(57)【要約】【課題】簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムを提供すること。【解決手段】家庭用コージェネレーションシステム１Ａに、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出して記憶する電力負荷処理手段２４と、所定の条件に基づいて読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて燃料電池８を負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を演算し、燃料電池８の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段２７と、仮決めされた運転パターンの消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段２８と、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段２９と、を設ける。【選択図】  図２
2005030211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、前記熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、前記熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、前記熱電併給装置、前記蓄熱装置、前記補助加熱装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を積算して記憶し、そのサンプリング値に基づいて前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、
電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて前記熱電併給装置が負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を演算し、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、
前記運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて前記蓄熱装置に蓄熱される熱量と前記蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で前記補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、
前記消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記運転パターン仮決め手段は、
発電出力と電力負荷を一定間隔で計測する計測部と、
前記計測部が計測した発電出力と電力負荷を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、発電出力を電力負荷で割った値を電力負荷偏差と関連付けて蓄積する計測結果蓄積部と、
前記計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積したときに、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を算出する相関関数算出部と、
前記計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、前記計測結果蓄積部が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるデータ書換部と、
前記データ書換部がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正する相関関数修正部と、を有し、
前記相関関数修正部によって修正された相関関数を用いて前記熱電併給装置の発電出力を設定することを特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記運転パターン仮決め手段は、
発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を季節毎に有し、当該季節に応じた相関関数を用いて前記熱電併給装置の発電出力を設定すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記蓄熱装置が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、前記熱電併給装置の発電出力に基づいて求められる前記熱回収量から前記放熱損を減算して実熱回収量を演算し、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻とを決定する放熱損処理手段を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記熱電併給装置が前記蓄熱装置に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択する優位性判定手段を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項６】
発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、前記熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、前記熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、前記熱電併給装置が発生した余剰電力を熱に変換する熱電変換装置と、前記熱電併給装置、前記蓄熱装置、前記補助加熱装置、前記熱電変換装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を積算して記憶し、そのサンプリング値に基づいて前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、
電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて前記熱電併給装置が段階的出力運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量、変換熱量を演算し、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、
前記運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて前記蓄熱装置に蓄熱される熱量と前記蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で前記補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、
前記消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記運転パターン仮決め手段は、
余剰電力量を一定間隔で計測する計測部と、
前記計測部が計測した余剰電力量を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、余剰電力量を電力負荷偏差と関連付けて蓄積する計測結果蓄積部と、
前記計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積したときに、余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を算出する相関関数算出部と、
前記計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、前記計測結果蓄積部が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるデータ書換部と、
前記データ書換部がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正する相関関数修正部と、を有し、
前記相関関数修正部によって修正された相関関数を用いて前記熱電併給装置の発電出力を設定することを特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項８】
請求項７に記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記運転パターン仮決め手段は、
余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を季節毎に有し、
当該季節に応じた相関関数を用いて前記熱電併給装置の発電出力を設定すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れか一つに記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記蓄熱装置が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、前記熱電併給装置の発電出力に基づいて求められる前記熱回収量から前記放熱損を減算して実熱回収量を演算し、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻とを決定する放熱損処理手段を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項８の何れか一つに記載する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、
前記熱電併給装置が前記蓄熱装置に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択する優位性判定手段を有すること、を特徴とする家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力と熱を発生する熱電併給装置を設け、電力と熱の両方を得るように構成した家庭用コージェネレーションシステムの運転を制御する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用コージェネレーションシステムは、家庭毎に設置して、発電した電力を供給するとともに、排熱を回収して、給湯や暖房用途を賄えることから、次世代の省エネ機器として、その実用化・普及が期待されている。
コジェネレーションシステムについては、業務用・産業用など大規模のものは、すでに普及レベルにあるが、家庭用への導入に際しては、幾つかの障壁がある。すなわち、業務用・産業用コジェネレーションシステムは、使用者の負荷パターンを十分調査し、それに合わせた、システム構成やサイズ、運転パターンなどを設計する、いわゆるオーダーメードである。それに対し、家庭用コージェネレーションシステムは、各家庭で消費エネルギー量がかなりバラツキがあるものの、現在のところ、１ｋＷの１機種或いは２機種程度のラインナップである。各家庭の電力負荷や熱負荷は、例えば、夜型と朝型の生活パターンや外出の多少などによって大きく異なり、使用者毎の負荷パターンを調査して家庭用コージェネレーションシステムの出力サイズや構成を設計することは、コスト面から難しい。
仮に家庭用コージェネレーションシステムを個々に設計することが可能であっても、家庭用コージェネレーションシステムは、新築あるいは増改築された新規物件に導入されることが多く、システム導入前に使用者の負荷パターンを把握することは困難であり、大きなコストもかかる。そうしたことから、家庭用コージェネレーションシステムには、使用者の負荷パターンに応じ、自動で最適な運転パターンを模索・決定し、省エネ性、経済性を最大限に発揮できるような運転制御システムが求められている。
【０００３】
かかる家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムとして、例えば、特許文献１に示すものがある。この家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムによれば、１日間など、１周期となる所定時間の電力負荷と熱負荷の経時変化を電力負荷パターン及び熱負荷パターンとして記憶しておき、電力負荷パターンと熱負荷パターンとに基づいてガスエンジン等の熱電併給装置を運転した場合の省エネ性を求め、省エネ性の高い時間帯では、電力負荷を発電出力で賄い、省エネ性の低い時間帯では、電力負荷を商用電力で賄うように熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定し、運転パターンを作成するので、発電効率を高めるとともに、余剰電力の発生を抑制し、発電効率を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３３０３号公報（段落００５５〜００７４、図８、図９参照。）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムは、一区間（実施例では、３０分間）分の電力負荷データと熱負荷データを用いて、複数の計算式（実施例では、数式５１〜６８、数式４５〜５０）を解くことにより、当該区間の運転状態と運転停止状態とにおける一次エネルギー換算値をそれぞれ算出しており、１日分の一次エネルギーを算出するためには、計算回数がかなり多くなってしまっていた（実施例では、２の４８乗回）。そして、計算式によって得られた沢山の一次エネルギー換算値（実施例では、２の４８乗通り）を比較手段に入力し、順次比較して一次エネルギー換算値の小さいものを残し、最終的に一次エネルギーが最小となる運転状態と運転停止状態との組合せを最適運転状態として求めていた。そのため、従来の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムは、扱うデータや計算回数が多く、実際の制御装置での実用が難しかった。また、一区間、例えば、３０分間の平均的に処理された電力負荷データに対し、燃料電池のような電力負荷に追従可能な家庭用コージェネレーションシステムを使用する場合、何Ｗｈ発電でき、何Ｗｈ熱回収できるかの重要なロジックがないため、現実的なものではなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明は次のような構成を有する。
（１）発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、熱電併給装置、蓄熱装置、補助加熱装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて熱電併給装置が負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて蓄熱装置に蓄熱される熱量と蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有すること、を特徴とする。
【０００８】
（２）（１）に記載の発明において、運転パターン仮決め手段は、発電出力と電力負荷を一定間隔で計測する計測部と、計測部が計測した発電出力と電力負荷を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、発電出力を電力負荷で割った値を電力負荷偏差と関連付けて蓄積する計測結果蓄積部と、計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積したときに、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を算出する相関関数算出部と、計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、計測結果蓄積部が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるデータ書換部と、データ書換部がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正する相関関数修正部と、を有し、相関関数修正部によって修正された相関関数を用いて熱電併給装置の発電出力を設定することを特徴とする。
【０００９】
（３）（２）に記載の発明において、運転パターン仮決め手段は、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を季節毎に有し、当該季節に応じた相関関数を用いて熱電併給装置の発電出力を設定すること、を特徴とする。
【００１０】
（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の発明において、蓄熱装置が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、熱電併給装置の発電出力に基づいて求められる熱回収量から放熱損を減算して実熱回収量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻とを決定する放熱損処理手段を有すること、を特徴とする。
【００１１】
（５）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の発明において、熱電併給装置が蓄熱装置に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択する優位性判定手段を有すること、を特徴とする。
【００１２】
（６）発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、熱電併給装置が発生した余剰電力を熱に変換する熱電変換装置と、熱電併給装置、蓄熱装置、補助加熱装置、熱電変換装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて熱電併給装置が段階的出力運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量、変換熱量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて蓄熱装置に蓄熱される熱量と蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有すること、を特徴とする。
【００１３】
（７）（６）に記載の発明において、運転パターン仮決め手段は、余剰電力量を一定間隔で計測する計測部と、計測部が計測した余剰電力量を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、余剰電力量を電力負荷偏差と関連付けて蓄積する計測結果蓄積部と、計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積したときに、余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を算出する相関関数算出部と、計測結果蓄積部が所定数のデータを蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、計測結果蓄積部が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるデータ書換部と、データ書換部がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正する相関関数修正部と、を有し、相関関数修正部によって修正された相関関数を用いて熱電併給装置の発電出力を設定することを特徴とする。
【００１４】
（８）（７）に記載の発明において、運転パターン仮決め手段は、余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を季節毎に有し、当該季節に応じた相関関数を用いて熱電併給装置の発電出力を設定すること、を特徴とする。
【００１５】
（９）（６）乃至（８）の何れか一つに記載の発明において、蓄熱装置が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、熱電併給装置の発電出力に基づいて求められる熱回収量から放熱損を減算して実熱回収量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻とを決定する放熱損処理手段を有すること、を特徴とする。
【００１６】
（１０）（６）乃至（８）の何れか一つに記載の発明において、熱電併給装置が蓄熱装置に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻を変更して仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択する優位性判定手段を有すること、を特徴とする。
【００１７】
続いて、上記構成を有する発明の作用について説明する。
先ず、一定時間間隔で電力負荷と熱負荷のサンプリング値を計測するとともに、電力負荷と熱負荷のサンプリング値を一定時間毎に積算して記憶する。また、電力負荷と熱負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベース及び熱負荷偏差データベースに記憶する。さらに、所定のデータ数のデータをデータベースを書き込んだ後は、データベースの先頭に戻り、既に書き込まれたデータに上書きすることによりデータを更新する。これにより、電力負荷と熱負荷のサンプリング値を随時記憶する場合より記憶するデータ量を減らすことが可能である。
【００１８】
次に、所定の条件（例えば、特定の曜日）に対応する電力負荷の積算値と電力負荷偏差を読み出し、１日の総熱負荷を賄うように熱電併給装置を電力負荷に追従して運転させたときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を求め、このときの熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を運転パターンとして仮決めする。
一方、家庭用コージェネレーションシステムが熱電変換装置を備える場合には、熱電併給装置の余剰電力を熱電変換装置により熱に変換して利用することができるので、１日の総熱負荷を賄うように熱電併給装置を電力負荷に応じて段階的に出力するよう運転させたときの発電出力、発電効率、買電量、熱回収量、変換熱量を求め、このときの熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を運転パターンとして仮決めする。
【００１９】
次に、仮決めされた運転パターンに基づいて熱電併給装置を運転したときに消費される燃料消費量や買電量などを求め、消費エネルギー量を算出する。
このようにして、起動時刻を順次ずらしながら消費エネルギー量を算出し、算出した消費エネルギー量を比較して、消費エネルギー量が最小となる起動時刻と停止時刻を有する運転パターンを選択し、熱電併給装置を運転する。
【００２０】
このように、本発明は、電力負荷及び熱負荷の偏差を用いることによりデータ量を減少させ、この偏差を用いて家庭用コージェネレーションシステムが負荷追従又は段階的出力する場合に、一区間、例えば、３０分或いは１時間毎の電力負荷データに対して精度の高い発電出力量及び熱回収量を決定することができる。
加えて、起動時刻を順次ずらして一日に必要な熱量若しくはその大半を賄うよう仮決めした起動・停止時刻に対し、消費エネルギー量を算出し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選択して熱電併給装置を高効率で運転するので、所定時間毎に運転状況と停止状況で消費される消費エネルギー量を演算して記憶した後、これらを比較して運転パターンを作成する従来の運転制御システムと比較して、消費エネルギー量を計算する回数や消費エネルギー量に基づいて運転パターンを選択する際に用いるデータ量を減らすことができる。よって、本発明によれば、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる。
【００２１】
ここで、熱電併給装置を電力負荷に追従して運転する場合、各家庭で使用する電力機器の種類などによって電力負荷が異なり、それに応じて熱電併給装置の発電出力も変動する。そこで、電力負荷と発電出力とを一定間隔で計測し、所定時間経過する毎に計測した電力負荷と発電出力を積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、発電出力を電力負荷で割った値を電力負荷偏差と関連付けて蓄積していく。そして、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差とを所定数蓄積したときに、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を求める。これにより、各家庭の特性に応じた相関関数が作成される。その後も、発電出力と電力負荷を計測するため、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差を蓄積する必要が生じる。この場合には、最も古いデータを最新のデータに順次書き換えていく。これにより、古いデータを破棄して最新のデータを保持するので、データ量が少なくなる。所定回数データを書き換えたら、最新のデータを用いて相関関数を算出し直して修正する。これにより、発電出力の支配要因を反映した相関関数が適宜算出される。そして、この相関関数に電力負荷偏差及び電力負荷を用いることにより複雑な計算をすることなく発電出力が求められ、運転パターンが決定される。従って、本発明によれば、家庭の電力負荷や熱電併給装置の性能などに応じた精度の高い発電出力を複雑な計算をすることなく設定することができる。
【００２２】
また、熱電併給装置を段階的出力運転で運転する場合、同様の方法で余剰電力量を予測することができる。従って、熱電変換装置を備える家庭用コージェネレーションシステムの場合においても、家庭の電力負荷や熱電併給装置の性能などに応じた精度の高い発電出力を複雑な計算をすることなく設定することができる。
【００２３】
尚、家庭で使用される電力機器は季節ごとに変化し、それに伴って電力負荷も変動する。そのため、例えば季節の変わり目などには、使用する電力機器が一定せず、電力負荷の予測や発電出力の設定などが困難である。そこで、相関関数を季節毎に備え、季節の変わり目など電力負荷予測や余剰電力量予測が困難な場合には、季節に応じた相関関数を用いて発電出力を設定し、運転パターンを決定するようにすれば、季節などの外乱要因に関わらず家庭の電力負荷に精度良く追従する運転制御を行うことができる。
【００２４】
ところで、蓄熱装置に蓄熱した熱は、一般的に時間の経過に従って放熱されるため、熱電併給装置の発電に伴って回収される熱量と蓄熱装置に蓄熱されて実際の用に供される熱量とは必ずしも一致しない。そこで、別途測定している外気温や水温から放熱損率を求め、熱電併給装置による熱回収量から、その回収した熱量が使われるまでの時間を求め、放熱損率と時間を乗じ放熱量を求め、熱回収量から放熱量を減算して実熱回収量を求め、実熱回収量をもとにして一日の総熱負荷を賄うように熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定するようにすれば、より現実的な運転制御を精度良く行うことができる。
【００２５】
また、放熱損は、例えば、１日のうち最後に熱電併給装置を停止した後、翌日の朝、蓄熱装置の蓄熱を使用する場合のように、熱電併給装置の停止時間が長くなるほど大きくなる。このとき、予測日の仮停止時刻前に熱回収し、翌日の熱負荷の一部又は全部を賄う場合と、予測日の仮起動時刻前に予測日に必要な熱負荷のみを賄うように熱回収し、翌日に熱を残さないようにする場合とを比較し、何れで熱回収を行うのが効率的であるか否かを判断して、運転パターンを選択する。すなわち、予測日に熱電併給装置を停止する仮停止時刻前に翌日の熱負荷を蓄熱装置に蓄熱する場合と、予測日に熱電併給装置を起動する仮起動時刻前に当日の熱負荷を蓄熱装置に蓄熱する場合とにおける消費エネルギー量を放熱損を考慮してそれぞれ算出し、消費エネルギー量の小さい起動時刻と停止時刻を有する運転パターンを選定する。このように、熱電併給装置の運転パターン全体を計算し直さず、放熱損の大きい時間帯について起動時刻と停止時刻を部分的に計算し直すので、少ない計算回数で省エネ性の高い運転パターンを作成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施の形態）
次に、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムに関し、第１実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、家庭用コージェネレーションシステム１Ａの概略構成図である。
家庭用コージェネレーションシステム１Ａは、燃料電池（「熱電併給装置」に相当するもの。）８で発電した電力を電力機器１９に供給するとともに、発電に伴って発生した熱で加熱した水を貯湯タンク（「蓄熱装置」に相当するもの。）２に貯めて熱機器１１に供給するよう構成されている。
【００２７】
貯湯タンク２は、容量が１００〜２００Ｌのものであり、底部に接続する水道管３から水を供給されて常時満水状態にされている。貯湯タンク２の底部と頂部には、循環配管４が接続し、循環配管４に設置された第１ポンプ５を駆動することにより、貯湯タンク２の水を底部から取り出して上部に戻すようになっている。循環配管４は、第１ポンプ５の下流側に熱交換器６が設置され、熱交換器６を介して熱回収用循環配管７と連結している。熱回収用循環配管７は、最大出力が１ｋＷの燃料電池８に接続し、第２ポンプ９を駆動することにより熱回収用循環配管７を循環する循環水が燃料電池８の排熱を回収するようになっている。従って、燃料電池８が発電しているときに、第１ポンプ５と第２ポンプ９を駆動すれば、燃料電池８の排熱により熱回収用循環配管７の循環水を加熱し、熱交換器６において熱回収用循環配管７の循環水から循環配管４の水に熱伝達して、給湯水を貯湯タンク２に貯めることができる。
【００２８】
貯湯タンク２の上部には、出力用循環配管１０が接続し、台所や風呂の蛇口や床暖房等の熱機器１１に給湯水又は暖房温水を供給するようになっている。給湯温度は、出力用循環配管１０上に設置された温度センサ３３により検出され、給湯温度が設定温度より高温の場合には、三方弁１３で常温の水道水を加え、また、給湯温度が設定温度より低温の場合には、ガスボイラ（「補助加熱装置」に相当するもの。）１４で給湯水を加熱するようにしている。尚、貯湯タンク２の貯湯量は、給湯水と水道水の境界面を温度センサ１２で感知することにより検出され、また、水道水の温度は、水道管３に取り付けられた温度センサ２１によって検出され、さらに、給湯水の使用量は、三方弁１３の下流側に設置された流量計１５によって検出されている。
【００２９】
燃料電池８には、発電出力を取り出す電力線１６が接続され、分電盤（「買電装置」に相当するもの。）１７に接続されている。分電盤１７は、商用電力を供給する商用電力線１８にも接続し、発電出力と商用電力とを連系して照明器具、テレビ、エアコン、パソコンなどの電力機器１９に発電出力又は商用電力を供給するようになっている。分電盤１７には、電力計２０が設置され、電力機器１９が消費した電力量を検出している。
燃料電池８、温度センサ１２、三方弁１３、ガスボイラ１４、流量計１５、分電盤１７、電力計２０、温度センサ２１、温度センサ３３等には、マイクロコンピュータ（「制御装置」に相当するもの。）２２Ａが接続され、マイクロコンピュータ２２Ａに格納された運転制御プログラムを実行することにより燃料電池８の運転を制御している。
【００３０】
図２は、マイクロコンピュータ２２Ａのブロック図である。
マイクロコンピュータ２２Ａは、学習機能を備える。マイクロコンピュータ２２Ａは、データベース３４に接続するとともに、電力負荷積算手段２３、電力負荷処理手段２４、熱負荷積算手段２５、熱負荷処理手段２６、運転パターン仮決め手段２７、消費エネルギー量演算手段２８、運転パターン選定手段２９、放熱損処理手段３０、優位性判定手段３１などを備える。
【００３１】
データベース３４は、電力積算負荷、熱負荷積算値、電力負荷偏差、熱負荷偏差などのデータを一定条件（例えば、１週間分ごと、曜日ごと、季節ごとなど）のもとで記憶している。
【００３２】
電力負荷積算手段２３は、電力機器１９が使用する電力負荷を電力計２０により一定時間間隔でサンプリングし、そのサンプリング値を積算してデータベース３４に上書きするものである。
電力負荷処理手段２４は、電力計２０によってサンプリングされた電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、データベース（「電力負荷偏差データベース」に相当するもの。）３４に記憶された既存の電力負荷偏差を書き換えるものである。
【００３３】
熱負荷積算手段２５は、温度センサ１２と流量計１５により給湯温度と給湯流量を一定時間間隔でサンプリングし、給湯温度と給湯流量から熱機器１１が消費した熱負荷を算出し、その熱負荷を積算してデータベース３４に上書きするものである。
熱負荷処理手段２６は、給湯温度と給湯流量から算出した熱負荷について所定時間毎に偏差を算出し、データベース（「熱負荷偏差データベース」に相当するもの。）３４に記憶された既存の熱負荷偏差を書き換えるものである。
【００３４】
運転パターン仮決め手段２７は、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて燃料電池８が負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、ガスボイラ１４が追い焚きの際などに消費するガス量を演算し、燃料電池８の起動時刻と停止時刻を仮決めするものである。運転パターン仮決め手段２７は、燃料電池８の発電出力を決定するため、燃料電池８の性能などに応じた固有の相関関数を有するとともに、発電出力と発電効率・熱回収率との関係を示す関係式を有する。
【００３５】
消費エネルギー量演算手段２８は、運転パターン仮決め手段２７により仮決めされた運転パターンに基づき、燃料電池８の運転で消費されるガス量、買電量及び給湯水が不足するときにガスボイラ１４が消費するガス量に一次エネルギー量算出に必要な変換定数を乗じて、消費される消費エネルギー量を演算するものである。
【００３６】
運転パターン選定手段２９は、消費エネルギー量演算手段２８で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定するものである。
【００３７】
放熱損処理手段３０は、貯湯タンク２が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、燃料電池８の発電出力に基づいて求められる熱回収量から放熱損を減算して実熱回収量を演算し、実熱回収量をもとにして一日に必要な熱負荷を賄うように燃料電池８の起動時刻と停止時刻とを決定するものである。
【００３８】
優位性判定手段３１は、次の熱負荷に熱量が不足すると予測される場合に、燃料電池８が貯湯タンク２に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択するものである。
【００３９】
次に、上記構成を有する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムの動作について、フローチャートを参照しながら説明する。家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムは、主として、電力負荷データ及び熱負荷データを蓄積する処理と、電力負荷データと熱負荷データに基づいて電力負荷予測と熱負荷予測を立案し、それに基づいて燃料電池８の運転パターンを決定する処理とをパラレルに行っている。
【００４０】
図３は、負荷データ蓄積処理のフローチャートである。図４は、電力負荷データの一例を示す図である。図５は、熱負荷データの一例を示す図である。図６は、電力積算負荷と電力負荷の関係を経時的に示す図である。図７は、熱負荷と熱積算負荷との関係を経時的に示す図である。
【００４１】
負荷データの蓄積処理では、先ず、Ｓ１１において、１分間の電力負荷、給湯流量、温度（水温と給湯温度）を計測する。すなわち、電力負荷は、例えば、図４に示すように、電力計２０によって経時的に計測される。また、給湯流量は、流量計１５により経時的に計測される。さらに、水道水の水温は、温度センサ２１によって計測され、給湯温度は、温度センサ３３によって計測される。
【００４２】
次に、Ｓ１２において、１分毎の熱負荷（ｋＪ）を算出（＝水の流量×温度差）する。すなわち、給湯温度から水道水の水温を減算して温度差を求め、その温度差に給湯流量をかけることにより、熱機器１１が消費した熱負荷（ｋＪ）を算出する（図５参照）。また、これと同時に、燃料電池８の貯湯タンク２に設置されている温度センサ１２から貯湯温度を計測し、蓄熱量を計算する。
次に、Ｓ１３において、１時間分のデータ収集を完了したか否かを判断する。
１時間分のデータ収集を完了していないと判断した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１１に戻ってデータ収集を継続する。一方、１時間分のデータ収集を完了したと判断した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｓ１４において、電力負荷、熱負荷を積算し、バラツキ（偏差）を算出する。尚、本実施の形態では、積算値と偏差を１時間間隔で算出するが、マイクロコンピュータ２２Ａのデータ蓄積容量などを鑑みて任意に設定可能であり、例えば、１５分から２時間程度の範囲に設定してもよい。
【００４３】
そして、Ｓ１５において、積算値、偏差を該当する曜日、時刻に上書きする。
すなわち、データベース３４には、電力積算負荷、電力負荷偏差、熱積算負荷、熱負荷偏差が曜日や季節などに区分して時刻毎に記憶されており、既存の電力積算負荷、電力負荷偏差、熱積算負荷、熱負荷偏差を新たに算出した電力積算負荷、電力負荷偏差、熱積算負荷、熱負荷偏差に上書きして書き換える（図６及び図７参照）。これにより、マイクロコンピュータ２２Ａのデータ蓄積容量が、１分毎に計測したサンプリング値の全てを記憶する場合より少量になる。
【００４４】
次に、Ｓ１６において、１日分のデータ収集を完了したか否かを判断する。１日分のデータ収集を完了していないと判断した場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１に戻ってデータ収集を継続する。一方、１日分のデータ収集を完了したと判断した場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、Ｓ１７において、１日分の総熱負荷を算出する。すなわち、１時間間隔で算出した熱積算負荷をさらに積算して、熱機器１１が１日に消費する熱負荷を算出し、データベース３４に記憶する。
【００４５】
続いて、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理について説明する。図８は、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理のフローチャートである。図１１は、電力積算負荷と発電出力を経時的に示す図である。図９は、発電出力を電力負荷で割った値と偏差との相関関数を示す図である。図１０は、発電効率と発電出力との関係を示す図である。図１２は、熱積算負荷と熱回収量との関係を経時的に示す図である。図１３は、熱積算負荷、熱回収量、実熱回収量との関係を経時的に示す図である。図１４は、電力負荷と選定した運転パターンによって燃料電池を運転したときの発電出力との関係を経時的に示す図である。図１５は、熱負荷と選定した運転パターンによって燃料電池を運転したときの貯湯残熱量との関係を示す図である。
【００４６】
電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理では、先ず、Ｓ２１において、予測日前日の停止予定時刻から２日分の電力負荷データ、１日分の熱負荷データの読み込みを行う。この場合、例えば、平日の過去１０日分の平均値であったり、また、１週間前の同じ曜日のデータなどを読み込む。すなわち、例えば、データベース３４に記憶されている電力積算負荷のうち、１週間前の同じ曜日とその翌日の電力積算負荷を読み出し、電力負荷を予測する。２日分の電力負荷データを読み出すのは、電力負荷の高い時間帯が日にちをまたがって発生する可能性も考えられるからである。また、例えば、データベース３４に記憶されている熱積算負荷のうち、１週間前の同じ曜日の熱積算負荷を読み出し、熱負荷を予測する。このとき、さらに、季節ごとに使用する電力機器１９や熱機器１１の違いに基づくデータの非連動性を補完するために、１年前のデータや予測日の温度・エンタルピーを考慮すれば、より信頼性の高い電力負荷と熱負荷を予測することが可能である。
【００４７】
次に、Ｓ２２において、電力負荷と偏差から２日間負荷追従運転を実施したときの発電出力を算出する。これと同時に、消費エネルギー量の算出に必要なデータを求める。すなわち、Ｓ２３において、例えば、データベース３４から読み出した電力負荷偏差が２８０である場合、図９に示す相関関数より、発電出力を電力負荷で割った値が０．８であることを求め、データベース３４から読み出した電力積算負荷に対して発電出力を電力負荷で割った値（ここでは、０．８）を乗じることにより、図１１に示すような発電出力を求める。発電出力は、図１０に示す関係図に当てはめられ、発電効率と熱回収率が求められる。また、Ｓ２４において、発電出力を発電効率で割ることにより家庭用コージェネレーションシステム１Ａの燃料となるガス量を算出する。また、Ｓ２５において、ガス量と熱回収率とをかけ合わせて熱回収量を算出する。さらに、Ｓ２６において、気温や水温などから１時間当たりの放熱率を算出する。
【００４８】
次に、Ｓ２７において、予測日前日の停止時刻を起動時刻Ｂ１と仮決めし、放熱損を考慮して起動時刻Ｂ１時での貯湯残熱量を算出する。すなわち、予測日の燃料電池８を起動する前までに貯湯タンク２に蓄熱されている熱量を算出する。
一日に必要な熱負荷を賄うように発電出力時間を決定するため、また、貯湯タンク２の貯湯量に限界があり（本実施の形態では、１００〜２００Ｌ）、予測日に蓄熱可能な貯湯量を把握する必要があるためである。
【００４９】
次に、Ｓ２８において、起動時刻Ｂ１時から回収できる熱量分を順次加算する。その際、熱回収量は回収時間と使用時間の時間差分の放熱損を考慮したものとする。すなわち、例えば、予測日の前日２４時に燃料電池８が停止する場合、予測日の０時を起動時刻Ｂ１に仮決めし、その起動時刻Ｂ１から燃料電池８が発電に伴って発生する熱量を積算して熱回収量を求める（図１２参照）。このとき、貯湯タンク２は、給湯水が使用されるまでに放熱損を発生するため、現実には、熱回収量から放熱損を減算した分だけ蓄熱され使用されることになる。そこで、熱回収量から放熱損を減算した熱量を経時的に積算し、実熱回収量を求める（図１３参照）。また、ガスボイラ１４で必要とされる熱量も算出する。これらを考慮して、各時間帯での回収できる熱量分を順次加算する。
【００５０】
次に、Ｓ２９において、１日の総熱負荷が実熱回収量と実貯湯残熱量とを加算したものより小さくなる時刻を停止時刻Ｃ１と仮決めする。すなわち、予測日当日には、燃料電池８を運転して回収され使用されるまでの放熱損を考慮した実熱回収量と、予測日に燃料電池８を起動する前に貯湯タンク２に残っており、使用されるまでの放熱損を考慮した実貯湯残熱量とが貯湯タンク２に蓄熱され、その蓄熱によって予測日の熱負荷を賄うようにすれば、効率よく燃料電池８を運転することが可能である。そこで、予測日の総熱負荷を実熱回収量と実貯湯残熱量とで賄うことができる時刻を燃料電池８の停止時刻Ｃ１として仮決めする。
【００５１】
次に、Ｓ３０において、買電量に換算係数をかけたものと、ガス量に換算係数をかけたものとを加算することにより１日の消費エネルギー量Ｔ１を算出し蓄積する。このとき、買電量は、総電力負荷から総発電出力を減算することにより算出される。すなわち、家庭用コージェネレーションシステム１Ａの省エネ性は、熱機器１１及び電力機器１９の他燃料電池８やガスボイラ１４を含むシステム全体が消費する電力量やガス量の一次エネルギー量を基準に判断可能である。そこで、予測日の電力負荷を積算した総電力負荷から、当該運転パターンによって発生する発電出力を減算することにより買電量を演算し、その買電量に換算係数をかけて電力負荷に要する消費エネルギー量を求め、また、都市ガスのガス量に換算係数をかけて、家庭用コージェネレーションシステム１Ａと熱負荷に要する消費エネルギー量を求める。そして、これらの消費エネルギー量を加算して当該運転パターンの消費エネルギー量Ｔ１を算出し、当該運転パターンと関連付けて記憶しておく。
【００５２】
次に、Ｓ３１において、停止時刻Ｃ１が翌日の２４時＋α以下であるか否かを判断する。「翌日の２４時＋α」を判断基準としているのは、電力負荷の高い時間帯が日にちをまたがって発生する場合があるからである。停止時刻Ｃ１が翌日の２４時＋α以下であると判断した場合には（Ｓ３１：ＹＥＳ）、Ｓ３２に進み、起動時刻をＢｉ＋１時と１時間遅らせる。その後、Ｓ２７以降の処理を行い、停止時刻をＣｉ＋１と仮決めし、さらに、消費エネルギー量Ｔｉ＋１を蓄積する。
このようにして、起動時刻Ｂを１時間ずつずらして固定し、必要な熱量を回収できる時間分だけ運転するよう停止時刻Ｃを仮決定することにより運転パターンを順次作成し、各運転パターン毎の消費エネルギー量を蓄積する。
【００５３】
そして、停止時刻Ｃ１が翌日の２４時＋α以下でないと判断した場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、Ｓ３３に進み、最も消費エネルギー量が小さいＴｍｉｎ、起動時刻Ｂｍｉｎ、停止時刻Ｃｍｉｎを算出する。すなわち、蓄積した運転パターンの中で起動から停止までの消費エネルギー量が最小となるものを選定する（図１４参照）。このとき、消費エネルギー量は、仮決めされた運転パターンと同数だけ記憶されており、所定の時間帯（例えば、３０分）毎に運転状況と停止状況との消費エネルギー量を沢山（上記従来技術では、２の４８乗個）記憶した後、それらを比較して運転パターンを決定するもの（従来技術の欄参照）より少ないデータ量及び計算回数で運転パターンを選定することが可能である。
【００５４】
予測日当日には、燃料電池８は選定された運転パターン（図１４参照）に従って運転され、貯湯タンク２に貯湯された給湯水を熱機器１１に供給するとともに（図１５参照）、発電出力を電力機器１９に供給する（図１４参照）。尚、発電出力で対応できない電力負荷は、商用電力で賄い、また、熱負荷に対応できない給湯水は、ガスボイラ１４で加熱して賄う。また、給湯温度が設定温度（例えば、４２℃）より高温の場合には、三方弁１３において水道水を給湯水に混合して熱機器１１に供給する。
【００５５】
図１６は、放熱損に関わる計算ロジックの一例を示す図である。
例えば、図１６に示すように、２０時に熱負荷のピークを示す場合、熱負荷のピークを示す２０時から仮停止時刻である午前２時までの間（図中Ｘ部分）に貯湯タンク２に蓄熱される熱量を、仮起動時刻である１０時前（図中Ｙ部分）に燃料電池８を起動して貯湯タンク２に蓄熱できるか否かを判断し、蓄熱できると判断した場合には、いずれの場合で熱回収するのが優位であるかを判断する。
【００５６】
すなわち、熱負荷のピークを示す２０時から仮停止時刻２時までの間（図１６のＸ部分）に貯湯タンク２に回収する熱量を算出した後、次に貯湯タンク２の給湯水を使用する時間を特定し、その使用時間までに貯湯タンク２が放熱する放熱損を、季節や外気温等から決定される放熱率に基づいて演算する。そして、貯湯タンク２に回収される熱回収量と放熱損から次の熱負荷で使用可能な熱量を算出し、当該燃料電池８の運転により消費される都市ガスのガス量に基づいて実熱効率を求める。そして、実熱効率と発電効率から総合効率を算出して記憶する。尚、総合効率は、消費エネルギー量として算出してもよい。
【００５７】
続いて、熱負荷のピーク時間である２０時から仮停止時刻２時までに貯湯タンク２に蓄熱する熱量と同量の熱量を、仮起動時刻１０時前（図１６のＹ部分）に回収する場合を考慮する。すなわち、仮起動時刻１０時を基準として、熱負荷のピーク時間である２０時から仮停止時刻２時までに貯湯タンク２に蓄熱する熱量と同量の熱量を回収するために必要な時刻を前倒しで設定する。ここでは、例えば、２時から燃料電池８を稼働するものとする。この場合に、２時から仮起動時刻１０時までに発生する貯湯タンク２の放熱損を、季節や外気温等から決定される放熱率に基づいて演算する。そして、貯湯タンク２に回収される熱回収量と放熱損から、その翌日の熱負荷に使用可能な熱量を算出し、当該燃料電池８の運転により消費される都市ガスのガス量に基づいて実熱効率を求める。そして、実熱効率と発電効率から総合効率を算出して記憶する。尚、総合効率は、消費エネルギー量として算出してもよい。
【００５８】
そして、熱負荷のピーク時から仮停止時刻までに燃料電池８を運転して蓄熱する場合（図１６のＸ部分）と、仮起動時刻前に燃料電池８を運転して蓄熱する場合（図１６のＹ部分）との総合効率を比較し、いずれが消費エネルギー量の面から優位であるか否かを判定し、優位性の高いものの起動時刻と停止時刻を選定し、運転パターンを決定する。つまり、燃料電池８の運転パターン全体を計算し直さず、放熱損の大きい時間帯について起動時刻と停止時刻を部分的に計算し直して、より省エネ性の高い運転パターンを決定する。
【００５９】
続いて、上記家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムを用いて燃料電池８の運転パターンを作成した場合と、用いずに燃料電池８の運転パターンを作成した場合の効果について説明する。図１７は、夏季に家庭用コージェネレーションシステム１Ａを運転した場合を示す図である。図１８は、夏季に家庭用コージェネレーションシステム１Ａを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。図１９は、冬期に家庭用コージェネレーションシステム１Ａを運転した場合を示す図である。図２０は、冬期に家庭用コージェネレーションシステム１Ａを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。
【００６０】
図１７の点線に示すように、夏季の電力需要は、エアコン等を使用する関係上、電力負荷が大きいが、一般に熱負荷は小さい。かかる場合に、図１７の細線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いずに運転パターンを作成すると、電力負荷にそのまま追従して燃料電池８を運転する。それに対して、図１７の太線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いて運転パターンを作成すると、電力負荷の大きい時間帯にのみ燃料電池８を運転する。その結果、図１８に示すように、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムを用いて燃料電池８を運転した場合の消費エネルギー量は、燃料電池８を負荷追従運転した場合の消費エネルギー量の約８８％に減少し、省エネ効果を発揮する。
【００６１】
また、図１９の点線に示すように、冬期の電力需要は、夏季（図１７参照）と比較して電力負荷が減少するものの、一般に熱負荷が大きくなる。かかる場合に、図１９の細線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いずに運転パターンを作成すると、電力負荷にそのまま追従して燃料電池８を運転する。それに対して、図１９の太線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いて運転パターンを作成した場合、熱負荷を賄うように燃料電池８を運転するため、電力負荷にほぼ追従して燃料電池８を運転する。ここで、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムは、例えば、朝食の準備などで使用される給湯水を賄うため、燃料電池８を負荷追従運転する場合と異なり、午前４時から６時までの間に燃料電池８を運転している。このような場合であっても、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムでは、消費エネルギー量が最小となるように運転パターンを作成するため、図２０に示すように、消費エネルギー量が負荷追従運転の場合より増加しない。
【００６２】
このように、本実施の形態の運転制御システムは、電力積算負荷と偏差を求めてデータ量を減らし、電力積算負荷と電力負荷偏差とに基づいて電力負荷を予測して運転パターンを作成した場合でも、電力負荷と熱負荷を賄うことができる運転パターンを精緻に作成することができ、燃料電池８を負荷追従運転する場合と同等若しくはそれ以上の省エネ効果を得ることができる。
【００６３】
従って、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムによれば、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて燃料電池８の起動時刻と停止時刻を決定するものであって、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、データベース３４に記憶する電力負荷処理手段２４と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて燃料電池８が負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を演算し、燃料電池８の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段２７と、運転パターン仮決め手段２７により仮決めされた運転パターンにおいて貯湯タンク２に蓄熱される熱量と貯湯タンク２から放熱される熱量を算出した上でガスボイラ１４が消費するガス量を算出して、その仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段２８と、消費エネルギー量演算手段２８で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段２９と、を有しているので、所定時間毎に運転状況と停止状況で消費される消費エネルギー量を演算して記憶した後、これらを比較して運転パターンを作成する従来技術の欄で説明した運転制御システムと比較して、消費エネルギー量を計算する回数や消費エネルギー量に基づいて運転パターンを選択する際に用いるデータ量を減らすことができ、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる。
【００６４】
また、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムによれば、貯湯タンク２が熱の使用時刻までに放出する放熱損を演算し、燃料電池８の発電出力に基づいて求められる熱回収量から放熱損を減算して実熱回収量を演算し、燃料電池８の起動時刻と停止時刻とを決定する放熱損処理手段３０を有しているので、より現実的な運転制御を精度良く行うことができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムによれば、燃料電池８が貯湯タンク２に所定量の熱量を蓄熱するために、仮停止時刻前に蓄熱する場合と仮起動時刻を変更して仮起動時刻後に蓄熱する場合との各消費エネルギー量を放熱損を考慮して算出し、算出した消費エネルギー量を比較して消費エネルギー量の小さい運転パターンを選択する優位性判定手段３１を有しており、燃料電池８の運転パターン全体を計算し直さず、放熱損の大きい時間帯について起動時刻と停止時刻を部分的に計算し直すので、少ない計算回数で省エネ性の高い運転パターンを作成することができる。
【００６６】
（第２実施の形態）
次に、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムに関し、第２実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態は、発電出力を算出するための相関関数を適宜変更し、燃料電池８の運転パターンを作成する点で、固有の相関関数を用いて燃料電池８の運転パターンを作成する第１の実施の形態と相違する。よって、ここでは、第１実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムと異なる点について詳細に説明する。尚、第１実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムと同一構造については、図面に同一符号を付すことにする。
【００６７】
図２１は、マイクロコンピュータ２２Ｂのブロック図である。
マイクロコンピュータ２２Ｂは、第１実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａに設けられ、運転パターン仮決め手段２７に計測部２７１、計測結果蓄積部２７２、相関関数算出部２７３、データ書換部２７４、相関関数修正部２７５とを備えている。
【００６８】
計測部２７１は、燃料電池８の発電出力と電力機器１９の電力負荷を一定間隔で計測するものである。
計測結果蓄積部２７２は、計測部２７１が計測した発電電力と電力負荷を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、発電出力を電力負荷で割った値を電力負荷偏差と関連付けてデータベース３４に蓄積するものである。
相関関数算出部２７３は、計測結果蓄積部２７２が発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差をデータベース３４に所定数蓄積したときに、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を算出するものである。
データ書換部２７４は、計測結果蓄積部２７２が発電電力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差をデータベース３４に所定数蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、計測結果蓄積部２７２が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるものである。
相関関数修正部２７５は、データ書換部２７３がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正するものである。
【００６９】
本実施の形態では、負荷データの蓄積処理及び電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理に加え、相関関数の算出に使用するデータの蓄積をパラレルに行っている。図２２は、データ蓄積処理のフローチャートである。
データ蓄積処理では、Ｓ５１において、燃料電池８が発電中であるか否かを判断する。すなわち、常時データ収集を行う負荷データ蓄積処理と異なり、データ蓄積処理は、燃料電池８が運転しているときのみデータを蓄積する。燃料電池８が発電中でないと判断した場合には（Ｓ５１：ＮＯ）、処理を終了する。一方、燃料電池８が発電中であると判断した場合には、Ｓ５２において、電力計２０により電力機器１９が消費した電力量を１分毎に検出するとともに、燃料電池８の発電出力を１分毎に検出する。
【００７０】
次に、Ｓ５３において、Ｘ時間毎のデータ収集完了したか否かを判断する。すなわち、例えば、電力負荷と発電出力に関するデータを１時間分収集したか否かを判断する。Ｘ時間毎のデータ収集が完了しないと判断した場合には（Ｓ５３：ＮＯ）、Ｓ５１に戻る。一方、Ｘ時間毎のデータ周種が完了したと判断した場合には（Ｓ５３：ＹＥＳ）、Ｓ５４に進み、電力負荷・発電出力をＸ時間毎に積算、電力負荷の偏差を算出する。すなわち、例えば１時間に収集した電力負荷と発電出力をそれぞれ積算するとともに、電力負荷偏差を算出する。次に、Ｓ５５において、電力負荷偏差と、発電出力を電力負荷で割った値とをデータベース３４に蓄積して記憶する。その後、Ｓ５１に戻って処理を続行する。
【００７１】
このようにして、各家庭の生活特性や燃料電池８の性能等に応じた電力負荷積算値、電力負荷偏差、発電出力、発電出力を電力負荷で割った値がデータベース３４に順次蓄積される。発電出力を電力負荷で割った値及び電力負荷偏差がデータベース３４に必要な数（例えば、５０〜３００程度）蓄積されたら、それらに基づいて相関関数を算出する。これにより、各家庭の特性に応じた相関関数が作成される。
【００７２】
ここで、データベース３４は、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差とを必要数記憶すると同時に、これらの相関関数を記憶するフォーマットを備える。そのため、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差とを必要数記憶した後は、当該フォーマットに最も古く書き込まれたデータを新規のデータに順次上書きして書き換える。これにより、古いデータを破棄して最新のデータを保持し、データ量が少なくなる。発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差に関するデータを所定回数（例えば、５〜２０回程度）上書きして書き換えたら、再び相関関数を算出し直して修正する。これにより、図９に示す相関関数は、家庭用コージェネレーションシステム１Ａの設置先である家庭の特性や燃料電池８の性能変化など発電出力を支配する要因に応じて傾きが変化し、各家庭の電力負荷等を予め調査等をしなくても、自動的に各家庭の特性に応じたものになる。発電出力は、学習機能によって作成された相関関数に電力負荷偏差を当てはめることにより設定され、その発電出力から発電効率や熱回収率などを求めて運転パターンが作成される。
【００７３】
尚、家庭で使用される電力機器１９は季節ごとに変化し（例えば、夏はエアコン、冬は床暖房など）、それに伴って電力負荷も変動する。そのため、例えば季節の変わり目などには、使用する電力機器１９が一定せず、電力負荷の予測や発電出力の設定などが困難である。そこで、運転パターン仮決め手段２７は、電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を求めるフォーマットを季節毎に有している。
【００７４】
そのため、季節の変わり目には、昨年の同一季節の相関関数を用いて燃料電池８の発電出力を決定する。これにより、使用する電力機器１９の種類が不安定な季節の変わり目でも、電力負荷に応じた発電出力を相関関数から求め、省エネ性の高い運転パターンを作成することが可能になる。これと同時に、昨年蓄積したデータに今年蓄積したデータを上書きしていき、一定数以上データを上書きしたときに相関関数を算出し直すようにすれば、次に利用する相関関数をより季節感や生活特性に即したものにすることが可能になる。
【００７５】
それに対し、同一季節には、使用する電力機器１９がほぼ同じであるため、季節毎に区別して相関関数を用いるより、電力負荷積算値、電力負荷偏差、発電出力積算値、発電出力を電力負荷で割った値を連続的に蓄積して相関関数を算出するのが効率的かつ現実的である。そこで、電力負荷積算値、電力負荷偏差、発電出力、発電出力を電力負荷で割った値を連続的に上書きしながら蓄積し、一定数以上データを上書きしたときに相関関数を算出し直す。これにより、使用者の生活パターンに応じた相関関数を算出し、省エネ性の高い運転パターンを作成することが可能になる。
【００７６】
従って、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムによれば、運転パターン仮決め手段２７は、発電出力と電力負荷を一定間隔で計測する計測部２７１と、計測部２７１が計測した発電出力と電力負荷を所定時間経過する毎に積算するとともに、電力負荷偏差を算出し、さらに、発電出力を電力負荷で割った値を電力負荷偏差と関連付けて蓄積する計測結果蓄積部２７２と、計測結果蓄積部が所定数のを所定数のデータを蓄積したときに、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を算出する相関関数算出部２７３と、計測結果蓄積部２７２が所定数のデータを蓄積した後、新規のデータを蓄積する必要があるときに、計測結果蓄積部２７２が蓄積したデータのうち最も古いデータを新規のデータに書き換えるデータ書換部２７４と、データ書換部２７４がデータを所定回数書き換えたときに、相関関数を算出し直して修正する相関関数修正部２７５と、を有し、相関関数修正部２７５によって修正された相関関数を用いて燃料電池８の発電出力を設定するので、家庭の電力負荷や燃料電池８の性能などに応じた精度の高い発電出力を複雑な計算をすることなく求めることができる。
【００７７】
また、発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関関数を季節毎に有し、当該季節に応じた相関関数を用いて燃料電池８の発電出力を設定するので、季節などの外乱要因に関わらず家庭の電力負荷に精度良く追従する運転制御を行うことができる。
【００７８】
（第３実施の形態）
次に、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムに関し、第３実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態は、ヒータ（「熱電変換装置」に相当するもの。）４０を備える家庭用コージェネレーションシステム１Ｂに使用される燃料電池８の運転制御を行う家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムであり、ヒータ４０を備えない家庭用コージェネレーションシステム１Ａに使用される燃料電池８の運転制御を行う第１実施の形態のものと相違する。よって、ここでは、第１実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムと異なる点について詳細に説明する。尚、第１実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムと同一構造については、図面に同一符号を付すことにする。
【００７９】
図２３は、家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの概略構成図である。図２４は、マイクロコンピュータ２２Ｃのブロック図である。
図２３に示すように、家庭用コージェネレーションシステム１Ｂは、出力用循環配管１０上にヒータ４０が設けられ、燃料電池８が余剰電力を発生したときに、その余剰電力を熱に変換して蓄熱するようになっている。図２４に示すように、マイクロコンピュータ２２Ｃは、ヒータ４０に接続し、ヒータ４０による熱交換を考慮しながら燃料電池８の運転パターンを作成する。
【００８０】
このような家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムの動作について、フローチャートを参照しながら説明する。
家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムも、第１実施の形態と同様に、負荷データを蓄積する処理及び電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理を行う。本実施の形態では、負荷データを蓄積する処理は第１実施の形態と同様に行うが、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理は、ヒータ４０を備えるため、図８に示す電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理と相違している。そこで、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理について説明する。
【００８１】
図２５は、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理のフローチャートである。
電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理では、先ず、Ｓ４１において、前日の停止予定時刻から２日分の電力負荷データ、１日分の熱負荷データの読み込みを行う（過去１０日間の平均や１週間前の値）。すなわち、例えば、データベース３４に記憶されている電力積算負荷のうち、１週間前の同じ曜日とその前日の電力積算負荷を読み出し、電力負荷を予測する。２日分の電力負荷データを読み出すのは、電力負荷の高い時間帯が日にちをまたがって発生する可能性も考えられるからである。また、例えば、データベース３４に記憶されている熱積算負荷のうち、１週間前の同じ曜日の熱積算負荷を読み出し、熱負荷を予測する。このとき、さらに、季節ごとに使用する電力機器１９や熱機器１１の違いに基づくデータの非連動性を補完するために、１年前のデータや予測日の温度・エンタルピーを考慮すれば、より信頼性の高い電力負荷と熱負荷を予測することができる。
【００８２】
次に、Ｓ４２において、電力負荷と偏差から２日間段階的出力運転を実施したときの発電出力を算出するとともに、電力負荷の偏差から逆潮分の電力を算出する。すなわち、電力負荷追従運転では、燃料電池８が余剰電力（電力会社に逆潮する電力）の発生を抑制するために電力負荷に応じて出力を小刻みに変動させるが、家庭用コージェネレーションシステム１Ｂはヒータ４０を備えるため、燃料電池８が余剰電力を発生しても、その余剰電力をヒータ４０で熱に変換して蓄熱することが可能である。そこで、電力負荷の変動に緩やかに追従する段階的出力運転し、その運転によって発電電力が電力負荷より大きくなった場合の余剰電力量を算出する。このとき、電力負荷偏差と余剰電力量には相関関係があり、その相関関数は実験的に図２６のように得られている。この相関関数を用いて、各時間帯での余剰電力量を予測することができる。
【００８３】
また、これと同時に、消費エネルギー量を算出するために必要なデータを算出する。すなわち、Ｓ４３において、燃料電池８は発電に比例した熱を発生するので、発電出力から発電効率と熱回収率を算出する。また、Ｓ４４において、発電出力を発電効率で割ることによりガス量を算出する。また、Ｓ４５において、ガス量と熱回収率とをかけ合わせたものにヒータ４０を使用して蓄熱する熱量を加算して熱回収量を算出する。さらに、Ｓ４６において、気温や水温などから１時間当たりの放熱率を算出する。
【００８４】
次に、Ｓ４７において、予測日前日の停止時刻を起動時刻Ｂ１と仮決めし、放熱損を考慮して起動時刻Ｂ１時での貯湯残熱量を算出する。すなわち、予測日の燃料電池８を起動する前までに貯湯タンク２に蓄熱されている熱量を算出する。一日に必要な熱負荷を賄うように発電出力時間を決定するため、また、貯湯タンク２の貯湯量（本実施の形態では、１００〜２００Ｌタンクを使用する。）に限界があり、予測日に蓄熱可能な貯湯量を把握する必要があるためである。
【００８５】
次に、Ｓ４８において、起動時刻Ｂ１時から回収できる熱量分を順次加算する。その際、熱回収量は回収時間と使用時間の時間差分の放熱損を考慮したものとする。すなわち、例えば、予測日の前日２４時に燃料電池８が停止する場合、予測日の０時を起動時刻Ｂ１に仮決めし、その起動時刻Ｂ１から燃料電池８が発電に伴って発生する熱量を積算して熱回収量を求める。このとき、貯湯タンク２は、給湯水が使用されるまでに放熱損を発生するため、現実には、熱回収量から放熱損を減算した分だけ蓄熱され使用されることになる。そこで、熱回収量から放熱損を減算した熱量を経時的に積算し、実熱回収量を求める。また、ガスボイラ１４で必要とされる熱量も算出する。これらを考慮して、各時間帯での回収できる熱量分を順次加算する。
【００８６】
次に、Ｓ４９において、１日の総熱負荷が実熱回収量と実貯湯残熱量とを加算したものより大きいか否かを判断する。１日の総熱負荷が実熱回収量と実貯湯残熱量とを加算したものより大きくない場合には（Ｓ４９：ＮＯ）、Ｓ５０において、１日の総熱負荷が実熱回収量と実貯湯残熱量とを加算したものより小さくなる時刻停止時刻Ｃ１と仮決めする。すなわち、実熱回収量と実貯湯残熱量とにより熱負荷を賄えるようにする。その後、図８のＳ３０に進み、起動時刻Ｂと停止時刻Ｃとを順次ずらして消費エネルギー量を算出し、各消費エネルギー量を比較することにより最も小さい消費エネルギー量Ｔｍｉｎの起動時刻Ｂｍｉｎと停止時刻Ｃｍｉｎを選択する。
【００８７】
一方、１日の総熱負荷が実熱回収量と実貯湯残熱量とを加算したものより大きい場合には（Ｓ４９：ＹＥＳ）、Ｓ５１において、熱回収量Ｈを前の熱負荷Ｎｙから次の熱負荷Ｎｘが生じるまで順次加算する。すなわち、熱負荷がない間に回収できる熱量を算出する。
【００８８】
そして、Ｓ５２において、熱負荷がない間に回収できる熱量が次の熱負荷に要する熱量より小さいか否かを判断する。熱負荷がない間に回収できる熱量が次の熱負荷に要する熱量より小さくないと判断した場合には（Ｓ５２：ＮＯ）、そのままＳ５４に進む。
【００８９】
それに対して、熱負荷がない間に回収できる熱量が次の熱負荷に要する熱量より小さいと判断した場合には（Ｓ５２：ＹＥＳ）、Ｓ５３において、熱不足の喫緊の時間帯（ｉ＝ｘ）から発電出力を増大させる。その際、熱回収量は、回収時間と使用時間の時間差分の放熱損を考慮したものとする。すなわち、次の熱負荷を貯湯タンク２に貯湯した給湯水で賄うことができない場合には、熱が不足すると判断し、熱不足が生じる時間、すなわち、次の熱負荷が生じる時間から燃料電池８の発電出力を大きくして、熱回収量を増加させることにより、貯湯タンク２に制限容量まで給湯水を貯湯するようにする。このとき、燃料電池８は、余剰電力を発生するが、その余剰電力をヒータ４０で熱に変換して蓄熱するため、燃料電池８からの熱回収率が増加すると同時に、ヒータ４０でも熱回収して熱回収量が増加する。よって、家庭用コージェネレーションシステム１Ｂ全体では、燃料電池８が無駄なく発電し、熱回収量及び熱回収率が向上することになる。
【００９０】
次に、Ｓ５４において、１日の最後の熱負荷か否かを判断する。１日の最後の熱負荷でないと判断した場合には（Ｓ５４：ＮＯ）、Ｓ５５において、次の熱負荷が生じる時間ｘに移行して、Ｓ５１に戻って処理を続行する。すなわち、次の熱負荷の後に生じる熱負荷を見越して、ヒータ４０に回収できる熱量を考慮しながら運転パターンを作成する。一方、１日の最後の熱負荷であると判断した場合には（Ｓ５４：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００９１】
予測日当日には、燃料電池８は選定された運転パターンに従って運転され、発電出力を電力機器１９に供給するとともに、発電に伴って発生した熱で加熱した給湯水を熱機器１１に供給する。ここで、給湯水が不足する場合には、ヒータ４０で加熱して賄うので、ガスボイラ１４が消費する都市ガスを減らすことが可能である。
【００９２】
続いて、上記家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムを用いて燃料電池８の運転パターンを作成した場合と、用いずに燃料電池８の運転パターンを作成した場合の効果について説明する。図２７は、冬期に家庭用コージェネレーションシステム１Ｂを運転した場合を示す図である。図２８は、冬期に家庭用コージェネレーションシステム１Ｂを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。
【００９３】
図２７の点線に示すように、冬期の電力需要は、夏季と比較して電力負荷が減少するものの、一般に熱負荷が大きくなる。かかる場合に、図２７の細線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いずに運転パターンを作成すると、電力負荷にそのまま追従して燃料電池８を運転する。それに対して、図２７の太線に示すように、本実施の形態の運転制御システムを用いて運転パターンを作成した場合、電力負荷が大きい時間帯のみならず、熱負荷が生じる時間帯（例えば、夕方の暖房などを使用する時間帯）前に電力負荷を超えて発電するよう燃料電池８を運転する。そのため、燃料電池８は、例えば、８時から２０時までの時間帯に余剰電力を発生するものの、その余剰電力をヒータ４０において熱に変換し、ヒータを用いて給湯水を加熱するので、図２８に示すように、消費エネルギー量が燃料電池８を負荷追従運転する場合の消費エネルギー量の約９６％に減少し、省エネ効果を発揮する。
尚、夏季は、熱負荷が冬季と比較して熱負荷が小さく、ヒータ４０を使用する機会が少ないため、上記第１実施の形態と同様の省エネ性（図１７、図１８参照）を確保することができる。
【００９４】
このように、本実施の形態の運転制御システムは、電力積算負荷と偏差を求めてデータ量を減らし、電力積算負荷と電力負荷偏差とに基づいて電力負荷を予測して、ヒータ４０に余剰電力を熱に変換して蓄熱することを考慮しながら運転パターンを作成した場合でも、電力負荷と熱負荷を賄うことができる運転パターンを精緻に作成することができ、燃料電池８を負荷追従運転する場合より省エネ性を向上させることができる。
【００９５】
従って、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムによれば、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて燃料電池８の起動時刻と停止時刻を決定するものであって、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、データベース３４に記憶する電力負荷処理手段２３と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて燃料電池８が段階的出力運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量、変換熱量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段２７と、運転パターン仮決め手段２７により仮決めされた運転パターンにおいて貯湯タンク２に蓄熱される熱量と貯湯タンク２から放熱される熱量を算出した上でガスボイラ１４が消費するガス量を算出して、その仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段２８と、消費エネルギー量演算手段２８で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段２９と、を有しているので、所定時間毎に運転状況と停止状況で消費される消費エネルギー量を演算して記憶した後、これらを比較して運転パターンを作成する従来技術の欄で説明した運転制御システムと比較して、消費エネルギー量を計算する回数や消費エネルギー量に基づいて運転パターンを選択する際に用いるデータ量を減らすことができ、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる。
【００９６】
（第４実施の形態）
次に、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムに関し、第４実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態は、第３実施の形態と同様の、ヒータ４０を備える家庭用コージェネレーションシステム１Ｂの運転制御システムである。しかし、発電出力を算出するための相関関数を適宜変更し、燃料電池８の運転パターンを作成する点で、固有の相関関数を用いて燃料電池８の運転パターンを作成する第３実施の形態と相違する。また、ヒータ４０を有し、燃料電池８を段階的出力運転で運転する点で、負荷追従運転で運転される第２実施の形態とも相違する。よって、ここでは、第２実施の形態の家庭用コージェネレーションシステム１Ａの運転制御システムと異なる点について詳細に説明する。尚、第２実施の形態と同一構造については、図面に同一符号を付すことにする。
【００９７】
図２９は、本実施の形態のマイクロコンピュータ２２Ｄのブロック図である。これは、第２実施の形態のマイクロコンピュータ２２Ｂに比較して、その制御対象にヒータ４０が追加されているのみであり、その他の構成は同一である。
【００９８】
第２実施の形態で発電出力を電力負荷で割った値と電力負荷偏差との相関を示す相関関数を算出したのに対し、本実施の形態では、余剰電力量と電力負荷偏差との相関を示す相関関数を算出する。すなわち、計測部２７１が計測する値は、余剰電力量であり、計測結果蓄積部２７２が蓄積する値は、余剰電力量と電力負荷偏差とである。これらから、相関関数算出部２７３では、余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を算出する。相関関数の算出及びそのためのデータ蓄積処理は、図２２の処理において、「電力負荷・発電出力」と「発電出力／電力負荷」とをともに「余剰電力量」に置き換えるのみである。処理手順等は全く同様であるので、説明を省略する。
【００９９】
従って、本実施の形態の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムによれば、第２実施の形態と同様に家庭の電力負荷に応じた精度の高い発電出力を複雑な計算をすることなく求めることができる。
【０１００】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【０１０１】
例えば、上記実施の形態では、熱電併給装置として燃料電池８を使用したが、ガスエンジンやガスタービンなどを使用してもよい。
【０１０２】
例えば、上記第３実施の形態において、さらに、就寝時や外出時など低電力負荷時における運転を、各時刻で総合効率（発電効率＋熱利用率）を求め、その値が損益分岐値と交差するところにおいて、その前後での燃料電池８が消費する都市ガス使用量、買電量、起動・停止エネルギーを合計し、その消費エネルギー量合計の最も小さくなる時間帯を選択し、燃料電池８の起動・停止時刻としてもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムによれば、発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、熱電併給装置、蓄熱装置、補助加熱装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて熱電併給装置が負荷追従運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて蓄熱装置に蓄熱される熱量と蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有しているので、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる。
【０１０４】
また、本発明の家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムによれば、発電に伴って熱を発生する熱電併給装置と、熱電併給装置が発生した熱を蓄熱する蓄熱装置と、熱電併給装置が発生した熱が不足するときに、熱を補助的に発生する補助加熱装置と、熱電併給装置が発生した発電出力が不足するときに、電力を買電する買電装置と、熱電併給装置が発生した余剰電力を熱に変換する熱電変換装置と、熱電併給装置、蓄熱装置、補助加熱装置、置熱電変換装置の動作を制御する制御装置と、を備え、一定間隔でサンプリングした電力負荷と熱負荷のサンプリング値を記憶し、そのサンプリング値に基づいて熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を決定する家庭用コージェネレーションシステムの運転制御システムにおいて、電力負荷のサンプリング値について所定時間毎に偏差を算出し、電力負荷偏差データベースに記憶する電力負荷処理手段と、電力負荷と電力負荷偏差を所定の条件に基づいて読み出し、読み出した電力負荷及び電力負荷偏差に基づいて熱電併給装置が段階的出力運転したときの発電出力、発電効率、熱回収率、買電量、熱回収量、変換熱量を演算し、熱電併給装置の起動時刻と停止時刻を仮決めする運転パターン仮決め手段と、運転パターン仮決め手段により仮決めされた運転パターンにおいて蓄熱装置に蓄熱される熱量と蓄熱装置から放熱される熱量とを算出した上で補助加熱装置が消費するガス量を算出して、仮決めされた運転パターンにより消費される消費エネルギー量を演算する消費エネルギー量演算手段と、消費エネルギー量演算手段で演算された消費エネルギー量を比較し、消費エネルギー量が最小となる運転パターンを選定する運転パターン選定手段と、を有しているので、簡易な判定ロジックにより比較的少量のデータをもとに、より省エネ性を発揮する運転制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態において、家庭用コージェネレーションシステムの概略構成図である。
【図２】同じく、マイクロコンピュータのブロック図である。
【図３】同じく、負荷データ蓄積処理のフローチャートである。
【図４】同じく、電力負荷データの一例を示し、縦軸に電力負荷（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図５】同じく、熱負荷データの一例を示し、縦軸に熱負荷（ｋＪ）を示し、横軸に時間を示している。
【図６】同じく、電力積算負荷と電力負荷の関係を経時的に示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図７】同じく、熱積算負荷と熱負荷との関係を経時的に示す図であって、縦軸に熱量（ｋＪ）を示し、横軸に時間を示している。
【図８】同じく、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理のフローチャートである。
【図９】同じく、発電出力を電力負荷で割った値と偏差との相関関数を示す図であって、縦軸に発電電力を電力負荷で割った値を示し、横軸に電力負荷偏差を示す。
【図１０】同じく、発電効率と発電出力との関係を示す図であって、縦軸に効率を示し、横軸に発電出力を示す。
【図１１】同じく、電力積算負荷と発電出力を経時的に示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１２】同じく、熱積算負荷と熱回収量との関係を経時的に示す図であって、縦軸に熱量（ｋＪ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１３】同じく、熱積算負荷、燃料電池（ＦＣ）の運転に伴う熱回収量、熱回収量に放熱損を加味した実熱回収量との関係を経時的に示す図であって、縦軸に熱量（ｋＪ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１４】同じく、電力負荷と選定した運転パターンによって燃料電池（ＦＣ）を運転したときの発電出力との関係を経時的に示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１５】同じく、熱負荷と選定した運転パターンによって燃料電池を運転したときの貯湯残熱量との関係を示す図であって、縦軸に熱量（ｋＪ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１６】同じく、放熱損に関わる計算ロジックの一例を示す図である。
【図１７】同じく、夏季に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合を示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図１８】同じく、夏季に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。
【図１９】同じく、冬期に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合を示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図２０】同じく、冬期に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。
【図２１】本発明の第２実施の形態において、マイクロコンピュータのブロック図である。
【図２２】同じく、データ蓄積処理のフローチャートである。
【図２３】本発明の第３実施の形態において、家庭用コージェネレーションシステムの概略構成図である。
【図２４】同じく、マイクロコンピュータのブロック図である。
【図２５】同じく、電力負荷・熱負荷予測と起動・停止時刻決定処理のフローチャートである。
【図２６】同じく、余剰電力量と電力負荷偏差との相関関数を示す図であって、縦軸に余剰電力量を示し、横軸に電力負荷偏差を示す。
【図２７】同じく、冬期に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合を示す図であって、縦軸に電力量（ｋＷ）を示し、横軸に時間を示している。
【図２８】同じく、冬期に家庭用コージェネレーションシステムを運転した場合の消費エネルギー量の増減を示す図である。
【図２９】本発明の第４実施の形態において、マイクロコンピュータのブロック図である。
【符号の説明】
１Ａ  家庭用コージェネレーションシステム
１Ｂ  家庭用コージェネレーションシステム
２  貯湯タンク
８  燃料電池
１４  ガスボイラ
１７  分電盤
２２Ａ  マイクロコンピュータ
２２Ｂ  マイクロコンピュータ
２２Ｃ  マイクロコンピュータ
２２Ｄ  マイクロコンピュータ
２４  電力負荷処理手段
２７  運転パターン仮決め手段
２８  消費エネルギー量演算手段
２９  運転パターン選定手段
３０  放熱損処理手段
３１  優位性判定手段
３４  データベース
４０  ヒータ
２７１  計測部
２７２  計測結果蓄積部
２７３  相関関数算出部
２７４  データ書換部
２７５  相関関数修正部
【図１】
2005030211.tif 000003
【図２】
2005030211.tif 000004
【図３】
2005030211.tif 000005
【図４】
2005030211.tif 000006
【図５】
2005030211.tif 000007
【図６】
2005030211.tif 000008
【図７】
2005030211.tif 000009
【図８】
2005030211.tif 000010
【図９】
2005030211.tif 000011
【図１０】
2005030211.tif 000012
【図１１】
2005030211.tif 000013
【図１２】
2005030211.tif 000014
【図１３】
2005030211.tif 000015
【図１４】
2005030211.tif 000016
【図１５】
2005030211.tif 000017
【図１６】
2005030211.tif 000018
【図１７】
2005030211.tif 000019
【図１８】
2005030211.tif 000020
【図１９】
2005030211.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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