(57)【要約】【課題】契約料金をも含めたトータルコストを最適化するコジェネプラントの制御装置を提供する。【解決手段】発電を行うコジェネレーションユニット１を１乃至複数台備え、電気の需要を予測し、その予測を満たすよう外部からの受電とコジェネレーションユニット１による発電とを併用し、受電の従量料金と発電コストとの総和が最小となる運転台数及び発電量を計画して上記コジェネレーションユニット１を運転するコジェネレーションプラントにおいて、受電量に対して予め上限値を設定しておき、上記計画における受電量が上限値を超えそうなときには、その超過分に相当する発電量をコジェネレーションユニット１で発電するよう上記計画を補正する計画補正部４を備えた。契約電力を超えないように上限値を設定する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行うコジェネレーションユニットを１乃至複数台備え、電気の需要を予測し、その予測を満たすよう外部からの受電とコジェネレーションユニットによる発電とを併用し、受電の従量料金と発電コストとの総和が最小となる運転台数及び発電量を計画して上記コジェネレーションユニットを運転するコジェネレーションプラントにおいて、受電量に対して予め上限値を設定しておき、上記計画における受電量が上限値を超えそうなときには、その超過分に相当する発電量をコジェネレーションユニットで発電するよう上記計画を補正する計画補正部を備えたことを特徴とするコジェネレーションプラントの制御装置。
【請求項２】
上記計画補正部は、現在から過去所定時間までの受電量を平均し、その平均値から上記超過分に相当する発電量を算出することを特徴とする請求項１記載のコジェネレーションプラントの制御装置。
【請求項３】
受電量に対して予め下限値が設定されており、上記計画は、下限値以上の受電量を維持するように計画することを特徴とする請求項１又は２記載のコジェネレーションプラントの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部からの受電を併用したコジェネレーションプラントの制御装置に係り、特に、契約料金をも含めたトータルコストを最適化するコジェネレーションプラントの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気噴射型ガスタービン（以下、ガスタービンという）を主機とし、そのガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラを付加して構成された熱電可変型のコジェネレーションユニット（以下、コジェネユニットという）は、排熱回収ボイラからの蒸気をガスタービンに入力することによって発電効率（発電能力）を上げることができるので、単に電力と蒸気とを並行して出力するだけでなく、それぞれの出力量を複合的に調節することができる。
【０００３】
図１０に示されるように、コジェネユニットは、蒸気噴射型ガスタービン５０と排熱回収ボイラ５１とから構成され、蒸気噴射型ガスタービン５０では、給気をコンプレッサ５３で圧縮して燃焼室５４に送り、燃焼室５４に供給された燃料を燃焼させてタービン５５を駆動し、発電機Ｇによる発電を行い、タービン５５からの燃焼排ガスを排熱回収ボイラ５１に供給して熱回収し、排熱回収ボイラ５１に給水して得られた蒸気を需要先につながる配管５８に送ると共に、その蒸気の一部を噴射蒸気として燃焼室５４に供給し、またノズル５６を介して圧縮空気と共にタービン５５に供給する。
【０００４】
このようにコジェネユニットは、排熱回収ボイラから発生した蒸気の一部をガスタービンに噴射することにより発電効率を上げるものであり、同じ量の燃料を消費するという入力条件（例えば、定格運転）のもとで電気と蒸気との出力配分を任意に設定して電力量と蒸気量とを調整することができる。
【０００５】
本出願人は、先に特願平２０００−２１８２０号において、１乃至複数台のコジェネユニットを備えたコジェネレーションプラント（以下、コジェネプラントという）を提案した。このコジェネプラントでは、個々のコジェネユニットを制御する個別制御装置の上位に統括制御装置を設けて、各個別制御装置に指令を出すようになっている。詳しくは、上記文献に記載されているとおりであるが、要約すると、統括制御装置は、電気及び蒸気の需要を予測する需要予測部（文献では、需要計画部）と、その需要予測をミニマムコストで満たすよう運転台数及び出力配分を計画する運転計画部（文献では、最適運用計算部）とを備える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コジェネプラントは、上記したプラント内での発電のほかに、商用電源からの受電を併用するのが一般的である。受電を併用する場合、電力会社との契約により、種々の受電形態及び課金方式がある。
【０００７】
受電形態には、余剰発電電力を商用電源に供給するいわゆる売電が認可されているものと、認可されていないものとがある。売電が認可されたコジェネプラントでは、需要を上回る発電をした場合に余剰電力を売ることで運転コスト削減に貢献できるが、売電が認可されていないコジェネプラントでは、余剰電力が発生しないように運転計画を立てることが重要となる。
【０００８】
課金方式は、契約料金に関するものと、使用料金に関するものとがある。
【０００９】
使用料金（従量料金ともいう）は、受電量に比例若しくは段階的に加重比例した金額を支払うものである。使用料金は、昼間と夜間とで時間あたりの単価が異なるのが一般的である。例えば、ある電力会社では平日の朝８時から２２時（この時間帯を昼間と呼ぶ）は、昼間料金であり時間あたりの単価が高く、平日夜間及び休日は夜間料金であり時間あたりの単価が安い。従来のコジェネプラントでは、燃料費用などのコジェネユニットの運転コストに加えて受電の従量料金も考慮した運転コストを最小とするように運転計画をたてているが、時間帯で単価が異なるので、運転計画も時間帯を考慮したものとなる。
【００１０】
図８、図９に、コジェネプラントの平日一日の運転状況の実例を示す。線８１，９１は需要電力、線８２，９２はコジェネユニットの１号機の発電電力、線８３は１号機の発電電力に累積した２号機の発電電力を示し、需要電力である線８１の縦軸値から両号機合計の発電電力である線８３の縦軸値を引いた残りが受電電力である。図８から、深夜は全需要を受電で賄い、朝の需要ピークに合わせてコジェネユニットを順次立ち上げ、昼間料金に切り替わる８時にはほぼ全需要を発電で賄っていることがわかる。これは夜間料金より運転コストが高く、運転コストより昼間料金が高いときの運転計画によるものである。昼間において受電電力が常に少しあるのは、後述する最小受電量一定制御によるものである。一方、図９はコジェネユニットを１台しか使用しないケースであり、線９１の縦軸値から線９２の縦軸値を引いた残りが受電電力である。深夜は全需要を受電で賄い、需要が多い１０時から２２時まで一貫してコジェネユニットを定格運転していることがわかる。これは休日なので昼間料金よりも運転コストが高いため、蒸気を賄うために必要なコジェネユニット１台のみを運転するという運転計画によるものである。
【００１１】
最小受電量一定制御や時間帯を考慮した従来方法では、受電量の多いほうには限界が設定されておらず、例えば、深夜０時には約４目盛り半の量の受電が行われている。
【００１２】
契約料金（契約電力料金ともいう）は、使用料金とは異なり、電力会社の利用者であることに対して課金される。契約料金は、契約電力に応じて金額が設定される。その契約電力は、昼夜を問わず年間を通しての使用電力の実績の中での最大電力（所定短時間内の平均値で評価する）で決められる。図８、図９の場合、夜間に約４目盛り半の受電を記録しており、これを基に契約電力が決まる。平均的な使用電力が少なく、僅かの時間だけ大量の受電を行った場合でも、その大量の受電を基準に年間の契約電力が決定され、多額の契約料金を請求されることになる。契約電力を超える受電をした場合、超過分に対しては超過料金が課金される。
【００１３】
このように、商用電源からの受電を併用するコジェネプラントでは、従量料金のほかに契約料金というコスト要因があるため、従来のように運転コスト（従量料金や発電コスト）を最小にするという制御目標だけで計画を立てて実行しても、契約料金が抑えきれず、トータルではコスト高になるというケースが考えられる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、契約料金をも含めたトータルコストを最適化するコジェネプラントの制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、発電を行うコジェネレーションユニットを１乃至複数台備え、電気の需要を予測し、その予測を満たすよう外部からの受電とコジェネレーションユニットによる発電とを併用し、受電の従量料金と発電コストとの総和が最小となる運転台数及び発電量を計画して上記コジェネレーションユニットを運転するコジェネレーションプラントにおいて、受電量に対して予め上限値を設定しておき、上記計画における受電量が上限値を超えそうなときには、その超過分に相当する発電量をコジェネレーションユニットで発電するよう上記計画を補正する計画補正部を備えたものである。
【００１６】
上記計画補正部は、現在から過去所定時間までの受電量を平均し、その平均値から上記超過分に相当する発電量を算出してもよい。
【００１７】
受電量に対して予め下限値が設定されており、上記計画は、下限値以上の受電量を維持するように計画してもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明に係るコジェネプラントの制御装置は、複数台のコジェネユニット１と、電力の需要を予測する需要予測部２と、外部からの受電とコジェネユニット１による発電とでその予測を満たすよう運転台数及び発電量を計画する運転計画部３と、その計画における受電量が予め設定した上限値を超えそうなときには、その超過分に相当する発電量をコジェネユニット１で発電するよう上記計画を補正する計画補正部（受電一定制御部ともいう）４とを備える。コジェネユニット１から出力されている発電量と電力会社からの受電量との和が供給先（需要先）への電力供給量となる。
【００２０】
計画補正部４は、受電量が予め設定した上限値を超えないように発電量を制御するもので、その上限値として契約電力に等しいかやや低い値を設定することにより、受電量が契約電力を超えないように発電量を制御する機能を持つことになる。この制御を最大受電量一定制御と呼ぶことにする。
【００２１】
計画補正部４は、現在から過去所定時間までの受電量を平均する受電平均値演算部４１と、その平均値から上記超過分に相当する発電量を算出する発電量計算部４２とを備え、発電量計算部４２が算出した発電量をコジェネユニット１に指示するようになっている。
【００２２】
この制御装置は、前述した文献；特願平２０００−２１８２０号に記載されているコジェネプラントの統括制御装置に組み込むことができる。図２は、そのコジェネプラントの構成図であり、統括制御装置８など各部の符号は変えてあるが、各部に従来からある機能は文献に記載のとおりであるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
ただし、本実施形態では、売電が認可されていないプラントを対象としており、需要を上回る発電をしてしまうと、その余剰電力は全く無駄になってしまうので、常に若干量の受電を行うのが適切である。即ち、予測される需要にぴったり合わせて発電するのではなく、常に需要より若干少ない発電を行い、不足分を受電する。これにより、実際の需要が予測値よりずれて少なくなっても、受電分を減らすことで、発電分が余剰になることがない。制御としては、予測される需要よりも一定値少ない値を目標として発電を行うことになる。このような制御を最小受電量一定制御と呼ぶことにする。具体的には、運転計画部３において、外部からの受電量を一定値に収めるようにコジェネユニットの運転が計画される。
【００２４】
運転計画部３が実行するコジェネユニットの運転台数の制御の流れ図を図３に示す。台数はｎとして一般化してあるので、コジェネプラント内に設けられるコジェネユニットの総台数がいくつであっても、この流れ図が適用できる。図示のように、需要予測のステップ３１に続いて発電量計画のステップ３２を実行すると、必要な発電量が求まる。次いで、ステップ３３で各コジェネユニットの最大出力を計算する。最大出力とは、定格運転により得られる発電量のことである。ただし、ここでは蒸気の計画は省いているので、運転ポイントは適宜なポイントに固定して考える。
【００２５】
次のステップ３４では、上記で求めた必要な発電量と各コジェネユニットの最大出力とを用い、発電量と現在稼働しているｎ台トータルの最大出力とを比較し、必要な発電量に満たなければステップ３５で稼働台数を増加させる。必要な発電量が満たされるならば、ステップ３６にすすみ、必要な発電量と１台を減らした場合のトータル最大出力とを比較する。稼働台数を減らすと必要な発電量が満たされないのであれば、ステップ３７のように稼働台数を維持する。稼働台数を減らしても必要な発電量が満たされるのであればステップ３８で稼働台数を減少させる。
【００２６】
運転計画部３と計画補正部４とが実行する受電量制御の流れ図を図４に示す。図示のように、ステップ４１にて、受電価格と発電価格との比較を行う。即ち、等量の電力を得るために受電した場合の費用（使用料金）と発電した場合の費用（コジェネユニットの運転コスト）とを比較する。昼間料金の時間帯と夜間料金の時間帯とで使用料金が異なるのは言うまでもない。受電価格が発電価格より大きい場合、発電量を多くすれば経済効率がよい。そこで、ステップ４２にて、電力需要から発電可能な最大量を引いた値が設定最小値より大きいかどうか比較する。ＹＥＳであれば、ステップ４３にて発電量を最大とする。これにより、発電量は最大で、設定最小値より多い受電が行われ、電力需要の変動分は受電量の増減で対応することになる。ステップ４２で、ＮＯであれば、ステップ４４にて発電量を電力需要−設定最小値とする。これにより、常に設定最小値分の受電が行われ、電力需要の変動分は発電量の増減で対応することになる。ステップ４３，４４は、最小受電量一定制御に相当する。
【００２７】
ステップ４１で受電価格が発電価格より大きくない場合、発電量を少なくすれば経済効率がよいが、受電量が契約電力を超えないように図る必要がある。そこで、ステップ４５にて、電力需要が設定最大値より大きいかどうか比較する。ＹＥＳであれば、ステップ４６にて発電量を電力需要−設定最大値とする。これにより、常に設定最大値の受電が行われ、電力需要の変動分は発電量の増減で対応することになる。ステップ４５で、ＮＯであれば、ステップ４７にて発電量を０とする。これにより、電力需要の全てを受電で賄うことになる。ステップ４６，４７は、最大受電量一定制御に相当する。
【００２８】
次に、計画補正部４が行う最大受電量一定制御における発電量設定の具体例を説明する。図５には、過去の受電量の時間波形が示されている。計画補正部４の受電平均値演算部４１は、現在時刻から３０分前までの受電量を加算平均する。発電量計算部４２には、最大受電電力が設定されている。この設定最大受電電力は、契約電力（契約最大受電電力）より余裕をとった値に設定されている。従って、設定最大受電電力を受電量の上限値とする。上記受電量の加算平均値が設定最大受電電力を下回るよう発電力を制御すれば、受電量が契約最大受電電力を超えるのを防ぐことができる。
【００２９】
前述した図８、図９と同じ需要電力の変化に対して本発明のコジェネプラントが動作する運転状況を図６、図７に示す。線６１，７１は需要電力、線６２，７２はコジェネユニットの１号機の発電電力、線６３は１号機の発電電力に累積した２号機の発電電力を示し、需要電力である線６１の縦軸値から両号機合計の発電電力である線６３の縦軸値を引いた残りが受電電力である。図６では、深夜０時から１時頃まで１号機が発電をしている。また、２２時以降は２号機が発電をしている。これは夜間料金より運転コストが高く、運転コストより昼間料金が高いときの運転計画によるものであるが、図８と比較すると、昼間及び深夜でも需要電力が低いときには、１号機、２号機ともほぼ図８と同じような運転になっているが、上記した深夜０時及び２２時のように需要電力が約４目盛りを超えるときには、１号機又は２号機が運転されていることがわかる。これにより、受電電力が４目盛りを超えることがない。一方、図７はコジェネユニットを１台しか使用しないケースであり、線７１の縦軸値から線７２の縦軸値を引いた残りが受電電力である。図９とは対照的に、昼間においてもコジェネユニットが定格運転にまで至らず、常に受電量が大きい。これは、夜間も昼間も受電価格が発電価格より大きくないときの運転計画によるものである。しかし、需要電力が約４目盛りを超えるときには１号機が運転されている。これにより、受電電力が４目盛りを超えることがない。なお、昼間の受電価格が発電価格より大きい場合には、図９と同様に昼間はコジェネユニットを定格運転することになるが、０時頃の需要電力が大きいときにも発電を行うという点で図９とは異なる運転状況となる。
【００３０】
図８、図９では受電電力が４目盛り半に達するので、これを基準に年間の契約電力が決定されるが、図６、図７では受電電力が４目盛りを超えることがないので、より低い契約電力とすることができ、契約料金が安くなる。トータルでは、夜間にコジェネユニットを運転したコストと契約料金の削減分とのトレードオフになる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３２】
（１）受電量が上限値を超えることがないので、契約電力を超えないように上限値を設定しておけば、契約料金を安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す制御装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すコジェネプラントの構成図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す運転台数の制御の流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す受電量制御の流れ図である。
【図５】本発明の最大受電量一定制御における発電量設定の概念図である。
【図６】最大受電量一定制御を行ったときの一日間の需要電力、発電電力の一例を示した時間波形図である。
【図７】最大受電量一定制御を行ったときの一日間の需要電力、発電電力の一例を示した時間波形図である。
【図８】最小受電量一定制御を行ったときの一日間の需要電力、発電電力の一例を示した時間波形図である。
【図９】最小受電量一定制御を行ったときの一日間の需要電力、発電電力の一例を示した時間波形図である。
【図１０】コジェネユニットの構成図である。
【符号の説明】
１　コジェネユニット
２　需要予測部
３　運転計画部
４　計画補正部
【図１】
2004023914.tif 000003
【図２】
2004023914.tif 000004
【図３】
2004023914.tif 000005
【図４】
2004023914.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004023914.tif 000009
【図８】
2004023914.tif 000010
【図９】
2004023914.tif 000011
【図１０】
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