(57)【要約】【課題】  エネルギーロスやコストアップがない構成であって、商用電源に対する交流発電機の負荷分担率を調整することにより、必要な電力量等に応じて交流発電機に連動連結された回転型原動機を効率的に動作させる。【解決手段】  直流電力を交流電力に変換するインバータ１２の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバータ８、９、１０を介して接続される１又は２以上の交流発電機４、５と商用電源１とを少なくとも含む複数の電源を並列接続し、インバータ１２の交流側に電力負荷１３を接続し、電力負荷１３を複数の電源により分担する発電システムであって、交流発電機４、５は回転型原動機２、３に連動連結しており、複数の電源の負荷分担率を制御する制御部２６は、回転型原動機２、３に連動連結した交流発電機４、５の負荷分担率の調整を、回転型原動機２、３の出力軸１４、１５の回転数制御により行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータの直流側に、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される１又は２以上の交流発電機と商用電源とを少なくとも含む複数の電源を並列接続し、前記インバータの交流側に電力負荷を接続し、前記電力負荷を前記複数の電源により分担する発電システムであって、
前記交流発電機の少なくとも一つは回転型原動機に連動連結しており、前記複数の電源の負荷分担率を制御する制御部は、前記回転型原動機に連動連結した交流発電機の負荷分担率の調整を、前記回転型原動機の出力軸の回転数制御により行う発電システム。
【請求項２】
前記回転型原動機は排熱を回収利用可能に構成されており、前記回転型原動機の排熱に対する需要は熱需要検知部により検知される発電システムであって、
前記制御部は、前記熱需要検知部により検知された熱需要が高いときには前記回転型原動機の出力軸の回転数を上げ、前記熱需要検知部により検知された熱需要が低いときには前記回転型原動機の出力軸の回転数を下げる制御を行う請求項１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、エンジン或いはガスタービン等の回転型原動機に連動連結された交流発電機と商用電源とを含む複数の電源により電力負荷を分担するものであって、前記交流発電機の負荷分担率の調整を行うことが可能な発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電力を消費する一般電力負荷で必要とする電力量を、回転型原動機に連動連結された交流発電機の発電電力により賄い、ポンプ用電動機やファン用電動機等の回転数低下によって駆動電力を低減できる熱搬送機器の電力負荷を、交流発電機からの余剰分の電力と商用電源からの電力とによって賄い、熱搬送機器での負荷変動に対応する技術が知られている。この技術では、回転型原動機を一定回転数で駆動し、それにより交流発電機で定電圧定周波数の交流電力を得て一般電力負荷に供給し、そこでの余剰分の電力の全量を熱搬送機器に供給する。熱搬送機器に対して供給される電力は、交流発電機に接続されたコンバータと商用電源に接続された逆阻止型コンバータとにより、双方共に直流電力とされた状態で系統連系され、それを更にインバータにより交流電力に変換して供給される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８７６９８号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の技術は、回転型原動機を一定回転数で駆動することにより交流発電機において定電圧定周波数の交流電力の発電を行うものであって、商用電源と交流発電機との間の負荷分担率を、商用電源及び交流発電機の側において積極的に調整することは行われていなかった。そのため、一般電力負荷と熱搬送機器との両方の負荷が減少した場合等には交流発電機の発電電力を熱に変換する等して捨てざるを得ない場合が生じることも考えられ、交流発電機を駆動する回転型原動機を効率的に動作させることができない場合があった。
【０００５】
また、上記のような従来の構成において、商用電源に対する交流発電機の負荷分担率を調整するためには、交流発電機に接続されたコンバータの直流側出力の電圧を上下させる必要があるが、上記のとおり、交流発電機は、回転型原動機により一定回転数で駆動され、定電圧定周波数の発電を行っているため、コンバータのスイッチング制御をしたり、コンバータに電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣ変換器等の電圧変換機能を内蔵させる等の方法をとる必要がある。しかし、このような方法では、電圧変換の際のエネルギーロスが発生する上、付加的な装置構成が必要となるためにコストアップの要因になるという問題がある。
【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、エネルギーロスやコストアップがない構成であって、商用電源に対する交流発電機の負荷分担率を調整することにより、必要な電力量等に応じて交流発電機に連動連結された回転型原動機を効率的に動作させることが可能な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、直流電力を交流電力に変換するインバータの直流側に、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される１又は２以上の交流発電機と商用電源とを少なくとも含む複数の電源を並列接続し、前記インバータの交流側に電力負荷を接続し、前記電力負荷を前記複数の電源により分担するシステムであって、前記交流発電機の少なくとも一つは回転型原動機に連動連結しており、前記複数の電源の負荷分担率を制御する制御部は、前記回転型原動機に連動連結した交流発電機の負荷分担率の調整を、前記回転型原動機の出力軸の回転数制御により行う点にある。
【０００８】
この第１特徴構成によれば、交流発電機に接続されたコンバータに電圧変換機能を内蔵させる等の必要がなく、電圧変換によるエネルギーロスを防止することができるとともに、簡易な構成で安価なシステムとすることができる。また、商用電源に対する交流発電機の負荷分担率を調整することにより、必要な電力量等に応じて交流発電機に連動連結された回転型原動機を効率的に動作させることができる。
【０００９】
本発明に係る発電システムの第２特徴構成は、前記回転型原動機は排熱を回収利用可能に構成されており、前記回転型原動機の排熱に対する需要は熱需要検知部により検知されるシステムであって、前記制御部は、前記熱需要検知部により検知された熱需要が高いときには前記回転型原動機の出力軸の回転数を上げ、前記熱需要検知部により検知された熱需要が低いときには前記回転型原動機の出力軸の回転数を下げる制御を行う点にある。
【００１０】
この第２特徴構成によれば、コージェネレーション設備のように排熱を回収利用可能に構成されている回転型原動機を備えるシステムにおいて、回転型原動機の排熱に対する熱需要に応じて回転型原動機の動作量を調整することができるので、エネルギーの利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、並列接続される複数の電源として、商用電源１と、それぞれが回転型原動機２、３に連動連結された２個の交流発電機４、５と、燃料電池６とを有する場合について説明する。
【００１２】
上記複数の電源である商用電源１、交流発電機４、５及び燃料電池６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。
【００１３】
これらの複数の電源からの電力は、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に分担供給される。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の交流側に接続されているが、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。
【００１４】
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、エンジン或いはガスタービン等の公知の各種の原動機を用いることができる。そして、回転型原動機２、３に連動連結された２個の交流発電機４、５及び燃料電池６は、排熱を回収利用可能に構成されたコージェネレーション設備となっている。すなわち、回転型原動機２、３及び燃料電池６から出る排熱は、貯湯槽１６、１７や暖房機器等の排熱利用機器１８へ送られて回収利用される。ここでは、第１回転型原動機２の排気ガスや冷却水等に含まれる排熱は熱交換器１９を介して排熱利用機器１８へ送られ、第２回転型原動機３の排気ガスや冷却水等に含まれる排熱は熱交換器２０を介して貯湯槽１６へ送られてそれぞれ回収利用される構成なっている。また、燃料電池６からの排熱も熱交換器２１を介して貯湯槽１７へ送られて同様に回収利用される。
【００１５】
また、各回転型原動機２、３及び燃料電池６の排熱に対する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、第１回転型原動機２の排熱に対する需要を検知する熱需要検知部２２は、第１回転型原動機２と熱交換器１９との間で循環する排気ガスや冷却水等の熱運搬媒体の温度を、熱交換器１９の下流側において検知する媒体温度センサ２３を有して構成されている。すなわち、媒体温度センサ２３により検知された熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度が低い場合は、熱交換器１９で熱交換が多く行われたということであって熱需要が高いと判断でき、逆に熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度が高い場合は、熱交換器１９で熱交換があまり行われなかったということであって熱需要が低いと判断できる。また、第２回転型原動機３の排熱に対する需要を検知する熱需要検知部２２は、第２回転型原動機３の排熱が供給される貯湯槽１６内の湯水の温度を検知する湯水温度センサ２４を有して構成されている。すなわち、湯水温度センサ２４により検知された貯湯槽１６内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熱需要が高いと判断でき、逆に貯湯槽１６内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熱需要が低いと判断できる。なお、ここでは、燃料電池６の排熱が供給される貯湯槽１７にも同様に湯水温度センサ２５が配置されている。そして、これらの媒体温度センサ２３及び湯水温度センサ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。
【００１６】
制御部２６は、複数の電源、すなわち商用電源１、交流発電機４、５、及び燃料電池６の負荷分担率を制御する。この際、回転型原動機２、３に連動連結された交流発電機４、５の負荷分担率の調整は、回転型原動機２、３の出力軸１４、１５の回転数制御により行う。すなわち、交流発電機４、５は回転数にほぼ比例して出力電圧が変化することから、例えば、第１交流発電機４の負荷分担率を上げたい場合には、第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を上げる制御を行う。これにより、第１交流発電機４の発電電圧が上昇し、コンバータ９からの出力電圧も上昇するので、商用電源１を含む他の電源に対する第１交流発電機４の負荷分担率を上げることができる。同様に、第１交流発電機４の負荷分担率を下げたい場合には、第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を下げる制御を行えばよい。また、第２交流発電機５の負荷分担率を調整したい場合も全く同様である。
【００１７】
また、制御部２６は、熱需要検知部２２により検知された熱需要に応じて回転型原動機２、３の動作量を制御する。すなわち、制御部２６は、熱需要検知部２２により検知された熱需要が高いときには回転型原動機２、３の出力軸１４、１５の回転数を上げ、熱需要検知部２２により検知された熱需要が低いときには回転型原動機２、３の出力軸１４、１５の回転数を下げる制御を行う。
【００１８】
以下、第１交流発電機４、第１回転型原動機２、熱交換器１９、及び排熱利用機器１８により構成されたコージェネレーション設備の場合を例として説明する。図２は、制御部２６による第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数制御のフローチャートである。この図に示すように、まず、制御部２６は、媒体温度センサ２３により検知された熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度Ｔと所定の設定温度Ｔ１及びＴ２との関係について判断する（ステップ＃０１）。ここで、設定温度Ｔ１及びＴ２は、排熱利用機器１８において必要な熱量に対して第１回転型原動機２からの排熱の温度が適切な範囲内にあるときの熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度範囲として設定されている上限と下限の温度であって、Ｔ１は下限温度、Ｔ２は上限温度にそれぞれ設定する。したがって、温度Ｔが下限温度Ｔ１より低いときは（ステップ＃０１：Ｔ＜Ｔ１）、排熱利用機器１８において必要な熱量に対して第１回転型原動機２からの排熱の量が足りない、すなわち熱需要が高い状態であると判断できるので、制御部２６は、第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を上げる制御を行う（ステップ＃０２）。一方、温度Ｔが上限温度Ｔ２より高いとき（ステップ＃０１：Ｔ＞Ｔ２）、排熱利用機器１８において必要な熱量に対して第１回転型原動機２からの排熱の量が多すぎる、すなわち熱需要が低い状態であると判断できるので、制御部２６は、第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を下げる制御を行う（ステップ＃０３）。そして、温度Ｔが下限温度Ｔ１と上限温度Ｔ２との間にあるときは（ステップ＃０１：Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）、排熱利用機器１８において必要な熱量と第１回転型原動機２からの排熱の量とがほぼつり合っている、すなわち熱需要が高くも低くもない状態であると判断できるので、制御部２６は、第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を一定に保つ制御を行う（ステップ＃０４）。その後、所定時間が経過したか否かを判断する（ステップ＃０５）。これは、ステップ＃０２又は＃０３の処理において第１回転型原動機２の出力軸１４の回転数を変えた場合であっても、その排熱により熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度Ｔが上昇するまでにはある程度の時間を要することから、所定時間が経過した後に、再度ステップ＃０１の判断を行うこととしたものである。
【００１９】
なお、第２交流発電機５、第２回転型原動機３、熱交換器２０、及び貯湯槽１６により構成されたコージェネレーション設備の場合は、上記「熱交換器１９の下流側における熱運搬媒体の温度Ｔ」に代えて「湯水温度センサ２４により検知された貯湯槽１６内の湯水の温度Ｔ」とし、「設定温度Ｔ１及びＴ２」を「貯湯槽１６内の湯水の温度Ｔが適切な範囲として予め設定された上限と下限の温度」とする以外は、上記第１交流発電機４の場合と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【００２０】
上記実施形態においては、商用電源１以外の電源として、２個の交流発電機４、５と１個の燃料電池６を有する場合を例として説明したが、これらの電源の組み合わせは自由であって、例えば、商用電源と１の交流発電機との組み合わせにおいて、交流発電機の負荷分担率の調整を行うようにすることも当然に可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、一般家庭や事業所等に設置されるコージェネレーション設備であって、商用電源と系統連系する設備等に好適に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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制御部による第１回転型原動機の出力軸の回転数制御のフローチャート
【符号の説明】
【００２３】
１  商用電源
２  第１回転型原動機
３  第２回転型原動機
４  第１交流発電機
５  第２交流発電機
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
２２  熱需要検知部
２６  制御部
【図１】
2005278232.tif 000003
【図２】
2005278232.tif 000004