(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の発電出力を消費して熱を発生する電力消費型熱供給装置と、
燃料を消費して熱を発生する補助熱源装置と、
前記各装置の運転を制御する制御装置とを備えるコージェネレーションシステムであって、
前記制御装置は、電力需要が前記熱電併給装置の定格発電出力より大きく、且つ、前記定格発電出力を前記熱電併給装置で発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱が熱需要より小さいとき、
前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記電力消費型熱供給装置で発生する熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置の発電出力、及び、外部から調達する電力で前記電力需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要し及び前記外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、
前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記補助熱源装置で発生する熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置の発電出力、及び、外部から調達する電力で前記電力需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要し及び前記補助熱源装置を運転させるのに要し及び前記外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、を比較し、
消費一次エネルギー量又はその相当量が小さくなる方の運転状態を実行させるコージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記第１運転状態は、前記定格発電出力を発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力の一部の電力を前記電力消費型熱供給装置が消費して発生する、前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分の熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力から前記電力消費型熱供給装置で消費される電力を除いた後の残余電力が前記電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄う運転状態であり、
前記第２運転状態は、前記定格発電出力を発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱及び前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分に相当する不足熱を前記燃料を消費して前記補助熱源装置で発生させることで前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力が前記電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄う運転状態である請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
太陽光発電装置を備え、
前記電力需要は、前記太陽光発電装置の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値である請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
熱を蓄える蓄熱装置を備え、
前記熱需要は、前記蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値である請求項１〜３の何れか一項に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置を運転させて、消費者に電力と熱とを供給するコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置を運転することで、消費者に電力と熱とを供給できるコージェネレーションシステムがある（例えば、特許文献１を参照）。更に、特許文献１に記載のコージェネレーションシステムには、熱電併給装置の発電出力の一部を消費して熱を出力する電力消費型熱供給装置（具体的には電熱ヒータ装置）が設けられている。また更に、特許文献１に記載のコージェネレーションシステムでは、外部の商用電力系統から調達する電力で電力需要の一部又は全部を賄うことも可能である。そのため、電力需要が熱電併給装置の定格発電出力より大きく、且つ、定格発電出力を熱電併給装置で発生させるときに熱電併給装置で発生する熱が熱需要より小さいとき、熱需要を賄うために熱電併給装置の発電出力の大部分を電力消費型熱供給装置で消費して熱に変換し、その結果として不足した電力は外部の商用電力系統から調達するような運用も可能である。つまり、この運転形態では不足電力が発生しても構わないため、例えば、電力消費型熱供給装置を熱負荷を賄うための発熱源として積極的に用いることが可能となる。
【０００３】
また、熱需要を熱電併給装置の熱出力で賄うことができない場合に備えて、燃料を消費して熱を発生するボイラーなどの補助熱源装置をコージェネレーションシステムに追加で設けておくこともできる。その場合、熱電併給装置から余剰電力が発生した場合にのみ利用できる上記電力消費型熱供給装置を用いるのではなく、熱電併給装置の運転状態とは無関係に利用できる補助熱源装置が、熱負荷を賄うための発熱源として積極的に用いられることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６０９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のコージェネレーションシステムでは、補助熱源装置は、熱需要のうち熱電併給装置の熱出力で賄うことができない熱不足分を賄う目的で補助的に運転されていた。従って、補助的に用いられる補助熱源装置に対して要求される熱出力の大きさは様々であり、高効率の状態で運転されることもあれば、低効率の状態で運転されることもある。また、主体的に用いられる熱電併給装置についても、要求される発電出力の大きさに応じて効率は変化する。
【０００６】
更に、熱電併給装置から定格発電出力を発生させており発電余力が無かったとしても、不足電力が大きくなることを承知で、熱電併給装置の発電出力の一部を電力消費型熱供給装置で利用して熱を発生させることもできる。しかし、その場合は、不足電力分を賄うために外部から調達（購入）する電力が増大するため、その調達電力の増大が適切か否かを何らかの指標を用いて評価する必要が生じる。
【０００７】
以上のように、電力需要が熱電併給装置の定格発電出力より大きく、且つ、定格発電出力を熱電併給装置で発生させるときに熱電併給装置で発生する熱が熱需要より小さいとき、熱電併給装置の発電出力及び熱出力と、電力消費型熱供給装置の熱出力と、補助熱源装置の熱出力と、外部から調達する電力とをどのように組み合わせて全体として電力需要及び熱需要を賄うことが効率的であるのかが不明であった。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率的に電力需要及び熱需要を賄うことができるコージェネレーションシステムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの特徴構成は、
運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の発電出力を消費して熱を発生する電力消費型熱供給装置と、
燃料を消費して熱を発生する補助熱源装置と、
前記各装置の運転を制御する制御装置とを備えるコージェネレーションシステムであって、
前記制御装置は、電力需要が前記熱電併給装置の定格発電出力より大きく、且つ、前記定格発電出力を前記熱電併給装置で発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱が熱需要より小さいとき、
前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記電力消費型熱供給装置で発生する熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置の発電出力、及び、外部から調達する電力で前記電力需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要し及び前記外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、
前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記補助熱源装置で発生する熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置の発電出力、及び、外部から調達する電力で前記電力需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、前記熱電併給装置を運転させるのに要し及び前記補助熱源装置を運転させるのに要し及び前記外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、を比較し、
消費一次エネルギー量又はその相当量が小さくなる方の運転状態を実行させる点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、第１運転状態を実行するにあたって熱電併給装置を運転させるのに要し及び外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量と、第２運転状態を実行するにあたって熱電併給装置を運転させるのに要し及び補助熱源装置を運転させるのに要し及び外部から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量とが比較される。つまり、熱電併給装置の運転及び外部からの電力調達の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置及び補助熱源装置及び外部からの電力調達の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。
従って、効率的に電力需要及び熱需要を賄うことができるコージェネレーションシステムを提供できる。
【００１１】
本発明に係るコージェネレーションシステムの別の特徴構成は、前記第１運転状態は、前記定格発電出力を発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱、及び、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力の一部の電力を前記電力消費型熱供給装置が消費して発生する、前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分の熱で前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力から前記電力消費型熱供給装置で消費される電力を除いた後の残余電力が前記電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄う運転状態であり、前記第２運転状態は、前記定格発電出力を発生させるときに前記熱電併給装置で発生する熱及び前記熱電併給装置で発生する熱が前記熱需要に満たない分に相当する不足熱を前記燃料を消費して前記補助熱源装置で発生させることで前記熱需要を賄い、並びに、前記熱電併給装置で発生する前記定格発電出力が前記電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄う運転状態である点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、第１運転状態を実行するにあたって、定格発電出力を発生させるときに熱電併給装置で発生する熱、及び、熱電併給装置で発生する上記定格発電出力の一部の電力を電力消費型熱供給装置が消費して発生する、熱電併給装置で発生する熱が熱需要に満たない分の熱で熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置で発生する定格発電出力から電力消費型熱供給装置で消費される電力を除いた後の残余電力が電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄うのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量が導出される。
また、第２運転状態を実行するにあたって、定格発電出力を発生させるときに熱電併給装置で発生する熱及び熱電併給装置で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱を燃料を消費して補助熱源装置で発生させることで熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置で発生する定格発電出力が電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部から調達する電力で賄うのに要する消費一次エネルギー量又はその相当量が導出される。
そして、両者の消費一次エネルギー量又はその相当量が比較される。つまり、熱電併給装置及び電力消費型熱供給装置及び外部からの電力調達の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置及び補助熱源装置及び外部からの電力調達の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。
【００１３】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更に別の特徴構成は、太陽光発電装置を備え、前記電力需要は、前記太陽光発電装置の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値である点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、コージェネレーションシステムにとっての電力需要から、太陽光発電装置の発電電力で賄うことのできる分の電力を除くことで、熱電併給装置が供給するべき電力需要を小さくできる。また、消費一次エネルギー量などが発生しない太陽光発電装置をコージェネレーションシステムに組み込んだことで、コージェネレーションシステム全体としての消費一次エネルギー量又はその相当量を低減できる。
【００１５】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更に別の特徴構成は、熱を蓄える蓄熱装置を備え、前記熱需要は、前記蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値である点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、コージェネレーションシステムにとっての熱需要から、蓄熱装置に蓄えられている熱で賄うことのできる分の熱を除くことで、熱電併給装置又は電力消費型熱供給装置又は補助熱源装置が供給するべき熱需要を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】コージェネレーションシステムの構成を示す図である。
【図２】熱電併給装置の発電出力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。
【図３】熱電併給装置の発電出力と、排熱出力との関係を示すグラフである。
【図４】熱電併給装置を定格運転した場合における電力負荷装置による利用電力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。
【図５】熱電併給装置を定格運転した場合における電力負荷装置による利用電力と、排熱出力との関係を示すグラフである。
【図６】補助熱源装置の出力と、排熱回収効率との関係を示すグラフである。
【図７】第１運転状態及び第２運転状態において、電力負荷装置による消費電力量をどの装置から供給しているかを各別に示すグラフである。
【図８】第１運転状態及び第２運転状態において、熱負荷装置による熱消費量をどの装置から供給しているかを各別に示すグラフである。
【図９】第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量を各別に示すグラフである。
【図１０】第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量を各別に示すグラフである。
【図１１】別実施形態のコージェネレーションシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態のコージェネレーションについて説明する。
図１は、第１実施形態のコージェネレーションシステムＳ１（Ｓ）の構成を説明する図である。
コージェネレーションシステムＳ１は、熱電併給装置１と、電力消費型熱供給装置としての電熱ヒータ装置４と、補助熱源装置７と、制御装置８とを備える。また、コージェネレーションシステムＳ１には、電力負荷装置６及び熱負荷装置５が接続されている。電力負荷装置６には、熱電併給装置１の発電出力及び商用電力系統３から供給される電力の少なくとも何れか一方の電力が供給される。熱負荷装置５へは、熱電併給装置１又は電熱ヒータ装置４又は補助熱源装置７で発生された熱が高温の湯水や他の熱媒の形態で供給される。
【００１９】
熱電併給装置１は、運転状態に応じて決まる電力及び熱を併せて出力する装置である。本実施形態において、熱電併給装置１は、ガス、ガソリン、軽油などの燃料を消費して運転されるエンジン（内燃機関）１ａと、そのエンジン１ａによって駆動される発電機１ｂとを備える。エンジン１ａは、燃料を消費する際に熱を発生するため、熱源として作用する。また、発電機１ｂは電源として作用する。以上のように、熱電併給装置１は、エンジン１ａ及び発電機１ｂの運転状態に応じた量の電力及び熱を発生する。本実施形態において、エンジン１ａ及び発電機１ｂの運転状態、即ち、熱電併給装置１の運転状態は、制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、熱電併給装置１から出力するべき電力又は熱を決定して、その電力又は熱を出力するようにエンジン１ａ及び発電機１ｂの動作（エンジン１ａへの燃料供給量の調節を含む）を制御する。尚、以下の説明では、エンジン（熱電併給装置１）１ａの燃料としてガスを用いた場合を例示する。
【００２０】
本実施形態では、熱電併給装置１の発電機１ｂから出力される発電出力は、インバータ装置２によって所望の電力に変換された後で電力負荷装置６に供給される。本実施形態では、インバータ装置２は、例えば、交流／直流変換回路部と直流／交流変換回路部とを有する。そして、発電機１ｂから出力された交流電力を交流／直流変換回路部で直流電力に変換し、その後、直流／交流変換回路部でその直流電力を所望の交流電力に変換することで、電力負荷装置６へは交流電力が供給される。
【００２１】
電熱ヒータ装置４は、熱電併給装置１の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置の一例である。本実施形態では、電熱ヒータ装置４に対して直流電力を供給する場合を想定している。例えば、上述したインバータ装置２の交流／直流変換回路部と直流／交流変換回路部との間の直流部から取り出した直流電力を電熱ヒータ装置４に供給する。電熱ヒータ装置４では、電力の消費に伴ってジュール熱を発生して、その熱が熱負荷装置５に供給される。このように、インバータ装置２の直流部から直流電力を電熱ヒータ装置４に供給するので、その後の直流／交流変換時の変換損失がなくなり効率が向上するという点で有利である。
本実施形態において、電熱ヒータ装置４における消費電力、即ち、発熱量は、制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、電熱ヒータ装置４から出力するべき熱の大きさを決定して、その熱を出力するように電熱ヒータ装置４の消費電力を制御する。
【００２２】
補助熱源装置７は、例えば、ガス、ガソリン、軽油などの燃料を消費して熱を発生する装置である。本実施形態において、補助熱源装置７の発熱量は制御装置８によって制御される。例えば、制御装置８は、補助熱源装置７から出力するべき熱の大きさを決定して、その熱を出力するように補助熱源装置７の動作（補助熱源装置７への燃料供給量の調節を含む）を制御する。尚、以下の説明では、補助熱源装置７の燃料としてガスを用いた場合を例示する。
【００２３】
図２は、熱電併給装置１の発電出力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。図３は、熱電併給装置１の発電出力と、排熱出力との関係を示すグラフである。発電効率は、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる電気エネルギーの百分率である。また、排熱回収効率は、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる熱エネルギーの百分率である。尚、図２では、発電効率を下段に描き、排熱回収効率をその発電効率の上段に重ねる形態で描いている。従って、実線で描いている効率は、発電効率と排熱回収効率とを足した値（総合効率と言える）となる。本実施形態では、熱電併給装置１の定格発電出力を１０００Ｗとする。そして、熱電併給装置１の発電出力が定格発電出力（１０００Ｗ）であるときに、熱電併給装置１の発電効率及び排熱回収効率が最も高くなる。これに対して、熱電併給装置１の発電出力が低下するにつれて、発電効率及び排熱回収効率は共に低下する。
【００２４】
図４は、熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力と、発電効率及び排熱回収効率との関係を示すグラフである。図５は、熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力と、排熱出力（熱電併給装置１の排熱出力及び電熱ヒータ装置４の排熱出力の合計）との関係を示すグラフである。図４及び図５の横軸に示すのは熱電併給装置１を定格運転した場合（発電出力が１０００Ｗの場合）における電力負荷装置６による利用電力であり、［電力負荷装置６による利用電力］＋［電熱ヒータ装置４による利用電力］＝１０００Ｗという関係が成立する。例えば、電力負荷装置６による利用電力が６００Ｗという場合は、発電出力（１０００Ｗ）のうちの６００Ｗを電力負荷装置６が消費し、残りの４００Ｗの余剰電力を電熱ヒータ装置４が消費する場合を意味する。同様に、図５の縦軸に示す熱出力は、例えば、横軸に示す電力負荷装置６による利用電力が６００Ｗという場合、熱電併給装置１を１０００Ｗの発電出力で運転するときの熱電併給装置１の熱出力と、電熱ヒータ装置４で４００Ｗの電力を熱に変換したときの熱出力との合計である。
【００２５】
図４において破線で示して「発電効率（ヒータ除く）」と表記している曲線は、電力負荷装置６で消費される電力分についての発電効率である。
図４において一点鎖線で示して「発電効率（ヒータ含む）」と表記している曲線は、電力負荷装置６で利用される電力分についての発電効率と、電熱ヒータ装置４で利用される電力分についての発電効率との合計である。図４に示す一点鎖線の曲線（「発電効率（ヒータ含む）」）から明らかなように、電力消費装置６で利用される電力分が減少するにつれて、即ち、電熱ヒータ装置４で利用される電力分が増加するにつれて、発電効率が高くなっている。これは、電熱ヒータ装置４で利用される電力を発電する際の効率の方が、電力負荷装置６で利用される電力を発電する際の効率よりも高くなるからである。具体的には、電熱ヒータ装置４で消費される直流電力は、インバータ装置２の直流部から供給される電力（即ち、発電機１ｂの交流発電出力に対して交流／直流変換のみを施した後の電力）であるので、電力変換装置６に供給される交流電力（即ち、発電機１ｂの交流発電出力に対して交流／直流変換と直流／交流変換とを施した後の電力）に比べて変換損失が少なくなり、その結果、発電効率は高くなる。
【００２６】
図４において実線で示して「排熱回収効率（ヒータ含む）」と表記している曲線は、発電効率と排熱回収効率とを足した値（総合効率と言える）となる。具体的には、熱電併給装置１を運転するために要するエネルギーに対する、熱電併給装置１から得られる熱エネルギー（熱電併給装置１から排出される熱エネルギーと電熱ヒータ装置４から排出される熱エネルギーとの合計）の百分率である。このように、「排熱回収効率（ヒータ含む）」と表記している通り、電熱ヒータ装置４から排出される熱エネルギーも考慮されている。
【００２７】
図６は、補助熱源装置７の出力と、排熱回収効率との関係を示すグラフである。図６に示す排熱回収効率は、補助熱源装置７を運転するために要するエネルギーに対する、補助熱源装置７から得られる熱エネルギーの百分率である。図示するように、補助熱源装置７の出力が小さくなるにつれて、排熱回収効率も小さくなる。
【００２８】
次に、電力負荷装置６の電力需要が１４００Ｗｈであり、且つ、熱負荷装置５の熱需要が２５００Ｗｈである場合（即ち、電力負荷装置６の電力需要が熱電併給装置１の定格発電出力より大きく、且つ、定格発電出力を熱電併給装置で発生させるときに熱電併給装置で発生する熱（約２１００Ｗｈ）が熱需要（２５００Ｗｈ）より小さい場合）を例にして、制御装置８が、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４及び補助熱源装置７及び外部の商用電力系統３からの電力調達の運用形態をどのように決定するのかを説明する。
【００２９】
本実施形態において、制御装置８は、熱電併給装置１で発生する熱、及び、電熱ヒータ装置４で発生する熱で熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置１の発電出力、及び、外部から調達する電力で電力需要を賄う第１運転状態を実行した場合の、熱電併給装置１を運転させるのに要し及び外部の商用電力系統３から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量を導出する。加えて、制御装置８は、熱電併給装置１で発生する熱、及び、補助熱源装置７で発生する熱で熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置１の発電出力、及び、外部の商用電力系統３から調達する電力で電力需要を賄う第２運転状態を実行した場合の、熱電併給装置１を運転させるのに要し及び補助熱源装置７を運転させるのに要し及び外部の商用電力系統３から調達する電力を発生させるのに要する消費一次エネルギー量を導出する。そして、制御装置８は、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量とを比較し、消費一次エネルギー量が小さくなる方の運転状態を実行させるという運用形態を取る。
【００３０】
図７は、第１運転状態及び第２運転状態において、電力負荷装置６による電力負荷（消費電力量）をどの装置から供給するかを各別に示すグラフである。尚、図７において分数で記載している数値のうち、分母に記載する数値は熱電併給装置１の発電出力を示し、分子に記載する数値は電力負荷装置による消費電力量を示す。図８は、第１運転状態及び第２運転状態において、熱負荷装置５による熱負荷（熱消費量）をどの装置から供給するかを各別に示すグラフである。
【００３１】
〔第１運転状態〕
第１運転状態は、定格発電出力を発生させるときに熱電併給装置１で発生する熱、及び、熱電併給装置１で発生する定格発電出力の一部の電力を電熱ヒータ装置４が消費して発生する、熱電併給装置１で発生する熱が熱需要に満たない分の熱で熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する定格発電出力から電熱ヒータ装置４で消費される電力を除いた後の残余電力が電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部の商用電力系統３から調達する電力で賄う運転状態である。図７及び図８に示した例では、第１運転状態において、熱電併給装置１には１０００Ｗｈの発電出力（定格発電出力）が要求される。そして、発電された１０００Ｗｈのうちの５００Ｗｈが電力負荷を賄うために利用される（図７では、［５００Ｗｈ／１０００Ｗｈ］と記載する）。熱電併給装置１の発電出力のうちの電力需要を上回る余剰電力（５００Ｗｈ）は、図８に示すように電熱ヒータ装置４で消費されて熱に変換される。
熱電併給装置１の発電出力が１０００Ｗｈであるときに併せて発生される熱は、図３及び図８に示すように２０００Ｗｈとなる。加えて、上述したように余剰電力（５００Ｗｈ）を消費した電熱ヒータ装置４で発生される熱が５００Ｗｈとなる。その結果、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４で合計２５００Ｗｈの熱が発生される。
【００３２】
〔第２運転状態〕
第２運転状態は、定格発電出力を発生させるときに熱電併給装置１で発生する熱及び熱電併給装置１で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱を燃料を消費して補助熱源装置７で発生させることで熱需要を賄い、並びに、熱電併給装置１で発生する定格発電出力が電力需要に満たない分に相当する不足電力を外部の商用電力系統３から調達する電力で賄う運転状態である。図７及び図８に示した例では、第２運転状態において、熱電併給装置１には１０００Ｗｈの発電出力（定格発電出力）が要求される。そして、発電された１０００Ｗｈがそのまま電力需要を賄うために利用される（図７では、［１０００Ｗｈ／１０００Ｗｈ］と記載する）。更に、熱電併給装置１の発電出力では不足する分の電力である４００Ｗｈが外部の商用電力系統３から購入される。
熱電併給装置１の発電出力が１０００Ｗｈであるときに併せて発生される熱は、図３及び図８に示すように２１００Ｗｈとなる。従って、熱電併給装置１で発生する熱が熱需要に満たない分に相当する不足熱は４００Ｗｈとなる。そこで、補助熱源装置７でその不足熱（４００Ｗｈ）を賄う運転を行うこととする。その結果、熱電併給装置１及び補助熱源装置７で合計２５００Ｗｈの熱が発生される。
【００３３】
尚、本実施形態において、熱電併給装置１から電熱ヒータ装置４に電力を供給する際に生じる電力変換損失（インバータ装置２の内部での交流／直流変換による損失）は、熱電併給装置１から電力負荷装置６に電力を供給する際に生じる電力変換損失（インバータ装置２の内部での交流／直流変換による損失及び直流／交流変換による損失）よりも小さくなる。つまり、熱電併給装置１で電熱ヒータ装置４に供給する電力を発生させるときの効率は、熱電併給装置で電力負荷装置６に供給する電力を発生させるときの効率よりも高くなる。その結果、熱電併給装置１で同じ発電出力を発生させるとしても、電熱ヒータ装置４に供給する分の電力が多くなるほど、同じ発電出力を発生させるときの効率が高くなり、それと共に燃料量が減少して、発生熱量も減少する。
従って、第１運転状態の場合と第２運転状態の場合とでは電熱ヒータ装置４に供給する分の電力が異なっているため、同じ発電出力（１０００Ｗｈ）を発生させるときの発熱量が２０００Ｗｈ（第１運転状態）と２１００Ｗｈ（第２運転状態）というように異なっている。
【００３４】
図９は、第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量を各別に示すグラフである。
第１運転状態では、熱電併給装置１の発電出力は１０００Ｗｈであり、その内の５００Ｗｈが電力負荷装置６で利用され及び５００Ｗｈが電熱ヒータ装置４で利用されるので、図４に一点鎖線で示す発電効率（ヒータ含む）の曲線のようにそのときの効率は２８％となる。従って、１０００Ｗの電力を出力する運転を行うために、熱電併給装置１は３．５７ｋＷｈ（＝１０００／０．２８）のエネルギーを有する燃料（本実施形態では「ガス」）を消費する。ガスの一次エネルギー原単位は３．６ＭＪ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、熱電併給装置１の運転に要する１時間当たりの消費一次エネルギー量は１２．８５ＭＪとなる。
加えて、外部の商用電力系統３から９００Ｗｈの電力を購入する。この購入電力の一次エネルギー原単位は９．７６ＭＪ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、外部から電力を調達するのに要する１時間当たりの消費一次エネルギー量は８．７８ＭＪとなる。
従って、以上を合計すると、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は２１．６３ＭＪとなる。
【００３５】
第２運転状態では、熱電併給装置１の発電出力は１０００Ｗｈであり、その全てが電力負荷装置６に利用されるので、図２に破線で示すようにそのときの効率は２７％となる。従って、１０００Ｗｈの電力を出力する運転を行うために、熱電併給装置１は３．７０ｋＷｈ（＝１０００／０．２７）のエネルギーを有するガスを消費する。ガスの一次エネルギー原単位は３．６ＭＪ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、熱電併給装置１の運転に要する１時間当たりの消費一次エネルギー量は１３．３２ＭＪとなる。
加えて、補助熱源装置７の熱出力は４００Ｗｈであるので、図６に示すようにそのときの効率は１０％となる。従って、４００Ｗｈの熱を出力する運転を行うために、補助熱源装置７は４．００ｋＷｈ（＝４００／０．１）のエネルギーを有するガスを消費する。その結果、第１運転状態を実行した場合において、補助熱源装置７の運転に要する１時間当たりの消費一次エネルギー量は１４．４０ＭＪとなる。
更に、外部の商用電力系統３から４００Ｗｈの電力を購入する。この購入電力の一次エネルギー原単位は９．７６ＭＪ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、外部から電力を調達するのに要する１時間当たりの消費一次エネルギー量は３．９０ＭＪとなる。
従って、以上を合計すると、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は３１．６２ＭＪとなる。
【００３６】
以上のように、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は２１．６３ＭＪとなり、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりの消費一次エネルギー量は３１．６２ＭＪとなる。両者を比較すると、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量の方が小さい。従って、本実施形態において制御装置８は、第１運転状態を実行させることを決定する。
このように、本実施形態のコージェネレーションシステムＳ１では、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４の組み合わせを用いて第１運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合と、熱電併給装置１及び補助熱源装置７の組み合わせを用いて第２運転状態を実行して電力需要及び熱需要を賄う場合とを、効率的に使い分けることが可能となる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態のコージェネレーションシステムＳは、第１運転状態及び第２運転状態を比較するための指標が上記第１実施形態と異なっている。以下に第２実施形態のコージェネレーションシステムＳについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３８】
上記第１実施形態では、制御装置８が、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量とを比較する例を説明したが、消費一次エネルギーに相当する他の指標を用いて第１運転状態と第２運転状態とを比較してもよい。例えば、制御装置８が、電力及び熱の発生に伴って排出されるＣＯ2の量（所謂、環境負荷量）を、消費一次エネルギーの相当量として指標に用いてもよい。
【００３９】
図１０は、第１運転状態及び第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量を各別に示すグラフである。
上記第１実施形態で説明したように、第１運転状態では、熱電併給装置１は３．５７ｋＷｈのガスを消費する。ガスのＣＯ2原単位は０．１８ｋｇ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、熱電併給装置１の運転により発生する１時間当たりのＣＯ2排出量は０．６４ｋｇとなる。
また、第１運転状態では、外部の商用電力系統３から９００Ｗｈの電力を購入する。この購入電力のＣＯ2原単位は０．６９ｋｇ／ｋＷｈである。その結果、第１運転状態を実行した場合において、外部から電力を調達するために発生する１時間当たりのＣＯ2排出量は０．６２ｋｇとなる。
従って、以上を合計すると、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量は１．２６ｋｇとなる。
【００４０】
上記第１実施形態で説明したように、第２運転状態では、熱電併給装置１は３．７０ｋＷｈのエネルギーを有するガスを消費する。加えて、補助熱源装置７は４．００ｋＷｈのエネルギーを有するガスを消費する。その結果、第２運転状態では、熱電併給装置１及び補助熱源装置７は合計７．７０ｋＷｈエネルギーを有するガスを消費する。ガスのＣＯ2原単位は０．１８ｋｇ／ｋＷｈである。その結果、第２運転状態を実行した場合において、熱電併給装置１及び補助熱源装置７の運転により発生する１時間当たりのＣＯ2排出量は１．３９ｋｇとなる。
また、第２運転状態では、外部の商用電力系統３から４００Ｗｈの電力を購入する。この購入電力のＣＯ2原単位は０．６９ｋｇ／ｋＷｈである。その結果、第２運転状態を実行した場合において、外部から電力を調達するために発生する１時間当たりのＣＯ2排出量は０．２８ｋｇとなる。
従って、以上を合計すると、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量は１．６７ｋｇとなる。
【００４１】
以上のように、第１運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量は１．２６ｋｇとなり、第２運転状態を実行した場合の１時間当たりのＣＯ2排出量は１．６７ｋｇとなる。両者を比較すると、第１運転状態を実行した場合のＣＯ2排出量の方が小さい。従って、本実施形態においても、制御装置８は、第１運転状態を実行させることを決定する。
【００４２】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、コージェネレーションシステムＳに他の電力源及び熱源を追加で設けてもよい。また、コージェネレーションシステムＳに電力を貯蔵できる装置及び熱を貯蔵できる装置を設けてもよい。その一例として、図１１には、電力源として太陽光発電装置９を更に備え、熱を貯蔵できる装置として蓄熱装置１０を更に備えたコージェネレーションシステムＳ２（Ｓ）を示す。
【００４３】
コージェネレーションシステムＳ２は太陽光発電装置９を備えているため、コージェネレーションシステムＳ２にとっての電力需要から、太陽光発電装置９の発電電力で賄うことのできる分の電力を除くことができる。即ち、図７に例示した電力負荷装置６による消費電力量（即ち、電力需要）を、太陽光発電装置９の発電電力で賄うことができる分の電力需要を除いた後の値とすることができる。従って、熱電併給装置１が供給するべき電力需要を小さくできる。また、消費一次エネルギー量又はＣＯ2排出量（環境負荷量）が発生しない太陽光発電装置９をコージェネレーションシステムＳ２に組み込んだことで、コージェネレーションシステムＳ２全体としての消費一次エネルギー量又はＣＯ2排出量を低減できる。
【００４４】
また、コージェネレーションシステムＳ２は蓄熱装置１０を備えているため、コージェネレーションシステムＳ２にとっての熱需要から、蓄熱装置１０に蓄えられている熱で賄うことのできる分の熱を除くことができる。即ち、図８に例示した熱負荷装置５による消費熱量（熱需要）を、蓄熱装置１０に蓄えられている熱で賄うことができる分の熱需要を除いた後の値とすることができる。従って、熱電併給装置１又は電熱ヒータ装置４又は補助熱源装置７が供給するべき熱需要を小さくできる。尚、蓄熱装置１０に蓄えられる熱として、熱電併給装置１及び電熱ヒータ装置４で発生された余剰熱を利用できる。
【００４５】
＜２＞
上記実施形態において、第１運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量と、第２運転状態を実行した場合の消費一次エネルギー量又はその相当量とを比較する例を説明するために、電力需要及び熱需要の数値や熱電併給装置１及び補助熱源装置７の効率などの数値を例示したが、それらの値は例示目的で記載したのであり、適宜変更してもよい。
【００４６】
＜３＞
上記第２実施形態において、消費一次エネルギー量の相当量としてＣＯ2排出量を例示したが、更に別の指標を用いてもよい。例えば、光熱費という指標を用いてもよい。例えば、第１運転状態を実行した場合の光熱費と、第２運転状態を実行した場合の光熱費とを比較し、その光熱費が小さくなる方の運転状態を実行するようにしてもよい。
【００４７】
＜４＞
上記実施形態において、電熱ヒータ装置４を、熱電併給装置１の発電出力を消費して熱を発生できる電力消費型熱供給装置として用いる例を説明したが、他の装置を電力消費型熱供給装置として用いてもよい。例えば、電動式のヒートポンプ装置を上記電力消費型熱供給装置として用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、コージェネレーションシステムを用いて効率的に電力需要及び熱需要を賄うために利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  熱電併給装置
３  商用電力系統
４  電熱ヒータ装置（電力消費型熱供給装置）
５  熱負荷装置
６  電力負荷装置
７  補助熱源装置
８  制御装置
９  太陽光発電装置
１０  蓄熱装置
Ｓ  コージェネレーションシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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