(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料の供給を受けて生成槽でバイオガスを生成させる生成工程と、前記生成槽で生成した前記バイオガスを貯留するガス貯留工程と、前記貯留槽から供給された前記バイオガスを用いて発電する発電工程とを実施して、バイオガスを生成させつつ発電するバイオマス発電方法であって、
前記生成槽に供給したバイオマス原料供給量の実績と、前記生成槽で生成したバイオガス生成量の実績とを蓄積する実績蓄積工程を実施し、かつ、
前記実績蓄積工程で蓄積した直近１〜３ヶ月間の過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定する設定工程を実施することを特徴とするバイオマス発電方法。
【請求項２】
前記設定工程では、前記バイオマス原料供給量の設定値によって前記発電電力の設定値を設定する請求項１記載のバイオマス発電方法。
【請求項３】
前記設定工程では、前記発電電力の設定値によって前記バイオマス原料供給設定値を設定する請求項１記載のバイオマス発電方法。
【請求項４】
前記回帰式が、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式である請求項２または３に記載のバイオマス発電方法。
【請求項５】
バイオマス原料の供給を受けてバイオガスを生成させる生成槽と、前記生成槽で生成した前記バイオガスを貯留する貯留槽と、前記貯留槽から供給された前記バイオガスを用いて発電する発電装置とを備えており、バイオガスを生成させつつ発電するバイオマス発電設備であって、
前記生成槽に供給したバイオマス原料供給量の実績と、前記生成槽で生成したバイオガス生成量の実績とが蓄積された実績蓄積機構を備えており、
前記実績蓄積工程で蓄積した直近１〜３ヶ月間の実績をもとに作成された、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方が設定されるようになっていることを特徴とするバイオマス発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス発電方法およびバイオマス発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機性の資源である、生ゴミ、家畜糞尿、下水汚泥などの廃棄物系バイオマスを主な原料として用いたバイオマス原料から、例えばバクテリアを利用したメタン発酵等によりバイオガスを生成させ、そのバイオガスを燃焼させることなどにより発電機を駆動させて発電する発電方法が知られている。
【０００３】
ところで、このようなバイオマス発電方法では、もともと生物由来のバイオマス原料を用いるため、バイオマス原料の内容成分が変動しやすい。従って、生成したバイオガスの成分や量も変動し得るため、発電電力もその変動の影響を受けやすい。そのため、複数種類のバイオマス原料を混合することなどにより、その内容成分の変動の抑制が図られているものの、それでも内容成分が季節の変化などによって変動し得る。また、バイオガスがバクテリア等の微生物の生命活動を利用して生成させるものであるため、バイオガス生成の時間帯、バイオガス生成中の温度の変動等により、バイオガスの成分や生成量が変動し得る。しかも、バイオガスの生成においては、通常、バイオマス原料を一定量供給したあと、メタン発酵などにより一定時間をかけてバイオガスを生成させる等のバッチ生産がなされているため、バイオガスの生成量が時間とともにも変動する。即ち、このようなバイオマス発電方法においては、バイオガスの成分や生成量は様々な要因により変動し、そのため発電電力もその影響を受けやすい。
【０００４】
そこで、バイオガスの生成量等の変動を受けにくくして、バイオガスを用いた発電を安定的に行うために、バイオガスを貯留槽に大量に貯留し、定量を用いて発電するバイオマス発電方法が提案されたりしている。例えば、特許文献１には、設定した発電電力のために必要とされる全量のバイオガスを貯留槽に貯留することが提案されたりしている。
【０００５】
しかし、この種のバイオマス発電方法のごとく、所望量の発電をするために必要なバイオガスを全量貯留する場合、バイオガスを発生させながら発電することを想定しておらず、また、比較的大容量のバイオガス貯留槽を要するため、バイオマス発電設備の設備コストが高騰する等の問題がある。従って、バイオガスを生成させながら発電に用いて、貯留槽などを可能な限りコンパクト化し、発電設備のコストを低減できるバイオマス発電方法などが要望されたりしている。
【０００６】
ところが、この種の発電方法では、貯留槽が比較的小容量であるため、バイオガス生成量の変動を十分に吸収できないおそれがあり、予期しないバイオガス不足による突発的な発電装置の停止が起こり得るなど、安定的な発電が困難となる可能性がある。なぜなら、バイオガスの生成量は、過去の実績から予測され得るものの、上述のごとくさまざまな要因により変動し得るものであるため、バイオガス生成量の予測の精度には限界があるからである。従って、この種の発電方法において、予期しない発電電力の変動等を防ぎつつ、安定的に発電させ得るバイオマス発電方法とするためには、バイオガスの生成量、発電で用いるバイオガスの量、貯留槽のバイオガス残量等を逐一確認しながら発電電力を都度設定するといった煩雑な作業が必要とされる。さらに、この種の発電方法では、安定的に所望量の発電を行うことを計画した場合であっても、供給すべきバイオマス原料の量は、過去のバイオガス生成量の実績をもとに経験的に決定することとなり、その予測精度は低く、バイオガスの生成量、発電で用いるバイオガスの量、貯留槽のバイオガス残量等を逐一確認しながら発電電力を都度設定することになり得る。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０１１５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のバイオマス発電方法では、バイオガスの生成量がさまざまな要因により変動するという制約のうえで、必要最小限のバイオガスの貯留槽を備えて安定的に発電するためには、次のような問題がある。すなわち、バイオマス原料の投入量に対するバイオガスの生成量の精密な予測ができないため、バイオガスの生成量、発電で用いるバイオガスの量、貯留槽のバイオガス残量等を逐一確認しながら発電電力を都度設定するといった煩雑な作業を要するという問題がある。
また、所望の発電電力の需要に対して、バイオマス原料の供給量の精密な予測ができないため、その供給量を経験的に設定することとなり、安定的に発電するためには、上記と同様に煩雑な作業を要するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点および要望に鑑み、バイオガスの貯留槽の容量を必要最小限にでき、煩雑な作業を要せず、安定的に発電できるバイオマス発電方法を提供することを課題とする。また、バイオガス貯留槽の容量が比較的小さく、煩雑な作業を要せず、安定的に発電できるバイオマス発電設備を提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明に係るバイオマス発電方法は、バイオマス原料の供給を受けて生成槽でバイオガスを生成させる生成工程と、前記生成槽で生成した前記バイオガスを貯留するガス貯留工程と、前記貯留槽から供給された前記バイオガスを用いて発電する発電工程とを実施して、バイオガスを生成させつつ発電するバイオマス発電方法であって、
前記生成槽に供給したバイオマス原料供給量の実績と、前記生成槽で生成したバイオガス生成量の実績とを蓄積する実績蓄積工程を実施し、かつ、
前記実績蓄積工程で蓄積した直近１〜３ヶ月間の過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定する設定工程を実施することを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなるバイオマス発電方法によれば、供給するバイオマス原料の供給量によって、生成するバイオガスの量が精度よく予測できる。また、必要とする設定電力によって供給すべきバイオマス原料の供給量が精度よく予測できる。
【００１２】
前記設定工程では、前記バイオマス原料供給量の設定値によって前記発電電力の設定値を設定することが好ましい。前記バイオマス原料供給量の設定値によって前記発電電力の設定値を設定することにより、発電電力よりもバイオマス原料の処理量を優先する場合において、バイオマス原料の供給量に応じて精度よく発電電力が予測できるという利点がある。
【００１３】
前記設定工程では、前記発電電力の設定値によって前記バイオマス原料供給設定値を設定することが好ましい。前記発電電力の設定値によって前記バイオマス原料供給設定値を設定することにより、バイオマス原料の処理量よりも必要とされる発電電力需要を優先する場合において、設定した発電電力に応じてバイオマス原料の供給量の設定が精度よく予測できるという利点がある。
【００１４】
また、前記回帰式が、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式であることが好ましい。前記回帰式が、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式であることにより、バイオマス原料供給量とバイオガス生成量とを簡便に関係付けることができ、回帰式を補正演算した後の変化を感覚的にも把握しやすいという利点がある。
【００１５】
前記回帰式を作成するための過去の実績は、直近１〜３ヶ月間の実績である。前記回帰式を作成するための実績が、直近１〜３ヶ月間の実績であることにより、バイオマス原料の内容成分が季節により変動した場合でも発電機を安定して運転できるという利点がある。
【００１６】
本発明に係るバイオマス発電設備は、バイオマス原料の供給を受けてバイオガスを生成させる生成槽と、前記生成槽で生成した前記バイオガスを貯留する貯留槽と、前記貯留槽から供給された前記バイオガスを用いて発電する発電装置とを備えており、バイオガスを生成させつつ発電するバイオマス発電設備であって、前記生成槽に供給したバイオマス原料供給量の実績と、前記生成槽で生成したバイオガス生成量の実績とが蓄積された実績蓄積機構を備えており、前記実績蓄積工程で蓄積した直近１〜３ヶ月間の実績をもとに作成された、バイオマス原料供給量の値を変数とする回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方が設定されるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るバイオマス発電方法は、供給するバイオマス原料の供給量によって、生成するバイオガスの量が精度よく予測できるため、または、必要とする設定電力によって供給すべきバイオマス原料の供給量が精度よく予測できるため、バイオガス貯留槽の容量を必要最低限に小さくでき、煩雑な作業を要せず、安定的に発電できるという効果を奏する。
本発明に係るバイオマス発電設備は、供給するバイオマス原料の供給量によって、生成するバイオガスの量が精度よく予測できるため、または、必要とする設定電力によって供給すべきバイオマス原料の供給量が精度よく予測できるため、容量が必要最低限のバイオガスの貯留槽を用いつつ、煩雑な作業を要せず、安定的に発電できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るバイオマス発電方法等について図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本実施形態のバイオマス発電方法は、図１に示した設備を用いて実施でき、以下に述べる各工程を実施する。即ち、生成槽１に供給されるバイオマス原料を原料槽４に蓄える原料貯蓄工程と、前記原料槽４から前記バイオマス原料の供給を受けて前記生成槽１でバイオガスを生成させる生成工程と、前記生成槽１で生成した前記バイオガスを貯留するガス貯留工程と、前記生成槽１で生成したバイオガスを脱硫塔などの精製装置５で精製する精製工程と、前記貯留槽２から供給された前記バイオガスを用いて発電装置３で発電する発電工程とを実施する。
さらに、前記生成槽１に供給したバイオマス原料の量の実績と、前記生成槽１で生成したバイオガスの量の実績とを蓄積する実績蓄積工程を実施し、かつ、前記実績蓄積工程で蓄積した過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定する設定工程を実施する。
【００２０】
以下、各工程で実施する内容について説明する。
【００２１】
前記原料貯蓄工程では、前記バイオマス原料を前記原料槽４にいったん蓄える。前記原料貯蓄工程では、前記バイオマス原料に含まれる有機物の内容成分がそれぞれ大きく異なるため、通常、各有機物を略一定比率で混合する。前記バイオマス原料の各有機物を略一定比率で混合しておくことにより、内容成分の変動を可能な限り抑えることができる。ただし、前記有機物は、もともと生物由来のものであるため、季節の違い等によってもその内容成分が変動し得るものである。
前記原料貯蓄工程では、混合された前記有機物を希釈等することにより、前記バイオマス原料の濃度調整をすることができる。また、適宜、撹拌することにより前記バイオマス原料をスラリー化することもできる。
【００２２】
前記原料貯蓄工程では、通常、続く前記生成工程で用いられる量のバイオマス原料を貯蓄する。前記生成工程で用いられる前記バイオマス原料の量は、バイオガスを生成する微生物のバイオガス生成能力を超えないように、通常、適度な量に設定される。前記生成工程で用いられる前記バイオマス原料の量が適度な量を超える場合、メタン発酵菌の活性を阻害するというおそれがある。
【００２３】
前記バイオマス原料に含まれる有機物としては、有機性廃棄物として扱われるものが例示され、残飯、畜産糞尿、焼酎カス、余剰汚泥（農集排汚泥等）、藻類、稲がら、砂糖きび粕などが挙げられる。
【００２４】
前記原料槽４としては、通常、バイオマス発電設備で用いられるものを用いることができる。また、前記原料槽４は、通常、続く前記生成工程で用いられるバイオマス原料の量以上の容量を有するものであり、必要に応じて、温度調整手段、撹拌手段、希釈手段等を有するものである。
【００２５】
前記生成工程では、前記原料槽４に蓄えられた前記バイオマス原料を、排出ポンプにより生成槽１に供給する。この際、前記生成槽１に供給されたバイオマス原料の量をセンサにより計測している。前記生成槽１に供給されたバイオマス原料は、前記生成槽１で、温度を調整されながら、例えば、メタン発酵菌により発酵され、前記生成槽１ではバイオガスが生成する。また、発酵中に必要に応じて前記バイオマス原料を撹拌することもできる。
【００２６】
前記生成工程で前記バイオガスを生成させる方法としては、微生物を利用した一般的な方法を採用することができ、例えば、分子状酸素の存在下で処理する好気性発酵、分子状酸素を必要としない嫌気性発酵などを挙げることができる。なかでも嫌気性発酵、具体的にはメタン発酵菌によるメタン発酵が、続く前記発電工程において用いやすいメタンを生成するという点で好ましい。
メタン発酵中の発酵条件としては、例えば、バイオマス原料のｐＨが７．２〜７．８、温度３５〜３７℃、または、温度５４〜５７℃が例示される。
【００２７】
前記生成工程で生成させた前記バイオガスは、例えば、メタン発酵によって生成されたものである場合、メタンを主成分とし、二酸化炭素、水素、窒素、硫化水素、塩化水素等を含み得る。ただし、生成するバイオガスの量と内容成分比は、前述したバイオマス原料の内容成分の季節等による変動によって影響を受けて変動し得る。また、供給したバイオマス原料の量によっても、生成するバイオガスの量や内容成分が変動し得る。さらに、バイオガス生成中の環境の変動、具体的には、バイオマス原料を供給した時間帯等の変動によっても生成するバイオガスの量や内容成分が変動し得る。
【００２８】
前記生成工程で用いる前記生成槽１としては、通常バイオマス発電設備で用いられるものを用いることができる。また、前記生成槽１は、前記原料槽４から供給されるバイオマス原料の量以上の容量を有するものであり、必要に応じて、温度調整手段、撹拌手段、ドラフトチューブによるメタンガス中の硫化水素除去などの精製手段等を有するものである。
【００２９】
前記生成工程で用いる生成槽１には、排水処理設備へとつながる搬送設備が備えられており、前記生成工程を実施した後に残る残渣等を生成槽１から除去し、排水処理設備に搬送することができる。
【００３０】
前記精製工程では、前記生成工程で生成した前記バイオガスに含まれ得る硫化水素、アンモニアなどを除去するために、脱硫塔などの精製装置５でバイオガスを精製する。
前記発電装置３が燃料電池の場合は、水素を燃料とするため、メタンを水素に改質する必要がある。改質器によってメタンを水素に改質するためには、メタンを含むバイオガスのメタン純度を高める必要がある。従って、改質器によってメタンを水素に改質する前に、通常、前記精製工程では、生成したバイオガスの脱硫、アンモニア除去、塩類除去等をする。
【００３１】
前記精製工程は、一般的な方法によって実施することができる。一般的な方法としては、例えば、酸化鉄系脱硫剤を含む脱硫塔を用いて硫化水素を略除去する方法、硫化鉄系吸着剤を含むアンモニア塔を用いてアンモニアを略除去する方法などを採用することができる。
【００３２】
前記精製工程は、本発明のバイオマス発電方法では必ずしも実施しなくてもよいが、精製されたバイオガスによって、続く前記発電工程で用いる発電装置の腐食を防止するために実施することが好ましい。
【００３３】
前記ガス貯留工程では、精製されたバイオガスを前記脱硫塔から前記貯留槽２へ送り、バイオガスを前記貯留槽２でいったん貯留する。この際、脱硫塔から前記貯留槽２へ送られたバイオガスの量をセンサにより計測している。また、前記貯留槽２に備えられているセンサによって、貯留槽２にあるバイオガスの量を計測している。
【００３４】
前記ガス貯留工程で用いる貯留槽２は、その容量が特に限定されるものではない。貯留槽２の容量は、設定した発電電力のために用いられるバイオガスの全量を貯留できる容量とすることもできるが、発電設備の設備コストを低減するという点で比較的小さいことが好ましい。本実施形態のように、バイオガスを生成させながら発電を行う発電方法では、設定した発電電力に必要なバイオガスを全量貯留する必要がないため、貯留槽２の容量は比較的小さくできる。
なお、前記貯留槽２があることにより、バイオガスが発電に用いる量より過剰に生成するときは、余剰ガスを一時的に貯留することができ、逆に、バイオガスが発電に用いる量より少なく発生する時は、貯留槽に貯留したガスで発電電力を補填できる。このように設計尤度を抑えることが可能となる。
【００３５】
前記発電工程では、前記貯留槽２にいったん貯留されたバイオガスを前記発電装置３へ送り、発電に用いる。この際、発電装置３に送られたバイオガスの量をセンサにより計測している。また、前記発電装置３で発電された発電電力を計測している。
【００３６】
前記発電工程で用いる前記発電装置３としては、バイオガスを燃料として燃焼させる、ガスエンジン、ガスタービン等の駆動装置と、この種の駆動装置により電気を発生する発電機とを備えたものを用いることができる。また、前記発電装置として燃料電池を用いることもできる。
【００３７】
前記発電工程では、必要に応じて、前記発電機を複数台用いることもできる。
また、必要に応じて改質器などによるバイオガスの前処理ができる。即ち、発電装置として燃料電池を用いる場合は、生成したバイオガスにあるメタンガスから水素を取り出す改質工程を改質器によって実施することができる。
【００３８】
前記実績蓄積工程では、前記生成槽１に供給したバイオマス原料の量の実績を、上述のごとく前記生成工程においてセンサによって計測した計測値として蓄積する。また、前記生成槽１で生成したバイオガスの量の実績を、上述のごとく前記ガス貯留工程においてセンサによって計測した計測値として蓄積する。
【００３９】
前記実績蓄積工程では、前記生成槽１に供給したバイオマス原料の量の実績、前記生成槽１で生成したバイオガスの量などの実績を、前記生成工程や前記ガス貯留工程を実施している間に計測等によって得る。得られた実績は、適宜、適時、蓄積する。
【００４０】
また、必要に応じて、前記貯留槽２から前記発電装置３に供給されたバイオガスの量の実績を、上述のごとく前記発電工程においてセンサによって計測した計測値として蓄積できる。さらに、前記発電装置３で発電された発電電力の実績を、上述のごとく前記発電工程において計測した計測値として蓄積できる。
【００４１】
前記センサとしては、一般的に用いられているものを用いることができ、例えば、流量で計測する場合は流量計を、圧力で計測する場合は圧力計を、レベルを計測する場合はレベル計を、電力を計測する場合は電力計等を用いることができる。
【００４２】
なお、前記実績蓄積工程で蓄積する実績としては、各工程のそれぞれ適した部位でセンサ等により計測した値を用いることができる。即ち、例えば、前記原料貯留槽２のレベルを計測することにより、または、前記原料貯留槽２にあるロードセルの重量積算により前記生成槽１に供給したバイオマス原料の量の実績を計測し、その計測値を実績として蓄積することができる。
【００４３】
前記実績蓄積工程で蓄積する実績は、１〜１０分間の時間間隔で経時的に計測した実績であることが好ましい。また、この時間間隔で計測して蓄積した実績から、例えば、１日あたりの実績を算出することにより、１日毎のバイオマス原料供給量および排水処理量の計画を立てることが可能となる。また、この時間間隔で計測して蓄積した実績から、例えば、１時間あたりの実績を算出することにより、１日のバイオマス原料投入（バイオマス原料の分散投入パターン）の計画を立てることが可能となる。この結果、バイオガス発生量の最大値を可能な限り抑えることが可能となり、貯留槽の容量を最小限にすることができる。
【００４４】
前記実績蓄積工程を実施するための実績蓄積機構としては、特に限定されず、例えば、各工程に設置されたセンサ等とオンラインでつながったコンピュータ等が挙げられる。この種の実績蓄積機構では、センサ等で計測された計測値がオンラインでコンピュータに送られ、コンピュータに蓄積される。
【００４５】
前記設定工程では、前記実績蓄積工程で蓄積した過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定する。
【００４６】
前記実績蓄積工程で蓄積した過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定することにより、供給するバイオマス原料の供給量によって、生成するバイオガスの量が精度よく予測でき、また、必要とする設定電力によって供給すべきバイオマス原料の供給量が精度よく予測できるため、突発的なバイオガス不足による発電機の停止などが起こる可能性が低くなり、安定した発電を行うことができる。また、貯留槽にあるバイオガスの残量を逐一確認しながら、都度、バイオマス原料供給設定値および発電電力設定値のうちのどちらか一方を設定するといった煩雑な作業が不要となり得る。さらに、バイオガスを貯留する貯留槽の容量を合理的な計算等に基づいて必要最小限まで小さくすることができる。
【００４７】
前記設定工程では、前記バイオマス原料供給設定値をもとにして前記発電電力設定値を設定することが好ましい。前記バイオマス原料供給設定値をもとにして前記発電電力設定値を設定することにより、例えば、発電電力よりもバイオマス原料の処理量を優先する場合において、バイオマス原料の供給量に応じて精度よく発電電力の設定ができるという利点がある。
【００４８】
前記設定工程では、前記発電電力設定値をもとにして前記バイオマス原料供給設定値を設定することが好ましい。前記発電電力設定値をもとにして前記バイオマス原料供給設定値を設定することにより、例えば、バイオマス原料の処理量よりも必要とされる発電電力需要を優先する場合において、設定した発電電力に応じてバイオマス原料の供給量の設定が精度よくできるという利点がある。また、バイオマス原料の受け入れ量を精度よく計画することができるという利点もある。
【００４９】
前記回帰式が、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式であることが好ましい。前記回帰式が、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式であることにより、直線の傾きと切片という２つの定数だけを用いるため、単回帰式により、精度よく、より簡便に予測ができるという利点がある。また、バイオマス原料供給量とバイオガス生成量とを簡便に関係付けることができ、回帰式を補正演算した後の変化を感覚的にも把握しやすいという利点がある。
【００５０】
前記回帰式を作成するための過去の実績は、直近１〜３ヶ月間の実績である。前記回帰式を作成するための過去の実績が、直近１ヶ月間以上の実績であることにより、バイオマス原料の内容成分などの突発的変動の影響を受けにくく、バイオガス生成量がより精度よく予測でき、前記設定工程における設定がより信頼性の高いものとなり得るという利点がある。また、直近３ヶ月間以下の実績であることにより、バイオマス原料の内容成分の季節による変動を考慮した設定工程を実施することができ、バイオガス生成量がより精度よく予測でき、前記設定工程における設定がより信頼性の高いものとなり得るという利点がある。
【００５１】
前記設定工程では、回帰式の作成や、バイオマス原料供給量の設定値、発電電力の設定値等の設定を必要なときに適宜行う。例えば、本実施形態のバイオマス発電方法を実施する前に前記設定工程を実施することもでき、本実施形態のバイオマス発電方法を実施している最中に、補正した回帰式を用いて設定値を設定して前記設定工程を実施することもできる。
【００５２】
前記設定工程では、必要に応じて、他の回帰式を用いて別の設定を実施することもできる。例えば、前記実績蓄積工程において、前記貯留槽２から前記発電装置３に供給されたバイオガスの量の実績と、前記発電装置３で発電された発電電力の実績とを蓄積しておき、これらの過去の実績によって、バイオガス消費量の値と発電電力の値とを変数とする回帰式を作成し、この回帰式で、発電電力設定値からバイオガス消費量を予測することができる。また、この回帰式で、バイオガス消費量から発電電力を予測することができる。従って、バイオマス原料供給量の設定値から発電電力の設定値を精度良く設定できるという利点がある。また、発電電力の設定値からバイオマス原料供給量の設定値を精度良く設定できるという利点がある。
なお、発電電力設定値からバイオガス消費量を予測する際、回帰式を用いた予測に限られないが、精度よく予測できるという点で、回帰式を用いた予測であることが好ましく、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式を用いた予測であることがより好ましい。バイオガス生成量と発電電力とを簡便に関係付けることができ、回帰式を補正演算した後の変化を感覚的にも把握しやすい。
【００５３】
前記設定工程において、前記実績蓄積工程で蓄積した過去の実績をもとに、バイオマス原料供給量の値とバイオガス生成量の値とを変数とする回帰式を作成し、該回帰式を用いて、バイオマス原料供給量の設定値および発電電力の設定値のうちのいずれか一方によって他の一方を設定することは、手動計算で実施してもよく、コンピュータ等を用いた自動計算で実施してもよい。また、自動計算の場合、オフラインによる設定でもよく、オンラインによる設定でもよいが、煩雑な作業を必要としない点で、可能な限りオンラインによる設定が好ましい。
【００５４】
前記設定工程においては、前記回帰式にかかる補正演算を実施することができる。例えば、具体的には、回帰式の係数、さらに具体的には、最小二乗法によって決定された単回帰直線を表す回帰式の傾き、切片を見直すことなどにより実施できる。係数の見直しにあたっては、蓄積された実績の見直し、例えば、実績蓄積の期間の見直しをすることができる。補正演算は、毎日定刻に実施することもでき、任意の時刻に実施することもできる。また、コンピュータ等により自動的に実施することもでき、手動で計算することにより実施することもできる。
【００５５】
本実施形態の前記設定工程について、図２を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００５６】
前記設定工程では、例えば、図２に示すように、下記パラメータの値を設定できる。
Ｔo：生成槽排出（１回目）開始時刻
ＴA：Ａ区間開始時刻
ＴB：Ｂ区間開始時刻
ＦA：Ａ区間におけるバイオマス原料供給量（ｍ3／回）
ＦB：Ｂ区間におけるバイオマス原料供給量（ｍ3／回）
ｎA：Ａ区間における供給回数
ｎB：Ｂ区間における供給回数
ｔA：Ａ区間における供給インターバル時間
ｔB：Ｂ区間における供給インターバル時間
設定したＦA、ｎAより、Ａ区間におけるバイオマス原料の供給積算量ＶAを求める。
ＶA＝ＦA・ｎA（ｍ3）
また、同様に、Ｂ区間におけるバイオマス原料の供給積算量ＶBを求める。
ＶB＝ＦB・ｎB（ｍ3）
ここで、バイオマス原料の供給量とガス生成量とが比例するものとして区間毎に、Ａ区間の定数ｋA、およびＢ区間の定数ｋBを下記のように定める。
ｋA＝（ガス生成予測量／供給積算量）      （ｍ3／ｍ3）      式（１）
ｋB＝（ガス生成予測量／供給積算量）      （ｍ3／ｍ3）      式（２）
Ａ区間およびＢ区間におけるガス生成予測量ＷA、ＷBはそれぞれ下記の式（３）および式（４）とする。
ＷA＝ＶA・ｋA＝ＦA・ｎA・ｋA（ｍ3）      式（３）
ＷB＝ＶB・ｋB＝ＦB・ｎB・ｋB（ｍ3）      式（４）
Ａ区間およびＢ区間におけるバイオガス平均生成予測量ＶAave、ＶBaveをそれぞれ数１、数２のように定める。
【００５７】
【数１】
0005140380.tif 000002
【００５８】
【数２】
0005140380.tif 000003
【００５９】
また、発電機のバイオガス消費量（発電装置に供給されたバイオガスの量）ＶG（Ｐ）（ｍ3／ｈ）と発電電力Ｐ（ｋＷ）とで単回帰直線を作成し、Ａ区間、Ｂ区間それぞれについて下記の式（５）、式（６）を定義する。なお、係数（ａA、ａB、ｂA、ｂB）は、計測実績に基づきオフラインで求め、個別に設定可能とする。
ＶGA（ＰA）＝ａA・ＰA＋ｂA      式（５）
ＶGB（ＰB）＝ａB・ＰB＋ｂB      式（６）
【００６０】
前記設定工程では、Ａ区間およびＢ区間それぞれにおいて、図３のフローにしたがって発電電力設定値を決定できる。ここでは発電機を２台用いる。なお、図３には図２のＡ区間におけるフローが示されている。ここで、１台あたりの発電機の最大発電電力および最小発電電力をそれぞれＰMAX、ＰMINとする。
【００６１】
前記設定工程では、１日に１回運転パターンを自動生成することができる。この自動生成は決まった時刻に自動的に行うことも可能であり、任意の時刻に行うことも可能である。
例えば、図３に示すように、入力された上記Ｔo、ＴA、ＴB、ＦA、ＦB、ｎA、ｎB、ｔA、ｔB、およびａA、ａB、ｂA、ｂBの設定内容に基づき、午前９時までに１日の運転パターンを自動生成できる。
【００６２】
なお、自動生成された発電電力設定値による発電機の運転パターンでは、貯留槽にあるバイオガス量は適正な量で維持され得る。しかし、万が一、残量が上限（Ｈ）または下限（Ｌ）になった場合は、下記のロジックで緊急補償動作を行うことができる。
ここで１台あたりの発電機の最大発電電力および最小発電電力をそれぞれＰMAX、ＰMINとする。また、下記（１）および（２）の補正方法を区別するための発電電力設定値の閾値ＰTHは、発電機仕様と運転実績に基づき決定できる。
（１）発電機１台運転時（発電電力設定値＝ＰTH未満）
ガス残量上限（Ｈ）以上：発電電力設定値＝ＰMAX
ガス残量適正範囲内    ：パターン運転に復帰
ガス残量下限（Ｌ）以下：発電電力設定値＝ＰMIN
（２）発電機１台運転時（発電電力設定値＝ＰTH以上）
ガス残量上限（Ｈ）以上：発電機追起動 かつ 発電電力設定値＝ＰMAX (２台共)
ガス残量適正範囲内    ：パターン運転に復帰
ガス残量下限（Ｌ）以下：発電電力設定値＝ＰMIN（最小発電電力）
（３）発電機２台運転時
ガス残量上限（Ｈ）以上：発電電力設定値＝ＰMAX（２台共）
ガス残量適正範囲内    ：パターン運転に復帰
ガス残量下限（Ｌ）以下：追起動機停止 かつ 発電電力設定値＝ＰMIN
ここで、閾値（ＰTH）について説明する。閾値（ＰTH）は発電機１台運転時のみに適用し、発電機をＰTH以上で運転中にガス残量上限（Ｈ）となった場合、設定値をＰMAXに上げてもバイオガス消費量が大きく変化せずガス残量が適正範囲内に戻るのに長時間かかるのを防止するために用いる。
【００６３】
図４には、発電機を２台用いる場合の発電電力設定値の時間ごとにパターンを示している。ａ）は全発電電力設定値のパターンを示している。発電電力設定値の決定においては、ｂ）に示すように、２台運転可能時に発電電力設定を２台同じ値とすることができる。一方で、ｃ）に示すように、１台を最も発電効率の高い最大発電電力（ＰMAX）で運転し、残り１台を時間区分毎に最大発電電力にて断続運転させることもできる。断続運転のパターンは、時間区分毎の発電電力と最大発電電力での運転による電力の差から求めることができる。１台を最も発電効率の高い最大発電電力（ＰMAX）で運転することにより、更に効率の高い発電が可能となる。
【００６４】
次に、他の実施形態の前記設定工程について、図５を参照しながら説明する。
【００６５】
バイオマス原料供給量とバイオガス生成量の単回帰直線の傾き、切片の補正演算は、オフラインで行うことができる。また、図５に示すＩのように、全てオンライン処理化することもでき、これにより更なる操業の省力化が可能となる。またバイオマス原料の内容成分の変化に追随して、精度の高い発電電力自動設定が可能となる。
発電機のバイオガス消費量と発電電力の単回帰直線の傾き、切片の補正演算は、オフラインで行うことができる。また、図５に示すIIのように、全てオンライン処理化することもでき、これにより更なる操業の省力化が可能となる。またバイオマス原料の内容成分の変化に追随して、精度の高い発電電力自動設定が可能となる。
前記Ｉおよび前記IIの補正演算は、昼夜の２区分で実施することができる。また、図５に示すIIIのように、時間区分をより細分化することで、更に詳細な制御が可能となる。
【００６６】
さらに、別の実施形態の前記設定工程について説明する。図６に示すように、図５とは逆に、発電電力設定パターンからバイオマス原料供給パターンを設定できる。これは、必要とされる電力需要を優先させる場合に、適用することができる。
ここで、図６に示すように、バイオマス原料供給量とガス生成量トレンドにおける収束時間との回帰式を作成することにより、バイオマス原料の供給インターバル時間を予測することが可能となる。従って、バイオマス原料供給パターン決定に必要とされるパラメータは、バイオマス原料供給量（ＦA，ＦB）のみに削減できる。また、オンライン化することで、バイオマス原料の内容成分の変化にも追随できるため、更に高精度の発電電力設定が可能となる。
【００６７】
続いて、本発明に係るバイオマス発電設備について説明する。
【００６８】
本実施形態のバイオマス発電設備は、図１に示したように、バイオマス原料の供給を受けてバイオガスを生成させる生成槽１と、前記生成槽１で生成した前記バイオガスを貯留する貯留槽２と、前記貯留槽２から供給された前記バイオガスを用いて発電する発電装置３とを備えているバイオマス発電設備であって、
前記生成槽１に供給したバイオマス原料の量の実績と、前記生成槽１で生成したバイオガスの量の実績と、前記貯留槽２から前記発電装置３に供給されたバイオガスの量の実績と、前記発電装置３で発電された発電電力の実績とが蓄積された実績蓄積機構を備えており、
前記実績蓄積機構に蓄積された直近１〜３ヶ月間の実績をもとに作成された回帰式により、バイオマス原料供給設定値および発電電力設定値のうちのどちらか一方をもとにして他の一方が設定されるようになっている。
【００６９】
本実施形態のバイオマス発電設備は、一般的な方法によって製造することができる。即ち、前記生成槽１、前記貯留槽２、前記発電装置３などはバイオマス発電設備において一般的に用いられているものを用いることができ、これらに必要な配管、配線等を設置するなどして組み合わせ、通常の方法で製造することができる。
【００７０】
なお、本発明を上記例示のバイオマス発電方法ならびに上記例示のバイオマス発電設備に限定するものではない。
また、一般のバイオマス発電方法やバイオマス発電設備において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】一実施形態のバイオマス発電方法におけるフロー図。
【図２】一実施形態のバイオマス発電方法におけるバイオマス原料の供給設定パターンを示す模式図。
【図３】一実施形態のバイオマス発電方法における発電電力設定値を決定するフロー図。
【図４】一実施形態のバイオマス発電方法における発電パターンを表すグラフ図。
【図５】他の実施形態のバイオマス発電方法におけるフロー図。
【図６】別の実施形態のバイオマス発電方法における、バイオマス原料の供給量を設定する場合のフロー図。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・生成槽
２・・・貯留槽
３・・・発電装置
４・・・原料槽
５・・・精製装置
【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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