(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置と、
稼動指示又は停止指示を前記複数のエネルギ生成装置へ送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置と
を備え、
前記複数のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整システムにおいて、
発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置と、
熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置と
を有し、
前記制御装置は、
電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、
受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第１推算熱量を推算する手段と、
受付けた熱の需要量及び前記第１推算熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出する手段と、
算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段と、
算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出する手段と
を備え、
一日当たりの使用熱量を受付ける手段と、
一日当たりの使用電力量を受付ける手段と、
受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算する手段と、
前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出する手段と、
受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出する手段とを備え、
前記不足熱量の総量を算出する手段が、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することを特徴とするエネルギ需給バランス調整システム。
【請求項２】
受付けた使用電力量を受付けた使用熱量で除算して電熱比を算出する手段と、
算出した電熱比が所定値より小さいか否かを判断する手段と、
該手段で小さいと判断した場合、前記第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出する手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ需給バランス調整システム。
【請求項３】
推算した前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との差異である第２差異を算出する手段と、
前記第２差異を前記不足熱量の総量に加算して、一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ需給バランス調整システム。
【請求項４】
電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置と、
稼動指示又は停止指示を前記複数のエネルギ生成装置へ送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置と
を備え、
前記複数のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整システムにおいて、
熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置と、
熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置と
を有し、
前記制御装置は、
電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、
受付けた電力の需要量を熱の需要量で除算して電熱比を算出する手段と、
算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出する手段と、
算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断する手段と
を備え、
該手段で上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させるようにしてあることを特徴とするエネルギ需給バランス調整システム。
【請求項５】
前記所定値は、一又は複数の第３のエネルギ生成装置及び一又は複数の第４のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値の平均値であることを特徴とする請求項４記載のエネルギ需給バランス調整システム。
【請求項６】
電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置により、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整方法であって、
電力の需要量及び熱の需要量を受付け、
受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第１推算熱量を推算し、
受付けた熱の需要量及び前記第１推算熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出し、
算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出し、
算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出するとともに、
一日当たりの使用熱量及び一日当たりの使用電力量を受付け、
受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算し、
前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出し、
受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出し、
前記不足熱量の総量を算出するにあたり、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することを特徴とするエネルギ需給バランス調整方法。
【請求項７】
電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置により、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整方法であって、
電力の需要量及び熱の需要量を受付け、
受付けた電力の需要量を熱の需要量で除算して電熱比を算出し、
算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出し、
算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断し、
上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させることを特徴とするエネルギ需給バランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素流通ネットワークを基板として分散配備されたエネルギ生成装置と、集中配備された高効率原動機とを備え、両者のエネルギ生成負荷を調整するエネルギ需給バランス調整システム及びエネルギ需給バランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギの需要量が増加すると共に、環境問題への関心も高まっている。環境問題及び需要量増加の両方に対処すべく、エネルギの利用効率の高い燃料電池及び該燃料電池による発電の際に生じる排熱を給湯又は暖房等に利用するコジェネレーションシステムが多々開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
コジェネレーションシステムで用いる燃料電池は、高分子電解質（ＰＥＦＣ）型で最高出力が１ＫＷの燃料電池が主流であり、ＰＥＦＣスタック（発電モジュール）、都市ガス等の化石燃料から水素リッチガスを生成する改質器、ＰＥＦＣスタック及び改質器からの排熱を回収する熱交換器等で構成されている。
【０００４】
一方、ガスエンジンを用いた熱電併給システムも、硫黄酸化物の排出が極めて少なく、環境負荷が小さいので、特に都市域のコジェネレーションシステムとしてマンション等に集中配備されている。最近では、発電効率と環境性の向上とを両立すべく、副室燃焼型のような窒素酸化物の排出が少なく、高発電効率型のガスエンジンが普及しつつある（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８９２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したようなガスエンジンを用いた熱電併給システムを集中配備した場合、一般に発電効率よりも熱生成効率の方が高い。したがって、マンション等の集合住宅に集中配備した場合、電力だけを使用して温水をあまり使用しない、いわゆる「熱余り」状態となることが多い。
【０００６】
一方、燃料電池を用いたコジェネレーションシステムを分散配備した場合、発電効率と熱生成効率とは同等であるものの、特に冬季には温水の需要が高まり、温水を多く使用して電力をあまり使用しない、いわゆる「熱不足」状態となることが多い。近年では、高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池と固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池とを併用する例もあり、応答速度の大小、熱生成効率を発電効率で除した値の相違等が存在することから、最も効率よく稼動させることが困難な状況も生じている。
【０００７】
また、電力及び温水の自給自足を達成しようと試みた場合、需要者の戸数が一定であっても、個々のライフスタイルの変動により、電力需要と温水需要とのバランスは大きく変動する。例えば夏季にはエアコン等の稼動過剰により、電力需要が急増するのに対して温水需要は減少し、冬季には温水需要のみが急増する。このように、ガスエンジンを用いた熱電併給システムを集中配備した場合、又は燃料電池を用いたコジェネレーションシステムを分散配備した場合には、いずれも電力及び熱の需給バランスを均衡することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、需要者のライフスタイルの変動があっても、システム全体として電力及び熱の需給バランスを最適に調整することができるエネルギ需給バランス調整システム及びエネルギ需給バランス調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために第１発明に係るエネルギ需給バランス調整システムは、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置と、稼動指示又は停止指示を前記複数のエネルギ生成装置へ送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置とを備え、前記複数のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整システムにおいて、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置と、熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置とを有し、前記制御装置は、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第１推算熱量を推算する手段と、受付けた熱の需要量及び前記第１推算熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出する手段と、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段と、算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出する手段とを備え、一日当たりの使用熱量を受付ける手段と、
一日当たりの使用電力量を受付ける手段と、受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算する手段と、前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出する手段と、受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出する手段とを備え、前記不足熱量の総量を算出する手段が、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
また、第２発明に係るエネルギ需給バランス調整システムは、第１発明において、受付けた使用電力量を受付けた使用熱量で除算して電熱比を算出する手段と、算出した電熱比が所定値より小さいか否かを判断する手段と、該手段で小さいと判断した場合、前記第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明に係るエネルギ需給バランス調整システムは、第１又は第２発明において、推算した前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との差異である第２差異を算出する手段と、前記第２差異を前記不足熱量の総量に加算して、一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段と
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第４発明に係るエネルギ需給バランス調整システムは、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置と、稼動指示又は停止指示を前記複数のエネルギ生成装置へ送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置とを備え、前記複数のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整システムにおいて、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置と、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置とを有し、前記制御装置は、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、受付けた電力の需要量を熱の需要量で除算して電熱比を算出する手段と、算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出する手段と、算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断する手段とを備え、該手段で上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させるようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明に係るエネルギ需給バランス調整システムは、第４発明において、前記所定値は、一又は複数の第３のエネルギ生成装置及び一又は複数の第４のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値の平均値であることを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明に係るエネルギ需給バランス調整方法は、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置により、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整方法であって、電力の需要量及び熱の需要量を受付け、受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第１推算熱量を推算し、受付けた熱の需要量及び前記第１推算熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出し、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出し、算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出するとともに、一日当たりの使用熱量及び一日当たりの使用電力量を受付け、受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算し、前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出し、受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出し、前記不足熱量の総量を算出するにあたり、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、第７発明に係るエネルギ需給バランス調整方法は、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置により、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置から供給される電力量及び熱量と、電力及び熱の需要量との需給バランスを調整するエネルギ需給バランス調整方法であって、電力の需要量及び熱の需要量を受付け、受付けた電力の需要量及び熱の需要量に基づいて、電熱比を算出し、算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出し、算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断し、上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させることを特徴とする。
【００１７】
また、本願第１発明のエネルギ需給バランス調整システムで採用できる制御装置は以下の構造とできる。この制御装置を本明細書では第８発明と呼ぶ。第８発明に係る制御装置は、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して、稼動指示又は停止指示を送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置において、前記複数のエネルギ生成装置は、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置を含み、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する熱量を推算する手段と、受付けた熱の需要量及び推算した熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出する手段と、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段と、算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出する手段と、一日当たりの使用熱量を受付ける手段と、一日当たりの使用電力量を受付ける手段と、受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算する手段と、前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出する手段と、受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出する手段とを備え、前記不足熱量の総量を算出する手段が、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することとできる。
【００１８】
また、本願第４発明のエネルギ需給バランス調整システムで採用できる制御装置は以下の構造とできる。この制御装置を本明細書では第９発明と呼ぶ。第９発明に係る制御装置は、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して、稼動指示又は停止指示を送信し、前記エネルギ生成装置の発停を制御する制御装置において、前記複数のエネルギ生成装置は、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置を含み、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段と、受付けた電力の需要量を熱の需要量で除算して電熱比を算出する手段と、算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出する手段と、算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断する手段とを備え、該手段で上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させるようにしてあることを特徴とする。
【００１９】
また、本願第１発明のエネルギ需給バランス調整システムで採用できるコンピュータプログラムは以下の構造とできる。このコンピュータプログラムを本明細書では第１０発明と呼ぶ。第１０発明に係るコンピュータプログラムは、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して、稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記複数のエネルギ生成装置は、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置を含み、前記制御装置を、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段、受付けた電力の需要量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する熱量を推算する手段、受付けた熱の需要量及び推算した熱量に基づいて、不足熱量の総量を算出する手段、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する手段、及び算出した稼働時間を一又は複数の前記第２のエネルギ生成装置へ送出する手段、一日当たりの使用熱量を受付ける手段と、一日当たりの使用電力量を受付ける手段と、受付けた使用電力量を一又は複数の前記第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する第２推算熱量を推算する手段と、前記第２推算熱量と受付けた使用熱量との比率を算出する手段と、受付けた使用熱量と前記第１推算熱量との差異である第１差異を算出する手段として機能させ、前記不足熱量の総量を算出する手段が、前記第１差異に算出した比率を乗算して前記不足熱量の総量を算出することとできる。
【００２０】
また、本願第４発明のエネルギ需給バランス調整システムで採用できるコンピュータプログラムは以下の構造とできる。このコンピュータプログラムを本明細書では第１１発明と呼ぶ。第１１発明に係るコンピュータプログラムは、電力を発生する発電手段、及び該発電手段の排熱を使用して熱媒体を加熱する加熱手段を有し、電力を搬送する電力線及び熱媒体を搬送する熱媒体用配管に接続してある複数のエネルギ生成装置に対して、稼動指示又は停止指示を送信し、前記複数のエネルギ生成装置の発停を制御する制御装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記複数のエネルギ生成装置は、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置を含み、前記制御装置を、電力の需要量及び熱の需要量を受付ける手段、受付けた電力の需要量を熱の需要量で除算して電熱比を算出する手段、算出した電熱比になる場合の前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出する手段、算出した前記第４のエネルギ生成装置の使用比率が、前記第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下であるか否かを判断する手段、及び該手段で上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で前記第３のエネルギ生成装置及び前記第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で前記第４のエネルギ生成装置を稼動させる手段として機能させることとできる。
【００２１】
第１発明、第６発明、第８発明、及び第１０発明では、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、例えば分散配備した燃料電池を用いたコジェネレーションシステム、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置、例えば集中配備したガスエンジンを用いた熱電併給システムを備え、電力の需要量及び熱の需要量を受付け、受付けた電力の需要量を一又は複数の第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する熱量を推算する。受付けた熱の需要量から推算した熱量を減じる等により不足熱量の総量を算出し、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出して、一又は複数の第２のエネルギ生成装置へ送出する。これにより、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置からなるハイブリッドシステムを構成し、電力の需要量をすべて第１のエネルギ生成装置で賄うと仮定した場合の不足熱量を第２のエネルギ生成装置で賄うのに必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置を稼働させることにより、熱余り状態であっても熱不足状態であっても、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、電力及び熱の自給自足を行うことが可能となる。
【００２２】
さらに、一日当たりの使用熱量を受付け、推算した熱量と受付けた使用熱量との比率を算出する。一日当たりの使用電力量を受付け、受付けた使用電力量を一又は複数の第１のエネルギ生成装置で生成した場合に発生する熱量を推算する。受付けた使用熱量と推算した熱量との差異を算出し、算出した差異に算出した比率を乗算することにより、不足熱量の総量を算出する。これにより、一日当たりの使用熱量及び使用電力量を基礎として、電力需要量をすべて第１のエネルギ生成装置で賄うと仮定した場合の不足熱量を第２のエネルギ生成装置で賄うのに必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置を稼働させることができ、気候の変動等の外的要因が大きく変動することなく、第２のエネルギ生成装置の稼働時間を特定することができ、熱余り状態であっても熱不足状態であっても、相互に電力又は熱を適切に補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、電力及び熱の自給自足を行うことが可能となる。
【００２３】
第２発明では、一日当たりの使用電力量及び使用熱量を受付け、受付けた使用電力量及び使用熱量に基づいて電熱比を算出する。算出した電熱比が所定値より小さい場合、第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出する。これにより、一日当たりの使用電力量及び使用熱量を受付け、電熱比を算出することにより、電熱比が所定の値、例えば１．５より小さい場合、温水を通常使用する期間であると判断し、最適な第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出することにより、無駄な熱の発生を未然に防止し、電力と熱との需給バランスを維持することが可能となる。なお、電熱比が所定の値、例えば１．５以上である場合、異常に電力の需要量が高い夏季のエアコン稼動時であるものと判断し、第２のエネルギ生成装置の稼働台数を最小数である１とすることにより、無駄な熱の発生を未然に防止することができる。
【００２４】
第３発明では、一日当たりの使用熱量を受付け、推算した熱量と受付けた使用熱量との差異を算出し、算出した差異を不足熱量の総量に加算して第２のエネルギ生成装置の稼働時間を算出する。これにより、残熱量を考慮して需給バランスを調整することができ、特に第２のエネルギ生成装置を稼働させる時間を最小限に止めることができることから、熱余り状態が生じるのを未然に防止することが可能となる。
【００２５】
第４発明、第７発明、第９発明、及び第１１発明では、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、例えば高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステム、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置、例えば固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステムを備え、電力の需要量及び熱の需要量、例えば一日当たりの使用電力量及び使用熱量を受付け、受付けた電力の需要量及び熱の需要量に基づいて電熱比を算出し、算出した電熱比になる場合の第３のエネルギ生成装置及び第４のエネルギ生成装置の使用比率を算出する。算出した第４のエネルギ生成装置の使用比率が、第４のエネルギ生成装置の上限使用比率以下である場合、算出した使用比率で第３のエネルギ生成装置及び第４のエネルギ生成装置を稼動させ、上限使用比率より大きい場合、上限使用比率で第４のエネルギ生成装置を稼動させる。これにより、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、例えば高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステム、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置、例えば固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステムからなるハイブリッドシステムを構成し、比較的熱効率の方が高い第４のエネルギ生成装置を優先して稼動比率を確定し、比較的発電効率の方が高い第３のエネルギ生成装置により不足電力量を賄うことにより、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、需要電力量及び需要熱量の変動に対して即時的に対応可能なコジェネレーションシステムを提供することが可能となる。
【００２６】
第５発明では、一又は複数の第３のエネルギ生成装置及び一又は複数の第４のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値の平均値に基づいて、熱生成効率を発電効率で除した値の高低を判断する。これにより、複数のメーカが製造したエネルギ生成装置を混合して使用し、メーカ間で発電効率及び熱効率に差がある場合であっても、比較的熱効率の方が高い第４のエネルギ生成装置を優先して稼動比率を確定し、比較的発電効率の方が高い第３のエネルギ生成装置により不足電力量を賄うことにより、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、需要電力量及び需要熱量の変動に対して即時的に対応可能なコジェネレーションシステムを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
第１発明、第６発明、第８発明、及び第１０発明によれば、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置からなるハイブリッドシステムを構成し、電力の需要量をすべて第１のエネルギ生成装置で賄うと仮定した場合の不足熱量を第２のエネルギ生成装置で賄うのに必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置を稼働させることにより、熱余り状態であっても熱不足状態であっても、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、電力及び熱の自給自足を行うことが可能となる。
【００２８】
さらに、一日当たりの使用熱量及び使用電力量を基礎として、電力需要量をすべて第１のエネルギ生成装置で賄うと仮定した場合の不足熱量を第２のエネルギ生成装置で賄うのに必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置を稼働させることができ、気候の変動等の外的要因が大きく変動することなく、第２のエネルギ生成装置の稼働時間を特定することができ、熱余り状態であっても熱不足状態であっても、相互に電力又は熱を適切に補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、電力及び熱の自給自足を行うことが可能となる。
【００２９】
第２発明によれば、一日当たりの使用電力量及び使用熱量を受付け、電熱比を算出することにより、電熱比が所定の値、例えば１．５より小さい場合、温水を通常使用する期間であると判断し、最適な第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出することにより、無駄な熱の発生を未然に防止し、電力と熱との需給バランスを維持することが可能となる。なお、電熱比が所定の値、例えば１．５以上である場合、異常に電力の需要量が高い夏季のエアコン稼動時であるものと判断し、第２のエネルギ生成装置の稼働台数を最小数である１とすることにより、無駄な熱の発生を未然に防止することができる。
【００３０】
第３発明によれば、一日当たりの残熱量を考慮して需給バランスを調整することができ、特に第２のエネルギ生成装置を稼働させる時間を最小限に止めることができることから、熱余り状態が生じるのを未然に防止することが可能となる。
【００３１】
第４発明、第７発明、第９発明、及び第１１発明によれば、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置、例えば高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステム、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置、例えば固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステムからなるハイブリッドシステムを構成し、比較的熱効率の方が高い第４のエネルギ生成装置を優先して稼動比率を確定し、比較的発電効率の方が高い第３のエネルギ生成装置により不足電力量を賄うことにより、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、需要電力量及び需要熱量の変動に対して即時的に対応可能なコジェネレーションシステムを提供することが可能となる。
【００３２】
第５発明によれば、複数のメーカが製造したエネルギ生成装置を混合して使用し、メーカ間で発電効率及び熱効率に差がある場合であっても、比較的熱効率の方が高い第４のエネルギ生成装置を優先して稼動比率を確定し、比較的発電効率の方が高い第３のエネルギ生成装置により不足電力量を賄うことにより、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、需要電力量及び需要熱量の変動に対して即時的に対応可能なコジェネレーションシステムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
(実施の形態１)
以下、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムについて図面に基づいて具体的に説明する。実施の形態１では、集合住宅に、ガスエンジンを用いた熱電併給システムを集中配備し、同時に燃料電池を用いたコジェネレーションシステムを分散配備する場合について説明する。分散配備する燃料電池は、各住居に１基設置するものに限定されるものではない。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムは、情報処理装置１０（制御装置）と、燃料電池を用いたコジェネレーションシステムである第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・を集合住宅の各階に複数個分散配備し、ガスエンジンを用いた熱電併給システムである第２のエネルギ生成装置３０、３０を２基、１階に集中配備している。
【００３６】
１階からＮ階（Ｎは自然数）までに分散配備してある第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・は、配電網（電力線）６２を介して配備してある階の各住居へ電力を供給し、温水配管網６４を介して配備してある階の各住居へ温水を供給する。１階に集中配備してある第２のエネルギ生成装置３０、３０は、各階の配電網６２を接続する集中配電網６６と、各階の温水配管網６４を接続する集中配管網６８とを備えており、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・と同様、配電網（電力線）６２を介して配備してある階の各住居へ電力を供給し、温水配管網６４を介して配備してある階の各住居へ温水を供給する。
【００３７】
第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・と、第２のエネルギ生成装置３０、３０とは、通信線１００を介して情報処理装置１０とデータを送受信することが可能に接続してある。情報処理装置１０は集合住宅内に設置されることに限定されるものではなく、外部に設置されている場合には、後述するインターネット等のネットワーク網７４を介して接続される。
【００３８】
図２は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第１のエネルギ生成装置２０の構成を示すブロック図である。第１のエネルギ生成装置２０は、電力及び熱（温水）を生成するエネルギ生成部２２と、通信装置７２との通信制御を行う通信Ｉ／Ｆ２２２と、エネルギ生成部２２及び通信Ｉ／Ｆ２２２の制御を含む各種処理を実行する制御部２２１とを備える。第１のエネルギ生成装置２０は、各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、情報処理装置１０へ送信することが可能である。
【００３９】
図３は、第１のエネルギ生成部２２の一例を示すブロック図である。第１のエネルギ生成部２２は、ＰＥＦＣ（固体高分子電解質型燃料電池）又はＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）等の燃料電池４０を発電装置として備えており、燃料電池４０の発電時の排熱を使用して、電力及び温水（加熱された熱媒体）を同時的に生成する。燃料電池４０は、燃料改質装置２６から浄化水素が供給されると共に、空気供給装置２４から空気が供給され、直流電力、排空気及び排水素を生成する。
【００４０】
生成された直流電力は、変換装置４２で交流電力に変換され、分電盤５４を介して電力需要者である各住居内に供給（Ｓから入力、Ｔから出力）される。生成された排空気は、排熱回収装置４４に送られ、貯湯槽４６の水の加熱に使用される。加熱された温水は、３方弁５０を介して各住居内に供給（αから入力、βから出力）される。また、生成された排水素は、３方弁３０を介して燃料改質装置２６へ送られ（ａから入力、ｂから出力）、浄化水素として再使用される。
【００４１】
分電盤５４は、配電網（電力線）６２に接続されている。制御部２２１により、分電盤５４を制御して、生成した電力（交流電力）を配電網６２に供給（Ｓから入力、Ｕから出力）する、あるいは配電網６２から電力を受取ってユーザ宅内に供給（Ｕから入力、Ｔから出力）することが可能である。
【００４２】
３方弁５０は、ポンプ５２を介して温水配管網（熱媒体用配管）６４に接続されている。制御部２２１により、３方弁５０及びポンプ５２を制御して、生成した温水を温水配管網６４に供給（αから入力、γから出力）する、あるいは温水配管網６４から温水を受取って各住居内に供給（γから入力、βから出力）することが可能である。
【００４３】
また、３方弁８０は、調圧器８２（熱交換器８４）を介してガス配管網（水素配管）６０に接続されている。制御部２２１により、３方弁８０及び調圧器８２を制御して、生成された排水素をガス配管網６０に供給（ａから入力、ｃから出力）する、あるいはガス配管網６０から排水素を受取って、熱交換器８４を通して燃料改質装置２６に供給（ｃから入力、ｂから出力）することが可能である。
【００４４】
排水素は高温（ＰＥＦＣの場合は７０〜１００℃、ＳＯＦＣの場合は８００〜１０００℃）であるため、熱交換器８４によって、貯湯槽４６内の温水の加熱に使用することができる。また、排水素を、燃料改質装置２６を通して燃料電池４０へ供給して発電に使用することもできる。ここで、熱交換器８４は、排熱回収装置４４と一体的に構成することが可能である。例えば、ガス配管網６０から受取った排水素を、排熱回収装置（加熱手段）４４を通して３方弁８０から燃料改質装置２６に供給することが可能である。
【００４５】
図４は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第２のエネルギ生成装置３０の構成を示すブロック図である。第２のエネルギ生成装置３０は、電力及び熱（温水）を生成するガスエンジン３２と、通信装置７２との通信制御を行う通信Ｉ／Ｆ３８と、ガスエンジン３２及び通信Ｉ／Ｆ３８の制御を含む各種処理を実行する制御部３６とを備える。第２のエネルギ生成装置３０は、通信装置７２を介して、各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、情報処理装置１０へ送信することが可能である。
【００４６】
第２のエネルギ生成装置３０では、ガスエンジン３２の排ガスから排熱を回収する。ガスエンジン３２の排ガスは、触媒層３３を通され、下流側に配置された被加熱媒体との間で熱交換を行うための熱交換器、たとえば排ガスボイラ３４へ導かれる。
【００４７】
また、触媒層３３と排ガスボイラ３４の間に、窒素酸化物低減のための脱硝装置等を設けても良い。また、ガスエンジンとして、ターボチャージャー付きガスエンジンを用いる場合、触媒層３３と排ガスボイラ３４との間にターボチャージャーを設けても良い。
【００４８】
図５は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・及び第２のエネルギ生成装置３０、３０から電力及び温水を搬送するシステムの一例を示すブロック図である。図５では、複数の第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・及び第２のエネルギ生成装置３０が、ガス配管網６０、配電網６２及び温水配管網６４に接続されている。各第１のエネルギ生成装置２０又は第２のエネルギ生成装置３０は、それぞれ制御部２２１又は３６により、ガス配管網６０を用いた排水素の受取及び供給と、配電網６２を用いた電力の受取及び供給と、温水配管網６４を用いた温水の受取及び供給を行うことができる。
【００４９】
例えば、後述する情報処理装置１０のＣＰＵ１１によって通信手段１７から送信された受取指示（又は供給指示）を、通信装置７２を介して第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・及び第２のエネルギ生成装置３０、３０で受付け、受付けた受取指示（又は供給指示）に基づいて、それぞれ制御部２２１、２２１、・・・、３６、３６により、電力、温水、及び排水素を配電網６２、温水配管網６４、ガス配管網６０から夫々受取る（又は供給する）ことが可能である。
【００５０】
また、制御部２２１、２２１、・・・、３６、３６は、各住居内での電力及び温水の使用状況、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・及び第２のエネルギ生成装置３０、３０の発電及び給湯に関する性能等に基づいて、生成すべき電力及び／又は熱媒体に基づく電力及び／又は熱媒体の不足又は余剰を判定する。ただし、生成すべき電力及び／又は熱媒体は、需要が予想される電力及び／又は熱媒体も含む。例えば、電力を使用して温水を使用しない場合、温水は貯湯槽４６の温水量に応じて余剰と判定でき、電力は需要量に応じて不足と判定することができる。制御部２２１、２２１、・・・、３６、３６の制御によって、電力及び／又は温水の不足又は余剰に関する情報を、通信装置７２を介して情報処理装置１０へ送信する。
【００５１】
図６は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０の構成を示すブロック図である。情報処理装置１０は、少なくともＣＰＵ（中央演算装置）１１、ＤＲＡＭ等のＲＡＭ１２、ハードディスク等の記憶手段１３、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶手段１４、キーボード、マウス等の入力手段１５、モニタ、プリンタ等の出力手段１６、及び通信ネットワーク７４との通信制御を行う通信手段１７で構成される。
【００５２】
ＣＰＵ１１は、内部バス１８を介して情報処理装置１０の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部を制御するとともに、記憶手段１３に記憶されているプログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。また、ＣＰＵ１１は、入力手段１５又は通信手段１７から受付けたデータ、あるいは記憶手段１３又は外部記憶手段１４から読み出したプログラム又はデータ等をＲＡＭ１２に記憶し、ＲＡＭ１２に記憶したプログラムの実行又はデータの演算等の各種処理を行い、各種処理結果又は各種処理に用いる一時的なデータをＲＡＭ１２に記憶する。ＲＡＭ１２に記憶した演算結果等のデータは、ＣＰＵ１１により、記憶手段１３に記憶され、出力手段１６又は通信手段１７から出力される。
【００５３】
情報処理装置１０の通信手段１７は、集合住宅の各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・、及び第２のエネルギ生成装置３０、３０の通信装置７２、７２、・・・から受付ける手段として動作する。受付けた各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）は、ＣＰＵ１１によりＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶される。ＣＰＵ１１は、受付けた各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）に基づいて、不足熱量を算出する手段、第２のエネルギ生成装置３０、３０を稼動させる稼働時間を算出する手段、稼働時間を第２のエネルギ生成装置３０、３０に送信する手段として動作する。
【００５４】
情報処理装置１０の記憶手段１３には、エネルギ生成装置ごとの発電能力（最大発電量、余剰発電量等）に関する性能情報が記憶されている。ＣＰＵ１１は、上述した各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）、及び性能情報に基づいて、第２のエネルギ生成装置を稼動させる時間を設定する。
【００５５】
ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１９に記録されたコンピュータプログラムを外部記憶手段１４からＲＡＭ１２に読み出してＣＰＵ１１に実行させる、又は記録媒体１９に記録されたコンピュータプログラムを外部記憶手段１４で読み出して記憶手段１３に記憶し、記憶手段１３からＲＡＭ１２に読み出した前記コンピュータプログラムをＣＰＵ１１に実行させることにより、ＣＰＵ１１を上述した各手段として動作させることもできる。通信手段１７を用いて、ネットワーク網７４に接続された他の装置からコンピュータプログラムを受付けて記憶手段１３に記憶しても良い。
【００５６】
次に、本実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムを用いたエネルギ生成装置の稼動制御方法について説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０のＣＰＵ１１の第２のエネルギ生成装置３０、３０の稼働時間を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【００５７】
情報処理装置１０のＣＰＵ１１は、集合住宅の各住居の電力需要量（使用量）及び熱需要量を、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・、及び第２のエネルギ生成装置３０、３０の通信装置７２、７２、・・・から受付け（ステップＳ７０１）、受付けた住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、住居を識別する情報に対応付けて、ＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶する（ステップＳ７０２）。ＣＰＵ１１は、受付けた熱需要量の総量を第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・のみで賄うと仮定した場合の発生熱量を推算する（ステップＳ７０３）。
【００５８】
発生熱量の推算は、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・の定格出力時の発生熱量に基づいて推算する。もちろん定格出力に限定されるものではなく、最大出力時の発生熱量に基づいて推算しても良い。
【００５９】
ＣＰＵ１１は、推算した発生熱量と、ＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶してある熱需要量の差異を算出して、不足熱量の総量を算出する（ステップＳ７０４）。不足熱量の総量は、推算した発生熱量と熱需要量との差異をそのまま用いても良いし、一日当たりの使用熱量に基づいて、発生熱量と熱使用量との熱量比率を算出して用いても良い。
【００６０】
本実施の形態１では、発生熱量と熱使用量との熱量比率を、前日に使用された使用熱量と、同日に使用された使用電力量を第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・のみで生成した場合に発生する発生熱量との比率として算出する。したがって、前日の使用熱量と推算した発生熱量との差異を算出し、算出した差異に熱量比率を乗算することにより、前日の使用熱量の実績に基づいて不足熱量の総量を算出することができる。
【００６１】
ＣＰＵ１１は、算出した不足熱量の総量に基づいて一又は複数の第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働時間を算出し（ステップＳ７０５）、算出した稼働時間を一又は複数の第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・へ送出する（ステップＳ７０６）。
【００６２】
稼働時間を受信した第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・は、受信した稼働時間分のベースロード運転を開始し、稼働時間が経過した時点でベースロード運転を停止する。したがって、不足している熱需要量を満たすために最小限必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・を稼動させることにより、第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・を無駄に稼動させることなく、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・だけでは不足する熱需要量を充当することができる。
【００６３】
なお、初期稼動時には、特に残熱量が存在することは無いが、通常稼動時には残熱量が存在する。図８は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０のＣＰＵ１１の残熱量を考慮した第２のエネルギ生成装置３０、３０の稼働時間を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【００６４】
情報処理装置１０のＣＰＵ１１は、集合住宅の各住居の電力需要量（使用量）及び熱需要量を、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・、及び第２のエネルギ生成装置３０、３０の通信装置７２、７２、・・・から受付け（ステップＳ８０１）、受付けた住居別の電力需要量及び熱需要量を、住居を識別する情報に対応付けて、ＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶する（ステップＳ８０２）。
【００６５】
ＣＰＵ１１は、前日に使用された使用電力量及び使用熱量を受付け（ステップＳ８０３）、受付けた使用電力量を第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・のみで生成（発電）した場合に発生する発生熱量を推算する（ステップＳ８０４）。発生熱量の推算には、第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・の定格出力を用いても良いし、最大出力を用いても良い。
【００６６】
ＣＰＵ１１は、推算した発生熱量と受付けた使用熱量との差異、すなわち残熱量を算出し（ステップＳ８０５）、算出した残熱量を、推算した発生熱量とＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶してある熱需要量との差異から減算して不足熱量を算出し（ステップＳ８０６）、第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働時間を算出する（ステップＳ８０７）。ＣＰＵ１１は、算出した稼働時間を一又は複数の第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・へ送出する（ステップＳ８０８）。
【００６７】
このようにすることで、例えば前日の実績である使用熱量及び使用電力量に基づいて不足熱量を算出する基礎とすることにより、気候の変動による外気の大きな変動が生じることが無く、安定した実績値に基づいて不足熱量を推算することができ、より精度良く第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働時間を算出することが可能となる。
【００６８】
また、第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働台数を変更するよう制御することにより、第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・をより効率良く稼動させることができる。図９は、本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０のＣＰＵ１１の第２のエネルギ生成装置３０、３０の稼働台数を算出する手順を示すフローチャートである。図９では一日当たりの使用電力量及び使用熱量として、前日に使用された使用電力量及び使用熱量を受付ける場合について説明する。
【００６９】
ＣＰＵ１１は、前日に使用された使用電力量及び使用熱量を受付け（ステップＳ９０１）、受付けた使用電力量を受付けた使用熱量で除算して電熱比ｒを算出する（ステップＳ９０２）。ＣＰＵ１１は、算出した電熱比ｒが所定値、例えば１．５より小さいか否かを判断する（ステップＳ９０３）。
【００７０】
ＣＰＵ１１が、算出した電熱比ｒが所定値、例えば１．５より小さいと判断した場合（ステップＳ９０３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働台数を算出する（ステップＳ９０４）。すなわち、冬季又は春秋季には、温水を使用する機会も多いことから、電熱比ｒは一般に１．５より小さい。したがって、複数の第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・を稼動させる必要が生じる。
【００７１】
ＣＰＵ１１が、算出した電熱比ｒが所定値、例えば１．５以上であると判断した場合（ステップＳ９０３：ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、第２のエネルギ生成装置３０の稼働台数を‘１’とする（ステップＳ９０５）。すなわち、夏季には、温水を使用する機会が少ないことから、電熱比ｒは一般に１．５以上となる。したがって、第２のエネルギ生成装置３０は一基稼動させておけば足りる。
【００７２】
このように、季節に応じて第２のエネルギ生成装置の稼働台数を変動させることにより、残熱量の発生を未然に防止することができ、全体として使用効率の高いコジェネレーションシステムを構築することが可能となる。
【００７３】
以上のように本実施の形態１によれば、発電効率が熱生成効率よりも高い一又は複数の第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・、及び熱生成効率が発電効率よりも高い一又は複数の第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・からなるハイブリッドシステムを構成し、電力の需要量をすべて第１のエネルギ生成装置２０、２０、・・・で賄うと仮定した場合の不足熱量を第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・で賄うのに必要な時間だけ第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・を稼働させることにより、熱余り状態であっても熱不足状態であっても、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、電力及び熱の自給自足を行うことが可能となる。
【００７４】
また、例えば一日当たりの使用電力量及び使用熱量、具体的には前日に使用された使用電力量及び使用熱量を受付け、電熱比を算出することにより、電熱比が所定の値、例えば１．５より小さい場合、温水を通常使用する期間であると判断し、最適な第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・の稼働台数を算出することにより、無駄な熱の発生を未然に防止し、電力と熱との需給バランスを維持することが可能となる。なお、電熱比が所定の値、例えば１．５以上である場合、異常に電力の需要量が高い夏季のエアコン稼動時であるものと判断し、第２のエネルギ生成装置３０の稼働台数を最小数である１とすることにより、無駄な熱の発生を未然に防止することができる。
【００７５】
さらに、残熱量を考慮して需給バランスを調整することができ、特に第２のエネルギ生成装置３０、３０、・・・を稼働させる時間を最小限に止めることができることから、過大な残熱量の発生、すなわち熱余り状態が生じるのを未然に防止することが可能となる。
【００７６】
上述したエネルギ需給バランス調整システムを、以下の条件下で具現化した場合のシミュレーション結果について説明する。第１のエネルギ生成装置は、定格容量が１ｋＷの高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池とし、第２のエネルギ生成装置は、定格容量が１０ｋＷのガスエンジンとする。第１のエネルギ生成装置の発電効率は４２％、熱生成効率は４９％とし、第２のエネルギ生成装置の発電効率は２５％、熱生成効率は５７％とする。第１のエネルギ生成装置は４０基、第２のエネルギ生成装置は２基設置されているものとする。
【００７７】
需要は、電力消費量を１７．０４ＧＪとし、熱消費量を１９．２６ＧＪとする。該熱消費量は、実験に係る住宅１００戸の、冬季における３日分の消費量の積算値である。
【００７８】
全ての機器は、理想的に稼動する、すなわち発電要求に対して遅れが生じることなく応答し、容量の範囲内で要求電力を連続的に供給可能とする。供給最大量を超えた電力消費量については系統電力から調達する。
【００７９】
第１のエネルギ生成装置及び第２のエネルギ生成装置により発生する熱は蓄熱槽に格納され、熱を消費する場合、蓄熱槽から使用するものとする。蓄熱槽に熱が格納されていない場合、別途補助用の熱源から熱を供給するものとする。
【００８０】
以上の条件で稼動可動シミュレーションを行った場合の一次エネルギ消費量及び外部からのエネルギ調達量の結果を示したものが(表１)である。ここで、一次エネルギ消費量とは、需要(電力及び熱)を供給するために必要となる全ての燃料(一次エネルギ)の総量を意味する。外部からのエネルギ調達量とは、第１のエネルギ生成装置及び第２のエネルギ生成装置が生成した電力及び熱だけで需要に対応しきれなかった場合に購入した系統電力量及び補助熱源からの熱供給量の総和を意味する。対比するために、ケースＡが上記条件でのシミュレーション結果を、ケースＢが供給最大量１００ｋＷを第１のエネルギ生成装置のみで供給した場合のシミュレーション結果を、それぞれ示しており、削減率は、ケースＢに対するケースＡでの一次エネルギ消費量及び外部からのエネルギ調達量の削減率を示している。
【００８１】
【表１】
0004831510.tif 000002
【００８２】
（表１）から明らかなように、ケースＡのシミュレーションの方が、ケースＢよりも一次エネルギ消費量を約１６％、外部からのエネルギ調達量を約６５％削減することができ、本実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整方法は、無駄な熱の発生を未然に防止するとともに、過大な残熱量の発生、すなわち熱余り状態が生じるのを未然に防止することができ、相互に電力又は熱を補完し合うことが可能となるという効果が確認できた。
【００８３】
(実施の形態２)
以下、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムについて図面に基づいて具体的に説明する。実施の形態２では、集合住宅に、燃料電池を用いたコジェネレーションシステムを分散配備する場合について説明する。分散配備する燃料電池は、各住居に１基設置するものに限定されるものではなく、ＰＥＦＣ（固体高分子電解質型燃料電池）及びＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）が混在する。
【００８４】
図１０は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムは、情報処理装置１０と、ＰＥＦＣ（固体高分子電解質型燃料電池）を用いたコジェネレーションシステムである第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・を集合住宅の各階に複数個分散配備し、ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）を用いたコジェネレーションシステムである第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・を集合住宅の各階に複数個分散配備している。なお、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・は比較的熱生成効率の方が発電効率よりも高いエネルギ生成装置であり、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・は比較的発電効率の方が熱生成効率よりも高いエネルギ生成装置である。
【００８５】
１階からＮ階（Ｎは自然数）までの所定階に分散配備してある第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・は、配電網（電力線）６２を介して配備してある階の各住居へ電力を供給し、温水配管網６４を介して配備してある階の各住居へ温水を供給する。１階からＮ階（Ｎは自然数）までの所定階に分散配備してある第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・も、配電網（電力線）６２を介して配備してある階の各住居へ電力を供給し、温水配管網６４を介して配備してある階の各住居へ温水を供給する。
【００８６】
第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・と、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０とは、通信線１００を介して情報処理装置（制御装置）１０とデータを送受信することが可能に接続してある。情報処理装置１０は集合住宅内に設置されることに限定されるものではなく、外部に設置されている場合には、インターネット等のネットワーク網７４を介して接続される。
【００８７】
図１１（ａ）は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第３のエネルギ生成装置１２０の構成を示すブロック図であり、図１１（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第４のエネルギ生成装置１３０の構成を示すブロック図である。第３のエネルギ生成装置１２０は、電力及び熱（温水）を生成するエネルギ生成部１２２と、通信装置７２との通信制御を行う通信Ｉ／Ｆ１２６と、エネルギ生成部１２２及び通信Ｉ／Ｆ１２６の制御を含む各種処理を実行する制御部１２４とを備える。第３のエネルギ生成装置１２０は、各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、情報処理装置１０へ送信することが可能である。
【００８８】
同様に、第４のエネルギ生成装置１３０は、電力及び熱（温水）を生成するエネルギ生成部１３２と、通信装置７２との通信制御を行う通信Ｉ／Ｆ１３６と、エネルギ生成部１３２及び通信Ｉ／Ｆ１３６の制御を含む各種処理を実行する制御部１３４とを備える。第３のエネルギ生成装置１３０は、各住居別の電力需要量（使用量）及び熱需要量（使用量）を、情報処理装置１０へ送信することが可能である。
【００８９】
図１２は、第３（４）のエネルギ生成部１２２（１３２）の一例を示すブロック図である。第３のエネルギ生成部１２２（１３２）は、ＰＥＦＣ（固体高分子電解質型燃料電池）又はＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）等の燃料電池４０を発電装置として備えており、燃料電池４０の発電時の排熱を使用して、電力及び温水（加熱された熱媒体）を生成する。燃料電池４０は、燃料改質装置２６から浄化水素が供給されると共に、空気供給装置２４から空気が供給され、直流電力、排空気及び排水素を生成する。
【００９０】
生成された直流電力は、変換装置４２で交流電力に変換され、分電盤５４を介して電力需要者である各住居内に供給（Ｓから入力、Ｔから出力）される。生成された排空気は、排熱回収装置４４に送られ、貯湯槽４６の水の加熱に使用される。加熱された温水は、３方弁５０を介して各住居内に供給（αから入力、βから出力）される。また、生成された排水素は、３方弁８０を介して燃料改質装置２６へ送られ（ａから入力、ｂから出力）、浄化水素として再使用される。
【００９１】
分電盤５４は、配電網（電力線）６２に接続されている。制御部１２４（１３４）により、分電盤５４を制御して、生成した電力（交流電力）を配電網６２に供給（Ｓから入力、Ｕから出力）する、あるいは配電網６２から電力を受取ってユーザ宅内に供給（Ｕから入力、Ｔから出力）することが可能である。
【００９２】
３方弁５０は、ポンプ５２を介して温水配管網（熱媒体用配管）６４に接続されている。制御部１２４（１３４）により、３方弁５０及びポンプ５２を制御して、生成した温水を温水配管網６４に供給（αから入力、γから出力）する、あるいは温水配管網６４から温水を受取って各住居内に供給（γから入力、βから出力）することが可能である。
【００９３】
また、３方弁８０は、調圧器８２（熱交換器８４）を介してガス配管網（水素配管）６０に接続されている。制御部１２４（１３４）により、３方弁８０及び調圧器８２を制御して、生成された排水素をガス配管網６０に供給（ａから入力、ｃから出力）する、あるいはガス配管網６０から排水素を受取って、熱交換器８４を通して燃料改質装置２６に供給（ｃから入力、ｂから出力）することが可能である。
【００９４】
排水素は高温（ＰＥＦＣの場合は７０〜１００℃、ＳＯＦＣの場合は８００〜１０００℃）であるため、熱交換器８４によって、貯湯槽４６内の温水の加熱に使用することができる。また、排水素を、燃料改質装置２６を通して燃料電池４０へ供給して発電に使用することもできる。ここで、熱交換器８４は、排熱回収装置４４と一体的に構成することが可能である。例えば、ガス配管網６０から受取った排水素を、排熱回収装置（加熱手段）４４を通して３方弁８０から燃料改質装置２６に供給することが可能である。
【００９５】
図１３は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・から電力及び温水を搬送するシステムの一例を示すブロック図である。図１３では、複数の第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・が、ガス配管網６０、配電網６２及び温水配管網６４に接続されている。各第３のエネルギ生成装置１２０又は第４のエネルギ生成装置１３０は、それぞれ制御部１２４、１３４により、ガス配管網６０を用いた排水素の受取及び供給と、配電網６２を用いた電力の受取及び供給と、温水配管網６４を用いた温水の受取及び供給を行うことができる。
【００９６】
例えば、後述する情報処理装置１０のＣＰＵ１１によって通信手段１７から送信された受取指示（又は供給指示）を、通信装置７２を介して第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・で受付け、受付けた受取指示（又は供給指示）に基づいて、それぞれ制御部１２４、１２４、・・・、１３４、１３４、・・・により、電力、温水、及び排水素を配電網６２、温水配管網６４、ガス配管網６０から夫々受取る（又は供給する）ことが可能である。
【００９７】
また、制御部１２４、１２４、・・・、１３４、１３４、・・・は、各住居内での電力及び温水の使用状況、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の発電及び給湯に関する性能等に基づいて、生成すべき電力及び／又は熱媒体に基づく電力及び／又は熱媒体の不足又は余剰を判定する。ただし、生成すべき電力及び／又は熱媒体は、需要が予想される電力及び／又は熱媒体も含む。例えば、電力を使用して温水を使用しない場合、温水は貯湯槽４６の温水量に応じて余剰と判定でき、電力は需要量に応じて不足と判定することができる。制御部１２４、１２４、・・・、１３４、１３４、・・・の制御によって、電力及び／又は温水の不足又は余剰に関する情報を、通信装置７２を介して情報処理装置１０へ送信する。
【００９８】
図１４は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０の構成を示すブロック図である。情報処理装置１０は、少なくともＣＰＵ（中央演算装置）１１、ＤＲＡＭ等のＲＡＭ１２、ハードディスク等の記憶手段１３、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶手段１４、キーボード、マウス等の入力手段１５、モニタ、プリンタ等の出力手段１６、及び通信ネットワーク７４との通信制御を行う通信手段１７で構成される。
【００９９】
ＣＰＵ１１は、内部バス１８を介して情報処理装置１０の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部を制御するとともに、記憶手段１３に記憶されているプログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。また、ＣＰＵ１１は、入力手段１５又は通信手段１７から受付けたデータ、あるいは記憶手段１３又は外部記憶手段１４から読み出したプログラム又はデータ等をＲＡＭ１２に記憶し、ＲＡＭ１２に記憶したプログラムの実行又はデータの演算等の各種処理を行い、各種処理結果又は各種処理に用いる一時的なデータをＲＡＭ１２に記憶する。ＲＡＭ１２に記憶した演算結果等のデータは、ＣＰＵ１１により、記憶手段１３に記憶され、出力手段１６又は通信手段１７から出力される。
【０１００】
情報処理装置１０の通信手段１７は、集合住宅の各住居別の前日の使用電力量及び前日の使用熱量を、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・、及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の通信装置７２、７２、・・・から受付ける手段として動作する。受付けた各住居別の前日の使用電力量及び前日の使用熱量は、ＣＰＵ１１によりＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶される。ＣＰＵ１１は、受付けた各住居別の前日の使用電力量及び前日の使用熱量に基づいて、前日の電熱比を算出する手段、算出した電熱比になる場合の第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率を算出する手段、算出した第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率が、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の上限使用比率以下であるか否かを判断する手段、及び該手段で上限使用比率以下であると判断した場合、算出した使用比率で第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・を使用し、上限使用比率より大きいと判断した場合、上限使用比率で第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・を使用する手段として動作する。
【０１０１】
情報処理装置１０の記憶手段１３には、エネルギ生成装置ごとの定格容量、発電効率、熱性成功率、電熱比等の性能情報が記憶されている。ＣＰＵ１１は、上述した各住居別の前日の使用電力量及び前日の使用熱量、及び性能情報に基づいて、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の稼動比率を決定する。
【０１０２】
ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１９に記録されたコンピュータプログラムを外部記憶手段１４からＲＡＭ１２に読み出してＣＰＵ１１に実行させる、又は記録媒体１９に記録されたコンピュータプログラムを外部記憶手段１４で読み出して記憶手段１３に記憶し、記憶手段１３からＲＡＭ１２に読み出した前記コンピュータプログラムをＣＰＵ１１に実行させることにより、ＣＰＵ１１を上述した各手段として動作させることもできる。通信手段１７を用いて、ネットワーク網７４に接続された他の装置からコンピュータプログラムを受付けて記憶手段１３に記憶しても良い。
【０１０３】
次に、本実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムを用いたエネルギ生成装置の稼動制御方法について説明する。図１５は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０のＣＰＵ１１の稼動制御処理の手順を示すフローチャートである。
【０１０４】
情報処理装置１０のＣＰＵ１１は、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の定格容量、発電効率、熱生成効率を、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・、及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０の通信装置７２、７２、・・・から受付け（ステップＳ１５０１）、受付けた複数のエネルギ生成装置の発電効率及び熱生成効率に基づいて、エネルギ生成装置ごとに熱生成効率を発電効率で除した値を算出する(ステップＳ１５０２)。
【０１０５】
なお、設置したエネルギ生成装置に各種メーカの機種が混在している場合、ＰＥＦＣ（固体高分子電解質型燃料電池）及びＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）が混在している場合、あるいはいずれか一方に偏在している場合等は、ＣＰＵ１１は、受付けた複数のエネルギ生成装置の発電効率及び熱生成効率に基づいて、エネルギ生成装置ごとに熱生成効率を発電効率で除した値を算出し、算出した熱生成効率を発電効率で除した値が所定値より大きいか否かを判断する。そして、ＣＰＵ１１が、所定値より大きいと判断したエネルギ生成装置を第３のエネルギ生成装置とし、所定値以下であるエネルギ生成装置を第４のエネルギ生成装置とする。
【０１０６】
また、第３のエネルギ生成装置であるか、第４のエネルギ生成装置であるかを判断する指標である所定値は、使用者が入力手段１４を介して指定しても良いし、エネルギ生成装置ごとに算出した熱生成効率を発電効率で除した値の平均値であっても良い。
【０１０７】
ＣＰＵ１１は、算出した第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の熱生成効率を発電効率で除した値を、エネルギ生成装置を識別する情報と対応付けてＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶し(ステップＳ１５０３)、住居別の電力需要量及び熱需要量を受付け(ステップＳ１５０４)、ＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶する(ステップＳ１５０５)。本実施の形態２では、住居別の一日当たりの使用電力量及び使用熱量として、前日の使用電力量及び前日の使用熱量を受付ける。ＣＰＵ１１は、受付けた電力需要量及び熱需要量に基づいて、需要電熱比を算出し(ステップＳ１５０６)、算出した需要電熱比を、住居を識別する情報に対応付けてＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶する。
【０１０８】
なお、需要電熱比の算出には、住居別の前日の使用電力量、及び前日の使用熱量を用いることに限定されるものではない。例えば前日が年末年始、連休中、その直後等の特異な日である場合、使用電力量及び使用熱量が特異な量であるおそれもある。したがって、より通常の需要傾向を正確に反映するために、一定期間、例えば１週間、１ヶ月等の需要電力量及び需要熱量を計測して累積しておき、その平均値を算出し、一日当たりの需要電力量の平均値を一日当たりの需要熱量の平均値で除することにより需要電熱比を算出しても良い。
【０１０９】
ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２又は記憶手段１３に記憶してある需要電熱比になる場合の第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率を算出する(ステップＳ１５０７)。すなわち、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・の使用比率を（１−α）、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率をαとし、(数１)を具備するαを算出する。
【０１１０】
(数１)
需要電熱比＝（１−α）×（第３のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値）＋α×（第４のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値）
【０１１１】
ただし、(数１)が適用可能な範囲は０≦α≦１であり、この範囲外については実施の形態１で説明したエネルギ需給バランス調整方法を用いる。また、エネルギ生成装置の種類が２種類より多くなった場合であっても、各エネルギ生成装置の使用比率を決定する限り、同様の方法を用いることができる。
【０１１２】
したがって、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率αを算出し、計算した理論値にもっとも近い稼働台数を算出し、残りを第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・で賄うよう稼動制御することが好ましい。例えば第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・で１００ｋＷ必要な場合、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・が４０ｋＷであるときは、αが０．４２と算出されていても４０ｋＷしか出力することができない。また、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の定格容量が５ｋＷである場合、稼働台数は５．６台と算出されるが、５台又は６台としか設定できない。よって、過不足分を第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・で賄うことになる。
【０１１３】
図１６は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置１０のＣＰＵ１１の第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の電力需要量に基づいた使用比率を算出する処理手順を示すフローチャートである。なお、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・及び第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・は同種の装置であることを前提とし、第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・は、負荷の変動に対して追従自在であるものとし、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・は、１日の途中で起動又は停止することができず、定格出力と低出力との２段階で稼動することのみ可能であるものとする。
【０１１４】
ＣＰＵ１１は、第４のエネルギ生成装置１３０の低出力時の発電容量を受付け(ステップＳ１６０１)、住居毎の前日の最低使用電力量を、各第４のエネルギ生成装置１３０の通信装置７２から受付ける(ステップＳ１６０２)。ＣＰＵ１１は、需要電熱比α×（最大供給電力量／定格容量）以上で最小の整数Ｐ１、及び（前日の最低使用電力量／低出力時の発電容量）以上で最小の整数Ｐ２を算出し(ステップＳ１６０３)、Ｐ１よりＰ２の方が小さいか否かを判断する(ステップＳ１６０４)。
【０１１５】
ＣＰＵ１１が、Ｐ１よりＰ２の方が小さいと判断した場合(ステップＳ１６０４：ＹＥＳ)、ＣＰＵ１１は、Ｐ１を第４のエネルギ生成装置１３０の総稼働台数とする(ステップＳ１６０５)。ＣＰＵ１１が、Ｐ１がＰ２以上であると判断した場合(ステップＳ１６０４：ＮＯ)、ＣＰＵ１１は、Ｐ２を第４のエネルギ生成装置１３０の総稼働台数とする(ステップＳ１６０６)。
【０１１６】
ＣＰＵ１１は、算出した総稼働台数に基づいて、最大発電量及び最小発電量を算出し（ステップＳ１６０７）、前日の最低使用電力量又は最大発電量のいずれか小さい値から最小発電量を減算して供給余剰電力量を算出する(ステップＳ１６０８)。なお、最大発電量は、定格容量に総稼動台数を乗算した値であり、最小発電量は、低出力時の発電容量に総稼働台数を乗算した値である。
【０１１７】
ＣＰＵ１１は、定格容量で稼動する第４のエネルギ生成装置１３０の台数を（供給余剰電力量／（定格容量−最小発電量））より小さい最大の整数Ｐ３として算出する(ステップＳ１６０９)。これにより、定格容量で稼動する第４のエネルギ生成装置１３０の台数及び低出力時で稼動する第４のエネルギ生成装置１３０の台数を定めることができる。
【０１１８】
ＣＰＵ１１は、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・で供給可能な電力量の総量を算出し(ステップＳ１６１０)、電力需要量に対する比率として、第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・の使用比率αを算出する(ステップＳ１６１１)。ＣＰＵ１１は、算出した使用比率αが、全ての第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・を定格容量で発電した場合の使用比率、すなわち上限使用比率以下であるか否かを判断する(ステップＳ１５０８)。
【０１１９】
ＣＰＵ１１が、上限使用比率以下であると判断した場合(ステップＳ１５０８：ＹＥＳ)、ＣＰＵ１１は、算出した使用比率αで第４のエネルギ生成装置を稼動させ(ステップＳ１５０９)、上限使用比率より大きいと判断した場合(ステップＳ１５０８：ＮＯ)、ＣＰＵ１１は、上限使用比率に対応して第４のエネルギ生成装置を稼動させる(ステップＳ１５１０)。
【０１２０】
以上のように本実施の形態２によれば、熱生成効率を発電効率で除した値が所定値よりも高い一又は複数の第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・、例えば高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステム、及び熱生成効率を発電効率で除した値が所定値以下である一又は複数の第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・、例えば固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池を用いたコジェネレーションシステムからなるハイブリッドシステムを構成し、比較的熱効率の方が高い第４のエネルギ生成装置１３０、１３０、・・・を優先して稼動比率を確定し、比較的発電効率の方が高い第３のエネルギ生成装置１２０、１２０、・・・により不足電力量を賄うことにより、相互に電力又は熱を補完し合うことができ、ピーク時の電力の需要量又はピーク時の熱需要量を賄うことが可能な大容量の燃料電池あるいは大容量の熱電併給システムを備えることなく、需要電力量及び需要熱量の変動に対して即時的に対応可能なコジェネレーションシステムを提供することが可能となる。
【０１２１】
上述したエネルギ需給バランス調整システムを、以下の条件下で具現化した場合のシミュレーション結果について説明する。第３のエネルギ生成装置は、定格容量が１ｋＷの高分子電解質（ＰＥＦＣ）型燃料電池とし、第４のエネルギ生成装置は、定格容量が５ｋＷの固体電解質（ＳＯＦＣ）型燃料電池とする。第３のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値は０．８６２であり、第４のエネルギ生成装置の熱生成効率を発電効率で除した値は１．５１９である。第３のエネルギ生成装置は５０基、第４のエネルギ生成装置は１０基設置されているものとする。したがって、供給最大電力量は１００ｋＷ、第４のエネルギ生成装置の使用比率の上限は０．５となる。
【０１２２】
需要は、電力消費量を１１．７５ＧＪとし、熱消費量を１０．９８ＧＪとし、需要電熱比は１．０７とする。該熱消費量は、実験に係る住宅１００戸の、秋季における３日分の消費量の積算値である。
【０１２３】
全ての機器は、理想的に稼動する、すなわち発電要求に対して遅れが生じることなく応答し、容量の範囲内で要求電力を連続的に供給可能とする。供給最大量を超えた電力消費量については系統電力から調達する。
【０１２４】
第３のエネルギ生成装置及び第４のエネルギ生成装置により発生する熱は蓄熱槽に格納され、熱を消費する場合、蓄熱槽から使用するものとする。蓄熱槽に熱が格納されていない場合、別途補助用の熱源から熱を供給するものとする。
【０１２５】
以上の条件で稼動可動シミュレーションを行った場合の一次エネルギ消費量及び外部からのエネルギ調達量の結果を示したものが(表２)である。ここで、一次エネルギ消費量とは、需要(電力及び熱)を供給するために必要となる全ての燃料(一次エネルギ)の総量を意味する。外部からのエネルギ調達量とは、第３のエネルギ生成装置及び第４のエネルギ生成装置が生成した電力及び熱だけで需要に対応しきれなかった場合に購入した系統電力量及び補助熱源からの熱供給量の総和を意味する。対比するために、ケースＡが上記条件でのシミュレーション結果を、ケースＢが供給最大量１００ｋＷを第３のエネルギ生成装置のみで供給した場合のシミュレーション結果を、それぞれ示しており、削減率は、ケースＢに対するケースＡでの一次エネルギ消費量及び外部からのエネルギ調達量の削減率を示している。
【０１２６】
【表２】
0004831510.tif 000003
【０１２７】
（表２）から明らかなように、ケースＡのシミュレーションの方が、ケースＢよりも一次エネルギ消費量を約６．２％、外部からのエネルギ調達量を約８７．７％削減することができ、本実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整方法は、無駄な熱の発生を未然に防止するとともに、過大な残熱量の発生、すなわち熱余り状態が生じるのを未然に防止することができ、相互に電力又は熱を補完し合うことが可能となるという効果が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第１のエネルギ生成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１のエネルギ生成部の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第２のエネルギ生成装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの第１のエネルギ生成装置及び第２のエネルギ生成装置から電力及び温水を搬送するシステムの一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置のＣＰＵの第２のエネルギ生成装置の稼働時間を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置のＣＰＵの残熱量を考慮した第２のエネルギ生成装置の稼働時間を制御する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置のＣＰＵの第２のエネルギ生成装置の稼働台数を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第３のエネルギ生成装置の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第４のエネルギ生成装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】エネルギ生成部の一例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの第３のエネルギ生成装置及び第４のエネルギ生成装置から電力及び温水を搬送するシステムの一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置のＣＰＵの稼動制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態２に係るエネルギ需給バランス調整システムの情報処理装置のＣＰＵの第４のエネルギ生成装置の電力需要量に基づいた使用比率を算出する処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２９】
１０ 情報処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＡＭ
１３ 記憶手段
１７ 通信手段
２０ 第１のエネルギ生成装置
３０ 第２のエネルギ生成装置
６０ ガス配管網（水素配管）
６２ 配電網（電力線）
６４ 温水配管網（熱媒体用配管）
７２ 通信装置
１２０ 第３のエネルギ生成装置
１３０ 第４のエネルギ生成装置
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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