JP6278763B2 - エネルギー管理システム - Google Patents
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Description
つまり、熱電併給装置にて発生する電力及び熱、並びに、その熱を用いて加熱された貯湯槽の湯がエネルギー消費機器で消費される。
そして、エネルギー消費箇所における時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データが運転周期毎に区分けされて管理され、基本的には、それら時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データに基づいて、メリットが高くなるように熱電併給装置の運転が制御されることにより、エネルギー消費箇所のエネルギーの消費が管理される。
ちなみに、運転周期は、例えば、1日に設定され、熱電併給装置の運転条件としては、例えば、運転周期中における熱電併給装置の運転時間帯や、熱電併給装置の出力電力が定められる。
又、運転メリットとしては、熱電併給装置のエネルギー消費量、商用電源から購入する電力量及び補助加熱手段のエネルギー消費量を併せた総エネルギー消費量、熱電併給装置を運転することによるエネルギー削減量やエネルギー削減率等にて示される省エネルギー性、熱電併給装置を運転することによるエネルギーコスト削減費等にて示される経済性、又は、熱電併給装置を運転することによる二酸化炭素削減量等にて示される環境性等が挙げられる。
前記運転制御手段が、電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費する複数のエネルギー消費機器を有するエネルギー消費箇所における時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データを運転周期毎に区分けして管理して、前記時系列的な予測負荷電力データ及び前記時系列的な予測負荷熱量データに基づいて、前記熱電併給装置の運転を制御するように構成されたものであって、
第1特徴構成は、電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費して所定の処理を行う所定運転を実行し、且つ、前記所定運転の運転モードとして、前記所定運転の実行時間と単位時間当たりの消費エネルギー量とを含むエネルギー消費形態が夫々異なる複数の運転モードを有するエネルギー消費機器が、前記運転周期において当該エネルギー消費機器を運転する運転モード及び時間帯を含む運転条件を設定する運転条件設定対象として設定され、
前記運転制御手段が、
前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器における各運転モードに夫々対応付けられた複数の前記エネルギー消費形態を機器エネルギー消費情報として記憶し、並びに、
前記時系列的な予測負荷電力データ及び前記時系列的な予測負荷熱量データを、前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器のエネルギー消費を除いた状態で、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データとして求め、
運転周期の開始時点において、前記時系列的な基礎予測負荷電力データ及び前記時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、前記機器エネルギー消費情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定して、前記熱電併給装置及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々を夫々について設定した運転条件で運転するように構成されている点にある。
又、運転制御手段により、運転周期の開始時点において、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、機器エネルギー消費情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、運転周期における熱電併給装置の運転条件及び運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件が設定される。
又、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データは、時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データを、運転条件設定対象のエネルギー消費機器のエネルギー消費を除いた状態で求めたものである。
そして、運転制御手段により、熱電併給装置がその熱電併給装置について設定された運転条件で運転され、運転条件設定対象のエネルギー消費機器が、そのエネルギー消費機器について設定された運転条件に設定されている時間帯に、その運転条件に設定されている運転モードで所定運転が実行される。
従って、運転メリットを更に向上すべく、エネルギー消費箇所のエネルギー消費を管理し得るエネルギー管理システムを提供することができる。
前記運転制御手段が、
前記熱電併給装置における出力電力に応じたエネルギー効率を、エネルギー効率情報として記憶し、
前記時系列的な基礎予測負荷電力データ及び前記時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、前記機器エネルギー消費情報に加えて、前記エネルギー効率情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定するように構成されている点にある。
つまり、熱電併給装置のエネルギー効率が出力電力に応じて変化する場合に、例えば、熱電併給装置をエネルギー効率が極力高くなる出力電力で極力長い時間にわたって運転可能なように、運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転モード及び運転時間帯が設定されるようになるので、運転メリットを一層向上することが可能となる。
従って、運転メリットを一層向上すべく、エネルギー消費箇所のエネルギー消費を管理することができる。
前記運転制御手段が、出力電力を予測負荷電力に追従させる負荷電力追従運転にて前記熱電併給装置を運転する条件で、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定するように構成されている点にある。
つまり、熱電併給装置を負荷電力追従運転にて運転することにより、エネルギー消費箇所での消費電力に対して熱電併給装置の出力電力が上回って余剰となる余剰電力を極力少なくすることが可能となるので、運転メリットを更に向上することができる。
ちなみに、余剰電力は、例えば、電気ヒータにより熱に変換して貯湯槽に蓄えることができるが、熱への変換時の損失、貯湯槽での放熱損失等により、効率が低下するので、熱電併給装置の出力電力はそのままエネルギー消費機器で消費するのが、運転メリットを高めるうえで好ましいのである。
従って、運転メリットを更に向上すべく、エネルギー消費箇所のエネルギー消費を管理することができる。
前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器が、前記複数の運転モードとして、標準運転モード、及び、当該標準運転モードよりも実行時間が短く且つ単位時間当たりの消費エネルギー量が多い早仕上げ運転モードを有する点にある。
つまり、例えば、運転条件設定対象以外のエネルギー消費機器により消費されると予測される時系列的なエネルギー消費において、消費エネルギー量が少ない時間帯が比較的長く存在する場合に、そのような時間帯で、運転条件設定対象のエネルギー消費機器を標準運転モードで運転することにより、熱電併給装置を比較的効率が高い高出力で比較的長い時間運転することが可能となり、運転メリットを高めることができる場合がある。
あるいは、運転条件設定対象以外のエネルギー消費機器により消費されると予測される時系列的なエネルギー消費において、短時間にまとまった大きな給湯負荷が発生すると予測される場合に、その大きな給湯負荷が発生する時間帯の直前で、運転条件設定対象のエネルギー消費機器を早仕上げ運転モードで運転することにより、熱電併給装置の熱出力を大きくして、貯湯槽に蓄えられる熱量を極力多くすることにより、運転メリットを高めることができる場合がある。
従って、運転メリットを更に向上すべく、エネルギー消費箇所のエネルギー消費を管理することができる。
運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々について、前記夫々について設定した運転モードを含む運転条件を、当該エネルギー消費機器の使用者が認識可能に出力する出力手段を備える点にある。
図1及び図2に示すように、エネルギー管理システムは、電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費する複数のエネルギー消費機器50を有するエネルギー消費箇所(図示省略)におけるエネルギー消費を管理するものである。このエネルギー管理システムは、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置としての燃料電池1と、その燃料電池1が発生する熱により貯湯槽2に貯湯する貯湯手段としての貯湯ユニット3と、エネルギー管理システムの運転を制御する運転制御手段としての運転制御部Cと、その運転制御部4に各種制御情報を送信する遠隔操作式の操作部5等を備えて構成されている。
燃料電池1の電力の出力側には、系統連系用のインバータ6が設けられ、そのインバータ6は、燃料電池1の出力電力の電圧及び周波数を商用電源7から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数に変換するように構成されている。
商用電源7は受電電力供給ライン8を介して分電盤9に接続され、商用電源7からの電力は、分電盤9を介して、洗濯乾燥機51、テレビ52、食器洗浄乾燥機55、浴室暖房装置56、床暖房装置57等、少なくとも電力を消費するエネルギー消費機器50に供給される。
インバータ6は、発電電力供給ライン10を介して受電電力供給ライン8に電気的に接続されて、燃料電池1の発電電力を発電電力供給ライン10、受電電力供給ライン8及び分電盤9を介して、前述の少なくとも電力を消費するエネルギー消費機器50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6により燃料電池1から受電電力供給ライン8に供給される電力が制御され、出力電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ12に供給されるように構成されている。
電気ヒータ12は、複数の電気ヒータから構成されて、熱回収用ポンプ15の作動により熱回収用循環路14を通流する熱回収用流体を加熱するように設けられ、インバータ6の出力側に接続された作動スイッチ13により各別にON/OFFが切り換えられる。
作動スイッチ13は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ12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12の消費電力を調整するように構成されている。
尚、電気ヒータ12の消費電力を調整する構成については、上記のように複数の電気ヒータ12のON/OFFを切り換える構成以外に、その電気ヒータ12の出力を例えば位相制御等により調整する構成を採用しても構わない。
給湯路27の先端には、台所や浴室に設けられた給湯栓53が設けられている。
又、給湯路27から、食器洗浄用分岐路27w、浴槽用分岐路27bが上流側から順に分岐され、食器洗浄用分岐路27wの先端には、食器洗浄乾燥機55が接続され、浴槽用分岐路27bの先端には、浴槽54が接続されている。
尚、食器洗浄乾燥機55の運転は、それに備えられている食器洗浄用制御部(図示省略)により独立で制御され、食器洗浄用断続弁32も、その食器洗浄用制御部により制御される。
又、熱電併給制御部4により給湯温度調整用三方弁29や食器洗浄温度調整用三方弁31が制御されることにより、給湯栓53や、浴槽54や、食器洗浄乾燥機55への給湯温度が調整される。
即ち、貯湯ユニット3は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する前述の貯湯槽2、前述の熱回収用循環路14を通して熱回収用流体を循環させる熱回収用ポンプ15、湯水循環路16を通して貯湯槽2内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ17、熱源用循環路20を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ21、熱媒循環路22を通して熱媒を熱媒循環式のエネルギー消費機器50に循環させる熱媒循環ポンプ23、湯水循環路16を通流する湯水を加熱する貯湯用熱交換器24、熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱する熱源用熱交換器25、熱媒循環路22を通流する熱媒を加熱する熱媒加熱用熱交換器26、貯湯槽2から取り出されて給湯路27を通流する湯水及び熱源用循環路20を通流する熱源用湯水を加熱する燃焼式の補助加熱器33などを備えて構成されている。
湯水循環路16には、2系統の流路に分かれた後に再び合流する並列状部分が設けられ、その並列状部分の合流箇所に放熱用三方弁18が設けられ、又、2系統の流路の一方側には、ラジエータ19が設けられている。
補助加熱器33は、給湯路27における熱源用循環路20との共用部分に設けられた熱交換器33a、その熱交換器33aを加熱するバーナ33b、そのバーナ33bに燃焼用空気を供給するファン33c、熱交換器33aに流入する湯水の流入温度を検出する流入温度センサ(図示省略)、熱交換器33aから流出する湯水の流出温度を検出する流出温度センサ(図示省略)、及び、熱交換器33aに流入する湯水の流量を検出する流量センサ(図示省略)等を備えて構成され、この補助加熱器33の運転は熱電併給制御部4により制御される。
この分流弁35は、熱回収用循環路14の熱回収用流体の全量を貯湯用熱交換器24側に通流させたり、熱回収用循環路14の熱回収用流体の全量を熱源用熱交換器25側に通流させることもできるように構成されている。
そして、熱媒加熱用熱交換器26においては、熱源用熱交換器25や補助加熱器33にて加熱された熱源用湯水を通流させて、熱媒循環路22を循環する熱媒を加熱することにより、燃料電池1が発生する熱を用いて加熱した熱媒を熱媒循環式のエネルギー消費機器50に循環供給するように構成されている。
尚、給湯負荷熱量計測手段36は、給湯路27における給湯温度調整用三方弁29の設置個所と浴槽用分岐路27bの分岐箇所との間の箇所に設けられて、給湯栓53及び浴槽54における給湯負荷熱量を計測する一般用給湯負荷熱量計測部36bと、食器洗浄用分岐路27wに設けられて、食器洗浄乾燥機55における給湯負荷熱量を計測する食器洗浄用給湯負荷熱量計測部36wとを備えて、それら一般用給湯負荷熱量計測部36b及び食器洗浄用給湯負荷熱量計測部36w夫々の計測値の合計を給湯負荷熱量として計測するように構成されている。
又、貯湯槽2には、その貯湯熱量の検出用として、貯湯槽2の上端の湯水の温度を検出する上端温度センサS1、貯湯槽2を上下方向に概ね三等分した等分部分の中層部における上端部分の湯水の温度を検出する中間上位温度センサS2、貯湯槽2の中層部における下端部分の湯水の温度を検出する中間下位温度センサS3、及び、貯湯槽2の下端の湯水の温度を検出する下端温度センサS4が設けられ、更に、給水路28には、貯湯槽2に供給される水の給水温度を検出する給水温度センサSiが設けられている。
上端温度センサS1、中間上位温度センサS2、中間下位温度センサS3、下端温度センサS4夫々にて検出される貯湯槽2の湯水の温度を、夫々、T1、T2、T3、T4とし、給水温度センサSiにて検出される給水温度をTiとし、上層部、中層部、下層部夫々の容量をV(リットル)とする。
又、上層部における重み係数をA1とし、中層部における重み係数をA2とし、下層部における重み係数をA3とすると、貯湯熱量(kcal)は、下記の式1にて演算することができる。尚、この実施形態では、熱量の単位をkcal/hの単位にて示す場合があるが、1kWh=860kcalの関係に基づいて860に設定される係数αにて各値を除することにより、kWhの単位として求めることができる。
+(A2×T2+(1−A2)×T3−Ti)×V
+(A3×T3+(1−A3)×T4−Ti)×V……………(式1)
熱電併給制御部4は、熱媒供給運転の実行中に端末用リモコンから運転の停止が指令されると、分流弁35を熱回収用流体の全量を貯湯用熱交換器24側に通流させる状態に切り換えると共に、熱源用断続弁34を閉弁し、熱源用循環ポンプ21を停止させて、湯水循環ポンプ17を作動させることにより、熱媒供給運転から貯湯運転に切り換えるように構成されている。
更に、熱電併給制御部4は、給湯温度調整用三方弁29や食器洗浄温度調整用三方弁31を制御することにより、給湯栓53や、浴槽54や、食器洗浄乾燥機55への給湯温度を調整する。
尚、熱電併給制御部4は、食器洗浄乾燥機55の食器洗浄制御部(図示省略)との間で通信可能に構成され、食器洗浄用制御部からの指令に基づいて、食器洗浄乾燥機55への給湯温度を調整すべく、食器洗浄温度調整用三方弁31を制御するように構成されている。
運転制御部Cを構成する熱電併給制御部4は、基本的には、電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費する複数のエネルギー消費機器50を有するエネルギー消費箇所における時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データを運転周期毎に区分けして管理して、時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データに基づいて、燃料電池1の運転を制御するように構成されている。
又、熱電併給制御部4が、運転条件設定対象のエネルギー消費機器50における各運転モードに夫々対応付けられた複数のエネルギー消費形態を機器エネルギー消費情報としてメモリ38に記憶し、並びに、時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データを、運転条件設定対象のエネルギー消費機器50のエネルギー消費を除いた状態で、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データとして求めるように構成されている。
そして、熱電併給制御部4が、運転周期の開始時点において、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、機器エネルギー消費情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、運転周期における燃料電池1の運転条件及び運転条件設定対象のエネルギー消費機器50の運転条件を設定して、燃料電池1を当該燃料電池1について設定した運転条件で運転し、且つ、運転条件設定対象のエネルギー消費機器50に対して、当該エネルギー消費機器50について設定した運転条件での運転を指令するように構成されている。
つまり、熱電併給制御部4と機器制御部50cとから構成される運転制御部Cが、運転周期の開始時点において、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、機器エネルギー消費情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、運転周期における燃料電池1の運転条件及び運転条件設定対象のエネルギー消費機器50の運転条件を設定して、燃料電池1及び運転条件設定対象のエネルギー消費機器50夫々を夫々について設定した運転条件で運転するように構成されていることになる。
熱電併給制御部4は、対象機器登録部5aからの入力情報に基づいて、機器エネルギー消費情報を運転条件設定対象のエネルギー消費機器50に対応付けて、メモリ38に記憶するように構成されている。
つまり、予測総エネルギー消費量が少なくなることが、省エネルギー性に関する運転メリットが高くなることに相当する。
ちなみに、図3は、出力電力調整範囲の全範囲にわたって、出力電力が大きくなるに伴って、発電効率、電池熱効率及び総合効率共に高くなり、最大出力電力で発電効率、電池熱効率及び総合効率共に最高となる一例である。
又、図10は、出力電力調整範囲の最小出力電力からその近傍までの小出力領域(図10では、200〜300Wの範囲)の発電効率が他の燃料電池1の発電効率に比べて比較的高い(図3(a)に示す発電効率よりも高い)ために、出力電力調整範囲の小出力領域で、総合効率が他の燃料電池1の総合効率に比べて比較的高くなる(図3(b)に示す総合効率よりも高くなる)一例である。
そして、メモリ38には、エネルギー効率情報として、図3や図10に示す如き出力電力に応じた発電効率、電池熱効率及び総合効率のデータが記憶されている。
そして、熱電併給制御部4は、燃料電池1の運転条件として定めた運転時間帯において、燃料電池1を、その出力電力を実際の負荷電力(以下、実負荷電力と記載する場合がある)に追従させる実負荷電力追従運転にて運転するように構成されている。
つまり、実負荷電力が燃料電池1の出力電力調整範囲内のときは、逆潮流を防止するために、出力電力は実負荷電力よりもやや低い電力に調整され、実負荷電力が出力電力調整範囲の最小出力よりも小さいときは、出力電力は最小出力に調整され、実負荷電力が出力電力調整範囲の最大出力よりも大きいときは、出力電力は最大出力に調整される。
尚、実負荷電力は、負荷電力計測手段11の計測値及びインバータ6の出力値に基づいて計測し、更に、その実負荷電力は、前の出力調整周期において所定のサンプリング時間(例えば5秒)でサンプリングしたデータの平均値として求められる。
つまり、予測負荷電力が燃料電池1の出力電力調整範囲内のときは、予測出力電力は予測負荷電力よりもやや低い電力に設定され、予測負荷電力が出力電力調整範囲の最小出力よりも小さいときは 予測出力電力は最小出力に設定され、予測負荷電力が出力電力調整範囲の最大出力よりも大きいときは、予測出力電力は最大出力に設定される。
洗濯乾燥機51は、公知であるので、詳細な説明及び図示を省略して、簡単に説明すると、被洗濯物乾燥用の温風を生成するための熱源として、例えば、ヒートポンプを備え、洗濯乾燥制御部51cに各種制御情報を指令する洗濯乾燥操作部を備えている。
洗濯乾燥機51の洗濯乾燥操作部は、洗濯乾燥運転の開始指令や、洗濯乾燥運転を実行するための運転モードの設定が可能に構成されている。
そして、洗濯乾燥制御部51cは、洗濯乾燥操作部から運転が指令されると、その洗濯乾燥操作部で設定されている運転モードで洗濯乾燥機51を運転し、熱電併給制御部4から運転が指令されると、その熱電併給制御部4にて指令された運転条件で洗濯乾燥機51を運転するように構成されている。
そして、メモリ38には、機器エネルギー消費情報として、洗濯乾燥運転の実行時間及び単位時間当たりの消費電力が、標準運転モード及び早仕上げ運転モード夫々について対応付けられた状態で記憶されている。
そして、熱電併給制御部4は、運転条件設定対象のエネルギー消費機器50が運転された時間帯では、その運転条件設定対象のエネルギー消費機器50にて消費された電力及び熱量を減算する状態で、実負荷電力データ、実給湯負荷熱量データ及び実端末負荷熱量データを運転周期及び単位時間に対応付けてメモリ38に記憶することにより、時系列的な過去負荷電力データ及び時系列的な過去負荷熱量データを、設定期間(例えば、運転日前の4週間)にわたって、運転周期毎に単位時間毎に対応付けて管理するように構成されている。
洗濯乾燥機51は、熱を消費しないので、熱電併給制御部4は、洗濯乾燥機51が運転された時間帯では、それが運転された運転モード(標準運転モードか早仕上げ運転モードかのいずれか)にて消費された単位時間当たりの消費電力を減算する状態で、実負荷電力データ、実給湯負荷熱量データ及び実端末負荷熱量データを運転周期及び単位時間に対応付けてメモリ38に記憶する。
例えば、設定期間である4週間の時系列的な過去負荷電力データ及び時系列的な過去負荷熱量データから、予測データを求める日と同じ曜日の4週分のデータを抽出して、単位時間毎に平均することにより、運転周期の時系列的な基礎予測負荷熱量データ及び時系列的な基礎予測負荷電力データを単位時間毎に区分けして求める。
ちなみに、時系列的な基礎予測負荷熱量データは、時系列的な基礎予測給湯負荷熱量データと時系列的な基礎予測端末負荷熱量データとを加えたデータであるが、この実施形態においては、熱の負荷状態としては、媒循環式のエネルギー消費機器50での端末負荷熱量が発生しておらず、給湯負荷熱量のみが発生するとして説明する。
ちなみに、図4及び図7夫々に示すデータを比較すると、図4及び図7のいずれのデータでも、第15番目の単位時間(18〜19時)の1時間に大きな給湯負荷熱量が発生するが、その大きな給湯負荷熱量が発生する時間帯の前でその時間帯に近い時間帯(第10番目〜第13番目の単位時間(13〜17時)の4時間)における予測負荷電力が図4に示すデータよりも図7に示すデータの方が大きい。しかも、図7に示すデータでは、大きな給湯負荷熱量が発生する時間帯に近い時間帯の負荷電力は、標準仕上げモードにおける単位時間当たりの消費電力を上乗せすると、図1に示す燃料電池1の総合効率が最高となる出力電力(最大出力電力)に近づくような電力である。
ところで、予測総エネルギー消費量が少なくなるように設定される燃料電池1及び洗濯乾燥機51夫々の運転条件は、燃料電池1の出力電力に応じたエネルギー効率、並びに、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データに依存する。
そこで、そのことを考察するために、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データとして、図4及び図7に示すものを例にし、燃料電池1の出力電力に応じたエネルギー効率として、図3及び図10に示すものを例にして、運転条件設定処理を説明する。
即ち、標準運転仮運転パターンとしては、第1番目の単位時間を開始時間として第4番目の単位時間までの4時間を運転時間帯とするパターン、第2番目の単位時間を開始時間として第5番目の単位時間までの4時間を運転時間帯とするパターン・・・第21番目の単位時間を開始時間として第24番目の単位時間までの4時間を運転時間帯とするパターンの21種類がある。又、早仕上げ運転仮運転パターンとしては、第1番目の単位時間を開始時間として第2番目の単位時間までの2時間を運転時間帯とするパターン、第2番目の単位時間を開始時間として第3番目の単位時間までの2時間を運転時間帯とするパターン・・・第23番目の単位時間を開始時間として第24番目の単位時間までの2時間を運転時間帯とするパターンの23種類がある。
又、全ての燃料電池仮運転パターンの夫々について、各燃料電池仮運転パターンで設定されている運転時間帯において負荷電力追従運転にて燃料電池1を運転する条件で、全ての早仕上げ運転仮運転パターンについて、各早仕上げ運転仮運転パターンで設定されている開始時間から洗濯乾燥機1を早仕上げ運転モードで運転するとして、早仕上げ運転モードでの予測総エネルギー消費量を求める。
又、標準運転仮運転パターン及び早仕上げ運転仮運転パターンのうち、予測総エネルギー消費量が最少となるのが標準運転仮運転パターンの場合は、その標準運転仮運転パターンで設定されている開始時間を洗濯乾燥機51の運転の開始時間に、運転モードを標準運転モードに夫々設定する。
あるいは、標準運転仮運転パターン及び早仕上げ運転仮運転パターンのうち、予測総エネルギー消費量が最少となるのが早仕上げ運転仮運転パターンの場合は、その早仕上げ運転仮運転パターンで設定されている開始時間を洗濯乾燥機51の運転の開始時間に、運転モードを早仕上げ運転モードに夫々設定する。
予測総エネルギー消費量E(kcal)は、下記の式2に示すように、燃料電池1の運転で消費する燃料電池消費エネルギー量(kcal)と、予測負荷電力から予測出力電力を差し引いた予測不足電力量に相当する購入電力(kcalに換算)と、予測不足熱量を補うために補助加熱器33で消費する補助加熱器消費エネルギー量(kcal)との和にて求められる。
但し、発電効率は、メモリ38に記憶されているエネルギー効率情報から抽出される。
尚、各式において、添え字「n」は、運転周期における単位時間の順序を示し、例えば、n=1のときは、運転周期の1番目の単位時間を示す。
但し、n=1のときの式4における予測貯湯熱量n-1としての予測貯湯熱量0は、運転周期の開始時点の予測貯湯熱量であり、上記の式1に基づいて求められた値とされる。
予測熱出力n=α×{(予測出力電力n÷発電効率)×電池熱効率}+余剰電力×α×β−ベース放熱量……………(式5)
上記式4の槽放熱率は、貯湯槽2からの放熱率であり、例えば、0.012に予め設定されて、メモリ38に記憶されている。
上記式5の電池熱効率は、メモリ38に記憶されているエネルギー効率情報から抽出される。
ベース放熱量は、燃料電池1の発生熱量のうち、貯湯槽2への貯湯及び熱媒循環式のエネルギー消費機器50に循環供給する熱媒の加熱に用いられることなく放熱される熱量であり、予め設定されている。
余剰電力は、予測出力電力が予測負荷電力よりも大きい場合に、予測出力電力から予測負荷電力を減じることにより求められる。
例えば、予測負荷電力が燃料電池1の出力電力調整範囲における最小出力よりも小さいときは、余剰電力は、燃料電池1の最小出力から予測負荷電力を減じることにより求められる。
αは、上述したように860に設定される係数である。
βは、電気ヒータ12にて余剰電力(kWh)を熱(kWh)に変換するときの効率であるヒータ効率であり、予め設定されている。
尚、図5、図6、図8、図9、図11及び図12には、洗濯乾燥機51の消費電力を含む状態での予測負荷電力(W)、予測出力電力(W)、余剰電力(W)、購入電力(W)、予測給湯負荷熱量(kcal)、予測貯湯熱量(kcal)及び予測不足熱量(kcal)夫々の時系列的なデータが示されている。
先ず、図5及び図6に基づいて、エネルギー効率情報が図3に示す場合で、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データが図4に示す場合について、運転条件設定処理を説明する。
又、洗濯乾燥機1を早仕上げ運転モードで運転するとした場合は、図6に示すように、燃料電池1の運転時間帯を第2番目〜第24番目の単位時間(4〜27時)の23時間に設定し、洗濯乾燥機1の運転時間帯を第12番目、第13番目(15〜17時)の2時間に設定すると、早仕上げ運転モードでの予測総エネルギー消費量が25,744kcalで最少となる。
つまり、燃料電池1の総合効率が、出力電力が高くなるほど効率が高くなって、出力電力調整範囲の最大出力電力で総合効率が最高となる場合、運転モードを、単位時間当たりの消費電力が少ない標準運転モードよりも、単位時間当たりの消費電力が多い早仕上げ運転モードに設定して、燃料電池1を最大出力電力又はそれに近い出力電力で運転するようにすると、予測総エネルギー消費量を少なくすることができる。
又、洗濯乾燥機1を早仕上げ運転モードで運転するとした場合は、図9に示すように、燃料電池1の運転時間帯を第2番目〜第24番目の単位時間(4〜27時)の23時間に設定し、洗濯乾燥機1の運転時間帯を第12番目、第13番目(15〜17時)の2時間に設定すると、早仕上げ運転モードでの予測総エネルギー消費量が27,953kcalで最少となる。
つまり、図7に示す時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データは、大きな予測給湯負荷熱量が発生する時間帯(第15番目の単位時間(18〜19時)の1時間)に近い時間帯(第10番目〜第13番目の単位時間(13〜17時)の4時間)の予測負荷電力が、標準仕上げモードにおける単位時間当たりの消費電力を上乗せすると、燃料電池1の総合効率が最高となる出力電力(出力電力調整範囲の最大出力電力)に近づく場合である。
このような場合に、燃料電池1の総合効率が最大出力電力で最高となる場合であれば、標準仕上げモードで運転すると、燃料電池1を総合効率が最大となる状態で運転する時間を長くすることができるので、早仕上げ運転モードで運転するよりも、予測総エネルギー消費量を少なくすることができる。
又、洗濯乾燥機1を早仕上げ運転モードで運転するとした場合は、図12に示すように、燃料電池1の運転時間帯を第2番目〜第24番目の単位時間(4〜27時)の23時間に設定し、洗濯乾燥機1の運転時間帯を第12番目、第13番目(15〜17時)の2時間に設定すると、早仕上げ運転モードでの予測総エネルギー消費量が26,001kcalで最少となる。
つまり、図10に示すように、出力電力調整範囲の小出力領域で総合効率が比較的高くなる(図3に示す総合効率よりも高くなる)場合、早仕上げ運転モードにて運転することにより負荷電力を集中させるのではなく、標準運転モードで運転して負荷電力を万遍なく広げると、燃料電池1を総合効率が比較的高くなる比較的低い出力電力で運転することができるので、予測総エネルギー消費量を少なくすることができる。
つまり、熱電併給制御部4は、燃料電池1の運転条件にて設定されている時間帯(上記の例では、第2番目〜第24番目の単位時間(4〜27時)の23時間)で、実負荷電力追従運転を実行する。
又、洗濯乾燥機51の洗濯乾燥制御部51cは、熱電併給制御部4から運転が指令されると、指令された運転条件で設定されている運転時間帯において、指令された運転条件で設定されている運転モードにて、洗濯乾燥機51を運転する。
次に別実施形態を説明する。
(イ) 運転条件設定対象に設定するエネルギー消費機器50の具体例は、上記の実施形態で例示した洗濯乾燥機51に限定されるものではない。
電力のみを消費するエネルギー消費機器50を運転条件設定対象に設定する場合、洗濯乾燥機51以外に、例えば、炊飯器等を設定することができる。
又、電力及び熱の両方を消費するエネルギー消費機器50(例えば、食器洗浄乾燥器55)や、熱のみを消費するエネルギー消費機器50を運転条件設定対象に設定しても良い。
ちなみに、電力及び熱の両方を消費するエネルギー消費機器50を運転条件設定対象に設定する場合、機器エネルギー消費情報として、所定運転の実行時間、単位時間当たりの消費電力及び単位時間当たりの消費熱量が複数の運転モード夫々について対応付けられた状態で記憶される。
例えば、上記の実施形態のように運転条件設定対象に設定した洗濯乾燥機51は、例えば午前8時から午後17時の所定の許容時間範囲中であれば、洗濯乾燥運転の実行時間が異なっても使用者には支障がない場合がある。
そこで、操作部5に、所定運転の実行時間を設定するための許容時間範囲を設定する人為操作式の許容時間範囲設定部を設ける。そして、熱電併給制御部4により、運転メリットが高くなるように燃料電池1の運転条件及び運転条件設定対象のエネルギー消費機器50の運転条件を設定するに当たって、所定運転の実行時間は、許容時間範囲設定部にて設定された許容時間範囲中で設定するように構成しても良い。
例えば、燃料電池1の運転形態としては、出力電力を所定の定格出力電力に調整する定格出力運転として、燃料電池1の運転条件として、定格出力運転を実行する運転時間帯を設定しても良い。
又、燃料電池1の運転条件として、複数種の運転形態(例えば、負荷電力追従運転、定格出力運転等)から一つの運転形態を設定すると共に、設定した運転形態の運転時間帯を設定するように構成しても良い。
ちなみに、予測エネルギー削減量は、燃料電池1を運転しない場合の予測総エネルギー消費量から、燃料電池1を運転した場合の予測総エネルギ消費量を減じることにより演算する。
又、予測エネルギーコスト削減額は、燃料電池1を運転しない場合のエネルギーコストから、燃料電池1を運転したときのエネルギーコストを減じて求めることができる。
又、予測二酸化炭素削減量は、燃料電池1を運転しない場合の二酸化炭素発生量から、燃料電池1を運転したときの二酸化炭素発生量を減じて求めることができる。
又、熱電併給装置として、燃料電池1以外に、エンジンにより発電機を駆動するように構成したもの等、種々のものを適用することができる。
(ト)
これまで説明したエネルギー管理システムにおいては、運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々を、夫々について設定した運転条件(運転モードを含む)に従って運転する例を示した。
運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々では、所定の処理夫々が、その使用者の生活に密着した処理であることが多い。従って、システム側で設定した運転条件が、どのような条件となっているかが、使用者の生活の質に密接に関連する。そこで、システム側で夫々設定した運転条件を当該エネルギー消費機器の使用者が認識可能に出力する出力手段(画像表示手段、音声出力手段等)を備えておくことで、その有用な情報を使用者側で充分に生かすことができる。例えば、運転時間の使用者による生活に適した選択・調整、運転モードの使用者による生活に適した選択・調整を可能とすることとなる。
2 貯湯槽
3 貯湯ユニット(貯湯手段)
50 エネルギー消費機器
51 洗濯乾燥機(運転条件設定対象のエネルギー消費機器)
C 運転制御部(運転制御手段)
Claims (5)
- 電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱により貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とを備え、
前記運転制御手段が、電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費する複数のエネルギー消費機器を有するエネルギー消費箇所における時系列的な予測負荷電力データ及び時系列的な予測負荷熱量データを運転周期毎に区分けして管理して、前記時系列的な予測負荷電力データ及び前記時系列的な予測負荷熱量データに基づいて、前記熱電併給装置の運転を制御するように構成されたエネルギー管理システムであって、
電力及び熱のうちの少なくとも一方を消費して所定の処理を行う所定運転を実行し、且つ、前記所定運転の運転モードとして、前記所定運転の実行時間と単位時間当たりの消費エネルギー量とを含むエネルギー消費形態が夫々異なる複数の運転モードを有するエネルギー消費機器が、前記運転周期において当該エネルギー消費機器を運転する運転モード及び時間帯を含む運転条件を設定する運転条件設定対象として設定され、
前記運転制御手段が、
前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器における各運転モードに夫々対応付けられた複数の前記エネルギー消費形態を機器エネルギー消費情報として記憶し、並びに、
前記時系列的な予測負荷電力データ及び前記時系列的な予測負荷熱量データを、前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器のエネルギー消費を除いた状態で、時系列的な基礎予測負荷電力データ及び時系列的な基礎予測負荷熱量データとして求め、
運転周期の開始時点において、前記時系列的な基礎予測負荷電力データ及び前記時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、前記機器エネルギー消費情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定して、前記熱電併給装置及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々を夫々について設定した運転条件で運転するように構成されているエネルギー管理システム。 - 前記運転制御手段が、
前記熱電併給装置における出力電力に応じたエネルギー効率を、エネルギー効率情報として記憶し、
前記時系列的な基礎予測負荷電力データ及び前記時系列的な基礎予測負荷熱量データ、並びに、前記機器エネルギー消費情報に加えて、前記エネルギー効率情報に基づいて、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定するように構成されている請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記運転制御手段が、出力電力を予測負荷電力に追従させる負荷電力追従運転にて前記熱電併給装置を運転する条件で、運転メリットが高くなるように、前記運転周期における前記熱電併給装置の運転条件及び前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器の運転条件を設定するように構成されている請求項1又は2に記載のエネルギー管理システム。
- 前記運転条件設定対象のエネルギー消費機器が、前記複数の運転モードとして、標準運転モード、及び、当該標準運転モードよりも実行時間が短く且つ単位時間当たりの消費エネルギー量が多い早仕上げ運転モードを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー管理システム。
- 運転条件設定対象のエネルギー消費機器夫々について、前記夫々について設定した運転モードを含む運転条件を、当該エネルギー消費機器の使用者が認識可能に出力する出力手段を備える請求項1〜4のいずれか1項に記載のエネルギー管理システム。
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