(57)【要約】【課題】  複数のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃと商用電源１とにより電力負荷１３を分担するシステムにおいて、システムのコストダウンを図るとともに、電力消費や熱消費部での熱需要の変動が大きい場合であっても発電電力及び排熱を効率的に利用可能とすることにより、高い経済性を備えた発電システムを提供する。【解決手段】  複数のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃを含む発電設備と商用電源１とを直流連系した発電システムであって、その制御部２６は、複数の発電設備のそれぞれに対する優先順位を熱需要検知部２２で検知した熱需要に基づいて定め、商用電力量監視部２９により直流連系線に流れ込む商用電源１からの電力量Ｗが所定の値を超えたことを検知した場合に、優先順位の高い発電設備から順に動作させる。【選択図】        図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコージェネレーション設備を含む発電設備と商用電源とを有し、交流電力を出力する発電設備及び商用電源は交流電力を直流電力に変換するコンバータを介して接続し、直流電力を出力する発電設備は直接接続して、これらを直流連系し、その直流連系線から直流電力を交流電力に変換するインバータを介して１又は２以上の電力負荷に配電する発電システムであって、
前記複数のコージェネレーション設備の熱消費部における熱需要を検知する熱需要検知部と、前記商用電源から前記直流連系線に流れ込む電力量を監視する商用電力量監視部と、前記発電設備の動作制御を行う制御部とを有し、
前記制御部は、前記複数の発電設備のそれぞれに対する優先順位を前記熱需要検知部で検知した熱需要に基づいて定め、前記直流連系線に流れ込む商用電源からの電力量が所定の値を超えたことを前記商用電力量監視部により検知した場合に、前記優先順位の高い発電設備から順に動作させる発電システム。
【請求項２】
複数のコージェネレーション設備を含む発電設備と商用電源とを有し、交流電力を出力する発電設備及び商用電源は交流電力を直流電力に変換するコンバータを介して接続し、直流電力を出力する発電設備は直接接続して、これらを直流連系し、その直流連系線から直流電力を交流電力に変換するインバータを介して１又は２以上の電力負荷に配電する発電システムであって、
前記複数のコージェネレーション設備の熱消費部における熱需要を検知する熱需要検知部と、前記商用電源から前記直流連系線に流れ込む電力量を監視する商用電力量監視部と、前記発電設備の動作制御を行う制御部とを有し、
前記制御部は、前記複数の発電設備のそれぞれに対する優先順位を前記熱需要検知部で検知した熱需要に基づいて定め、前記直流連系線に流れ込む商用電源からの電力量が所定の値より下がったことを前記商用電力量監視部により検知した場合に、前記優先順位の低い発電設備から順に停止させる発電システム。
【請求項３】
前記複数のコージェネレーション設備はそれぞれ熱消費部として貯湯槽を有し、前記熱需要検知部は、前記貯湯槽における湯水の温度及び量の一方又は双方を検知することにより熱需要を検知する請求項１又は２に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコージェネレーション設備を含む発電設備により発電した電力と商用電源からの電力と調整しつつ電力負荷に対して供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電事業者が送電線ネットワークを介して複数の需要家に対して電力を供給するシステムであって、前記複数の需要家の一部が発電設備を備えている場合に、需要家群全体が送電線ネットワークからの供給を受けた総受電量と、発電事業者が需要家群全体に対して送電線ネットワークに供給した総給電量とを、３０分等の規定期間内で一致させる所謂同時同量の原則を達成できるようにするために、各発電設備を制御するシステムが知られている。このシステムでは、各需要家に送電線ネットワークからの受電量を計測する電力メータを配置し、計測される受電量が規定期間毎の目標受電量に維持されるように各発電設備の出力を調整する構成となっている。そして、各発電設備の発電出力を変更する際に、各発電設備の発電余力や許容発電出力変化率のほか、発電コストに関する情報に基づき、発電コストが小さいものから順に優先順位付けを行い、優先順位が高い発電設備を備える需要家の目標受電量を優先的に増加させて発電設備の発電出力を増加させる制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４０９５６号公報（第５−７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のような従来の技術では、送電線ネットワークすなわち商用電源側に発電設備で発電した電力が流れ込むことは認められていないため、それを防止するための系統保護装置を設ける必要があり、システムのコストアップの要因になっていた。
【０００５】
また、発電設備がコージェネレーション設備である場合には、発電の際に生じた排熱は貯湯槽等の熱消費部へ供給されて湯温の上昇等に用いられる。しかし、特に家庭用のコージェネレーション設備では、時間による電力消費及び熱消費部での熱需要の変動が大きいため、電力需要が高いにも関わらず熱需要が低い場合が発生し得る。その場合、排熱の一部を無駄に捨てざるを得ない。また、逆に熱需要が高いにも関わらず電力需要が低い場合には、発電電力の一部を無駄に捨てざるを得ず、利用するとしても発電電力の一部を熱消費部へ供給して湯温の上昇等に用いることができる程度である。したがって、そのような運転状態が多く発生すると、コージェネレーション設備としての効率が悪くなり、経済性を損なっていた。
【０００６】
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、複数のコージェネレーション設備と商用電源とにより電力負荷を分担するシステムにおいて、システムのコストダウンを図るとともに、電力消費や熱消費部での熱需要の変動が大きい場合であっても発電電力及び排熱を効率的に利用可能とすることにより、高い経済性を備えた発電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】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る発電システムの第１特徴構成は、複数のコージェネレーション設備を含む発電設備と商用電源とを有し、交流電力を出力する発電設備及び商用電源は交流電力を直流電力に変換するコンバータを介して接続し、直流電力を出力する発電設備は直接接続して、これらを直流連系し、その直流連系線から直流電力を交流電力に変換するインバータを介して１又は２以上の電力負荷に配電する発電システムであって、前記複数のコージェネレーション設備の熱消費部における熱需要を検知する熱需要検知部と、前記商用電源から前記直流連系線に流れ込む電力量を監視する商用電力量監視部と、前記発電設備の動作制御を行う制御部とを有し、前記制御部は、前記複数の発電設備のそれぞれに対する優先順位を前記熱需要検知部で検知した熱需要に基づいて定め、前記直流連系線に流れ込む商用電源からの電力量が所定の値を超えたことを前記商用電力量監視部により検知した場合に、前記優先順位の高い発電設備から順に動作させる点にある。
【０００８】
この第１特徴構成によれば、商用電源はコンバータを介して発電設備と直流連系されるので、商用電源側へ電力が流れ込む逆潮流が生じることが防止されるので、従来技術のように系統保護装置を設ける必要がなく、システムのコストダウンを図ることができる。また、電力需要が高くなったときに、コージェネレーション設備の熱消費部における熱需要に基づいて、複数の発電設備の中で熱需要の高いコージェネレーション設備から優先的に動作させるので、排熱を無駄に捨てることがなくなり、効率の高いシステムとすることができる。
【０００９】
本発明に係る発電システムの第２特徴構成は、複数のコージェネレーション設備を含む発電設備と商用電源とを有し、交流電力を出力する発電設備及び商用電源は交流電力を直流電力に変換するコンバータを介して接続し、直流電力を出力する発電設備は直接接続して、これらを直流連系し、その直流連系線から直流電力を交流電力に変換するインバータを介して１又は２以上の電力負荷に配電する発電システムであって、前記複数のコージェネレーション設備の熱消費部における熱需要を検知する熱需要検知部と、前記商用電源から前記直流連系線に流れ込む電力量を監視する商用電力量監視部と、前記発電設備の動作制御を行う制御部とを有し、前記制御部は、前記複数の発電設備のそれぞれに対する優先順位を前記熱需要検知部で検知した熱需要に基づいて定め、前記直流連系線に流れ込む商用電源からの電力量が所定の値より下がったことを前記商用電力量監視部により検知した場合に、前記優先順位の低い発電設備から順に停止させる点にある。
【００１０】
この第２特徴構成によれば、商用電源はコンバータを介して発電設備と直流連系されるので、商用電源側へ電力が流れ込む逆潮流が生じることが防止されるので、従来技術のように系統保護装置を設ける必要がなく、システムのコストダウンを図ることができる。また、電力需要が低くなったときに、コージェネレーション設備の熱消費部における熱需要に基づいて、複数の発電設備の中で熱需要の低いコージェネレーション設備から先に停止させるので、排熱を無駄に捨てることがなくなり、効率の高いシステムとすることができる。
【００１１】
ここで、前記複数のコージェネレーション設備はそれぞれ熱消費部として貯湯槽を有し、前記熱需要検知部は、前記貯湯槽における湯水の温度及び量の一方又は双方を検知することにより熱需要を検知する構成とすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る発電システムの概略構成を示す図である。本実施形態においては、発電設備として３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃを備える場合について説明する。ここで、３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、ＣのうちのＡ及びＢは発電部２７がそれぞれ回転型原動機２、３とそれに連動連結された交流発電機４、５であり、Ｃは発電部２７が燃料電池６である。また、３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの熱消費部２８はいずれも発電部２７に対して熱交換器１９、２０、２１を介して接続された貯湯槽１６、１７、１８である。
【００１３】
商用電源１と３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７は、直流連系線７において直流状態で連系される。この際、商用電源１は、交流電力を出力するので、交流電力を直流電力に変換するコンバータ８を介して直流連系線７に接続される。また、交流発電機４、５も交流電力を出力するので、交流電力を直流電力に変換するコンバータ９、１０を介して直流連系線７に接続される。一方、燃料電池６は、直流電力を出力するので、直接直流連系線７に接続される。また、直流連系線７には、平滑コンデンサ１１が接続されている。
【００１４】
これらの商用電源１と３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７からの電力は、直流連系線７から直流電力を交流電力に変換するインバータ１２を介して電力負荷１３に供給される。電力負荷１３としては、例えば一般家庭や事業所等において使用される照明設備、空調設備、工作機械等の様々な電気機器等の一群が含まれる。本実施形態においては、３つの電力負荷１３がそれぞれインバータ１２を介して接続されているが、これは、例えば複数の家庭や事業所等に対して電力を供給する場合を示している。
【００１５】
交流発電機４、５は、それぞれが回転型原動機２、３に連動連結され、各回転型原動機２、３の出力軸１４、１５の回転により駆動され、発電を行う。回転型原動機２、３としては、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービン、或いはスターリングエンジン等の公知の各種の原動機を用いることができる。燃料電池６は、ここでは図示しない改質器を備え、都市ガス、ＬＰＧ、灯油等を改質して得られた水素を用いて発電する構成としている。そして、これらの３個のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの熱消費部２８は、発電時に発電部２７で生じた排熱の供給を受けてその熱を利用可能な構成となっている。すなわち、回転型原動機２、３及び燃料電池６から発電の際に出る排熱は、排気や冷却水等の熱運搬媒体の熱として排出され、熱交換器１９、２０、２１において熱交換されて熱消費部２８である貯湯槽１６、１７、１８へ送られて回収利用される構成なっている。貯湯槽１６、１７、１８は、熱交換器１９、２０、２１を介して供給された発電部２７からの熱を水の温度上昇に用いて湯水を内部に蓄え、図示しない給湯部や暖房機器等へ蓄えた湯水を供給する構成となっている。
【００１６】
また、コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの熱消費部２８における熱需要は熱需要検知部２２により検知される。本実施形態においては、熱需要検知部２２は、熱消費部２８としての貯湯槽１６、１７、１８の内部に蓄えられた湯水の温度を検知する湯水温度センサ２３、２４、２５を有して構成されている。すなわち、湯水温度センサ２３、２４、２５により検知された結果、いずれかの貯湯槽１６、１７、１８の内部の湯水の温度が低い場合は、湯水の温度を上げる必要があるのでその貯湯槽１６、１７、１８の熱需要が高いと判断でき、逆にいずれかの貯湯槽１６、１７、１８の内部の湯水の温度が高い場合は、湯水の温度を上げる必要があまりないのでその貯湯槽１６、１７、１８の熱需要が低いと判断できる。そして、このような湯水温度センサ２４による検知結果は、制御部２６へ送られて熱需要の高低が判断される。なお、湯水温度センサ２３、２４、２５により検知する対象は、貯湯槽１６、１７、１８の構造により異なり、貯湯槽１６、１７、１８の内部に蓄えられた一定温度以上湯水の量を検知し、或いは湯水の温度及び量の双方を検知する構成とする場合もある。
【００１７】
商用電源１からコンバータ８を介して直流連系線７に流れ込む電力量Ｗは、商用電力量監視部２９により監視される。本実施形態においては、商用電力量監視部２９は、商用電源１のコンバータ８の直流側に配置された電力計３０を有して構成されている。この電力計３０は、商用電源１から直流連系線７に流れ込む直流電力量Ｗを常時又は一定の時間間隔で検知し、その情報を制御部２６へ送る。
【００１８】
制御部２６は、コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７の動作制御を行う。その際、制御部２６は、各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対する優先順位を熱需要検知部２２で検知した熱需要に基づいて定め、直流連系線７に流れ込む商用電源１からの電力量Ｗが所定の値を超えたことを商用電力量監視部２９により検知した場合に、優先順位のコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃから順に発電部２７を動作させる。また、直流連系線７に流れ込む商用電源１からの電力量Ｗが所定の値より下がったことを商用電力量監視部２９により検知した場合には、優先順位の低いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃから順に発電部２７を停止させる。
【００１９】
本実施形態においては、具体的には、上記優先順位は、各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの貯湯槽１６、１７、１８の内部に蓄えられた湯水の温度に基づいて定めることとし、この湯水の温度が低いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃから順に熱需要が高いものとして「第１位」「第２位」「第３位」というように順位付けを行う。この際、湯水の温度が同じである貯湯槽１６、１７、１８が複数存在する場合には、それらの順位は、予め定めた各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの固有の順位に基づいて定め、或いは、無作為に定めること等が可能である。各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの固有の順位を定めるにあたっては、各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７の熱回収効率や発電効率等に基づいて定めると好適である。
【００２０】
上記優先順位を定める制御部２６における判断時は、本実施形態においては、直流連系線７に流れ込む商用電源１からの電力量Ｗが所定の値（下記「発電起動値Ｗ１」）を超えたことを商用電力量監視部２９により検知したとき、及び当該電力量Ｗが所定の値（下記「発電停止値Ｗ２」）より下がったことを商用電力量監視部２９により検知したときであり、その都度、その時点における優先順位を制御部２６が判断し、その優先順位に従って上記のように各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７の動作開始及び停止の制御を行う。ここで、図２に示すように、商用電力量監視部２９により検知される電力量Ｗについて、発電部２７の動作開始のきっかけとなる電力量Ｗの所定の値（「発電起動値Ｗ１」という。）と、発電部２７の停止のきっかけとなる電力量Ｗの所定の値（「発電停止値Ｗ２」という。）との間には、ヒステリシスδを設けると好適である。すなわち、商用電源１から直流連系線７に流れ込む電力量Ｗは、電力負荷１３の状態やコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの動作状態によって頻繁に変動するものであるので、この電力量Ｗの変動を考慮したヒステリシスδを設けなければ、発電部２７の動作開始及び停止を頻繁に行うことになり、システムの効率が却って悪くなるからである。なお、上記制御部２６における優先順位の判断時としては、このように商用電力量監視部２９により検知した電力量Ｗが発電起動値Ｗ１を超えたとき及び発電停止値Ｗ２より下がったときに加えて、所定の時間間隔でも優先順位を判断するようにすることも可能である。その場合、一つのコージェネレーション設備（例えばＡ）の発電部２７が動作中に優先順位が停止中のコージェネレーション設備（例えばＢ）の発電部２７と入れ代わった場合に、優先順位が下がったコージェネレーション設備（Ａ）の発電部２７を停止させ、優先順位が上がったコージェネレーション設備（Ｂ）の発電部２７を新たに動作開始させる制御を行うことも可能である。
【００２１】
以下、本実施形態に係る発電システムの制御部２６による動作制御について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。この図に示すように、まず、商用電力量監視部２９により検知される商用電源１からの電力量Ｗが発電起動値Ｗ１を超えたか否かについて判断する（ステップ＃０１）。商用電源１からの電力量Ｗが発電起動値Ｗ１を超えていない場合には（ステップ＃０１：ＮＯ）、処理はステップ＃０４へ進む。一方、商用電源１からの電力量Ｗが発電起動値Ｗ１を超えた場合には（ステップ＃０１：ＹＥＳ）、次に、上記のとおり熱需要検知部２２で検知した熱需要に基づいて各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対する優先順位を定める判断を制御部２６において行う（ステップ＃０２）。その後、優先順位の高い一つのコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７の動作を開始する（ステップ＃０３）。この際、優先順位が最も高いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７が既に動作している場合には、次に優先順位が高いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７の動作を開始させることとし、既に全てのコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７が動作している場合には、この処理ステップ＃０３は行われない。
【００２２】
次に、商用電力量監視部２９により検知される商用電源１からの電力量Ｗが発電停止値Ｗ２より下がったか否かについて判断する（ステップ＃０４）。商用電源１からの電力量Ｗが発電停止値Ｗ２より下がっていない場合には（ステップ＃０４：ＮＯ）、処理はステップ＃０１へ戻る。一方、商用電源１からの電力量Ｗが発電停止値Ｗ２より下がった場合には（ステップ＃０４：ＹＥＳ）、次に、上記のとおり熱需要検知部２２で検知した熱需要に基づいて各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対する優先順位を定める判断を制御部２６において行う（ステップ＃０５）。その後、優先順位の低い一つのコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７を停止する（ステップ＃０６）。この際、優先順位が最も低いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７が既に停止している場合には、次に優先順位が低いコージェネレーション設備Ａ、Ｂ又はＣの発電部２７を停止させることとし、既に全てのコージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７が停止している場合には、このステップ＃０６は行われない。その後、処理はステップ＃０１へ戻る。なお、商用電源１からの電力量Ｗが発電起動値Ｗ１と発電停止値Ｗ２との間にあるときは、コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７の動作開始又は停止のいずれも行われず、そのままの状態が維持される。
【００２３】
なお、上記実施形態においては、発電設備がすべてコージェネレーション設備である場合について説明したが、本発明は、排熱を利用しない通常の発電設備を含む発電システムに適用することも可能である。その場合、そのような通常の発電設備は熱需要がないことから、制御部２６はその優先順位を最も低くするように定める。また、このような通常の発電設備が複数個含まれる発電システムでは、それらの通常の発電設備間の優先順位は予め定めた各発電設備の固有の順位に基づいて定め、或いは、無作為に定めること等が可能である。各発電設備の固有の順位を定めるにあたっては、各コージェネレーション設備Ａ、Ｂ、Ｃの発電部２７の発電効率等に基づいて定めると好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、複数の一般家庭や事業所等に設置される複数のコージェネレーション設備を含む発電設備により発電した電力と商用電源からの電力と調整しつつ電力負荷に対して供給する発電システムに好適に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る発電システムの概略構成を示す図
【図２】本実施形態に係る発電システムの商用電力量監視部により検知された電力量の変動と発電起動値及び発電停止値との関係の一例を示すグラフ
【図３】本実施形態に係る発電システムの制御部による動作制御を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２６】
Ａ、Ｂ、Ｃ  コージェネレーション設備
１  商用電源
２、３  回転型原動機
４、５  交流発電機
６  燃料電池
７  直流連系線
８、９、１０  コンバータ
１２  インバータ
１３  電力負荷
１６、１７、１８  貯湯槽
１９、２０、２１  熱交換器
２２  熱需要検知部
２３、２４、２５  湯水温度センサ
２６  制御部
２７  発電部
２８  熱消費部
２９  商用電力量監視部
３０  電力計
Ｗ  商用電力量監視部により検知した電力量
Ｗ１  発電起動値
Ｗ２  発電停止値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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