses, for example, a heat load as a hot water supply heat load and a terminal heat load, and converts each of an actual power load per unit time, an actual hot water supply heat load, and an actual terminal heat load into the power load measuring unit 11. And the output value of the inverter 6, the hot water supply thermal load measuring means 31, and the terminal thermal load measuring means 32.
And the operation control part 5 memorize | stores the value measured in the output value of the electric power load measurement means 11 and the inverter 6, the hot water supply heat load measurement means 31, and the terminal thermal load measurement means 32, and is time-sequentially. Power load and time-series heat load are managed every unit time such as one hour.
In addition, when the operation control unit 5 updates the time-series power load and the time-series heat load according to the actual use situation, the output values of the power load measuring means 11 and the inverter 6, the hot water supply heat load, The value measured by the measuring means 31 and the terminal thermal load measuring means 32 and the value already stored are added together at a predetermined ratio, and the added value is stored.

上記実施形態では、貯湯槽２に加えて、熱消費端末３を設けて、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷としたコージェネレーションシステムを例示したが、熱消費端末３を設けずに、給湯熱負荷を熱負荷とするコージェネレーションシステムとしてもよい。 In the said embodiment, in addition to the hot water tank 2, the heat consumption terminal 3 was provided, and the cogeneration system which made the heat load the hot water supply heat load and the terminal heat load was illustrated, However, Hot water supply is not provided without providing the heat consumption terminal 3. It is good also as a cogeneration system which makes a heat load a heat load.

上記実施形態では、電気ヒータ１２が燃料電池１の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ１２にて貯湯槽２内の湯水を加熱するように構成して実施することも可能である。 In the above embodiment, the electric heater 12 is configured to heat the cooling water of the fuel cell 1. However, the electric heater 12 may be configured to heat the hot water in the hot water tank 2. It is.

上記実施形態では、運転制御手段５は、通常時に実行される電主出力運転において、燃料電池１の出力の現電力負荷に対する抑制幅を余剰電力導出手段Ｘで演算又は計測される余剰電力に基づいて調整するように構成したが、別に、一次的に実行される電主出力運転において、抑制幅を余剰電力に基づいて調整しても構わない。例えば、熱余り状態の発生が予測される時期又は熱余り状態が発生している時期である熱余り対処時期に実行される電主出力運転において、抑制幅を余剰電力に基づいて調整することで、余剰電力の減少により電気ヒータ１２による発生熱を抑制して、熱余り状態を回避するように構成しても構わない。 In the above embodiment, the operation control means 5 is based on the surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means X in the main power output operation that is normally performed, with the surplus power deriving means X calculating the suppression width for the current power load. However, in the main output operation that is primarily executed, the suppression width may be adjusted based on the surplus power. For example, in the main output operation that is executed at the time when the excess heat state is predicted or when the excess heat state is generated, the adjustment range is adjusted based on the excess power. The heat generated by the electric heater 12 may be suppressed by reducing the surplus power, and the excess heat state may be avoided.

上記実施形態では、熱電併給装置として、燃料電池１を例示したが、熱電併給装置として、例えば、ガスエンジンなどの内燃機関と発電装置とを組み合わせたものや、スターリングエンジンなどの外燃機関と発電装置とを組み合わせたものなどを適応することも可能である。 In the above embodiment, the fuel cell 1 is exemplified as the combined heat and power device. However, as the combined heat and power device, for example, a combination of an internal combustion engine such as a gas engine and a power generation device, or an external combustion engine such as a Stirling engine and power generation. It is also possible to adapt a combination with a device.

上記実施形態では、余剰電力を熱に変換する電気ヒータ１２を備え、その余剰電力により発生した熱を利用するように構成したが、余剰電力を別の用途で利用するように構成しても構わず、例えば、余剰電力を商用電源７側に逆潮流させる形態で外部に売却するように構成しても構わない。 In the above embodiment, the electric heater 12 that converts surplus power into heat is provided and the heat generated by the surplus power is used. However, the surplus power may be used for another purpose. For example, you may comprise so that surplus electric power may be sold outside in the form of making it flow backward to the commercial power supply 7 side.

本発明に係るコージェネレーションシステムは、例えば燃料電池を熱電併給装置として備え、熱電併給装置の出力を電力負荷よりも抑制幅分小さい電主出力に設定する電主出力運転を実行するにあたり、その抑制幅を適切に調整して、省エネルギ性の向上を図るためのコージェネレーションシステムに適用可能である。 The cogeneration system according to the present invention includes, for example, a fuel cell as a combined heat and power supply device, and when executing a main output operation in which the output of the combined heat and power supply device is set to a main output that is smaller than the power load by a suppression width, the suppression is performed. The present invention can be applied to a cogeneration system for appropriately adjusting the width and improving energy saving.

コージェネレーションシステムの概略構成図Schematic configuration diagram of cogeneration system コージェネレーションシステムの制御ブロック図Cogeneration system control block diagram 電主運転制御における説明図Illustration of main operation control 電主出力運転における説明図Explanatory diagram in main output operation 予測電力負荷及び予測熱負荷を示すグラフGraph showing predicted power load and predicted heat load 電主出力運転における抑制幅の調整処理を示すフローチャートFlow chart showing adjustment process of suppression width in main output operation

Explanation of symbols

１：燃料電池（熱電併給装置）
２：貯湯槽
５：運転制御部（運転制御手段）
１２：電気ヒータ
Ｘ：余剰電力導出手段 1: Fuel cell (cogeneration device)
2: Hot water storage tank 5: Operation control unit (operation control means)
12: Electric heater X: Surplus power deriving means

Claims

A combined heat and power device that generates heat and electric power, a hot water storage tank that collects the heat generated by the combined heat and power device and stores it as hot water, and outputs the power of the combined heat and power device during operation of the combined heat and power device A cogeneration system provided with an operation control means capable of executing a main output operation set to a main output smaller than the suppression width,
Surplus power deriving means for calculating or measuring surplus power that is a surplus with respect to the power load of the generated power of the combined heat and power supply device,
The cogeneration system in which the operation control means adjusts the suppression width based on surplus power calculated or measured by the surplus power deriving means in the main output operation.

The cogeneration system of Claim 1 provided with the electric heater which converts the surplus electric power into the heat stored in the hot water storage tank.

The operation control unit calculates an average value or an integrated value of surplus power calculated or measured by the surplus power deriving unit, and sets the suppression width according to the average value or the integrated value. The described cogeneration system.