JP5004916B2 - Thermoelectric supply system - Google Patents
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Description
本発明は、熱電供給システムに関する。 The present invention relates to a thermoelectric supply system.
エネルギーの有効活用のために排熱を利用する技術として、コージェネレーション発電システム(例えば、以下に示す特許文献1を参照)やヒートポンプ技術(例えば、以下に示す特許文献2を参照)が知られている。コージェネレーション発電システムとは、原動機により発電機を駆動して発電された電力を需要家の電力需要(照明機器、動力源等)に向けて供給するのと併行して、原動機からの発電に伴う排熱を需要家の熱需要(冷暖房機器、給湯機器、蒸気機器等)に供給する熱電併給システムのことである。ヒートポンプ技術とは、冷房の排熱、使用済みの温水の排熱等を利用して、空調や給湯に利用する技術のことである。
コージェネレーション発電システムでは、電力と熱とを併行して需要家に供給するシステムであるので、電力と熱夫々の供給量を個々に制御することができない。このため、電力と熱の需給バランス調整を夫々独立して行うことが困難であり、総合的なエネルギー効率が低下することになる。例えば、電力の需給バランス調整を優先する場合、熱の需給バランスが崩れる状況が起こり得る。また、コージェネレーション発電システムからの電力及び熱の併給場所は、原動機や発電機等が設置された需要家に限定されるので、電力や熱の需給バランス調整のための制御の自由度が低い。 In the cogeneration power generation system, since electric power and heat are supplied to consumers in parallel, the supply amounts of electric power and heat cannot be individually controlled. For this reason, it is difficult to independently adjust the supply and demand balance of electric power and heat, and the overall energy efficiency is lowered. For example, when priority is given to power supply / demand balance adjustment, a situation may occur in which the heat supply / demand balance is disrupted. Moreover, since the place where the electric power and heat are supplied from the cogeneration power generation system is limited to the consumer where the prime mover, the generator, and the like are installed, the degree of freedom of control for adjusting the balance between supply and demand of electric power and heat is low.
一方、ヒートポンプ技術の場合、排熱源となる冷房や温水の利用状況によって排熱の利用効率が低下することになる。例えば、冷房の排熱を給湯に利用する場合、冷房の稼働率が低いときには冷房の排熱(熱供給)が給湯のための熱需要を賄えない状況や、冷房の稼働率が高いときには冷房の排熱(熱供給)が給湯のための熱需要を超過する状況が起こり得る。つまり、ヒートポンプ技術では、冷房を稼動するための電力の需給バランス調整と給湯のための熱の需給バランス調整とを夫々独立して行うことが困難である。 On the other hand, in the case of the heat pump technology, the utilization efficiency of the exhaust heat is lowered depending on the use condition of the cooling and hot water as the exhaust heat source. For example, when using the exhaust heat of cooling for hot water supply, when the operating rate of cooling is low, the cooling exhaust heat (heat supply) cannot cover the heat demand for hot water supply, or when the operating rate of cooling is high There may be a situation where the exhaust heat (heat supply) exceeds the heat demand for hot water supply. That is, in the heat pump technology, it is difficult to independently perform supply / demand balance adjustment of power for operating cooling and supply / demand balance adjustment of heat for hot water supply.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、電力の需給バランス調整と熱の需給バランス調整とを夫々独立して行う熱電供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a thermoelectric supply system that independently performs power supply / demand balance adjustment and heat supply / demand balance adjustment.
上記課題を解決するために、電力と熱とを供給する熱電供給システムであって、電力系統と、前記電力系統に接続されるコージェネレーション発電システムを含む複数の分散型電源と、常温熱Qhを蓄熱する常温槽と、前記コージェネレーション発電システムより発電される電力Pdgに応じて排出される排出熱Qdgと、前記常温槽に蓄熱された常温熱Qhと、を蓄熱する温熱槽と、運転時に前記常温槽に蓄熱された常温熱Qhを前記温熱槽に移動させる温熱移動用ヒートポンプと、冷凍機によって冷却された超電導コイルにより前記電力系統から供給される電力Psmを貯蔵する超電導電力貯蔵システムと、前記冷凍機に供給する熱Qsmと、前記需要家の冷熱需要Qcと、を蓄熱する冷熱槽と、運転時に前記冷熱槽に蓄熱された冷熱Qlを前記常温槽に移動させる冷熱移動用ヒートポンプと、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを含んだ前記電力系統から供給される電力Pgが需要家の電力需要Pdを賄えるように前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、前記温熱槽に蓄熱された温熱が前記需要家の温熱需要Qwを賄えるように前記温熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御し、前記電力系統から供給される電力Pgと前記超電導電力貯蔵システムに貯蔵される電力Psmとが前記需要家の電力需要Pdを賄えるように前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御し、更に、前記冷熱槽に蓄熱される冷熱Qlが前記需要家の冷熱需要Qc及び前記冷凍機に供給する熱Qsmを賄えるように、前記冷熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a thermoelectric supply system that supplies electric power and heat, comprising: an electric power system; a plurality of distributed power sources including a cogeneration power generation system connected to the electric power system; and room temperature heat Qh. A room temperature tank for storing heat, an exhaust heat Qdg discharged according to the electric power Pdg generated by the cogeneration power generation system, and a room temperature heat Qh stored in the room temperature tank; A heat transfer heat pump for moving room temperature heat Qh stored in the room temperature tank to the heat tank, a superconducting power storage system for storing power Psm supplied from the power system by a superconducting coil cooled by a refrigerator, and A cold storage tank that stores heat Qsm supplied to the refrigerator and a cold demand Qc of the customer, and a cold heat Q stored in the cold storage tank during operation A cold moving heat pump is moved in the normal temperature tank, the cogeneration from said electric power system including a power Pdg that generated in the power generation system to power Pg to be supplied can cover the power demand Pd of customer cogeneration It controls the power Pdg that generated in the power generation system, heat which is accumulated in the thermal bath controls the operation or stop of the thermal movement heat pump as can cover the heat demand Qw of the customer, from the electric power system The electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system is controlled so that the supplied electric power Pg and the electric power Psm stored in the superconducting power storage system can cover the electric power demand Pd of the consumer. The cold heat Ql stored in the heat is the cold heat demand Qc of the consumer and the cold As it can cover the supplied heat Qsm the machine, and having a control device for controlling the operation or stop of the cold moving heat pump.
また、上記の熱電供給システムであって、前記複数の分散型電源は、前記コージェネレーション発電システム以外に太陽光発電システム並びに風力発電システムを有し、前記制御装置は、前記需要家の電力需要Pd、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdg、前記太陽光発電システムにおいて発電される電力Ppv、前記風力発電システムにおいて発電される電力Pwを用いた、Pd=Pdg+Ppv+Pwとして定義される電力需給式が成立するように、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、前記需要家の温熱需要Qw、前記常温槽に蓄熱された常温熱Qh、前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgを用いた、Qw=Qh+Qdgとして定義される熱需給式が成立するように、前記温熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する、こととしてもよい。 Further, in the above-described thermoelectric supply system, the plurality of distributed power sources include a solar power generation system and a wind power generation system in addition to the cogeneration power generation system, and the control device includes the power demand Pd of the consumer. An electric power supply and demand formula defined as Pd = Pdg + Ppv + Pw using electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system, electric power Ppv generated in the solar power generation system, and electric power Pw generated in the wind power generation system The electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system is controlled so as to be established, the thermal demand Qw of the consumer, the normal temperature heat Qh stored in the normal temperature tank, and the exhaust heat Qdg of the cogeneration power generation system As used, Qw = Qh + Qdg As heat supply formulas defined is satisfied, controls the operation or stop of the thermal movement heat pump, it is also possible.
また、上記の熱電供給システムであって、前記制御装置は、前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgが前記需要家の温熱需要Qwを上回る場合、前記温熱移動用ヒートポンプを停止させ、前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgが前記需要家の温熱需要Qwを下回る場合、前記温熱移動用ヒートポンプを運転させる、こととしてもよい。 Further, in the above-described thermoelectric supply system, when the exhaust heat Qdg of the cogeneration power generation system exceeds the heat demand Qw of the consumer, the control device stops the heat pump for heat transfer, and the cogeneration power generation When the exhaust heat Qdg of the system is lower than the thermal demand Qw of the customer, the heat transfer heat pump may be operated.
また、上記の熱電供給システムであって、前記常温槽は空気蓄熱槽であり、前記温熱槽は貯湯蓄熱槽であること、としてもよい。 Moreover, it is said thermoelectric supply system, Comprising: The said normal temperature tank is an air thermal storage tank, It is good also as the said thermal tank being a hot water storage thermal storage tank.
また、上記の熱電供給システムであって、前記常温槽は、前記コージェネレーション発電システムより排出される排出熱のうち前記温熱槽に蓄熱される排出熱Qdgの残熱Qdg’を蓄熱すること、としてもよい。 Further, in the above-described thermoelectric supply system, the room temperature tank stores residual heat Qdg ′ of the exhaust heat Qdg stored in the thermal tank among the exhaust heat discharged from the cogeneration power generation system, Also good.
また、上記の熱電供給システムであって、前記需要家の電力需要Pd、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdg、前記太陽光発電システムにおいて発電される電力Ppv、前記風力発電システムにおいて発電される電力Pw、前記超電導電力貯蔵システムに貯蔵される電力Psmを用いた、Pd=Pdg+Ppv+Pw+Psmとして定義される電力需給式が成立するように、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、前記冷熱槽に蓄熱された冷熱Ql、前記需要家の冷熱需要Qc、前記冷凍機に供給する熱Qsmを用いた、Ql=Qc+Qsmとして定義される熱需給式が成立するように、前記冷熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する、こととしてもよい。 Also, the thermoelectric supply system described above, wherein the power demand Pd of the consumer, the power Pdg generated in the cogeneration power generation system, the power Ppv generated in the solar power generation system, and generated in the wind power generation system The power Pdg generated in the cogeneration power generation system is controlled so that the power supply and demand formula defined as Pd = Pdg + Ppv + Pw + Psm using the power Pw and the power Psm stored in the superconducting power storage system is established. The cold transfer so that the heat supply and demand formula defined as Ql = Qc + Qsm using the cold heat Ql stored in the cold storage tank, the cold demand Qc of the customer, and the heat Qsm supplied to the refrigerator is established. Control the operation or stop of the heat pump It may be.
また、上記の熱電供給システムであって、前記冷熱槽は、氷蓄熱槽であること、としてもよい。 Moreover, it is said thermoelectric supply system, Comprising: The said cold storage tank is good also as being an ice thermal storage tank.
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the problems disclosed in the present application and the solutions thereof will be clarified by the column of the best mode for carrying out the invention and the drawings.
本発明によれば、電力と熱の需給バランス調整を夫々同時に実現する熱電供給システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermoelectric supply system which implement | achieves each supply and demand balance adjustment of electric power and heat simultaneously can be provided.
以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<<<熱電供給システムの全体構成>>>
図1は、本発明の一実施形態に係る熱電供給システムの全体構成を示した図である。
同図に示す熱電供給システムは、主に、マイログリッド電力系統100、マイクログリッド熱系統200、需要家300、マイクログリッド制御装置400、により構成される。
<<< Overall configuration of thermoelectric supply system >>>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a thermoelectric supply system according to an embodiment of the present invention.
The thermoelectric supply system shown in the figure mainly includes a
===マイクログリッド電力系統===
マイクログリッド電力系統100は、既存の電力系統(不図示)と一点で連系、又は既存電力系統から独立した小規模電力系統である。マイクログリッド電力系統100は、自然エネルギー等の電力制御が困難な分散型電源と、電力制御が可能な分散型電源と、を組み合わせた構成とすることで、環境に配慮しつつ既存の電力系統に影響を与えないシステム構成を可能としている。
=== Micro grid power system ===
The
マイクログリッド電力系統100は、自然エネルギー等の電力制御が困難な分散型電源として、太陽光発電システム101、風力発電システム102が接続され、電力制御が可能な分散型電源として、コージェネレーション発電システム103が接続される。また、マイクログリッド電力系統100は、需要家300の電力需要が接続される。さらに、マイクログリッド電力系統100は、系統安定化のために超電導電力貯蔵システム104が接続される。
The micro
太陽光発電システム101は、シリコン半導体の光電効果を利用して太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムのことであり、複数の太陽電池を配置した太陽電池パネルと、太陽電池で発電した電気を交流に変えるインバータ等により構成される。尚、以下では、太陽光発電システム101により発電される電力をPpvと表す。 The solar power generation system 101 is a power generation system that converts solar light energy into electric energy using the photoelectric effect of a silicon semiconductor, and generates power using a solar cell panel in which a plurality of solar cells are arranged, and the solar cells. Consists of an inverter that changes electricity into alternating current. In the following, the power generated by the solar power generation system 101 is represented as Ppv.
風力発電システム102は、風車の風力エネルギーを機械的動力に変換し、この動力を発電機に伝達して電気エネルギーに変換する発電システムのことであり、ブレード及びロータ軸等のロータ系、ロータ系の回転エネルギーを発電機に伝達する伝達系、伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機等により構成される。尚、以下では、風力発電システム102により発電される電力をPwと表す。
The wind
コージェネレーション発電システム103は、原動機(ガスエンジン、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジン)により発電機を駆動して発電された電力を需要家300の電力需要(照明、動力等)に向けて供給するのと併行して、発電に伴う原動機からの排熱を需要家の熱需要(冷暖房、給湯、蒸気等)に供給する熱電併給システムである。コージェネレーション発電システム103は、上記の原動機を用いたシステムの他に、水素と酸素を科学的に反応させて電気を発電させるとともにその発電に伴う排熱を利用する燃料電池を用いたシステムであってもよい。尚、コージェネレーション発電システム103により発電される電力をPdgと表し、コージェネレーション発電システム103より発電される電力に応じて排出される排出熱のうち、後述の温熱槽205に蓄熱させる熱をQdgと表し、後述の常温槽203に蓄熱させる残熱をQdg’と表す。
The cogeneration
超電導電力貯蔵システム104は、一般にSMES(Superconducting Magnetic Energy Storage)と呼ばれており、極低温状態になると電気抵抗ゼロになる特性を有した超電導コイル内で電流を循環させて電気エネルギーを貯蔵するシステムである。超電導電力貯蔵システム104は、超電導コイルとこれを冷却するための冷媒(液体ヘリウム、液体窒素等)とを収容する極低温容器と、極低温容器を収納する真空容器と、超電導コイルに電力を貯蔵するか若しくは貯蔵された電力を取り出すためのスイッチと、超電導コイルから取り出した電力を交流に変換するインバータ等により構成される。尚、極低温容器内の冷媒は超電導電力貯蔵システム104と接続された冷凍機105により冷却される。尚、超電導電力貯蔵システム104が蓄電する蓄電量をPsmと表す。
The superconducting
需要家300の電力需要は、後述の冷熱需要を構成する冷房、冷蔵、冷凍、後述の常温熱源としての残り湯を生成する給湯、後述の温熱需要を構成する給湯、暖房、乾燥等である。尚、需要家300の全電力需要をPdと表す。
The electric power demand of the
===マイクログリッド熱系統===
マイクログリッド熱系統200は、冷熱槽201、冷熱移動用ヒートポンプ202、常温槽203、温熱移動用ヒートポンプ204、温熱槽205により構成され、需要家300の熱需要(温熱需要、冷熱需要)に熱を供給するシステムである。
=== Microgrid thermal system ===
The
冷熱槽201は、冷熱ガス(10℃未満の窒素等)を熱媒体としており、需要家300の冷熱需要Qcに供給する冷熱ガスの熱(Qc)と、冷凍機105に供給する冷熱ガスの熱Qsmと、を蓄熱する。尚、冷熱需要は、家庭、スーパー、食品工場における冷蔵、冷房、冷凍や、データセンタや工場等に設置される機器の冷却である。冷熱槽201に蓄熱される冷熱Qlは、冷熱移動用ヒートポンプ202によって常温槽203に移動される。
The
冷熱移動用ヒートポンプ202は、運転時に冷熱槽201に蓄熱された冷熱Qlを高効率に常温槽203に移動させる装置である。冷熱移動用ヒートポンプ202は、冷熱槽201から供給される冷熱Qlにより低温液体を蒸発させたガスを生成する蒸発部2021と、蒸発部2021によって生成したガスを圧縮させて高温ガスを生成する圧縮部2022と、圧縮部2022によって生成した高温ガスを凝縮することで元の冷熱Qlの高圧液体を発生する凝縮部2023と、凝縮部2023により発生した高圧液体を膨張して蒸発部2021に供給する低温液体を生成する膨張部2024と、を有する。
The heat
常温槽203は、常温(10℃〜40℃)の空気を熱媒体としており、冷熱移動用ヒートポンプ202により冷熱槽201から移動される冷熱Qlと、需要家300の給湯設備の貯湯槽に蓄えられた残り湯の熱や大気熱から成る常温熱Qmと、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱のうち温熱槽205に蓄熱されずにいた残熱Qdg’と、を蓄熱する。尚、常温槽203より発する常温熱Qhは、温熱移動用ヒートポンプ204に吸収される。
The
温熱移動用ヒートポンプ204は、常温槽203より発する常温熱Qhを高効率に温熱槽205に移動させる装置である。温熱移動用ヒートポンプ204は、常温槽203から供給される常温熱Qhより低温液体を蒸発させたガスを生成する蒸発部2041と、蒸発部2041によって生成したガスを圧縮させて高温ガスを生成する圧縮部2042と、圧縮部2042によって生成した高温ガスを凝縮することで元の常温熱Qhの高圧液体を発生する凝縮部2043と、凝縮部2043により発生した高圧液体を膨張して蒸発部2041に供給する低温液体を生成する膨張部2044と、を有する。
The heat
温熱槽205は、温水(40℃〜100℃)を熱媒体としており、温熱移動用ヒートポンプ204により常温槽203から移動される常温熱Qhと、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱Qdgと、を蓄熱する。尚、温熱槽205に蓄熱されたトータルの温熱は、需要家300の温熱需要Qwに供給される。温熱需要Qwは、例えば、家庭、ホテル、病院、介護施設における給湯、暖房や、理美容院、クリーニング店における給湯、乾燥、農業温室における暖房である。
The
===マイクログリッド制御装置===
図2は、マイクログリッド制御装置400の構成並びにその周辺の接続を示した図である。
=== Microgrid control device ===
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
マイクログリッド制御装置400は、総合的なエネルギー効率を向上させるべく、マイクログリッド電力系統100とマイクログリッド熱系統200との間で相互に協調して電力や熱の需給バランス調整を実現するための熱電制御を行う。マイクログリッド制御装置400は、CPU401、メモリ402、ハードディスク等の記憶装置403、通信装置404、キーボード等の入力装置405、液晶ディスプレイ等の表示装置406を有する。
The
尚、通信装置404は、冷熱槽201に設置された熱量計C1により計測される冷熱槽201に蓄熱された熱Ql−st、冷熱移動用ヒートポンプ202と常温槽203との間に設けられた熱量計C2により計測される冷熱Ql、常温槽203に設置された熱量計C3により計測される常温槽203に蓄熱される熱Qm−st、温熱移動用ヒートポンプ204と温熱槽205との間に設けられた熱量計C4により計測される熱Qh−st、冷凍機105の出力側に設置された熱量計C6により計測される冷熱Qsmを通信線410を介して受信する。
Note that the
また、通信装置404は、太陽光発電システム101とマイクログリッド電力系統100との間に設けられた電力計W1により計測される電力Ppv、風力発電システム102とマイクログリッド電力系統100との間に設けられた電力計W2により計測される電力Pw、コージェネレーション発電システム103とマイクログリッド電力系統100との間に設けられた電力計W3により計測される電力Pdg、超電導電力貯蔵システム104とマイクログリッド電力系統100との間に設けられた電力計W4により計測される電力Psmを通信線420を介して受信する。
The
<<<マイクログリッド制御装置による熱電制御>>>
===熱電制御の概要===
マイクログリッド制御装置400は、マイクログリッド電力系統100から供給される電力(=全発電量Pg+蓄電量Psm)が需要家300の電力需要Pdを賄えるように、コージェネレーション発電システム103において発電させる電力Pdgを制御する。さらに、マイクログリッド制御装置400は、温熱槽205に蓄熱される熱(=常温熱Qh+コージェネーション発電システム103より排出される排出熱Qdg+温熱槽205内の湯の蓄熱Qh−st)が需要家300の温熱需要Qwを賄えるように、温熱移動用ヒートポンプ204の運転又は停止を制御する。
<<< Thermoelectric control by microgrid controller >>>
=== Outline of thermoelectric control ===
The
このように、需要家300の電力需要Pdとマイクログリッド電力系統100から供給される電力(=全発電量Pg+蓄電量Psm)との間の需給バランス調整と、需要家300の温熱需要Qwと温熱槽205に蓄熱される熱(=常温熱Qh+コージェネーション発電システム103より排出される排出熱Qdg+温熱槽205内の湯の蓄熱Qh−st)との間の需給バランス調整と、を夫々独立して行うことが可能となる。
As described above, the supply and demand balance adjustment between the power demand Pd of the
また、コージェネレーション発電システム103がマイクログリッド電力系統100と接続され、マイクログリッド電力系統100から排出される熱がマイクログリッド熱系統200に流入される構成とした。このため、マイクログリッド電力系統100とマイクログリッド熱系統200との間で相互に協調した電力や熱の需給バランス調整が行われ、総合的なエネルギー効率を向上させることが可能となる。
In addition, the cogeneration
さらに、マイクログリッド制御装置400は、冷熱槽201に蓄熱される熱(=冷凍機105に供給する熱Qsm+冷熱需要Qc+冷熱槽201内の冷熱ガスの蓄熱Ql−st)が冷熱移動用ヒートポンプ202により冷熱槽201から常温槽203に移動させるべき冷熱Qlと一致させるように、データセンタや工場等に設置される機器に供給する電力Pdcに基づいて制御する。このように、温熱槽205、常温槽203に加えて冷熱槽201を設け、さらに、冷熱移動用ヒートポンプ202を設けたことにより、熱の需給バランス調整のための制御の自由度がより高くなる。
Further, the
以下では、数式を用いてマイクログリッド制御装置400の熱電制御の内容を説明する。
まず、マイクログリッド電力系統100内の電力需給バランスとして、次のような電力需給式が定義される。
Pd = Pg+Psm ・・・式(1)
Pg = Pdg+Ppv+Pw ・・・式(2)
尚、式(1)において、需要家300の全電力需要Pdが、マイクログリッド電力系統100内の全発電量Pgと超電導電力貯蔵システム104の蓄電量Psmとの合計と一致すべきことを表している。
Below, the content of the thermoelectric control of the
First, the following power supply and demand formula is defined as the power supply and demand balance in the
Pd = Pg + Psm Formula (1)
Pg = Pdg + Ppv + Pw Formula (2)
In Equation (1), it is expressed that the total power demand Pd of the
また、式(2)において、マイクログリッド電力系統100内の全発電量Pgは、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgと、太陽光発電システム101より発電される電力Ppvと、風力発電システム102より発電される電力Pwと、の合計と一致すべきことを表している。
In Formula (2), the total power generation amount Pg in the
マイクログリッド制御装置400は、式(1)、式(2)が成立するように、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgを制御することになる。
The
つぎに、マイクログリッド熱系統200内の熱需給バランスとして、次のような熱需給式が定義される。
Ql = Qc+Qsm+Ql−st ・・・式(3)
Qh = Ql+Qm+Qdg’+Qm−st ・・・式(4)
Qw = Qh+Qdg+Qh−st ・・・式(5)
Next, the following heat supply and demand formula is defined as the heat supply and demand balance in the
Ql = Qc + Qsm + Ql−st (3)
Qh = Ql + Qm + Qdg ′ + Qm−st (4)
Qw = Qh + Qdg + Qh-st (5)
式(3)は、冷熱槽201の熱収支を表しており、冷熱槽201に蓄熱される冷熱Qlは、冷熱需要に供給する熱Qc、冷凍機105に供給する熱Qsm、冷熱槽201内の元々蓄熱される熱Ql−stの合計であることを表している。
Formula (3) represents the heat balance of the
また、式(4)は、常温槽203の熱収支を表しており、常温槽203に蓄熱される常温熱Qhは、コージェネレーション発電システム103から排出される残熱Qdg’、冷熱槽201に蓄熱されたトータルの冷熱Ql、常温熱源の熱Qm、常温槽203に蓄熱された熱Qm−stの合計であることを表している。
Equation (4) represents the heat balance of the
また、式(5)は、温熱槽205の熱収支を表しており、温熱槽205に蓄熱される需要家300の温熱需要Qwは、温熱移動用ヒートポンプ204から移動される常温熱Qh、コージェネレーション発電システム103から排出される排出熱Qdg、温熱槽205内で元々蓄熱される熱Ql−stの合計であることを表している。
Moreover, Formula (5) represents the heat balance of the
ところで、コージェネレーション発電システム103から排出される排出熱Qdg、残熱Qdg’は、それぞれ次式のとおり、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgに応じて定まる。
Qdg = αPdg(αは係数) ・・・式(6)
Qdg’= α’Pdg(α’は係数) ・・・式(7)
また、冷熱需要の中でデータセンタや工場に設置される機器を冷却するための熱Qdcは、次式のとおり、これらの機器の電力需要Pdcで定まる。
Qdc = γPdc(γは係数) ・・・式(8)
従って、冷熱需要Qcは、次式で表される。
Qc = Qc’+Qdc = Qc’+γPdc ・・・式(9)
By the way, the exhaust heat Qdg and the residual heat Qdg ′ discharged from the cogeneration
Qdg = αPdg (α is a coefficient) Expression (6)
Qdg ′ = α′Pdg (α ′ is a coefficient) Expression (7)
Further, the heat Qdc for cooling the equipment installed in the data center or factory in the cold demand is determined by the power demand Pdc of these equipments as follows.
Qdc = γPdc (γ is a coefficient) (8)
Therefore, the cold demand Qc is expressed by the following equation.
Qc = Qc ′ + Qdc = Qc ′ + γPdc (9)
式(3)、式(4)、式(5)において、式(6)、式(7)、式(9)を代入すると、次式が成立する。
Ql = Qc’+γPdc+Qsm+Ql−st ・・・式(10)
Qh = Ql+Qm+α’Pdg+Qm−st ・・・式(11)
Qw = Qh+αPdg+Qh−st ・・・式(12)
Substituting Expression (6), Expression (7), and Expression (9) in Expression (3), Expression (4), and Expression (5), the following expression is established.
Ql = Qc ′ + γPdc + Qsm + Ql−st (10)
Qh = Ql + Qm + α′Pdg + Qm−st (11)
Qw = Qh + αPdg + Qh−st (12)
つまり、マイクログリッド制御装置400は、式(10)、式(11)、式(12)が成立するように、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdg、冷熱槽201から常温槽203に移動させるべき熱Ql、常温槽203から温熱槽205に移動させるべき熱Qhを制御する。
That is, the
===電力の需給バランス変動時の熱電制御===
図3に示すフローチャートを用いて、式(1)が成立しなくなった場合、つまり、需要家300の全電力需要Pdが、マイクログリッド電力系統100内の全発電量Pgと、超電導電力貯蔵システム104の蓄電量Psmと、の合計と一致しない場合における熱電制御の内容を説明する。
=== Thermoelectric control when power supply / demand balance fluctuates ===
When Formula (1) is no longer established using the flowchart shown in FIG. 3, that is, the total power demand Pd of the
まず、式(1)が成立しなくなった場合(S300:YES)、マイクログリッド制御装置400は、式(1)、式(2)、式(10)、式(11)、式(12)が成立するように、且つ、冷熱Ql及び常温熱Qhを最小化するように、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgの制御量を算定し(S301)、この算定した電力Pdgをコージェネレーション発電システム103に指定する(S302)。尚、最小化の際には、局所探索手法や焼きなまし手法等の最適化手法を用いる。
First, when Formula (1) is no longer satisfied (S300: YES), the
また、この場合に調整されるパラメータは、冷熱Ql、常温熱Qh、冷熱槽201内に元々蓄熱させる熱Ql−st、常温槽203内に元々蓄熱させる熱Qm−st、温熱槽205内に元々蓄熱させる熱Qh−st、超電導電力貯蔵システム104の蓄電量Psmである(S303)。但し、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmに夫々上下限レベルを設定することで、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmを所定範囲内に確保するようにする。S300からS303の制御ループは、熱電制御の終了まで繰り返される。
The parameters adjusted in this case are the cold heat Ql, the normal temperature heat Qh, the heat Ql-st originally stored in the
===温熱の需給バランス変動時の熱電制御===
図4に示すフローチャートを用いて、式(10)が成立しなくなった場合、つまり、需要家300の温熱需要Qwが、常温槽203に蓄熱される常温熱Qhと、コージェネーション発電システム103より排出される排出熱Qdgと、温熱槽205内の熱Qh−stと、の合計と一致しなくなったとき(S400:YES)、マイクログリッド制御装置400は、式(1)、式(2)、式(10)、式(11)、式(12)が成立するように、且つ、冷熱Ql及び常温熱Qhを最小化するように、常温槽203に蓄熱させる常温熱Qh及びコージェネレーション発電システム103より発電させる電力Pdgの制御量を夫々算定する(S401)。
=== Thermoelectric control when the supply and demand balance of thermal energy fluctuates ===
When the equation (10) no longer holds using the flowchart shown in FIG. 4, that is, the thermal demand Qw of the
マイクログリッド制御装置400は、S401により算定した常温熱Qhを温熱槽205に蓄熱させるとともに、S401により算定した電力Pdgをコージェネレーション発電システム103に指定する(S402)。尚、最小化の際には、局所探索手法や焼きなまし手法等の最適化手法を用いる。
The
また、この場合に調整されるパラメータは、冷熱Ql、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmである(S403)。但し、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmに夫々上下限レベルを設定することで、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmを所定範囲内に確保するようにする。S400からS403の制御ループは、熱電制御の終了まで繰り返される。 Further, the parameters adjusted in this case are the cold Ql, the heat Ql-st, the Qm-st, the Qh-st, and the charged amount Psm (S403). However, by setting the upper and lower limit levels for the heats Ql-st, Qm-st, Qh-st and the storage amount Psm, the heats Ql-st, Qm-st, Qh-st and the storage amount Psm are within a predetermined range. Make sure to secure. The control loop from S400 to S403 is repeated until the end of thermoelectric control.
===冷熱の需給バランス変動時の熱電制御===
図5に示すフローチャートを用いて、式(12)が成立しなくなった場合、つまり、冷熱槽201に蓄熱される冷熱Qlは、冷熱需要Qcと、冷凍機105に供給する熱Qsmと、冷熱槽201内の熱Ql−stと、の合計が一致しなくなったとき(S500:YES)、マイクログリッド制御装置400は、式(1)、式(2)、式(10)、式(11)、式(12)が成立するように、且つ、冷熱Ql及び常温熱Qhを最小化するように、冷熱槽201に蓄熱される冷熱Ql及びコージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgの制御量を夫々算定する(S501)。
=== Thermoelectric control when the supply / demand balance of cold energy fluctuates ===
When the equation (12) is no longer established using the flowchart shown in FIG. 5, that is, the cold heat Ql stored in the
マイクログリッド制御装置400は、S501により算定した冷熱Qlを冷熱槽201に蓄熱させるとともに、S501により算定した電力Pdgをコージェネレーション発電システム103に指定する(S502)。尚、最小化の際には、局所探索手法や焼きなまし手法等の最適化手法を用いる。
The
また、この場合に調整されるパラメータは、常温槽203に蓄熱される常温熱Qh、冷熱槽201内の熱Ql−st、常温槽203内の熱Qm−st、温熱槽205内の熱Qh−st、超電導電力貯蔵システム104の蓄電量Psmである(S503)。但し、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmに夫々上下限レベルを設定することで、熱Ql−st、Qm−st、Qh−st、蓄電量Psmを所定範囲内に確保するようにする。S500からS503の制御ループは、熱電制御の終了まで繰り返される。
The parameters adjusted in this case are room temperature heat Qh stored in the
以上のようなマイクログリッド電力系統100及びマイクログリッド熱系統200の構成によれば、コージェネレーション発電システム103による熱電併給と比べて、電力と熱の需給バランス調整を夫々独立して行うことが可能となる。
According to the configuration of the
例えば、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱Qdg(=αPdg)が、需要家300の温熱需要Qwよりも多い場合(Qw<αPdg)、温熱移動用ヒートポンプ204を停止して、温熱移動用ヒートポンプ204により常温槽203から温熱槽205に移動される常温熱Qhをゼロにするとともに、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgを減少することで、式(12)を成立させることができる。
For example, when the exhaust heat Qdg (= αPdg) exhausted from the cogeneration
例えば、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱Qdg(=αPdg)が、需要家300の温熱需要Qwよりも少ない場合(Qw>αPdg)、温熱移動用ヒートポンプ204を運転して、温熱移動用ヒートポンプ204により常温槽203から温熱槽205に常温熱Qhを移動させるとともに、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgを増加することで、式(12)を成立させることができる。
For example, when the exhaust heat Qdg (= αPdg) discharged from the cogeneration
また、冷熱移動用ヒートポンプ202、温熱移動用ヒートポンプ204を設けることで、需要家300の冷熱需要Qcと温熱需要Qwとの間のアンバランス分が吸収しやすくなるとともに、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱Qdgの有効活用が可能となる。
Also, by providing the heat
例えば、需要家300の冷熱需要Qcが温熱需要Qwよりも少ない場合(Qc<Qw)、式(11)において、冷熱移動用ヒートポンプ202より冷熱槽201から常温槽203に移動される冷熱Qlの不足分を、常温熱源からの常温熱Qm、コージェネレーション発電システム103より排出される排出熱の残熱Qdg’、常温槽203に蓄熱される熱Qm−stを増加させることによって調整することができる。
For example, when the cold demand Qc of the
また、冷熱槽201に元々蓄熱させる熱Ql−stを増加させて冷熱Qlを増加することで、式(10)で表される熱の需給バランスを調整することができる。さらに、温熱槽205に元々蓄熱させる熱Qh−stを増加させて常温熱Qhを減少するか、若しくは、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgを増加させることで、常温熱Qhを減少させることができる。但し、コージェネレーション発電システム103より発電される電力Pdgを増加したため、ひいてはマイクログリッド電力系統100の全発電量Pgが増加したため、式(1)、式(2)において、超電導電力貯蔵システム104の蓄電量Psmを減少させて、マイクログリッド電力系統100内における電力需給バランスを調整することができる。
Moreover, the heat supply-demand balance represented by Formula (10) can be adjusted by increasing the heat Ql-st that is originally stored in the
以上より、式(10)、式(11)、式(12)で表されるマイクログリッド熱系統200内における熱の需給バランスを調整することができる。尚、ヒートポンプ1台の構成となる場合、例えば、冷熱槽201、冷熱移動用ヒートポンプ202、温熱槽205による構成の場合には、需要家300の冷熱需要Qcと温熱需要Qwとの間のアンバランス分は、冷熱槽201、温熱槽205に蓄熱される熱のみで調整しなければならなくなる。このため、ヒートポンプ2台の構成とすることによって、上記アンバランス分の調整を行うための自由度が増すことになる。また、ポンプアップする温度差が小さくなるため、冷熱移動用ヒートポンプ202、温熱移動用ヒートポンプ204の性能係数COPを高くすることができる。
From the above, it is possible to adjust the heat supply-demand balance in the
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。 Although the best mode for carrying out the present invention has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and equivalents thereof are also included in the present invention.
100 マイクログリッド電力系統
101 太陽光発電システム
102 風力発電システム
103 コージェネレーション発電システム
104 超電導電力貯蔵システム
105 冷凍機
200 マイクログリッド熱系統
201 冷熱槽
202 冷熱移動用ヒートポンプ
203 常温槽
204 温熱移動用ヒートポンプ
205 温熱槽
400 マイクログリッド制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電力系統と、
前記電力系統に接続されるコージェネレーション発電システムを含む複数の分散型電源と、
常温熱Qhを蓄熱する常温槽と、
前記コージェネレーション発電システムより発電される電力Pdgに応じて排出される排出熱Qdgと、前記常温槽に蓄熱された常温熱Qhと、を蓄熱する温熱槽と、
運転時に前記常温槽に蓄熱された常温熱Qhを前記温熱槽に移動させる温熱移動用ヒートポンプと、
冷凍機によって冷却された超電導コイルにより前記電力系統から供給される電力Psmを貯蔵する超電導電力貯蔵システムと、
前記冷凍機に供給する熱Qsmと、前記需要家の冷熱需要Qcと、を蓄熱する冷熱槽と、
運転時に前記冷熱槽に蓄熱された冷熱Qlを前記常温槽に移動させる冷熱移動用ヒートポンプと、
前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを含んだ前記電力系統から供給される電力Pgが需要家の電力需要Pdを賄えるように前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、前記温熱槽に蓄熱された温熱が前記需要家の温熱需要Qwを賄えるように前記温熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御し、前記電力系統から供給される電力Pgと前記超電導電力貯蔵システムに貯蔵される電力Psmとが前記需要家の電力需要Pdを賄えるように前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御し、更に、前記冷熱槽に蓄熱される冷熱Qlが前記需要家の冷熱需要Qc及び前記冷凍機に供給する熱Qsmを賄えるように、前記冷熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする熱電供給システム。 A thermoelectric supply system for supplying electric power and heat,
A power system;
A plurality of distributed power sources including a cogeneration power generation system connected to the power system;
A room temperature tank for storing room temperature heat Qh;
A heat storage tank that stores exhaust heat Qdg discharged according to the power Pdg generated by the cogeneration power generation system and room temperature heat Qh stored in the room temperature tank;
A heat transfer heat pump that moves the room temperature heat Qh stored in the room temperature tank during operation to the heat tank;
A superconducting power storage system for storing power Psm supplied from the power system by a superconducting coil cooled by a refrigerator;
A cold storage tank for storing heat Qsm supplied to the refrigerator and cold demand Qc of the consumer;
A heat pump for moving cold that moves the cold heat Ql stored in the cold water tank during operation to the room temperature tank;
Controlling the power Pdg generated in the cogeneration power generation system so that the power Pg supplied from the power system including the power Pdg generated in the cogeneration power generation system can cover the power demand Pd of the consumer, The operation or stop of the heat transfer heat pump is controlled so that the heat stored in the heat tank can cover the heat demand Qw of the consumer, and stored in the superconducting power storage system with the power Pg supplied from the power system. The power Pdg generated in the cogeneration power generation system is controlled so that the generated power Psm can cover the power demand Pd of the consumer, and further, the cold heat Ql stored in the cold storage tank is the cold demand of the consumer Qc and the heat transfer to cover the heat Qsm supplied to the refrigerator A controller for controlling the operation or stop of Toponpu,
A thermoelectric supply system comprising:
前記複数の分散型電源は、前記コージェネレーション発電システム以外に太陽光発電システム並びに風力発電システムを有し、
前記制御装置は、
前記需要家の電力需要Pd、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdg、前記太陽光発電システムにおいて発電される電力Ppv、前記風力発電システムにおいて発電される電力Pwを用いた、
Pd=Pdg+Ppv+Pw
として定義される電力需給式が成立するように、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、
前記需要家の温熱需要Qw、前記常温槽に蓄熱された常温熱Qh、前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgを用いた、
Qw=Qh+Qdg
として定義される熱需給式が成立するように、前記温熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する、
ことを特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to claim 1,
The plurality of distributed power sources have a solar power generation system and a wind power generation system in addition to the cogeneration power generation system,
The controller is
Using the power demand Pd of the consumer, the power Pdg generated in the cogeneration power generation system, the power Ppv generated in the solar power generation system, and the power Pw generated in the wind power generation system,
Pd = Pdg + Ppv + Pw
And controlling the electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system so that the electric power supply and demand formula defined as follows is established,
Using the customer's thermal demand Qw, room temperature heat Qh stored in the room temperature tank, and exhaust heat Qdg of the cogeneration power generation system,
Qw = Qh + Qdg
Control the operation or stop of the heat transfer heat pump so that the heat supply and demand formula defined as
A thermoelectric supply system characterized by that.
前記制御装置は、
前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgが前記需要家の温熱需要Qwを上回る場合、前記温熱移動用ヒートポンプを停止させ、
前記コージェネレーション発電システムの排出熱Qdgが前記需要家の温熱需要Qwを下回る場合、前記温熱移動用ヒートポンプを運転させる、
ことを特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to claim 2,
The controller is
When the exhaust heat Qdg of the cogeneration power generation system exceeds the consumer's thermal demand Qw, the heat transfer heat pump is stopped,
When the exhaust heat Qdg of the cogeneration power generation system is lower than the consumer's thermal demand Qw, the heat transfer heat pump is operated.
A thermoelectric supply system characterized by that.
前記常温槽は空気蓄熱槽であり、前記温熱槽は貯湯蓄熱槽であること、
を特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to any one of claims 1 to 3,
The room temperature tank is an air heat storage tank, and the heat tank is a hot water storage heat storage tank,
A thermoelectric supply system characterized by
前記常温槽は、前記コージェネレーション発電システムより排出される排出熱のうち前記温熱槽に蓄熱される排出熱Qdgの残熱Qdg’を蓄熱すること、
を特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to any one of claims 1 to 4 ,
The room temperature tank stores the residual heat Qdg ′ of the exhaust heat Qdg stored in the thermal tank among the exhaust heat discharged from the cogeneration power generation system,
A thermoelectric supply system characterized by
前記需要家の電力需要Pd、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdg、前記太陽光発電システムにおいて発電される電力Ppv、前記風力発電システムにおいて発電される電力Pw、前記超電導電力貯蔵システムに貯蔵される電力Psmを用いた、
Pd=Pdg+Ppv+Pw+Psm
として定義される電力需給式が成立するように、前記コージェネレーション発電システムにおいて発電される電力Pdgを制御するとともに、
前記冷熱槽に蓄熱された冷熱Ql、前記需要家の冷熱需要Qc、前記冷凍機に供給する熱Qsmを用いた、
Ql=Qc+Qsm
として定義される熱需給式が成立するように、前記冷熱移動用ヒートポンプの運転又は停止を制御する、
ことを特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to any one of claims 1 to 4 ,
Electric power demand Pd of the consumer, electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system, electric power Ppv generated in the solar power generation system, electric power Pw generated in the wind power generation system, and storage in the superconducting power storage system Using the electric power Psm
Pd = Pdg + Ppv + Pw + Psm
And controlling the electric power Pdg generated in the cogeneration power generation system so that the electric power supply and demand formula defined as follows is established,
Using the cold Ql stored in the cold storage tank, the cold demand Qc of the customer, and the heat Qsm supplied to the refrigerator,
Ql = Qc + Qsm
To control the operation or stop of the heat transfer heat pump so that the heat supply and demand formula defined as
A thermoelectric supply system characterized by that.
前記冷熱槽は、氷蓄熱槽であること、を特徴とする熱電供給システム。 The thermoelectric supply system according to any one of claims 1 to 6 ,
The thermoelectric supply system according to claim 1, wherein the cold heat tank is an ice heat storage tank.
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