JP6906164B2 - Cogeneration system and its operation method - Google Patents
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Description
本開示は、コージェネレーションシステム及びその運転方法に関する。 The present disclosure relates to a cogeneration system and a method of operating the cogeneration system.
燃料電池等の熱電併給装置を備えたコージェネレーションシステムはよく知られている。熱電併給装置の運転に伴って排熱が発生する。排熱は、温水の生成に使用される。温水は、貯湯タンクに貯められ、必要に応じて浴槽又は蛇口に供給される。 A cogeneration system equipped with a combined heat and power device such as a fuel cell is well known. Exhaust heat is generated as the combined heat and power supply device operates. Exhaust heat is used to generate hot water. Hot water is stored in a hot water storage tank and supplied to a bathtub or faucet as needed.
特許文献1及び2に記載されているように、貯湯タンクに貯められた温水を暖房に使用することも可能である。この技術によれば、ユーザーは、コージェネレーションシステムの利益をより多く享受できる。特許文献2に記載の技術によれば、電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱不足状態が予測される場合には、所定の時間帯において、現電力負荷よりも大きい出力側に熱電併給装置の出力が調整される。 As described in Patent Documents 1 and 2, it is also possible to use the hot water stored in the hot water storage tank for heating. With this technology, users can enjoy more of the benefits of cogeneration systems. According to the technique described in Patent Document 2, when a heat shortage state is predicted for a time-series heat load by performing the power load follow-up operation, the heat shortage state is predicted in a predetermined time zone, rather than the current power load. The output of the combined heat and power supply device is adjusted to the larger output side.
特許文献1及び2に記載の技術は、コージェネレーションシステムの省エネルギー性能を高める観点から改良の余地を有する。 The techniques described in Patent Documents 1 and 2 have room for improvement from the viewpoint of enhancing the energy saving performance of the cogeneration system.
本開示は、
電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置と、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御する、
コージェネレーションシステムを提供する。
This disclosure is
A combined heat and power device that can operate according to the power load,
An inverter for grid-connecting the electric power generated in the combined heat and power device to a commercial power source that supplies electric power to the device that generates the electric power load.
A hot water storage tank that stores hot water generated by utilizing the heat generated in the combined heat and power device, and
With the hot water tap connected to the hot water storage tank,
A heat exchanger that causes heat exchange between the hot water and the heat medium of the heating device,
A backup heat source machine that heats the hot water flowing toward the water heater and the heat exchanger.
Equipped with a control device,
The control device is
Time-series historical data of the heat load associated with the hot water supply from the hot water tap, the heat load associated with the heating by the heating device, and the electric power load are generated and stored.
For a specific period, time-series prediction data of the heat load associated with the hot water supply, the heat load associated with the heating, and the electric power load are generated based on the historical data.
A plurality of operation patterns of the combined heat and power apparatus are generated, which are determined by at least one of different operation start times and different operation end times of the combined heat and power apparatus in the specific period.
Assuming that the heat and power cogeneration device is operated according to each of the plurality of operation patterns, the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device in the specific period, the integrated power consumption amount associated with the power load in the specific period, and the specific period. The cumulative power consumption of the combined heat and power supply device, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine when the backup heat source machine compensates for the shortage of the heat stored in the hot water storage tank in the specific period, and the thermoelectric power in the specific period. The integrated heat consumption associated with the power generation of the cogeneration device is predicted for each of the plurality of operation patterns based on the prediction data, and information on the energy balance in the specific period is generated.
A specific operation pattern is selected from the plurality of operation patterns based on the information regarding the energy balance to control the operation of the combined heat and power supply device.
Provide a cogeneration system.
本開示の技術は、コージェネレーションシステムの省エネルギー性能を高めるのに有利である。 The technique of the present disclosure is advantageous for enhancing the energy saving performance of the cogeneration system.
(本開示の基礎となった知見)
コージェネレーションシステムにおいて、電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置で発生した熱によって生成される温水を給湯及び暖房に利用することが考えられる。この場合、電力負荷及び給湯又は暖房に伴う熱負荷に関する時系列の履歴データに基づいて、電力負荷及び熱負荷に関する時系列の予測データを生成することが考えられる。そのうえで、熱電併給装置の様々な運転パターンに対してこの予測データに基づいて省エネルギー性を判断して適切な運転パターンを決定することが考えられる。この場合、熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できることが望ましい。そこで、本発明者は、コージェネレーションシステムの熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定しつつ省エネルギー性の観点から適切に決定できる技術について日夜検討を重ねた。その結果、本発明者は、熱電併給装置の運転パターンを熱電併給装置の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくともいずれかによって特定することによって、熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できることを新たに見出した。加えて、給湯に伴う熱負荷に関するデータと、暖房に伴う熱負荷に関するデータと別々に取り扱うことにより、より的確に熱電併給装置の運転パターンの省エネルギー性を判断できることを新たに見出した。本発明者は、これらの新たな知見に基づいて本開示のコージェネレーションシステムを案出した。
(Knowledge on which this disclosure was based)
In a cogeneration system, it is conceivable to use hot water generated by heat generated by a combined heat and power supply device that can operate following an electric power load for hot water supply and heating. In this case, it is conceivable to generate time-series prediction data regarding the power load and the heat load based on the time-series historical data regarding the power load and the heat load associated with hot water supply or heating. Then, it is conceivable to determine the energy saving property based on this prediction data for various operation patterns of the combined heat and power supply device and determine an appropriate operation pattern. In this case, it is desirable that the operation pattern of the combined heat and power supply device can be simply specified. Therefore, the present inventor has repeatedly studied day and night on a technique capable of appropriately determining from the viewpoint of energy saving while simply specifying the operation pattern of the combined heat and power supply device of the cogeneration system. As a result, the present inventor newly finds that the operation pattern of the combined heat and power device can be simply specified by specifying the operation pattern of the combined heat and power device by at least one of the operation start time and the end time of the combined heat and power device. I found it. In addition, it was newly found that the energy saving of the operation pattern of the combined heat and power supply device can be judged more accurately by treating the data on the heat load associated with hot water supply and the data on the heat load associated with heating separately. The present inventor devised the cogeneration system of the present disclosure based on these new findings.
(本開示に係る態様の概要)
本開示の第1態様に係るコージェネレーションシステムは、
電力負荷に追従して運転可能な熱電併給装置と、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御する。
(Summary of Aspects Related to the Disclosure)
The cogeneration system according to the first aspect of the present disclosure is
A combined heat and power device that can operate according to the power load,
An inverter for grid-connecting the electric power generated in the combined heat and power device to a commercial power source that supplies electric power to the device that generates the electric power load.
A hot water storage tank that stores hot water generated by utilizing the heat generated in the combined heat and power device, and
With the hot water tap connected to the hot water storage tank,
A heat exchanger that causes heat exchange between the hot water and the heat medium of the heating device,
A backup heat source machine that heats the hot water flowing toward the water heater and the heat exchanger.
Equipped with a control device,
The control device is
Time-series historical data of the heat load associated with the hot water supply from the hot water tap, the heat load associated with the heating by the heating device, and the electric power load are generated and stored.
For a specific period, time-series prediction data of the heat load associated with the hot water supply, the heat load associated with the heating, and the electric power load are generated based on the historical data.
A plurality of operation patterns of the combined heat and power apparatus are generated, which are determined by at least one of different operation start times and different operation end times of the combined heat and power apparatus in the specific period.
Assuming that the heat and power cogeneration device is operated according to each of the plurality of operation patterns, the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device in the specific period, the integrated power consumption amount associated with the power load in the specific period, and the specific period. The cumulative power consumption of the combined heat and power supply device, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine when the backup heat source machine compensates for the shortage of the heat stored in the hot water storage tank in the specific period, and the thermoelectric power in the specific period. The integrated heat consumption associated with the power generation of the cogeneration device is predicted for each of the plurality of operation patterns based on the prediction data, and information on the energy balance in the specific period is generated.
A specific operation pattern is selected from the plurality of operation patterns based on the information regarding the energy balance, and the operation of the combined heat and power supply device is controlled.
第1態様によれば、熱電併給装置の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくともいずれかによって熱電併給装置の運転パターンを簡素に特定できる。加えて、給湯に伴う熱負荷の時系列の予測データと、暖房に伴う熱負荷の予測データとが別々に生成されたうえで、バックアップ熱源機の積算消費熱量が予測される。このため、給湯及び暖房のそれぞれの事情がバックアップ熱源機の積算消費熱量の予測に反映される。これにより、熱電併給装置の運転パターンの省エネルギー性がエネルギー収支に関する情報に基づいてより的確に判断されたうえで熱電併給装置の運転パターンが選択される。その結果、第1態様に係るコージェネレーションシステムの省エネルギー性能が高い。 According to the first aspect, the operation pattern of the combined heat and power device can be simply specified by at least one of the operation start time and the operation end time of the combined heat and power device. In addition, the time-series prediction data of the heat load associated with hot water supply and the prediction data of the heat load associated with heating are separately generated, and then the integrated heat consumption of the backup heat source machine is predicted. Therefore, each situation of hot water supply and heating is reflected in the prediction of the integrated heat consumption of the backup heat source machine. As a result, the energy saving property of the operation pattern of the combined heat and power device is selected more accurately based on the information on the energy balance, and then the operation pattern of the combined heat and power device is selected. As a result, the energy saving performance of the cogeneration system according to the first aspect is high.
本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記エネルギー収支に関する情報は、前記電力負荷に伴う前記積算消費電力量と、前記熱電併給装置の前記積算消費電力量と、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量と、前記熱電併給装置の発電に伴う前記積算消費熱量とを、前記熱電併給装置の前記積算発電量から差し引いて決定される。第2態様によれば、エネルギー収支に関する情報を適切に決定できる。 In the second aspect of the present disclosure, for example, in the cogeneration system according to the first aspect, the information regarding the energy balance is the integrated power consumption amount associated with the power load and the integrated power consumption amount of the heat and power combined device. , The integrated heat consumption amount of the backup heat source machine and the integrated heat consumption amount associated with the power generation of the heat and power cogeneration device are subtracted from the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device. According to the second aspect, the information regarding the energy balance can be appropriately determined.
本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記貯湯タンクに貯められた前記温水の温度が前記要求温度より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給される。加えて、前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクに所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の前記貯湯タンクに貯まっている前記温水によって賄える熱負荷を前記暖房に伴う前記熱負荷として扱う。第3態様によれば、熱交換器に供給される温水に対する要求温度と貯湯タンクに貯められた温水の温度との関係に基づいて熱交換器への温水の供給方式を変更できる。加えて、貯湯タンクに貯まる温水によって賄える熱負荷に従って暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データを生成できる。 In the third aspect of the present disclosure, for example, in the cogeneration system according to the first or second aspect, in the heating by the heating device, the hot water stored in the hot water storage tank is stored in the hot water storage tank. When the temperature of the hot water is lower than the required temperature for the hot water supplied to the heat exchanger, the temperature of the hot water heated by the backup heat source machine and supplied to the heat exchanger and stored in the hot water storage tank is the required temperature. When the temperature is higher than the temperature, it is supplied to the heat exchanger without being heated by the backup heat source machine. In addition, the control device receives the heat load that can be covered by the hot water stored in the hot water storage tank in a state where it is assumed that the hot water storage tank has a predetermined temperature and a predetermined amount of hot water in the generation of the historical data. It is treated as the heat load associated with heating. According to the third aspect, the hot water supply method to the heat exchanger can be changed based on the relationship between the required temperature for the hot water supplied to the heat exchanger and the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank. In addition, time-series historical data of the heat load associated with heating can be generated according to the heat load that can be covered by the hot water stored in the hot water storage tank.
本開示の第4態様において、例えば、第1又は第2態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記暖房装置による前記暖房において、前記貯湯タンクに貯められた前記温水は、前記熱交換器に供給される前記温水に対する要求温度が閾値より高いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されて前記熱交換器に供給され、前記要求温度が前記閾値より低いときには前記バックアップ熱源機によって加熱されずに前記熱交換器に供給される。加えて、前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクから前記熱交換器に向かって供給される前記温水の温度に基づいて前記暖房に伴う前記熱負荷を決定する。第4態様によれば、熱交換器に供給される温水に対する要求温度に基づいて熱交換器への温水の供給方式を変更できる。加えて、貯湯タンクから熱交換器に向かって供給される温水の温度に基づいて暖房に伴う熱負荷を決定できる。 In the fourth aspect of the present disclosure, for example, in the cogeneration system according to the first or second aspect, in the heating by the heating device, the hot water stored in the hot water storage tank is supplied to the heat exchanger. When the required temperature for the hot water is higher than the threshold value, it is heated by the backup heat source machine and supplied to the heat exchanger, and when the required temperature is lower than the threshold value, it is supplied to the heat exchanger without being heated by the backup heat source machine. Will be done. In addition, the control device determines the heat load associated with the heating based on the temperature of the hot water supplied from the hot water storage tank to the heat exchanger in the generation of the historical data. According to the fourth aspect, the method of supplying hot water to the heat exchanger can be changed based on the required temperature for the hot water supplied to the heat exchanger. In addition, the heat load associated with heating can be determined based on the temperature of the hot water supplied from the hot water storage tank to the heat exchanger.
本開示の第5態様において、例えば、第1〜第4態様のいずれか1つの態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記予測データにおける前記暖房に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第一乗算に使用される第一係数が、前記予測データにおける前記給湯に伴う前記熱負荷に対応する前記バックアップ熱源機の消費熱量の決定のための第二乗算に使用される第二係数よりも大きい。暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機の熱効率よりも低い。このため、第5態様によれば、暖房のためのバックアップ熱源機の熱効率と給湯のためのバックアップ熱源機の熱効率との相違に基づいて、特定期間におけるバックアップ熱源機の積算消費熱量をより的確に予測できる。 In the fifth aspect of the present disclosure, for example, in the cogeneration system according to any one of the first to fourth aspects, in the prediction of the integrated heat consumption of the backup heat source machine, it is accompanied by the heating in the prediction data. The first coefficient used for the first multiplication for determining the heat consumption of the backup heat source machine corresponding to the heat load is the consumption of the backup heat source machine corresponding to the heat load associated with the hot water supply in the prediction data. Greater than the second coefficient used for the second multiplication to determine the amount of heat. The thermal efficiency of the backup heat source machine corresponding to the heat load associated with heating is lower than the thermal efficiency of the backup heat source machine corresponding to the heat load associated with hot water supply. Therefore, according to the fifth aspect, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine in a specific period is more accurately calculated based on the difference between the thermal efficiency of the backup heat source machine for heating and the heat efficiency of the backup heat source machine for hot water supply. Can be predicted.
本開示の第6態様において、例えば、第5態様に係るコージェネレーションシステムでは、前記制御装置は、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量の予測において、前記第一乗算の結果又は前記第二乗算の結果を特定の補正係数によって補正する。第6態様によれば、特定の補正係数によって第一乗算の結果又は第二乗算の結果を補正できる。これにより、バックアップ熱源機の積算消費熱量の予測、ひいてはエネルギー収支に関する情報にユーザーの意思を容易に反映させることができる。 In the sixth aspect of the present disclosure, for example, in the cogeneration system according to the fifth aspect, the control device determines the result of the first multiplication or the second multiplication in the prediction of the integrated heat consumption of the backup heat source machine. Correct the result with a specific correction factor. According to the sixth aspect, the result of the first multiplication or the result of the second multiplication can be corrected by a specific correction coefficient. As a result, the user's intention can be easily reflected in the prediction of the cumulative heat consumption of the backup heat source machine and the information on the energy balance.
本開示の第7態様に係るコージェネレーションシステムの運転方法は、
熱電併給装置を電力負荷に追従して運転することと、
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系することと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して温水を生成して貯湯タンクに貯めることと、
熱交換器によって前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせることと、
バックアップ熱源機によって前記貯湯タンクに接続された給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱することと、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶することと、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成することと、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成することと、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成することと、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御することと、を含む。
The method of operating the cogeneration system according to the seventh aspect of the present disclosure is as follows.
To operate the combined heat and power device according to the power load,
Connecting the power generated in the combined heat and power device to the commercial power supply that supplies power to the device that generates the power load, and
Using the heat generated in the combined heat and power system to generate hot water and store it in the hot water storage tank.
The heat exchanger causes heat exchange between the hot water and the heat medium of the heating device, and
The backup heat source machine heats the hot water tap connected to the hot water storage tank and the hot water flowing toward the heat exchanger.
To generate and store historical data of each time series of the heat load associated with the hot water supply from the hot water tap, the heat load associated with the heating by the heating device, and the electric power load.
To generate forecast data of each time series of the heat load associated with the hot water supply, the heat load associated with the heating, and the electric power load in a specific period based on the historical data.
To generate a plurality of operation patterns of the combined heat and power apparatus defined by at least one of different operation start times and different operation end times of the combined heat and power apparatus in the specific period.
Assuming that the heat and power cogeneration device is operated according to each of the plurality of operation patterns, the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device in the specific period, the integrated power consumption amount associated with the power load in the specific period, and the specific period. The cumulative power consumption of the combined heat and power supply device, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine when the backup heat source machine compensates for the shortage of the heat stored in the hot water storage tank in the specific period, and the thermoelectric power in the specific period. To generate information on the energy balance in the specific period by predicting the integrated heat consumption associated with the power generation of the cogeneration device for each of the plurality of operation patterns based on the prediction data.
It includes controlling the operation of the combined heat and power supply device by selecting a specific operation pattern from the plurality of operation patterns based on the information regarding the energy balance.
第7態様によれば、第1態様と同じ効果が得られる。 According to the seventh aspect, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.
(実施形態)
図1に示すように、本実施形態のコージェネレーションシステム1は、熱電併給装置10と、インバータ15と、貯湯タンク20と、給湯栓59と、熱交換器42と、バックアップ熱源機36と、制御装置70とを備えている。熱電併給装置10は、電力負荷に追従して運転可能である。インバータ15は、電力負荷を発生させる機器100に電力を供給する商用電源150に熱電併給装置10において発生した電力を系統連系する。貯湯タンク20は、熱電併給装置10において発生した熱を利用して生成される温水を貯める。給湯栓59は、貯湯タンク20に接続されている。熱交換器42は、温水と暖房装置53の熱媒体との間で熱交換を生じさせる。熱交換器42は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などの液−液熱交換器である。バックアップ熱源機36は、給湯栓59及び熱交換器42に向かって流れる温水を加熱する。バックアップ熱源機36は、例えば、燃料の燃焼により水を加熱するガス給湯器等のボイラである。
(Embodiment)
As shown in FIG. 1, the cogeneration system 1 of the present embodiment controls a combined heat and
制御装置70は、給湯栓59からの給湯に伴う熱負荷、暖房装置53による暖房に伴う熱負荷、及び機器100で発生した電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶する。制御装置70は、特定期間における、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを上記の履歴データに基づいて生成する。また、制御装置70は、特定期間における熱電併給装置10の複数の運転パターンを生成する。熱電併給装置10の複数の運転パターンは、熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められている。制御装置70は、熱電併給装置10の複数の運転パターンのそれぞれに従って熱電併給装置10を運転すると仮定する。そのうえで、制御装置70は、下記の(i)〜(v)の物理量を上記の予測データに基づいて複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成する。制御装置70は、エネルギー収支に関する情報に基づいて複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して熱電併給装置10の運転を制御する。(i)〜(v)の物理量は、例えばJ(ジュール)の次元を有する。
(i)特定期間の熱電併給装置10の積算発電量
(ii)特定期間の電力負荷に伴う積算消費電力量
(iii)特定期間の熱電併給装置10の積算消費電力量
(iv)特定期間において貯湯タンク20に蓄えられる熱量の不足をバックアップ熱源機36によって補うときのバックアップ熱源機36の積算消費熱量
(v)特定期間における熱電併給装置10の発電に伴う積算消費熱量
The
(I) Cumulative power generation of the combined heat and
制御装置70は、例えば、所定の時間間隔(例えば1時間)毎に、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、電力負荷の数週間(例えば4週間)分の履歴データを記憶している。図1に示す通り、貯湯タンク20には、例えば、市水の給水経路27が接続されている。制御装置70は、例えば、給水経路27における水温を示す情報、給湯栓59における温水の温度を示す情報、及び給湯栓59に向かって流れる温水の流量を示す情報に基づいて給湯に伴う熱負荷を決定し、記憶する。制御装置70は、例えば、熱交換器42における温水の入口温度及び出口温度を示す情報と、熱交換器42における温水の流量を示す情報とに基づいて暖房に伴う熱負荷を決定し、記憶する。制御装置70は、例えば、商用電源150から機器100に出力された電力を示す情報に基づいて電力負荷を決定する。例えば、制御装置70がこれらの情報を取得できるように、温度センサ、流量計、及び電力計等の計測機器が制御装置70に有線又は無線によって接続されている。制御装置70は、例えば、所定期間における、給湯に伴う熱負荷、暖房に伴う熱負荷、及び電力負荷の生データに平均化などの所定の情報処理を行って記憶用の履歴データを生成する。
The
制御装置70は、例えば、特定期間における上記の予測データの生成において、その特定期間が属する曜日及び時間帯と同一の曜日及び時間帯における上記の履歴データを参照する。同一の曜日及び時間帯における複数の履歴データが存在する場合には、制御装置70は、例えば、それらの複数の履歴データから直近の履歴データを参照して特定期間における上記の予測データを生成する。また、制御装置70は、複数の履歴データ同士のマッチングを行って発生確率の高さに基づいて上記の予測データを生成してもよい。また、制御装置70は、複数の履歴データに対し、平均化等の所定の情報処理を行って上記の予測データを生成してもよい。
The
特定期間は、現在の時刻以降の期間である限り特に限定されない。特定期間は、日毎に区切られていてもよいし、日を跨いで定められていてもよい。例えば、現在の曜日が水曜日である場合、特定期間は、現在の時刻から来週の火曜日の午後12時までの期間でありうる。特定期間は、熱電併給装置10の連続運転可能時間よりも長い期間であり得る。
The specific period is not particularly limited as long as it is a period after the current time. The specific period may be divided by day or may be set across days. For example, if the current day of the week is Wednesday, the particular period can be the period from the current time to 12:00 pm next Tuesday. The specific period may be longer than the continuous operation possible time of the combined heat and
制御装置70は、例えば、熱電併給装置10の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻によって定められた複数の運転パターンを生成する。この場合、複数の運転パターンは、運転開始時刻と運転終了時刻との間の期間が上記の特定期間に含まれるように生成される。一方、制御装置70は、特定期間における熱電併給装置10の運転開始時刻及び運転終了時刻の1つのみが互いに異なる複数の運転パターンを生成してもよい。例えば、特定期間に現在の時刻が含まれ、現在、熱電併給装置10が運転中である場合には、制御装置70は、複数の異なる運転終了時刻によって定められた複数の運転パターンを生成してもよい。この場合、複数の運転パターンは、運転終了時刻が上記の特定期間に含まれるように生成される。
The
エネルギー収支に関する情報は、例えば、(ii)の物理量と、(iii)の物理量と、(iv)の物理量と、(v)の物理量とを、(i)の物理量から差し引いて決定される。エネルギー収支に関する情報は、(i)〜(v)の物理量を電気料金又は燃料代等に換算して決定されてもよい。 Information on the energy balance is determined by subtracting the physical quantity of (ii), the physical quantity of (iii), the physical quantity of (iv), and the physical quantity of (v) from the physical quantity of (i), for example. Information on the energy balance may be determined by converting the physical quantities of (i) to (v) into electricity charges, fuel charges, and the like.
制御装置70は、典型的には、複数の運転パターンから、最も有利なエネルギー収支に関する情報に対応する運転パターンを選択し、選択した運転パターンに従って熱電併給装置10の運転を制御する。最も有利なエネルギー収支に関する情報は、例えば、(ii)の物理量と、(iii)の物理量と、(iv)の物理量と、(v)の物理量とを、(i)の物理量から差し引いた差が最大である情報である。場合によっては、最も有利なエネルギー収支に関する情報は、例えば(iv)の物理量が最小である情報でありうる。例えば、制御装置70は、コントロールパネル(図示せず)におけるユーザーの操作に従い、所定の指示を示す情報を取得した場合、(iv)の物理量が最小である情報を最も有利なエネルギー収支に関する情報と判断する。
The
暖房装置53による暖房において、例えば、貯湯タンク20に貯められた温水は、所定の場合には、バックアップ熱源機36によって加熱されて熱交換器42に供給される。この場合、貯湯タンク20に貯められた温水の温度が熱交換器42に供給される温水に対する要求温度より低い。一方、貯湯タンク20に貯められた温水は、別の場合には、バックアップ熱源機36によって加熱されずに、熱交換器42に供給される。この場合、貯湯タンク20に貯められた温水の温度が熱交換器42に供給される温水に対する要求温度より高い。制御装置70は、上記の履歴データの生成において、貯湯タンク20に所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の貯湯タンク20に貯まっている温水によって賄える熱負荷を暖房に伴う熱負荷として扱う。これにより、貯湯タンク20に貯まる温水によって賄える熱負荷に従って、暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データを生成できる。この仮定における所定温度は、例えば40℃である。この仮定における所定量は、例えば、貯湯タンク20に貯湯可能な温水の最大量である。
In the heating by the
暖房装置53による暖房において、貯湯タンク20に貯められた温水は、熱交換器42に供給される温水に対する要求温度が閾値より高いときにはバックアップ熱源機36によって加熱されて熱交換器42に供給されてもよい。一方、熱交換器42に供給される温水に対する要求温度が閾値より低いときにはバックアップ熱源機36によって加熱されずに熱交換器42に供給されてもよい。この場合、制御装置70は、例えば、上記の履歴データの生成において、貯湯タンク20から熱交換器42に向かって供給される温水の温度に基づいて暖房に伴う熱負荷を決定する。
In the heating by the
例えば、バックアップ熱源機36の積算消費熱量の予測において、第一乗算に使用される第一係数が、第二乗算に使用される第二係数よりも大きい。第一乗算は、予測データにおける暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の消費熱量の決定のための乗算である。第二乗算は、予測データにおける給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の消費熱量の決定のための乗算である。暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の熱効率よりも低い。このため、暖房のためのバックアップ熱源機36の熱効率と給湯のためのバックアップ熱源機36の熱効率との相違に基づいて、特定期間におけるバックアップ熱源機36の積算消費熱量をより的確に予測できる。
For example, in predicting the integrated heat consumption of the backup
制御装置70は、例えば、上記の第一乗算の結果又は第二乗算の結果を特定の補正係数によって補正してもよい。上記の通り、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の熱効率は、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の熱効率よりも低い。このため、給湯に伴う熱負荷に優先的に対応するようにバックアップ熱源機36が使用されることがコージェネレーションシステム1におけるエネルギー収支の観点から望ましい。換言すると、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量で暖房に伴う熱負荷を賄えることがエネルギー収支の観点から望ましい。しかし、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量を給湯に優先的に使用したいユーザーも存在する。そこで、制御装置70は、例えば、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量が給湯に優先的に利用されるべきこと又は貯湯タンク20に貯まった温水の熱量が暖房に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合に、上記の補正を行う。制御装置70は、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量が給湯に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合、第一乗算の結果を減少させる又は第二乗算の結果を増加させるように特定の補正係数を決定する。一方、制御装置70は、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量が暖房に優先的に利用されるべきことを示す情報を取得した場合、第一乗算の結果を増加させる又は第二乗算の結果を減少させるように特定の補正係数を決定する。制御装置70は、例えば、コントロールパネル(図示せず)におけるユーザーの操作に従い、貯湯タンク20に貯まった温水の熱量が給湯及び暖房のいずれに優先的に利用されるべきかを示す情報を取得する。
The
図1に示す通り、例えば、熱電併給装置10及び貯湯タンク20は、熱回収経路21によって互いに接続されている。
As shown in FIG. 1, for example, the combined heat and
熱電併給装置10は、例えば、燃料電池11、改質器12、熱交換器13、及びポンプ14を有する。
The combined heat and
燃料電池11は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて電力を生成する。改質器12は、都市ガスなどの原料ガスを改質することによって燃料ガスを生成する。燃料ガスは、水素ガスを含む。酸化剤ガスは、典型的には、空気である。燃料電池11の型式は特に限定されない。燃料電池11は、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、リン酸型燃料電池又は溶融炭酸塩型燃料電池である。純水素ガスが燃料電池11に供給される場合、改質器12は省略されうる。
The
熱交換器13は、燃料電池11のアノードオフガス、燃料電池11のカソードオフガス、及び燃焼排ガスから選ばれる少なくとも1つのガスを冷却して凝縮水を生じさせる冷却器でありうる。複数のガスを個別に冷却できるように、熱交換器13は、複数の部分に分かれていてもよい。貯湯タンク20の下部に貯められた水を冷却媒体として熱交換器13に流すことができるように、熱交換器13が貯湯タンク20に接続されている。凝縮水は、凝縮水タンク(図示せず)に貯められる。凝縮水タンクに貯められた水は、改質器12に供給され、燃料ガスの生成に使用される。燃焼排ガスは、改質器12を昇温するためのバーナの燃焼排ガスである。バーナの燃料には、燃料電池11のアノードオフガスが使用されうる。熱交換器13は、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器などの気−液熱交換器である。
The
熱回収経路21は、第一部分21a及び第二部分21bを含む。第一部分21aは、貯湯タンク20の下部と熱交換器13の入口とを接続している。第二部分21bは、熱交換器13の出口と貯湯タンク20の上部とを接続している。第一部分21aは、熱回収経路21の上流部分を構成している。第二部分21bは、熱回収経路21の下流部分を構成している。第一部分21aは、熱交換器13において加熱されるべき水を熱交換器13に導くための流路である。第二部分21bは、熱交換器13において加熱された水(温水)を貯湯タンク20に導くための流路である。
The heat recovery path 21 includes a
ポンプ14は、熱回収経路21に配置されている。ポンプ14の働きによって、貯湯タンク20から熱交換器13に水が供給され、生成された温水が熱交換器13から貯湯タンク20に戻される。本実施形態では、ポンプ14は、熱回収経路21の第一部分21aに配置されている。ポンプ14は、第二部分21bに配置されていてもよい。
The
コージェネレーションシステム1に使用されるポンプのそれぞれは、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプである。 Each of the pumps used in the cogeneration system 1 is a positive displacement pump such as a piston pump, a plunger pump, a gear pump, and a vane pump.
熱回収経路21には、温度センサ22が設けられている。温度センサ22は、熱回収経路21を流れる水の温度を検出する。本実施形態では、温度センサ22は、熱回収経路21の第一部分21aに配置されている。第一部分21aに温度センサ22が配置されていると、貯湯タンク20から熱交換器13に供給されるべき水の温度を正確に検出できる。ただし、温度センサ22は、第二部分21bに配置されていてもよい。
A
温度センサ22によって検出された水の温度が閾値温度以下(例えば、45℃以下)であるとき、熱電併給装置10が水不足に陥るおそれが無く、燃料電池11の運転を継続可能である。温度センサ22によって検出された水の温度が閾値温度よりも高いとき、熱電併給装置10が水不足に陥る可能性が浮上する。熱電併給装置10が水不足に陥るおそれがあるとき、発電を停止させてもよい。
When the temperature of the water detected by the
コージェネレーションシステム1に使用される温度センサのそれぞれは、例えば、サーミスタを用いた温度センサ又は熱電対を用いた温度センサである。 Each of the temperature sensors used in the cogeneration system 1 is, for example, a temperature sensor using a thermistor or a temperature sensor using a thermocouple.
図1に示すように、貯湯タンク20は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。貯湯タンク20には、例えば、複数の温度センサ25a〜25eが設けられている。温度センサ25a〜25eは、鉛直方向に沿って概ね等間隔で配置されている。温度センサ25a〜25eは、貯湯タンク20の内部に配置されていてもよく、貯湯タンク20の表面上に配置されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the hot water storage tank 20 is composed of, for example, a container having heat insulation and pressure resistance. The hot water storage tank 20 is provided with, for example, a plurality of
温度センサ25a〜25eは、貯湯タンク20に貯められた温水の温度を検出する。高温の温水が貯湯タンク20の上部に貯められる。温水が使用されると市水が貯湯タンク20の下部に補給される。そのため、貯湯タンク20の内部には温水の温度成層が形成される。温度センサ25a〜25eの検出値によって、貯湯タンク20の蓄熱状態を把握できる。
The
貯湯タンク20の下部には給水経路27が接続されている。貯湯タンク20の温水が消費されると、給水経路27を通じて市水が貯湯タンク20に補給される。したがって、貯湯タンク20には市水の給水圧力が加わっている。
A
コージェネレーションシステム1は、さらに、循環経路30及びバイパス経路31を備えている。
The cogeneration system 1 further includes a
循環経路30は、貯湯タンク20と熱交換器42との間で温水を循環させることによって、貯湯タンク20の温水を暖房に使用するための経路である。循環経路30は、往路部分30a及び復路部分30bを含む。往路部分30a及び復路部分30bは、それぞれ、貯湯タンク20と熱交換器42とを接続している。詳細には、往路部分30aは、貯湯タンク20の上部と熱交換器42の入口とを接続している。往路部分30aを通じて、貯湯タンク20の上部に貯められた高温の温水が貯湯タンク20から熱交換器42に供給されうる。このような構成によれば、外部の熱源の使用頻度を下げることができる。復路部分30bは、例えば、熱交換器42の出口と貯湯タンク20の下部とを接続している。復路部分30bを通じて、熱交換器42から貯湯タンク20の下部に温水が戻される。このような構成によれば、貯湯タンク20の内部の温度成層が乱れにくい。貯湯タンク20の下部に予め存在する温水(又は冷水)と貯湯タンク20に戻された温水とが貯湯タンク20の下部において混ざりあう。
The
循環経路30の復路部分30bは、貯湯タンク20の中間部に接続されていてもよい。この場合、温水は、貯湯タンク20の中間部に戻される。この場合、貯湯タンク20の下部の低温の水と貯湯タンク20の中間部に戻された温水とが直接混ざることを回避できるので、貯湯タンク20の内部の温度成層が乱れにくい。本明細書において、「貯湯タンク20の上部」「貯湯タンク20の中間部」「貯湯タンク20の下部」は、それぞれ、以下のように定義されうる。貯湯タンク20の内部空間を鉛直方向に3等分したとき、最も上の部分を「貯湯タンク20の上部」と定義し、最も下の部分を「貯湯タンク20の下部」と定義し、真ん中の部分を「貯湯タンク20の中間部」と定義することができる。
The
バイパス経路31は、貯湯タンク20の外部において、循環経路30の往路部分30aと循環経路30の復路部分30bとを接続している。バイパス経路31によれば、熱交換器42から排出された温水の一部又は全部を貯湯タンク20に戻すことなく、循環経路30に循環させることができる。
The
熱交換器42において、貯湯タンク20に貯められた温水と暖房装置53の熱媒体との間の熱交換により、暖房装置53の熱媒体が所望の温度まで加熱される。暖房装置53としては、床暖房装置などの輻射暖房装置が挙げられる。暖房装置53の熱媒体は、水、ブライン、オイルなどの液体である。暖房装置53は、熱媒体回路50によって熱交換器42に接続されている。熱媒体回路50にはポンプ51が配置されている。ポンプ51を作動させることによって、熱交換器42と暖房装置53との間で熱媒体を循環させることができる。
In the
循環経路30には、混合弁32、ポンプ34、及びバックアップ熱源機36が設けられている。
The
混合弁32は、バイパス経路31と循環経路30の往路部分30aとの接続位置に配置されている。混合弁32の入り口にバイパス経路31が接続されている。混合弁32を制御することによって、貯湯タンク20から新たに供給されるべき温水とバイパス経路31を流れる温水との混合比を調節することができる。これにより、最適な温度の温水を熱交換器42に供給できる。バックアップ熱源機36などの外部の熱源の使用頻度を下げることもできる。
The mixing
バックアップ熱源機36は、例えば、循環経路30の往路部分30aを流れる温水を加熱する。循環経路30の往路部分30aにおいて、バックアップ熱源機36は、混合弁32と熱交換器42との間に位置している。ポンプ34は、混合弁32とバックアップ熱源機36との間に位置している。貯湯タンク20に貯まった温水がバックアップ熱源機36の中を通って熱交換器42に供給される。バックアップ熱源機36をバイパスする経路が設けられていてもよい。
The backup
混合弁32に代えて、バイパス経路31における温水の流れを許可及び遮断する切換弁を備えていてもよい。切換弁は、例えば、バイパス経路31と循環経路30の往路部分30aとの接続位置に配置された三方弁である。細かい温度調節が要求されない場合、温水の全量が貯湯タンク20に戻される第一状態と温水の全量がバイパス経路31に導かれる第二状態とを切換弁によって選択できればよい。戻り温度が閾値温度よりも高い場合、切換弁によって、上記の第一状態が選択される。閾値温度よりも高い温度の温水が貯湯タンク20に戻ることを確実に阻止できるので、貯湯タンク20の内部の温度成層を維持しやすい。また、簡易な構成によって、閾値温度よりも高い温度の温水が貯湯タンク20に戻ることを確実に阻止できる。なお、三方弁は、複数の開閉弁で代用可能である。
Instead of the mixing
循環経路30には、温度センサ38が設けられている。本実施形態では、温度センサ38は、循環経路30の復路部分30bに配置されている。より詳細には、温度センサ38は、熱交換器42と位置Pとの間の位置において、復路部分30bに配置されている。位置Pは、バイパス経路31と循環経路30の復路部分30bとの接続位置である。このような構成によれば、熱交換器42から貯湯タンク20に戻されるべき温水の温度を正確に検出できる。
A
循環経路30から給湯経路57が分岐している。循環経路30と給湯経路57との接続位置は、バックアップ熱源機36と熱交換器42との間にある。貯湯タンク20の温水は、給湯経路57を通じて給湯栓59に供給されうる。
The hot
制御装置70は、典型的には、コージェネレーションシステム1を運転するためのプログラムが実行可能に格納されたデジタルコンピュータである。制御装置70は、単一のデジタルコンピュータによって構成されていてもよいし、互いに通信可能な複数のデジタルコンピュータによって構成されていてもよい。温度センサ22、25a〜25e及び38の検出結果を示す信号が制御装置70に入力される。制御器23には、別の温度センサ、流量計、電力計、及びガスセンサなどの他の計測機器(図示省略)からも検出信号が入力される。制御装置70は、制御器23は、特定の運転パターン及び各種計測機器の計測結果を示す情報に基づき、ポンプ14、ポンプ34、混合弁32、バックアップ熱源機36、ポンプ51、給湯栓59などの制御対象を制御する。
The
次に、コージェネレーションシステム1における、熱電併給装置10の運転パターンを選択するための処理の一例を説明する。
Next, an example of the process for selecting the operation pattern of the combined heat and
図2に示す通り、制御装置70は、ステップS1において、給湯に伴う熱負荷の時系列の履歴データDhw、暖房に伴う熱負荷の時系列の履歴データDhh、及び電力負荷の時系列の履歴データDheを生成して記憶する。次にステップS2に進み、制御装置70は、特定期間における、給湯に伴う熱負荷の時系列の予測データDpw、暖房に伴う熱負荷の時系列の予測データDph、及び電力負荷の時系列の予測データDpeを生成する。ステップS2において、例えば、予測データDpwは履歴データDhwに基づいて生成され、予測データDphは履歴データDhhに基づいて生成され、予測データDpeは履歴データDheに基づいて生成される。
As shown in FIG. 2, in step S1, the
次に、ステップS3に進み、制御装置70は、特定期間における熱電併給装置10の運転パターンPcを生成する。運転パターンPcは、熱電併給装置10の運転開始時刻及び運転終了時刻の少なくとも1つによって定義されている。次に、ステップS4に進み、制御装置70は、運転パターンPcが条件Cfを満たすか否か判断する。条件Cfは、熱電併給装置10の運転に関する制約条件である。条件Cfは、例えば、運転パターンPcにおける熱電併給装置10の運転開始時刻及び運転終了時刻が熱電併給装置10の運転禁止時間帯に含まれないことである。また、条件Cfは、運転パターンPcにおける運転開始時刻から運転終了時刻までの期間が熱電併給装置10の連続運転可能時間を超えないことでありうる。加えて、条件Cfは、前回の運転終了時刻から運転パターンPcにおける運転開始時刻までの期間が必要停止期間以上であることでありうる。
Next, the process proceeds to step S3, and the
ステップS4における判断結果が肯定的である場合、制御装置70は、ステップS5に進み、運転パターンPcに対する特定期間におけるエネルギー収支に関する情報Dbを生成する。次に、ステップS6に進み、生成された情報Dbが最良のものであるか否か判断する。例えば、制御装置70は、新たに生成された情報Dbが、制御装置70が記憶している最適運転パターンPbの情報Dbと比較してステップS6の判断を行う。
If the determination result in step S4 is affirmative, the
ステップS6における判断結果が肯定的である場合、ステップS7に進み、最適運転パターンPbを更新する。換言すると、制御装置70は新たに生成した情報Dbに対応する運転パターンPcを最適運転パターンPbとして記憶する。
If the determination result in step S6 is affirmative, the process proceeds to step S7 to update the optimum operation pattern Pb. In other words, the
ステップS4における判断結果が否定的である場合、及び、ステップS6における判断結果が否定的である場合には、ステップS8に進む。加えて、ステップS7の後にも、ステップS8に進む。ステップS8において、制御装置70は、全ての運転パターンPcに対して情報Dbを生成したか否か判断する。ステップS8における判断結果が否定的である場合、ステップS10に進み、運転パターンPcを更新して、ステップS4に戻る。ステップS8における判断結果が肯定的である場合、ステップS9に進み、現在記憶されている最適運転パターンPbが全ての運転パターンPcに対して最適であると決定し、一連の処理を終了する。制御装置70は、特定期間において、最適運転パターンPbに従って熱電併給装置10を運転する。
If the determination result in step S4 is negative, or if the determination result in step S6 is negative, the process proceeds to step S8. In addition, the process proceeds to step S8 after step S7. In step S8, the
次に、運転パターンPcに対する特定期間におけるエネルギー収支に関する情報Dbを生成するための処理の一例を説明する。 Next, an example of processing for generating information Db regarding the energy balance in a specific period for the operation pattern Pc will be described.
図1に示す一連の処理においてステップS5の処理が行われるとき、図3Aに示すステップS101の処理が開始される。図3Aに示す通り、ステップS101において、制御装置70は、熱電併給装置10の状態に関する情報を取得する。例えば、制御装置70は、熱電併給装置10が現在発電中か否かに関する情報を取得する。次に、ステップS102に進み、制御装置70は、解析対象の時間を更新する。なお、解析対象の時間の初期値は、特定期間の開始時刻t0を含む。解析対象の時間は、所定の時間ステップΔtを加算することによって更新される。次に、ステップS103に進み、制御装置70は、予測データDpeに基づいて、解析対象の時間の終了時刻までの電力負荷に伴う積算消費電力量Tclを算出する。次に、ステップS104に進み、運転パターンPcを参照して、解析対象の時間において熱電併給装置10が発電中であるか否か判断する。ステップS104における判断結果が肯定的である場合、ステップS105に進み、制御装置70は、熱電併給装置10の発電によって貯湯タンク20に貯まる熱量の予測データDpsを算出する。例えば、制御装置70は、解析対象の時間において熱電併給装置10の発電によって貯湯タンク20に貯まる熱量の増分ΔQを、ステップS105の実行直前に制御装置70に記憶されている予測データDpsに加算する。次に、ステップS106に進み、制御装置70は、解析対象の時間の終了時刻までの熱電併給装置10の積算発電量Tgを算出する。次に、ステップS107に進み、制御装置70は、解析対象の時間の終了時刻までの熱電併給装置10の積算消費電力量Tcp及び積算消費熱量Tcqを算出する。この場合、ステップS107において、熱電併給装置10が発電中であることを踏まえて、熱電併給装置10の積算消費電力量Tcp及び積算消費熱量Tcqが算出される。なお、ステップS104における判断結果が否定的である場合、制御装置70は、ステップS105及びステップS106の処理をスキップして、ステップS107に進む。この場合、ステップS107において、熱電併給装置10が発電中でないことを踏まえて、熱電併給装置10の積算消費電力量Tcp及び積算消費熱量Tcqが算出される。なお、熱電併給装置10は、発電中でない場合にも機器のメンテナンス等の理由により所定の電力量及び熱量を消費する。
When the process of step S5 is performed in the series of processes shown in FIG. 1, the process of step S101 shown in FIG. 3A is started. As shown in FIG. 3A, in step S101, the
ステップS107の処理が完了すると、次に、ステップS108に進み、制御装置70は、解析対象の時間において予測データDpwに熱負荷があるか否か判断する。これにより、解析対象の時間に給湯に伴う熱負荷があるか否か判断される。ステップS108における判断結果が肯定的である場合、ステップS109に進み、予測データDpsの熱量は予測データDpwの熱負荷以上であるか否か判断される。ステップS109における判断結果が肯定的である場合、ステップS110に進み、予測データDpwの熱負荷を予測データDpsの熱量から差し引いて、予測データDpsの値が更新される。ステップS109における判断結果が否定的である場合、ステップS111に進み、制御装置70は、予測データDpsの熱量が基準値を超えるか否か判断する。例えば、基準値は、熱電併給装置10が発電開始前であるときの貯湯タンク20の状態に対応している。ステップS111における判断結果が肯定的である場合、ステップS112に進み、制御装置70は、予測データDpwの熱負荷の一部を予測データDpsから差し引いて予測データDpsを基準値に変更する。すなわち、予測データDpwの熱負荷の一部は、予測データDpsの熱量と基準値との差分Δrに相当する。次に、ステップS113に進み、制御装置70は、バックアップ熱源機36の積算消費熱量Tbcを算出する。制御装置70は、例えば、予測データDpwの熱負荷の他の部分(予測データDpwの熱負荷−Δr)をバックアップ熱源機36で賄うときのバックアップ熱源機36の消費熱量ΔQp1を算出する。そのうえで、制御装置70は、ステップS113の実行直前に制御装置70に記憶されている積算消費熱量TbcにΔQp1を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Tbcを算出する。なお、ΔQp1の算出において、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の燃焼効率に関する係数が用いられる。具体的に、ΔQp1の算出のための乗算においてこの係数が用いられる。ステップS111における判断結果が否定的である場合、ステップS114に進み、バックアップ熱源機36の積算消費熱量Tbcを算出する。制御装置70は、例えば、予測データDpwの熱負荷の全体をバックアップ熱源機36で賄うときのバックアップ熱源機36の消費熱量ΔQt1を算出する。そのうえで、制御装置70は、ステップS113の実行直前に制御装置70に記憶されている積算消費熱量TbcにΔQt1を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Tbcを算出する。なお、ΔQt1の算出においても、給湯に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の燃焼効率に関する上記の係数が用いられる。
When the process of step S107 is completed, the process proceeds to step S108, and the
図3A及び図3Bに示す通り、ステップS108における判断結果が否定的である場合、ステップS115に進む。また、ステップS110、ステップS113、又はステップS114の処理が完了した場合もステップS115に進む。 As shown in FIGS. 3A and 3B, if the determination result in step S108 is negative, the process proceeds to step S115. Further, when the processing of step S110, step S113, or step S114 is completed, the process proceeds to step S115.
図3Bに示す通り、ステップS115において、制御装置70は、解析対象の時間において予測データDphに熱負荷があるか否か判断する。これにより、解析対象の時間に暖房に伴う熱負荷があるか否か判断される。ステップS115における判断結果が肯定的である場合、ステップS116に進み、予測データDpsの熱量は、予測データDphの熱負荷以上であるか否か判断される。ステップS116における判断結果が肯定的である場合、ステップS117に進み、予測データDphの熱負荷を予測データDpsの熱量から差し引いて、予測データDpsの値が更新される。ステップS116における判断結果が否定的である場合、ステップS118に進み、制御装置70は、予測データDpsの熱量が基準値を超えるか否か判断する。ステップS118における判断結果が肯定的である場合、ステップS119に進み、制御装置70は、予測データDphの熱負荷の一部を予測データDpsから差し引いて予測データDpsを基準値に変更する。すなわち、予測データDphの熱負荷の一部は、予測データDpsの熱量と基準値との差分Δrに相当する。次に、ステップS120に進み、制御装置70は、バックアップ熱源機36の積算消費熱量Tbcを算出する。制御装置70は、例えば、予測データDphの熱負荷の他の部分(予測データDphの熱負荷−Δr)をバックアップ熱源機36で賄うときのバックアップ熱源機36の消費熱量ΔQp2を算出する。そのうえで、制御装置70は、ステップS120の実行直前に制御装置70に記憶されている積算消費熱量TbcにΔQp2を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Tbcを算出する。なお、ΔQp2の算出において、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の燃焼効率に関する係数が用いられる。具体的に、ΔQp2の算出のための乗算においてこの係数が用いられる。ステップS118における判断結果が否定的である場合、ステップS121に進み、バックアップ熱源機36の積算消費熱量Tbcを算出する。制御装置70は、例えば、予測データDphの熱負荷の全体をバックアップ熱源機36で賄うときのバックアップ熱源機36の消費熱量ΔQt2を算出する。そのうえで、制御装置70は、ステップS113の実行直前に制御装置70に記憶されている積算消費熱量TbcにΔQt2を加算して、解析対象の時間の終了時刻における積算消費熱量Tbcを算出する。なお、ΔQt2の算出においても、暖房に伴う熱負荷に対応するバックアップ熱源機36の燃焼効率に関する上記の係数が用いられる。
As shown in FIG. 3B, in step S115, the
図3B及び図3Cに示す通り、ステップS115における判断結果が否定的である場合、ステップS122に進む。また、ステップS117、ステップS120、又はステップS121の処理が完了した場合にも、ステップS122に進む。図3Cに示す通り、ステップS122において、制御装置70は、解析対象の時間が最後であるか否か判断する。すなわち、制御装置70は、運転パターンPcを参照して、解析対象の時間が特定期間の終了時刻tfを含むか否か判断する。ステップS122における判断結果が肯定的である場合、制御装置70は、積算消費電力量Tcl、積算消費電力量Tcp、積算消費熱量Tcq、及び積算消費熱量Tbcを積算発電量Tgから差し引いて情報Dbを生成する。これにより、エネルギー収支に関する情報Dbを生成するための処理が終了する。その後、図2に示すステップS6に進む。図3A及び図3Cに示す通り、ステップS122における判断結果が否定的である場合、ステップS102に戻る。
As shown in FIGS. 3B and 3C, if the determination result in step S115 is negative, the process proceeds to step S122. Further, when the processing of step S117, step S120, or step S121 is completed, the process proceeds to step S122. As shown in FIG. 3C, in step S122, the
制御装置70は、開始時刻t0及び終了時刻tfによって定義される特定期間における電力負荷、給湯に伴う熱負荷、及び暖房に伴う熱負荷の時系列の予測データをそれぞれ図4A、図4B、及び図4Cに示すように生成したと仮定する。加えて、制御装置70は、熱電併給装置10の第一運転パターン及び第二運転パターンを生成したと仮定する。第一運転パターンは、運転開始時刻ts1及び運転終了時刻te1によって定義される。第二運転パターンは、運転開始時刻ts2及び運転終了時刻tfによって定義される。
The
第二運転パターンに従って熱電併給装置10を運転するときに、貯湯タンク20に貯まる熱量の時系列の予測データとして、図4Dに一点鎖線で示すグラフが得られる。図4Dに示す通り、暖房に伴う熱負荷の予測データによれば時刻ts1において熱負荷が発生する。図4Dに示す通り、第二運転パターンによれば、時刻ts1までに貯湯タンク20に所定量の熱量が貯まるので、この熱量により暖房に伴う熱負荷の一部を賄うことにより、バックアップ熱源機36の消費熱量を小さくできる。一方、第一運転パターンに従って熱電併給装置10を運転するときには、時刻ts1に熱電併給装置10の運転が開始されるので、バックアップ熱源機36の消費熱量が大きくなりやすい。また、第二運転パターンに従って熱電併給装置10を運転するときに、時刻te1から時刻tf1までの期間に発生する電力負荷を熱電併給装置10の発電によって賄うことができる。一方、第一運転パターンに従って熱電併給装置10を運転するときには、時刻te1に熱電併給装置10の運転が終了する。このため、時刻te1から時刻tf1までの期間に発生する電力負荷はコージェネレーションシステム1の外部の電源によって賄われる必要がある。このため、第二運転パターンは、エネルギー収支の観点から、第一運転パターンよりも有利であり、上記の仮定において、制御装置70は、特定期間において、第二運転パターンに従って熱電併給装置10の運転を制御する。
When the combined heat and
本開示の技術は、コージェネレーションシステムの温水を使用した暖房に有用である。 The technique of the present disclosure is useful for heating using hot water in a cogeneration system.
1 コージェネレーションシステム
10 熱電併給装置
15 インバータ
20 貯湯タンク
36 バックアップ熱源機
42 熱交換器
53 暖房装置
59 給湯栓
70 制御装置
100 機器
150 商用電源
1
Claims (6)
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系するためのインバータと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して生成される温水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに接続された給湯栓と、
前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器と、
前記給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱するバックアップ熱源機と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶し、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成し、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成し、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成し、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御し、
前記エネルギー収支に関する情報は、前記電力負荷に伴う前記積算消費電力量と、前記熱電併給装置の前記積算消費電力量と、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量と、前記熱電併給装置の発電に伴う前記積算消費熱量とを、前記熱電併給装置の前記積算発電量から差し引いて決定される、
コージェネレーションシステム。 A combined heat and power device that can operate according to the power load,
An inverter for grid-connecting the electric power generated in the combined heat and power device to a commercial power source that supplies electric power to the device that generates the electric power load.
A hot water storage tank that stores hot water generated by utilizing the heat generated in the combined heat and power device, and
With the hot water tap connected to the hot water storage tank,
A heat exchanger that causes heat exchange between the hot water and the heat medium of the heating device,
A backup heat source machine that heats the hot water flowing toward the water heater and the heat exchanger.
Equipped with a control device,
The control device is
Time-series historical data of the heat load associated with the hot water supply from the hot water tap, the heat load associated with the heating by the heating device, and the electric power load are generated and stored.
For a specific period, time-series prediction data of the heat load associated with the hot water supply, the heat load associated with the heating, and the electric power load are generated based on the historical data.
A plurality of operation patterns of the combined heat and power apparatus are generated, which are determined by at least one of different operation start times and different operation end times of the combined heat and power apparatus in the specific period.
Assuming that the heat and power cogeneration device is operated according to each of the plurality of operation patterns, the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device in the specific period, the integrated power consumption amount associated with the power load in the specific period, and the specific period. The cumulative power consumption of the combined heat and power supply device, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine when the backup heat source machine compensates for the shortage of the heat stored in the hot water storage tank in the specific period, and the thermoelectric power in the specific period. The integrated heat consumption associated with the power generation of the cogeneration device is predicted for each of the plurality of operation patterns based on the prediction data, and information on the energy balance in the specific period is generated.
A specific operation pattern is selected from the plurality of operation patterns based on the information regarding the energy balance to control the operation of the combined heat and power supply device .
The information regarding the energy balance is associated with the integrated power consumption amount associated with the power load, the integrated power consumption amount of the heat and power cogeneration device, the integrated heat consumption amount of the backup heat source machine, and the power generation of the heat and power cogeneration device. It is determined by subtracting the integrated heat consumption amount from the integrated power generation amount of the combined heat and power supply device.
Cogeneration system.
前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクに所定温度及び所定量の温水が貯まっていると仮定した状態の前記貯湯タンクに貯まっている前記温水によって賄える熱負荷を前記暖房に伴う前記熱負荷として扱う、
請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 In the heating by the heating device, the hot water stored in the hot water storage tank is the backup heat source when the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank is lower than the required temperature for the hot water supplied to the heat exchanger. When the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank is higher than the required temperature, it is supplied to the heat exchanger without being heated by the backup heat source machine.
In the generation of the historical data, the control device accompanies the heating with a heat load that can be covered by the hot water stored in the hot water storage tank in a state where it is assumed that the hot water storage tank has a predetermined temperature and a predetermined amount of hot water. Treated as the heat load,
The cogeneration system according to claim 1.
前記制御装置は、前記履歴データの生成において、前記貯湯タンクから前記熱交換器に向かって供給される前記温水の温度に基づいて前記暖房に伴う前記熱負荷を決定する、
請求項1又は2に記載のコージェネレーションシステム。 In the heating by the heating device, the accumulated was the hot water in the hot water storage tank, the heat exchanger required temperature is rather high than the threshold for the hot water to be supplied to, and the of the hot water stored in the hot water storage tank the high Itoki than the temperature supplied to the heat exchanger is heated by the backup heat source unit, the required temperature is rather low than the threshold value, and wherein said backup than the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank to the low Itoki It is supplied to the heat exchanger without being heated by the heat source machine.
In the generation of the historical data, the control device determines the heat load associated with the heating based on the temperature of the hot water supplied from the hot water storage tank toward the heat exchanger.
The cogeneration system according to claim 1 or 2.
前記電力負荷を発生させる機器に電力を供給する商用電源に前記熱電併給装置において発生した電力を系統連系することと、
前記熱電併給装置において発生した熱を利用して温水を生成して貯湯タンクに貯めることと、
熱交換器によって前記温水と暖房装置の熱媒体との間で熱交換を生じさせることと、
バックアップ熱源機によって前記貯湯タンクに接続された給湯栓及び前記熱交換器に向かって流れる前記温水を加熱することと、
前記給湯栓からの給湯に伴う熱負荷、前記暖房装置による暖房に伴う熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の履歴データを生成して記憶することと、
特定期間における、前記給湯に伴う前記熱負荷、前記暖房に伴う前記熱負荷、及び前記電力負荷のそれぞれの時系列の予測データを前記履歴データに基づいて生成することと、
前記特定期間における前記熱電併給装置の互いに異なる運転開始時刻及び互いに異なる運転終了時刻の少なくともいずれかによって定められた前記熱電併給装置の複数の運転パターンを生成することと、
前記複数の運転パターンのそれぞれに従って前記熱電併給装置を運転すると仮定し、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算発電量と、前記特定期間の前記電力負荷に伴う積算消費電力量と、前記特定期間の前記熱電併給装置の積算消費電力量と、前記特定期間において前記貯湯タンクに蓄えられる熱量の不足を前記バックアップ熱源機によって補うときの前記バックアップ熱源機の積算消費熱量と、前記特定期間における前記熱電併給装置の発電に伴う積算消費熱量とを前記予測データに基づいて前記複数の運転パターンのそれぞれに対して予測して、前記特定期間におけるエネルギー収支に関する情報を生成することと、
前記エネルギー収支に関する情報に基づいて前記複数の運転パターンから特定の運転パターンを選択して前記熱電併給装置の運転を制御することと、
前記電力負荷に伴う前記積算消費電力量と、前記熱電併給装置の前記積算消費電力量と、前記バックアップ熱源機の前記積算消費熱量と、前記熱電併給装置の発電に伴う前記積算消費熱量とを、前記熱電併給装置の前記積算発電量から差し引いて前記エネルギー収支に関する情報を決定することと、を含む、
コージェネレーションシステムの運転方法。 To operate the combined heat and power device according to the power load,
Connecting the power generated in the combined heat and power device to the commercial power supply that supplies power to the device that generates the power load, and
Using the heat generated in the combined heat and power system to generate hot water and store it in the hot water storage tank.
The heat exchanger causes heat exchange between the hot water and the heat medium of the heating device, and
The backup heat source machine heats the hot water tap connected to the hot water storage tank and the hot water flowing toward the heat exchanger.
To generate and store historical data of each time series of the heat load associated with the hot water supply from the hot water tap, the heat load associated with the heating by the heating device, and the electric power load.
To generate forecast data of each time series of the heat load associated with the hot water supply, the heat load associated with the heating, and the electric power load in a specific period based on the historical data.
To generate a plurality of operation patterns of the combined heat and power apparatus defined by at least one of different operation start times and different operation end times of the combined heat and power apparatus in the specific period.
Assuming that the heat and power cogeneration device is operated according to each of the plurality of operation patterns, the integrated power generation amount of the heat and power cogeneration device in the specific period, the integrated power consumption amount associated with the power load in the specific period, and the specific period. The cumulative power consumption of the combined heat and power supply device, the cumulative heat consumption of the backup heat source machine when the backup heat source machine compensates for the shortage of the heat stored in the hot water storage tank in the specific period, and the thermoelectric power in the specific period. To generate information on the energy balance in the specific period by predicting the integrated heat consumption associated with the power generation of the cogeneration device for each of the plurality of operation patterns based on the prediction data.
Controlling the operation of the combined heat and power device by selecting a specific operation pattern from the plurality of operation patterns based on the information on the energy balance.
The integrated power consumption amount associated with the power load, the integrated power consumption amount of the heat and power cogeneration device, the integrated heat consumption amount of the backup heat source machine, and the integrated heat consumption amount associated with the power generation of the heat and power cogeneration device. Includes determining information about the energy balance by subtracting from the integrated power generation of the combined heat and power device.
How to operate a cogeneration system.
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