JP2007232362A - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電併給装置3にて発生する熱にて貯湯タンク4内の湯水を加熱する排熱式加熱手段Nと、補助加熱手段Mと、運転制御手段7とが設けられ、運転制御手段7は、手動操作式の運転開始指令手段34にて熱電併給装置3の運転開始が指令されると、その運転開始の指令から発電用遅延時間が経過すると、熱電併給装置3を運転させ、かつ、時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、熱消費端末における時系列的な端末熱負荷、現在要求されている現電力負荷、現在要求されている現給湯熱負荷、および、熱消費端末において現在要求されている現端末熱負荷を管理して、その管理している情報に基づいて、熱電併給装置3の運転により省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定し、その設定された運転用時間帯に熱電併給装置3を運転させるように構成されている。
【選択図】図2
Description
そして、運転制御手段は、発電スイッチや暖房スイッチにて運転開始が指令されると、熱電併給装置の運転を開始させるように構成されている。
また、運転制御手段は、熱電併給装置の運転中に発電スイッチにて運転停止が指令されると、熱電併給装置の運転を停止させ、熱電併給装置の運転中に暖房スイッチにて運転停止が指令されると、熱消費端末の運転を開始してから設定時間(例えば、1時間)が経過すると、熱電併給装置の運転を停止させるように構成されている。
このようにして、人為操作によって、熱電併給装置の運転を開始させたり、その運転を停止させるようにしている。
そして、熱電併給装置は、例えば、ガスエンジンと発電機とを組み合わせたものでは30分、燃料電池では1時間というように、起動させてから発生する熱を活用できる状態となるまで時間がかかるので、誤って熱電併給装置を運転させてしまうと、エネルギー消費量が多大になるという不利があった。
前記運転制御手段は、手動操作式の運転開始指令手段にて前記熱電併給装置の運転開始が指令されると、その運転開始の指令から発電用遅延時間が経過すると、前記熱電併給装置を運転させるように構成され、かつ、
時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、熱消費端末における時系列的な端末熱負荷、現在要求されている現電力負荷、現在要求されている現給湯熱負荷、および、前記熱消費端末において現在要求されている現端末熱負荷を管理して、その管理している情報に基づいて、前記熱電併給装置の運転により省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定し、その設定された運転用時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。
そして、使用者は、誤操作によって運転開始を指令したことに気づくと、すぐに人為操作によって熱電併給装置の運転停止を指令することになる。
したがって、誤操作によって運転開始が指令されても、その誤った運転開始の指令から発電用遅延時間が経過するまでに、人為操作による熱電併給装置の運転停止の指令が行われることにより、誤って熱電併給装置を運転させてしまうことを阻止することができることになる。
しかも、発電用遅延時間を極力短い時間とすることにより、人為操作から極力早い段階で熱電併給装置の運転を開始させることができ、人為操作を極力尊重することもできることになる。
そして、運転制御手段は、時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、時系列的な端末熱負荷、現電力負荷、現給湯熱負荷、および、現端末熱負荷から、省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定するので、実際の使用者の過去の使用状況および現在の使用状況に対応させた状態で、省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定することができることになる。
手動操作式の運転開始指令手段にて前記熱電併給装置の運転開始が指令されると、その運転開始の指令が正しいことを確認する確認動作を行う確認手段が設けられ、前記運転制御手段は、前記確認手段にて前記確認動作が行われたのち、前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。
したがって、誤操作により誤って運転開始の指令がされても、確認手段による確認動作により、その運転開始の指令が正しいことを確認できないことになり、その結果、誤って熱電併給装置を運転させてしまうことを阻止することができることになる。
熱媒循環路を通して熱媒を熱消費端末に循環供給させる熱媒循環手段が設けられ、前記排熱式加熱手段が、前記熱電併給装置にて発生する熱にて前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、前記補助加熱手段が、前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、
手動操作式の端末運転開始指令手段にて前記熱消費端末の運転開始が指令されると、その運転開始の指令が正しいことを確認する確認動作を行う確認手段が設けられ、
前記運転制御手段は、前記確認手段にて前記確認動作が行われたのち、前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。
したがって、誤操作により誤って熱消費端末の運転開始の指令がされても、確認手段による確認動作により、その運転開始の指令が正しいことを確認できないことになり、その結果、誤って熱電併給装置を運転させてしまうことを阻止することができることになる。
熱媒循環路を通して熱媒を熱消費端末に循環供給させる熱媒循環手段が設けられ、前記排熱式加熱手段が、前記熱電併給装置にて発生する熱にて前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、前記補助加熱手段が、前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、
前記運転制御手段は、時系列的な給湯熱負荷を管理するように構成され、かつ、前記熱電併給装置の運転中に手動操作式の端末運転停止指令手段にて前記熱消費端末の運転停止が指令されると、前記熱電併給装置の運転を継続させてその後に存在する時系列的な給湯熱負荷分を先行して前記貯湯タンクに溜める継続運転と、前記熱電併給装置の運転を停止させかつその後に存在する時系列的な給湯負荷については再度前記熱電併給装置の運転を開始させる停止運転とのうち、省エネルギー度の高い方を選択して、前記熱電併給装置を運転させるように構成されている点にある。
したがって、単に、熱消費端末の運転を開始してから設定時間(例えば、1時間)が経過することによって、熱電併給装置の運転を停止させるのではなく、その後の時系列的な給湯熱負荷を賄うことを想定した状態で、熱電併給装置の運転として、省エネルギーとなる運転を行うことができ、省エネルギー化の実現を図ることができることになる。
そして、運転制御手段は、時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、時系列的な端末熱負荷、現電力負荷、現給湯熱負荷、および、現端末熱負荷から、省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定するので、実際の使用者の過去の使用状況および現在の使用状況に対応させた状態で、省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定することができることになる。
〔第1実施形態〕
このコージェネレーションシステムは、図1および図2に示すように、ガスエンジン1によって発電装置2を駆動するように構成された熱電併給装置3と、その熱電併給装置3にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク4への貯湯および熱消費端末5への熱媒供給を行う貯湯ユニット6と、熱電併給装置3および貯湯ユニット6の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部7などから構成されている。
前記商用系統9は、例えば、単相3線式100/200Vであり、商業用電力供給ライン10を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷11に電気的に接続されている。
また、インバータ8は、コージェネ用供給ライン12を介して商業用電力供給ライン10に電気的に接続され、発電装置2からの発電電力がインバータ8およびコージェネ用供給ライン12を介して電力負荷11に供給するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ8により発電装置2から商業用電力供給ライン10に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ14に供給されるように構成されている。
また、作動スイッチ16は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ14の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ14の消費電力を調整するように構成されている。
そして、排熱式加熱手段Nが、排熱式熱交換器22により構成され、補助加熱手段Mが、ファン24、バーナ25、補助加熱用熱交換器26により構成されている。
ちなみに、補助加熱手段Mは、バーナ25の燃焼量を調整することにより、湯水の温度が貯湯設定温度や熱媒加熱用熱交換器23に供給するための熱媒加熱用設定温度になるように加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末5は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
そして、湯水循環路18には、取り出し路27との接続箇所から湯水の循環方向の順に、排熱式熱交換器22、湯水循環ポンプ19、補助加熱用熱交換器26、湯水の通流を断続する断続弁30、熱媒加熱用熱交換器23が設けられている。
また、運転制御部7に熱消費端末5の運転について指令を与える端末用リモコンR2が設けられ、その端末用リモコンR2に、熱消費端末5の運転開始および運転停止を指令する端末運転開始指令手段および端末運転停止指令手段としての暖房スイッチ35が設けられている。
ちなみに、モード選択スイッチ33、発電スイッチ34、暖房スイッチ35の夫々は、照光式のスイッチであり、使用者は、点灯か消灯かによって、現在の状態を認識できるように構成されている。
前記運転制御部7は、実際の使用状況に基づいて、1日分の時系列的な過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するデータ更新処理を行い、日付が変わるごとに、記憶されている1日分の時系列的な過去負荷データから、その日1日分の時系列的な予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
そして、運転制御部7は、その日1日分の時系列的な予測負荷データを求めた状態で、例えば、数秒間隔で、時系列的な予測負荷データから、熱電併給装置3を運転させるか否かの基準となる省エネ度基準値を求める省エネ度基準値演算処理を行うとともに、その省エネ度基準値演算処理にて求められた省エネ度基準値よりも現時点での実省エネ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置3の運転の可否を判別する運転可否判別処理を行うように構成されている。
そして、1日分の時系列的な過去負荷データは、24時間のうち1時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの24個、単位時間当たりの給湯熱負荷データの24個、および、単位時間当たりの端末熱負荷データの24個から構成されている。
そして、1日分の時系列的な実負荷データが1週間分記憶されると、曜日ごとに、時系列的な過去負荷データと時系列的な実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい時系列的な過去負荷データを求めて、その求めた新しい時系列的な過去負荷データを記憶して、時系列的な過去負荷データを更新するように構成されている。
なお、下記の〔数1〕において、D1mを、日曜日に対応する時系列的な過去負荷データとし、A1を、日曜日に対応する時系列的な実負荷データとし、Kは、0.75の定数であり、D1(m+1)を、新しい時系列的な過去負荷データとする。
D1(m+1)=(D1m×K)+{A1×(1−K)}
すなわち、曜日ごとの7つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、端末熱負荷が予測されているかのその日1日分の時系列的な予測負荷データを求めるように構成されている。
そして、1日分の予測負荷データBは、図4に示すように、1日分の時系列的な予測電力負荷データ、1日分の時系列的な予測給湯熱負荷データ、1日分の時系列的な予測端末熱負荷データからなり、図4の(イ)は、1日分の時系列的な予測電力負荷を示しており、図4の(ロ)は、1日分の時系列的な予測給湯熱負荷を示しており、図4の(ハ)は、1日分の時系列的な予測端末熱負荷を示している。
なお、下記の〔数2〕において、D2mを、月曜日に対応する過去負荷データとし、A1を、日曜日に対応する実負荷データとし、Qは、0.25の定数であり、Bは、予測負荷データとする。
B=(D2m×Q)+{A1×(1−Q)}
このようにして、現時点が0時である場合には、1時間ごとの予測省エネ度と予測貯湯量とを12時までの12個分求めるようにしている。
省エネ度P={(EK1+EK2+EK3)/熱電併給装置3の必要エネルギー}×100
EK1=有効発電出力E1の発電所一次エネルギー換算値
=f1(有効発電出力E1,発電所での必要エネルギー)
EK2=有効暖房熱出力E2の従来給湯器でのエネルギー換算値
=f2(有効暖房熱出力E2,バーナ効率(暖房時))
EK3=有効貯湯熱出力E3の従来給湯器でのエネルギー換算値
=f3(有効貯湯熱出力E3,バーナ効率(給湯時))
熱電併給装置3の必要エネルギー:5.5kW
(熱電併給装置3を1時間稼動させたときに必要な都市ガス使用量を0.433m3とする)
単位電力発電必要エネルギー:2.8kW
バーナ効率(暖房時):0.8
バーナ効率(給湯時):0.9
E1=電力負荷11での消費電力=熱電併給装置3の発電電力−(電気ヒータ14の消費電力+各種補機の消費電力)
ちなみに、各種補機とは、このコージェネレーションシステムで固有に補助的に用いられる装置や機械であり、冷却水循環ポンプ17や湯水循環ポンプ19などがこれに該当する。
E2=熱消費端末5での消費熱量
E3=(熱電併給装置3にて発生する熱量+電気ヒータ14の回収熱量−有効暖房熱出力E2)−放熱ロス
ただし、電気ヒータ14の回収熱量=電気ヒータ14の消費電力×ヒータの熱効率とする。
例えば、予測給湯熱負荷データから12時間後に9.8kWの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク4内の貯湯量が2.5kWである場合には、12時間先までの間に必要となる必要貯湯量は7.3kWとなる。
次に予測省エネ度の高い6時間先から7時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が1.1kWとなる。
また次に予測省エネ度の高い5時間先から6時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が4.0kWとなる。
そうすると、8時間先から9時間先までの単位時間の省エネ度を省エネ度基準値として設定し、図5に示すものでは、省エネ度基準値が106となる。
そして、熱電併給装置3にて発生する熱だけで熱消費端末5にて現在要求されている現端末熱負荷を賄えない場合には、補助加熱手段Mの作動を開始させる。
前記運転制御部7は、発電スイッチ34にて熱電併給装置3の運転開始が指令されると、その運転開始の指令から発電用遅延時間(例えば、10秒以内)が経過すると、熱電併給装置3を運転させるように構成されている。
そして、運転制御部7は、熱電併給装置3の運転開始を発電用遅延時間(例えば、10秒以内)だけ遅らせることにより、発電スイッチ34の誤操作によって、熱電併給装置3が運転されるのを阻止するようにしている。
前記発電スイッチ34にて熱電併給装置3の運転開始が指令されると、その運転開始の指令から発電用遅延時間(例えば、10秒以内)が経過すると、熱電併給装置3を運転させる(ステップ11〜13)。
そして、熱電併給装置3の運転中に、発電スイッチ34にて熱電併給装置3の運転停止が指令されると、熱電併給装置3の運転を停止させる(ステップ14,15)。
前記貯湯運転は、熱電併給装置3の運転中で冷却水循環ポンプ17の作動により、排熱式熱交換器22において、冷却水循環路15を通流する冷却水にて湯水循環路18を通流する湯水を加熱させることができる状態で行われる。
そして、湯水循環ポンプ19を作動させて、貯湯タンク4の下部から湯水を湯水循環路18に取出し、その湯水を排熱式熱交換器22を通過させて加熱したのち、貯湯タンク4の上部に戻して、貯湯タンク4内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
また、排熱式熱交換器22を通過した湯水の温度が貯湯設定温度になるように、貯湯弁29と断続弁30の開度を調整するように構成されている。
そして、例えば、補助加熱用熱交換器26を通過した湯水の温度が65〜70℃になるように、貯湯開閉弁27と断続弁34の開度を調整するようにしている。
そして、排熱式用熱交換器22における加熱量よりも熱消費端末5で現在要求されている現端末熱負荷の方が小さい場合には、熱消費端末5で現在要求されている現端末熱負荷を賄いながら、貯湯タンク4内への貯湯を行うように、貯湯弁29の開度を調整するように構成されている。
この第2実施形態は、第1実施形態において、発電スイッチ34にて熱電併給装置3の運転開始が指令されることにより、熱電併給装置3を運転させる構成についての別実施形態であるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
そして、確認手段がリモコンR1,R2にて構成され、運転制御部7は、R1,R2にて発電スイッチ34または暖房スイッチ35による運転開始の指令が正しいことを確認したのち、熱電併給装置3の運転を開始させるように構成されている。
この第3実施形態は、第1実施形態において、熱電併給装置3の運転を停止させる構成についての別実施形態であるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
また、停止運転では、現時点で熱電併給装置3の運転を停止させ、3時間後の予測給湯熱負荷については、再度、3時間後の熱電併給装置3を運転させるので、停止運転における省エネルギー率Q2は、3時間後に熱電併給装置3を運転させるときの起動ロスを含めた状態で求められる。
Q1=GΔt/{(GΔt×μE/μCP)+GΔt×μH×(1−HLoss)}
ちなみに、μEの発電効率については、熱電併給装置3の余剰電力を電気ヒータ14にて熱に変換する場合は、余剰電力を引いた実質の発電効率とし、μHの排熱率については、熱電併給装置3の余剰電力を電気ヒータ14にて熱に変換する場合は、余剰電力分を加えた実質の排熱率とする。
また、HLossの放熱ロスについては、3時間後の単位時間に予測給湯熱負荷が予測されているので、3時間の間の放熱ロスの百分率換算値とする。
Q2=GΔt/{GΔt×μE/μCP)+GΔt×μH×(1−KLoss)}
ちなみに、μEの発電効率については、熱電併給装置3の余剰電力を電気ヒータ14にて熱に変換する場合は、余剰電力を引いた実質の発電効率とし、μHの排熱率については、熱電併給装置3の余剰電力を電気ヒータ14にて熱に変換する場合は、余剰電力分を加えた実質の排熱率とする。
また、KLossの起動ロスについては、3時間後の単位時間に予測給湯熱負荷が予測されているので、3時間後に熱電併給装置3を運転させるときの起動ロスとする。
前記熱電併給装置3の運転中に、暖房スイッチ35にて熱消費端末5の運転停止が指令されると、運転選択処理を行う(ステップ21〜23)。
そして、運転選択処理において、継続運転における省エネルギー率Q1が停止運転における省エネルギー率Q2よりも高ければ、継続運転を行い、停止運転における省エネルギー率Q2が継続運転における省エネルギー率Q1以上であると、停止運転を行う(ステップ24〜26)。
(1)上記第2実施形態では、確認手段としてのリモコンR1,R2が、発電スイッチ34または暖房スイッチ35にて運転開始が指令されると、その運転開始の指令を確認する確認動作を行うようにしているが、確認手段は、発電スイッチ34による熱電併給装置3の運転開始の指令のみ、あるいは、暖房スイッチ35による熱消費端末5の運転開始の指令のみ、その運転開始の指令を確認する確認動作を行うようにして実施することも可能である。
4 貯湯タンク
5 熱消費端末
7 運転制御手段
20 熱媒循環路
21 熱媒循環手段
34 運転開始指令手段
35 端末運転開始指令手段および端末運転停止指令手段
N 排熱加熱手段
M 補助加熱手段
R 確認手段
Claims (3)
- 熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンク内の湯水を加熱する排熱式加熱手段と、前記貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱する補助加熱手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段は、手動操作式の運転開始指令手段にて前記熱電併給装置の運転開始が指令されると、その運転開始の指令から発電用遅延時間が経過すると、前記熱電併給装置を運転させるように構成され、かつ、
時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、熱消費端末における時系列的な端末熱負荷、現在要求されている現電力負荷、現在要求されている現給湯熱負荷、および、前記熱消費端末において現在要求されている現端末熱負荷を管理して、その管理している情報に基づいて、前記熱電併給装置の運転により省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定し、その設定された運転用時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されているコージェネレーションシステム。 - 熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンク内の湯水を加熱する排熱式加熱手段と、前記貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱する補助加熱手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、
手動操作式の運転開始指令手段にて前記熱電併給装置の運転開始が指令されると、その運転開始の指令が正しいことを確認する確認動作を行う確認手段が設けられ、
前記運転制御手段は、前記確認手段にて前記確認動作が行われたのち、前記熱電併給装置を運転させるように構成され、かつ
時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、熱消費端末における時系列的な端末熱負荷、現在要求されている現電力負荷、現在要求されている現給湯熱負荷、および、前記熱消費端末において現在要求されている現端末熱負荷を管理して、その管理している情報に基づいて、前記熱電併給装置の運転により省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定し、その設定された運転用時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されているコージェネレーションシステム。 - 熱と電力を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンク内の湯水を加熱する排熱式加熱手段と、前記貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱する補助加熱手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられているコージェネレーションシステムであって、
熱媒循環路を通して熱媒を熱消費端末に循環供給させる熱媒循環手段が設けられ、前記排熱式加熱手段が、前記熱電併給装置にて発生する熱にて前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、前記補助加熱手段が、前記熱媒循環路を通流する熱媒を加熱するように構成され、
手動操作式の端末運転開始指令手段にて前記熱消費端末の運転開始が指令されると、その運転開始の指令が正しいことを確認する確認動作を行う確認手段が設けられ、
前記運転制御手段は、前記確認手段にて前記確認動作が行われたのち、前記熱電併給装置を運転させるように構成され、かつ
時系列的な電力負荷、時系列的な給湯熱負荷、前記熱消費端末における時系列的な端末熱負荷、現在要求されている現電力負荷、現在要求されている現給湯熱負荷、および、前記熱消費端末において現在要求されている現端末熱負荷を管理して、その管理している情報に基づいて、前記熱電併給装置の運転により省エネルギーを実現可能な運転用時間帯を設定し、その設定された運転用時間帯に前記熱電併給装置を運転させるように構成されているコージェネレーションシステム。
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