(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と燃料をエネルギとして使用して所定の施設に対して電力及び蒸気を供給するコージェネレーションシステム（１）に対して、電力需要及び蒸気需要に応じて、発電電力の制御指示値とプロセス蒸気量の制御指示値とを出力する制御装置（３）であって、
前記コージェネレーションシステムによる発電電力量、プロセス蒸気量及び燃料使用量と、外気温度と、前記施設における需要電力値及び需要蒸気値と、を過去の実測値として記憶する記憶部（３０）と、
前記施設における需要電力予測値を用いて、所定の時間範囲における電力系統（２）からの受電電力のピーク値を予測するピーク電力予測演算部（３４）と、
実測値である前記外気温度、前記発電電力、前記プロセス蒸気量及び前記燃料使用量と、予測値である前記需要電力予測値、需要蒸気予測値及び買電電力量と、時間的に変化する各種電力料金及び燃料単価と、金額で示されるコストメリットと、二酸化炭素の排出量換算値で示されるＣＯ２メリットと、で少なくとも構成される１組のデータを多数個有する運用データテーブル（３５）と、
前記記憶部に記憶されている前記過去の実測値を用いて前記運用データテーブルのデータを更新するとともに、前記運用データテーブルのデータのうち、多数個の前記過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって前記発電電力及び前記プロセス蒸気量を再計算し、前記運用データテーブルの前記発電電力及び前記プロセス蒸気量を前記再計算した値に更新するテーブル修正部（３６）と、
を備え、
前記需要電力値が前記電力系統との契約電力を超えない場合に、前記コストメリット及び前記ＣＯ２メリットのうち選択されたメリットが最大となる１組のデータを、前記テーブル修正部によって更新された前記運用データテーブルの多数個のデータの中から抽出し、当該抽出した前記１組のデータに含まれる前記発電電力及び前記プロセス蒸気量を、前記コージェネレーションシステムの各種機器の運転を制御するための制御指示値として決定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記テーブル修正部は、所定期間の間隔、または季節の変わり目毎に、前記運用データテーブルのデータを前記更新し、前記運用データテーブルの前記発電電力及び前記プロセス蒸気量を前記再計算した値に更新することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記運用データテーブルの前記各種電力料金及び前記燃料単価について、料金変動が生じるたびに更新することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記需要電力値が前記電力系統との前記契約電力を超える場合に、前記電力系統からの買電電力が前記契約電力を超えないように決定した前記発電電力を、前記コージェネレーションシステムに対する制御指示値として出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、コージェネレーションシステムにおいて電力需要と蒸気需要とを満足するように制御指示値を決定して各装置の作動を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示のコージェネプラントは、電力需要と蒸気需要の予測に加え、大気温度と湿度を計測または予測し、可視水蒸気防止という制約条件のもとで、最適運転計画を行う。さらにコジュネプラントの最適運用計画部は、消費燃料、送出蒸気量、発電量の関係をモデル化し、入力される大気温度、湿度、電力需要、蒸気需要、燃料費、給水費、買電費に基づいてコスト最小のパターンを計画する。また、特許文献１には、最適運転ポイントは、需要予測変化や大気予測変化により常時変化するため、その都度最適計画を立てて運転ポイントを探し出して運転を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、原油価格の変動や原子力発電の再稼働などの環境変化によって、コージェネレーションプラントの燃料の単価が大きく変動しており、コストメリットが出る出力調整と稼働時間を見極めながらのオペレータによる連続運転は困難である。
【０００５】
また、特許文献１に開示の最適運用計画部は、排ガスの可視水蒸気防止を考慮した処理を実行することにより、可視水蒸気防止条件が成立する制約範囲のもと最小コストとなる最適運転値を決定する。さらにコージェネレーションシステムにおいては、燃料及び電力に関係する多数のパラメータや変動するパラメータを使用して運転値を決定するため、所定の演算式を使用した演算によって、最適運転値を求めることは困難である。このため、特許文献１の開示技術では、最適運転値決定の精度向上に関して改良の余地が十分にある。さらに、短い時間間隔でリアルタイムの最適運転値を求める場合には、各種のパラメータが刻一刻と変化しうるので、この変化に適正に対処するためにも、各回の最適運転値について精度向上が要求される。
【０００６】
このような課題に鑑み、この明細書における開示の目的は、コージェネレーションシステムにおいて最適運転値決定条件の精度向上が図れる制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
開示された制御装置のひとつは、電力と燃料をエネルギとして使用して所定の施設に対して電力及び蒸気を供給するコージェネレーションシステム（１）に対して、電力需要及び蒸気需要に応じて、発電電力の制御指示値とプロセス蒸気量の制御指示値とを出力する制御装置（３）であり、
コージェネレーションシステムによる発電電力量、プロセス蒸気量及び燃料使用量と、外気温度と、施設における需要電力値及び需要蒸気値と、を過去の実測値として記憶する記憶部（３０）と、
施設における需要電力予測値を用いて、所定の時間範囲における電力系統（２）からの受電電力のピーク値を予測するピーク電力予測演算部（３４）と、
実測値である外気温度、発電電力、プロセス蒸気量及び燃料使用量と、予測値である需要電力予測値、需要蒸気予測値及び買電電力量と、時間的に変化する各種電力料金及び燃料単価と、金額で示されるコストメリットと、二酸化炭素の排出量換算値で示されるＣＯ２メリットと、で少なくとも構成される１組のデータを多数個有する運用データテーブル（３５）と、
記憶部に記憶されている過去の実測値を用いて運用データテーブルのデータを更新するとともに、運用データテーブルのデータのうち、多数個の過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって発電電力及びプロセス蒸気量を再計算し、運用データテーブルの発電電力及びプロセス蒸気量を再計算した値に更新するテーブル修正部（３６）と、を備え、
需要電力値が電力系統との契約電力を超えない場合に、コストメリット及びＣＯ２メリットのうち、選択されたメリットが最大となる１組のデータをテーブル修正部によって更新された運用データテーブルの多数個のデータの中から抽出し、当該抽出した１組のデータに含まれる発電電力及びプロセス蒸気量を、コージェネレーションシステムの各種機器の運転を制御するための制御指示値として決定することを特徴とする。
【０００９】
この開示によれば、選択されたメリットが最大となるような、コージェネレーションシステムの制御指示値に決定される最適な発電電力及びプロセス蒸気量を、テーブル修正部によって更新された運用データテーブルの多数個のデータの中から抽出する。テーブル修正部は、過去の実測値を用いて運用データテーブルのデータを更新するため、所定の演算式によって求める場合よりもシステム稼働状態の実態により適合した制御指示値を決定することができる。テーブル修正部は、多数個の過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって発電電力及びプロセス蒸気量を再計算し、運用データテーブルの発電電力及びプロセス蒸気量を再計算した値に更新するため、信頼性の高い制御指示値が得られる。以上より、この制御装置によれば、コージェネレーションシステムにおいて最適運転値決定の精度向上が図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】コージェネレーションシステムに適用した第１実施形態の制御装置の構成及び制御仕様を示す図である。
【図２】制御装置が作成するデータテーブルの一例を示す図である。
【図３】発電電力とトータルコストに関して、スケジュール制御の場合と制御装置が実施するリアルタイム制御とを比較するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。制御装置３によって制御されるコージェネレーションシステムは、例えば、ガスエンジンを備えるシステムである。ガスエンジンシステムは、ガスを燃料として駆動するエンジンであり、例えば、発電用ガスエンジンでヒートポンプ等の機器を駆動したり、エンジン冷却水で加熱した液体を熱源として用いて、給湯、暖房等を行ったりすることができる。したがって、コージェネレーションシステムは、内燃機関等の動力を利用して電力を、排熱を利用して温熱等を取り出し、総合エネルギ効率を高めるエネルギ供給システムである。
【００１３】
図１に示すコージェネレーションシステム１（以下、システム１ともいう）は、例えば、発電機と、発電機を駆動する内燃機関の一例であるガスエンジンと、ガスエンジンからの排気の熱を回収する排気熱回収器と、を備える。システム１は、エネルギ供給対象体である工場４等の所定の施設に対して蒸気と電力を提供可能なシステムである。
【００１４】
システム１は、制御装置３によって運転が制御される。システム１には、太陽光発電装置１１が付設され、太陽光発電装置１１が発電した電力が工場４に供給可能であるとともに蓄電池１２にも蓄電可能である。蓄電池１２に蓄電された電力は、工場４に供給可能である。工場４は、現在または近い未来の運転状況に応じた電力需要、蒸気需要を満たすように、システム１からの電力、蒸気の供給を受け、さらに補助ボイラ１０から蒸気の供給を、電力会社の電力系統２、太陽光発電装置１１、蓄電池１２等からの電力の供給を受ける。
【００１５】
太陽光発電装置１１は、自然エネルギ利用の一例である太陽光エネルギを変換した発電電力を系統外電力として工場４に供給する。太陽光発電装置１１は、例えば、建物の屋根に設けた太陽光発電パネルと、太陽光発電パネルで発電した太陽光電力が供給される太陽光発電ＰＣＳとを備える。太陽光発電ＰＣＳは、交流電源線に電気的に接続され、太陽光発電パネルからの直流電力を交流電力に変換して交流電源線へ放電する。また太陽光発電ＰＣＳは、制御装置３と通信可能に構成されている。
【００１６】
システム１のガスエンジンは、例えば、都市ガス、ＬＰガス等（以下、単に「ガス」という）を燃料とする水冷式のエンジンである。ガスエンジンに供給される吸気とガスは、ミキサで混合される。生成された混合気は燃焼室に流れて点火プラグで点火されると燃焼してピストンを駆動し、ピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。このような動作により生じた排気は、例えば、発電機に連結されたタービンを回転させて発電を促すとともに、排気熱回収器でガスエンジンの冷却水と熱交換されて冷却水を加熱して熱エネルギとして回収される。冷却水は、排気熱回収器を通り、ガスエンジンのシリンダブロック等の発熱部位を通ることから、排気熱回収器によって排気と熱交換した後、シリンダブロック等の発熱部位と熱交換してガスエンジンを冷却しつつ昇温させられる。このように得られた熱エネルギと電力は、工場４に供給されて、生産機械の稼働、空調、照明、給湯等の環境制御に用いられる。
【００１７】
発電機は、ガスエンジンの出力軸に連結され、ガスエンジンの動力により発電する。発電機は、ガスエンジンの動力によって回転して発電する回転機構を備える。発電機は、例えば、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイールの内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。発電機の発電量はガスエンジンの回転数に比例する。発電機の出力はＰＣＳに出力される。
【００１８】
ＰＣＳは、発電された電気を例えば工場等の施設内で使用できる電力形式に電力変換するパワーコンディショナであり、インバータの一種である。例えばＰＣＳは、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を介して発電機の出力を所定の電圧形式に変換する。ＰＣＳは、制御装置３からの指令により、ガスエンジンを始動するスタータ機能とガスエンジンによって発電する発電機能とにわたって発電機の機能を切り換える。
【００１９】
ＰＣＳによる出力電力は、配電盤に送られて、電気負荷に送電されたり、電力系統２に送電されて売電したり、蓄電池等に蓄電されたりする。工場４は、各種の設備の負荷状態を検出する各種の計測部を有し、電力計測部４０、蒸気計測部４１、外気温度計測部４２が計測したデータは制御装置３によるガスエンジンの制御、発電機の制御、補助ボイラ１０の制御等に用いられる。電力計測部４０は工場４における電力負荷設備で使用されている電力や必要な電力を計測し、この計測値は需要電力実測値として記憶部３０に記憶される。蒸気計測部４１は工場４における熱負荷設備で使用されている蒸気や必要な蒸気を計測し、この計測値は需要蒸気実測値として記憶部３０に記憶される。外気温度計測部４２は外気温度を計測し、この計測値は外気温度実測値として記憶部３０に記憶される。記憶部３０は、これらの計測値を過去の実績値として記憶し、所定期間分の実績値を蓄積する。
【００２０】
補助ボイラ１０は、燃料として使用したガス使用量（以下、ボイラガス使用量という）実測値と、発生したボイラ蒸気量と、を記憶部３０に出力し、記憶部３０はこれらのデータを過去の実績値として記憶し、所定期間分の実績値を蓄積する。システム１は燃料として使用したガスの使用量（以下、ＣＧＳガス使用量という）実測値と発生したＣＧＳプロセス蒸気量とＣＧＳ発電電力量とを記憶部３０に出力し、記憶部３０はこれらのデータを過去の実績値として記憶し所定期間分の実績値を蓄積する。ＣＧＳはコージェネレーションシステムの略称としてこの明細書において使用する。
【００２１】
次に制御装置３が有する演算手段及び機能について説明する。制御装置３は、リアルタイム需要予測演算部３１（以下、需要予測演算部３１という）を有する。需要予測演算部３１は、電力計測部４０の需要電力実測値、蒸気計測部４１の需要蒸気実測値、及び外気温度計測部４２の外気温度実測値を用いて、工場４における需要蒸気の予測を所定の周期、例えば１分間隔で実行する。
【００２２】
制御装置３は、太陽光発電電力予測演算部３２（以下、発電予測演算部３２という）と、蓄電池充放電電力計画演算部３３（以下、充放電電力計画部３３という）と、を有する。発電予測演算部３２は、日射量を含む気象予想データを用いて太陽光発電装置１１による発電電力の予測を実行する。充放電電力計画部３３は、日毎の受電電力ピーク予測データを用いて蓄電池１２の充電量及び放電量（以下、充放電量ともいう）を計画する。
【００２３】
制御装置３は、受電ピーク電力予測演算部３４（以下、ピーク電力予測演算部３４という）と、運用データテーブル３５と、を有する。ピーク電力予測演算部３４は、需要電力予測値、太陽光発電装置１１の発電電力予測値、計画された蓄電池１２の充放電量を用いて、所定の時間範囲、例えば３０分間における受電電力のピーク値の予測を実行する。ピーク電力予測演算部３４は、通常時に、買電電力量、工場４の需要電力予測値を求める。通常時とは、需要電力予測値が契約電力を超過しないとピーク電力予測演算部３４が予測する場合である。ピーク電力予測演算部３４は、実測されたシステム１の発電電力（以下、ＣＧＳ発電電力という）、買電電力量、需要電力予測値を運用データテーブル３５に出力する。実測に基づくＣＧＳ発電電力は、システム１が記憶部３０に出力した発電電力量に基づいて求められる。
【００２４】
さらにピーク電力予測演算部３４は、需要電力予測値が契約電力を超過することが予測される超過予測時には、買電電力が契約電力を超えないようなＣＧＳ発電電力の制御指示値をシステム１に出力する。システム１は、この制御指示値にしたがって、各種機器を運転して、工場４に対して電力を提供する。
【００２５】
需要予測演算部３１は、所定の周期、例えば１分間隔で求めた需要電力予測値を条件値として運用データテーブル３５に与える。
【００２６】
運用データテーブル３５は、図１及び図２に図示するように、複数のパラメータのそれぞれについて、実測値、予測値、設定値、演算値等に基づく数値が決定され、これらの数値が組み合わされた１組のデータを多数個有するように作成されるテーブルである。運用データテーブル３５には、複数のパラメータのうち、需要予測演算部３１の需要電力予測値、需要蒸気予測値に対応した実測値である、ＣＧＳ発電電力、ＣＧＳプロセス蒸気量、ＣＧＳガス使用量、ボイラ蒸気量、ボイラガス使用量が作成される。さらに運用データテーブル３５には、二酸化炭素の排出量換算値で示されるＣＯ２メリットが作成される。
【００２７】
さらに制御装置３は、コストメリット演算部３７を有する。コストメリット演算部３７は、テーブルにおけるガス単価、電力基本料金、電力従量料金を、各電力料金、ガス単価が変動する月、時間帯毎に、変動した金額に更新する。電力基本料金、電力従量料金、ガス単価は、テーブルにおける複数のパラメータのうち、設定値である。
【００２８】
電力基本料金は、電力会社との契約により設定された料金であり、契約に別段の定めがない限り時間帯や季節によって変動しない固定の料金である。電力従量料金は、昼間と夜間とで変動する料金であり、また夏期、例えば７月から９月の電力重負荷帯においても単価変動する料金である。ガス単価は、年間を通じて変動する金額であり、所定の期間ごとに変動する。したがって、これらの設定値は、常に適正な金額に更新され、その更新情報は運用データテーブル３５に入力されて随時、更新されるようになっている。
【００２９】
コストメリット演算部３７は、運用データテーブル３５における複数のパラメータのうち、金額で示されるコストメリットを演算する。コストメリットは、発電電力量と電力単価の乗算値と、買電電力量と電力単価の乗算値と、ＣＧＳ蒸気量と蒸気生産単価の乗算値と、ボイラ蒸気量と蒸気生産単価の乗算値との合計である出力コストから入力コストを差し引いた値によって求めることができる。入力コストは、ＣＧＳのガス量とガス単価の乗算値と、買電電力量と電力単価の乗算値と、補助ボイラ１０のガス量とガス単価と、の乗算値の合計である。また、コストメリットは、電力コストと蒸気コストとの合計値としても求めることができる。この電力コストは、需要電力予測値を満たす電力量をすべて買電でまかなった場合のコストから、買電とガス使用の両方のコストを差し引いて求められる金額である。この蒸気コストは、需要蒸気予測値を満たす蒸気量をすべて補助ボイラ１０で生成した場合のコストから、補助ボイラ１０とシステム１とで生成した場合のコストを差し引いて求められる金額である。
【００３０】
ここでは、５℃、１５℃、２５℃、３５℃の４種類の外気温度についてそれぞれ１組のデータを２万個作成するため、制御装置３は、合計８万個の１組のデータを作成する。さらに制御装置３は、通常時に、多数個の１組のデータをリアルタイムで１分毎に決定する。制御装置３は、前述のように作成された運用データテーブル３５の中から、コスト優先モードかＣＯ２優先モードかに選択された優先モードに応じて、最適とする１組のデータを決定する。制御装置３は、このように決定された１組のデータに含まれるＣＧＳ発電電力の制御指示値とＣＧＳプロセス蒸気量の制御指示値とをシステム１に出力し、これらの制御指示値にしたがって各種機器の運転を制御する。
【００３１】
一方、超過予測時には、運用データテーブル３５によることなくピーク電力予測演算部３４からシステム１に直接、ピーク抑制指示値が指令される。ピーク電力予測演算部３４は、予測値の変化に合わせて契約電力を超えないようなピーク抑制指示値を設定する。超過予測時には、制御装置３は、ＣＧＳ発電電力の制御指示値をシステム１に指令するのみである。超過予測時には、ピーク電力予測演算部３４によって通常時からピーク抑制の指令に切り換わる。そして受電ピーク電力予測値が契約電力を超過しなくなった時点で通常時に戻る。
【００３２】
システム１は、制御装置３に対して、優先する運転モードを指令する優先モード選択部５を備える。ユーザは、優先モード選択部５を制御装置３の表示画面等において操作することにより、最小のコストとなる組み合わせデータを採用するコスト優先モード、ＣＯ２排出量が最少になる組み合わせデータを採用するＣＯ２優先モード、のいずれかを選択できる。
【００３３】
制御装置３は、作成された運用データテーブル３５を所定の時期に、または所定の間隔で修正するテーブル修正部３６を有する。テーブル修正部３６は、記憶部３０が記憶している過去の実測値を用いて、例えば、運用データテーブル３５のデータを３箇月毎や季節の変わり目毎に修正する。テーブル修正部３６は、外気温度、ＣＧＳ発電電力、ＣＧＳプロセス蒸気量、ＣＧＳガス使用量、ボイラ蒸気量、ボイラガス使用量を運用データテーブル３５に出力する。
【００３４】
制御装置３は、テーブル修正部３６により定期的に更新された運用データテーブル３５の中から、現在の各実測値に対応し、かつ需要電力予測値、需要蒸気実測値を満たすとともに、コストメリットまたはＣＯ２メリットが最大となる１組のデータを抽出する。すなわち、通常時のリアルタイム制御において、修正された運用データテーブル３５から、需要電力予測値、需要蒸気実測値を満たすとともに、選択された優先モードに対応するメリットが最大になるＣＧＳ発電電力とＣＧＳプロセス蒸気量を抽出する。制御装置３は、このように抽出されたＣＧＳ発電電力とＣＧＳプロセス蒸気量を制御指示値に決定し、システム１に出力する。
【００３５】
運用データテーブル３５の更新処理についてさらに説明する。図１及び図２に図示する運用データテーブル３５の作成において、実測値を使用しているデータは、外気温度、ＣＧＳ発電電力、ＣＧＳプロセス蒸気量、ＣＧＳガス使用量、ボイラ蒸気量、ボイラガス使用量である。
【００３６】
制御装置３は、外気温度の実測値を所定温度間隔の複数の温度に層別分類してテーブルを作成する。外気温度の実測値は、例えば、１０℃間隔の５℃、１５℃、２５℃、３５℃に分類される。テーブル修正部３６は、昨年の同時期における、ある外気温度について、ＣＧＳ発電電力、ＣＧＳプロセス蒸気量、ＣＧＳガス使用量の各過去実績データの中から明らかに異常なデータを除いたデータについて重回帰分析を実行することにより回帰式を求める。ＣＧＳ発電電力の所定範囲における所定間隔の値とＣＧＳプロセス蒸気量の所定範囲における所定間隔の値との組み合わせについて、回帰式を用いた再計算を実行する。例えば、ＣＧＳ発電電力０〜６０００ｋＷの範囲における２５ｋＷ間隔の値とＣＧＳプロセス蒸気量の０〜１２ｔ／ｈの範囲における０．１ｔ／ｈ間隔の値との組み合わせについて、前述の回帰式を用いた再計算を実行する。そして、更新前の運用データテーブル３５における同条件のデータを、前述の回帰式を用いた再計算により算出された計算値に置き換えて更新する。以上の処理を、層別分類された複数の温度のすべてについても同様に実行する。
【００３７】
さらにテーブル修正部３６は、昨年の同時期における、ある外気温度について、ボイラ蒸気量、ボイラガス使用量の各過去実績データの中から明らかに異常なデータを除いたデータについて重回帰分析を実行することにより回帰式を求める。ボイラ蒸気量の所定範囲における所定間隔の値について、前述の回帰式を用いた再計算を実行する。例えば、ボイラ蒸気量０〜１０ｔ／ｈの範囲における０．１ｔ／ｈ間隔の値について、回帰式を用いた再計算を実行する。そして、更新前の運用データテーブル３５における同条件のボイラ蒸気量に係るデータを、前述の回帰式を用いた再計算により算出された計算値に置き換えて更新する。以上の処理を、層別分類された複数の温度のすべてについても同様に実行する。
【００３８】
制御装置３は、システム１に含まれる各機器、補助ボイラ１０等を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置３は、少なくとも一つの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくとも一つのメモリ装置とを有し、これらの装置により前述の需要予測演算部３１、ピーク電力予測演算部３４等の各部の制御要素が構成される。制御装置３は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体として記憶部３０を備えるマイクロコンピュータにより提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスク等によって提供されうる。
【００３９】
制御装置３は、一つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源により提供されうる。プログラムは、制御装置３によって実行されることによって、制御装置３をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置３を機能させる。
【００４０】
制御装置３が提供する手段、機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置３がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。
【００４１】
次に、第１実施形態の制御装置３がもたらす作用効果について説明する。制御装置３は、電力と燃料をエネルギとして使用して所定の施設に対して電力及び蒸気を供給するコージェネレーションシステム１に対して、電力需要及び蒸気需要に応じて、発電電力の制御指示値とプロセス蒸気量の制御指示値とを出力する。制御装置３は、システム１による発電電力量、プロセス蒸気量及び燃料使用量と、外気温度と、施設における需要電力値及び需要蒸気値と、を過去の実測値として記憶する記憶部３０を備える。制御装置３は、施設における需要電力予測値を用いて、所定の時間範囲における電力系統２からの受電電力のピーク値を予測するピーク電力予測演算部３４を備える。運用データテーブル３５は、外気温度、発電電力、プロセス蒸気量及び燃料使用量と、需要電力予測値、需要蒸気予測値及び買電電力量と、各種電力料金及び燃料単価と、コストメリットと、ＣＯ２メリットと、で少なくとも構成される１組のデータを多数個有する。テーブル修正部３６は、過去の実測値を用いて運用データテーブル３５のデータを更新するとともに、運用データテーブル３５のデータのうち多数個の過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって発電電力及びプロセス蒸気量を再計算する。テーブル修正部３６は、運用データテーブル３５の発電電力及びプロセス蒸気量をこのように再計算した値に更新する。
【００４２】
制御装置３は、通常時の場合に、コストメリット及びＣＯ２メリットのうち、選択されたメリットが最大となる１組のデータをテーブル修正部３６によって更新された運用データテーブル３５の多数個のデータの中から抽出する。制御装置３は、抽出した１組のデータに含まれる発電電力及びプロセス蒸気量を、システム１の各種機器の運転を制御するための制御指示値として決定する。
【００４３】
この制御によれば、選択されたメリットが最大となるような、システム１の制御指示値に決定される最適な発電電力及びプロセス蒸気量を、テーブル修正部３６によって更新された多数個のデータの中から抽出する。テーブル修正部３６は、過去の実測値を用いて運用データテーブル３５のデータを更新するため、所定の演算式によって求める場合よりもシステム稼働状態の実態により適合した制御指示値を決定することができる。したがって、最適化運転について高い精度を確保できる制御指示値を決定することができる。テーブル修正部３６は、多数個の過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって発電電力及びプロセス蒸気量を再計算し、運用データテーブルの発電電力及びプロセス蒸気量を再計算した値に更新する。この点に関しても、信頼性の高い制御指示値を得ることに貢献できる。以上により、システム１において最適運転値決定の精度向上が図れる制御装置３を提供できるのである。
【００４４】
この制御装置３によれば、最適運転値を決定できるので、図３に示すようにスケジュール制御に対して無駄な発電抑制できるリアルタイム制御を実施することができる。また、リアルタイム制御はスケジュール制御に比べて、需要電力に適合した発電電力に制御できるので、トータルコスト的にも、コスト差が大きく、コスト的なメリットを享受できる運転を実現することができる。
【００４５】
また、テーブル修正部３６は、所定期間の間隔、または季節の変わり目毎に、運用データテーブル３５のデータを更新し、運用データテーブル３５の発電電力及びプロセス蒸気量を再計算した値に更新する。これによれば、施設での需要電力や需要蒸気が大きく変化するタイミングや、外気温度が運用データテーブル３５の各データに影響を大きく及ぼす変わり目等、出力特性が変化する時期に、過去の実測値に適合するテーブルに確実に更新することができる。したがって、システム１における最適運転値決定の精度向上を確実な享受できる制御装置３を提供できる。
【００４６】
また、制御装置３は、運用データテーブル３５の各種電力料金及び燃料単価について、料金変動が生じるたびに更新する。これによれば、実際の価格変動に適した運用データテーブルを作成することができるので、コストメリットが最大となる制御指示値の信頼性をさらに高めることができる。
【００４７】
また、制御装置３は、需要電力値が電力系統との契約電力を超える場合に、電力系統２からの買電電力が契約電力を超えないように決定した発電電力を、システム１に対する制御指示値として出力する。これによれば、需要電力値が電力系統との契約電力を超える場合には、電力系統２との契約を守りつつも、買電電力、燃料購入を最大限に活用する最適化運転を実施することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００４９】
この明細書に開示するコージェネレーションシステムは、前述の実施形態で説明するシステムに限定されない。このコージェネレーションシステムは、電力、蒸気を生み出しつつ、各種機器の運転に活用するシステムであり、内燃機関を駆動するための燃料はガスに限定されないものである。
【００５０】
前述の実施形態は、太陽光発電装置１１を備えないシステムに適用してもよい。また、前述の蓄電池１２は、太陽光発電装置１１による発電電力を蓄電するばかりでなく、またはその代わりに、他の時間帯よりも電力料金が安価である所定の時間帯、例えば深夜電力時間帯の電力を蓄電するものでもよい。
【００５１】
前述の実施形態においてシステム１に搭載されるガスエンジンは、ガスタービンエンジンに置き換えることができる。
【００５２】
前述の実施形態で説明したコストメリット演算部３７は、電力料金、燃料料金等のコストに関係する情報を、この情報が変化するタイミングで随時、運用データテーブル３５に入力するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…コージェネレーションシステム
２…電力系統
３…制御装置
３０…記憶部
３４…受電ピーク電力予測演算部、ピーク電力予測演算部
３５…運用データテーブル
３６…テーブル修正部
【要約】
【課題】コージェネレーションシステムにおいて最適運転値決定の精度向上が図れる制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置３は、記憶部３０に記憶されている過去の実測値を用いて運用データテーブル３５のデータを更新するテーブル修正部３６を有する。テーブル修正部３６は、運用データテーブル３５のデータのうち、多数個の過去の実測値を用いた重回帰分析により算出した回帰式によって発電電力及びプロセス蒸気量を再計算し、運用データテーブル３５の発電電力及びプロセス蒸気量を再計算した値に更新する。制御装置３は、コストメリット及びＣＯ２メリットのうち、選択されたメリットが最大となる１組のデータを運用データテーブル３５の多数個のデータの中から抽出する。制御装置３は、当該抽出した１組のデータに含まれる発電電力及びプロセス蒸気量を、コージェネレーションシステムの各種機器の運転を制御するための制御指示値として決定する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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