JP4966066B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
(1)発電機と貯湯タンクとを排熱回収ラインで接続し、前記発電機が発電時に発生する熱で加熱した湯を貯湯タンクに貯湯するコージェネレーションシステムにおいて、前記貯湯タンクに回収する湯の温度を測定する排熱回収温度測定手段と、前記排熱回収ラインに循環させる循環水の流量を調整する流量調整手段と、前記排熱回収温度測定手段が測定した測定温度を、排熱回収温度の設定値に調整するように、前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、を有する。
尚、「発電機」には、ガスエンジンや燃料電池など電力を発電する各種機器を含む。
また、「流量調整手段」は、ポンプや流量調整弁を含む。
「過去の運転実績」には、水温、外気温、熱負荷、電力負荷、排熱回収温度、放熱率、発電機の運転特性など、過去にコージェネレーションシステムを運転した際に得られた各種値を含む。
また、「予測対象日の運転条件」には、予測対象日の蓄熱量、外気温、水温、発電機の運転状態など、排熱回収温度設定時に予測される予測対象日の条件を含む。
図1は、コージェネレーションシステム1の概略構成図である。
コージェネレーションシステム1は、「発電機」の一例である燃料電池2と、貯湯ユニット3とから構成される。
図2は、図1に示すコントローラ30の電気ブロック構成を示す図である。
コントローラ30は、CPU31に、ROM32と、RAM33と、ハード・ディスク・ドライブ(以下「HDD」という。)34と、燃料電池2と、ポンプ6と、余剰電力ヒータ7と、混合器14と、熱源機17と、電力供給制御装置19と、出口温度センサ8、排熱温度センサ9、排熱回収流量センサ10、貯湯センサ11、水温計13と、流量計18と、電力量計測計22と、外気温センサ23とが、バス35を介して接続されている。
ROM32は、読み出し専用不揮発性メモリであって、各種データやプログラムを記憶する。
RAM33は、読み書き可能な揮発性メモリであって、各種データやプログラムを記憶する。
外気温記憶手段45は、外気温センサ23が測定した外気温を所定間隔の積算(平均)データとして、日時に関連付けて記憶するデータベースである。
電力負荷・偏差記憶手段46は、電力量計測計22が測定した電力負荷及びその偏差を所定間隔の積算(平均)データとして、日時に関連付けて記憶するデータベースである。
熱負荷・偏差記憶手段47は、流量計18が測定した熱負荷及びその偏差を所定間隔の積算(平均)データとして、日時に関連付けて記憶するデータベースである。
排熱回収量記憶手段49は、排熱回収流量センサ10が測定した流量を所定間隔の積算(平均)データとして、日時に関連付けて記憶するデータベースである。
次に、上記構成を有するコージェネレーションシステム1の動作について説明する。先ず、予測対象日の運転計画を作成する場合について説明する。
予測対象日の運転計画は、例えば、CPU31が予測対象日前日に運転計画プログラム41を読み出して実行することにより行われる。
CPU31は、図3のステップ1(以下「S1」と略す。)において、熱負荷予測ロジックを実行する。図5は、図3に示す熱負荷予測ロジック(S1)のサブフローチャートである。熱負荷予測ロジックでは、例えば夏場は給湯温度が低くて湯の使用量が少なく、また、冬場は給湯温度が高くて湯の使用量が多いなど、熱負荷が外気温の影響を受けやすいため、外気温や外気温に伴って変動する水温の影響を考慮して、予測対象日の熱負荷を時間帯別に予測する。
次に、予測対象日当日にコージェネレーションシステム1の運転を制御する場合について説明する。運転制御は、CPU31が、HDD34から運転制御プログラム42を読み出して実行することにより行われる。図8は、図2に示す運転制御プログラム42のフローチャートである。CPU31は、排熱回収温度を予測対象日の排熱回収温度の設定値に調整するように排熱回収ライン5に循環させる循環水の流量を調整しながら、予測対象日の熱負荷や電力負荷、水温等の予測が予測対象日当日の実際値と乖離するか否かを監視し、予測対象日の熱負荷や電力負荷、水温等の予測が予測対象日当日の実際値と乖離した場合に、排熱回収温度を補正して最適運転を行うものである。
従って、本実施形態のコージェネレーションシステム1は、排熱回収ライン5に循環させる循環水の流量を調整することにより、貯湯タンク4に回収する湯の温度を排熱回収温度の設定値に調整するので(図8のS34〜S38参照)、排熱回収温度を変更しても放熱ロスが少なく、熱回収効率を向上させることができる。
例えば、夏場にコージェネレーションシステム1を運用する場合において、電力負荷が20kW、熱負荷が20MJ、燃料電池の発電量が600Wで一定、発電効率が35%の条件下で、流量を絞って排熱回収温度を80℃に設定したときと、流量を大きくして排熱回収温度を60℃に設定したときとを比較する。排熱回収温度を80℃に設定した場合には、排熱効率が30%であるのに対して、排熱回収温度を60℃に設定した場合には、排熱効率が40%であるとする。
排熱回収温度が高く設定されているときに、流量を絞ると、熱回収率が向上する。そして、排熱回収ライン5を取り巻く外気温は、夏場高く、排熱回収温度が高くても、燃料電池2から貯湯タンク4に湯が流れる間に放熱ロスが生じにくい。夏場は、熱負荷が20MJと少ない上に、給水温が冬場より低いため、高温の湯を貯湯タンク4を貯めておけば、貯湯タンク4の湯を水道水と混合して適温に調整して熱負荷を賄うことが可能である。しかも、夏場は、クーラーなどの電力負荷が多いため、余剰電力が発生しにくい。よって、余剰電力ヒータ7を使用せずに、燃料電池2の排熱回収のみで高温の湯を貯湯タンク4に貯めて殆どの熱負荷を賄うことになり、熱回収効率が良い。
排熱回収温度が低く設定されているときに、流量を多くすると、熱回収率が低下する。そして、排熱回収ライン5を取り巻く外気温は、冬場低く、排熱回収温度が低いことによって、燃料電池2から貯湯タンク4に湯が流れる間に生じる放熱ロスが小さくて済む。熱負荷は、70MJと夏場より多いが、60℃の湯を熱回収流量を増やして貯湯タンク4に貯めることにより、貯湯タンク4から供給した熱量を早く貯湯タンク4に補充することができる。よって、低温(60℃)の湯を大流量で長時間にわたって貯湯タンク4に貯めることにより、熱源機17の使用頻度を減らし、一次エネルギー消費量を低減させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、「発電機」の一例として燃料電池2を挙げたが、燃料電池2に代えてガスエンジンを用いてもよい。
例えば、上記実施形態では、「流量調整手段」の一例としてポンプを挙げたが、ポンプ6に代えて流量調整弁を使用してもよい。或いは、ポンプ6の二次側に別途流量調整弁を設け、より厳密な流量調整を行い排熱回収温度を細かく設定できるようにしてもよい。
例えば、上記実施形態では、ポンプ6の上流側に排熱回収流量センサ10を配置して熱回収流量を測定するようにした。これに対して、ポンプ6の制御値を流量値で代替することで流量測定するようにしてもよい。
例えば、上記実施形態では、熱源機17に流量計18を内蔵し、熱負荷を測定した。これに対して、流量計に代えて、例えば熱量計を熱源機17に内蔵してもよい。熱量計を使用する場合には、熱量計が測定した熱量から温度差を除して流量(熱負荷)を算出することが可能である。
2 燃料電池(発電機)
4 貯湯タンク
5 排熱回収ライン
6 ポンプ(流量調整手段)
7 余剰電力ヒータ
9 排熱温度センサ(排熱回収温度測定手段)
11 貯湯センサ(貯湯温度測定手段)
30 コントローラ(運転実績記憶手段、流量調整手段、排熱温度設定手段、熱負荷予測手段、排熱回収温度補正手段、電力負荷・熱負荷予測手段、湯切れ時間抽出手段、余剰電力ヒータ使用時間決定手段)
43 放熱率記憶手段
Claims (5)
- 発電機と貯湯タンクとを排熱回収ラインで接続し、前記発電機が発電時に発生する熱で
加熱した湯を貯湯タンクに貯湯するコージェネレーションシステムにおいて、
前記貯湯タンクに回収する湯の温度を測定する排熱回収温度測定手段と、
前記排熱回収ラインに循環させる循環水の流量を調整する流量調整手段と、
前記排熱回収温度測定手段が測定した測定温度を、排熱回収温度の設定値に調整するよ
うに、前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、
過去の運転実績を記憶する運転実績記憶手段と、
前記運転実績記憶手段が記憶している運転実績及び予測対象日の運転条件に基づいて、
予測対象日の排熱回収温度の設定値を設定する排熱回収温度設定手段と、
排熱回収時に発生する放熱率を水温又は外気温と排熱回収温度とに関連付けて記憶する
放熱率記憶手段と、
を有し、
前記排熱回収温度設定手段は、前記運転実績記憶手段に記憶されている過去の水温又は
外気温から予測した前記予測対象日の水温又は外気温と、前記発電機から回収可能な排熱
回収温度の範囲内で仮決めされた排熱回収温度に合致する放熱率を前記放熱率記憶手段から抽出し、抽出した放熱率を含めて前記予測対象日の排熱回収温度の設定値を設定すること、
を特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項1に記載するコージェネレーションシステムにおいて、
予測対象日の熱負荷を予測する熱負荷予測手段と、
前記熱負荷予測手段が予測した熱負荷が、予測対象日当日に発生した熱負荷と乖離する
場合に、乖離を検出した時間帯以降の熱負荷を予測し直し、前記排熱回収温度の設定値を
補正する排熱回収温度補正手段と、
を有することを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項2に記載するコージェネレーションシステムにおいて、
前記貯湯タンクの上部温度を測定する貯湯温度測定手段を備え、
前記排熱回収温度補正手段は、前記予測対象日の排熱回収温度の設定値を、前記貯湯温
度測定手段が検出する前記貯湯タンクの上部温度以上の値に補正する
ことを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載するコージェネレーションシステムにおいて、
前記排熱回収ライン上に設置され、前記発電機が発生した電力のうち消費されなかった余剰電力で発熱する余剰電力ヒータを有する
ことを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 請求項4に記載するコージェネレーションシステムにおいて、
予測対象日の電力負荷と熱負荷を予測する電力負荷・熱負荷予測手段と、
前記予測対象日の排熱回収温度の設定値のもとで前記発電機を運転する場合に発生する熱量と、前記電力負荷・熱負荷予測手段が予測した熱負荷とを比較して、湯切れが生じる時間帯を抽出する湯切れ時間抽出手段と、
前記湯切れ時間抽出手段が抽出した時間帯の前に前記発電機の発電出力を増加させた場合に消費する一次エネルギーと、前記予測対象日の排熱回収温度の設定値のもとで前記発電機を運転する場合に消費する一次エネルギーとを比較し、前者の場合が後者の場合より一次エネルギーが小さい場合には、前記発電機の発電出力を増加させ、発電出力の増加に伴って余剰電力が発生する時間帯を前記余剰電力ヒータの使用時間として決定する余剰電力ヒータ使用時間決定手段と、
を有することを特徴とするコージェネレーションシステム。
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