(57)【要約】【課題】各種の運転条件に対し、燃料の供給量を管理し、総合効率または有害物質の排出抑制の最適化を図ることができるコージェネレーション装置およびその制御方法を提供すること。【解決手段】コージェネレーション装置１００に、熱需要量の予定値を設定する熱需要量設定手段１０３と、有効熱出力検出手段１０４と、総合効率演算手段１０７とを設け、最適化演算手段１０５により、これらの各手段１０３，１０４，１０７による設定値、検出値、および演算結果に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される各燃料の絶対量を演算し、その演算結果に基づき各燃料供給量を自動調整するようにした。【選択図】  図１
2004156501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置において、
前記複数種類の燃料を混焼して発電出力および熱出力を発生させる装置本体と、
時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定する熱需要量設定手段と、
前記装置本体による前記熱出力の有効分を検出する有効熱出力検出手段と、
前記装置本体による前記発電出力または前記熱出力のいずれか一方に基づきコージェネレーションの総合効率を演算する総合効率演算手段と、
この総合効率演算手段による演算結果、前記熱需要量設定手段による設定値、および前記有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算手段と、
この最適化演算手段による演算結果に基づき前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する燃料供給量制御手段と
を備えたことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置において、
前記複数種類の燃料を混焼して発電出力および熱出力を発生させる装置本体と、
時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定する熱需要量設定手段と、
前記装置本体による前記熱出力の有効分を検出する有効熱出力検出手段と、
運転時に前記装置本体から排出される有害物質の排出量を検出する有害物質排出量検出手段と、
この有害物質排出量検出手段による検出値、前記熱需要量設定手段による設定値、および前記有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下で前記有害物質の排出量の抑制が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算手段と、
この最適化演算手段による演算結果に基づき前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する燃料供給量制御手段と
を備えたことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項３】
請求項１に記載のコージェネレーション装置において、
運転時に前記装置本体から排出される有害物質の排出量を検出する有害物質排出量検出手段を備え、
前記最適化演算手段は、
前記総合効率演算手段による演算結果、前記熱需要量設定手段による設定値、および前記有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する処理を行うとともに、
前記有害物質排出量検出手段による検出値、前記熱需要量設定手段による設定値、および前記有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下で前記有害物質の排出量の抑制が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する処理も行う構成とされている
ことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーション装置において、
前記各燃料のうちの一つは、廃棄物を処理して得られる改質ガスであり、
前記装置本体への前記改質ガスの供給路には、前記改質ガスを貯留する改質ガス貯留槽が設けられている
ことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項５】
複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置を制御するコージェネレーション装置の制御方法において、
時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定しておき、
装置本体で発生した熱出力の有効分を検出するとともに、前記装置本体で発生した発電出力または前記熱出力のいずれか一方に基づきコージェネレーションの総合効率を演算した後、
この演算結果として得られた前記総合効率の値、前記熱需要量の設定値、および前記熱出力の有効分の検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算を行い、
この最適化演算結果に基づき前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する
ことを特徴とするコージェネレーション装置の制御方法。
【請求項６】
複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置を制御するコージェネレーション装置の制御方法において、
時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定しておき、
装置本体で発生した熱出力の有効分を検出するとともに、運転時に前記装置本体から排出される有害物質の排出量を検出した後、
この有害物質の排出量の検出値、前記熱需要量の設定値、および前記熱出力の有効分の検出値に基づき、設定した前記熱需要量が満たされる条件下で前記有害物質の排出量の抑制が最適化される前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算を行い、
この最適化演算結果に基づき前記各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する
ことを特徴とするコージェネレーション装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のコージェネレーション装置の制御方法において、
前記装置本体へ供給する前記各燃料のうちの一つとして、廃棄物を処理して得られる改質ガスを用い、
前記装置本体への前記改質ガスの供給路に、前記改質ガスを貯留する改質ガス貯留槽を設けておき、
始動時には、前記改質ガス貯留槽に前記改質ガスを貯留した後、前記改質ガス貯留槽に貯留した前記改質ガスを用いて前記装置本体への前記改質ガスの供給を行う
ことを特徴とするコージェネレーション装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置およびその制御方法に係り、例えば、廃棄物処理用コージェネレーション装置等に利用できる。
【０００２】
【背景技術】
従来より、産業廃棄物の処理は、燃焼による方法で行うのが一般的である。この際、燃焼時に得られるエネルギは、大気中に放出されるか、発電またはコージェネレーションに利用されることが多いが、燃焼時にはダイオキシン等の有害物質が発生するため、このことが大きな社会問題になりつつある。
【０００３】
この問題への対策として、産業廃棄物をそのまま燃焼させずに、高温で熱分解し、ダイオキシンの少ない改質ガスに変換したものを燃料として利用する方法が採用され始めている（例えば、非特許文献１等参照）。この方法は、環境にやさしい優れた方法であるが、特に運転開始時においては、灯油や都市ガス等の補助燃料との混焼が必要とされている。
【０００４】
【非特許文献１】
新興プランテック株式会社著、「スターミート方式小型廃棄物ガス化発電システム／ＧＲＯＷ  ＭＥＥＴシステム」、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１４年９月２５日、新興プランテック株式会社、［平成１４年１０月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓ−ｐｌａｎｔｅｃｈ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｇｒｏｗ＿ｍｅｅｔ１．ｈｔｍ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、改質ガスを利用した場合には、排出ＮＯｘの量は少ないのに対し、特にディーゼルエンジンを利用した場合、補助燃料を利用すると排出ＮＯｘの量が多くなる。このため、補助燃料の量については、十分な管理が必要とされる。
【０００６】
また、補助燃料の量の管理は、コージェネレーションの総合効率の面からも重要である。補助燃料が過多になると、必要とされる熱需要量以上の熱を発生させ、これらの熱は損失として空中に放出され、コージェネレーションとしての総合効率を低下させるからである。従って、補助燃料の量は、改質ガスと補助燃料とを合わせた全体の燃料が、利用される熱負荷に対応した量になるように管理されることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、補助燃料については、従来はコージェネレーションの運転に対する不足分を供給するという管理しか行われていない。従って、コージェネレーションの総合効率を向上させるという観点、あるいはＮＯｘ等の有害物質の排出量を抑制するという環境保護の観点から、補助燃料の供給量の管理を行うことが望まれる。
【０００８】
また、熱需要量は、１日のうちでも時間の経過とともに変動するため、この熱需要量の変動に伴ってコージェネレーションの運転条件も変化させる必要がある。従って、各種の運転条件の下で、上述したような総合効率や環境問題を考慮した補助燃料の供給量の管理を行うことが望まれる。
【０００９】
さらに、廃棄物処理用コージェネレーション装置の場合には、発電が目的ではなく、廃棄物処理が目的であることから、安定した電力供給は必ずしも必要ない。従って、補助燃料は、燃焼を正常に行うために必要な量は供給する必要があるが、それ以上の量については総合効率と環境問題から最適供給量を決めることが望まれる。
【００１０】
本発明の目的は、各種の運転条件に対し、燃料の供給量を管理し、総合効率または有害物質の排出抑制の最適化を図ることができるコージェネレーション装置およびその制御方法を提供するところにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置において、複数種類の燃料を混焼して発電出力および熱出力を発生させる装置本体と、時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定する熱需要量設定手段と、装置本体による熱出力の有効分を検出する有効熱出力検出手段と、装置本体による発電出力または熱出力のいずれか一方に基づきコージェネレーションの総合効率を演算する総合効率演算手段と、この総合効率演算手段による演算結果、熱需要量設定手段による設定値、および有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算手段と、この最適化演算手段による演算結果に基づき各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する燃料供給量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、「装置本体」とは、例えば、ディーゼルエンジンやタービンエンジン等のエンジンと、このエンジンにより駆動される発電機とにより構成されるもの等である。他の発明についても同様である。
【００１３】
また、「複数種類の燃料」としては、例えば、廃棄物を処理して得られる改質ガス、天然ガス、あるいは重油やガソリン等の化石燃料などを採用することができる。他の発明についても同様である。
【００１４】
さらに、「設定した熱需要量が満たされる条件下で」とは、装置本体で発生する熱出力の有効分が、設定した熱需要量以上になるようにする趣旨、つまり設定した熱需要量未満にならないようにする趣旨である。但し、コージェネレーション装置の通常運転時について、この条件が満たされていればよく、始動時（停止状態から稼働状態への移行時）や停止時（稼働状態から停止状態への移行時）については、この条件は必ずしも満たされている必要はない。他の発明についても同様である。
【００１５】
そして、「各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する」および「各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する」とは、全ての種類の燃料が供給量を自在に調整できるようになっている必要はなく、供給量を自在に調整できない燃料または調整の必要性に乏しい燃料があってもよい趣旨である。従って、供給量を自在に調整できない燃料または調整の必要性に乏しい燃料（一種類でもよく、複数種類でもよい。）がある場合には、その他の燃料（一種類でもよく、複数種類でもよい。）の絶対量を演算し、その演算結果に基づき供給量を調整することにより、全体的に見て最適化を図ることができればよい趣旨である。他の発明についても同様である。なお、調整の必要性に乏しい燃料とは、例えば、必要とされる熱負荷に対し、その燃料による熱供給量が非常に少ないもの等である。
【００１６】
また、「熱需要量設定手段」には、全ての時間または長時間についての予定値を予め設定しておいてもよく、あるいは微小時間前の実測データに修正を加えた値を逐次設定するようにしてもよい。なお、前者のように全ての時間または長時間についての予定を予め設定しておく場合には、例えば、１日の熱需要量の変動パターンを設定し、それを繰り返し用いてもよく、あるいは１週間単位、１ヶ月単位、季節単位、半年単位、１年単位等で変動パターンを設定し、それを繰り返し用いてもよく、曜日毎に異なる変動パターンを設定し、それらを順番に繰り返し用いてもよく、さらには、繰り返し用いることを前提としない変動パターンを設定してもよい。他の発明についても同様である。
【００１７】
このような本発明のコージェネレーション装置（以下、総合効率を最適化する発明という。）においては、装置本体へ複数種類の燃料を供給するにあたり、最適化演算手段により、熱需要量設定手段で設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化されるような各燃料（但し、供給量を自在に調整できない燃料を除く。）の絶対量を演算し、この演算結果に基づき供給量の自動調整を行う。
【００１８】
この際、最適化演算手段により、熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に基づき演算を行うので、時間の経過に伴って変動する熱需要量に応じて最適量の燃料を供給することが可能となり、効率の向上が図られる。
【００１９】
さらに、最適化演算手段により、熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に加え、総合効率演算手段による演算結果も併せて考慮し、これらに基づき演算を行うので、単に熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に基づき演算を行う場合に比べ、コージェネレーションの総合効率の、より一層の向上が図られる。すなわち、熱需要量設定手段の設定値に等しい熱出力を発生させる制御を行うのみでは、必要な熱を確保することはできるものの、装置本体の運転条件によっては、コージェネレーションの総合効率が悪い状態になる可能性もある。このため、総合効率演算手段により総合効率を演算して把握し、総合効率が良くない状態の場合には、熱需要量設定手段の設定値よりも大きい熱出力を発生させる制御を行い（熱需要量の設定値を上げる補正を行うと考えてもよい。）、熱出力を余分に発生させることにより、総合効率を良い方向に修正することが可能となる。
【００２０】
以上より、必要とされる熱を確保しつつ、コージェネレーションの総合効率を向上させる制御が可能となり、前記目的が達成される。
【００２１】
また、本発明は、複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置において、複数種類の燃料を混焼して発電出力および熱出力を発生させる装置本体と、時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定する熱需要量設定手段と、装置本体による熱出力の有効分を検出する有効熱出力検出手段と、運転時に装置本体から排出される有害物質の排出量を検出する有害物質排出量検出手段と、この有害物質排出量検出手段による検出値、熱需要量設定手段による設定値、および有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下で有害物質の排出量の抑制が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算手段と、この最適化演算手段による演算結果に基づき各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整する燃料供給量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
このような本発明のコージェネレーション装置（以下、有害物質の排出抑制を最適化する発明という。）においては、装置本体へ複数種類の燃料を供給するにあたり、最適化演算手段により、熱需要量設定手段で設定した熱需要量が満たされる条件下で有害物質の排出量の抑制が最適化されるような各燃料（但し、供給量を自在に調整できない燃料を除く。）の絶対量を演算し、この演算結果に基づき供給量の自動調整を行う。
【００２３】
この際、最適化演算手段により、熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に基づき演算を行うので、時間の経過に伴って変動する熱需要量に応じて最適量の燃料を供給することが可能となり、効率の向上が図られる。
【００２４】
さらに、最適化演算手段により、熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に加え、有害物質排出量検出手段による検出値も併せて考慮し、これらに基づき演算を行うので、単に熱需要量設定手段の設定値および有効熱出力検出手段による検出値に基づき演算を行う場合に比べ、有害物質の排出量の抑制の最適化（排出量の最小化）を図ることが可能となり、環境問題をも考慮した制御が実現される。
【００２５】
以上より、必要とされる熱を確保しつつ、有害物質の排出量を極力抑える制御が可能となり、前記目的が達成される。
【００２６】
また、前述した総合効率を最適化する発明と、有害物質の排出抑制を最適化する発明とを組み合わせてもよく、組み合わせた場合には、燃料の供給量の管理を、より一層最適化することができる。すなわち、前述したコージェネレーション装置（総合効率を最適化する発明）において、運転時に装置本体から排出される有害物質の排出量を検出する有害物質排出量検出手段を備え、最適化演算手段は、総合効率演算手段による演算結果、熱需要量設定手段による設定値、および有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する処理を行うとともに、有害物質排出量検出手段による検出値、熱需要量設定手段による設定値、および有効熱出力検出手段による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下で有害物質の排出量の抑制が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する処理も行う構成とされていることが望ましい。
【００２７】
このように総合効率を最適化する発明と、有害物質の排出抑制を最適化する発明とを組み合わせた発明とした場合には、必要とされる熱を確保しつつ、コージェネレーションの総合効率の最適化および有害物質の排出抑制の最適化を同時に図ることが可能となる。
【００２８】
さらに、以上に述べたコージェネレーション装置において、各燃料のうちの一つが、廃棄物を処理して得られる改質ガスである場合には、装置本体への改質ガスの供給路に、改質ガスを貯留する改質ガス貯留槽が設けられていることが望ましい。
【００２９】
このように改質ガス貯留槽を設けた構成とした場合には、熱需要量に対応する改質ガスの供給が可能になり、また、十分な量の改質ガスが得られないときであっても、改質ガス貯留槽に改質ガスを貯留しておくことにより、改質ガス貯留槽に貯留した改質ガスを用いて必要な量の改質ガスを供給することが可能となる。
【００３０】
また、本発明は、複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置を制御するコージェネレーション装置の制御方法において、時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定しておき、装置本体で発生した熱出力の有効分を検出するとともに、装置本体で発生した発電出力または熱出力のいずれか一方に基づきコージェネレーションの総合効率を演算した後、この演算結果として得られた総合効率の値、熱需要量の設定値、および熱出力の有効分の検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算を行い、この最適化演算結果に基づき各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整することを特徴とするものである。
【００３１】
このような本発明のコージェネレーション装置の制御方法においては、前述した本発明のコージェネレーション装置（総合効率を最適化する発明）で得られる作用・効果がそのまま得られ、これにより前記目的が達成される。
【００３２】
さらに、本発明は、複数種類の燃料を混焼して運転するコージェネレーション装置を制御するコージェネレーション装置の制御方法において、時間の経過に伴って変動する熱需要量の予定値を設定しておき、装置本体で発生した熱出力の有効分を検出するとともに、運転時に装置本体から排出される有害物質の排出量を検出した後、この有害物質の排出量の検出値、熱需要量の設定値、および熱出力の有効分の検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下で有害物質の排出量の抑制が最適化される各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の絶対量を演算する最適化演算を行い、この最適化演算結果に基づき各燃料のうちの少なくとも一つの燃料の供給量を自動調整することを特徴とするものである。
【００３３】
このような本発明のコージェネレーション装置の制御方法においては、前述した本発明のコージェネレーション装置（有害物質の排出抑制を最適化する発明）で得られる作用・効果がそのまま得られ、これにより前記目的が達成される。
【００３４】
そして、以上に述べたコージェネレーション装置の制御方法において、装置本体へ供給する各燃料のうちの一つとして、廃棄物を処理して得られる改質ガスを用いる場合には、装置本体への改質ガスの供給路に、改質ガスを貯留する改質ガス貯留槽を設けておき、始動時には、改質ガス貯留槽に改質ガスを貯留した後、改質ガス貯留槽に貯留した改質ガスを用いて装置本体への改質ガスの供給を行うことが望ましい。
【００３５】
このように改質ガス貯留槽に貯留した改質ガスを用いて装置本体への改質ガスの供給を行うようにした場合には、コージェネレーション装置の始動時において、廃棄物処理を開始して間も無いうちで十分な改質ガスが得られないときであっても、改質ガス貯留槽に改質ガスを貯留しておくことにより、必要な量の改質ガスを供給することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３７】
［第一実施形態］
図１には、本発明の第一実施形態のコージェネレーション装置１００の全体構成が示されている。コージェネレーション装置１００は、廃棄物処理用コージェネレーション装置である。処理される廃棄物としては、例えば、工場等から出るプラスチック、木屑、古タイヤ等、地方自治体や地域団体等が処理する家庭生ゴミ、下水処理場で出る汚泥（下水）、医療機関で出る紙オムツ等の医療廃棄物、肉屋や肉加工工場で出る肉骨粉、肉廃棄物（牛、豚、鶏等）、魚市場や魚屋や魚加工工場で出る魚肉廃棄物、コンビニエンスストアやホテルや料理屋等で出る一般食品廃棄物、畜産資源（家畜糞尿メタン）や農産資源（籾殻等）や林産資源（間伐材等）等のバイオマスなどが挙げられる。
【００３８】
図１において、コージェネレーション装置１００は、エンジン１０１と、このエンジン１０１により駆動される発電機１０２とにより構成される装置本体１００Ａを備えている。従って、コージェネレーションとしては、エンジン１０１からの排熱（図中の熱出力）と、発電機１０２からの発電電力（図中の発電出力）とを利用する。
【００３９】
エンジン１０１は、本実施形態では、一例としてディーゼルエンジンとするが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、エンジン１０１に供給する燃料として、廃棄物を高温で熱分解して得られる改質ガスと、これを補助する二種類の補助燃料とを用いる。補助燃料としては、例えば、天然ガス、あるいは重油やガソリン等の化石燃料などを採用することができる。
【００４０】
また、コージェネレーション装置１００は、熱需要量を設定する熱需要量設定手段１０３と、エンジン１０１から得られる排熱の有効分を検出する有効熱出力検出手段１０４と、エンジン１０１へ供給する燃料の供給量を管理する最適化演算手段１０５と、エンジン１０１への各補助燃料の供給路に設けられて各補助燃料の供給量をそれぞれ個別に制御する補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂと、コージェネレーションの総合効率を演算する総合効率演算手段１０７とを備えている。
【００４１】
熱需要量設定手段１０３は、時間の経過に伴って変動する瞬時瞬時の熱需要量の予定値を設定するものであり、メモリー回路により構成されている。この熱需要量設定手段１０３には、例えば、１日の熱需要量のパターンが定型化している場合等には、予め時刻毎の設定値をパターン化して記憶させておく。具体的には、例えば、昼休みの時間帯や夜間に熱需要量が減少するとか、８時の就業開始以降に熱需要量が増加する等のパターンを記憶させておく。このようなパターンは、例えば、ホテル、病院、食品加工工場等の工場、健康センター等のようなコージェネレーション装置１００の設置場所（通常、電気と熱の双方を大量に使う場所が対象となる。）の特性に応じて定めることができる。
【００４２】
有効熱出力検出手段１０４は、例えば熱量計等により構成されている。
【００４３】
最適化演算手段１０５は、例えばＩＣチップ等により構成され、総合効率演算手段１０７による演算結果、熱需要量設定手段１０３による設定値、および有効熱出力検出手段１０４による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化されるような各補助燃料の絶対量を演算する処理を行うものである。
【００４４】
補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂは、例えば流量調整弁等により構成され、最適化演算手段１０５により演算された各補助燃料の絶対量に応じた信号を指令値として各補助燃料の供給量を自動調整するものである。各補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂで制御される補助燃料は、互いに異なる種類のものである。なお、本実施形態では、廃棄物処理で得られる熱供給量よりも、必要とされる熱負荷の方が遥かに大きいため、改質ガスについては供給量の調整は行わずに全量を使用し、各補助燃料の供給量の調整のみにより、総合効率の最適化を図っている。
【００４５】
総合効率演算手段１０７は、例えばＩＣチップ等により構成され、発電機１０２からの発電出力をパラメータとしてコージェネレーションの総合効率を演算する処理を行うものである。総合効率は、発電出力および熱出力の双方を用いて定義されるが、これらのうちのいずれか一方の値が決まると、他方の値も一義的に決まるので、本実施形態では、発電出力のみに基づき総合効率を演算している。
【００４６】
このような第一実施形態においては、以下のようにしてコージェネレーション装置１００を用いて燃料の供給量を管理し、最適化制御を行う。
【００４７】
コージェネレーション装置１００の始動時および停止時を除く通常運転時においては、次のようなメインループの制御を行う。すなわち、最適化演算手段１０５により、熱需要量設定手段１０３による設定値（瞬時瞬時の熱需要量の予定値）と、有効熱出力検出手段１０４による検出値とを比較演算し、有効熱出力検出手段１０４による検出値が、熱需要量設定手段１０３による設定値と一致するように、補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂに指令を出して供給量を調整する。
【００４８】
また、上記のメインループの制御は、総合効率演算手段１０７による演算結果を考慮しない場合における必要な熱を確保するための制御であるが、この制御と併せて、次のような補正ループの制御を行う。すなわち、総合効率演算手段１０７により、発電機１０２からの発電出力に基づき総合効率を演算し、この演算結果を最適化演算手段１０５で受け取り、最適化演算手段１０５により、総合効率が良くない状態になっていると判断した場合には、有効熱出力検出手段１０４による検出値が、熱需要量設定手段１０３による設定値よりも若干大きくなるように、補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂに指令を出して供給量を調整し、総合効率を良い方向に修正する。つまり、メインループの制御における熱需要量の設定値を若干増加させる補正を行う。
【００４９】
例えば、熱需要量の設定値が非常に小さく、熱出力が非常に小さい場合には、発電機１０２の定格を遥かに下回ったところでの運転状態になり、発電効率が非常に悪く、総合効率が悪い状態となる可能性がある。従って、このように総合効率が悪い状態となった場合には、熱出力の有効分の検出値が熱需要量の設定値よりも大きくなるような制御、すなわち熱出力を余分に発生させるような制御を行い、総合効率を修正する。
【００５０】
このような第一実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、エンジン１０１へ燃料を供給するにあたり、最適化演算手段１０５により、熱需要量設定手段１０３の設定値および有効熱出力検出手段１０４による検出値に基づき演算を行って供給量を自動調整するので（メインループの制御）、時間の経過に伴って変動する熱需要量に応じて最適量の燃料を供給することができる。このため、必要な熱を確保し、かつ、効率の向上を図ることができる。
【００５１】
つまり、コージェネレーションの効率は、［（発電出力＋熱出力）／（入力エネルギ）］×１００で表される。ここで、必要とされる電力需要量に対し、適量の電力供給を行うという観点から見ると、発電出力は、他の電力供給源である商用電力との間で簡単に調整がとれるので不都合はないが、必要とされる熱需要量に対し、適量の熱供給を行うという観点から見ると、熱出力は、他の熱供給源との調整が比較的困難であるため、余剰分が生じるとその分は空中に放出されてしまい効率が低下するという不都合がある。従って、効率の面から考えると、熱出力を完全に利用できれば、総合効率は略最大となるので、入力エネルギは、各時刻における熱需要量に応じた形で、最適量を供給することが望ましく、このような最適量の供給を、上記のメインループの制御で実現することができる。
【００５２】
また、最適化演算手段１０５により、熱需要量設定手段１０３の設定値および有効熱出力検出手段１０４による検出値に加え、総合効率演算手段１０７による演算結果も併せて考慮し、これらに基づき演算を行うので（補正ループの制御）、単に上記のメインループの制御を行う場合に比べ、コージェネレーションの総合効率を、より一層向上させることができる。つまり、厳密に考えると、上記のメインループの制御を行って熱需要量に応じた形での最適な燃料供給を実現しても、燃料供給量が少ないと発電効率が落ちるので、必ずしも総合効率が最大になるとはいえないが、補正ループの制御を行うことにより、総合効率を良い方向に修正することができる。
【００５３】
さらに、最適化演算手段１０５により、廃棄物処理で得られる改質ガスとの混焼が適切に行われるように、各補助燃料の供給量が管理されるので、廃棄物を正常に処理する機能を損なうことなく、各種の運転条件に対し、コージェネレーションの総合効率を最適化することができる。
【００５４】
そして、本実施形態のコージェネレーション装置１００を用い、各種の廃棄物に対して運転を行った結果、常に７５％以上の総合効率が確保され（但し、始動時および停止時を除く。）、非常に良好な運転結果が得られ、本発明の効果が顕著に示された。
【００５５】
［第二実施形態］
図２には、本発明の第二実施形態のコージェネレーション装置２００の全体構成が示されている。コージェネレーション装置２００は、前記第一実施形態の場合と同様に廃棄物処理用コージェネレーション装置である。
【００５６】
図２において、コージェネレーション装置２００は、エンジン２０１および発電機２０２により構成される装置本体２００Ａと、熱需要量設定手段２０３と、有効熱出力検出手段２０４と、最適化演算手段２０５と、補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂと、総合効率演算手段２０７とを備えている。これらの装置本体２００Ａおよび各手段２０３，２０４，２０５，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０７は、それぞれ前記第一実施形態のコージェネレーション装置１００の装置本体１００Ａおよび各手段１０３，１０４，１０５，１０６Ａ，１０６Ｂ，１０７と同じ構成および機能を有するものであるが、最適化演算手段２０５については、前記第一実施形態の最適化演算手段１０５よりも多くの機能を備えている。
【００５７】
また、コージェネレーション装置２００は、前記第一実施形態のコージェネレーション装置１００とは異なり、エンジン２０１への改質ガスの供給路に設けられて改質ガスを貯留する改質ガス貯留槽２０８と、この改質ガス貯留槽２０８の下流側に設けられた燃料供給量制御手段である改質ガス供給量制御手段２０９と、運転時にエンジン２０１から排出される有害物質であるＣＯ２の排出量を検出する有害物質排出量検出手段であるＣＯ２排出量検出手段２１０と、運転時にエンジン２０１から排出される有害物質であるＮＯｘの排出量を検出する有害物質排出量検出手段であるＮＯｘ排出量検出手段２１１とを備えている。
【００５８】
最適化演算手段２０５は、総合効率演算手段２０７による演算結果、熱需要量設定手段２０３による設定値、および有効熱出力検出手段２０４による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下でコージェネレーションの総合効率が最適化されるような各燃料（改質ガスおよび二種類の補助燃料）の絶対量を演算する処理を行うとともに、ＣＯ２排出量検出手段２１０およびＮＯｘ排出量検出手段２１１による各検出値、熱需要量設定手段２０３による設定値、および有効熱出力検出手段２０４による検出値に基づき、設定した熱需要量が満たされる条件下で有害物質であるＣＯ２およびＮＯｘの排出量の抑制が最適化されるような各燃料（改質ガスおよび二種類の補助燃料）の絶対量を演算する処理も行うものである。
【００５９】
改質ガス供給量制御手段２０９は、例えば流量調整弁等により構成されている。
【００６０】
このような第二実施形態においては、以下のようにしてコージェネレーション装置２００を用いて燃料の供給量を管理し、最適化制御を行う。
【００６１】
先ず、コージェネレーション装置２００の始動時および停止時を除く通常運転時においては、前記第一実施形態の場合と同様に、次のようなメインループの制御を行う。すなわち、最適化演算手段２０５により、熱需要量設定手段２０３による設定値（瞬時瞬時の熱需要量の予定値）と、有効熱出力検出手段２０４による検出値とを比較演算し、有効熱出力検出手段２０４による検出値が、熱需要量設定手段２０３による設定値と一致するように、補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂに指令を出して供給量を調整する。
【００６２】
また、上記のメインループの制御は、総合効率演算手段２０７による演算結果、並びにＣＯ２排出量検出手段２１０およびＮＯｘ排出量検出手段２１１による各検出値を考慮しない場合における必要な熱を確保するための制御であるが、この制御と併せて、次のような二つの補正ループの制御を行う。すなわち、第一の補正ループでは、前記第一実施形態の場合と同様に、総合効率演算手段２０７により、発電機２０２からの発電出力に基づき総合効率を演算し、この演算結果を最適化演算手段２０５で受け取り、最適化演算手段２０５により、総合効率が良くない状態になっていると判断した場合には、有効熱出力検出手段２０４による検出値が、熱需要量設定手段２０３による設定値よりも若干大きくなるように、補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂおよび改質ガス供給量制御手段２０９に指令を出して供給量を調整し、総合効率を良い方向に修正する。つまり、メインループの制御における熱需要量の設定値を若干増加させる補正を行う。
【００６３】
第二の補正ループは、前記第一実施形態では行わなかった制御であり、ＣＯ２排出量検出手段２１０およびＮＯｘ排出量検出手段２１１により、エンジン２０１からのＣＯ２排出量およびＮＯｘ排出量を検出し、これらの検出値を最適化演算手段２０５で受け取り、最適化演算手段２０５により、ＣＯ２排出量およびＮＯｘ排出量が最小になるように、補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂおよび改質ガス供給量制御手段２０９に指令を出して供給量を調整し、ＣＯ２排出量およびＮＯｘ排出量を抑制する方向に修正する。そして、この第二の補正ループの制御を行う際にも、有効熱出力検出手段２０４による検出値が、熱需要量設定手段２０３による設定値（瞬時瞬時の熱需要量の予定値）未満にならないようにする。なお、供給量の調整は、燃料比率の変更および各燃料の絶対量の増減により行う。
【００６４】
次に、コージェネレーション装置２００の始動時においては、廃棄物処理を開始して間もないので十分な量の改質ガスを確保できないという事情があるため、改質ガス貯留槽２０８に改質ガスを貯留しておき、この貯留した改質ガスを用いてエンジン２０１への改質ガスの供給を行う。
【００６５】
この際、始動時のように温度が低い状態では、改質ガスが燃焼しにくいため、多くの補助燃料を供給しなければならない。従って、改質ガスを全量投入すると、補助燃料もそれに相応するだけ多量に供給しなければならないので、ＣＯ２やＮＯｘの排出量が多くなる。そこで、熱出力は、最初から熱需要量に応じて全量を出す必要もないので、始動時には、熱出力を犠牲にし、補助燃料によるＣＯ２やＮＯｘの排出量の絶対値が、許容範囲内（規制値や管理目標値以下）に収まるように、最適化演算手段２０５から補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂおよび改質ガス供給量制御手段２０９に指令を出して各補助燃料および改質ガスの供給量を制限する。なお、始動時には、以上のような制御を行うため、熱出力は、熱需要量設定手段２０３による設定値を下回ってもよい。
【００６６】
また、コージェネレーション装置２００の停止時においては、熱需要量が大幅に減少しているため、最適化演算手段２０５から補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂおよび改質ガス供給量制御手段２０９に指令を出して各補助燃料および改質ガスの絶対量をいずれも減少させ、ＣＯ２やＮＯｘの排出量の絶対値が、許容範囲内（規制値や管理目標値以下）に収まるようにする。
【００６７】
このような第二実施形態によれば、前記第一実施形態の場合と同様に、最適化演算手段２０５により、熱需要量設定手段２０３による設定値を参照して熱需要量に応じた形での最適量の燃料供給を実現できるという効果（メインループの制御の効果）、最適化演算手段２０５により、総合効率演算手段２０７による演算結果を考慮して燃料供給量を調整することで総合効率の最適化を図ることができるという効果（第一の補正ループの制御の効果）を得ることができることに加え、次のような効果も得ることができる。
【００６８】
すなわち、最適化演算手段２０５により、ＣＯ２排出量検出手段２１０およびＮＯｘ排出量検出手段２１１による各検出値を考慮して燃料供給量を調整するので、ＣＯ２およびＮＯｘの排出量の最小化を図ることができ、環境保護の観点から好ましい運転を実現することができる（第二の補正ループの制御の効果）。つまり、環境問題を考える場合、改質ガスと、補助燃料として用いる化石燃料とでは、排出される有害ガスの質と量が異なり、一般的に改質ガスについては、有害ガスの排出量が少ないのに対し、化石燃料からは、かなりの量の有害ガスが排出される。従って、第一の補正ループの制御により総合効率の最適化を図るだけでは環境対策として十分ではないが、第二の補正ループの制御により環境対策の面から燃料供給量を調整することで、この問題を解消することができる。
【００６９】
また、改質ガス貯留槽２０８が設けられているので、始動時において十分な量の改質ガスを確保できない場合でも、改質ガス貯留槽２０８に改質ガスを貯留しておき、これを用いるようにすれば、必要な量の改質ガスをエンジン２０１へ供給することができる。
【００７０】
さらに、改質ガス貯留槽２０８の下流側に改質ガス供給量制御手段２０９が設けられているので、最適化演算手段２０５から指令を出すことにより、エンジン２０１への改質ガスの供給量を自在に調整することができる。ところで、ＣＯ２やＮＯｘ等の有害物質の排出抑制は、総合効率の向上よりも重要な位置付けにあるため、燃焼量を犠牲にしても達成しなければならない。従って、このような環境問題を考慮し、最適化演算手段２０５から改質ガス供給量制御手段２０９に指令を出して改質ガスの供給量を調整することにより、次のような制御を行うこともできる。すなわち、本実施形態の第二の補正ループの制御では、通常運転時においては、熱需要量設定手段２０３による設定値以上の熱出力を確保しつつ、ＣＯ２やＮＯｘ等の有害物質の排出量を、なるべく抑制して最小化する制御を行っているが、運転条件によっては、ＣＯ２やＮＯｘ等の有害物質の排出量を許容範囲内（規制値または管理目標値以下）に収めつつ、熱出力が、なるべく熱需要量設定手段２０３による設定値に近づくような制御（従って、熱出力が、熱需要量設定手段２０３による設定値未満となることを妨げない制御）を行ってもよい。特に、本実施形態では、エンジン２０１にディーゼルエンジンが用いられているため、始動時や停止時には、ＣＯ２やＮＯｘ等の有害物質の排出量が、管理目標値を上回るおそれがあるので、燃焼量を犠牲にしても、ＣＯ２やＮＯｘ等の有害物質の排出抑制を達成する制御を行う必要がある。なお、このような制御を行って本実施形態のコージェネレーション装置２００を運転した結果、始動時および停止時には、若干総合効率が低下したものの、有害物質の排出量については、ＣＯ２およびＮＯｘ共に許容範囲内に収めることができた。
【００７１】
［変形の形態］
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
【００７２】
すなわち、前記第一実施形態では、二つの補助燃料供給量制御手段１０６Ａ，１０６Ｂが設けられ、前記第二実施形態でも、二つの補助燃料供給量制御手段２０６Ａ，２０６Ｂが設けられ、いずれの場合も二種類の補助燃料の供給量を個別に自在調整できるようになっていたが、二種類の補助燃料を供給するのではなく、一種類の補助燃料のみを供給するようにしてもよく、三種類以上の補助燃料を供給するようにしてもよい。また、全ての種類の補助燃料について供給量を自在調整できるようになっている必要はないが、最適化をより一層図るという観点から、全ての種類の補助燃料について供給量を個別に自在調整できるようになっていることが好ましい。
【００７３】
また、前記各実施形態では、総合効率演算手段１０７，２０７による総合効率の演算は、発電出力をパラメータとして行っていたが、熱出力をパラメータとして行ってもよい。
【００７４】
さらに、前記第二実施形態では、有害物質排出量検出手段として、ＣＯ２排出量検出手段２１０およびＮＯｘ排出量検出手段２１１が設けられていたが、その他の有害物質の排出量を検出する手段を設けてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、総合効率の演算結果あるいは有害物質の排出量の検出値を考慮して燃料の供給量の調整を行うので、総合効率の最適化あるいは有害物質の排出抑制の最適化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態のコージェネレーション装置の全体構成図。
【図２】本発明の第二実施形態のコージェネレーション装置の全体構成図。
【符号の説明】
１００，２００  コージェネレーション装置
１００Ａ，２００Ａ  装置本体
１０３，２０３  熱需要量設定手段
１０４，２０４  有効熱出力検出手段
１０５，２０５  最適化演算手段
１０６Ａ，１０６Ｂ，２０６Ａ，２０６Ｂ  燃料供給量制御手段である補助燃料供給量制御手段
１０７，２０７  総合効率演算手段
２０８  改質ガス貯留槽
２０９  燃料供給量制御手段である改質ガス供給量制御手段
２１０  有害物質排出量検出手段であるＣＯ２排出量検出手段
２１１  有害物質排出量検出手段であるＮＯｘ排出量検出手段
【図１】
2004156501.tif 000003
【図２】
2004156501.tif 000004