JP6408315B2 - 地域熱電併給システム - Google Patents
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Description
分散型のエネルギー供給システムでは、例えばマイクロガスタービン、ディーゼルエンジンや燃料電池等の比較的小型のエネルギー変換機器から得られる電力と熱を活用することにより、システム全体でのエネルギーの利用効率を高めることが可能である。
特許文献1には、エネルギーロスを低減することを目的とした定置型熱電併給システムが記載されている。この定置型熱電併給システムは、エンジンによって得られる動力を交流モーター発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配するよう構成されており、交流モーター発電機に分配する動力及びヒートポンプ用圧縮機に分配する動力を連続的に変化させる動力分配機構を備えている。ヒートポンプは、投入エネルギーに対する冷却又は加熱能力の比を示す成績係数(COP, Coefficient Of Performance)が1以上の大きな値となるため、一般に省エネルギー効果が高いことが知られている。
前記第1共用流路に設けられ、前記熱媒体を貯めるための蓄圧断熱貯槽を更に備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
住居とは、1世帯が生活するマンションの一部屋や戸建て家屋などを指す。テナントは、商業施設の一区画において一般顧客に対してサービスを提供する店舗などを指す。業種としては、例えば、服飾店、雑貨店、ドラッグストア、酒屋、等々の小売業や、レストラン、カフェ、寿司屋、居酒屋、等々の飲食業などを含む。事務所は、オフィスビルの一部分などにおいて、そこで働く勤務者が一定の目的のために事務を行う場所を指す。なお、図1及び図2においては、説明を平易なものとするために、建物A、建物Bに対してそれぞれ1つの需要体が対応するよう記載しているが、マンションやオフィスビル等の大規模な建物であれば、一つの建物に対して複数の需要体が存在することは言うまでもない。
図14は、地域熱電併給システム100aにおいて第1熱交換器34を冷房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す図である。
図14に示す地域熱電併給システム100aにおいて、まず、圧縮機6で圧縮された高温高圧の熱媒体が第1共用流路16を通って蓄圧断熱貯槽10に供給される。蓄圧断熱貯槽10から放出された高温高圧の熱媒体は分配器52により第2共用流路18及び第3共用流路20へ分配される。
図15に示す地域熱電併給システム100aにおいて、まず、圧縮機6で圧縮された高温高圧の熱媒体が第1共用流路16を通って蓄圧断熱貯槽10に供給される。蓄圧断熱貯槽10から放出された高温高圧の熱媒体は分配器52を介して第3共用流路20へのみ供給される(第2共用流路18へは分配されない)。
図16に示す地域熱電併給システム100bにおいて、まず、圧縮機6で圧縮された高温高圧の熱媒体が第1共用流路16を通って蓄圧断熱貯槽10に供給される。蓄圧断熱貯槽10から放出された高温高圧の熱媒体は分配器52により第2共用流路18及び第3共用流路20へ分配される。
図17に示す地域熱電併給システム100bにおいて、まず、圧縮機6で圧縮された高温高圧の熱媒体が第1共用流路16を通って蓄圧断熱貯槽10に供給される。蓄圧断熱貯槽10から放出された高温高圧の熱媒体は分配器52を介して第3共用流路20へのみ供給される(第2共用流路18へは分配されない)。
4 第1発電装置
5 再生可能エネルギー型発電装置
6 圧縮機
8 駆動装置
10 蓄圧断熱貯槽
11 蓄電池
12 放熱装置
14 第1膨張装置
14a 第1膨張タービン
14b 発電機
14c 膨張弁
15 電力ライン
16 第1共用流路
17 高圧受変電設備
18 第2共用流路
20 第3共用流路
22 第4共用流路
22a 第1流路部
22b 第2流路部
24 第1供給流路
26 第2供給流路
28 第3供給流路
30 第1回収流路
32 第2回収流路
34 第1熱交換器
36 第2熱交換器
37 貯湯槽
38 第2膨張タービン
39 第3熱交換器
40 発電機
41 第3回収流路
42 エジェクタ
44 ノズル
46 吸込部
47 第4回収流路
48 ディフューザ
49 バルブ
50 第5共用流路
51 切換弁
52 分配器
53 切換弁
54 バルブ
55 第6共用流路
56 分配器
57 第2発電装置
58 蒸発器
59 膨張タービン
60 原動機
61 発電機
62 動力分配装置
63 凝縮器
64 第4熱交換器
65 スターリングエンジン
66 熱電発電装置
67〜74 プーリー
75,76 ベルト
77 クラッチ
78 動力分配装置制御部
79 情報取得部
80 第1発電装置制御部
82 需要予測情報取得部
84 出力予測情報取得部
86 電気料金情報取得部
88 燃料価格情報取得部
90 第1残量情報取得部
92 第2残量情報取得部
94 迂回流路
96 切り替え装置
98 原動機制御部
100 地域熱電併給システム
Claims (22)
- 発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムであって、
第1発電装置と、
熱媒体を圧縮するよう構成された圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するよう構成された駆動装置と、
前記圧縮機の吐出側に接続され、前記圧縮機で圧縮された前記熱媒体を流すための第1共用流路と、
前記第1共用流路から分岐した第2、第3共用流路と、
前記第2共用流路に設けられ、前記第2共用流路を流れる前記熱媒体を冷却するよう構成された放熱装置と、
前記放熱装置よりも下流側で前記第2共用流路に接続され、前記第2共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第1熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第1供給流路と、
前記第2共用流路又は前記複数の第1供給流路の各々に設けられ、前記放熱装置で冷却された前記熱媒体を減圧するよう構成された少なくとも一つの第1膨張装置と、
前記第3共用流路に接続され、前記第3共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第2熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第2供給流路と、
前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第4共用流路と、
を備える地域熱電併給システム。 - 前記複数の第2供給流路の各々から分岐し、前記第2供給流路の各々を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える前記第1熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第3供給流路を更に備える請求項1に記載の地域熱電併給システム。
- 前記第1共用流路に設けられ、前記熱媒体を貯めるための蓄圧断熱貯槽を更に備える請求項1に記載の地域熱電併給システム。
- 前記放熱装置は、地中に埋設され、前記第2共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により冷却するよう構成される請求項1乃至3の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 前記第1膨張装置は、前記第2共用流路に設けられた第1膨張タービンと、前記第1膨張タービンに連結された発電機と、を備える請求項1乃至4の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 前記第4共用流路に設けられ、前記第4共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により昇温するよう構成された第3熱交換器を更に備える請求項1乃至5の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 前記第1共用流路における前記蓄圧断熱貯槽の下流側から分岐して設けられ、前記第1共用流路を流れる前記熱媒体の一部を前記第4共用流路に供給可能に構成された第5共用流路と、
前記第5共用流路を流れる熱媒体のエネルギーを利用して発電を行うよう構成された第2発電装置と、
を更に備える請求項3に記載の地域熱電併給システム。 - 前記第4共用流路に設けられた第2膨張タービンと、
前記第2膨張タービンに連結された発電機と、
を更に備える請求項1乃至7の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。 - 前記第2共用流路における前記放熱装置と前記第1膨張装置との間に接続され、前記複数の需要体の各々における前記第2熱交換器から回収した前記熱媒体を前記第1膨張装置に供給するための第6共用流路を更に備える請求項1乃至7の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 第4共用流路は、前記第1供給流路を介して前記第1熱交換器に供給された熱媒体を前記圧縮機に供給するための第1流路部と、前記第1膨張装置の下流側で前記第2共用流路に接続され、前記第1膨張装置で減圧された前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第2流路部と、を含み、
前記第3熱交換器は、前記第2流路部に設けられる請求項6に記載の地域熱電併給システム。 - 前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記第1発電装置に分配する動力分配装置とを含む請求項1乃至10の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 過去の実測データ又は天気予報情報に基づいて予測した熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方を取得する需要予測情報取得部と、
前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機及び前記第1発電装置への動力の分配比を調節するよう前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、
前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記原動機の出力を調整するよう前記原動機を制御可能に構成された原動機制御部と、
を更に備える請求項11に記載の地域熱電併給システム。 - 再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記再生可能エネルギー型発電装置の出力予測情報を取得する出力予測情報取得部と、
前記出力予測情報取得部によって取得された前記出力予測情報における出力予測に応じて前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、
を更に備える請求項11に記載の地域熱電併給システム。 - 前記第1発電装置を制御する第1発電装置制御部と、
電気料金情報を取得する電気料金情報取得部と、
前記原動機で使用する燃料の燃料価格情報を取得する燃料価格情報取得部と
を更に備え、
前記第1発電装置制御部は、前記燃料価格情報取得部によって取得した燃料価格が前記電気料金情報取得部によって取得した電気料金と比較して割高である場合に、電力系統又は当該地域熱電併給システムが備える電源からの電力によって前記第1発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第1発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される請求項11に記載の地域熱電併給システム。 - 再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記第1発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、
前記第1発電装置を制御する第1発電装置制御部と、
を更に備え、
前記第1発電装置制御部は、停電時かつ前記原動機の故障中に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第1発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第1発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される請求項11又は12に記載の地域熱電併給システム。 - 再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記第1発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、
前記第1発電装置を制御する第1発電装置制御部と、
前記第4共用流路に設けられた第2膨張タービンと、
前記第2膨張タービンに連結された発電機と、
を更に備え、
前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記発電装置に分配する動力分配装置とを含み、
前記第4共用流路は、前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記第2膨張タービンを迂回して前記圧縮機に供給するための迂回流路と、
前記複数の需要体から回収した熱媒が迂回流路を通るか前記第2膨張タービンを通るかを切り替える切り替え装置と、
を更に備え、
前記第1発電装置制御部は、停電時において前記原動機が故障中である場合に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第1発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第1発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成され
前記切り替え装置は、前記複数の需要体から回収した熱媒体が通常時には前記第2膨張タービンを通り、停電時において前記原動機が故障中である場合には前記迂回流路を通るように前記切り替えを行う請求項1に記載の地域熱電併給システム。 - 前記第1発電装置は燃料電池であり、
前記駆動装置は、前記圧縮機に連結されたタービンであり、前記燃料電池の排ガスのエネルギーを利用して駆動するよう構成される請求項1乃至10の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。 - 前記第1発電装置は、燃料電池であり、
前記駆動装置は、前記燃料電池によって得られる電力によって駆動する電気モーターである請求項1乃至10の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。 - 前記原動機の排熱を利用して前記第4共用流路を流れる前記熱媒体を昇温するよう構成された第4熱交換器を更に備える請求項11乃至16の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 前記原動機の排熱の温度と前記第4共用流路を流れる前記熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置を更に備える請求項11乃至16の何れか1項に記載の地域熱電併給システム。
- 前記燃料電池の排熱を利用して前記第4共用流路を流れる前記熱媒体を昇温するよう構成された第4熱交換器を更に備える請求項17又は18に記載の地域熱電併給システム。
- 前記燃料電池の排熱の温度と前記第4共用流路を流れる前記熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置を更に備える請求項17又は18に記載の地域熱電併給システム。
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