(57)【要約】【課題】バイオマスを利用した熱電生成システムの収益を向上する。【解決手段】バイオマスを利用して電気及び熱を生成する熱電生成システムの運転支援方法である。熱電生成システム１が生成した電力を供給する供給先を複数設け、複数の電力供給先のうち、最も高い購入金額を提示した供給先を選択し、供給先の購入金額に基づいて、熱電生成システム１で生成した電力の全量を供給するか、熱電生成システム１で生成した電力から熱電生成システム１の稼働に必要な電力を除いた電力を供給するかの選択を行う。また、熱電生成システム１で生成される電力量が熱電生成システム１で消費される電力量未満の場合は、熱電生成システム１にエネルギー（電力または燃料）を供給する複数の供給元から最安値でエネルギーを供給する供給元を選択し、選択された供給元より熱電生成システム１を稼働するために必要なエネルギーを購入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを利用して電力を生成する熱電生成システムの運転支援方法であって、
前記熱電生成システムで生成した電力を供給する複数の電力供給先のうち、最高値で購入を希望する電力供給先を選択し、当該電力供給先の購入金額に基づいて、前記熱電生成システムで生成された電力の全量を該電力供給先に供給するか、前記熱電生成システムで生成された電力から前記熱電生成システムの稼働に必要な電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかを選択する
ことを特徴とする熱電生成システムの運転支援方法。
【請求項２】
前記熱電生成システムが生成する生成電力量と、前記熱電生成システムで消費する消費電力量とを求め、
生成電力量が消費電力量以上の場合、前記最高値で購入を希望する電力供給先に生成電力の全量を供給するか、生成電力から消費電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかの選択を行い、
生成電力量が消費電力量未満の場合、前記熱電生成システムに電力を供給する複数の電力供給元から最安値で電力を供給する電力供給元を選択し、該電力供給元より前記熱電生成システムを稼働するために必要な電力を購入する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱電生成システムの運転支援方法。
【請求項３】
バイオマスを利用して電力及び熱を生成する熱電生成システムの運転支援方法であって、
前記熱電生成システムで生成した電力を供給する複数の電力供給先のうち、最高値で購入を希望する電力供給先を選択し、該電力供給先に生成した電力を供給し、
前記熱電生成システムが生成する生成熱量及び前記熱電生成システムを稼働するために必要な必要熱量を求め、
前記生成熱量が前記必要熱量より少ない場合、不足した熱量を補う燃料を、前記熱電生成システムに燃料を供給する燃料供給元から最安値で燃料を供給する燃料供給元を選択し、該燃料供給元より不足した熱量を補う燃料を購入する
ことを特徴とする熱電生成システムの運転支援方法。
【請求項４】
発電装置と、熱生成装置と、該発電装置及び該熱生成装置を制御する制御部と、を有し、バイオマスを利用して電気及び熱を生成する熱電生成システムであって、
前記熱電生成システムが生成した電力を供給する電力供給先を複数設け、
前記制御部は、複数の電力供給先のうち、最も高い購入金額を提示した電力供給先を選択し、該選択された電力供給先の購入金額に基づいて、前記熱電生成システムで生成した電力の全量を供給するか、前記熱電生成システムで生成した電力から前記熱電生成システムの稼働に必要な電力を除いた電力を供給するかの選択を行う
ことを特徴とする熱電生成システム。
【請求項５】
前記制御部は、
前記熱電生成システムが生成する生成電力量と、前記熱電生成システムで消費する消費電力量とを求め、
生成電力量が消費電力量以上の場合、前記最高値で購入を希望する電力供給先に生成電力の全量を供給するか、生成電力から消費電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかの選択を行い、
生成電力量が消費電力量未満の場合、前記熱電生成システムに電力を供給する複数の電力供給元から最安値で電力を供給する電力供給元を選択し、該電力供給元より前記熱電生成システムを稼働するために必要な電力を購入する
ことを特徴とする請求項４に記載の熱電生成システム。
【請求項６】
前記制御部は、
前記熱電生成システムが生成する生成熱量及び前記熱電生成システムを稼働するために必要な必要熱量を求め、
前記生成熱量が前記必要熱量より少ない場合、不足した熱量を補う燃料を、前記熱電生成システムに燃料を供給する燃料供給元から最安値で燃料を供給する燃料供給元を選択し、該燃料供給元より不足した熱量を補う燃料を購入する
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱電生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスの利用技術に関する。特に、バイオマスをエネルギー源として電力または熱を生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光、風力、地熱、及びバイオマス等の再生可能エネルギーは、エネルギー自給率の向上、地球温暖化対策及び産業育成の等のさまざまな点で注目を集めている。しかしながら、再生可能エネルギーの利用は、コストが高い等の理由により普及が進んでいないのが現状である。
【０００３】
そこで、２０１２年７月に再生可能エネルギーの固定価格買取制度（ＦＩＴ制度）が施行され、再生可能エネルギー源を用いて発電された電気を固定価格で電気事業者が買い取ることで、再生可能エネルギーの利用促進が図られている。
【０００４】
バイオマスは、動植物に由来する有機物であって、エネルギー源として利用することができるものである。バイオマスを大まかに分類すると、サトウキビやトウモロコシ等のエネルギー転換を目的として生産される生産系バイオマスと、生ゴミ、家畜ふん尿、間伐材等の人間の活動から排出される未利用資源系バイオマスに分けられる。
【０００５】
バイオマスを利用した熱電生成システムとしては、例えば、下水汚泥・家畜ふん尿、食品残さ等をエネルギー源としてメタン発酵によりメタンを主成分とするバイオガスを生成し、生成したバイオガスを利用して電力や熱を生成するシステムが提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。そして、特許文献１のシステムでは、高い収益を得るために、生成したバイオガスをガスホルダに貯留し、売電価格が最も高い時間帯に集中して売電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４８２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７９６７号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９８０６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】新井善明、外３名、「畜産ふん尿からのバイオガスを利用した燃料電池コージェネレーションシステム」、明電時報、株式会社明電舎、平成１７年５月２５日、２００５  ５月・６月  Ｎｏ．３、Ｐ．２９−３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、熱機関等により発電機を駆動する場合、熱機関は一定負荷（一定出力）で連続運転することが好ましく、頻繁かつ大幅に出力を変動させると発電装置の寿命を低下させるおそれがある（例えば、特許文献２）。
【０００９】
また、再生可能エネルギーの利用技術は、環境面で優れていたとしても、経済的な理由により普及が妨げられるおそれがある。そこで、再生可能エネルギーを利用したシステムの運用技術において、より収益性の向上が求められている。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は、バイオマスを利用した熱電生成システムの収益向上に貢献する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの運転支援方法の一態様は、バイオマスを利用して電力を生成する熱電生成システムの運転支援方法であって、前記熱電生成システムが電力を供給する複数の電力供給先のうち、最高値で購入を希望する電力供給先を選択し、当該電力供給先の購入金額に基づいて、前記熱電生成システムで生成された電力の全量を該電力供給先に供給するか、前記熱電生成システムで生成された電力から前記熱電生成システムの稼働に必要な電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかを選択することを特徴としている。
【００１２】
また、上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの運転支援方法の他の態様は、上記熱電生成システムの運転支援方法において、前記熱電生成システムが生成する生成電力量と、前記熱電生成システムで消費する消費電力量とを求め、生成電力量が消費電力量以上の場合、前記最高値で購入を希望する電力供給先に生成電力の全量を供給するか、生成電力から消費電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかの選択を行い、生成電力量が消費電力量未満の場合、前記熱電生成システムに電力を供給する複数の電力供給元から最安値で電力を供給する電力供給元を選択し、該電力供給元より前記熱電生成システムを稼働するために必要な電力を購入することを特徴としている。
【００１３】
また、上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの運転支援方法の他の態様は、バイオマスを利用して電力及び熱を生成する熱電生成システムの運転支援方法であって、前記熱電生成システムが電力を供給する複数の電力供給先のうち、最高値で購入を希望する電力供給先を選択し、該電力供給先に生成した電力を供給し、前記熱電生成システムが生成する生成熱量及び前記熱電生成システムを稼働するために必要な必要熱量を求め、前記生成熱量が前記必要熱量より少ない場合、不足した熱量を補う燃料を、前記熱電生成システムに燃料を供給する燃料供給元から最安値で燃料を供給する燃料供給元を選択し、該燃料供給元より不足した熱量を補う燃料を購入することを特徴としている。
【００１４】
また、上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの一態様は、発電装置と、熱生成装置と、該発電装置及び該熱生成装置を制御する制御部と、を有し、バイオマスを利用して電気及び熱を生成する熱電生成システムであって、前記熱電生成システムが生成した電力を供給する電力供給先を複数設け、前記制御部は、複数の電力供給先のうち、最も高い購入金額を提示した電力供給先を選択し、該選択された電力供給先の購入金額に基づいて、前記熱電生成システムで生成した電力の全量を供給するか、前記熱電生成システムで生成した電力から前記熱電生成システムの稼働に必要な電力を除いた電力を供給するかの選択を行うことを特徴としている。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの他の態様は、上記熱電生成システムにおいて、前記制御部は、前記熱電生成システムが生成する生成電力量と、前記熱電生成システムで消費する消費電力量とを求め、生成電力量が消費電力量以上の場合、前記最高値で購入を希望する電力供給先に生成電力の全量を供給するか、生成電力から消費電力を除いた電力を該電力供給先に供給するかの選択を行い、生成電力量が消費電力量未満の場合、前記熱電生成システムに電力を供給する複数の電力供給元から最安値で電力を供給する電力供給元を選択し、該電力供給元より前記熱電生成システムを稼働するために必要な電力を購入することを特徴としている。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明の熱電生成システムの他の態様は、上記熱電生成システムにおいて、前記制御部は、前記熱電生成システムが生成する生成熱量及び前記熱電生成システムを稼働するために必要な必要熱量を求め、前記生成熱量が前記必要熱量より少ない場合、不足した熱量を補う燃料を、前記熱電生成システムに燃料を供給する燃料供給元から最安値で燃料を供給する燃料供給元を選択し、該燃料供給元より不足した熱量を補う燃料を購入することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
以上の発明によれば、バイオマスを利用した熱電生成システムの収益向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電生成システムの概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る熱電生成システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る熱電生成システムの運転支援方法及び熱電生成システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る熱電生成システムは、畜産業者から排出される家畜排せつ物を有効利用し、畜産業者の負担及び環境負荷を低減するとともに、バイオマスをエネルギー源とした電気及び熱を生成するものである。
【００２１】
畜産業界では環境規制の強化が図られており、２００４年１１月に施行された「家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律」では、家畜排せつ物の野積み、素掘り貯留等が禁止されたことから、畜産排せつ物の利活用は、畜産業における緊急の課題となっている。
【００２２】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る熱電生成システム１は、貯留部２と、メタン発酵処理部３と、エネルギー生成部４と、制御部５と、を有する。
【００２３】
貯留部２は、家畜のふん、オガコ、尿・汚水等のバイオマスを貯留する。貯留部２に貯留されたバイオマスは、図示省略の前処理部において、メタン発酵に寄与しない固形物が取り除かれ、液分がメタン発酵処理部３に移送される。
【００２４】
メタン発酵処理部３は、メタン発酵槽６を有し、バイオマスの有機物を原料としてメタン発酵を行う。メタン発酵槽６で生成されたバイオガスは、脱硫装置７にて硫化水素が除去され、ガス貯留部８に貯留される。ガス貯留部８に貯留されたバイオガスは、エネルギー生成部４に移送される。また、メタン発酵処理後の残さである消化液は、消化液槽９を介して廃液等処理設備１０に移送される。
【００２５】
廃液等処理設備１０は、消化液及び貯留部２で分離されたバイオマスの固形物の堆肥化を行う。例えば、廃液等処理設備１０では、ロータリー式攪拌機により消化液等を攪拌通気することで、消化液等の好気発酵を行う。
【００２６】
エネルギー生成部４は、発電装置１１及び熱生成装置１２を有し、メタン発酵処理部３で生成されたバイオガスを原料として電気及び熱を生成する。発電装置１１は、例えば、ガスエンジン発電機や燃料電池等である。また、熱生成装置１２は、例えば、ガスエンジン発電機やボイラ等である。なお、エネルギー生成部４は、発電装置１１または熱生成装置１２のどちらか一方を設け、電気または熱を生成する形態とすることもできる。
【００２７】
発電装置１１で発電された電力は、熱電生成システム１または図示省略の外部需要家（例えば、電気事業者や畜産設備等）に供給される。また、熱生成装置１２により生成した熱（すなわち、温水等）は、貯湯槽１３に貯留され、メタン発酵槽６の熱源や図示省略の外部システムの熱源等として利用される。
【００２８】
メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４には、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働させるエネルギー源を供給する供給元（エネルギー生成部４を含む）が複数設定されている（図示省略）。また、エネルギー生成部４には、エネルギー生成部４が生成した電力（または熱）を供給する供給先（外部需要家や熱電生成システム１）が複数設定されている（図示省略）。
【００２９】
制御部５は、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４の消費電力［Ｅ１］及び消費熱量［Ｈ１］並びにエネルギー生成部４で生成される電力［Ｅ２］及び熱量［Ｈ２］に基づいて、エネルギー生成部４で生成された電力及び熱の供給先の選択を行う。また、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４の消費電力［Ｅ１］及び消費熱量［Ｈ１］並びにエネルギー生成部４で生成される電力［Ｅ２］及び熱量［Ｈ２］に基づいて、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働するために必要なエネルギー源の供給元の選択を行う。例えば、制御部５には、外部のネットワーク１４を介して電力（または、熱や燃料）等のエネルギー源を供給する供給元の燃料単価が入力され、入力された燃料単価から最安値の燃料（電力または燃料）を熱電生成システム１の動力として選択する。また、制御部５は、外部のネットワーク１４を介して電力（または、熱）等の生成エネルギーを買い取る外部需要家からの買取金額が入力され、買取金額が最も高い外部需要家に電力（及び、熱）を供給する。制御部５に入力される燃料単価（及び買取金額）は、入札等により適宜ネットワーク１４から入力される。また、固定価格買取制度（ＦＩＴ制度）等により、予め買取金額が定められている場合は、定められている金額が制御部５に設定される。
【００３０】
すなわち、制御部５は、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４の消費電力［Ｅ１］及び消費熱量［Ｈ１］と、エネルギー生成部４で生成される生成電力［Ｅ２］及び生成熱量［Ｈ２］と、に基づいて、外部需要家（及び供給元）を決定する。
【００３１】
例えば、Ｅ２≧Ｅ１の場合、制御部５は、供給元の提示した値段と外部需要家が提示した値段に基づいて、次の条件１の利益と条件２の利益とを比較し、事業利益が最適となる条件を選択する。
（条件１）Ｅ１でメタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働させるとともに、供給先として設定されている外部需要家から、最高値で買い取る外部需要家を選択し、選択した外部需要家にＥ２−Ｅ１に相当する電力を売電する。
（条件２）Ｅ１に相当する電力を最安値を提示する供給元から購入しメタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働させ、Ｅ２の電力すべてを最高値で買い取る外部需要家に供給する。
【００３２】
また、Ｅ２＜Ｅ１の場合、供給元の提示した値段と外部需要家が提示した値段に基づいて、次の条件３の利益と条件４の利益とを比較し、事業利益が最適となる条件を選択する。
（条件３）Ｅ１−Ｅ２に相当する電力を最安値を提示する供給元から購入し、購入した電力とエネルギー生成部４で生成した電力とで、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働させる。
（条件４）Ｅ２の電力をすべて最高値で買い取る外部需要家に供給し、Ｅ１に相当する電力を最安値を提示する供給元から購入し、購入した電力でメタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４を稼働させる。
【００３３】
なお、制御部５の説明では、メタン発酵処理部３及びエネルギー生成部４の消費電力をＥ１としているが、廃液等処理設備１０や貯留部２の消費電力をＥ１に含めることもできる。また、制御部５に入力される電力量は、メタン発酵処理部３の各設備及びエネルギー生成部４の各設備に計測メータを設置し、その計測値が入力される。また、制御部５に入力される熱量は、配管内を流通する温水の量及び温度に基づき、配管等からの損失熱量を考慮して算出される。なお、エネルギー生成部４で生成される電力及び熱量を、メタン発酵処理部３で生成されるバイオガス量とそのメタン含有率並びにバイオガス利用施設の稼働率に基づいて算出することもできる。
【００３４】
また、制御部５では、熱生成装置１２における燃料の需要先の選択や熱生成装置１２で生成された熱エネルギーの供給先の選択を行うこともできる。例えば、熱生成装置１２へ供給されるバイオガスで発電した場合の電力の売電価格と、熱生成装置１２を稼働させる燃料（供給元から購入する燃料）の価格とを比較することで、熱生成装置１２に供給する燃料をメタン発酵処理部３で生成したバイオガスか供給元から購入する燃料かを選択することができる。また、貯湯槽１３から外部供給先に供給する温水を、供給先からの入札に応じて最高値で買い取る供給先に供給することもできる。
【００３５】
以上のような本発明の第１実施形態に係る熱電生成システム１の運転支援方法及び熱電生成システム１によれば、再生可能エネルギーを利用したシステムの収益性が向上する。その結果、畜産設備等における環境問題が解決されるだけでなく、再生可能エネルギーの利用が促進される。
【００３６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る熱電生成システムについて、図２を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態に係る熱電生成システム１と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
図２に示すように、第２実施形態に係る熱電生成システム１５は、メタン発酵槽６と、発電装置１１と、熱生成装置１２と、制御部５と、を有する。
【００３８】
メタン発酵槽６で生成したバイオガスは、脱硫装置７（及びガス貯留部８）を介して発電装置１１に供給される。
【００３９】
発電装置１１は、例えば、ガス発電装置（ガスエンジン）等である。発電装置１１で生じる電力は、すべて外部に供給（売電）される。また、発電装置１１の排熱（すなわち、発電装置１１の冷却水）は、外部に供給または、貯水槽１６に貯留された後に熱生成装置１２に供給される。なお、第１実施形態の熱電生成システム１と同様に、制御部５が、収益性を勘案して、電力供給先として熱電生成システム１５または外部需要家（図示せず）を選択し、選択された供給先に発電装置１１が発電した電力を供給してもよい。
【００４０】
熱生成装置１２は、例えば、ボイラであり、メタン発酵槽６を加温するための温水を供給する。また、熱生成装置１２は、図示省略の外部供給先に温水を供給することもできる。熱生成装置１２の燃料は、重油、都市ガスまたはバイオマス（例えば、間伐材や廃食用油等）若しくはこれら燃料の混合物が用いられる。熱生成装置１２には、発電装置１１の排熱により熱せられた温水が供給される。
【００４１】
制御部５は、熱生成装置１２で不足する熱量の供給元を選択する。例えば、（メタン発酵槽６を加温するために必要な熱量［Ｈ１］）＞（発電装置１１で生じる熱量［Ｈ２］）である場合には、Ｈ１−Ｈ２に相当する熱エネルギー量を、単位発熱量あたりの調達コストが最も安い燃料供給元を選択し、選択した供給元からの燃料で熱生成装置１２を稼働する。熱量の計算は、基本的には、温水の流通量と温水の温度に基づき、配管等からの損失熱量を考慮して算出される。
【００４２】
なお、Ｈ２≧Ｈ１の場合は、制御部５は、発電装置１１で生成する余剰の熱（温水）を最高値を提示する需要家（図示せず）に供給してもよい。同様に、熱生成装置１２の余剰の熱（温水）を、最高値を提示する需要家（図示せず）に供給してもよい。
【００４３】
以上のような本発明の第２実施形態に係る熱電生成システム１５によれば、再生可能エネルギーを利用した熱電生成システム１５の収益性が向上する。その結果、バイオマスを利用したメタン発酵システム等の再生可能エネルギーを利用した設備の普及を促進することができる。
【００４４】
また、熱生成装置１２の燃料に、バイオマス（または、化石燃料とバイオマスとの混合燃料）を用いることで、バイオマスの有効利用を促進し、熱電生成システム１５の収益向上をさらに図ることができる。
【００４５】
以上、本発明の熱電生成システムの運転支援方法及び熱電生成システムについて、具体的な実施形態を示して詳細に説明したが、本発明の熱電生成システムの運転支援方法及び熱電生成システムは、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。
【００４６】
例えば、バイオマスの利用は、メタン発酵に限定されるものではなく、例えば、間伐材、もみ殻、稲わら、建築資材廃棄物、剪定枝、木くず、食品残さ、汚泥、黒液または廃食用油をエネルギー源として電力を生成する技術に適用することができる。よって、バイオマスの利用態様は、メタン発酵に限定されるものではなく、バイオマスを焼却炉で燃焼し、その排熱を利用して発電する設備に適用することもできる。
【００４７】
また、実施形態の説明では、電力（熱）の需要先及び電力（燃料）の供給元が複数接続され、複数の需要先（及び供給元）から最適な需要先（及び供給元）を設定しているが、需要先または供給元のどちらか一方が固定された相手であった場合でも、本発明が有する効果の一部を得ることができる。
【００４８】
また、第１実施形態に係る熱電生成システムの特徴と第２実施形態に係る熱電生成システムの特徴とを組み合わせることで、第１実施形態に係る熱電生成システムの効果と第２実施形態に係る熱電生成システムの効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１５…熱電生成システム
２…貯留部
３…メタン発酵処理部
４…エネルギー生成部
５…制御部
６…メタン発酵槽
７…脱硫装置
８…ガス貯留部
９…消化液槽
１０…廃液等処理設備
１１…発電装置
１２…熱生成装置
１３…貯湯槽
１４…ネットワーク
１６…貯水槽
【図１】
2016170455.tif 000003
【図２】
2016170455.tif 000004