JP4605942B2 - Cogeneration system operation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと発電機とを一体化したものとか燃料電池といったような、電力と熱とを発生する熱電併給装置を設け、電力と熱の両方を得るように構成したコージェネレーションシステムの運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のものとして、電力需要に追従して運転するように構成したものがあったが、熱電併給装置で発生した熱の総量が熱需要量よりも必要以上に多いと、余剰の熱を捨てることになって無駄である。
【0003】
そこで、熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクを設け、その蓄熱タンク内の上下の所定箇所に温度センサを設け、その温度変化に基づいて蓄熱タンク内に温水が満杯になったかほぼ空になったかを判別させ、熱電併給装置の運転を制御し、熱需要に対応できるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に熱を必要としない場合でも蓄熱タンク内に熱を貯めることになり、その貯めた熱を消費するまでの時間が長いと、蓄熱タンクからの放熱量が多くなり、この放熱ロスのために省エネルギー性が低下する欠点があった。
【0005】
運転形態としては、定格運転、定格以下の部分は電力需要に追従する運転、更には複数段の電力量での運転があるが、いずれにおいても、放熱ロスを少なくするために、熱を消費するまでの時間が短くなるように熱電併給装置を運転しようとすると、電力需要が少ないときに運転することになって、見掛け上の発電効率または発電効率が低下してしまい、省エネルギー性がかえって低下する問題がある。
【0006】
逆に、発電効率を重視し、発電効率が高い状態で熱電併給装置を運転しようとすると、前述同様に、放熱ロスのために、省エネルギー性が低下する問題がある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項1および請求項2に係る発明は、見掛け上の発電効率を極力高くするとともに放熱ロスを極力少なくする状態で熱電併給装置を運転し、省エネルギー性を向上できるようにすることを目的とし、請求項3、請求項4、請求項5および請求項6に係る発明は、発電効率を極力高くするとともに放熱ロスを極力少なくする状態で熱電併給装置を運転し、省エネルギー性を向上できるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、上述のような目的を達成するために、
定格発電量の電力と熱とを発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
前記熱電併給装置で発生した電力を熱に変換する電熱変換手段と、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分またはその大半に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻を順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻とその運転開始時刻から導かれる運転終了時刻とによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときの余剰電力を前記電熱変換手段で熱に変換することを特徴としている。
また、請求項2に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、上述のような目的を達成するために、
請求項1に記載のコージェネレーションシステムの運転方法において、
所定時間を1周期Tとして、その1周期Tおよび次の1周期Tそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段を備え、
前記1周期T内での熱需要分またはその大半に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻aを順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S(t)が常に下記条件式(1)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1[式(3)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻aとその運転開始時刻aから導かれる運転終了時刻bとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときの余剰電力を前記電熱変換手段で熱に変換することを特徴としている。
【数15】
ここで、S(0)は初期蓄熱量を示している。Fは定格発電量を、kは熱電比をそれぞれ示している。
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。そして、Hは、余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量で、F>e(t)の分を積算するものであり、下記(2)式で表される。
【数16】
但し、e(t)<Fであれば、E(t)=e(t)
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
ここで、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量であり、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
PE1=GI・α+BE・β……(3)
ここで、GIは運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式(4)で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
【数17】
ここで、GI(t)は、使用する熱電併給装置によって特定される燃料供給量である。
BEは、1周期Tとなる所定時間T内での不足分の電力の投入量であり、次式(5)で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
【数18】
ここで、GPは、熱電併給装置の発電量であり、次式(6)で表される。
【数19】
但し、e(t)<Fであれば、E(t)=e(t)
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
【0009】
また、請求項3に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達成するために、
負荷電力が定格発電量より少ない場合負荷に合わせて運転することができる電力と熱とを発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻を順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻とその運転開始時刻から導かれる運転終了時刻とによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときには電力需要の変化に追従させて運転することを特徴としている。
また、請求項4に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達成するために、
請求項3に記載のコージェネレーションシステムの運転方法において、
所定時間を1周期Tとして、その1周期Tおよび次の1周期Tそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段を備え、
前記1周期T内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻aを順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S(t)が常に下記条件式(7)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1[式(3)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻aとその運転開始時刻aから導かれる運転終了時刻bとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときには電力需要の変化に追従させて運転することを特徴としている。
【数20】
ここで、S(0)は初期蓄熱量を示し、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。B[E(t)]は、電力量E(t)における熱電併給装置の発生熱量を示している。
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
PE1=GI・α+BE・β……(3)
ここで、GIは運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式(4a)で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
【数21】
ここで、GI(t)は、負荷電力が定格発電量よりも少ない運転において使用する熱電併給装置によって特定される燃料供給量である。
BEは、1周期Tとなる所定時間T内での不足分の電力の投入量であり、次式(5)で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
【数22】
ここで、GPは、熱電併給装置の発電量であり、次式(6)で表される。
【数23】
但し、e(t)<Fであれば、E(t)=e(t)
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
上記(5)および(6)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
【0010】
また、請求項5に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達成するために、
複数段に設定した発電量で運転して設定発電量の電力と熱とを発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を電気負荷に合わせて、複数段に設定した発電量で運転し、その複数段の発電量が変わる時刻を複数段の設定発電量の運転状態それぞれに順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻によって、前記熱電併給装置を複数段の設定発電量で運転することを特徴としている。
また、請求項6に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法は、前述のような目的を達成するために、
請求項5に記載のコージェネレーションシステムの運転方法において、
前記1周期T内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを電気負荷に合わせて、複数段に設定した発電量で運転し、その複数段の発電量が変わる時刻をa1 ,…,an-1 (nは正の整数)として複数段の設定発電量の運転状態それぞれに順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S’(t)が常に下記条件式(8)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1’[式(9)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻a1 ,…,an-1 によって、前記熱電併給装置を複数段の設定発電量で運転することを特徴としている。
【数24】
ここで、S’(0)は初期蓄熱量を示し、F1 、…、Fn は各設定発電量を、k1 、…、kn は各設定発電量の熱電比をそれぞれ示している。H1 、H2 、…、Hn-1 は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であり、次式で示される。
【数25】
但し、e(t)<Fk であれば、Ek (t)=e(t)
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
kは1からn−1までの整数である。
Ek (t)は、負荷電力が各設定発電量を越える場合は各設定発電量となり、負荷電力が各設定発電量より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
PE1’=GI’・α+BE’・β……(9)
ここで、GI’は、各複数段に設定した運転の運転開始時刻a1 ,…,an-1からの熱電併給装置の運転に要する総燃料供給量であり、次式(10)で表される。nは正の整数であり、GI’(t)は、複数段の発電に起因して運転される熱電併給装置によって特定される燃料供給量である。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
【数26】
BE’は、1周期Tとなる所定時間T内での不足分の電力の投入量であり、次式(11)で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
【数27】
ここで、GP’は、熱電併給装置の発電量であり、次式(12)で表される。
【数28】
但し、e(t)<Fk であれば、Ek (t)=e(t)
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
上記(11)および(12)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
【0011】
【作用】
請求項1および請求項2に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法の構成によれば、熱電併給装置を定格発電量で運転して発電し、電力需要が定格発電量よりも小さいときの電力需要を越える余剰の電力を電熱変換手段によって熱に変換し、不足分の電力を買電手段で賄うとともに、変換した熱と熱電併給装置で発生した熱によって熱需要を賄い、かつ、後で必要とする熱を蓄熱タンクに貯めて熱需要に応じることができる。このときに、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分や昼分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転する。
【0012】
また、請求項3および請求項4に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法の構成によれば、電力需要が定格発電量を越えるときは熱電併給装置を定格発電量で運転して発電し、電力需要が定格発電量よりも小さいときは熱電併給装置を電力需要に追従して運転して発電し、不足分の電力を買電手段で賄うとともに熱電併給装置で発生した熱によって熱需要を賄い、かつ、後で必要とする熱を蓄熱タンクに貯めて熱需要に応じることができる。このときに、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分や昼分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転する。
【0013】
また、請求項5および請求項6に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法の構成によれば、例えば、1日間など、1周期となる所定時間内において、熱電併給装置を複数段に設定した発電量で運転して発電し、不足分の電力を買電手段で賄うとともに熱電併給装置で発生した熱および電力需要が定格発電量より小さい時の電力需要を越える余剰電力を電熱変換手段により変換される熱とによって熱需要を賄い、かつ、後で必要とする熱を蓄熱タンクに貯めて熱需要に応じることができる。このときに、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分や昼分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転する。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例につき、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、コージェネレーションシステムの第1実施例を示すシステム構成図であり、1は熱電併給装置を、2は蓄熱タンクをそれぞれ示している。
【0015】
蓄熱タンク2には、その底側から上部にわたって第1のポンプ3を備えた循環配管4が接続されている。循環配管4に熱交換器5が設けられ、熱電併給装置1と熱交換器5とにわたって、第2のポンプ6を備えた熱回収用循環配管7が接続されている。
【0016】
この構成により、蓄熱タンク2の下部から取り出した水を熱電併給装置1からの熱によって加熱し、その加熱された蓄熱水を蓄熱タンク2に戻して蓄熱するように構成されている。
循環配管4の熱交換器5よりも下流側の箇所に電熱変換手段としての電気ヒータ8が設けられ、熱電併給装置1で発生した電力が余剰の場合に、余剰電力を熱に変換して蓄熱タンク2の下部から取り出した水を加熱し、その加熱された蓄熱水を蓄熱タンク2に蓄えることができるように構成されている。図中9は、給湯用の給湯管を示している。
【0017】
循環配管4には、熱交換器5と直列になるように出力用循環配管10が接続されるとともに、その出力用循環配管10に暖房用熱交換器11が設けられ、暖房用熱交換器11に、第3のポンプ12を備えた暖房用循環配管13を介して、室内暖房機、床暖房機、浴室乾燥機などのセントラルヒーティング用の暖房装置14が接続されている。
【0018】
熱電併給装置1には、発電電力を取り出す電力線15が接続され、その電力線15に、照明装置や電気機器などの電気負荷16が接続されている。また、電力線15に逆潮流防止用の保護装置17を介して商用電源線18が接続され、発電電力で不足するときに商用電源からの電力を投入できるように買電手段19が構成されている。
【0019】
また、電力線15に、スイッチ回路20を介して電気ヒータ8が接続され、余剰電力の発生時に電気ヒータ8に通電するようになっている。この電気ヒータ8としては、二点鎖線で示すように、熱回収用循環配管7に設けるようにしても良い。図中21はバックアップ用のガスボイラを示している。
【0020】
熱電併給装置1およびスイッチ回路20にはマイクロコンピュータ22が接続されている。
マイクロコンピュータ22には学習機能が備えられていて、図2のブロック図に示すように、需要変化特定手段23と運転時刻入力手段24と演算手段25と比較手段26と運転制御手段27とが備えられている。
【0021】
需要変化特定手段23では、前述した学習機能によって記憶されているデータに基づき、図3および図4のグラフに示すように、1周期Tとしての1日間における前述した、照明装置や電気機器駆動のための電力需要e(t)、および、給湯や暖房などの熱需要h(t)の経時的変化を、予め特定できるように構成されている。また、表−1に、上記給湯や暖房などの熱需要h(t)の経時的変化の数値例を示す。なお、図3および図4は、多数の需要家の平均値をとって概略的な変化として示したものである。
【表1】
【0022】
すなわち、前日の需要変化とか、1週間前の同じ曜日の需要変化などが順次記憶され、それらの需要変化に基づいて当日1日間および翌日1日間における熱需要h(t)、および、電力需要e(t)の経時的変化を、予め特定できるようになっているのである。
【0023】
運転時刻入力手段24では、1周期Tとしての1日間を、例えば、1分間ごとなど、設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻aを順次入力するようになっている。
【0024】
演算手段25では、需要変化特定手段23からの当日1日間および翌日1日間における熱需要h(t)、および、電力需要e(t)の経時的変化に基づいて、後述する条件式に運転時刻入力手段24から運転開始時刻aとそれから導かれる運転終了時刻bとを入力することにより、一次エネルギーの換算値を演算するようになっている。
【0025】
比較手段26では、演算手段25から入力される一次エネルギーの換算値を記憶し、その換算値と次に入力される換算値とを比較し、小さいほうの換算値とそのときの運転開始時刻aおよび運転終了時刻bを新たに記憶していき、1日間分の運転開始時刻aの入力を終了した後に、一次エネルギーの換算値が最小であった運転開始時刻aおよび運転終了時刻bを出力するようになっている。
【0026】
運転制御手段27では、比較手段26からの運転開始時刻aおよび運転終了時刻bに応答して、熱電併給装置1およびスイッチ回路20に駆動信号を出力し、一次エネルギーの換算値が最小になる状態でコージェネレーションシステムを運転するようになっている。
【0027】
次に、上記条件式について説明する。
第1実施例では、熱電併給装置1を発電効率が最も高い定格発電量(100%負荷) で運転し、電力需要e(t)が定格発電量よりも小さい余剰電力分を電気ヒータ8によって熱に変換するものとする。ここでの定格発電量としては、1kwを例示する。この定格発電量は、例えば、0.8kwなど、使用する熱電併給装置によって決まるものである。
【0028】
先ず、1周期Tとしての1日間での熱需要分またはその大半に相当する量の熱を熱電併給装置1により1日間で発生させて消費する第1の状態を想定する。1日全体での必要な熱需要h(t)の総量Aは、下記(13)式
【数29】
で求められる。また、システム全体として、熱電併給装置1の筐体や蓄熱タンク2や配管からの放熱があり、その放熱量Bは時間の関数として下記(14)式で表すことができ、
【数30】
となる。
【0029】
これらのことから、熱電併給装置1の運転開始時刻をa、運転終了時刻をbと想定して運転した場合に、得られる総熱量は、余剰電力を電気ヒータ8で熱に変換した変換熱量に熱電併給装置1からの熱量を足したものになり、この総熱量が前述した熱需要h(t)の総量Aと放熱量Bとを加算したものと等しくなる必要がある。
【0030】
余剰電力Eは、図5の(a)の電力需要の経時的変化のグラフに示すように、電力需要e(t)[kw]が定格発電量1kwよりも小さい運転時間(aからcまで)の分であり、余剰電力Eを電気ヒータ8によって熱に変換した変換熱量Hは、図5の(b)の熱需要の経時的変化のグラフに示すように、
【数31】
となる。
但し、e(t)<1であれば、E(t)=e(t)
e(t)≧1であれば、E(t)=1
ここで、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。
【0031】
熱電併給装置1からの熱量Dは、定格発電量をF、熱電比をkとすれば、
D=F・K・(b−a)
となる。いま、F=1、k=3.25であるとすれば、図6のグラフに示すように、
D=3.25(b−a)
となる。
【0032】
熱需要を主体として常に満たすためには、熱電併給装置1の運転に伴って得られる総熱量(=熱量D+変換熱量H)が、図7のグラフに示すように、熱需要h(t)の総量A相当分(斜線部分Aで示す)と放熱量B相当分(斜線部分Aの上部分Bで示す)とを加算したもの以上になる必要があり、下記(15)式が成立する。
【数32】
但し、e(t)<1であれば、E(t)=e(t)
e(t)≧1であれば、E(t)=1
ここで、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。
【0033】
放熱量Bの関数ex(t)は、蓄熱タンク2からの放熱量ST(t)、配管からの放熱量PL(t)と熱電併給装置1の筐体からの放熱量GE(t)との総和、すなわち、
ex(t)=ST(t)+PL(t)+GE(t)……(16)
で表すことができる。
【0034】
上記蓄熱タンク2、配管および熱電併給装置1の筐体からの放熱量ST(t),PL(t),GE(t)それぞれは、主としてシステム構築時の規模に比例した熱容量によって決まるものであり、例えば、配管や熱電併給装置1の筐体や蓄熱タンク2を断熱材で覆うような構成を採用すれば、その放熱量を抑えることができるが、断熱材の断熱効果もシステム構築時に予め特定できるものであり、いずれにしても、配管や熱電併給装置1の筐体や蓄熱タンク2からの放熱量は、実験や計算や学習効果などによって予め特定できるものである。
【0035】
以上のことから、蓄熱タンク2内に蓄えられている蓄熱量S(t)は、次のように示すことができ、また、コージェネレーションシステムにおいて、熱需要を賄うために、蓄熱量S(t)が不足しないことが条件になる。すなわち、
【数33】
である。ここで、S(0)は初期蓄熱量を示し、例えば、当日の運転開始時刻a(この第1実施例では、午前12時頃)までに必要な分を設定するなど、予め特定される電力需要と熱需要とに基づいて適宜設定されるものであり、予め特定できるものである。表−1に基づけば、初期蓄熱量は2,000[×(1/860)kW]である。
【0036】
前述(15)式において、熱需要h(t)、電力需要e(t)、ならびに、電力需要e(t)が定格発電量を越える時刻cそれぞれは、前述したように需要変化特定手段23によって予め特定され、また、運転終了時刻bは、(15)式の両辺を等しいとすることにより、運転開始時刻aに基づいて特定できる。
【0037】
これらのことから、運転開始時刻aを想定することにより、運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置1の運転に要する燃料供給量GIを、次式(4)で求めることができる。
【数34】
【0038】
また、1日間の不足分の電力の投入量BEは、次式(18)で求めることができる。
【数35】
ここで、GPは、熱電併給装置の発電量であり、次式(6)で表される。
【数36】
但し、e(t)<Fであれば、E(t)=e(t)
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
ここで、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。
上記(18)式および(6)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
【0039】
これらの燃料供給量GI、1日間の不足分の電力の投入量BEおよびシステムからの放熱量の一次エネルギーの換算値PE1を求めれば、
PE1=GI・α+BE・β……(3)
となる。ここで、αは燃料の一次エネルギーへの換算値、βは電力の一次エネルギーへの換算値である。ex(t)は、前述したように、システムからの放熱量である。
【0040】
更に、例えば、夕方に多量の電力需要があり、その発電効率が高く、熱電併給装置1の運転時間帯を夕方側にシフトし、蓄えた熱を翌日に消費した方が省エネルギー性を向上できる場合があることに着目し、負荷電力の多い時間帯で熱電併給装置1を運転して、余剰となった熱を次の1周期としての翌日に消費させる第2の状態を想定する。
【0041】
このように翌日に消費することを前提とする場合には、図8の(a)および(b)の熱需要と電力需要の経時的変化のグラフに示すように、翌日の熱需要分の約25%分を翌日に消費するように設定し、その翌日に消費する熱量分をも含めた状態で、熱電併給装置1の運転開始時刻aと運転終了時刻bとを導出することになる。
【0042】
この翌日に消費する熱量分が次の日の初期蓄熱量S(0)になる。この翌日に消費する熱量分としては、例えば、当日の運転開始時刻aと同じ時刻までの分を設定するなど、いずれにしても設定値であって予め特定できるものである。
例えば、熱需要分の25%分を設定するとすれば、
【数37】
となり、予め特定される熱需要と放熱分とによって特定される。
また、当日の運転開始時刻aと同じ時刻までの分を設定するとすれば、
【数38】
となり、当日の運転開始時刻aによって自ずと特定される。
【0043】
これらにより、前述した(17)式が次の通りに表される。
【数39】
ここで、tは、翌日に予定した熱量分を消費しきる時刻を当日(所定周期T)に加えた時刻である。
例えば、午後5時(17時)から翌日の午前2時まで運転したとして、表−1に基づけば、初期蓄熱量S(0)が零であったとすれば、当日の午後5時(17時)から午後12時(24時)までに必要な熱量が24,000×(1/860)kWであるのに対して発生する熱量は7× 2,800×(1/860)kW =19,600×(1/860)kW であり、余剰電力分Eを電気ヒータ8によって熱に変換した変換熱量Hを考慮したとしても4,000 ×(1/860)kW 程度が不足する。また、午前中の熱需要分 2,000×(1/860)kW があり、放熱分を見込んだとして 6,500×(1/860)kW 以上が初期蓄熱量S(0)として必要である。
【0044】
したがって、翌日分に消費することを前提とする場合に、前述した(19)式や(20)式のようにして翌日に消費する分を適宜設定した状態で、1分ごとに運転開始時刻aを入力して、前述条件式(1)を満たす一次エネルギーの換算値PE1を求め,先に求めた当日に消費する場合の最小値と比較し、第1および第2の状態を含めた全体で、一次エネルギーの換算値PE1が最小値となる運転開始時刻aおよび運転終了時刻bとを導出し、熱電併給装置1を定格運転するのである。
【0045】
以上のようにして、需要変化特定手段23によって特定される熱需要h(t)、電力需要e(t)に応じ、上記一次エネルギーの換算値PE1が最小となるように1日間における熱電併給装置1の運転開始時刻aと運転終了時刻bとを導出し、その時刻でもって熱電併給装置1を定格運転することにより、熱電併給装置1からの熱を捨てずに、省エネルギー性を向上する最適な状態でコージェネレーションシステムを運転できる。
【0046】
次に、第2実施例について説明する
この第2実施例では、電力需要e(t)が定格発電量1kwよりも小さいところでは、電力需要e(t)に合わせて発電し、定格発電量1kwよりも大きいところでは、定格発電量1kwで発電するように熱電併給装置1を運転する。
【0047】
この第2実施例では、前述第1実施例のような電気ヒータを用いないものであり、構成的には、図1および図2の電気ヒータ8およびスイッチ回路20を無くした構成となる。そして、運転開始時刻aと運転終了時刻bとを想定すれば、図9の(a)および(b)の熱需要と電力需要の経時的変化のグラフに示すように、熱電併給装置1の運転によって得られる熱量D’が総熱量となり、下記式(21)で表される。
【数40】
ここで、e(t)<1であれば、E(t)=e(t)
e(t)≧1であれば、E(t)=1
である。また、B[E(t)]は、電力量E(t)における熱電併給装置1の発生熱量であり、B[1]=3.25である。
【0048】
熱需要を主体として常に満たすためには、熱電併給装置1の運転に伴って得られる総熱量(=熱量D’)が、熱需要h(t)の総量A’相当分(斜線部分A’で示す)と放熱量B’相当分(斜線部分A’の上部分B’で示す)とを加算したもの以上になる必要があり、前述第1実施例[(15)式]と同様な下記(22)式が成立する。図面上では、D’=A’+B’として示している。
【数41】
【0049】
また、第1実施例と同様に、蓄熱タンク2内に蓄えられている蓄熱量S(t)は、次のように示すことができ、また、コージェネレーションシステムにおいて、熱需要を賄うために、蓄熱量S(t)が不足しないことが条件になる。
【0050】
更に、当日の熱需要分に相当する量の熱の大半を熱電併給装置1により当日に発生させて消費する第1の状態に加えて、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を翌日に消費する第2の状態を考察する場合、第1実施例と同様にして、前述した(19)式や(20)式など、翌日に消費する設定熱量分を予め特定される熱需要と熱電併給装置1によって発生する熱量とによって、初期蓄熱量S(0)が特定される。
【0051】
以上のことから、下記条件式(7)が成立する。
【数42】
ここで、e(t)<1であれば、E(t)=e(t)
e(t)≧1であれば、E(t)=1
である。また、B[E(t)]は、電力量E(t)における熱電併給装置1の発生熱量であり、この第2実施例においても、B[1]=3.25である。S(0)は初期蓄熱量を示している。
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
【0052】
これにより、第1実施例と同様に、翌日分に消費することを前提とする場合に、前述した(19)式や(20)式のようにして翌日に消費する分を適宜設定した状態で、1分ごとに運転開始時刻aを入力して、前述条件式(1)を満たす一次エネルギーの換算値PE1[(3)式]を求め,先に求めた当日に消費する場合の最小値と比較し、第1および第2の状態を含めた全体で、一次エネルギーの換算値PE1が最小値となる運転開始時刻aおよび運転終了時刻bとを導出し、熱電併給装置1を電力需要に追従させて運転するのである。
すなわち、
PE1=GI・α+BE・β……(3)
ここで、GIは運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式(4a)で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
【数43】
ここで、GI(t)は、負荷電力が定格発電量よりも少ない運転において使用する熱電併給装置によって特定される燃料供給量である。
【0053】
この結果、このように電力需要e(t)が定格発電量1kwよりも小さいところで、電力需要e(t)に合わせて発電するように熱電併給装置1を運転する場合であっても、第1実施例と同じように、需要変化特定手段23によって特定される熱需要h(t)、電力需要e(t)に応じ、一次エネルギーの換算値PE1[(3)式]が最小となるように1日間における熱電併給装置1の運転開始時刻aと運転終了時刻bとを導出し、その時刻でもって熱電併給装置1を定格運転することにより、熱電併給装置1からの熱を捨てずに、省エネルギー性を向上する最適な状態でコージェネレーションシステムを運転できる。
【0054】
上記第1実施例および第2実施例では、1日間を1周期Tとして繰り返して運転することになるが、例えば、生産ラインなどで、3日間とか1週間を1周期Tとして繰り返して運転する場合などにも適用でき、要するに、熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定できる所定時間を1周期Tとして設定すれば良く、1日間の不足分の電力の投入量BEの(17)式を、下記式(5)に置換し、1周期Tを任意に設定可能な所定時間とすれば良い。
【数44】
【0055】
次に、第3実施例について説明する
この第3実施例では、熱需要h(t)の多少に合わせるように熱電併給装置1を500wと定格発電量1kwとで複数段に設定した発電量で運転するものとする。
【0056】
この第3実施例において、例えば、午前9時までの午前中のピークに合わせて熱電併給装置1を500wで運転し、午前9時以降の夕方のピークに合わせて熱電併給装置1を定格発電量1kwで運転するとして、500w運転の運転開始時刻a1 と、定格発電量1kw運転への切り換え、すなわち、定格発電量1kw運転の運転開始時刻a2 と、その運転終了時刻a3 を想定すれば、図10のグラフに示すように、熱電併給装置1の運転によって得られる熱量D1とD2と余剰電力分Eを電気ヒータ8によって熱に変換した変換熱量Hとの和が総熱量Dとなり、下記式(23)で表される。
【数45】
ここで、e(t)<1であれば、E(t)=e(t)
e(t)≧1であれば、E(t)=1
である。また、T1 は、500w運転の運転開始時刻a1 から時刻a2 までの運転時間であり、T2 は1kw運転の運転開始時刻a2 から運転終了時刻a3 までの運転時間である。k1 は500w運転時の熱電比を示し、k2 は1kw運転時の熱電比を示している。
【0057】
熱需要を主体として常に満たすためには、熱電併給装置1の運転に伴って得られる総熱量(=熱量D=D1+D2+H)が、図10のグラフに示すように、熱需要h(t)の総量A相当分(斜線部分A1+A2)と放熱量B相当分(斜線部分の上部分B1+B2)とを加算したもの以上になる必要があり、前述第1実施例[(15)式]と同様な下記(24)式が成立する。
【数46】
【0058】
また、第1実施例と同様に、蓄熱タンク2内に蓄えられている蓄熱量S’(t)は、次のように示すことができ、また、コージェネレーションシステムにおいて、熱需要を賄うために、蓄熱量S’(t)が不足しないことが条件になる。
【0059】
更に、当日の熱需要分に相当する量の熱の大半を熱電併給装置1により当日に発生させて消費する第1の状態に加えて、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を翌日に消費する第2の状態を考察する場合、第1実施例と同様にして、前述した(19)式や(20)式など、翌日に消費する設定熱量分を予め特定される熱需要と熱電併給装置1によって発生する熱量とによって、初期蓄熱量S’(0)が特定される。
【0060】
以上のことから、下記条件式(25)が成立する。
【数47】
ここで、F1 、F2 は各設定発電量を、k1 、k2 は各設定発電量の熱電比をそれぞれ示している。H2 は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であり、次式で示される。この第3実施例では、F1 =500w、F2 =1kwである。
【数48】
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。F2 =1である。
【0061】
(24)式は、前述した第1実施例と同じように特定できるものであり、500w運転および定格発電量1kw運転それぞれの運転開始時刻a1,a2を想定することにより、複数段に設定した発電量での熱電併給装置の運転に要する燃料供給量GI’を、次式(26)で求めることができる。
【数49】
【0062】
また、1日間の不足分の電力の投入量BE’は、次式(27)で求めることができる。
【数50】
ここで、GP’は、熱電併給装置の発電量であり、次式(28)で表される。
【数51】
500W運転状態では電力需要e(t)よりも小さいためにE1 (t)=F1 =500w、1kw運転状態では電力需要e(t)よりも小さい部分がE2 (t)=F2 =1kwであり、電力需要e(t)よりも大きい部分はE2 (t)=e(t)である。
上記(27)および(28)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
【0063】
これらの燃料供給量GI’、1日間の不足分の電力の投入量BE’およびシステムからの放熱量の一次エネルギーの換算値PE1’を求めれば、
PE1’=GI’・α+BE’・β……(9)
となる。ここで、αは燃料の一次エネルギーへの換算値、βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
【0064】
以上のようにして、需要変化特定手段23によって特定される熱需要h(t)、電力需要e(t)に応じ、上記一次エネルギーの換算値PE1’が最小となるように、1日間における500w運転および定格発電量1kw運転それぞれの運転開始時刻a1 ,a2 、ならびに、運転終了時刻a2 ,a3 を導出し、それらの時刻でもって熱電併給装置1を運転することにより、熱電併給装置1からの熱を捨てずに、省エネルギー性を向上する最適な状態でコージェネレーションシステムを運転できる。
【0065】
上記第3実施例では、1日間を1周期として繰り返して運転することになるが、例えば、1週間を1周期として繰り返して運転する場合などにも適用でき、要するに、熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定できる所定時間を1周期として設定すれば良く、1日間の不足分の電力の投入量BE’の(27)式を、下記式(11)に置換し、Tを任意に設定可能な所定時間とすれば良い。
【数52】
この第3実施例における複数段の発電量の設定の仕方としては、各設定発電量の中間を電力需要に追随させる状態にする形態、あるいは、発電量が電力需要を越えない状態で電力需要に極力近づける形態のいずれでも良い。前者の場合、余剰電力分を電気ヒータで熱に変換すれば良い。
【0066】
また、上記第3実施例では、500w運転および定格発電量1kw運転の2種類のステップ運転を行うようにしているが、本発明としては、例えば、700w運転および定格発電量1kw運転の2段に設定した発電量の運転を行うとか、500w運転、700w運転および定格発電量1kw運転などの3段以上に設定した発電量の運転を行うようにしても良く、その場合、複数の発電量が変わる時期a1 ,…,an-1 に基づき、前述条件式(25)式を下記式(8)に置換するとともに、(26)式を下記式(10)に、そして、(28)式を下記式(12)にそれぞれ置換すれば良い。nは正の整数である。
【数53】
ここで、S’(0)は初期蓄熱量を示し、F1 、…、Fn は各設定発電量を、k1 、…、kn は各設定発電量の熱電比をそれぞれ示している。H1 、H2 、…、Hn-1 は余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量であり、次式で示される。
【数54】
但し、e(t)<Fk であれば、Ek (t)=e(t)
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
kは1からn−1までの整数である。
Ek (t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
PE1’=GI’・α+BE’・β……(9)
【数55】
【数56】
但し、e(t)<Fk であれば、Ek (t)=e(t)
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
【0067】
次に、上記第3実施例のシュミレーションテストの一例について説明する。
1日の電気需要を15kw、1日の熱需要を32.5kwとし、500w運転の時間を1時間、2時間、3時間、4時間、5時間と変化させるとともに、放熱率を0%、1%、3%、5%、10%に想定して、熱需要=排熱となるように定格発電量1kwの運転と組み合わせた。
その結果、図11のデータシートに示す計算結果が得られた。
【0068】
今、1周期T内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置1により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態として、放熱率が3%で500w運転の時間を5時間にした場合(Mで示す)と、1周期T内の負荷電力の多い時間帯で熱電併給装置1を運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態として、放熱率が10%で500w運転の時間を3時間にした場合(Lで示す)とで比較すれば、後者の場合の方が、放熱率が高いにもかかわらず、一次エネルギーとしては小さくできている。
【0069】
このように、運転時刻の設定と、熱電併給装置1を運転すべき発電量の設定とを変えることによって、放熱率が高くても一次エネルギーを小さくできる場合が多々あり、上述のように運転時刻を求めることで省エネルギーを図ることができるものであり、本発明が極めて有用であることが明らかである。
【0070】
本発明は、家庭用や製造工場や商用ビルなどの各種の用途のコージェネレーションシステムに適用できる。
【0071】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1および請求項2に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法によれば、電力需要が定格発電量よりも小さいときの電力需要を越える余剰の電力を電熱変換手段によって熱に変換し、熱電併給装置を定格発電量で運転して発電するから、定格発電量よりも小さい発電量で運転する場合に比べて見掛け上の発電効率を高くできる。
しかも、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転するから、放熱ロスのより少ない状態を選択して熱電併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上できる。
【0072】
また、請求項3および請求項4に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法によれば、電力需要が定格発電量を越えるときは熱電併給装置を定格発電量で運転して発電するから発電効率を高くでき、また、電力需要が定格発電量よりも小さいときは熱電併給装置を電力需要に追従して運転して発電し、余剰電力を発生させないようにするから、常時定格運転するよりも効率を向上できるとともに熱に変換するための構成を不用にできる。
しかも、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転するから、発電効率を極力高くできるとともに放熱ロスを極力少なくできる状態を選択して熱電併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上できる。
【0073】
また、請求項5および請求項6に係る発明のコージェネレーションシステムの運転方法によれば、熱電併給装置を複数段に設定した発電量で運転するから、常時一定出力よりも余剰電力が少なく効率良い運転ができる。
しかも、例えば、1日などの1周期内にとどまらず、翌日の午前分の熱需要など次の1周期内の熱需要の一部を賄う場合まで想定し、蓄熱タンクに貯めた熱が消費までの間に放熱する分と、不足分の電力を買電手段で賄うことをも考慮して、全体の一次エネルギーへの変換値が最小となるように運転するから、発電効率を極力高くできるとともに放熱ロスを極力少なくできる状態を選択して熱電併給装置を運転でき、省エネルギー性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るコージェネレーションシステムを示すシステム構成図である。
【図2】ブロック図である。
【図3】第1実施例の説明に供する電力需要の経時的変化を示すグラフである。
【図4】第1実施例の説明に供する熱需要の経時的変化を示すグラフである。
【図5】第1実施例の説明に供する電力需要と熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図6】第1実施例の説明に供する熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図7】第1実施例の説明に供する熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図8】第1実施例の説明に供する電力需要と熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図9】第2実施例の説明に供する電力需要と熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図10】第3実施例の説明に供する電力需要と熱需要と発生熱量との相関を示すグラフである。
【図11】第3実施例のシュミレーションの実験結果を示すデータシートである。
【符号の説明】
1…熱電併給装置
2…蓄熱タンク
8…電熱変換手段としての電気ヒータ
19…買電手段
23…需要変化特定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an operation of a cogeneration system configured to provide both electric power and heat by providing a cogeneration device that generates electric power and heat, such as an integrated engine and generator or a fuel cell. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
As this kind, there was one that was configured to follow the power demand, but if the total amount of heat generated by the combined heat and power unit is more than necessary, the excess heat is discarded It is useless.
[0003]
Therefore, a heat storage tank for storing the heat generated by the combined heat and power supply device is provided, temperature sensors are provided at predetermined locations above and below the heat storage tank, and the heat storage tank is full or almost empty based on the temperature change. The operation of the combined heat and power supply device is controlled to meet the heat demand.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even when heat is not actually needed, heat is stored in the heat storage tank, and if the time until the stored heat is consumed is long, the amount of heat released from the heat storage tank increases, and this heat loss is reduced. For this reason, there is a drawback that the energy saving performance is lowered.
[0005]
As operation modes, there are rated operation, operation that follows the power demand in the portion below the rating, and operation with multiple stages of power consumption, but in either case, heat is consumed to reduce heat dissipation loss If you try to operate the combined heat and power supply so that the time until the time is short, it will be operated when the power demand is low, the apparent power generation efficiency or power generation efficiency will decrease, and the energy saving performance will decrease There's a problem.
[0006]
On the contrary, if the power generation efficiency is emphasized and the cogeneration apparatus is operated in a state where the power generation efficiency is high, there is a problem that the energy saving performance is reduced due to the heat radiation loss as described above.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and claims 1And claim 2An object of the present invention is to operate the combined heat and power supply device in a state where the apparent power generation efficiency is increased as much as possible and the heat dissipation loss is reduced as much as possible, so that energy saving can be improved.3,
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the operation method of the cogeneration system of the invention according to
A combined heat and power generation device that generates the rated amount of power and heat;
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
Electrothermal conversion means for converting the electric power generated in the cogeneration device into heat;
Demand change specifying means for predetermining temporal changes in heat demand and power demand in each of the one period and the next one period, with a predetermined time as one period,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
Operation in the first state in which the heat demand in the one cycle or the amount corresponding to the majority of the heat demand is generated and consumed in the one cycle by the combined heat and power device and in a time zone with a high load power Assuming each of the second states in which the excess heat is consumed in the next cycle, the operation start times obtained by dividing the one cycle by the set time interval are sequentially input, and the heat storage amount in the heat storage tank is 0. As described above, the optimum operation state in which the converted value of the primary energy is minimized is obtained from the whole of the first and second states, and the obtained operation start time and the operation start time in the optimum operation state are obtained. According to the operation end time derived from the above, the combined heat and power device is operated at a rated power generation amount, and surplus power when the power demand is smaller than the rated power generation amount is converted into heat by the electrothermal conversion means.
Moreover, in order to achieve the above object, the operation method of the cogeneration system of the invention according to claim 2
In the operation method of the cogeneration system according to
A predetermined period of time is defined as one period T, and a demand change specifying method for specifying in advance a temporal change in each of the heat demand and power demand in each of the one period T and the next one period T.StepPrepared,
In the first state in which heat corresponding to the heat demand in the period T or most of the heat demand is generated and consumed in the period T by the combined heat and power supply device, and in a time zone with a large load power Assuming each of the second states in which excess heat is consumed in the next cycle, the operation start time a obtained by dividing the one cycle T at every set time interval is sequentially input, and the heat storage tank The first and second states are the optimum operating states in which the fluctuation value S (t) of the heat storage amount always satisfies the following conditional expression (1) and the converted value PE1 [Expression (3)] of the following primary energy is minimized. The operation of the combined heat and power unit with the rated power generation amount and the power demand is determined according to the operation start time a in the optimum operation state obtained and the operation end time b derived from the operation start time a. Less than when It is characterized by converting into heat by the electrothermal converting means power.
[Expression 15]
Here, S (0) indicates the initial heat storage amount. F indicates the rated power generation amount, and k indicates the thermoelectric ratio.
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system. And H is the conversion calorie | heat amount which converted surplus electric power into heat with the electrothermal conversion means, and integrates the part of F> e (t), and is represented by following (2) Formula.
[Expression 16]
However, if e (t) <F, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ F, E (t) = F
Here, E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and is the power amount that becomes the load power amount when the load power is smaller than the rated power. It is a function which shows the time-dependent change of the specified electric power demand.
PE1 = GI · α + BE · β (3)
Here, GI is the fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power supply device from the operation start time a to the operation end time b, and is represented by the following equation (4). α is a value converted into the primary energy of the fuel.
[Expression 17]
Here, GI (t) is a fuel supply amount specified by the combined heat and power device to be used.
BE is an input amount of insufficient power within a predetermined time T that is one cycle T, and is represented by the following equation (5). β is a value converted into primary energy of electric power.
[Expression 18]
Here, GP is a power generation amount of the combined heat and power supply device, and is expressed by the following equation (6).
[Equation 19]
However, if e (t) <F, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ F, E (t) = F
[0009]
Claims3In order to achieve the above-described object, the operation method of the cogeneration system of the invention according to
A cogeneration device that generates power and heat that can be operated according to the load when the load power is less than the rated power generation amount; and
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
Demand change specifying means for predetermining temporal changes in heat demand and power demand in each of the one period and the next one period, with a predetermined time as one period,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
The first state in which the heat corresponding to the heat demand within the one cycle is generated and consumed within the one cycle by the combined heat and power supply device, and the surplus by operating in a time zone with a large load power Assuming each of the second states in which the consumed heat is consumed in the next cycle, the operation start time obtained by dividing the one cycle by the set time interval is sequentially input, and the heat storage amount in the heat storage tank becomes 0 or more. In this manner, the optimum operating state in which the converted value of primary energy is minimized is obtained from the whole of the first and second states, and is derived from the obtained operation start time and the operation start time in the optimum operation state. According to the operation end time, the cogeneration apparatus is operated with a rated power generation amount, and when the power demand is smaller than the rated power generation amount, the operation is performed following the change in the power demand.
Further, the operation method of the cogeneration system of the invention according to
In the operation method of the cogeneration system according to
A predetermined period of time is defined as one period T, and a demand change specifying method for specifying in advance a temporal change in each of the heat demand and power demand in each of the one period T and the next one period T.StepPrepared,
A first state in which heat corresponding to the heat demand within the one cycle T is generated and consumed within the one cycle T by the combined heat and power supply device, and is operated in a time zone where the load power is large. Assuming each second state in which the excess heat is consumed in the next cycle, the operation start time a obtained by dividing the one cycle T at every set time interval is sequentially input, and the amount of heat stored in the heat storage tank The optimum operating state in which the fluctuation value S (t) always satisfies the following conditional expression (7) and the converted value PE1 [Expression (3)] of the following primary energy is minimized from the entirety of the first and second states. Based on the obtained operation start time a in the optimum operation state and the operation end time b derived from the operation start time a, the cogeneration device is operated at the rated power generation amount and the power demand is smaller than the rated power generation amount. Sometimes power demand changes It is characterized by operating so as to follow.
[Expression 20]
Here, S (0) indicates the initial heat storage amount, and E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and the power that is the load power amount when the load power is smaller than the rated power. Amount. B [E (t)] indicates the amount of heat generated by the combined heat and power device at the amount of power E (t).
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
PE1 = GI · α + BE · β (3)
Here, GI is the fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power device from the operation start time a to the operation end time b, and is represented by the following equation (4a). α is a value converted into the primary energy of the fuel.
[Expression 21]
Here, GI (t) is the fuel supply amount specified by the combined heat and power supply device used in the operation where the load power is less than the rated power generation amount.
BE is an input amount of insufficient power within a predetermined time T that is one cycle T, and is represented by the following equation (5). β is a value converted into primary energy of electric power.
[Expression 22]
Here, GP is a power generation amount of the combined heat and power supply device, and is expressed by the following equation (6).
[Expression 23]
However, if e (t) <F, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ F, E (t) = F
In the above formulas (5) and (6), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
[0010]
Claims5In order to achieve the above-described object, the operation method of the cogeneration system of the invention according to
A combined heat and power device that operates with the power generation amount set in multiple stages and generates the power and heat of the set power generation amount,
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
Demand change specifying means for predetermining temporal changes in heat demand and power demand in each of the one period and the next one period, with a predetermined time as one period,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
The first state in which the heat corresponding to the heat demand within the one cycle is generated and consumed within the one cycle by the combined heat and power supply device, and the surplus by operating in a time zone with a large load power Assuming each of the second states in which the generated heat is consumed in the next cycle, the cycle is adjusted to the electric load, the operation is performed with the power generation amount set in a plurality of stages, and the time when the power generation amount in the plurality of stages changes The operation states of the set power generation amounts in a plurality of stages are sequentially input so that the heat storage amount in the heat storage tank becomes 0 or more, and the optimum operation state in which the converted value of the total primary energy is minimized is the first and The thermoelectric power supply device is operated with a set power generation amount in a plurality of stages according to the operation start time in the optimum operation state obtained from the entire second state.
In order to achieve the above-mentioned object, the operation method of the cogeneration system of the invention according to
In the operation method of the cogeneration system according to
A first state in which heat corresponding to the heat demand within the one cycle T is generated and consumed within the one cycle T by the combined heat and power supply device, and is operated in a time zone where the load power is large. Assuming each second state in which surplus heat is consumed in the next cycle, the one cycle T is adjusted to the electric load, and is operated with a power generation amount set in a plurality of stages. Change time a1 , ..., an-1(Where n is a positive integer) is sequentially input to each of the operating states of the set power generation amount of a plurality of stages, and the fluctuation value S ′ (t) of the heat storage amount in the heat storage tank always satisfies the following conditional expression (8), The optimum operating state where the following converted primary energy PE1 ′ [Equation (9)] is minimized is obtained from the entire first and second states, and the operation start time a in the obtained optimum operating state is determined.1 , ..., an-1 The heat and power combined device is operated with a set power generation amount in a plurality of stages.
[Expression 24]
Here, S ′ (0) indicates the initial heat storage amount, and F ′1 ... Fn Indicates each set power generation amount, k1 ..., kn Indicates the thermoelectric ratio of each set power generation amount. H1 , H2 ... Hn-1 Is the amount of conversion heat obtained by converting surplus power into heat by the electrothermal conversion means, and is expressed by the following equation.
[Expression 25]
However, e (t) <Fk If so, Ek (T) = e (t)
e (t) ≧ Fk If so, Ek (T) = Fk
k is an integer from 1 to n-1.
Ek (T) is an amount of electric power that becomes each set electric power generation amount when the load electric power exceeds each set electric power generation amount, and an electric energy that becomes the load electric power amount when the load electric power is smaller than each set electric power generation amount. Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
PE1 '= GI' · α + BE '· β (9)
Here, GI 'is the operation start time a of the operation set in each of the plurality of stages.1 , ..., an-1Is the total fuel supply amount required for operation of the combined heat and power device, and is expressed by the following equation (10). n is a positive integer, and GI ′ (t) is a fuel supply amount specified by a combined heat and power device that is operated due to power generation in a plurality of stages. α is a value converted into the primary energy of the fuel.
[Equation 26]
BE ′ is an input amount of insufficient power within a predetermined time T that is one cycle T, and is represented by the following equation (11). β is a value converted into primary energy of electric power.
[Expression 27]
Here, GP ′ is a power generation amount of the combined heat and power supply device, and is represented by the following equation (12).
[Expression 28]
However, e (t) <Fk If so, Ek (T) = e (t)
e (t) ≧ Fk If so, Ek (T) = Fk
In the above equations (11) and (12), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
[0011]
[Action]
Claim 1And claim 2According to the configuration of the operation method of the cogeneration system according to the invention, the cogeneration system is operated with the rated power generation amount to generate power, and the surplus power exceeding the power demand when the power demand is smaller than the rated power generation amount is Converted into heat by the conversion means, while the shortage of electricity is covered by the power purchase means, the heat demand is met by the converted heat and the heat generated by the combined heat and power supply device, and the heat required later is stored in the heat storage tank. Can meet the heat demand. At this time, for example, not only within one cycle such as one day, but also to cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the morning or daytime heat demand of the next day, and stored in the heat storage tank Considering the amount of heat that is dissipated before consumption and the supply of shortage of electricity with the power purchase means, the operation is performed so that the converted value to the primary energy is minimized.
[0012]
Claims3 and claim 4According to the configuration of the operation method of the cogeneration system according to the invention, when the power demand exceeds the rated power generation amount, the cogeneration system is operated with the rated power generation amount to generate power, and the power demand is smaller than the rated power generation amount. Is operated by following the electricity demand to generate electricity, and the shortage of electricity is covered by the power purchase means and the heat generated by the combined heat and power supply device is used to supply the heat demand and the heat required later. It can be stored in a heat storage tank to meet the heat demand. At this time, for example, not only within one cycle such as one day, but also to cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the morning or daytime heat demand of the next day, and stored in the heat storage tank Considering the amount of heat that is dissipated before consumption and the supply of shortage of electricity with the power purchase means, the operation is performed so that the converted value to the primary energy is minimized.
[0013]
Claims5 and claim 6According to the configuration of the operation method of the cogeneration system according to the invention, for example, within a predetermined period of time such as one day, the cogeneration system is operated with the power generation amount set in a plurality of stages and generates power. To cover the electricity demand with the power purchase means and the heat generated by the combined heat and power supply and the surplus power that exceeds the power demand when the power demand is smaller than the rated power generation amount by the heat converted by the electrothermal conversion means, In addition, the heat required later can be stored in the heat storage tank to meet the heat demand. At this time, for example, not only within one cycle such as one day, but also to cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the morning or daytime heat demand of the next day, and stored in the heat storage tank Considering the amount of heat that is dissipated before consumption and the supply of shortage of electricity with the power purchase means, the operation is performed so that the converted value to the primary energy is minimized.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a cogeneration system, wherein 1 is a combined heat and power supply device, and 2 is a heat storage tank.
[0015]
A
[0016]
With this configuration, the water taken out from the lower part of the heat storage tank 2 is heated by the heat from the combined heat and
An
[0017]
An
[0018]
A
[0019]
In addition, the
[0020]
A
The
[0021]
In the demand
[Table 1]
[0022]
That is, the demand change on the previous day, the demand change on the same day of the week before, and the like are sequentially stored, and based on those demand changes, the heat demand h (t) for the first day of the current day and the first day of the next day, The change with time of (t) can be specified in advance.
[0023]
The operation time input means 24 sequentially inputs operation start times a obtained by dividing one day as one cycle T at set time intervals such as every minute.
[0024]
In the calculation means 25, the operation time is expressed in the conditional expression described later based on the temporal change in the heat demand h (t) and the power demand e (t) for one day on the current day and one day on the next day from the demand
[0025]
The comparison means 26 stores the converted value of the primary energy input from the calculation means 25, compares the converted value with the next input conversion value, and compares the smaller conversion value with the operation start time a at that time. And the operation end time b is newly stored, and after the input of the operation start time a for one day is completed, the operation start time a and the operation end time b at which the converted value of the primary energy is minimum are output. It is like that.
[0026]
In the operation control means 27, in response to the operation start time a and the operation end time b from the comparison means 26, a drive signal is output to the
[0027]
Next, the conditional expression will be described.
In the first embodiment, the combined heat and
[0028]
First, a first state is assumed in which the heat demand in one day as one cycle T or the amount of heat corresponding to most of the heat demand is generated and consumed in one day by the combined heat and
[Expression 29]
Is required. Moreover, as a whole system, there is heat radiation from the housing of the combined heat and
[30]
It becomes.
[0029]
From these facts, when the operation start time of the combined heat and
[0030]
The surplus power E is the operation time (from a to c) in which the power demand e (t) [kw] is smaller than the rated
[31]
It becomes.
However, if e (t) <1, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ 1, E (t) = 1
Here, E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and is the power amount that becomes the load power amount when the load power is smaller than the rated power.
[0031]
The amount of heat D from the combined heat and
D = F · K · (ba)
It becomes. If F = 1 and k = 3.25, as shown in the graph of FIG.
D = 3.25 (ba)
It becomes.
[0032]
In order to always satisfy the heat demand as a main component, the total heat amount (= heat amount D + conversion heat amount H) obtained with the operation of the combined heat and
[Expression 32]
However, if e (t) <1, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ 1, E (t) = 1
Here, E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and is the power amount that becomes the load power amount when the load power is smaller than the rated power.
[0033]
The function ex (t) of the heat release amount B is expressed as the heat release amount ST (t) from the heat storage tank 2, the heat release amount PL (t) from the piping, and the heat release amount GE (t) from the housing of the combined heat and
ex (t) = ST (t) + PL (t) + GE (t) (16)
Can be expressed as
[0034]
Each of the heat dissipation amounts ST (t), PL (t), and GE (t) from the heat storage tank 2, the piping, and the housing of the combined heat and
[0035]
From the above, the heat storage amount S (t) stored in the heat storage tank 2 can be expressed as follows, and in the cogeneration system, in order to cover the heat demand, the heat storage amount S (t ) Is not a shortage. That is,
[Expression 33]
It is. Here, S (0) indicates the initial heat storage amount. For example, the electric power specified in advance, such as setting a necessary amount by the operation start time a of the day (about 12:00 am in the first embodiment). It is appropriately set based on demand and heat demand, and can be specified in advance. Based on Table-1, the initial heat storage amount is 2,000 [× (1/860) kW].
[0036]
In the above equation (15), the heat demand h (t), the power demand e (t), and the time c at which the power demand e (t) exceeds the rated power generation amount are determined by the demand
[0037]
From these facts, by assuming the operation start time a, the fuel supply amount GI required for the operation of the
[Expression 34]
[0038]
Also, the amount of power BE input for the shortage for one day can be obtained by the following equation (18).
[Expression 35]
Here, GP is a power generation amount of the combined heat and power supply device, and is expressed by the following equation (6).
[Expression 36]
However, if e (t) <F, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ F, E (t) = F
Here, E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and is the power amount that becomes the load power amount when the load power is smaller than the rated power.
In the above formulas (18) and (6), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
[0039]
If the fuel supply amount GI, the input amount BE of the shortage of power for one day BE, and the converted value PE1 of the primary energy released from the system are obtained,
PE1 = GI · α + BE · β (3)
It becomes. Here, α is a conversion value of fuel to primary energy, and β is a conversion value of electric power to primary energy. As described above, ex (t) is the amount of heat released from the system.
[0040]
Furthermore, for example, when there is a large amount of power demand in the evening, the power generation efficiency is high, the operation time zone of the combined heat and
[0041]
When it is assumed that the next day will be consumed, as shown in the graph of changes in heat demand and power demand with time in FIGS. The operation start time a and the operation end time b of the combined heat and
[0042]
The amount of heat consumed on the next day becomes the initial heat storage amount S (0) of the next day. As the amount of heat consumed on the next day, for example, a part up to the same time as the operation start time a of the day is set.
For example, if you set 25% of the heat demand,
[Expression 37]
And is specified by the heat demand and heat radiation specified in advance.
Also, if you set the minutes up to the same time as the operation start time a of the day,
[Formula 38]
Thus, it is naturally identified by the operation start time a on that day.
[0043]
Accordingly, the above-described equation (17) is expressed as follows.
[39]
Here, t is a time obtained by adding to the day (predetermined period T) the time when the amount of heat scheduled for the next day is consumed.
For example, assuming that the engine was operated from 5:00 pm (17:00) to 2:00 am the next day, and based on Table 1, if the initial heat storage amount S (0) was zero, 5:00 pm (17:00 pm on that day) ) To 12:00 pm (24:00), the amount of heat required is 24,000 x (1/860) kW, but the amount of heat generated is 7 x 2,800 x (1/860) kW = 19,600 x (1/860 ) kW, and even if the converted heat amount H obtained by converting the surplus electric power E into heat by the
[0044]
Therefore, when it is assumed that the next day will be consumed, the operation start time a is set every minute in a state where the amount to be consumed on the next day is appropriately set as in the above-described equations (19) and (20). To obtain the converted value PE1 of the primary energy satisfying the conditional expression (1), and compare it with the minimum value in the case of consumption on the day of the previous calculation, and the total including the first and second states. The operation start time a and the operation end time b at which the converted primary value PE1 of the primary energy is the minimum value are derived, and the combined heat and
[0045]
As described above, the combined heat and power apparatus for one day so that the converted value PE1 of the primary energy is minimized according to the heat demand h (t) and the power demand e (t) specified by the demand
[0046]
Next, the second embodiment will be described.
In the second embodiment, when the power demand e (t) is smaller than the rated
[0047]
In the second embodiment, the electric heater as in the first embodiment is not used, and the configuration is such that the
[Formula 40]
Here, if e (t) <1, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ 1, E (t) = 1
It is. B [E (t)] is the amount of heat generated by the
[0048]
In order to always satisfy the heat demand as a main component, the total amount of heat (= heat amount D ′) obtained with the operation of the combined heat and
[Expression 41]
[0049]
Further, similarly to the first embodiment, the heat storage amount S (t) stored in the heat storage tank 2 can be expressed as follows, and in order to cover the heat demand in the cogeneration system, The condition is that the heat storage amount S (t) is not insufficient.
[0050]
Furthermore, in addition to the first state in which most of the amount of heat corresponding to the heat demand for the day is generated and consumed by the combined heat and
[0051]
From the above, the following conditional expression (7) is satisfied.
[Expression 42]
Here, if e (t) <1, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ 1, E (t) = 1
It is. B [E (t)] is the amount of heat generated by the
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
[0052]
Thus, in the same manner as in the first embodiment, when it is assumed that the next day will be consumed, the amount to be consumed on the next day is set appropriately as in the above-described equations (19) and (20). The operation start time a is input every minute, the converted value PE1 [formula (3)] of the primary energy satisfying the conditional expression (1) is obtained, and the minimum value in the case of consumption on the day obtained earlier Comparing and deriving the operation start time a and the operation end time b at which the converted primary value PE1 of the primary energy becomes the minimum value including the first and second states, and the combined heat and
That is,
PE1 = GI · α + BE · β (3)
Here, GI is the fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power device from the operation start time a to the operation end time b, and is represented by the following equation (4a). α is a value converted into the primary energy of the fuel.
[Expression 43]
Here, GI (t) is the fuel supply amount specified by the combined heat and power supply device used in the operation where the load power is less than the rated power generation amount.
[0053]
As a result, even when the combined heat and
[0054]
In the first embodiment and the second embodiment, the operation is repeated with one period as one cycle T. For example, when the operation is repeated with the production line or the like as one cycle T with three days or one week. In short, it is sufficient to set a predetermined time in which a temporal change in each of the heat demand and the power demand can be specified in advance as one period T, and the formula (17) of the shortage of power input BE for one day Is replaced by the following formula (5), and one cycle T may be set to a predetermined time that can be arbitrarily set.
(44)
[0055]
Next, a third embodiment will be described.
In the third embodiment, it is assumed that the
[0056]
In this third embodiment, for example, the combined heat and
[Equation 45]
Here, if e (t) <1, E (t) = e (t)
If e (t) ≧ 1, E (t) = 1
It is. T1Is the operation start time a of 500w operation1To time a2Driving time until T2Is the operation start time a of 1 kW operation2Operation end time aThreeIt is the driving time until. k1Indicates the thermoelectric ratio during 500w operation, k2Indicates the thermoelectric ratio during 1 kw operation.
[0057]
In order to always satisfy the heat demand as a main component, the total heat amount (= heat amount D = D1 + D2 + H) obtained with the operation of the combined heat and
[Equation 46]
[0058]
Moreover, it is stored in the heat storage tank 2 as in the first embodiment.Heat storage amount S ′ (t)Can be shown as follows, and in the cogeneration system, to meet the heat demand,Heat storage amount S ′ (t)The condition is that there is no shortage.
[0059]
Furthermore, in addition to the first state in which most of the amount of heat corresponding to the heat demand for the day is generated and consumed by the combined heat and
[0060]
From the above, the following conditional expression (25) is satisfied.
[Equation 47]
Where F1, F2Indicates each set power generation amount, k1, K2Indicates the thermoelectric ratio of each set power generation amount. H2Is the amount of conversion heat obtained by converting surplus power into heat by the electrothermal conversion means, and is expressed by the following equation. In this third embodiment, F1= 500w, F2= 1 kw.
[Formula 48]
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system. F2= 1.
[0061]
The equation (24) can be specified in the same manner as in the first embodiment described above, and the power generation set in multiple stages by assuming the operation start times a1 and a2 for the 500 w operation and the rated
[Equation 49]
[0062]
Further, the amount of power input BE 'for the shortage for one day can be obtained by the following equation (27).
[Equation 50]
Here, GP ′ is the power generation amount of the combined heat and power supply device, and is represented by the following equation (28).
[Equation 51]
E is smaller than the power demand e (t) in the 500W operation state.1 (T) = F1= 500w, 1kw operation state, the part smaller than the power demand e (t) is E2(T) = F2= 1 kw, and the part larger than the power demand e (t) is E2(T) = e (t).
In the above equations (27) and (28), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
[0063]
If the fuel supply amount GI ′, the input amount BE ′ of the shortage of power for one day, and the converted primary value PE1 ′ of the primary heat radiation amount are obtained,
PE1 '= GI' · α + BE '· β (9)
It becomes. Here, α is a conversion value of fuel to primary energy, and β is a conversion value of electric power to primary energy.
[0064]
As described above, according to the heat demand h (t) and the power demand e (t) specified by the demand
[0065]
In the third embodiment, the operation is repeated with one day as one cycle. However, for example, the present invention can be applied to the operation with one week as one cycle. The predetermined time that can identify the change with time is set as one cycle, and the equation (27) of the shortage of power input BE ′ for one day is replaced with the following equation (11), and T is arbitrarily set The predetermined time can be set.
[Formula 52]
As a method of setting the power generation amount in a plurality of stages in the third embodiment, a mode in which the middle of each set power generation amount follows the power demand, or in a state where the power generation amount does not exceed the power demand, Any form that is as close as possible may be used. In the former case, the surplus power may be converted to heat with an electric heater.
[0066]
Further, in the third embodiment, two types of step operation, 500 w operation and rated
[Equation 53]
Here, S ′ (0) indicates the initial heat storage amount, and F ′1... FnIndicates each set power generation amount, k1..., knIndicates the thermoelectric ratio of each set power generation amount. H1, H2... Hn-1Is the amount of conversion heat obtained by converting surplus power into heat by the electrothermal conversion means, and is expressed by the following equation.
[Formula 54]
However, e (t) <FkIf so, Ek(T) = e (t)
e (t) ≧ FkIf so, Ek(T) = Fk
k is an integer from 1 to n-1.
Ek(T) is the amount of rated power when the load power exceeds the rated power, and the amount of power that becomes the load power when the load power is smaller than the rated power. Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
PE1 '= GI' · α + BE '· β (9)
[Expression 55]
[56]
However, e (t) <FkIf so, Ek(T) = e (t)
e (t) ≧ FkIf so, Ek(T) = Fk
[0067]
Next, an example of the simulation test of the third embodiment will be described.
The daily electricity demand is 15kw, the daily heat demand is 32.5kw, the 500w operation time is changed to 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours and 5 hours, and the heat dissipation rate is 0%, 1 %, 3%, 5%, and 10%, combined with operation with a rated power generation of 1 kW so that heat demand = exhaust heat.
As a result, the calculation result shown in the data sheet of FIG. 11 was obtained.
[0068]
Now, as a first state in which heat corresponding to the heat demand within one cycle T is generated and consumed within the one cycle T by the combined heat and
[0069]
Thus, by changing the setting of the operation time and the setting of the power generation amount at which the
[0070]
The present invention can be applied to cogeneration systems for various uses such as home use, manufacturing factories, and commercial buildings.
[0071]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the claim 1And claim 2According to the operation method of the cogeneration system according to the invention, surplus power exceeding the power demand when the power demand is smaller than the rated power generation amount is converted into heat by the electrothermal conversion means, and the combined heat and power supply device is converted into the rated power generation amount. Since power is generated by operation, the apparent power generation efficiency can be increased as compared with the case of operation with a power generation amount smaller than the rated power generation amount.
Moreover, for example, it is assumed that the heat stored in the heat storage tank will not be consumed within one cycle such as one day, but will cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the heat demand for the next morning. Considering that the amount of heat dissipated during this period and that the shortage of electricity is covered by power purchase means, the system is operated so that the conversion value to the total primary energy is minimized. It is possible to select and operate the combined heat and power supply device, and to improve energy saving.
[0072]
Claims3 and claim 4According to the operation method of the cogeneration system according to the invention, when the power demand exceeds the rated power generation amount, the combined heat and power generation device is operated with the rated power generation amount to generate power, so that the power generation efficiency can be increased, and the power demand is rated. When it is smaller than the amount of power generation, the combined heat and power unit is operated to generate power by following the power demand, so that excess power is not generated. The configuration can be made unnecessary.
Moreover, for example, it is assumed that the heat stored in the heat storage tank will not be consumed within one cycle such as one day, but will cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the heat demand for the next morning. Considering that the amount of heat dissipated during this period and that the shortage of electricity is covered by power purchase means, the operation is performed so that the total conversion value to primary energy is minimized, so that the power generation efficiency can be made as high as possible. It is possible to operate the combined heat and power supply by selecting a state where heat loss can be reduced as much as possible, and to improve energy saving.
[0073]
Claims5 and claim 6According to the operation method of the cogeneration system according to the invention, since the combined heat and power supply device is operated with the power generation amount set in a plurality of stages, it is possible to efficiently operate with less surplus power than the constant output at all times.
Moreover, for example, it is assumed that the heat stored in the heat storage tank will not be consumed within one cycle such as one day, but will cover a part of the heat demand within the next one cycle such as the heat demand for the next morning. Considering that the amount of heat dissipated during this period and that the shortage of electricity is covered by power purchase means, the operation is performed so that the total conversion value to primary energy is minimized, so that the power generation efficiency can be made as high as possible. It is possible to operate the combined heat and power supply by selecting a state where heat loss can be reduced as much as possible, and to improve energy saving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a cogeneration system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram.
FIG. 3 is a graph showing a change in power demand with time for explaining the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the change over time in heat demand for explaining the first embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a correlation among electric power demand, heat demand, and generated heat amount for explaining the first embodiment.
FIG. 6 is a graph showing the correlation between the heat demand and the amount of generated heat for explaining the first embodiment.
FIG. 7 is a graph showing the correlation between the heat demand and the amount of generated heat for explaining the first embodiment.
FIG. 8 is a graph showing a correlation among electric power demand, heat demand, and generated heat amount for explaining the first embodiment.
FIG. 9 is a graph showing a correlation among electric power demand, heat demand, and generated heat amount for explaining the second embodiment.
FIG. 10 is a graph showing a correlation among electric power demand, heat demand, and generated heat amount for explaining the third embodiment.
FIG. 11 is a data sheet showing a result of a simulation experiment of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Combined heat and power system
2 ... Thermal storage tank
8 ... Electric heater as electrothermal conversion means
19 ... Power purchase
23 ... Demand change identification means
Claims (6)
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
前記熱電併給装置で発生した電力を熱に変換する電熱変換手段と、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分またはその大半に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻を順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻とその運転開始時刻から導かれる運転終了時刻とによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときの余剰電力を前記電熱変換手段で熱に変換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運転方法。A combined heat and power generation device that generates the rated amount of power and heat;
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
Electrothermal conversion means for converting the electric power generated in the cogeneration device into heat;
As a one round-life for a predetermined time, and demand change specifying means for pre-specifying the change over time in the respective heat demand and power demand of one round-life Contact and following one round Kiso been within which each,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
First state to consume is generated in said one rotation period by the cogeneration system the amount of heat corresponding to the heat demand content or the majority within said one rotation period, and, in the load much power time zone was a surplus driving heat assuming respective second state to be consumed by the next cycle, the sequentially inputs the divided operation start time of the one rotation period every time setting interval, in the heat storage tank as the heat storage amount is 0 or more, the optimum operating conditions corresponding value of total primary energy is minimized determined from the whole of the first and second states, the operation start time of the optimum operating conditions determined and by the operation end time which the guided operation start time or al, the heat surplus power when the power demand less than the rated power generation amount by the electrothermal converting means as well as operating the cogeneration device by the rated power generation amount Koji characterized by conversion Method of operating ne configuration system.
所定時間を1周期Tとして、その1周期Tおよび次の1周期Tそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段を備え、
前記1周期T内での熱需要分またはその大半に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻aを順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S(t)が常に下記条件式(1)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1[式(3)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻aとその運転開始時刻aから導かれる運転終了時刻bとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときの余剰電力を前記電熱変換手段で熱に変換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運転方法。
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。そして、Hは、余剰電力を電熱変換手段で熱に変換した変換熱量で、F>e(t)の分を積算するものであり、下記(2)式で表される。
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
ここで、E(t)は、負荷電力が定格電力を越える場合は定格電力量となり、負荷電力が定格電力より小さい場合はその負荷電力量となる電力量であり、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。
PE1=GI・α+BE・β……(3)
ここで、GIは運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式(4)で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
BEは、1周期Tとなる所定時間T内での不足分の電力の投入量であり、次式(5)で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
e(t)≧Fであれば、E(t)=F In the operation method of the cogeneration system according to claim 1,
The predetermined time as one cycle T, with its one period T and the next one period T heat demand and power demand respectively demand changes specific means to pre-specified temporal changes in the respective
In the first state in which heat corresponding to the heat demand in the period T or most of the heat demand is generated and consumed in the period T by the combined heat and power supply device, and in a time zone with a large load power Assuming each of the second states in which excess heat is consumed in the next cycle, the operation start time a obtained by dividing the one cycle T at every set time interval is sequentially input, and the heat storage tank The first and second states are the optimum operating states in which the fluctuation value S (t) of the heat storage amount always satisfies the following conditional expression (1) and the converted value PE1 [Expression (3)] of the following primary energy is minimized. The operation of the combined heat and power unit with the rated power generation amount and the power demand is determined according to the operation start time a in the optimum operation state obtained and the operation end time b derived from the operation start time a. Less than when The method of operating a cogeneration system and converting the power into heat at the electrothermal converting means.
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system. And H is the conversion calorie | heat amount which converted surplus electric power into heat with the electrothermal conversion means, and integrates the part of F> e (t), and is represented by following (2) Formula.
If e (t) ≧ F, E (t) = F
Here, E (t) is the rated power amount when the load power exceeds the rated power, and is the power amount that becomes the load power amount when the load power is smaller than the rated power. It is a function which shows the time-dependent change of the specified electric power demand.
PE1 = GI · α + BE · β (3)
Here, GI is the fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power supply device from the operation start time a to the operation end time b, and is represented by the following equation (4). α is a value converted into the primary energy of the fuel.
BE is an input amount of insufficient power within a predetermined time T that is one cycle T, and is represented by the following equation (5). β is a value converted into primary energy of electric power.
If e (t) ≧ F, E (t) = F
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻を順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻とその運転開始時刻から導かれる運転終了時刻とによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときには電力需要の変化に追従させて運転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運転方法。A cogeneration device that generates power and heat that can be operated according to the load when the load power is less than the rated power generation amount; and
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
As a one round-life for a predetermined time, and demand change specifying means for pre-specifying the change over time in the respective heat demand and power demand of one round-life Contact and following one round Kiso been within which each,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
First state to consume is generated in said one rotation period by the cogeneration system the amount of heat corresponding to the heat demand content in said one rotation period, and operating at high period during the power the heat becomes excessive assume respective second state to be consumed by the next cycle, the sequentially input the divided operation start time of the one rotation period every time setting interval, the heat storage amount of the heat storage tank is set to be greater than 0, the optimum operating conditions corresponding value of total primary energy is minimized determined from the whole of the first and second states, the operation start time of the optimum operating conditions determined and its operation by the operation completion time derived start time or al, and characterized in that operation by following the change in power demand when the power demand as well as operating at rated power generation amount of the cogeneration device is smaller than the rated power generation amount Cogeneration system Beam method of operation.
所定時間を1周期Tとして、その1周期Tおよび次の1周期Tそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段を備え、
前記1周期T内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを設定時間間隔ごとに分割した運転開始時刻aを順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S(t)が常に下記条件式(7)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1[式(3)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻aとその運転開始時刻aから導かれる運転終了時刻bとによって、前記熱電併給装置を定格発電量で運転するとともに電力需要が定格発電量よりも小さいときには電力需要の変化に追従させて運転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運転方法。
また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
PE1=GI・α+BE・β……(3)
ここで、GIは運転開始時刻aから運転終了時刻bまでの熱電併給装置の運転に要する燃料供給量であり、次式(4a)で表される。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
BEは、1周期Tとなる所定時間T内での不足分の電力の投入量であり、次式(5)で表される。βは電力の一次エネルギーへの換算値である。
e(t)≧Fであれば、E(t)=F
上記(5)および(6)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。 In the operation method of the cogeneration system according to claim 3,
The predetermined time as one cycle T, with its one period T and the next one period T heat demand and power demand respectively demand changes specific means to pre-specified temporal changes in the respective
A first state in which heat corresponding to the heat demand within the one cycle T is generated and consumed within the one cycle T by the combined heat and power supply device, and is operated in a time zone where the load power is large. Assuming each second state in which the excess heat is consumed in the next cycle, the operation start time a obtained by dividing the one cycle T at every set time interval is sequentially input, and the amount of heat stored in the heat storage tank The optimum operating state in which the fluctuation value S (t) always satisfies the following conditional expression (7) and the converted value PE1 [Expression (3)] of the following primary energy is minimized from the entirety of the first and second states. Based on the obtained operation start time a in the optimum operation state and the operation end time b derived from the operation start time a, the cogeneration device is operated at the rated power generation amount and the power demand is smaller than the rated power generation amount. Sometimes power demand changes The method of operating a cogeneration system characterized by operating by following.
Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
PE1 = GI · α + BE · β (3)
Here, GI is the fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power device from the operation start time a to the operation end time b, and is represented by the following equation (4a). α is a value converted into the primary energy of the fuel.
BE is an input amount of insufficient power within a predetermined time T that is one cycle T, and is represented by the following equation (5). β is a value converted into primary energy of electric power.
If e (t) ≧ F, E (t) = F
In the above formulas (5) and (6), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
前記熱電併給装置で発生した熱を貯める蓄熱タンクと、
所定時間を1周期として、その1周期および次の1周期それぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段と、
不足分の電力を投入可能な買電手段とを備え、
前記1周期内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期を電気負荷に合わせて、複数段に設定した発電量で運転し、その複数段の発電量が変わる時刻を複数段の設定発電量の運転状態それぞれに順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量が0以上になるようにして、全体の一次エネルギーの換算値が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻によって、前記熱電併給装置を複数段の設定発電量で運転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運転方法。A combined heat and power device that operates with the power generation amount set in multiple stages and generates the power and heat of the set power generation amount,
A heat storage tank for storing heat generated by the cogeneration device;
As a one round-life for a predetermined time, and demand change specifying means for pre-specifying the change over time in the respective heat demand and power demand of one round-life Contact and following one round Kiso been within which each,
Power purchase means capable of supplying insufficient power,
First state to consume is generated in said one rotation period by the cogeneration system the amount of heat corresponding to the heat demand content in said one rotation period, and operating at high period during the power the heat becomes excessive assume respective second state to be consumed by the next cycle, combined the one round-life to an electrical load, operating power generation amount set in a plurality of stages, the power generation amount of the plurality of stages the time to change sequentially input to each operating state of the setting power of several stages double, as the heat storage amount of the heat storage tank is greater than 0, the optimum operating conditions corresponding value of total primary energy is minimized determined from the whole of the first and second states, the operation start time of the determined optimum operating conditions Consequently, the cogeneration system, characterized by operating the cogeneration device by setting the power generation amount of a plurality of stages how to drive.
所定時間を1周期Tとして、その1周期Tおよび次の1周期Tそれぞれ内の熱需要および電力需要それぞれの経時的変化を予め特定する需要変化特定手段を備え、
前記1周期T内での熱需要分に相当する量の熱を前記熱電併給装置により前記1周期T内で発生させて消費する第1の状態、および、負荷電力の多い時間帯で運転して余剰となった熱を次の周期で消費する第2の状態それぞれを想定し、前記1周期Tを電気負荷に合わせて、複数段に設定した発電量で運転し、その複数段の発電量が変わる時刻をa1 ,…,an-1 (nは正の整数)として複数段の設定発電量の運転状態それぞれに順次入力し、前記蓄熱タンク内の蓄熱量の変動値S’(t)が常に下記条件式(8)を満たすとともに、下記一次エネルギーの換算値PE1’[式(9)]が最小となる最適運転状態を前記第1および第2の状態の全体から求め、求められた最適運転状態の運転開始時刻a1 ,…,an-1 によって、前記熱電併給装置を複数段の設定発電量で運転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運転方法。
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
kは1からn−1までの整数である。
Ek (t)は、負荷電力が各設定発電量を越える場合は各設定発電量となり、負荷電力が各設定発電量より小さい場合はその負荷電力量となる電力量である。また、h(t)は、予め特定された熱需要の経時的変化を示す関数であり、ex(t)はシステムからの放熱量である。
PE1’=GI’・α+BE’・β……(9)
ここで、GI’は、各複数段に設定した運転の運転開始時刻a1 ,…,an-1からの熱電併給装置の運転に要する総燃料供給量であり、次式(10)で表される。nは正の整数であり、GI’(t)は、複数段の発電に起因して運転される熱電併給装置によって特定される燃料供給量である。αは燃料の一次エネルギーへの換算値である。
e(t)≧Fk であれば、Ek (t)=Fk
上記(11)および(12)式において、e(t)は、予め特定された電力需要の経時的変化を示す関数である。 In the operation method of the cogeneration system according to claim 5,
The predetermined time as one cycle T, with its one period T and the next one period T heat demand and power demand respectively demand changes specific means to pre-specified temporal changes in the respective
A first state in which heat corresponding to the heat demand within the one cycle T is generated and consumed within the one cycle T by the combined heat and power supply device, and is operated in a time zone where the load power is large. Assuming each second state in which surplus heat is consumed in the next cycle, the one cycle T is adjusted to the electric load, and is operated with a power generation amount set in a plurality of stages. The changing times are sequentially input as a 1 ,..., A n-1 (n is a positive integer) to each of the operating states of the set power generation amount in plural stages, and the fluctuation value S ′ (t) of the heat storage amount in the heat storage tank. Always satisfies the following conditional expression (8), and the optimum operating state in which the converted value PE1 ′ [Expression (9)] of the following primary energy is minimized is obtained from the entire first and second states. starting time a 1 of the best operating conditions, ..., by a n-1, the cogeneration system The method of operating a cogeneration system, characterized in that the operation at the preset amount of power generated by the plurality of stages.
If e (t) ≧ F k , E k (t) = F k
k is an integer from 1 to n-1.
E k (t) is an electric power amount that becomes each set electric power generation amount when the load electric power exceeds each set electric power generation amount, and becomes an electric power amount that becomes the load electric power when the load electric power is smaller than each set electric power generation amount. Further, h (t) is a function indicating a temporal change in heat demand specified in advance, and ex (t) is an amount of heat released from the system.
PE1 ′ = GI ′ · α + BE ′ · β (9)
Here, GI ′ is the total fuel supply amount required for the operation of the combined heat and power device from the operation start times a 1 ,..., An n−1 of the operation set in each of the plurality of stages, and is expressed by the following equation (10). Is done. n is a positive integer, and GI ′ (t) is a fuel supply amount specified by the combined heat and power unit that is operated due to power generation in a plurality of stages. α is a value converted into the primary energy of the fuel.
If e (t) ≧ F k , E k (t) = F k
In the above equations (11) and (12), e (t) is a function indicating a change in power demand with time specified in advance.
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