JP5554269B2 - コージェネレーション・システム - Google Patents
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Description
現在、実用化されている燃料電池を用いた家庭用コージェネレーション・システムでは、以下のような運転制御が行われている。
(a)電気工事等の保安確保の観点から、停電時には逆充電防止のため発電ユニットの単独運転を停止する。
(b)学習機能により予測した需要パターンによる給湯需要、電力使用量に基づいて、エネルギー効率を最適とするように起動時間及び運転スケジュールを設定し、これにより電力負荷に追随して所定の最低、最大発電量の範囲で運転する。
(c)貯湯タンクが満蓄状態では発電を停止する。
(d)燃料電池の耐久性確保等の観点から、一日の許容運転時間を設定している。
(e)都市ガスを燃料とするコージェネレーション・システムにおいては、ガスメータの保安ロジック(※)によるガス供給遮断を回避するため、発電ユニットは所定の時間ごとに一時的に運転停止又は出力変動する(例えば特許文献3)。
(※)一定期間以上連続して流量検知した場合、内管漏洩又は機器連続使用等のおそれありとして警報を発報し、最終的にメータ遮断する。
能力的には、(蓄電池+発電ユニット)による電力で賄える場合であっても、上記各制約により要求される発電出力が得られないという状態が発生しうる。また、蓄電池側の負担が大きくなり、蓄電容量との関係で長時間の停電に対応できないおそれがある。
さらに、建物内では蓄電池又は発電ユニットにより無瞬断で電力供給される場合には、使用者が停電を認識できないという問題もある。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係るコージェネレーション・システムは、
(1)発電ユニットと、発電排熱を貯湯タンクにお湯として蓄熱する貯湯ユニットと、通常は系統電源により充電を受ける蓄電ユニットと、を備え、系統電源、発電ユニット又は蓄電ユニットを適宜組み合わせて電力供給するコージェネレーション・システムであって、
系統電源停電時には、発電ユニットによる連続的電力供給を可能とする停電時発電制御手段を備えて成ることを特徴とする。
従来コージェネレーション・システムでは、過去の電力、給湯使用実績に基づいて、一日の電力・給湯需要パターンを予測して、発電ユニットの最適運転(発電)計画を策定する。一方、発電ユニットの耐久性確保等を目的として、1日あたり総運転時間が制限(H*時間以下)にされている。図6は、この発電制限制御ロジックを概念的に示した図である。通常運転(給電正常)時において需要予測に基づく運転計画では、総運転時間H0、運転開始、終了時刻(Ta、Tb)(同図斜線部)である場合、実際の運転スケジュールでは、予測電力需要の小さい時間帯(Tc−Td間:同図白抜き部)に一時(ΔH=H0−H*)運転停止とする制御が行われる。
(なお、必ずしも運転停止時間帯を設ける態様ではなく、運転開始又は終了時刻を変更する態様もある。)
図5において、上段(a)はガスメータの漏洩検知ロジックを時系列的に示した図である。何らかの理由(内管漏洩又は機器連続使用等)により、ガスメータが30日間連続して流量検知したときは、付設されている警報ランプを点滅して使用者に警告通報する。この状態で約2週間警報を続け、内部バッテリー消耗時点でメータを遮断してガス供給を停止する。
中段(b)は、発電ユニットの遮断回避制御の時系列フローを示す。すなわち、発電ユニット2は25日間連続運転の場合、強制的に一旦運転を停止し、一定時間(ΔT:例えば数時間〜最大24時間程度)経過後に運転を再開する。これにより、(a)によるガス供給停止を回避することができる。なお、運転停止状態を一定時間(ΔT)継続としているのは、他のガス機器(例えば床暖房システム等)が同時使用されている場合に、当該機器が運転停止するまでの猶予時間を確保して制御ロジックリセットの確率を高め、極力メータ遮断回避を図るためである。
本発明は、停電時の利便性確保を重視し、停電発生した場合については、下段(c)のフローに示すように、たとえ発電ユニットが25日間連続運転の状態であっても、運転を継続するものである。
また使用者に停電発生を発報する手段を備えた発明にあっては、停電時に使用者が認知できないことによる不都合を解消することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るコージェネレーション・システム1の電源系統概略構成を示す図である。コージェネレーション・システム1(以下、適宜、システム1と略記する)は、外部系統電源6(商用電源)の受電点下流側に発電ユニット2と、貯湯ユニット3と、蓄電ユニット4と、システムの制御を司る制御部5と、を主要構成として備えている。受電点と発電ユニット2の間には分電盤7が介装されており、また、蓄電ユニット4は受電点6aと分電盤7の間に介装されている。系統電源6からは、単相3線式交流電力(100,200V)が供給されている。蓄電ユニット4の上流側には、系統電源6からの電力供給を遮断する電源遮断装置4b、4c(例えばブレーカー、開閉器等)が設けられている。分電盤7の下流側にはブレーカー7aを介して電力負荷8が接続されている。
貯湯ユニット3は、貯湯タンク3aと、発電排熱を貯湯タンク3にお湯として回収する温水循環系統3bと、を主要構成として備えている。貯湯タンク3aには、タンク内のお湯使用量に対応する冷水が水道配管10を介して新たに補給されるように構成されている。
なお、系統電源6停電中も、都市ガス、水道は正常に供給されるものとする。
受電点6aと分電盤7の間には停電検出装置4bが介装されており、その検出結果に基づいて発電ユニット2に対して後述の停電時運転制御の指令を行うように構成されている。停電検出装置はインバータに内蔵される場合が多く、過電圧、不足電圧、周波数上昇、周波数低下、受動的単独運転検知、能動的単独運転検知、逆潮流検知、不足電力検知、過電流などの保護機能の検知により停電有無を判断する。
さらに制御部5は、発電ユニット2又は蓄電ユニット4に対して以下の各制御を指示するように構成されている。さらに、機器リモコン5aの表示パネル(図示せず)への停電発生表示指示、使用者の携帯端末11に対するメール送信指示を可能に構成されている。制御部5は、CPU、クロック、RAM、ROM、バス、I/Oインターフェース等を備えたマイコンを主要構成とする装置により実装でき、る。
また、発電機として燃料電池を用いる例を示したが、これに限らずエンジン発電機を用いる態様としても良い。
次に、停電時において発電ユニット2の連続発電を可能とするための放熱促進制御について説明する。
図2(a)を参照して、系統電源6が正常に通電している場合には、発電ユニット2は通常運転制御により運転される(S101)。具体的には同図(b)に示すように、学習機能に基づく発電スケジュールに従って、負荷追随制御により運転が行われる(S1001)。運転中は、発電排熱は回収され貯湯タンク3側に蓄熱される(S1002)。この状態で貯湯タンクが満蓄状態(貯湯温度が上限温度(例えば80℃)に達した状態)に至った場合には(S1003においてYES)、発電ユニット2の運転が一時停止される(S1004)。そして、満蓄状態でなくなった場合(貯湯温度低下)には(S1003においてNO)、発電ユニット2の運転が再開(又は継続)される(S1005)。
停電が継続する間は上記電力供給形態が継続され(S107においてNO)、停電復旧した場合には、通常の系統電源及び発電ユニット2による電力供給に戻る(S107においてYES)。
次に図3を参照して、通常時及び停電時における蓄電池充電制御の形態について説明する。
通常運転時においては系統電源6からの電力供給が行われ(S201)、蓄電池に対して随時充電が行われる(S202)。運転中に停電検出装置により停電が検出された場合には(S203においてYES)、電源遮断装置4b、4cが遮断され、発電ユニット2及び蓄電池側からの電力供給に切り替えられる(S204)。発電ユニット2は定格出力制御又は負荷追従転制御により運転が行われる(S205)。この状態で発電ユニット2からの充電余裕があるか否かが判定され、充電余裕がある場合には(S206においてYES)、発電ユニット2から蓄電池側に随時充電が行われる(S207)。なお、充電余裕の判定は負荷8の電力量及び蓄電池の残量に基づき行われる。
停電が継続する場合には(S208においてNO)、発電ユニット2及び蓄電池側からの電力供給が継続され(S204以降)、停電復旧した場合に(S208においてYES)、通常の系統電源6及び発電ユニット2による電力供給に戻される(S201以降)。
次に図4、5を参照して、ガスメータ遮断回避のための発電ユニット2の停電時運転制御の態様について説明する。
図4(a)を参照して、系統電源6が正常の場合には、ガスメータ遮断回避制御(図5(a))により運転される(S301)。具体的には、図4(b)に示すように学習機能に基づく発電スケジュールに従って、発負荷追随制御により運転が行われる(S3001)。この間、連続運転時間の積算が行われる(S3002)。そして、25日間連続して運転が行われた場合には(S3003においてYES)、発電ユニット2の運転が一時停止される(S3004)。そして、所定時間経過後に(S3005においてYES)、発電ユニット2の運転が再開される(S3006)。
次に図6、7を参照して、通常時における発電ユニット2の耐久性確保のための発電制限制御と、停電時におけるその適用停止制御の態様について説明する。
図7(a)を参照して、電源供給正常時には、上述の発電制限制御(図6)に基づき運転制御が行われる(S401)。具体的には図7(b)において、予め、所定の耐久時間に基づいて一日あたり許容運転時間が設定されている(S4001)。発電ユニット2は、当該使用者の1日ごとに電力需要パターン及び給湯使用量予測に基づいて運転(発電)計画を策定する(S4002)。この場合、計画運転時間が許容運転時間を超えている場合には(S4003においてYES)、運転停止時間帯が設定される(S4004)。そして、許容運転時間、運転停止時間帯を考慮した発電スケジュールに従い、発電ユニット2の運転が行われる(S4005)。
S401による運転中に停電が検出された場合には(S402においてYES)、上記発電制限制御が解除され、発電ユニット2は定格能力により連続運転が行われる(S403)。その後、停電継続する間はS403の制御が引き続き行われるが(S404においてNO)、停電復旧した場合には(S404においてYES)、発電制限制御(S401)に戻る。
次に図8を参照して、停電時における使用者への通報制御について説明する。
系統電源6が正常に通電されている場合には、発電ユニット2は通常運転制御により運転される(S501)。運転中に停電検出装置により停電が検出された場合には(S502においてYES)、制御部5の指示により機器リモコン5aの表示パネル(図示せず)に「停電発生」の表示が行われ(S503)、さらに携帯端末へのメール送信が行われる(S504)。これらの通報手段により需要者は停電発生を認知することができる。その後、停電復旧した場合には(S505においてYES)、機器リモコン5a及び携帯端末を通じて「停電復旧」の通報が出される(S506、S507)。
なお、本実施形態ではリモコン及び携帯端末による通報の例を示したが、いずれか一方のみによる通報であってもよい。また、携帯端末に替えてPCへのメール送信としても良い。
2・・・・発電ユニット
2a・・・放熱装置
3・・・・貯湯ユニット
4・・・・蓄電ユニット
5・・・・制御部
5・・・・温水循環系統
6・・・・系統電源
7・・・・分電盤
Claims (6)
- 発電ユニットと、発電排熱を貯湯タンクにお湯として蓄熱する貯湯ユニットと、通常は系統電源により充電を受ける蓄電ユニットと、を備え、系統電源、発電ユニット又は蓄電ユニットを適宜組み合わせて電力供給するコージェネレーション・システムであって、
系統電源停電時には、発電ユニットによる連続的電力供給を可能とする停電時発電制御手段を備えて成り、
前記発電ユニットは、通常運転時において耐久性確保又は運転効率の維持を目的として、1日あたりの運転時間を制限する、所定の発電制限制御に基づいて運転するものであり、かつ、
前記停電時発電制御手段が、停電中に限り該発電制限制御の適用を一時的に停止する手段を、さらに備えた、
ことを特徴とするコージェネレーション・システム。 - 発電ユニットと、発電排熱を貯湯タンクにお湯として蓄熱する貯湯ユニットと、通常は系統電源により充電を受ける蓄電ユニットと、を備え、系統電源、発電ユニット又は蓄電ユニットを適宜組み合わせて電力供給するコージェネレーション・システムであって、
系統電源停電時には、発電ユニットによる連続的電力供給を可能とする停電時発電制御手段を備えて成り、
前記発電ユニットは都市ガスを燃料とし、かつ、ガスメータの漏洩検知ロジックに基づくメータ遮断を回避するため、通常運転時において所定時間ごとに一定時間、前記発電ユニットの運転停止又は出力変動を行うものであり、
前記停電時発電制御手段が、停電中に限り該遮断回避のための運転停止又は出力変動の適用を一時的に停止する手段であることを特徴とするコージェネレーション・システム。 - 前記停電時発電制御手段が、発電排熱を外部に放熱する外部放熱手段であることを特徴とする請求項1又は2に記載のコージェネレーション・システム。
- 前記外部放熱手段が、前記貯湯タンク内のお湯温度を低下させる貯湯温度低下させる手段であることを特徴とする請求項3に記載のコージェネレーション・システム。
- 前記外部放熱手段が、発電排熱を系外に放熱する手段であることを特徴とする請求項3に記載のコージェネレーション・システム。
- 請求項1乃至5のいずれかにおいて、使用者に停電発生を発報する警報発報手段をさらに備えたことを特徴とするコージェネレーション・システム。
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