JP4545069B2 - コージェネレーションシステム及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部から供給される燃料を使用して電力を発生する発電機ユニットと、前記発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えたコージェネレーションシステム及びその制御装置、特に、集合住宅内の住戸に設置され、集合住宅内の棟内電力負荷に電力を供給可能なコージェネレーションシステム及びその制御装置に関する。

従来、発電機ユニットの発生する電力及び熱エネルギを利用できる熱電併給可能なコージェネレーションシステムでは、一般的に、高電力負荷時または高熱負荷時にのみ発電機ユニットを一定の出力で運転させる運転制御、若しくは、電力負荷または熱負荷の変動に発電機ユニットの出力を追従させる運転制御が行われている。ところで、発電機ユニットがガスエンジン等の原動機と発電機を搭載している場合は、一般的に、熱エネルギの方が電力より発生量が大きいため、エネルギ効率の観点から、高熱負荷時にのみガスエンジンを予め設定した回転数の一定出力で、例えば定格運転させる運転制御が行われている（熱主運転という）。

このような熱電併給可能なコージェネレーションシステムでは、発電機ユニットを電力負荷に追従させずに熱負荷に基づき一定出力で運転していると、住戸の個別電力負荷で必要とされる電力が発電機ユニットの発電電力を下回る場合がある。ここで、戸建住宅等において系統電源側への逆潮流が電力供給契約等の理由により許容されていない場合には、逆潮流させないことを条件としてコージェネレーションシステムの運転制御を行う必要があり、例えば、発電電力から個別電力負荷に供給する電力を差し引いた余剰電力を電熱ヒータで消費し、熱として利用することで、系統電源側への逆潮流を防止するコージェネレーションシステムがある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

また、上述の熱主運転では、高熱負荷時であっても、電力負荷が極端に低下すると電熱ヒータでの電力消費が不必要に大きくなるため、エネルギ効率の観点から、低電力負荷時には運転を停止する制御が行われている。

特開２０００−３２０４０１号公報 特開２００３−１５３４４９号公報

集合住宅においては、住戸単位ではなく集合住宅全体で一括して電力契約を結ぶことがある。このような場合には、集合住宅全体で各住戸に設置されたコージェネレーションシステムの発電電力を連系することが可能となるが、現状では、集合住宅全体として、逆潮流させないことを条件としてコージェネレーションシステムの運転制御を行う必要がある。集合住宅内の住戸に個別的に設置されるコージェネレーションシステムの場合、例えば、集合住宅内の共用部やコージェネレーションシステムを設置していない住戸に対して余剰電力を供給するように構成することで、該コージェネレーションシステムが設置された住戸における電力消費が少ない場合であっても、発電機ユニットを運転でき、高エネルギ効率を維持することができると考えられる。しかし、従来は、系統電源側に逆潮流させないように運転制御しながら、集合住宅の共用部や他の住戸に対し電力を供給することができるコージェネレーションシステム及びその制御装置はなかった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、集合住宅全体で、系統電源側に逆潮流させないように運転制御でき、集合住宅全体での総合的なエネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムの制御装置を提供する点にある。また、該制御装置によって制御され、集合住宅全体でのエネルギ効率の向上を図ることができるコージェネレーションシステムを提供する。

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の制御装置は、外部から供給される燃料を使用して電力を発生する発電機ユニットと、前記発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えたコージェネレーションシステムの制御装置であって、前記コージェネレーションシステムが、集合住宅内の住戸に個別的に設置され、前記排熱回収装置で発生した熱エネルギを、当該コージェネレーションシステムの設置された前記住戸内で使用可能に構成され、前記集合住宅内の棟内電力負荷に対して電力を供給する前記集合住宅外部の系統電源側に逆潮流させないことを条件に、前記コージェネレーションシステムの前記発電機ユニットが発電した発電電力の、前記棟内電力負荷に対し供給する電力と、前記住宅内の個別電力負荷と前記コージェネレーションシステムに内蔵された電熱ヒータの少なくとも何れか一方で消費する電力との間の配分を制御することを第１の特徴とする。

上記特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置は、更に、前記発電機ユニットの前記発電電力が前記個別電力負荷より小さい場合は、前記発電電力を前記個別電力負荷に供給するように制御し、前記発電電力が前記個別電力負荷より大きく、且つ、前記発電電力から前記個別電力負荷を差し引いた余剰電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記余剰電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、前記発電電力が前記個別電力負荷より大きく、且つ、前記余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、前記余剰電力から前記棟内電力負荷に供給する電力を差し引いた正味余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように制御することを第２の特徴とする。

上記第１の特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムは、更に、前記発電機ユニットの発電電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記発電電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、前記発電電力が前記受電電力より大きい場合は、前記発電電力から前記棟内電力負荷に対して供給する電力を差し引いた正味余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように制御することを特徴とすることを第３の特徴とする。

また、上記第１の特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置は、前記コージェネレーションシステム毎の前記発電電力から前記個別電力負荷を差し引いた個別余剰電力を、前記発電電力が前記個別電力負荷より大きい全ての前記コージェネレーションシステムについて合計した棟内余剰電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記棟内余剰電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、前記棟内余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、前記個別余剰電力が所定の基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムに対し、前記個別余剰電力から前記基準電力を差し引いた電力を、前記電熱ヒータで消費するように設定するとともに、前記個別余剰電力が前記基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムの前記個別余剰電力を前記基準電力として、前記棟内余剰電力を再演算し、再演算された前記棟内余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、所定の順序付けルールに従って指定された前記コージェネレーションシステムについて、前記個別余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように設定し、当該コージェネレーションシステムの前記個別余剰電力を除外して前記棟内余剰電力を再演算する処理を行い、前記棟内余剰電力が前記受電電力以下になるまで前記処理を繰り返し実行することを第４の特徴とする。

更に、他の上記第１の特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置は、前記コージェネレーションシステム毎の前記発電電力を、前記集合住宅内の全ての前記コージェネレーションシステムについて合計した棟内発電電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記棟内発電電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、前記棟内余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、前記発電電力が所定の基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムについて、前記発電電力から前記基準電力を差し引いた電力を、前記電熱ヒータで消費するように設定するとともに、前記基準電力を前記棟内電力負荷に対して供給する個別供給電力とし、前記発電電力が前記基準電力以下の前記コージェネレーションシステムについては、前記発電電力を前記個別供給電力として、前記集合住宅内の全ての前記コージェネレーションシステムについて前記個別供給電力を合計した棟内供給電力を演算し、前記棟内供給電力が前記受電電力より大きい場合は、所定の順序付けルールに従って指定された前記コージェネレーションシステムについて、前記発電電力を前記電熱ヒータで消費するように設定し、当該コージェネレーションシステムの前記個別供給電力を除外して前記棟内供給電力を再演算する処理を行い、前記棟内供給電力が前記受電電力以下になるまで前記処理を繰り返し実行することを第５の特徴とする。

上記第４または第５の特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置は、前記所定の順序付けルールが、制御時点における熱負荷または熱負荷予測値の大きい順に前記コージェネレーションシステムを指定することを第６の特徴とする。

上記第４乃至第６の特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置は、前記基準電力が、前記コージェネレーションシステムのエネルギ効率若しくは前記棟内電力負荷に応じて設定することを第７の特徴とする。

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、上記第２乃至第７の何れかの特徴の本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置からの信号に基づいて前記電熱ヒータの動作制御を行うことを特徴とする。

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、上記第２または第３の特徴のコージェネレーションシステムの制御装置を内蔵することを特徴とする。

本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置によれば、集合住宅内の共用部や他の住戸に電力を供給可能に構成されているため、該コージェネレーションシステムの発電機ユニットの動作を高効率に維持することができる。更に、集合住宅全体での棟内電力負荷を考慮して電熱ヒータで消費する電力を調整することができため、電力供給契約等の理由により系統電源への逆潮流が許容されていない場合に、系統電源に逆潮流させないように運転制御できる。

また、例えば、電力を供給する集合住宅やコージェネレーションシステムを設置していない住戸に対し、コスト的に有利な条件を設定することで、該集合住宅やコージェネレーションシステムを設置していない住戸においても電力にかかるコストを削減できると考えられる。

以下、本発明に係るコージェネレーションシステム及びその制御装置（以下、適宜「本発明システム」、「本発明装置」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本発明システム及び本発明装置の構成について説明する。本発明装置は、外部から供給される燃料を使用して電力を発生する発電機ユニットと、発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えたコージェネレーションシステムの制御装置であって、コージェネレーションシステムが、集合住宅内の住戸に個別的に設置され、排熱回収装置で発生した熱エネルギを、例えば、温水として当該コージェネレーションシステムの設置された住戸内で使用可能に構成され、集合住宅内の棟内電力負荷に対して電力を供給する集合住宅外部の系統電源側に逆潮流させないことを条件に、コージェネレーションシステムの発電機ユニットが発電した発電電力の、棟内電力負荷に対し供給する電力と住宅内の個別電力負荷とコージェネレーションシステムに内蔵された電熱ヒータの少なくとも何れか一方で消費する電力との間の配分を制御する。

ここで、図１は、本発明システム１の構成を示す概略構成図である。図１に示すように、本発明システム１は、都市ガス（外部から供給される燃料に相当）を燃焼して回転エネルギを発生するガスエンジンやマイクロガスタービン等のエンジン４ａと、エンジン４ａの回転エネルギから第１の交流電力を発生する発電機４ｂとからなる発電機ユニット４、発電機４ｂが発生した第１の交流電力を所定の電圧と周波数の第２の交流電力に変換するインバータ５、エンジン４ａの排出する排熱を回収して熱負荷２２に対して熱エネルギを供給する排熱回収装置６、インバータ５から出力される一部の電力を消費して排熱回収装置６に熱エネルギを供給する電熱ヒータ７、インバータ５から外部に出力される正味の出力電力Ｐ１を電力負荷２１と系統電源３０との連系状態等に応じて制御する制御値を決定する出力制御手段８、及び、インバータ５の出力を制御する第１運転制御部１２ａとエンジン４ａの回転数を制御する第２運転制御部１２ｂと電熱ヒータ７の動作を制御する第３運転制御部１２ｃからなる運転制御手段１２を備えて構成される。

インバータ５は、発電機４ｂが発生した第１の交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部で変換された直流電力を系統電源３０と同じ電圧と周波数の第２の交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、ＤＣ／ＡＣ変換部で変換された第２の交流電力と系統電源３０の交流電力とを連系接続する連系継電器等を備えて構成される。インバータ５は公知の回路構成をもって実現されるので詳細な説明は割愛する。

排熱回収装置６は、エンジン４ａの排出する排熱を熱交換により熱媒体（例えば水）を加熱して回収する熱交換器、貯湯槽、ガスボイラ等の補助熱源機等からなり、本発明システム１の設置されている各住戸２内の浴槽、浴室、台所等への給湯、及び、各室の暖房用の循環給湯等の熱負荷２２に対して、温水を媒体として熱エネルギを供給可能に構成されている。

出力制御手段８は、電力負荷２１と系統電源３０との連系状態を、インバータ５内及び外部に設置された電流計及び電圧計（図示せず）の計測値に基づいて判定するとともに、本発明システム１の外部に出力する出力電力Ｐ１の制御値を決定する。

運転制御手段１２の各制御部１２ａ〜１２ｃは、出力制御手段８が決定した出力電力Ｐ１の制御値に基づいて、後述する運転制御を実行する。出力制御手段８及び運転制御手段１２は、夫々の処理をソフトウェア的に実行することで実現され、全体は、例えばマイクロコンピュータ等のストアードプログラム方式のコンピュータシステムを応用して構成される。

本発明システム１の運転制御手段１２は、発電機ユニット４を定格運転させる。具体的には、第２運転制御部１２ｂが、本発明システム１の設置されている住宅内での熱負荷２２の需要予測に応じて、当該需要の発生する直前からの所定の時間帯に定格運転させ、これ以外の場合には運転を停止させるように、エンジン４ａを運転制御する（熱主運転）。第３運転制御部１２ｃは、本発明システム１の外部に出力する出力電圧Ｐ１を調整するために、電熱ヒータ７の制御を行う。尚、ここでは、電熱ヒータ７の消費電力が、供給される電力に追従して変化可能に構成されている場合を想定して説明するが、段階的に切り替え可能に構成されていても良いし、若しくは、一定値に固定されていても良い。また、第１運転制御部１２ａは、例えば、発電機ユニット４の定格出力運転時に発生した余剰電力が電熱ヒータ７の最大消費電力より大きい場合には、インバータ５の出力を低減させるように運転制御するように構成しても構わない。

〈第１実施形態〉
本発明装置の第１実施形態について、図２を基に説明する。ここで、本実施形態では、複数の住戸２からなる集合住宅３内（棟内）の所定の住戸２（例えば住戸＃１）に本発明システム１が設置されており、本発明システム１内に本発明装置が設置されている場合を想定して説明する。

本実施形態の本発明システム１は、図２に示すように、本発明システム１のインバータ５の出力Ｅｗが、系統電源３０から住戸＃１に分電された電力と系統連系して、発電電力Ｅｗの一部を棟内電力負荷に供給可能に、更に、分電盤２３を介して、系統電源３０から住戸＃１に分電された電力と系統連系して、住戸＃１の個別電力負荷２１に電力供給可能に構成されている。尚、ここでの棟内電力負荷は、集合住宅３の共用部及び各住戸２の専有部における電力負荷を想定している。また、本実施形態の本発明装置は、本発明システム１から発電電力Ｅｗの情報（電力値）を取得するとともに、各住戸２の分電盤２３の系統電源３０側に設置された電流センサ２４及び集合住宅の受電電力Ｅｔを計測する電流センサ３２の測定値に基づき個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１及び集合住宅３外部の系統電源３０からの受電電力Ｅｔの情報（電力値）を取得し、発電電力Ｅｗの棟内電力負荷に供給する電力Ｅｂと、個別電力負荷２１に供給する電力Ｅａと電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を制御する。

以下、本発明装置による本発明システム１の動作制御について説明する。

［第１のケース］
本発明装置は、発電電力Ｅｗが住戸＃１の個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１以下（Ｅｗ≦Ｅ１）の場合、電熱ヒータ７をオフにして、発電電力Ｅｗの全部をＥａとして住戸＃１に供給するように制御する（Ｅａ＝Ｅｗ）。尚、個別電力負荷２１に対する不足分は、系統電源３０からの電力で補う。

［第２のケース］
発電電力Ｅｗが個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１より大きく（Ｅｗ＞Ｅ１）、且つ、発電電力Ｅｗから個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１を差し引いた余剰電力（Ｅｗ−Ｅ１）が、集合住宅３外部の系統電源３０からの受電電力Ｅｔ以下（Ｅｔ≧Ｅｗ−Ｅ１）の場合は、電熱ヒータ７をオフにして、余剰電力（Ｅｗ−Ｅ１）を集合住宅３内の棟内電力負荷に対して供給するように制御する。尚、電熱ヒータ７がオフなので、余剰電力（Ｅｗ−Ｅ１）は自動的に住戸＃１外の棟内電力負荷に系統電源３０と系統連系して供給される。尚、棟内電力負荷に対する不足分は、系統電源３０からの電力で補う。

［第３のケース］
発電電力Ｅｗが個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１より大きく（Ｅｗ＞Ｅ１）、且つ、余剰電力（Ｅｗ−Ｅ１）が受電電力Ｅｔより大きい（Ｅｔ＜Ｅｗ−Ｅ１）場合は、余剰電力（Ｅｗ−Ｅ１）から棟内電力負荷に供給する電力Ｅｂを差し引いた正味余剰電力Ｅｃを内蔵の電熱ヒータ７で消費するように制御する（Ｅｃ＝Ｅｗ−Ｅａ−Ｅｂ）。この場合は、本発明システム１からの出力電力は（Ｅｗ−Ｅｃ）となり、その内の住戸＃１の個別電力負荷２１に供給される電力Ｅａは自動的にＥ１となる。

従って、本実施形態の本発明システム１では、上記第２及び第３のケースにおいて、棟内電力負荷に対して発電電力Ｅｗの少なくとも一部を供給できるので、個別電力負荷２１にかかる電力Ｅ１が本発明システム１における高効率運転時の発電電力Ｅｗに満たない場合でも、集合住宅３外部の系統電源３０側に逆潮流させることなく、高効率となるように運転制御することができる。この結果、従来、個別電力負荷２１が低電力負荷時には、本発明システム１の運転を停止する制御を行っていたものが、棟内電力負荷への電力供給が可能となるため、高効率運転制御が可能になる。従来の集合住宅３の各住戸２に個別的に設置されるコージェネレーションシステムでは、第２のケースの場合に、電熱ヒータ７がオンとなるが、本発明システム１では、電熱ヒータ７がオフとなるため、より高エネルギ効率を維持することが可能になる。

〈第２実施形態〉
本発明装置の第２実施形態について、図３を基に説明する。本実施形態では、上記第１実施形態とは本発明システム１の構成が異なる場合について説明する。尚、本実施形態の本発明システム１は、上記第１実施形態と同様に、集合住宅３内の所定の住戸２（例えば住戸＃１）に本発明システム１が設置されており、本発明システム１内に本発明装置が設置されている場合を想定して説明する。

本実施形態の本発明システム１は、図３に示すように、本発明システム１のインバータ５の出力Ｅｗが、系統電源３０から集合住宅３内に供給された電力と系統連系して、発電電力Ｅｗの全部を棟内電力負荷に対して電力供給可能に構成されている。本実施形態の本発明装置は、本発明システム１から発電電力Ｅｗの情報（電力値）を取得するとともに、集合住宅の受電電力Ｅｔを計測する電流センサ３２の測定値に基づき集合住宅３外部の系統電源３０からの受電電力Ｅｔの情報（電力値）を取得し、発電電力Ｅｗの棟内電力負荷と電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を制御する。

以下、本発明装置による本発明システム１の動作制御について説明する。

［第１のケース］
本発明装置は、発電電力Ｅｗが受電電力Ｅｔ以下（Ｅｗ≦Ｅｔ）の場合は、電熱ヒータ７をオフにして、発電電力Ｅｗの全部をＥｂとして棟内電力負荷に対して供給するように制御する（Ｅｂ＝Ｅｗ）。尚、棟内電力負荷に対する不足分は、系統電源３０からの電力で補う。

［第２のケース］
発電電力Ｅｗが受電電力Ｅｔより大きい（Ｅｗ＞Ｅｔ）場合は、発電電力Ｅｗから受電電力Ｅｔを差し引いた正味余剰電力Ｅｃを内蔵の電熱ヒータ７で消費するように制御する（Ｅｃ＝Ｅｗ−Ｅｔ）。この場合、本発明システム１から棟内電力負荷に供給される電力Ｅｂは（Ｅｗ−Ｅｃ）となり、受電電力Ｅｔと同じになる。

従って、本実施形態の本発明システム１では、個別電力負荷２１の状態に関係なく、本発明システム１の運転時には発電電力Ｅｗの一部または全部を棟内電力負荷に対して供給でき、しかも、棟内電力負荷に対して供給する電力を、集合住宅３外部の系統電源３０側に逆潮流させないように運転制御することができる。この結果、本発明システム１を高効率運転となるように運転制御することができる。

〈第３実施形態〉
本発明装置の第３実施形態について、図４及び図５を基に説明する。ここで、本実施形態では、上記第１実施形態と同じ構成の本発明システム１が、集合住宅３内の複数の住戸２（例えば住戸＃１〜住戸＃ｎ）に設置されており、本発明システム１夫々が、本発明装置１０からの信号に基づいて運転制御を行う場合について説明する。

本実施形態では、図４に示すように、例えば、住戸＃１において、本発明システム１のインバータ５の出力Ｅｗ１が、系統電源３０から住戸＃１に分電された電力と系統連系して、発電電力Ｅｗ１の一部を棟内電力負荷に供給可能に、更に、分電盤２３を介して、系統電源３０から住戸＃１に分電された電力と系統連系して、住戸＃１の個別電力負荷２１に電力Ｅａ１を供給可能に構成されている。他の住戸＃２乃至住戸＃ｎの本発明システム１についても住戸＃１と同様に構成されている。本実施形態の本発明装置１０は、本発明システム１夫々から発電電力Ｅｗｉの情報（電力値）を取得するとともに、各住戸２の分電盤２３の系統電源３０側に設置された電流センサ２４及び集合住宅の受電電力Ｅｔを計測する電流センサ３２の測定値に基づき個別電力負荷２１にかかる電力Ｅｉ及び集合住宅３外部の系統電源３０からの受電電力Ｅｔの情報（電力値）を取得し、本発明システム１毎に、発電電力Ｅｗｉの棟内電力負荷と個別電力負荷２１と電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を制御する。

以下、本発明装置１０による本発明システム１の動作制御について図５を基に説明する。

先ず、本発明システム１ｉ毎に、発電電力Ｅｗｉから個別電力負荷２１にかかる電力Ｅｉを差し引いた個別余剰電力Ｅｂｉ（＝Ｅｗｉ−Ｅｉ）を、発電電力Ｅｗｉが個別電力負荷２１にかかる電力Ｅｉより大きい全ての本発明システム１について合計し、個別余剰電力Ｅｂｉの総和としての棟内余剰電力Ｅｂｔ（ΣＥｂｉ）を算出する（ステップ＃１０１）。尚、ｉは、各住戸２に１〜ｎの順に採番された住戸番号である。

棟内余剰電力Ｅｂｔが系統電源３０からの受電電力Ｅｔ以下の場合は（ステップ＃１０２でＮＯ分岐）、棟内余剰電力Ｅｂｔが系統電源３０側に逆潮流しないため、全ての本発明システム１の電熱ヒータ７をオフにして、棟内余剰電力Ｅｂｔの全部を棟内電力負荷に対して供給するように制御する。尚、棟内電力負荷に対する不足分は、系統電源３０からの電力で補う。

棟内余剰電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔより大きい場合は（ステップ＃１０２でＹＥＳ分岐）、本発明システム１の個別余剰電力Ｅｂｉについて、所定の基準電力Ｅｓまでは棟内電力負荷への電力の供給を許容するように設定し、基準電力Ｅｓを超える超過分の電力については電熱ヒータ７で消費するように設定する。詳細には、個別余剰電力Ｅｂｉが基準電力Ｅｓより大きい本発明システム１（例えば住戸＃ｊ）に対し、個別余剰電力Ｅｂｊから基準電力Ｅｓを差し引いた電力（Ｅｂｊ−Ｅｓ）を、電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃｊとして設定するとともに（Ｅｃｊ＝Ｅｂｊ−Ｅｓ）、基準電力Ｅｓを個別余剰電力Ｅｂｊとして設定し（Ｅｂｊ＝Ｅｓ）、棟内余剰電力Ｅｂｔを再演算する（ステップ＃１０３）。また、個別余剰電力Ｅｂｉが基準電力Ｅｓより小さい本発明システム１（例えば住戸＃ｋ）では、電熱ヒータ７をオフに設定して（Ｅｃｋ＝０）、個別余剰電力Ｅｂｋの全部を住戸＃ｋ外の棟内電力負荷に供給するように設定する。

ここで、基準電力Ｅｓは、コージェネレーションシステムのエネルギ効率を基に所定値を設定する場合、或いは、運転状況に応じて設定する場合等が考えられる。コージェネレーションシステムのエネルギ効率を基に所定値を設定する場合は、コージェネレーションシステムの発電電力Ｅｗに対する電熱ヒータで消費する電力Ｅｃの割合（Ｅｃ／Ｅｗ）を考慮したときのエネルギ効率に応じて求められる環境性、経済性等が一定基準を超える場合の、コージェネレーションシステムの発電電力Ｅｗの内の棟内電力負荷で消費する電力の、例えば最小値を基準電力Ｅｓとして事前に設定する。運転状況に応じて設定する場合は、集合住宅内で稼動しているコージェネレーションシステムに対し、棟内電力負荷を均等に分配或いは所定の重み付けにより分配した値を各コージェネレーションシステムの基準電力Ｅｓとして設定する。重み付け方法としては、例えば、発電電力Ｅｗの値が小さいコージェネレーションシステムに対しては、重み付け係数を大きくし、基準電力Ｅｓの値を大きく設定する。これによって、コージェネレーションシステムのエネルギ効率の向上を実現する。

再演算された棟内余剰電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔより大きい場合（ステップ＃１０４でＹＥＳ分岐）は、所定の順序付けルールに従って指定された本発明システム１（例えば住戸＃ｍ）について、個別余剰電力Ｅｂｍ（Ｅｗｍ−Ｅａｍ）の全部を電熱ヒータ７で消費するように設定する。そして、住戸＃ｍの本発明システム１の個別余剰電力Ｅｂｍを除外して棟内余剰電力Ｅｂｔを再演算する処理を行う（ステップ＃１０５）。

ここで、所定の順序付けルールは、制御時点における熱負荷２２または熱負荷２２の予測値の大きい順に本発明システム１を指定する。制御時点における熱負荷２２または熱負荷２２の予測値は、例えば、当日１日の個別日温水負荷、制御時点における個別時温水負荷、若しくは、温水負荷予測における近接時間帯での個別時温水負荷等である。ここでは、熱負荷２２が大きい住戸２から順に順序付けする。棟内電力負荷に電力を供給するように設定された本発明システム１の内、熱負荷２２（温水負荷）の最も大きい住戸２（例えば住戸＃ｍ）について、個別余剰電力Ｅｂｍを電熱ヒータ７で消費し、住戸＃ｍの本発明システム１からの出力電力（Ｅｗｍ−Ｅｂｍ）を棟内電力負荷に供給しないように設定する。

更に、棟内余剰電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔ以下になるまで、ステップ＃１０５の処理を繰り返し実行する。棟内余剰電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔ以下になると（ステップ＃１０４でＮＯ分岐）、系統電源３０側に逆潮流しないと判定して処理を終了し、各住戸２（＃１〜＃ｎ）の本発明システム１に対して、電熱ヒータ７のオンオフ及び電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃｉを制御値として与える。そして、各本発明システム１は、その制御値に基づき、電熱ヒータ７の制御を行う。

従って、集合住宅３内の複数の住戸２に本発明システム１が設置されている場合において、上述したように、本発明装置１０により棟内電力負荷に対し供給する電力Ｅｂｔと個別電力負荷２１に供給する電力Ｅａと電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を住戸２毎に個別に制御することで、集合住宅３外部の系統電源３０側に逆潮流させることなく、高効率の運転制御を実現できる。

〈第４実施形態〉
本発明装置１０の第４実施形態について、図６及び図７を基に説明する。ここで、本実施形態では、上記第２実施形態と同じ構成の本発明システム１が、集合住宅３内の複数の住戸２（例えば住戸＃１〜住戸＃ｎ）に設置されており、複数の本発明システム１を本発明装置１０によって制御する場合について説明する。

本実施形態では、図６に示すように、例えば、住戸＃１において、本発明システム１のインバータ５の出力Ｅｗ１が、系統電源３０から住戸＃１に分電された電力と系統連系しており、発電電力Ｅｗ１の全部を棟内電力負荷に供給するように構成されている。他の住戸＃２乃至住戸＃ｎの本発明システム１についても住戸＃１と同様に構成されている。本実施形態の本発明装置１０は、本発明システム１夫々から発電電力Ｅｗｉの情報（電力値）を取得するとともに、集合住宅の受電電力Ｅｔを計測する電流センサ３２の測定値に基づき、集合住宅３外部の系統電源３０からの受電電力Ｅｔの情報（電力値）を取得し、本発明システム１毎に、発電電力Ｅｗｉの棟内電力負荷と電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を制御する。

以下、本発明装置１０による本発明システム１の動作制御について図７を基に説明する。

先ず、本発明システム１毎に、発電電力Ｅｗｉを、集合住宅３内の全ての本発明システム１について合計した棟内発電電力Ｅｗｔ（ΣＥｗｉ）が、系統電源３０からの受電電力Ｅｔ以下の場合（ステップ＃２０１でＮＯ分岐）は、系統電源３０側に逆潮流しないため、全ての本発明システム１の電熱ヒータ７をオフにして、棟内発電電力Ｅｗｔの全部を棟内電力負荷に対して供給するように制御する。尚、棟内電力負荷に対する不足分は、系統電源３０からの電力で補う。

棟内発電電力Ｅｗｔが受電電力Ｅｔより大きい場合（ステップ＃２０１でＹＥＳ分岐）は、本発明システム１毎に発電電力Ｅｗｉについて、基準電力Ｅｓまでは棟内電力負荷への電力の供給を許容するように設定し、基準電力Ｅｓを超える超過分の電力については電熱ヒータ７で消費するように設定する。詳細には、発電電力Ｅｗｉが所定の基準電力Ｅｓより大きい本発明システム１（例えば住戸＃ｊ）について、発電電力Ｅｗｊから基準電力Ｅｓを差し引いた電力を、電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃｊとして設定するとともに（Ｅｃｊ＝Ｅｗｊ−Ｅｓ）、基準電力Ｅｓを棟内電力負荷に対して供給する個別供給電力Ｅｂｊとして設定する（Ｅｂｊ＝Ｅｓ）。また、発電電力Ｅｗが基準電力Ｅｓ以下の本発明システム１（例えば住戸＃ｋ）については、電熱ヒータ７をオフに設定して（Ｅｃｋ＝０）、発電電力Ｅｗｋを個別供給電力Ｅｂｋとして設定する（Ｅｂｋ＝Ｅｗｋ）。更に、集合住宅３内の全ての本発明システム１について個別供給電力Ｅｂｊ、Ｅｂｋを合計した棟内供給電力Ｅｂｔ（ΣＥｂｉ）を演算する（ステップ＃２０２）。

続いて、棟内供給電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔより大きい場合は（ステップ＃２０３でＹＥＳ分岐）、所定の順序付けルールに従って指定された本発明システム１（例えば住戸＃ｍ）について、発電電力Ｅｗｍの全部を電熱ヒータ７で消費するように設定し、この本発明システム１の電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃｍを除外して棟内供給電力Ｅｂｔを再演算する処理を行う（ステップ＃２０４）。

更に、再演算後の棟内供給電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔ以下になるまで、ステップ＃２０４の処理を繰り返し実行する。棟内供給電力Ｅｂｔが受電電力Ｅｔより小さくなると（ステップ＃２０３でＮＯ分岐）、系統電源３０側に逆潮流しないと判定して処理を終了し、各住戸２（＃１〜＃ｎ）の本発明システム１に対して電熱ヒータ７のオンオフ及び電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃｉを制御値として与える。そして、各本発明システム１は、その制御値に基づき、電熱ヒータ７の制御を行う。

従って、集合住宅３内の複数の住戸２に本発明システム１が設置されている場合において、上述したように、本発明装置１０により棟内電力負荷に対し供給する電力Ｅｂｔと電熱ヒータ７で消費する電力Ｅｃとの間での配分を住戸２毎に個別に制御することで、集合住宅３外部の系統電源３０側に逆潮流させることなく、高効率の運転制御を実現できる。

尚、上記第１及び第２実施形態では、本発明システム１内に本発明装置が設置されている場合を想定して説明したが、これに限られるものではなく、別途設けられる構成であっても良い。

また、上記各実施形態では、本発明システム１の基本制御が、ガスエンジン搭載の発電機ユニット４を想定して熱主運転を行う場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池搭載の発電機ユニット４の場合には必ずしも熱主運転を行う必要は無く、電力負荷に追従して制御しても構わない。

本発明に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示すブロック図 本発明に係るコージェネレーションシステムの第１実施形態における電力の流れを模式的に示す概念図 本発明に係るコージェネレーションシステムの第２実施形態における電力の流れを模式的に示す概念図 本発明に係るコージェネレーションシステムの第３実施形態における電力の流れを模式的に示す概念図 本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置の第３実施形態における動作制御を示すフローチャート 本発明に係るコージェネレーションシステムの第４実施形態における電力の流れを模式的に示す概念図 本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置の第４実施形態における動作制御を示すフローチャート

符号の説明

１： 本発明に係るコージェネレーションシステム
２： 住戸
３： 集合住宅
４： 発電機ユニット
４ａ： エンジン
４ｂ： 発電機
５： インバータ
６： 排熱回収装置
７： 電熱ヒータ
８： 出力制御手段
１０： 本発明に係るコージェネレーションシステムの制御装置
１２： 運転制御手段
１２ａ：第１運転制御部
１２ｂ：第２運転制御部
１２ｃ：第３運転制御部
２１： 個別電力負荷
２２： 熱負荷
２３： 分電盤
２４： 電流センサ
３０： 系統電源
３２： 電流センサ

Claims (9)

1. 外部から供給される燃料を使用して電力を発生する発電機ユニットと、前記発電機ユニットの排出する排熱を回収する排熱回収装置とを備えたコージェネレーションシステムの制御装置であって、
   前記コージェネレーションシステムが、集合住宅内の住戸に個別的に設置され、前記排熱回収装置で発生した熱エネルギを、当該コージェネレーションシステムの設置された前記住戸内で使用可能に構成され、
   前記集合住宅内の棟内電力負荷に対して電力を供給する前記集合住宅外部の系統電源側に逆潮流させないことを条件に、前記コージェネレーションシステムの前記発電機ユニットが発電した発電電力の、前記棟内電力負荷に対し供給する電力と、前記住宅内の個別電力負荷と前記コージェネレーションシステムに内蔵された電熱ヒータの少なくとも何れか一方で消費する電力との間の配分を制御することを特徴とするコージェネレーションシステムの制御装置。
2. 前記発電機ユニットの前記発電電力が前記個別電力負荷より小さい場合は、前記発電電力を前記個別電力負荷に供給するように制御し、
   前記発電電力が前記個別電力負荷より大きく、且つ、前記発電電力から前記個別電力負荷を差し引いた余剰電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記余剰電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、
   前記発電電力が前記個別電力負荷より大きく、且つ、前記余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、前記余剰電力から前記棟内電力負荷に供給する電力を差し引いた正味余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように制御することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
3. 前記発電機ユニットの発電電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記発電電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、
   前記発電電力が前記受電電力より大きい場合は、前記発電電力から前記棟内電力負荷に対して供給する電力を差し引いた正味余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように制御することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
4. 前記コージェネレーションシステム毎の前記発電電力から前記個別電力負荷を差し引いた個別余剰電力を、前記発電電力が前記個別電力負荷より大きい全ての前記コージェネレーションシステムについて合計した棟内余剰電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記棟内余剰電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、
   前記棟内余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、前記個別余剰電力が所定の基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムに対し、前記個別余剰電力から前記基準電力を差し引いた電力を、前記電熱ヒータで消費するように設定するとともに、前記個別余剰電力が前記基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムの前記個別余剰電力を前記基準電力として、前記棟内余剰電力を再演算し、
   再演算された前記棟内余剰電力が前記受電電力より大きい場合は、所定の順序付けルールに従って指定された前記コージェネレーションシステムについて、前記個別余剰電力を前記電熱ヒータで消費するように設定し、当該コージェネレーションシステムの前記個別余剰電力を除外して前記棟内余剰電力を再演算する処理を行い、
   前記棟内余剰電力が前記受電電力以下になるまで前記処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
5. 前記コージェネレーションシステム毎の前記発電電力を、前記集合住宅内の全ての前記コージェネレーションシステムについて合計した棟内発電電力が、前記系統電源からの受電電力より小さい場合は、前記棟内発電電力を前記棟内電力負荷に対して供給するように制御し、
   前記棟内発電電力が前記受電電力より大きい場合は、前記発電電力が所定の基準電力より大きい前記コージェネレーションシステムについて、前記発電電力から前記基準電力を差し引いた電力を、前記電熱ヒータで消費するように設定するとともに、前記基準電力を前記棟内電力負荷に対して供給する個別供給電力とし、前記発電電力が前記基準電力以下の前記コージェネレーションシステムについては、前記発電電力を前記個別供給電力として、前記集合住宅内の全ての前記コージェネレーションシステムについて前記個別供給電力を合計した棟内供給電力を演算し、
   前記棟内供給電力が前記受電電力より大きい場合は、所定の順序付けルールに従って指定された前記コージェネレーションシステムについて、前記発電電力を前記電熱ヒータで消費するように設定し、当該コージェネレーションシステムの前記個別供給電力を除外して前記棟内供給電力を再演算する処理を行い、
   前記棟内供給電力が前記受電電力以下になるまで前記処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
6. 前記所定の順序付けルールが、制御時点における熱負荷または熱負荷予測値の大きい順に前記コージェネレーションシステムを指定することを特徴とする請求項４または５に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
7. 前記基準電力は、前記コージェネレーションシステムのエネルギ効率若しくは前記棟内電力負荷に応じて設定することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のコージェネレーションシステムの制御装置。
8. 請求項２乃至７の何れか１項に記載のコージェネレーションシステムの制御装置からの信号に基づいて前記電熱ヒータの動作制御を行うことを特徴とするコージェネレーションシステム。
9. 請求項２または３に記載のコージェネレーションシステムの制御装置を内蔵することを特徴とするコージェネレーションシステム。