JP7117094B2 - power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、発電機とこれを駆動するエンジンを有する発電装置を用いた発電システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE
非常時に、電力需要者に電力を供給するために、非常用の発電装置が設けられることがある(例えば、特許文献1)。特許文献1では、非常時に、複数の電力需要者間で電力を融通し合う電力供給システムが提案されている。
In order to supply power to power consumers in an emergency, an emergency power generator is sometimes provided (for example, Patent Document 1).
従来、非常用の発電装置は、通常時には活用されていなかった。また、大規模停電や災害などにより通常時の送電系統(特に上流側)が損傷すると、広範囲で社会インフラ、生活インフラが機能しなくなるということが懸念される。そこで、非常用の発電装置を有効に活用して、社会のレジリエンス性に貢献することが求められている。 In the past, emergency generators were not normally used. In addition, there is concern that large-scale blackouts and disasters may damage the normal power transmission system (especially the upstream side), causing a wide range of social infrastructure and life infrastructure to stop functioning. Therefore, it is required to effectively utilize emergency power generators to contribute to the resilience of society.
本発明は、非常用の発電装置を有効に活用して社会のレジリエンス性を向上させる発電システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power generation system that effectively utilizes an emergency power generation device to improve the resilience of society.
上記目的を達成するために、本発明の発電システムは、発電機とこれを駆動するエンジンを有する発電装置と、前記発電装置から得られた電力を送配電設備に供給して売買する場合と電力需要者に供給する場合とを切り替える電力切替手段とを備え、前記電力切替手段は、前記送配電設備を含む外部からの送電系統を介して前記電力需要者に電力が供給される通常時であり且つ所定の売買条件が満たされた特定時間のみに前記送配電設備に前記電力を供給して売買し、前記外部からの送電系統を介して前記電力需要者に電力が供給されない非常時に前記電力需要者のみに前記電力を供給するように構成されている。非常時の発電装置から電力需要者への電力供給は、送配電設備を介して行われてもよく、送配電設備とは別の供給系統を介して行われてもよい。ここで、「エンジン」とは、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、オットーサイクルエンジン等の熱機関をいう。 In order to achieve the above object, the power generation system of the present invention comprises a power generator having a power generator and an engine for driving the power generator; a power switching means for switching between a state of supplying power to a consumer, and the power switching means being a normal time when power is supplied to the power consumer via an external power transmission system including the power transmission and distribution equipment. and supply and sell the power to the power transmission and distribution facility only at a specific time when a predetermined trading condition is satisfied; It is configured to supply said power only to a third party. The power supply from the power generation device in an emergency to the power consumer may be performed via a power transmission and distribution facility, or may be performed via a supply system separate from the power transmission and distribution facility. Here, "engine" means a heat engine such as a gas turbine engine, a diesel engine, a gas engine, or an Otto cycle engine.
この構成によれば、発電装置が、通常時と非常時の両方に活用される。これにより、非常時の電力供給を確保して社会のレジリエンス性を向上させることができるうえに、通常時にも安定した電力供給を実現できる。また、発電装置の通常時の活用は、例えば、電力需要の高い時間帯や電力売買者(電力の小売会社)の要求が高い時間帯等の特定時間に限られるので、発電装置を効果的に活用できる。 According to this configuration, the power generator is utilized both in normal times and in emergencies. As a result, it is possible to secure a power supply in an emergency and improve the resilience of society, and also to realize a stable power supply even in normal times. In addition, since the use of power generation equipment during normal times is limited to specific times, such as times of high power demand and times of high demand from power buyers (electricity retailers), the power generation equipment can be used effectively. can be utilized.
本発明において、さらに、前記エンジンの排ガスの熱を利用して温水を生成する温水生成器と、前記温水生成器で生成された温水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクから取り出した前記温水を熱源として熱需要者に供給する温水供給ラインとを備えていてもよい。電力需要者と熱需要者とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。この構成によれば、エンジンの排ガスの熱を利用して温水を安価に供給できるうえに、コジェネレーションにより総合エネルギー効率を高めることができる。 The present invention further comprises a hot water generator for generating hot water using the heat of the exhaust gas of the engine, a water storage tank for storing the hot water generated by the hot water generator, and the hot water taken out from the water storage tank. A hot water supply line for supplying heat to a heat demander may be provided as a heat source. The electric power consumer and the heat consumer may be the same or different. According to this configuration, hot water can be supplied at low cost using the heat of exhaust gas from the engine, and overall energy efficiency can be improved by cogeneration.
前記貯水タンクを備える場合、さらに、前記貯水タンクから取り出した水を生活用水として水需要者に供給する生活用水供給ラインを備えていてもよい。熱需要者と水需要者とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。この構成によれば、1つの貯水タンクから、熱源としての温水と、生活用水とを取り出すことができる。 When the water storage tank is provided, a domestic water supply line may be further provided for supplying the water taken out from the water storage tank as domestic water to a water demander. The heat demander and the water demander may be the same or different. According to this configuration, hot water as a heat source and domestic water can be taken out from one water storage tank.
前記温水生成器を備える場合、さらに、前記排ガスを外部へ排出する煙突と、前記排ガスを前記温水生成器を介して前記煙突に流入させる場合と前記温水生成器を介さずに前記煙突に流入させる場合とを切り替える排ガス切替手段とを備えていてもよい。この構成によれば、例えば、災害などで水の供給が停止したときに、排ガスが温水生成器に導入されるのを避けることで、温水生成器の過熱を防止できる。 When the hot water generator is provided, a chimney for discharging the exhaust gas to the outside, and when the exhaust gas is allowed to flow into the chimney via the hot water generator or flow into the chimney without the hot water generator and exhaust gas switching means for switching between the cases. According to this configuration, for example, when the water supply is stopped due to a disaster or the like, it is possible to prevent overheating of the hot water generator by avoiding introduction of exhaust gas into the hot water generator.
本発明の発電システムによれば、非常用の発電装置を通常時にも活用することで、非常時に社会のレジリエンス性を向上させるとともに、通常時の電力の供給が安定する。 According to the power generation system of the present invention, by utilizing the emergency power generation device even in normal times, the resilience of society is improved in times of emergency, and power supply in normal times is stabilized.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1、2は、本発明の第1実施形態に係る発電システム1を示す系統図である。図1に示すように、発電所2で作られた電力は、一次送電線4を介して変電所6に送られる。発電所2は、例えば、地域の電力会社、発電会社等が有している。変電所6で降圧された電力は、二次送電線8を介して、直接または変圧器10で降圧されたあと分岐点P1を通って、一般需要者11および電力需要者12に供給される。これら、一次送電線4、変電所6、二次送電線8および変圧器10が、送配電設備TDを構成する。送配電設備TDは、電力会社、発電会社または送配電会社が有している。これら、発電所2および送配電設備TDが、通常時に一般需要者11および電力需要者12に電力を供給する「外部からの送電系統」を構成する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are system diagrams showing a
一般需要者11および電力需要者12への電力の供給は、電力売買者24との契約に基づいて行われる。電力売買者24は、一般需要者11および電力需要者12が必要とするだけの電力を調達する。つまり、電力売買者24は、電力会社、発電会社などから電力を買い、一般需要者11および電力需要者12に電力を供給する電気の仲介業者(小売会社)である。なお、発電所2を有する電力会社や発電会社と、電力売買者24とが同じであってもよい。また、発電所2を有する電力会社や発電会社と、送配電設備TDを有する送配電会社とが同じであってもよい。
Electricity is supplied to the
以下の説明において、外部からの送電系統を介して電力需要者12に電力が供給される状態を「通常時」といい、外部からの送電系統を介して電力需要者12に電力が供給されない状態を「非常時」という。本実施形態の電力需要者12は、電力売買者24との間で、非常時に、以下に示す発電装置14から電力供給を受ける契約を行っている特定の需要者である。一方、一般需要者11は、それ以外の一般の需要者である。
In the following description, the state in which power is supplied to the
発電システム1は、さらに、発電装置14と電力切替手段16とを備えている。発電装置14は、非常時に電力需要者12に電力を供給するための非常用発電装置である。発電装置14は、例えば、マンションやビルのような建物の非常用発電装置として用いられる。発電装置14は、発電機18とこれを駆動するエンジン20とを有している。本実施形態のエンジン20は、ガスタービンエンジンである。ガスタービンエンジンは、起動が速いので、非常用に適している。ただし、エンジン20は、ガスタービンエンジンに限定されず、例えば、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、オットーサイクルエンジン等の熱機関であってもよい。
The
本実施形態のガスタービンエンジン20は、都市ガスを燃料としている。都市ガスを燃料とすることで、燃料の入手が容易となる。ただし、エンジン20の燃料は都市ガスに限定されない。本実施形態の発電システム1は、さらに、非常用燃料タンク22を備えている。非常用燃料タンク22には、都市ガスの供給停止時にエンジン20に供給される燃料が貯留されている。これにより、都市ガスの供給停止時にも、発電装置14の運転が可能となる。
The
電力切替手段16は、発電装置14から得られた電力を送配電設備TDに供給して売買する場合と、電力需要者12に電力を供給する場合とで電力供給系統を切り替える。詳細には、電力切替手段16は、通常時であり且つ所定の売買条件が満たされた特定時間のみに送配電設備TDに電力を供給して売買し、非常時に電力需要者12に電力を供給するように構成されている。つまり、通常時、発電装置14は、特定時間にのみ運転し、それ以外は停止している。送配電設備TDに供給された電力は、例えば、電力売買者24により買われ、電力売買者24との契約に基づいて一般需要者11および電力需要者12に供給される。
The power switching means 16 switches the power supply system between when the power obtained from the
所定の売買条件とは、例えば、電力の市場価格が所定値よりも高いことである。この場合、特定時間は、電力の市場価格が所定値よりも高い時間帯、すなわち、電力需要が高い時間帯となる。 A predetermined trading condition is, for example, that the market price of electricity is higher than a predetermined value. In this case, the specific time is a time period when the market price of electricity is higher than a predetermined value, that is, a time period when electricity demand is high.
本実施形態では、前述のとおり、電力需要者12は電力売買者24と事前契約をし、非常時に発電装置14から電力が電力需要者12に供給されるようになっている。具体的には、電力需要者12の電力使用量は各電力需要者12に設置されたスマートメータで管理されている。スマートメータの通信機能を活用して、停電を検知し制御装置15で電力切替手段16を制御することで電力の供給先が切り換え可能となっている。スマートメータを使用しない場合、一次送電線4および二次送電線8を含む外部からの送電系統に設けた停電検知手段(図示せず)により非常時(停電)の判断を行ってもよい。停電検知手段は、例えば、電流、電圧、電力等を検出するセンサである。
In this embodiment, as described above, the
つぎに、図1および図2を用いて、本実施形態の発電システム1の電力供給を説明する。図1は通常時の電力の流れを示し、図2は非常時の電力の流れを示している。ただし、通常時、非常時の電力の流れは、本実施形態のものに限定されない。
Next, the power supply of the
図1の通常時では、上述のように、外部からの送電系統を介して一般需要者11および電力需要者12に電力が供給されている。また、電力切替手段16は、制御装置15によって送配電設備TDに電力を供給して売買するように切り替えられており、発電装置14は、通常時の特定時間にのみ運転し、破線の矢印EPで示すように、送配電設備TDに電力を供給する。電力切替手段16は、例えば、切換スイッチである。
During the normal time of FIG. 1, as described above, power is supplied to the
図2は、一次送電線4でトラブルが発生し、外部からの送電系統を介して電力需要者12に電力が供給されなくなったケースを例示している。図2の非常時では、電力切替手段16は電力需要者12に電力を供給するように切り替えられており、発電装置14は常時運転し、電力需要者12に電力を供給する。
FIG. 2 illustrates a case where trouble occurs in the primary
上記構成によれば、発電装置14が、図1の通常時と図2の非常時の両方に活用される。これにより、非常時の電力供給を確保して社会のレジリエンス性を向上させることができるとともに、通常時にも安定した電力供給を実現できる。また、発電装置14の通常時の運転は、電力需要の高い時間帯の特定時間に限られるので、発電装置14を効果的に活用できる。
According to the above configuration, the
図3、4は、本発明の第2実施形態に係る発電システム1Aを示す系統図である。第1実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。第2実施形態では、図3の発電装置14は、マンションのような集合住宅Hの非常用発電装置として用いられ、非常時に集合住宅Hの住人および事前に契約した周辺の電力需要者12に電力を供給する。
3 and 4 are system diagrams showing a
本実施形態の発電システム1Aは、集合住宅Hに発電装置14ととともに設置された温水生成器26と、貯水タンク28と、温水供給ライン30とを備えている。温水生成器26は、エンジン20の排ガスGの熱を利用して温水を生成する。貯水タンク28は、温水生成器26で生成された温水を貯留する。本実施形態の貯水タンク28は、断熱構造を有している。貯水タンク28には、例えば、水道水Wが供給される。本実施形態の温水生成器26は、貯水タンク28の下部に配置されて、排ガスGと水との間で熱交換させる熱交換器(エコノマイザ)からなる。ただし、温水生成器26は、これに限定されない。
The
温水供給ライン30は、貯水タンク28から取り出した温水を熱需要者32に供給する。この温水は、熱源として、給湯、空調(冷暖房)等に用いられる。ここで、「熱需要者」は、発電装置14のエンジン20の排熱を利用して生成された温水の提供を受け、この温水を熱源として利用する世帯をいう。本実施形態では、熱需要者32は集合住宅Hの各住戸である。つまり、本実施形態では、集合住宅Hの各住戸が、電力需要者12であり、熱需要者32でもある。したがって、本実施形態では、集合住宅H以外の電力需要者12には温水は供給されない。電力需要者12および熱需要者32は、本実施形態のように一部(集合住宅Hの全戸のみ)が一致していてもよく、全体が一致していてもよく、あるいは全く異なっていてもよい。
The hot
本実施形態の発電システム1Aは、さらに、生活用水供給ライン34を備えている。生活用水供給ライン34は、貯水タンク28から取り出した水を水需要者33に供給する。ここで、「水需要者」は、貯水タンク28から取り出された水を生活用水として利用する世帯をいう。本実施形態では、水需要者33は集合住宅Hの各住戸である。つまり、本実施形態では、集合住宅Hの各住戸が、電力需要者12であり、熱需要者32であり、水需要者33でもある。したがって、本実施形態では、集合住宅H以外の世帯には水(生活用水)は供給されない。本実施形態では、熱需要者32と水需要者33は完全に一致しているが、異なっていてもよく、一部が一致していてもよい。
The
貯水タンク28は、上下方向に長い形状を有しており、上部に温水が貯留され、下部に冷水が貯留されている。したがって、温水供給ライン30は貯水タンク28の上部に接続され、生活用水供給ライン34は貯水タンク28の下部に接続されている。これにより、1つの温水生成器26および貯水タンク28から温水と生活用水を取り出すことができる。
The
本実施形態の発電システム1Aは、さらに、排ガスGを外部へ排出する煙突36と、排ガス切替手段38とを備えている。排ガス切替手段38は、排ガスGを温水生成器26を介して煙突36に流入させる場合(温水生成器26側)と、温水生成器26を介さずに煙突36に流入させる場合(煙突36側)とを切り替える。排ガス切替手段38は、例えば、排気通路に取り付けられたダンパである。
The
つぎに、図3および図4を用いて、本実施形態の発電システム1Aの動作を説明する。図3は通常時の動作を示し、図4は非常時の動作を示している。図3の通常時では、上述のように、外部からの送電系統を介して電力需要者12に電力が供給されている。また、電力切替手段16は、制御装置15によって送配電設備TDに電力を供給して売買するように切り替えられており、発電装置14は、通常時の特定時間にのみ運転し、破線の矢印EPで示すように、送配電設備TDに電力を供給する。
Next, the operation of the
排ガス切替手段38は貯水タンク28内に一定量以上の水が貯留されているとき、温水生成器26側に切り替えられている。この状態で通常時の特定時間に発電装置14が運転している際、エンジン20の排熱を利用して温水生成器26により温水が生成され、貯水タンク28に貯められている。この温水が、熱需要者32に供給され、熱源として給湯、空調等に用いられている。通常時の発電装置14の運転時間を水需要者32の一日分の温水を生成できる時間以上に設定すれば、給湯、空調に用いられる一日分の熱源を確保できる。
The exhaust gas switching means 38 is switched to the
図4の非常時には、電力切替手段16は、制御装置15によって電力需要者12に電力を供給するように切り替えられる。発電装置14は常時運転され、発電装置14で生成された電力が電力需要者12に供給される。非常時であっても貯水タンク28への水の供給が継続されている場合には、排ガス切替手段38は温水生成器26側に切り替えられている。このとき、生成された温水は、温水供給ライン30を介して熱需要者32に供給され、通常時と同様に熱源として給湯、空調等に用いられている。
In the emergency of FIG. 4 , the power switching means 16 is switched by the
非常時で且つ貯水タンク28への水の供給が止まっている場合、排ガス切替手段38は煙突36側に切り替えられる。つまり、エンジン20の排ガスGは、温水生成器26を介さず直接、煙突36から排出される。このとき、貯水タンク28内の水は、生活用水供給ライン34を介して水需要者33に供給され、生活用水として利用される。排ガス切替手段38の切替えのタイミングは、本実施形態に限定されない。
In an emergency and when the water supply to the
第2実施形態も、前述の第1実施形態と同様の効果を有する。さらに、第2実施形態によれば、エンジンEの排ガスGの熱を利用して温水を安価に供給できるうえに、コジェネレーションにより総合エネルギー効率を高めることができる。特に、エンジン20としてガスタービンエンジンを用いる場合、排ガス量が多く、排ガスの温度が高いので、温水生成器26(熱交換器)の効率が高い。
The second embodiment also has the same effects as the first embodiment described above. Furthermore, according to the second embodiment, the heat of the exhaust gas G from the engine E can be used to supply hot water at low cost, and cogeneration can improve the overall energy efficiency. In particular, when a gas turbine engine is used as the
また、貯水タンク28から取り出した水が、水需要者33に生活用水として供給されている。これにより、1つの貯水タンク28から、熱源として温水を取り出して熱需要者32に供給するとともに、生活用水として水を取り出して水需要者33に供給することができる。
Water taken out from the
さらに、エンジン20の排ガスGの行先を温水生成器26側と煙突36側とに切り替える排ガス切替手段38が設けられている。これにより、例えば、災害などで水道水Wの供給が停止したときに、排ガスGが温水生成器26に導入されるのを避けることで、温水生成器26の過熱を防止できる。また、断水時にも、生活用水が給水可能である。
Furthermore, exhaust gas switching means 38 for switching the destination of the exhaust gas G from the
なお、貯水タンク28に貯留される水は水道水(上水)に限定されず、防錆剤入りの飲料不可の水(中水、雑用水)であってもよい。
また、変形例として、図3,図4から生活用水供給ライン34および水需要者33を省略し、貯水タンク28内の水が熱需要者32に常に供給されるようにしてもよい。この変形例においても、コジェネレーションにより総合エネルギー効率を高めることができる。
The water stored in the
As a modification, the domestic
図5、6は、本発明の第3実施形態に係る発電システム1Bを示す系統図である。第2実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
5 and 6 are system diagrams showing a
第3実施形態の発電システム1Bは、通常時に発電装置14から得られた電力を送配電設備TDに供給して売買する第1供給系統40と、非常時に発電装置14の電力を電力需要者12に供給する第2供給系統42とを別個に備えている。つまり、第3実施形態の電力切替手段16は、通常時に第1供給系統40に切り替えられ、非常時に第2供給系統42に切り替えられる。本実施形態では、第2供給系統42は集合住宅Hの各住戸に繋がっている。つまり、集合住宅Hの各住戸が電力需要者12となっている。ただし、図5に二点鎖線で示すように、第2供給系統42を延長して、集合住宅H以外に、事前に契約した住戸、建物に接続することもできる。
The
つぎに、図5および図6を用いて、本実施形態の発電システム1Bの動作を説明する。図5は通常時の動作を示し、図6は非常時の動作を示している。図5の通常時では、上述のように、外部からの送電系統を介して電力需要者12に電力が供給されている。また、電力切替手段16は第1供給系統40に切り替えられており、発電装置14は、通常時の特定時間にのみ運転し、破線の矢印EPで示すように、送配電設備TDに電力を供給する。
Next, the operation of the
図6の非常時には、電力切替手段16は第2供給系統42に切り替えられており、発電装置14は常時運転し、電力需要者12に電力を供給する。
In the emergency of FIG. 6, the power switching means 16 is switched to the
通常時および非常時における温水、生活用水の供給は、上述の第2実施形態と同じである。第3実施形態の発電システム1Bによれば、第2実施形態と同様の効果を有する。
The supply of hot water and domestic water during normal times and emergencies is the same as in the above-described second embodiment. The
第1~3実施形態のガスタービンエンジン20として、デュアル燃料の低NOx燃焼器を採用し、通常時には都市ガスによる低NOx運転とすることが好ましい。これにより、環境保護を実現できる。また、第2および第3実施形態において、吸収式冷凍機のような、温水を熱源として冷水を生成する装置を設ければ、夏場に空調用の冷水を安価に供給できる。
As the
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various additions, changes, or deletions are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, such are also included within the scope of this invention.
1,1A,1B 発電システム
12 電力需要者
14 発電装置
15 制御装置
16 電力切替手段
18 発電機
20 エンジン
26 温水生成器
28 貯水タンク
30 温水供給ライン
32 熱需要者
33 水需要者
34 生活用水供給ライン
36 煙突
38 排ガス切替手段
TD 送配電設備
1, 1A, 1B
Claims (4)
前記発電装置から得られた電力を送配電設備に供給して売買する場合と、電力需要者に供給する場合とを切り替える電力切替手段と、を備え、
前記電力切替手段は、前記送配電設備を含む外部からの送電系統を介して前記電力需要者に電力が供給される通常時であり且つ所定の売買条件が満たされた特定時間のみに前記送配電設備に前記電力を供給して売買し、前記外部からの送電系統を介して前記電力需要者に電力が供給されない非常時に前記電力需要者に前記電力を供給するように構成されている発電システム。 an emergency generator having a generator and an engine for driving the generator;
a power switching means for switching between a case where the power obtained from the power generation device is supplied to a power transmission and distribution facility for trading and a case where the power is supplied to a power consumer,
The power switching means is a normal time when power is supplied to the power consumer through an external power transmission system including the power transmission and distribution equipment, and only at a specific time when a predetermined trading condition is satisfied. A power generation system configured to supply and sell the electric power to facilities, and to supply the electric power to the electric power consumer in an emergency when electric power is not supplied to the electric power consumer through the transmission system from the outside.
前記温水生成器で生成された温水を貯留する貯水タンクと、
前記貯水タンクから取り出した前記温水を熱源として熱需要者に供給する温水供給ラインと、を備えた発電システム。 2. The power generation system according to claim 1, further comprising a hot water generator that utilizes the heat of exhaust gas from the engine to generate hot water;
a water storage tank for storing hot water generated by the hot water generator;
and a hot water supply line that supplies the hot water taken out from the water storage tank as a heat source to a heat demander.
前記排ガスを前記温水生成器を介して前記煙突に流入させる場合と、前記排ガスを前記温水生成器を介さずに前記煙突に流入させる場合とを切り替える排ガス切替手段と、を備えた発電システム。 4. The power generation system according to claim 2 , further comprising a chimney for discharging the exhaust gas to the outside,
A power generation system comprising exhaust gas switching means for switching between a case where the exhaust gas is allowed to flow into the chimney via the hot water generator and a case where the exhaust gas is allowed to flow into the chimney without the hot water generator.
Priority Applications (2)
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