(57)【要約】【課題】発電時に発生した電気と熱を供給する発電システムの運転方法において、従来は発電ユニットの運転計画を作成する際に発電ユニットと貯湯タンクをつなぐ配管における放熱ロスを計算していないか、計算していても誤差が大きかった。【解決手段】発電システムの運転方法において、過去の電力需要および熱需要を記憶する工程と、前記電力需要と熱需要に基づき将来の電力需要と熱需要を予測する工程と、発電ユニットの発電量及び熱媒体ｗの流量のうちの少なくとも一方に基づき、熱移動経路における放熱量を計算する工程と、前記予測した将来の電力需要及び前記予測した将来の熱需要のうちの少なくとも一方と前記放熱量とに基づいて発電ユニットの運転計画を作成する工程と、前記運転計画に基づいて前記発電ユニットを運転する工程と、を備える、発電システムの運転方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気と熱を発生する発電ユニットと、
前記発電ユニットで発生した熱を貯める蓄熱ユニットと、
前記発電ユニットから前記蓄熱ユニットへ熱媒体により熱を移動する熱移動経路と、
を備える発電システムの運転方法であって、
過去の電力需要および熱需要を記憶する工程と、
前記電力需要と熱需要に基づき将来の電力需要と熱需要を予測する工程と、
前記発電ユニットの発電量及び前記熱媒体の流量のうちの少なくとも一方に基づき、前記熱移動経路における放熱量を計算する工程と、
前記予測した将来の電力需要及び前記予測した将来の熱需要のうちの少なくとも一方と前記放熱量とに基づいて発電ユニットの運転計画を作成する工程と、
前記運転計画に基づいて前記発電ユニットを運転する工程と、
を備える、発電システムの運転方法。
【請求項２】
前記放熱量を計算する工程は、外気温及び前記熱媒体の温度のうちの少なくとも一方にさらに基づいて計算する、請求項１に記載の発電システムの運転方法。
【請求項３】
前記放熱量を計算する工程は、予め測定した測定結果に基づくテーブルに基づいて決定する、請求項１又は２に記載の発電システムの運転方法。
【請求項４】
前記放熱量を計算する工程は、あらかじめ測定した測定結果に基づき作成された計算式により決定する、請求項１又は２に記載の発電システムの運転方法。
【請求項５】
電気と熱を発生する発電ユニットと、
前記発電ユニットで発生した熱を貯める蓄熱ユニットと、
前記発電ユニットから前記蓄熱ユニットへ熱媒体により熱を移動する熱移動経路と、
前記発電ユニットの運転を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記発電ユニットの発電量及び前記熱媒体の流量のうちの少なくとも一方に基づき、前記熱移動経路における放熱量を計算し、前記放熱量と過去の電力需要及び過去の熱需要のうちの少なくとも一方とに基づいて発電ユニットの運転計画を作成し、前記運転計画に基づいて前記発電ユニットを運転するよう制御する、発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気と熱を発生する発電ユニットと発電ユニットが発生した熱を蓄える蓄熱ユニットとを備え、電気と熱を供給する発電システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題の対策として電気と熱を供給する発電システムが注目されている。このようなシステムはコージェネレーションシステムとも呼ばれ、発電ユニットが発電時に発生する排熱を蓄熱ユニットに貯めて、給湯や暖房に利用することで省エネルギーを実現するシステムのことである。特に家庭では発電時に発生した熱の利用が容易であることから、家庭用の小型発電システムの普及が期待されている。
【０００３】
現在のところ、発電ユニットとしては発電機を備えたガスエンジンや燃料電池が用いられており、既に実用化されている。発電機を備えたガスエンジンは都市ガスなどの燃料をガスエンジンで燃焼させ発電機で発電し、同時に発生する熱を蓄熱ユニットに蓄える。燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により発電し、同時に発生する熱を蓄熱ユニットに蓄える。蓄熱ユニットとしては貯湯タンクが用いられる場合が通例である。発電ユニットと貯湯タンクは配管でつながれており、発電ユニットで発生した熱は水などの熱媒体によってタンクまで移動し蓄熱する。
【０００４】
通常、燃料電池は都市ガスなどの化石燃料を水素に変換するための、改質器と一体化されている場合が多い。現在のところ、燃料電池としては固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）などが開発されている。発電ユニットの発電は定格一定で行う場合と、電力需要などに追従して変化する場合があり、どちらの方法とするかは発電ユニットの性質による。
【０００５】
一般的に発電ユニットが発生する電気と熱の発生パターンと需要家の電気と熱の使用パターンは一致しないことが多い。このため、発電時に発生した熱は排熱回収装置に蓄えて需要家の風呂張りや暖房などの熱需要が発生したときに使用する。このとき発電ユニットが適切な運転を行わない場合、発電システムの省エネルギー性が十分に発揮できない場合がある。
【０００６】
貯湯タンクは熱を蓄えることができる上限があり、この状態は満蓄と呼ばれる。満蓄になった場合は発電ユニットの発電を停止させるか、ラジエータで放熱をさせながら発電を続ける必要があり、いずれの場合も効率的な運転ができなくなる。また、風呂張りなどの大きな熱需要が発生したときに必要な熱が貯湯タンクに蓄えられていないと、補助熱源器を用いて熱を供給する。この場合も発電ユニットで発生した熱を有効利用できていないため効率的な運転ではない。
【０００７】
このため発電ユニットにおいては使用者の過去の電気や熱の使用実績を記憶し、将来の電気と熱の負荷を予測し、予測した負荷に基づいて効率的な運転計画を立てて運転を行う場合が多い。このような運転方法は学習制御と呼ばれている。
【０００８】
ところで、発電ユニットから貯湯タンクまで熱が移動する配管では放熱ロスが発生し、配管放熱ロス係数として次の式で表される。
【０００９】
配管放熱ロス係数＝配管部分の放熱量÷発電ユニットの熱回収量
この配管放熱ロス係数は一定ではなく、気温により変化する。また発電ユニットの発電
量が変わると熱媒体の流量が変化するため、配管放熱ロス係数も変化する。特に家庭用の発電ユニットは熱回収量が少なく、熱媒体の流量も少ないため、発電量の変化に伴う配管放熱ロス係数の変化が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４６０５９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の学習制御においては、配管放熱ロスは考慮しないか、考慮した場合でも特許文献１に示す通り、具体的な計算方法までは検討されておらず、特に発電量の変化に伴う配管放熱ロス係数の変化は考慮されていない。配管放熱量の計算が正確でない場合、学習制御において必要な熱量が回収できなかったり、逆に必要以上の熱を回収してしまったりする。いずれの場合も省エネルギー性が低下する原因になる。
【００１２】
本発明は上述の課題に鑑み、配管放熱ロスを精度良く計算することができる学習制御を行う発電システムの運転方法及び発電システム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】
【００１３】
上記課題を解決するための、請求項１に係わる本発明に関わる発電システムの運転方法は、例えば図１と図２に示すように、電気と熱を発生する発電ユニット１と、前記発電ユニットで発生した熱を貯める蓄熱ユニット１０と、前記発電ユニット１から前記蓄熱ユニット１０へ熱媒体ｗにより熱を移動する熱移動経路９とを備えた発電システムの運転方法であって、
過去の電力需要および熱需要を記憶する工程と、
前記電力需要と熱需要に基づき将来の電力需要と熱需要を予測する工程（Ｓ１０）と、前記発電ユニットの発電量及び前記熱媒体の流量のうちの少なくとも一方に基づき、前記熱移動経路における放熱量を計算する工程と、
前記予測した将来の電力需要及び前記予測した将来の熱需要のうちの少なくとも一方と前記放熱量とに基づいて発電ユニットの運転計画を作成する工程（Ｓ３０，Ｓ４０）と、
前記運転計画に基づいて前記発電ユニットを運転する工程（Ｓ５０）と、を備える。
このように構成すると、前記発電ユニットの発電量または前記熱媒体の流量による前記熱移動経路における放熱量の影響を精度良く考慮した発電システムの運転方法となる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発電に係わる発電システムの運転方法は、前記放熱量を計算する工程において、外気温及び前記熱媒体の温度のうちの少なくとも一方にさらに基づいて計算する、請求項１に記載の発電システムの運転方法である。
【００１５】
このように構成すると、外気温及び前記熱媒体の温度のうち少なくとも一方に基づいて計算するため、より精度良く前記熱移動経路における放熱量を計算した発電システムの運転方法となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発電に係わる発電システムの運転方法は、前記放熱量を計算する工程において、予め測定した測定結果に基づくテーブルに基づいて、請求項１又は２に記載の発電システムの運転方法である。
【００１７】
このように構成すると、前記放熱量を計算する工程において、予め測定した測定結果に基づくテーブルに基づいて前記放熱量を計算することができるため、より精度良く前記熱移動経路における放熱量を計算した発電システムの運転方法となる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発電に係わる発電システムの運転方法は、前記放熱量を計算する工程において、あらかじめ測定した測定結果に基づき作成された計算式により決定する、請求項１又は２に記載の発電システムの運転方法である。
【００１９】
このように構成すると、あらかじめ測定した測定結果に基づき作成された計算式により決定するため、より精度良く前記熱移動経路における放熱量を計算した発電システムの運転方法となる。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係わる発電システムは、例えば図１に示すように、
電気と熱を発生する発電ユニット１と、
前記発電ユニットで発生した熱を貯める蓄熱ユニット１０と、
前記発電ユニットから前記蓄熱ユニットへ熱媒体により熱を移動する熱移動経路９と、
前記発電ユニットの運転を制御する制御装置２４と、
を備え、
前記制御装置は、前記発電ユニット１の発電量及び前記熱媒体の流量のうちの少なくとも一方に基づき、前記熱移動経路９における放熱量を計算し、前記放熱量と過去の電力需要及び過去の熱需要のうちの少なくとも一方とに基づいて発電ユニット１の運転計画を作成し、前記運転計画に基づいて前記発電ユニットを運転するよう制御する、発電システムである。
このように構成すると、前記発電ユニット１の発電量または前記熱媒体の流量による前記熱移動経路９における放熱量の影響を精度良く考慮した運転を行うことができる発電システムとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱移動経路における放熱量を精度良く計算できるため、従来よりも発生する熱の過不足を少なくする事ができ、省エネルギー性に優れた発電システムの運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における発電システムを説明する系統図
【図２】発電システムの運転方法の概略を示すフローチャート
【図３】運転計画における所定の基準を計算するフローチャート
【図４】配管放熱ロス係数を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、本実施の形態に係わる発電システム１００の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態における発電システムを説明する系統図である。図１の中で、各機器をつなぐ実線は配管を、一点鎖線は電気ケーブルを、破線は制御信号を示す。
【００２４】
発電システム１００は、電気と熱を発生する発電ユニット１と、発電ユニット１が発生した熱を貯める蓄熱ユニット１０と、発電ユニット１から蓄熱ユニット１０へ熱媒体ｗにより熱を移動する熱移動経路９（典型的には配管）と、熱媒体ｗを移動させるポンプ７と、発電システム１００を制御する制御装置２４を備えている。
【００２５】
発電ユニット１には原料ｍにより発電する発電部２が内蔵されており、発電部２にて発電時に発生した熱と熱媒体ｗとの間で熱交換する熱交換器６と、発電部にて発電した電力
を電力需要で用いる交流電力に変換し、系統連系するためのインバータ３を備えている。発電部２は典型的には発電装置を備えたガスエンジンや燃料電池である。燃料電池は固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）などがあり、どれを用いても良い。燃料電池は水素と空気中の酸素の電気化学反応により発電するため、発電部２に燃料電池を用いる場合は原料ｍと水蒸気（不図示）により水素と二酸化炭素に改質する改質器（不図示）を備えている場合が多い。原料ｍは典型的には都市ガスであるが、ＬＰＧや灯油を用いても良い。
【００２６】
熱交換器６は発電部２を冷却するための冷却水ｃと熱媒体ｗ（典型的には水）との間で熱交換を行う。熱交換器６には冷却水ｃを導入し、導出する冷却水配管５と熱媒体ｗを導入し、導出する熱移動経路９が接続されている。冷却水配管５には冷却水ｃを移動させるポンプ４が、熱移動経路９には熱媒体ｗを移動させるためのポンプ７がそれぞれ接続されている。熱交換器６を用いることで、熱需要に送水する温水となる熱媒体ｗが発電部を直接通過しなくなるため、熱媒体ｗの劣化を防ぐことができる。
【００２７】
貯湯タンク１０は発電部２で発生した熱を蓄えるためのタンクである。発電部２で発生した熱は、冷却水ｃ及び熱交換器６を介して熱媒体ｗに伝達され、貯湯タンク１０に蓄えられる。貯湯タンク１０には熱移動経路９（典型的には配管）が接続されており、熱媒体ｗが熱を保有する形で貯湯タンク１０に蓄えられる。貯湯タンク１０に接続している熱移動経路９のうち熱媒体ｗの導入路は貯湯タンク１０の上部に接続され、導出路は貯湯タンク１０の下部に接続されている。こうすることで貯湯タンク１０の上部の熱媒体は高温になり、下部は低温になるといった温度成層が形成される。
【００２８】
熱移動経路９には三方弁２３が配設されており、タンク経由するタンク側とタンクを経由しないバイパス側に熱媒体ｗの経路を切り替えることができるようになっている。発電ユニット１の起動時など、熱交換器６で熱交換後の熱媒体ｗの温度が低い場合には三方弁２３はバイパス側になっており、温度が上がるとタンク側に切り替わるようになっている。これは温度が低い熱媒体が貯湯タンク１０の上部に搬入されることにより、温度成層が崩れることを防ぐためである。
【００２９】
貯湯タンク１０にはまた、熱需要に対して熱媒体ｗを搬出する温水送水路１６が上部に接続されており、送水により減った熱媒体を補給する補給路１５が下部に接続されている。温水送水路１６にはバックアップボイラ１１が配設されており、貯湯タンク１０から送水される温水の温度が低い場合に、バックアップボイラ１１により温水を加熱している。また温水送水路１６には温度を検出する温度検出器１３と流量を検出する流量検出器１４が取り付けられており、補給路１５には補給する熱媒体の温度を計測するための温度検出器１２が取り付けられている。温度検出器１２、１３および流量検出器１４はそれぞれ制御装置２４と信号ケーブルで繋がれており、検出した温度および流量を制御装置２４に送信している。制御装置２４では送信されたデータを基に熱需要を計算し、過去の熱需要履歴を蓄積している。
【００３０】
貯湯タンク１０には、蓄熱された熱量を検出するために温度検出器１７〜２２が取り付けられている。本実施の形態では温度検出器の数は６としたが、貯湯タンク１０の大きさや形状により適切な数を設ければ良い。
【００３１】
インバータ３は発電部２、系統電力２５、電力需要２７および逆潮流防止ヒータ８とケーブルで接続されている。インバータ３は系統連系しており、発電ユニット１が発電していない場合や発電量が電量需要２７より小さい場合は系統電力２５より電力を購入している。逆潮流防止ヒータ８は発電ユニット１が系統電力へ逆潮流することが許可されていない場合において、発電量が電力需要２７より多い場合に余剰分の電力を消費するために熱
移動経路９に配設されている。また電力需要２７側には電力計測器２６が配設されており、電力需要２７を計測している。電力計測器２６は制御装置２４と信号ケーブルで繋がれており、制御装置２４において過去の電力需要履歴を蓄積している。
【００３２】
制御装置２４は発電システム１００の運転を制御するための、計時手段、計算手段、データ保存手段を有している。典型的には計時手段はタイマー、計算手段はＣＰＵおよびメモリ、データ保存手段は不揮発性メモリである。制御装置２４は後述する学習制御および熱移動経路９における放熱量の計算を実行する。
【００３３】
次に図２を参照して、本発明の実施の形態に係わる発電システム１００の運転方法を説明する。図２は発電システムの運転方法の概略を示すフローチャートである。本実施の形態に係る発電システムの運転方法は、典型的には上述の発電システム１００で実施されるが、これに限られるものではない。まず、図２に示したフローの概略を説明してから、各工程の詳細を説明する。以降の説明においても適宜図１を参照することとする。
【００３４】
本実施の形態に係わる発電システムの運転方法では、まず、過去の電力需要と熱需要を基にして所定の時間先までの電力需要と熱需要を予測する（Ｓ１０）。ここで所定の時間は典型的には２４時間であるが、４８時間や７２時間などの時間であっても良い。次に予測した需要に基づいて運転計画を複数作成する（Ｓ２０）。運転計画とは所定の時間において発電ユニット１をいつ発電させて、いつ停止させるかの運転予定のことである。次に作成された運転計画に基づいて発電ユニット１を運転させた場合における、所定の基準を計算する。所定の基準は省エネルギー性、温室効果ガスである二酸化炭素の削減量、経済性などがあり、そのどれを用いても良い。なお、後述するように所定の基準の計算においては熱移動経路における放熱量を用いている。
【００３５】
複数の運転計画に対して所定の基準が最も良い運転計画を１つ選定する。運転計画を選定したら、その運転計画に従って発電ユニット１を運転する（Ｓ５０）。次に運転計画を更新する条件を具備しているかどうかの判定を行う（Ｓ６０）。具備していない場合は工程Ｓ５０に戻り、現在の運転計画のままで運転を続ける。運転計画を更新する条件を具備している場合は工程Ｓ１０に戻り、運転計画の更新を行う。上述の工程において、電力需要、熱需要、蓄熱量、気温、水温などは随時検出され、データとして制御装置２４に送信されて時間情報とともに随時制御装置２４に記憶されていく。
【００３６】
以下に発電システム１００の運転方法の各工程について詳細に説明する。過去の電力需要と熱需要に基づいて将来の電力需要と熱需要を予測する工程（Ｓ１０）においては予測を所定の時間先まで行う。本実施の形態では所定の時間は２４時間（１日）とする。所定の時間は４８時間（２日）や７２時間（３日）など、長い期間で行うほうが望ましい。これは所定の時間が長いほうが、例えば、２日先の熱需要に相当する熱を１日目の運転で貯めるといった運転計画を作ることができるからである。一方で所定の時間が長いほうが、運転計画を複数作成する工程（Ｓ２０）における運転計画の組み合わせ数が増加し、計算時間長くなるという問題がある。このため所定の時間は制御装置２４の処理速度に応じて決定すると良い。需要予測方法は簡単な方法（例えば、過去３日の需要の平均値を予測値とする）から、ニューラルネットワークを用いた比較的複雑な方法まであり、そのどれを用いても良い。一般的には複雑な予測方法の方が高精度であるものの、処理に多くの記憶領域が必要だったり、計算時間が長くなったりする。このため制御装置２４の性能に応じて予測方法を決定すれば良い。
【００３７】
運転計画を複数作成する工程（Ｓ２０）においては、前記所定の時間を所定の時間間隔（例えば、１時間）に分割して、それぞれの分割した時間に対して発電ユニット１を運転するか停止するかを設定する。所定の時間間隔は小さいほうが望ましいが、小さくするほ
ど制御装置２４における計算時間が長くなる。本実施の形態では所定の時間間隔は１時間として以降の説明を行う。本実施の形態におけるすべての運転パターンの組み合わせは２の２４乗＝１６７７７２１６通りと膨大な組み合わせになる。所定の時間を４８時間や７２時間にした場合はさらに多くの組み合わせになる。組み合わせ数が多いほど、計算時間が長くなるという問題があるため、通常は組み合わせ数を少なくするための工夫をしている。例えば、１日の発電回数を１回か２回に制限し、発電１回あたりの発電時間を３時間以上にするといった制限を設けることで、組み合わせ数を少なくしている。また所定の時間をさらに数分割し、分割した時点における蓄熱量により運転パターンをグループ化してそれぞれのグループで代表的な運転パターンのみを残して次の分割期間における運転パターンの検索をする、といった方法により組み合わせ数を少なくする場合もある。
【００３８】
次に、複数作成した運転計画における所定の基準を計算する工程（Ｓ３０）について説明する。所定の基準には省エネルギー性、経済性、温室効果ガスである二酸化炭素の削減量などがあり、そのどれを用いても良い。本実施の形態では所定の基準として省エネルギー性を例にとって説明する。省エネルギー性とは、すなわち発電ユニット１を運転計画に従って運転した場合における一次エネルギー使用量のことであり、この値が小さい運転計画が良い運転計画である。図３は所定の基準を計算するためのフローチャートである。工程Ｓ３０１からＳ３１４までの計算は所定の時間間隔ごとに行われ、工程Ｓ３１６に示した一次エネルギー削減量は最後に１回だけ計算する値である。すなわち本実施の形態ではある１つの運転計画に対して、所定の基準を計算する際における工程Ｓ３０１〜Ｓ３１４の計算は２４回行われる。
【００３９】
まず、発電ユニット１の発電量を求める（Ｓ３０１）。発電量は運転計画において、停止中の場合は０であり、発電を行うのは運転計画において運転中の時である。また発電ユニット１は起動を開始してから発電開始までに数分から数時間の時間がかかり、この間の発電量も０である。発電ユニット１は電力需要に関わらず定格発電を行う場合と、電力需要に合わせて発電量を追従させる場合がある。発電ユニット１がガスエンジンの場合は前者が多く、燃料電池の場合は後者が多い。定格発電しかしない発電ユニットの場合の発電量は定格発電量とし、負荷追従できる場合は負荷追従した場合の発電量とする。
【００４０】
次に電力需要予測値と発電量から逆潮電力と逆潮流防止ヒータ電力を求める（Ｓ３０２）。どちらも発電量が電力需要予測値を下回っている場合は０であり、上回っている場合は、（発電量）−（電力需要）の値が逆潮電力もしくは逆潮流防止ヒータ電力になる。系統への逆潮が認められている場合における逆潮電力は前記の値で、逆潮流防止ヒータ電力は０である。系統への逆潮が認められていない場合はその逆になる。
【００４１】
次に、発電効率と熱回収効率の計算を行う（Ｓ３０３）。発電効率および熱回収効率は発電量により変化する値であり、発電ユニット１に固有の値である。そのため発電ユニット１の発電量に対する発電効率、熱回収効率の値を予め制御装置２４に記憶しておき、その値から発電効率、熱回収効率を計算する。次に熱回収量を計算する（Ｓ３０４）。熱回収量は、（発電量）×（熱回収効率）÷（発電効率）×（計算時間間隔）で求められる。
【００４２】
次に配管放熱ロスを計算する（Ｓ３０５）。配管放熱ロスは、（熱回収量）×（配管放熱ロス係数）で計算する事ができる。配管放熱ロス係数は外気温や発電ユニット１の発電量により変化する値である。図４に配管放熱ロス係数の例として発電ユニットに家庭用の固体高分子型燃料電池を用いた場合における配管放熱ロス係数のテーブルを示す。このテーブルはある家庭に設置した場合における実測値である。このテーブルは発電システム１００の設置先により変化する値であり、設置状況や熱移動経路の断熱状況などにより予想できる場合はその値を設定すると良い。または発電システム１００を設置したときに、配管放熱ロス係数を実測して前記テーブルの値を設定すると良い。実測や予想が難しい場合
は一般的な値をテーブルに設定しておいても良い。図４を参照すると、配管放熱ロス係数は外気温が低いほど大きく、また発電量が小さいほど大きい値になっている。熱移動経路９における熱媒体ｗは通常、発電ユニット１の出口部分の温度が一定になるように流量を制御している。そのため、発電量が小さいほど熱媒体ｗの流量が小さくなり、それに伴い放熱ロス係数が大きくなる。このテーブルのデータを予め制御装置２４に記憶させておき、発電量と外気温により線形補間を行って配管放熱ロス係数を計算する。次に貯湯タンク放熱ロスを計算する（Ｓ３０６）。貯湯タンクの放熱ロスは、（貯湯タンク蓄熱量）×（貯湯タンク放熱ロス係数）×（計算時間間隔）で計算する。貯湯タンク放熱ロス係数は貯湯タンク１０に固有の値である。次に貯湯タンクからの出湯熱量とバックアップボイラの加熱量を計算する（Ｓ３０７）。貯湯タンク蓄熱量が熱需要の予測値以上のときは、貯湯タンクからの出湯熱量は熱需要と等しく、バックアップボイラの加熱量は０になる。他方、貯湯タンク蓄熱量が熱需要の予測値を下回っているとき、貯湯タンクからの出湯熱量は貯湯タンクの蓄熱量に等しく、熱需要の予測値と貯湯タンクからの出湯熱量との差がバックアップボイラの加熱量になる。次に出湯後貯湯タンク蓄熱量を計算する（Ｓ３０８）。出湯後貯湯タンク蓄熱量は、（貯湯タンク蓄熱量）−（貯湯タンク出湯熱量）＋（熱回収量）−（配管放熱ロス）−（貯湯タンク放熱ロス）により計算する。なお、ここで求めた出湯後貯湯タンク蓄熱量が次の計算ステップにおける貯湯タンク蓄熱量になる。次に発電ユニット燃料消費量の計算を行う（Ｓ３０９）。発電ユニットの燃料消費量は、（発電量）÷（発電効率）×（計算時間間隔）で計算することができる。次にバックアップボイラ燃料消費量を計算する（Ｓ３１０）。バックアップボイラ燃料消費量は（バックアップボイラ加熱量）÷（バックアップボイラ効率）で計算することができる。バックアップボイラ効率はバックアップボイラ１１に固有の値である。次に貯湯タンクの満蓄判定を行う（Ｓ３１１）。出湯後貯湯タンク蓄熱量が貯湯タンク最大蓄熱量を上回った場合に満蓄と判定する。貯湯タンク最大蓄熱量は、｛（満蓄時のタンク温度）−（補給水温度）｝×（貯湯タンク容量）×（比熱）で計算する。貯湯タンクが満蓄になった場合は運転計画上、発電ユニット１を運転することになっていても強制的に停止させて以降の計算を行う。次に起動時の消費電力と消費燃料を計算する（Ｓ３１２）。発電ユニット１の起動は運転計画で停止から運転に切り替わるときに行われ、発電ユニット１が発電できる状態になるまでに電力や燃料を消費する。この値は発電ユニット１に固有の値である。次に停止時の消費電力と消費燃料を計算する（Ｓ３１３）。発電ユニット１の停止は運転計画で運転から停止になる時と満蓄により強制的に停止させる場合に行われる。停止時の消費電力や消費燃料も発電ユニット１に固有の値である。次に待機時消費電力を計算する（Ｓ３１４）。待機時の消費電力は発電ユニット１に固有の値である。工程Ｓ３０１からＳ３１４まで計算したら所定の時間先まで計算したかの判定を行う（Ｓ３１５）。所定の時間先までの計算が終了していな���場合は発電量の計算（Ｓ３０１）に戻る。
【００４３】
計算が終了した場合は一次エネルギー使用量の計算を行う（Ｓ３１６）。一次エネルギー使用量は次の式で計算する。
【００４４】
（一次エネルギー使用量）＝（買電量合計値）÷（発電所効率）＋（燃料消費量合計値）
ここで、買電量の合計値と燃料消費量の合計値は次の式で計算する。
【００４５】
（買電量合計値）＝Σ｛（電力需要）−（発電量）＋（起動時消費電力）＋（停止時消費電力）＋（待機時消費電力）｝×（計算時間間隔）
（燃料消費量合計値）＝Σ｛（発電ユニット燃料消費量）＋（バックアップボイラ燃料消費量）＋（起動時消費燃料）＋（停止時消費燃料）｝
ここで、Σは所定の時間（本実施の形態では２４時間）における積算を示している。発電所効率は系統電力において送電ロス等を含めた総合的な発電所の効率であり、例えば、０．３６９などの値がある。この値はその国や地域の発電所や送電網により変化する値の
ため、発電システム１００の設置先に適した値を用いると良い。このようにして計算した一次エネルギー使用量が運転計画を選定する際の判定値となる。
【００４６】
再び図２に戻って、発電システム１００の運転方法の説明を続ける。工程Ｓ３０において所定の基準を計算したら、運転計画の選定を行う（Ｓ４０）。運転計画の選定は一次エネルギー使用量が最も少ない運転計画をひとつ選定する。次に運転計画に従って発電ユニット１を運転する（Ｓ５０）。次に運転計画を更新する条件を具備しているかどうかの判定を行う（Ｓ６０）。具備していない場合は工程Ｓ５０に戻る。すなわち、運転計画を更新する条件が具備しない間は工程Ｓ４０で作成した運転計画のまま運転を続けることになる。
【００４７】
次に、所定の時間先までの運転が終わる前に運転計画を更新する理由について説明する。通常、電力需要と熱需要の予測は誤差を伴うため、運転計画が作成されてから時間が経過するほど運転計画と実際の運転の乖離が大きくなる。このため乖離が大きいと判断される場合には運転計画の更新を行うことで、その運転計画更新時点における蓄熱量や発電ユニット１の運転状態を考慮した運転計画に修正する事ができる。こうすることで、例えば、熱需要の予測値が実際よりも小さく、蓄熱量が不足している場合に、発電時間を延長させ熱回収量を増やすことができる。運転計画を更新する条件としては前記電力需要と熱需要の予測値の誤差が所定の値以上の場合や、運転計画上の貯湯タンクの蓄熱量と実際の蓄熱量の乖離が大きくなった場合などが挙げられる。また工程Ｓ４０で運転計画を選定してから所定の時間（例えば、２４時間）が経過した場合も、運転計画を更新する条件を具備していることは言うまでもない。
【００４８】
（実施の形態２）
実施の形態１の所定の基準を計算するためのフローチャート（図３）における、配管放熱ロスを求める工程（Ｓ３０５）においては、配管放熱ロス係数を図４に示す、外気温と発電量のテーブルを用いて計算していた。配管放熱ロス係数の計算は多項式を作って計算しても良い。多項式の一例として次の式が挙げられる。
【００４９】
配管放熱ロス係数（発電時）＝Ａ×（外気温）＋Ｂ
ＡとＢは定数で発電システム１００に固有の値であり、配管の材質や断熱状態、発電ユニット１の特性によって定まる値である。発電システム１００の設置において実測を行い、定数ＡとＢの値を定めると良く、実測が困難な場合は定数ＡとＢは代表的な値を設定すると良い。同様の式を５００Ｗ、２５０Ｗといくつかの発電量ごとに作成しておき、工程Ｓ３０１で求めた発電量に対する配管放熱ロス係数を線形補間により求めると良い。
【００５０】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２においては、配管放熱ロスを工程Ｓ３０５において計算していた。熱回収効率を計算する工程（Ｓ３０３）において、制御装置２４に記憶させる熱回収効率を配管放熱ロス込みの値としても良い。こうすると配管放熱ロスを計算する工程（Ｓ３０５）を省くことができ、所定の基準の計算時間を短くする事ができる。
【００５１】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３においては、配管放熱ロス係数は実測もしくは配管の断熱状態等により予想することとしていた。しかし、システムごとに予め実測や予想していると設置時の作業時間が長くなるという問題がある。特に家庭用の発電システムの場合は設置台数が多いため、この問題はより大きくなる。このようなケースにおいては発電システム１００の運転実績に基づいて配管放熱ロス係数を自動的に計算すると良い。
【００５２】
自動的に配管放熱ロス係数を取得するためには、発電ユニット１に出入りする熱媒体ｗ
の温度差、貯湯タンク１０に出入りする熱媒体ｗの温度差、及び熱媒体ｗの流量が必要である。すなわち、発電ユニット１に接続されている熱移動経路９において発電ユニット１に熱媒体ｗを導入する箇所、熱媒体ｗを導出する箇所に温度検出器（不図示）をそれぞれ配置する必要がある。また同様に貯湯タンク１０に接続されている熱移動経路９ついても貯湯タンクに導入する箇所と導出する箇所にそれぞれ温度検出器（不図示）をそれぞれ配置する必要がある。また熱移動経路９内に流量検出器（不図示）も配置する必要がある。こうする事で発電ユニット１の排熱が貯湯タンク１０に蓄熱される間における、放熱ロス係数を計算する事ができる。この値を用いることで配管放熱係数の実測や予想をすることなしに、自動的に配管放熱ロス係数を取得することができる。
【００５３】
なお、取得した配管放熱ロス係数の反映は実施の形態１においては図４に示すテーブルの値を、自動的に取得した値に置き換え、実施の形態２においては多項式を更新し、実施の形態３においては熱回収効率を更新すると良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は電気と熱を発生する発電ユニットと、前記発電ユニットで発生した熱を貯める蓄熱ユニットと前記発電ユニットから前記蓄熱ユニットへ熱媒体により熱を移動する配管を備える発電システム及びその運転方法において利用できる。発電システムが家庭用の燃料電池システムの場合は、電力負荷追従が可能で熱媒体ｗの流量が小さいため、発電量に対する配管放熱ロス係数の変化が大きくなる。このような発電システムに対しては、特に本発明の効果が大きい。
【符号の説明】
【００５５】
１  発電ユニット
２  発電部
３  インバータ
４  ポンプ
６  熱交換器
７  ポンプ
９  熱移動経路
１０  蓄熱ユニット（貯湯タンク）
２４  制御装置
１００  発電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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