JP2005287132A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 要求される予測熱負荷を賄うことができるものでありながら、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となるコージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】 電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置３を備え且つ商用電力系統９に連系される電源部ＤＧと、熱電併給装置３から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンク４と、予測熱負荷に基づいて熱電併給装置３の運転を制御する制御手段とを備えたコージェネレーションシステムであって、制御手段が、予測熱負荷を賄うために熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、商用電力系統において電力需要のピークとなる時間帯に合わせた状態で、熱電併給装置３の運転を制御するピークカット運転を実行するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置を備え且つ商用電力系統に連系される電源部と、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とを備えたコージェネレーションシステムに関する。

上述したようなコージェネレーションシステムにおいて、従来では、前記電源部として、前記熱電併給装置と太陽光発電装置とを備えて、該システムに要求される予測熱負荷に対しては前記熱電併給装置にて発生した熱により対応し、該システムに要求される予測電力負荷に対しては、前記熱電併給装置にて発生する電力と前記太陽光発電装置にて発生する電力により対応するようにしたものがあり、実際の電力負荷よりも電源部での発電量が多く余剰電力が発生するときには、前記太陽光発電装置における余剰電力を商用電力系統に逆潮流させるようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−１８６９２７号公報

上記したような従来のコージェネレーションシステムは、電源部での発電量が電力負荷よりも大であり余剰電力が発生するときには、その余剰電力を商用電力系統に逆潮流させることによってエネルギーの利用効率を高めることができるようにしているが、上記構成では、前記熱電併給装置は、コージェネレーションシステムに要求される予測熱負荷が発生する熱負荷発生時間帯に対応させて運転を行うことになり、太陽光発電装置による発電状態は太陽光の照射状態に応じて変動するものであり、電源部において余剰電力が発生するのは、主に、熱電併給装置が運転して熱と電力とを併せて供給しているときが多いと考えられる。

ところで、このようなコージェネレーションシステムが連系される商用電力系統は、電気事業者によって管理されるものであるが、この商用電力系統における全体的な電力需要は常に一定ではなく気象条件などによって大きく変動するものである。特に、気温の高い夏期における昼間の時間帯等においては、それ以外の時間帯に比べて特に電力消費量が多くなり、電力消費のピークを迎えることになる。そこで、このような電力消費のピークとなる時間帯において電力需要をできるだけ減らして、電力需要を平準化することが望まれている。

しかしながら、上記従来構成においては、電源部において余剰電力が発生して、商用電力系統における電力需要を減らすことができる時間帯は、上記したような電力需要が多くなる時間帯に合致していないものであった。説明を加えると、この種のコージェネレーションシステムは一般家庭に設置されることが多く、一般家庭では予測熱負荷が多くなるのは夕方に集中するものであり、前記熱電併給装置は、要求される予測熱負荷に対応するように夕方の時間帯に運転を行うことが多く、余剰電力が発生する時間帯が夏期における昼間の時間帯からずれており、電力消費のピーク時に電力需要を減らすことには寄与できていないものとなっていた。

本発明の目的は、要求される予測熱負荷を賄うことができるものでありながら、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となるコージェネレーションシステムを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置を備え且つ商用電力系統に連系される電源部と、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とを備えたコージェネレーションシステムであって、前記制御手段が、前記予測熱負荷を賄うために前記熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、前記商用電力系統において電力需要のピークとなる時間帯に合わせた状態で、前記熱電併給装置の運転を制御するピークカット運転を実行するように構成されている点にある。

第１特徴構成によれば、制御手段は、予測熱負荷を賄うために熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、商用電力系統において電力需要のピークとなる時間帯に合わせた状態で、熱電併給装置の運転を制御することになる。すなわち、熱電併給装置を予測熱負荷を賄うことができるように運転させることになるので、要求される予測熱負荷に対応する熱量を供給することが可能である。つまり、熱電併給装置が運転されることにより発生する熱は回収して温水として貯湯タンクに貯えられることになり、この温水として貯えられた熱にて予測熱負荷を賄うことができるのである。

又、熱電併給装置を運転させる運転時間帯が、商用電力系統において電力需要のピークとなる時間帯に合わせることにより、熱電併給装置が運転されることによって熱と電力とを併せて発生することになるから、その発生した電力にて要求される電力負荷を賄うようにすることにより、商用電力系統から受電する電力量を減らすことが可能であり、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となる。

従って、要求される予測熱負荷を賄うことができるものでありながら、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となるコージェネレーションシステムを提供できるに至った。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記ピークカット運転を実行するピークカット運転モードと、前記予測熱負荷を賄うために熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、前記予測熱負荷が発生する熱負荷発生時間帯に対応させて放熱ロスを減少させるように定める適正時間帯に合わせた状態で、前記熱電併給装置の運転を制御する通常運転を実行する通常運転モードとに切り換え自在に構成されている点にある。

第２特徴構成によれば、制御手段は、前記ピークカット運転モードにおいては、前記ピークカット運転を実行することによって、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能であり、一方、前記通常運転モードにおいては、予測熱負荷が発生する熱負荷発生時間帯に対応させて放熱ロスを減少させるように定める適正時間帯に合わせた状態で、熱電併給装置の運転を制御することになるから、貯湯タンクに貯えられている湯の熱量が放熱して熱損失となることを回避させて、熱効率が低下することがない良好な状態で運転を行うことが可能となる。

説明を加えると、商用電力系統において電力需要のピークとなるおそれが大である時期（夏期）においては、前記ピークカット運転モードに切り換えておくことで、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となる。又、電力需要のピークとなるおそれが少ない時期においては前記通常運転モードに切り換えておくことで、熱効率が低下することがない良好な状態で運転を行うことが可能である。

このように適切な運転モードを選択することにより、全体として熱効率を極力低下させない状態で、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することが可能となる。

本発明の第３特徴構成は、第２特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記ピークカット運転の要否を判別するためのピークカット運転要否判別情報に基づいて、前記ピークカット運転が必要でないと判別すると前記通常運転モードに切り換わり、前記ピークカット運転が必要であると判別すると前記ピークカット運転モードに切り換わるように構成されている点にある。

第３特徴構成によれば、前記制御手段は、前記ピークカット運転の要否を判別するためのピークカット運転要否判別情報に基づいて、前記通常運転モードと前記ピークカット運転モードのいずれかに切り換わることになる。

尚、前記ピークカット運転要否判別情報は、電力消費のピークを迎える状況にあるか否かを判別するための情報であるがこのような情報としては種々のものが考えられる。例えば、該システムの使用者が外気温度や予想されるその日の最高温度等からピークカット運転が必要であるか否かを判断して、制御手段に対して人為操作により切り換えを指令する構成とすることが可能である。又、外気温度を温度検出手段にて測定して、制御手段が、温度検出手段にて検出される温度が設定閾値より高ければピークカット運転が必要であり、前記温度が設定閾値より低ければピークカット運転は必要ないと判別する構成とすることもできる。更に、制御手段にカレンダー機能を備えておき、例えば７月１日〜９月３０日ならピークカット運転が必要であり、それ以外ならピークカット運転は必要ないと判別する構成とすることもできる。それ以外にも、通信手段を介して外部から指令する等、各種の方法によってピークカット運転要否判別情報を指令することが可能である。

そして、このようなピークカット運転要否判別情報に基づいて制御手段が前記通常運転モードと前記ピークカット運転モードのいずれかに切り換わり、前記熱電併給装置の運転を制御することになるから、前記ピークカット運転が必要であると判別されるときにだけピークカット運転を適切に行うことが可能となる。

本発明の第４特徴構成は、第３特徴構成のいずれかに加えて、前記制御手段が、前記ピークカット運転が必要であると判別した場合であっても、前記ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性及び経済性のいずれも前記通常運転を実行する場合に比べて低くなることが予想されるときは、前記通常運転モードにて前記通常運転を行うように構成されている点にある。

第４特徴構成によれば、前記制御手段が、前記ピークカット運転要否判別情報に基づいて、前記ピークカット運転が必要であると判別した場合であっても、ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性及び経済性のいずれも通常運転を実行する場合に比べて低くなることが予想されるときには、ピークカット運転を実行することなく通常運転モードにて通常運転を行うことになる。

すなわち、前記ピークカット運転を実行するようにすると、電力消費がピークとなる時間帯において電力需要を減らすことに寄与することは可能となるものの、このピークカット運転を実行した結果、省エネルギー性及び経済性のいずれも通常運転を実行する場合に比べて低くなるような場合であれば、該システム全体としてのエネルギーの無駄が多くなったり、該システムの使用者における経済面での負担（コスト負担）が大となるおそれがあるから、このようなときには、ピークカット運転を実行することなく通常運転モードにて通常運転を行うことによって、上述したような不利を回避できることになる。

本発明の第５特徴構成は、第１特徴構成〜第４特徴構成のいずれかに加えて、前記電源部が、前記太陽光発電装置を備えて構成され、且つ、前記熱電併給装置と前記太陽光発電装置のうちの少なくとも前記太陽光発電装置が、その余剰電力を前記商用電力系統に逆潮流することが可能に構成されている点にある。

第５特徴構成によれば、前記電源部が前記太陽光発電装置を備えているので、太陽光発電装置の余剰電力を商用電力系統に逆潮流することが可能となるのである。すなわち、上記したようなピークカット運転を実行するのは、主に電力需要のピークになる時間帯、すなわち、夏期の昼間の時間帯に行われることになるが、昼間は太陽光発電装置が発電していることが多い。しかも、熱電併給装置を電力需要のピークになる時間帯に運転することにより電力を発生させることになるため、電源部が発生する電力は多くなり、商用電力系統から受電する電力量を減らすことができ、しかも、太陽光発電装置が発生する電力のうち余剰の電力を逆潮流することができるので、電力需要の低減により確実に寄与できることになる。

以下、本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムを図面に基づいて説明する。
前記コージェネレーションシステムは、図１及び図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回収した熱を温水として貯留する貯湯タンク４への貯湯及び熱負荷装置５への熱媒供給を行う貯湯ユニット６と、太陽光の光電変換によって発電を行う太陽光発電装置ＰＶと、熱電併給装置３及び貯湯ユニット６の運転を制御する制御手段としての運転制御部７と、リモコンＲなどから構成されている。前記熱負荷装置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。前記熱電併給装置３と前記太陽光発電装置ＰＶとにより電源部ＤＧを構成する。

前記発電装置２の出力側には、熱電併給装置３を備える電力系統を商用電力系統（以下、単に「商用系統」と表記することもある）９に連係するためのインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、発電装置２の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。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装置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からの出力電力がインバータ８及びコージェネ用供給ライン１２を介して電力負荷装置１１に供給されるように構成されている。そして、熱電併給装置３の余剰電力を消費して熱を発生し、その熱により貯湯タンク４への貯湯を行うことでエネルギの回収を行う余剰電力回収用熱源機としての電気ヒータ１４がコージェネ用供給ライン１２の途中に接続されている。

そして、太陽光発電装置ＰＶはインバータ６０及び太陽光発電電力用供給ライン６１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からの出力電力及び商用系統９からの電力と併せて電力負荷装置１１に対して電力を供給できるように構成されている。更に、太陽光発電装置ＰＶで発電された電力を商用系統９へ売電可能であり、電力負荷装置１１での電力負荷量が、太陽光発電装置ＰＶの発電電力量及び熱電併給装置３の発電電力量を下回って余剰電力が発生した場合には、余剰電力の内の太陽光発電装置ＰＶの発電電力分を電気事業者等に売却するために、商用系統９側に逆潮流させることができるように構成されている。

前記商業用電力供給ライン１０には、この商業用電力供給ライン１０にて供給される商業用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１が設けられ、コージェネ用供給ライン１２には、熱電併給装置３の発電電力を計測する熱電併給装置用発電電力計測部Ｐ２が設けられ、太陽光発電電力用供給ライン６１には太陽光発電装置ＰＶの発電電力量を計測する太陽光発電装置用発電電力計測部Ｐ３が設けられている。前記商用電力計測部Ｐ１は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否か、即ち、上述の余剰電力が発生するか否かをも検出するように構成されている。また運転制御部７は、商用電力計測部Ｐ１及び太陽光発電装置用発電電力計測部Ｐ３を同時に監視し、商用電力計測部Ｐ１の測定結果に基づく逆潮流電力量が太陽光発電装置用発電電力計測部Ｐ３の測定結果に基づく太陽光発電装置ＰＶで発電された電力量を超えないように、電気ヒータ１４の電力負荷量を調節している。つまり、太陽光発電装置ＰＶで発電された電力のみが商用系統９へと逆潮流（売電）可能に構成してある。

前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流するガスエンジン１の冷却水を加熱するように設けられ、発電装置２の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。よって、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより、電気ヒータ１４の電力負荷量を調整可能に構成されている。ちなみに、電気ヒータ１４の電力負荷量は、電気ヒータ１本当たりの電力負荷量（例えば１００Ｗ）にオンされている作動スイッチ１６の個数を乗じた電力量になる。そして、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、余剰電力の内の熱電併給装置３の発電電力分の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の電力負荷量が大きくすることになる。

前記ガスエンジン１には、エンジン燃料路２１を通じて設定流量（例えば、０．４３３ｍ³／ｈ）でガス燃料が供給されて、前記熱電併給装置３が定格運転されるようになっており、その定格運転では、前記熱電併給装置３の発電電力は定格発電電力（例えば１ｋＷ）で略一定になるようになっている。

前記貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する前記貯湯タンク４、湯水循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させたり熱負荷装置５へ供給される熱媒を加熱する湯水を循環させる湯水循環ポンプ１９、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱負荷装置５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、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排熱式熱交換器２４、湯水循環路１８を通流する湯水にて熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、バーナ２７ｂの燃焼により湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる熱源機としての補助加熱器２７などを備えて構成されている。この補助加熱器２７はガスを燃料として熱を直接発生させる装置であり、加熱対象の湯水を通流させる熱交換器２７ａと、その熱交換器２７ａを加熱する前記バーナ２７ｂと、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給する燃焼用ファン２７ｃとを備えて構成されている。
バーナ２７ｂへガス燃料を供給する補助燃料路２８には、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給を断続する補助燃料用電磁弁２９と、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給量を調節する補助燃料用比例弁３０とが設けられている。

前記貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量を検出する貯湯量検出手段としての４個のタンクサーミスタＴｔが上下方向に間隔を隔てて設けられている。つまり、タンクサーミスタＴｔが設定温度以上の温度を検出することにより、その設置位置に湯が貯湯されているとして、検出温度が設定温度以上であるタンクサーミスタＴｔのうちの最下部のタンクサーミスタＴｔの位置に基づいて、貯湯量を４段階に検出するように構成され、４個のタンクサーミスタＴｔ全ての検出温度が前記設定温度以上になると、貯湯タンク４の貯湯量が満杯であることが検出されるように構成されている。

前記湯水循環路１８には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水循環路１８には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、前記排熱式熱交換器２４、前記湯水循環ポンプ１９、前記補助加熱器２７、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う暖房弁３９、前記熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。

このシステムには、このシステム固有の補機として、前記冷却水循環ポンプ１７及び前記湯水循環ポンプ１９などが含まれ、このシステムに本来必要な補機として、前記熱媒循環ポンプ２３などが含まれ、本来必要な補機の電力負荷量は、前記電力負荷装置１１と同様に、使用者にて消費される電力として扱われる。

また、湯水循環路１８には、前記補助加熱器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉ、補助加熱器２７から流出する湯水の温度を検出する出口サーミスタＴｅが設けられている。また、貯湯タンク４の上部から取り出した湯水を給湯する給湯路２０には給湯端末５ａでの給湯熱負荷量を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられ、暖房端末５ｂでの暖房熱負荷量を計測する暖房熱負荷計測手段３２が設けられている。

図８に基づいて、リモコンＲについて説明を加える。
リモコンＲには、各種情報を表示出力する表示部４２、各種情報を音声にて出力するスピーカ４３、表示部４２及びスピーカ４３に出力する情報を切り換えるナビスイッチ４４、熱電併給装置３の運転を自動運転と手動運転とに切り換える発電切換スイッチ４５、熱電併給装置３の運転及び停止を指令する発電スイッチ４６、入力するデータの種類を選択する選択スイッチ４７、その選択スイッチ４７にて選択されている種類のデータを設定する設定スイッチ４８、入力するデータを設定スイッチ４８にて設定されているデータに確定する確定スイッチ４９、後述するピークカット運転モードへの切り換えを指令するピークカット指令スイッチ５３、ピークカット運転モードであることを表示するモード表示ランプ５４等が設けられている。又、表示部４２には、熱電併給装置３が運転中のときに運転中表示マーク５０が表示される。

発電切換スイッチ４５にて自動運転に切り換えられると、後述するように熱電併給装置３が学習運転され、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられて、運転時間帯が設定されたときは、設定されている運転時間帯で熱電併給装置３が運転される。
また、発電切換スイッチ４５にて自動運転に切り換えられている状態で、発電スイッチ４６をオンすると直ぐに熱電併給装置３が運転され、オフすると約１時間程度熱電併給装置３が停止された後、自動運転になる。
また、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている状態では、発電スイッチ４６がオンされると直ぐに熱電併給装置３が運転され、発電スイッチ４６がオフされると、直ぐに熱電併給装置３が停止されると共に、その停止状態が、次に発電切換スイッチ４５又は発電スイッチ４６が操作されるまで継続する。
尚、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている間は、電力負荷量や熱負荷量の計測データは、後述する学習運転にて使用する負荷データからは除外されるように構成されている。

前記運転制御部７は、前述の手動運転及び自動運転において、熱電併給装置３を運転するときには、熱電併給装置３及び冷却水循環ポンプ１７の作動状態を制御し、そして、湯水循環ポンプ１９、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯タンク４内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱負荷装置５に熱媒を供給する熱媒供給運転等を行うようになっており、加えて、熱電併給装置３が発生した余剰電力を前記電気ヒータ１４にて熱に変換する余剰電力蓄電運転や、太陽光発電装置ＰＶが発生した余剰電力を前記商用系統９に売却する余剰電力売却運転を行う。さらに、運転制御部７は、前記学習運転により自動運転するために、後述の如く、予測負荷演算処理、データ更新処理、及び、運転可否判別処理等を実行するように構成されている。
また、前記運転制御部７は、リモコンＲの表示部４２やスピーカ４３に出力させる情報を切り換える出力情報切換制御を行うように構成されている。

ちなみに、図示しない給湯栓が開栓されると、貯湯タンク４の上部から湯水が取り出されて、給湯路２０を通じて給湯するように構成され、前記給湯栓が開栓されたときに、貯湯タンク４内に湯が貯湯されていないときには、湯水循環ポンプ１９が作動され、貯湯弁３７が開弁されると共に、補助加熱器２７が加熱作動されて、その補助加熱器２７にて加熱されて、貯湯路３６を通じて給湯路２０に給湯されるように構成されている。

まず、運転制御部７による熱電併給装置３の学習運転について説明を加える。
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、日付が変わって午前０時になるごとに、記憶されている１日分の過去負荷データから、その日１日分の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日分の予測負荷データを求めた状態で、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ルギ度基準値を求める省エネルギ度基準値演算処理を行うと共に、その省エネルギ度基準値演算処理にて求められた省エネルギ度基準値よりも現時点での実省エネルギ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。

このようにして、運転制御部７は、運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。そして、運転制御部７は、運転時間帯において、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

前記データ更新処理について説明を加えると、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷量、熱負荷としての給湯熱負荷量と暖房熱負荷量があったかの１日分の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ように構成されている。

まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷量データ、給湯熱負荷量データ、暖房熱負荷量データの３種類の負荷データからなり、図３に示すように、１日分の過去負荷データを日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、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量データの２４個、単位時間当たりの給湯熱負荷量データの２４個、及び、単位時間当たりの暖房熱負荷量データの２４個から構成されている。

上述のような過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷量、給湯熱負荷量、及び、暖房熱負荷量の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、熱電併給装置用発電電力計測部Ｐ２、太陽光発電装置用発電電力計測部Ｐ３、給湯熱負荷計測手段３１、及び、暖房熱負荷計測手段３２にて計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。ちなみに、電力負荷装置１１の電力負荷量は、商用電力計測部Ｐ１で計測した電力と、熱電併給装置用発電電力計測部Ｐ２で計測した発電装置２の発電出力と、太陽光発電装置用発電電力計測部Ｐ３で計測した発電電力との和から、電気ヒータ１４の電力負荷量とエネルギ供給システム固有の補機の電力負荷量とを差し引いたものとなる。尚、商用電力計測部Ｐ１で計測された電力とは、商用系統９から受電する方向を正とした電力を示し、よって、商用系統９へ電力を逆潮流している場合には、負の値を取る。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと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、新しい過去負荷データを求めて、その求めた新しい過去負荷データを記憶して、過去負荷データを更新するように構成されている。

日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、過去負荷データのうち日曜日に対応する過去負荷データＤ１ｍと、実負荷データのうち日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔式１〕により、日曜日に対応する新しい過去負荷データＤ１（ｍ＋１）が求められ、その求められた過去負荷データＤ１（ｍ＋１）を記憶する。
尚、下記の〔式１〕において、Ｄ１ｍを、日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、Ｋは、０．７５の定数であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、新しい過去負荷データとする。

［数１］
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝

前記予測負荷演算処理について説明を加えると、日付が変わるごとに実行され、その日のどの時間帯にどれだけの電力負荷量、給湯熱負荷量、暖房熱負荷量が予測されているかの１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
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量、給湯熱負荷量、暖房熱負荷量が予測されているかのその日１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。

月曜日１日分の予測負荷データを求める場合を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数２〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
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日分の予測電力負荷量データ、１日分の予測給湯熱負荷量データ、１日分の予測暖房熱負荷量データからなり、図４の（イ）は、１日分の予測電力負荷量を示しており、図４の（ロ）は、１日分の予測暖房熱負荷量を示しており、図４の（ハ）は、１日分の予測給湯熱負荷量を示している。
尚、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。

［数２］
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝

前記省エネルギ度基準値演算処理について説明を加えると、予測給湯熱負荷量データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって、エネルギ供給システムの設置施設における省エネルギ化を実現できる省エネルギ度基準値を求めるように構成されている。

例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷量、予測給湯熱負荷量、及び、予測暖房熱負荷量から、下記の〔数３〕により、図５に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネルギ度を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求めると共に、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク４に貯湯することができる予測貯湯量を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求める。

［数３］
省エネルギ度Ｐ＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギ｝×１００

但し、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、有効暖房熱出力Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、有効貯湯熱出力Ｅ３を変数とする関数であり、
ＥＫ１＝有効発電出力Ｅ１の発電所一次エネルギ換算値
＝ｆ１（有効発電出力Ｅ１，発電所での必要エネルギ）
ＥＫ２＝有効暖房熱出力Ｅ２の従来給湯器でのエネルギ換算値
＝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：５．５ｋＷ
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときの都市ガス消費量を０．４３３ｍ³とする）
単位電力発電必要エネルギ：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９

また、有効発電出力Ｅ１は、〔熱電併給装置３の発電電力−（余剰電力＋固有の補機の電力負荷量）〕により求められ、有効暖房熱出力Ｅ２は熱消費端末５ｂでの熱負荷量のことであり、有効貯湯熱出力Ｅ３は〔（熱電併給装置３の熱出力＋電気ヒータ１４の熱出力−有効暖房熱出力Ｅ２）−放熱ロス〕により求められる。但し、電気ヒータ１４の熱出力は、電気ヒータ１４の電力負荷量とヒータの熱効率との積から求める。

そして、図５に示すように、１時間ごとの予測省エネルギ度及び予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷量データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷量データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷量が予測されていて、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。

そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネルギ度の数値が高いものから選択していくようにしている。

説明を加えると、例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図５に示すように、まず、予測省エネルギ度の一番高い７時間先から８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る。
次に予測省エネルギ度の高い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ルギ度の高い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。

このようにして、予測省エネルギ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図５に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
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ルギ度を省エネルギ度基準値として設定し、図５に示すものでは、省エネルギ度基準値が１０６となる。

前記運転可否判別処理について説明を加えると、運転可否判別処理では、現時点での電力負荷量、予測給湯熱負荷量、及び、現時点での暖房熱負荷量から、上記の〔数３〕により、実省エネルギ度を求める。そして、その実省エネルギ度が省エネルギ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、実省エネルギ度が省エネルギ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。

つまり、実際の電力負荷量、給湯熱負荷量及び暖房熱負荷量が、予測電力負荷量データ、予測給湯熱負荷量データ及び予測暖房熱負荷量データと略等しければ、実省エネルギ度は、省エネルギ基準値演算処理において求めた予測省エネルギ度と略等しくなるので、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間において、熱電併給装置３が運転されることになる。
従って、必要貯湯量を貯湯できるように予測省エネルギ度の高い時間帯の順に選択した複数の単位時間から成る時間帯が、予測熱負荷量及び予測電力負荷量と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐに相当する）とに基づいて求めた熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯となる。そして、この省エネルギ度基準値演算処理は数秒間隔で行われ、一旦、熱電併給装置３の運転が開始されると少なくとも１時間は運転が継続される。

つまり、運転制御部７は、省エネルギ度Ｐが高く且つ熱負荷量又は電力負荷量が多い時間帯を、熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯として求めるように構成されている。また、運転制御部７は、熱の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて、１日という判別対象期間における時系列的な予測熱負荷量及び時系列的な予測電力負荷量を求め、求めた予測熱負荷量及び予測電力負荷量と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐ）とに基づいて熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯を求めて、その求めた予測運転時間帯に基づいて熱電併給装置３を自動運転するように構成されている。

従って、この自動運転を行う状態が、予測熱負荷を賄うために熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、前記予測熱負荷が発生する熱負荷発生時間帯に対応させて放熱ロスを減少させるように定める適正時間帯に合わせた状態で、前記熱電併給装置の運転を制御する通常運転を実行する通常運転モードに対応することになる。

そして、運転制御部７は、上記したような通常運転モードとは別の運転モードとして、後述するピークカット運転モードにも切り換え自在に構成されている。このピークカット運転モードにおいては、予測熱負荷を賄うために熱電併給装置３を運転させる運転時間帯を、商用系統９において電力需要のピークとなる時間帯に合わせた状態で、熱電併給装置３の運転を制御するピークカット運転を実行するように構成されている。又、運転制御部７は、ピークカット運転の要否を判別するためのピークカット運転要否判別情報に基づいて、前記ピークカット運転が必要でないと判別すると前記通常運転モードに切り換わり、前記ピークカット運転が必要であると判別すると前記ピークカット運転モードに切り換わるように構成されている。つまり、使用者による人為操作指令に基づいて指令されるピークカット運転要否判別情報として、ピークカット指令スイッチ５３がオン操作されると、運転制御部７がピークカット運転モードに切り換わる構成となっている。

このように該システムの使用者の意思によって運転モードを切り換えるので、電力需要に影響する種々の情報、例えば天気予報等の情報を総合的に判断して適正な運転モードに設定することができ、昼間不在で予想電力負荷が小さいことが予め分かっているときに,無駄にピークカット運転を行うことを回避でき、省エネルギ性を向上させることが可能である。

説明を加えると、例えば、気温の高い夏期の昼間の時間帯においては、電力消費量が多くなり、例えば図６（ハ）に示すように、それ以外の時間帯に比べて電気事業者による電力供給量が特に大きくなって電力消費のピークを迎えることになる。そこで、このような電力消費のピークとなる時間帯において電力需要をできるだけ減らして、電力需要を平準化させるための運転モードとして、上記ピークカット運転モードを設ける構成としているのである。

具体的には、ピークカット指令スイッチ５３がオン操作されて、運転制御部７がピークカット運転モードに切り換わると、図６（ロ）に示すように、上述したようにして、予測熱負荷量及び予測電力負荷量と省エネルギ運転条件（省エネルギ度Ｐ）とに基づいて求めた熱電併給装置３を運転するための予測運転時間帯を、電気事業者による電力供給量が特に大きくなって電力消費のピークを迎える時間帯、具体的には、昼間の午後３時（１５時）が運転時間帯の中心になるように時間を移動させた状態で、熱電併給装置３の運転を制御するのである。

このようにピークカット運転を実行することで、電力消費のピークを迎える時間帯においては、熱電併給装置３を運転することで電力が発生し、太陽光発電装置ＰＶも電力を発生しているが、予測電力負荷量がそれほど多くないので、電源部ＤＧとして発生する電力には余剰分が発生することになる。この電力余剰分のうち、太陽光発電装置ＰＶにて発電した電力の余剰分は商用系統９に逆潮流して売電することができ、熱電併給装置３にて余剰電力があれば、電気ヒータ１４にて湯を加熱することによって回収されることになる。つまり、熱が回収されて温水として貯湯タンク４にて貯えられることになる。尚、熱電併給装置３の運転時間は予測熱負荷量を考慮して設定されているので、要求される予測熱負荷に対応することができる。

又、運転制御部７は、ピークカット指令スイッチ５３がオン操作されて、ピークカット運転が必要であると判別した場合であっても、ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性及び経済性のいずれも通常運転を実行する場合に比べて低くなることが予想されるときは、通常運転モードにて通常運転を行うように構成されている。

すなわち、図６（ロ）に示すようなピークカット運転モードでの運転状態について、上記（数３）にて演算される省エネルギ度Ｐを演算にて求める。そして、そのピークカット運転モードでの省エネルギ度Ｐと、前記通常運転モードでの運転状態における省エネルギ度Ｐとを比較して、ピークカット運転モードでの省エネルギ度Ｐの方が低ければ、ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性が通常運転を実行する場合に比べて低くなると予想する。

次に、経済性の判断について説明する。この経済性の判断は、ピークカット運転モードでの運転トータルコストと、前記通常運転モードでの運転トータルコストとを比較して、経済性が低いか否かを判断するようにしている。
前記運転トータルコストについて説明すると、通常運転モードの場合には、図４（イ）に示した１日という判別対象期間における時系列的な電力負荷装置１１の予測電力負荷量と、図６（イ）の運転時間帯で熱電併給装置３を運転したときに予測される図７（イ）に示す時系列的な熱電併給装置３の予測発電電力量と、図７（ハ）に示す時系列的な太陽光発電装置ＰＶの予測発電電力量とに基づいて、時系列的な余剰電力量と不足電力量とを導出する。

時系列的な太陽光発電装置ＰＶの予測発電電力量は運転制御部７において導出される。例えば、運転制御部７は、図２に例示するように通信部４０及び情報通信回線Ｎを介して通信可能に接続されている気象情報提供サーバＳから時系列的な日照量の情報を受信し、太陽光発電装置ＰＶが設置されている緯度経度、太陽光発電装置ＰＶが備える太陽電池パネルの太陽に対する傾きなどの設置姿勢、太陽光発電装置ＰＶの定格出力などを参照して、太陽光発電装置ＰＶでの時系列的な予測発電電力量を導出する。

そして運転制御部７は下記の〔数４〕に示すように、図７（ニ）に示す余剰電力の内の太陽光発電装置ＰＶで発電される電力を売電するときの時系列的な売電価格と、商用系統９から買電するときの時系列的な買電価格とを用いてコスト計算を行い、売電料金と買電料金との合計料金を運転トータルコストとして導出する。

［数４］
運転トータルコスト＝不足電力量×買電価格？余剰電力量（太陽光発電装置）×売電価格（太陽光発電装置）

前記ピークカット運転モードでの運転トータルコストについても同様にして求めることができる。但し、この場合は、図７（イ）に示す予測発電電力量を用いるのではなく、図６（ロ）に示す運転時間帯で熱電併給装置３を運転したときに予測される図７（ロ）に示す時系列的な熱電併給装置３の予測発電電力量を用いることになる。この情報以外の他の情報は通常運転モードの場合と同じであるから説明は省略する。

前記ピークカット運転モードでの運転トータルコストと、前記通常運転モードでの運転トータルコストとを比較して、前記ピークカット運転モードでの運転トータルコストが前記通常運転モードでの運転トータルコストよりも低い場合には、ピークカット運転を実行したときの経済性が通常運転を実行する場合に比べて低くなると予測することになる。

そして、前記運転制御部７は、ピークカット指令スイッチ５３がオン操作されていても、前記ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性及び経済性のいずれも前記通常運転を実行する場合に比べて低くなることが予想されるときは、ピークカット運転を実行せずに、通常運転モードにて通常運転を行うことになる。

＜別実施形態＞
以下、別実施形態を列記する。

＜１＞
上記実施形態では、前記ピークカット運転の要否を判別するためのピークカット運転要否判別情報として、システムの使用者によって人為操作されるピークカット指令スイッチの操作情報を用いる構成としたが、このような構成に代えて、以下の（イ）〜（ハ）に記載するように、制御手段が自動で運転モードを切り換えるための構成を用いて実施してもよい。このような構成によれば、運転モードの切り換えの手間が省けて操作の煩わしさが無いという利点があり、しかも、電力需要の減少に確実に貢献できるものとなる。

（イ）外気温度を検出する外気温度測定手段としての温度センサを備えて、前記制御手段が、温度センサにて検出される外気温度が夏期と夏期以外の時期とを識別するために予め設定された設定温度と比較して、夏期と判断したときに前記ピークカット運転モードに切り換え、夏期以外の時期と判断したときに前記通常運転モードに切り換えるように構成する。

（ロ）前記制御手段が、カレンダー機能を有しており、例えば、７月１日〜９月３０日までの期間においては夏期と判断して前記ピークカット運転モードに切り換え、上記期間以外であれば夏期以外の時期と判断して前記通常運転モードに切り換えるように構成する。

（ハ）例えば、上記実施形態において図２に例示したような通信部４０及び情報通信回線Ｎを介して制御手段に通信可能に接続されている気象情報提供サーバＳ、あるいは、別の箇所に設置されるシステム管理センター等から１日の最高温度に関する情報を収集して、制御手段が、その最高温度が設定温度（例えば、３０℃）以上であれば夏期と判断して前記ピークカット運転モードに切り換え、最高温度が設定温度（例えば、３０℃）未満であれば夏期以外の時期と判断して前記通常運転モードに切り換えるように構成する。

＜２＞
上記実施形態では、電源部が太陽光発電装置を備えて、前記ピークカット運転を実行する等において、太陽光発電装置で発電された電力を商用系統へ逆潮流（売電）可能であり、熱電併給装置で発生された電力は電気ヒータで熱に変換して回収する構成としたが、このような構成に限らず、太陽光発電装置で発電された電力を商用系統へ逆潮流（売電）可能に構成するとともに、熱電併給装置で発生された電力も併せて商用系統へ逆潮流（売電）可能に構成するものでもよい。
又、電源部として、太陽光発電装置を備えずに熱電併給装置だけを備える構成とし、前記ピークカット運転を実行する等において、熱電併給装置において発生した電力のうち余剰電力を商用系統へ売電する構成としてもよい。

＜３＞
上記実施形態では、熱電併給装置としてガスエンジンと発電装置とを備えたものを例示したが、熱と電気とを併せて発生させることのできる装置であれば燃料電池などの他の装置を用いて構築することもできる。

エネルギ供給システムの全体構成を示すブロック図 エネルギ供給システムの制御構成を示すブロック図 データ更新処理を説明する図 予測される負荷量についての時系列的なデータを示す図 省エネルギ度基準演算処理を説明する図 運転時間帯を示す時系列的なデータを示す図 予測される発電量についての時系列的なデータを示す図 リモコン及びその表示部の表示例を示す図

符号の説明

３ 熱電併給装置
４ 貯湯タンク
７ 制御手段
９ 商用電力系統
ＤＧ 電源部
ＰＶ 太陽光発電装置

Claims (5)

1. 電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置を備え且つ商用電力系統に連系される電源部と、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯える貯湯タンクと、予測熱負荷に基づいて前記熱電併給装置の運転を制御する制御手段とを備えたコージェネレーションシステムであって、
   前記制御手段が、
   前記予測熱負荷を賄うために前記熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、前記商用電力系統において電力需要のピークとなる時間帯に合わせた状態で、前記熱電併給装置の運転を制御するピークカット運転を実行す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。
2. 前記制御手段が、
   前記ピークカット運転を実行するピークカット運転モードと、
   前記予測熱負荷を賄うために熱電併給装置を運転させる運転時間帯を、前記予測熱負荷が発生する熱負荷発生時間帯に対応させて放熱ロスを減少させるように定める適正時間帯に合わせた状態で、前記熱電併給装置の運転を制御する通常運転を実行する通常運転モードとに切り換え自在に構成されている請求項１記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記制御手段が、
   前記ピークカット運転の要否を判別するためのピークカット運転要否判別情報に基づいて、前記ピークカット運転が必要でないと判別すると前記通常運転モードに切り換わり、前記ピークカット運転が必要であると判別すると前記ピークカット運転モードに切り換わるように構成されている請求項２記載のコージェネレーションシステム。
4. 前記制御手段が、
   前記ピークカット運転が必要であると判別した場合であっても、前記ピークカット運転を実行したときの省エネルギー性及び経済性のいずれも前記通常運転を実行する場合に比べて低くなることが予想されるときは、前記通常運転モードにて前記通常運転を行うように構成されている請求項３記載のコージェネレーションシステム。
5. 前記電源部が、
   前記太陽光発電装置を備えて構成され、且つ、前記熱電併給装置と前記太陽光発電装置のうちの少なくとも前記太陽光発電装置が、その余剰電力を前記商用電力系統に逆潮流することが可能に構成されている請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。

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