JP2628218B2 - コージェネレーション・システムの最適制御法 - Google Patents
コージェネレーション・システムの最適制御法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，自家発電機と熱回収装置をもつ建物や施設
において，電気と熱の２種類の２次エネルギを同時に使
用するさいの消費エネルギのコストを最小にすることを
目的としたコージェネレーション・システムの最適制御
法に関する。
において，電気と熱の２種類の２次エネルギを同時に使
用するさいの消費エネルギのコストを最小にすることを
目的としたコージェネレーション・システムの最適制御
法に関する。
商用電力のほかに自家発電によって建物または施設内
の電力需要と熱需要をまかなうことが普及しているが，
このような建物または施設（以下，建物等という）にお
いて電気と熱を同時に使用する場合に,1次エネルギ（自
家発電に要するエネルギおよび系外から供給される商用
電力の合計）の利用効率が最も高くなるように電力需要
と熱需要がバランスしていることが望ましい。しかし，
実際には，時間的にも，また量的にもバランスしている
ことはむしろ稀である。コージェネレーション・システ
ム（CGS）は，かような電気と熱の２次エネルギを同時
に使用する場合の１次エネルギの利用効率を高めること
を目的としたものであるが，このために最も投資効率の
よい機器構成を採用したとしても，その運転態様が適切
でなければCGSの真価が発揮され得ない。
の電力需要と熱需要をまかなうことが普及しているが，
このような建物または施設（以下，建物等という）にお
いて電気と熱を同時に使用する場合に,1次エネルギ（自
家発電に要するエネルギおよび系外から供給される商用
電力の合計）の利用効率が最も高くなるように電力需要
と熱需要がバランスしていることが望ましい。しかし，
実際には，時間的にも，また量的にもバランスしている
ことはむしろ稀である。コージェネレーション・システ
ム（CGS）は，かような電気と熱の２次エネルギを同時
に使用する場合の１次エネルギの利用効率を高めること
を目的としたものであるが，このために最も投資効率の
よい機器構成を採用したとしても，その運転態様が適切
でなければCGSの真価が発揮され得ない。
しかし,1次エネルギが最小になる省エネルギ制御をし
た場合，そのエネルギコストは必ずしも最小になるとは
限らない。第１図は，熱電比（同時刻の熱需要／電力需
要の比）が平均すると0.3程度の一般事務所ビルに導入
されたCGSについて，その運転方法を検討したものであ
る。ここで，省コスト率とはエネルギコストが少なくな
る割合である該（１）式で示される。また電力主体運転
とは電力需要に追従して発電を行い，余った熱は放熱さ
せる運転方法を意味し，熱主体運転とは熱需要にあわせ
て発電を行なう方法であり，ここでは，発電量が電力需
要を越えないところまで熱主体で発電を行なう場合を意
味している。第１図に見られるように,1次エネルギが最
小になる省エネルギ制御は，ガス／電力料金比が約0.35
の時の省コスト率と同じであり，その時には，最適運転
は熱主体運転となる。しかしガス／電力料金比が約0.29
以下では，最適運転は電力主体運転であり，その場合
は,1次エネルギが最小になる運転はコスト的には不利で
ある。現状のガス／電力料金比は,0.1〜0.4程度の間で
あるので，経済性を考慮する場合は,1次エネルギが最小
になる省エネルギ制御ではその制御方法には限界がある
（ガス／電力料金比が約0.29以上の場合に限られる。） 本発明は,CGSを構成している機器類の運転条件を適正
に制御して最小の消費エネルギコストで電力と熱を同時
にまかなうことを目的としてものである。
た場合，そのエネルギコストは必ずしも最小になるとは
限らない。第１図は，熱電比（同時刻の熱需要／電力需
要の比）が平均すると0.3程度の一般事務所ビルに導入
されたCGSについて，その運転方法を検討したものであ
る。ここで，省コスト率とはエネルギコストが少なくな
る割合である該（１）式で示される。また電力主体運転
とは電力需要に追従して発電を行い，余った熱は放熱さ
せる運転方法を意味し，熱主体運転とは熱需要にあわせ
て発電を行なう方法であり，ここでは，発電量が電力需
要を越えないところまで熱主体で発電を行なう場合を意
味している。第１図に見られるように,1次エネルギが最
小になる省エネルギ制御は，ガス／電力料金比が約0.35
の時の省コスト率と同じであり，その時には，最適運転
は熱主体運転となる。しかしガス／電力料金比が約0.29
以下では，最適運転は電力主体運転であり，その場合
は,1次エネルギが最小になる運転はコスト的には不利で
ある。現状のガス／電力料金比は,0.1〜0.4程度の間で
あるので，経済性を考慮する場合は,1次エネルギが最小
になる省エネルギ制御ではその制御方法には限界がある
（ガス／電力料金比が約0.29以上の場合に限られる。） 本発明は,CGSを構成している機器類の運転条件を適正
に制御して最小の消費エネルギコストで電力と熱を同時
にまかなうことを目的としてものである。
本発明は，容量制御機能をもつ自家発電機と熱回収量
制御機能をもつ熱回収装置を備えた建物または施設にお
いて，該建物または施設の電力需要と熱需要を外気条件
の計測値から予測し，この予測値に従って該発電機と熱
回収装置の発停時期を判断すること，該建物または施設
の刻々の電力需要と熱需要をリアルタイムで計測して刻
々の熱電比（熱需要／電力需要の比）を求め，この熱電
比および該自家発電機の燃料料金と商用電力料金の料金
比の情報から，電力需要に追従して発電を行う電力主体
運転か，または発電量が電力需要を超えないところまで
熱需要に応じて発電を行なう熱主体運転のどちらが省コ
スト的に最適かを判断し，この判断に従ってその運転主
体を決定すること，そして，該電力主体運転において，
発電した電気が商用側に逆流しないための買電量を確保
しながら，式（１）で示す省コスト率（SC）が最大とな
り，消費エネルギのコストが最小となる発電依存率（発
電量／電力負荷）のもとで，該発電機の容量制御および
熱回収装置の容量制御を行なうこと， SC＝（C1−C2）/C1×100 ……（１） ただし,C1はCGS（コージェネレーション・システム）
によらずに熱および電力需要量を供給する時の消費エネ
ルギのコスト,C2はCGSによって同一の熱および電力需要
量を供給する時の消費エネルギのコストを表す， を特徴とするコージェネレーション・システムの最適
制御法である。
制御機能をもつ熱回収装置を備えた建物または施設にお
いて，該建物または施設の電力需要と熱需要を外気条件
の計測値から予測し，この予測値に従って該発電機と熱
回収装置の発停時期を判断すること，該建物または施設
の刻々の電力需要と熱需要をリアルタイムで計測して刻
々の熱電比（熱需要／電力需要の比）を求め，この熱電
比および該自家発電機の燃料料金と商用電力料金の料金
比の情報から，電力需要に追従して発電を行う電力主体
運転か，または発電量が電力需要を超えないところまで
熱需要に応じて発電を行なう熱主体運転のどちらが省コ
スト的に最適かを判断し，この判断に従ってその運転主
体を決定すること，そして，該電力主体運転において，
発電した電気が商用側に逆流しないための買電量を確保
しながら，式（１）で示す省コスト率（SC）が最大とな
り，消費エネルギのコストが最小となる発電依存率（発
電量／電力負荷）のもとで，該発電機の容量制御および
熱回収装置の容量制御を行なうこと， SC＝（C1−C2）/C1×100 ……（１） ただし,C1はCGS（コージェネレーション・システム）
によらずに熱および電力需要量を供給する時の消費エネ
ルギのコスト,C2はCGSによって同一の熱および電力需要
量を供給する時の消費エネルギのコストを表す， を特徴とするコージェネレーション・システムの最適
制御法である。
第２図に本発明を適用したCGS系の機器配置例を示
す。建物（某大学）には一般電力負荷WLと冷暖房のため
の熱負荷QL1および給湯熱負荷QL2が存在する。建物の電
力負荷WLは商用電力WSと自家発電機１で製造された電力
によってまかなわれる。一方，熱負荷QL1とQL2は，発電
機１の駆動源であるエンジン２の排熱を回収する熱回収
装置３および放熱用熱交換器４を用いることによってま
かなわれる。すなわち，エンジン２の排ガスは排ガス熱
交換器５に導入され，ここで高温水が製造され，この高
温水を熱回収装置３である冷温水発生機に１次側熱源回
路Ｐを経て導き，この冷温水発生機で冷房シーズンでは
冷房負荷QL1の冷水を作り，暖房シーズンでは直接的に
温水を作る。これらの冷水または温水は空調用機器群６
に対し２次側の往路７および還路８によって循環供給さ
れ，空調用熱源として利用される。また第２の熱回収装
置４である放熱用熱交換器にも高温水を導き，ここで受
熱した液媒を貯湯槽９に２次側の往路10および還路11に
よって循環供給し，給湯用熱源として利用される。
す。建物（某大学）には一般電力負荷WLと冷暖房のため
の熱負荷QL1および給湯熱負荷QL2が存在する。建物の電
力負荷WLは商用電力WSと自家発電機１で製造された電力
によってまかなわれる。一方，熱負荷QL1とQL2は，発電
機１の駆動源であるエンジン２の排熱を回収する熱回収
装置３および放熱用熱交換器４を用いることによってま
かなわれる。すなわち，エンジン２の排ガスは排ガス熱
交換器５に導入され，ここで高温水が製造され，この高
温水を熱回収装置３である冷温水発生機に１次側熱源回
路Ｐを経て導き，この冷温水発生機で冷房シーズンでは
冷房負荷QL1の冷水を作り，暖房シーズンでは直接的に
温水を作る。これらの冷水または温水は空調用機器群６
に対し２次側の往路７および還路８によって循環供給さ
れ，空調用熱源として利用される。また第２の熱回収装
置４である放熱用熱交換器にも高温水を導き，ここで受
熱した液媒を貯湯槽９に２次側の往路10および還路11に
よって循環供給し，給湯用熱源として利用される。
なお，エンジン２の冷却水循環路12には冷却用熱交換
器13が介装され，この冷却用熱交換器13で放熱する熱も
排ガス熱交換器５に入る前の循環水に供給するようにし
てある。また，第１の熱回収装置３と第２の熱回収装置
４とでも放熱しきれなかった熱を適宜放熱するための放
熱用熱交換器14が１次側熱源回路Ｐに設けてある。図例
のものではエンジンとしてはガスエンジンを用いた例を
示しているが、液体燃料を用いるものも適用可能であ
る。
器13が介装され，この冷却用熱交換器13で放熱する熱も
排ガス熱交換器５に入る前の循環水に供給するようにし
てある。また，第１の熱回収装置３と第２の熱回収装置
４とでも放熱しきれなかった熱を適宜放熱するための放
熱用熱交換器14が１次側熱源回路Ｐに設けてある。図例
のものではエンジンとしてはガスエンジンを用いた例を
示しているが、液体燃料を用いるものも適用可能であ
る。
以上のような構成になるCGS系において，自家発電機
の容量並びに熱回収装置の熱回収量を自在にコントロー
ルできる装置構成とする。これは，例えば発電機の容量
制御は，エンジンの台数制御および／または回転数制御
によって行うことができ，また熱回収装置の熱回収量制
御は，熱回収装置の台数制御および／または１次側また
は２次側熱源回路の流量制御によって行うことができ
る。この制御操作はコンピューター15からの制御信号Ｘ
およびＹにより製作される制御盤16および17によって行
われる。
の容量並びに熱回収装置の熱回収量を自在にコントロー
ルできる装置構成とする。これは，例えば発電機の容量
制御は，エンジンの台数制御および／または回転数制御
によって行うことができ，また熱回収装置の熱回収量制
御は，熱回収装置の台数制御および／または１次側また
は２次側熱源回路の流量制御によって行うことができ
る。この制御操作はコンピューター15からの制御信号Ｘ
およびＹにより製作される制御盤16および17によって行
われる。
他方，コンピューター15には，外気条件の計測値並び
に電力需要と熱需要の計測値がリアルタイムで入力さ
れ，予め作成されたプログラムに従って外気条件から電
力需要と熱需要の両方を予測し学習する。ここで，電力
需要と熱需要を予測するのは，需要の傾向から予め発電
機を運転しておくか，または停止しておくかを判断する
ためである。一方，リアルタイムで計測された電力需要
と熱需要に応じて前記（１）式のSCが最大となるように
制御信号X,Yを出力する。外気条件の計測値としては，
外気温度Ｔ（検出信号イ），湿度Ｈ（同ロ），気圧Ｐ
（同ハ），日射Ｒ（同ニ）が採用され，電力需要の計測
値は商用電力計18の検出値（ホ）および自家発電機によ
る供給電力の電力計19の検出値（ヘ）が採用される。そ
して熱需要の計測値としては，冷暖房負荷と給湯負荷の
合計がリアルタイムで計測されるが，冷暖房負荷につい
ては空調用機器群６への２次側の往路７および還路８に
介装された熱量検出値（ト）（チ）の差から求められ，
給湯負荷については貯湯槽９への２次側の往路10と還路
11に介装された熱量検出値（リ）（ヌ）の差から求めら
れる。
に電力需要と熱需要の計測値がリアルタイムで入力さ
れ，予め作成されたプログラムに従って外気条件から電
力需要と熱需要の両方を予測し学習する。ここで，電力
需要と熱需要を予測するのは，需要の傾向から予め発電
機を運転しておくか，または停止しておくかを判断する
ためである。一方，リアルタイムで計測された電力需要
と熱需要に応じて前記（１）式のSCが最大となるように
制御信号X,Yを出力する。外気条件の計測値としては，
外気温度Ｔ（検出信号イ），湿度Ｈ（同ロ），気圧Ｐ
（同ハ），日射Ｒ（同ニ）が採用され，電力需要の計測
値は商用電力計18の検出値（ホ）および自家発電機によ
る供給電力の電力計19の検出値（ヘ）が採用される。そ
して熱需要の計測値としては，冷暖房負荷と給湯負荷の
合計がリアルタイムで計測されるが，冷暖房負荷につい
ては空調用機器群６への２次側の往路７および還路８に
介装された熱量検出値（ト）（チ）の差から求められ，
給湯負荷については貯湯槽９への２次側の往路10と還路
11に介装された熱量検出値（リ）（ヌ）の差から求めら
れる。
このようにして検出値（イ）〜（ヌ）は刻々コンピュ
ーター15に入力され，前記（１）式の（SC）が最大とな
るようにエンジン２および熱回収装置３の運転条件をコ
ントロールする。そのさい，前記（１）式のうち,CGSに
よらずに熱および電力需要量を供給する時の消費エネル
ギのコストC1については，電力負荷は商用電力だけで供
給する時の消費電力を使用し，そして熱負荷はCGSと同
一の燃料を使用する冷凍機とボイラを使用して熱を供給
する時の燃料のコストを予め計算によって求めておいた
解析プログラムを使用し，また,CGSによって同一の熱お
よび電力需要量を供給する時の消費エネルギのコストC2
は，毎時の熱負荷および電力負荷に適合する発電機およ
び熱回収装置の運転台数と運転容量を予め解析し,CGSの
消費電力と燃料消費量を積算するCGS解析用プログラム
を使用すればよい。計算できる発電機の運転方法として
は定率，定量ベース，定量ピーク運転のいずれでもよ
い。
ーター15に入力され，前記（１）式の（SC）が最大とな
るようにエンジン２および熱回収装置３の運転条件をコ
ントロールする。そのさい，前記（１）式のうち,CGSに
よらずに熱および電力需要量を供給する時の消費エネル
ギのコストC1については，電力負荷は商用電力だけで供
給する時の消費電力を使用し，そして熱負荷はCGSと同
一の燃料を使用する冷凍機とボイラを使用して熱を供給
する時の燃料のコストを予め計算によって求めておいた
解析プログラムを使用し，また,CGSによって同一の熱お
よび電力需要量を供給する時の消費エネルギのコストC2
は，毎時の熱負荷および電力負荷に適合する発電機およ
び熱回収装置の運転台数と運転容量を予め解析し,CGSの
消費電力と燃料消費量を積算するCGS解析用プログラム
を使用すればよい。計算できる発電機の運転方法として
は定率，定量ベース，定量ピーク運転のいずれでもよ
い。
一例として，熱電比（同時刻の熱需要／電力需要の
比）が平均すると0.3程度の一般事務所ビルに導入され
たCGSを本発明の最適制御システムで制御した時の状態
を第３図〜第５図に従って説明する。
比）が平均すると0.3程度の一般事務所ビルに導入され
たCGSを本発明の最適制御システムで制御した時の状態
を第３図〜第５図に従って説明する。
第３図は，各時刻における熱負荷,CGSで回収された熱
量から熱負荷を差し引いた放熱量（利用できなかった熱
量）および熱電比を示した。最適制御システムを導入し
ない場合には，放熱量が増大してエネルギの利用効率が
低下している状況がわかる。
量から熱負荷を差し引いた放熱量（利用できなかった熱
量）および熱電比を示した。最適制御システムを導入し
ない場合には，放熱量が増大してエネルギの利用効率が
低下している状況がわかる。
第４図は，熱電比が平均0.3程度の場合に，本発明に
従う最適制御システムでCGSを制御したときの発電量，
買電量と，電力負荷との関係を示したものである。CGS
で発電した電気が商用側に逆流しないための（逆潮流防
止のための）買電量を確保しながら，消費エネルギのコ
ストが最小となる発電依存率で運転されている。最適制
御システムを導入しない場合には，逆潮流防止のための
買電量を確保するだけを商用として買い，残り全部をCG
Sで発電してしまうことになる。
従う最適制御システムでCGSを制御したときの発電量，
買電量と，電力負荷との関係を示したものである。CGS
で発電した電気が商用側に逆流しないための（逆潮流防
止のための）買電量を確保しながら，消費エネルギのコ
ストが最小となる発電依存率で運転されている。最適制
御システムを導入しない場合には，逆潮流防止のための
買電量を確保するだけを商用として買い，残り全部をCG
Sで発電してしまうことになる。
第５図は，最適制御システムを導入したCGSの運転に
よる消費エネルギコストの省コスト率と，最適制御シス
テムを導入しないでCGSを運転した時の消費エネルギコ
ストの省コスト率を比較したものである。起動時では両
者の省コスト率に大差はないが，午前７時以降，両者の
差は最大で９％程度になり，熱電比が低下した夜間はCG
Sで発電する時のムダを防止して買電で電力負荷をまか
なっていることが分る。
よる消費エネルギコストの省コスト率と，最適制御シス
テムを導入しないでCGSを運転した時の消費エネルギコ
ストの省コスト率を比較したものである。起動時では両
者の省コスト率に大差はないが，午前７時以降，両者の
差は最大で９％程度になり，熱電比が低下した夜間はCG
Sで発電する時のムダを防止して買電で電力負荷をまか
なっていることが分る。
以上のようにして，本発明によると,CGS系において消
費エネルギのコストが最も少ない状態でシステムが稼働
されることになり，真の省コストが達成される。
費エネルギのコストが最も少ない状態でシステムが稼働
されることになり，真の省コストが達成される。
第１図はガス／電力料金比の変化に伴う省コスト率の変
化を示した図，第２図は本発明を適用するCGS系の例を
示した機器配置系統図，第３図は或る建物の各時刻の熱
負荷，放熱量，および熱電比の変化を示した図，第４図
は同建物について最適制御システムでCGSを制御したと
きの発電量，買電量，電力負荷の関係を示した図，第５
図は最適制御システムを導入したCGSの運転による消費
エネルギコストの省コスト率と，最適制御システムを導
入しないでCGSを運転した時の消費エネルギコストの省
コスト率を比較した図である。 １……自家発電機,2,……エンジン， ３……熱回収装置（冷温水発生機）， ４……放熱用熱交換器,5……排ガス熱交換器， ６……空調機群,9……貯湯槽， 13……冷却用熱交換器,14……放熱用熱交換器， 15……コンピューター。
化を示した図，第２図は本発明を適用するCGS系の例を
示した機器配置系統図，第３図は或る建物の各時刻の熱
負荷，放熱量，および熱電比の変化を示した図，第４図
は同建物について最適制御システムでCGSを制御したと
きの発電量，買電量，電力負荷の関係を示した図，第５
図は最適制御システムを導入したCGSの運転による消費
エネルギコストの省コスト率と，最適制御システムを導
入しないでCGSを運転した時の消費エネルギコストの省
コスト率を比較した図である。 １……自家発電機,2,……エンジン， ３……熱回収装置（冷温水発生機）， ４……放熱用熱交換器,5……排ガス熱交換器， ６……空調機群,9……貯湯槽， 13……冷却用熱交換器,14……放熱用熱交換器， 15……コンピューター。
Claims (1)
- 【請求項１】容量制御機能をもつ自家発電機と熱回収量
制御機能をもつ熱回収装置を備えた建物または施設にお
いて， 該建物または施設の電力需要と熱需要を外気条件の計測
値から予測し，この予測値に従って該発電機と熱回収装
置の発停時期を判断すること， 該建物または施設の刻々の電力需要と熱需要をリアルタ
イムで計測して刻々の熱電比（熱電要／電力需要の比）
を求め，この熱電比および該自家発電機の燃料料金と商
用電力料金の料金比の情報から，電力需要に追従して発
電を行う電力主体運転か，または発電量が電力需要を超
えないところまで熱需要に応じて発電を行なう熱主体運
転のどちらが省コスト的に最適かを判断し，この判断に
従ってその運転主体を決定すること， 該電力主体運転において，発電した電気が商用側に逆流
しないための買電量を確保しながら，式（１）で示す省
コスト率（SC）が最大となり，消費エネルギのコストが
最小となる発電依存率（発電量／電力負荷）のもとで，
該発電機の容量制御および熱回収装置の容量制御を行な
うこと， SC＝（C1−C2）/C1×100 ……（１） ただし,C1はCGS（コージェネレーション・システム）に
よらずに熱および電力需要量を供給する時の消費エネル
ギのコスト,C2はCGSによって同一の熱および電力需要量
を供給する時の消費エネルギのコストを表す， を特徴とするコージェネレーション・システムの最適制
御法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083599A JP2628218B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | コージェネレーション・システムの最適制御法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083599A JP2628218B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | コージェネレーション・システムの最適制御法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285520A JPH03285520A (ja) | 1991-12-16 |
| JP2628218B2 true JP2628218B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=13806956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2083599A Expired - Fee Related JP2628218B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | コージェネレーション・システムの最適制御法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2628218B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002252926A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Toshiba Corp | コジェネレーション設備運転システムおよび同システムを用いたエネルギ供給方法 |
| JP4889167B2 (ja) * | 2001-08-09 | 2012-03-07 | 大阪瓦斯株式会社 | コジェネレーション装置の運転計画方法 |
| JP4504635B2 (ja) * | 2003-06-18 | 2010-07-14 | 積水化学工業株式会社 | コジェネレーションシステム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5928843A (ja) * | 1982-08-06 | 1984-02-15 | 東京瓦斯株式会社 | 熱併給発電システムにおける電気負荷の無衝撃切替方式 |
| JPS61244229A (ja) * | 1985-04-23 | 1986-10-30 | 西芝電機株式会社 | 熱併給内燃力発電装置 |
| US4752697A (en) * | 1987-04-10 | 1988-06-21 | International Cogeneration Corporation | Cogeneration system and method |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2083599A patent/JP2628218B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03285520A (ja) | 1991-12-16 |
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