JPH06176792A - 電力貯蔵型熱電併給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】コジェネレーションシステムの熱供給系とし
て、内燃機関６から排気される高温ガス１１の一部を分
岐し、加熱が必要とする電力貯蔵設備の恒温槽８に導き
Ｎａ−Ｓ電池２を常に作動状態に維持する。この時、高
温ガスの流量は、恒温槽８の温度により、流量調節弁１
２を調節して決定される。内燃機関１の排熱により、運
転される排熱ボイラ１の吸水は、内燃機関６の軸受冷却
水の戻り水を熱源とする水−水熱交換器７，恒温槽８ガ
ス出口部に設けたガス−水熱交換器９で加熱され、電力
供給系として、Ｎａ−Ｓ電池２への電力の出入は、ＤＣ
／ＡＣ双方向変換器１８を経由して行う。 【効果】余剰電力の売電時間帯の調整、電力供給系とし
ての予備力、非常時の電力供給など新しい機能を追加さ
れるので、システム運用効率が向上し、コジェネレーシ
ョンシステムの設置者にとって、従来にも増して電力供
給系への信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエネルギの有効利用を図
るコジェネレーションシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術を図２を用いて説明する。通常
コジェネレーションシステムでは、内燃機関からの発生
熱は、熱需要に供給され、発電機で発生した電力は、負
荷電力に供給される。商用電力は、発電機で賄えない電
力を補うものである。発電機側からの商品系統への逆潮
流は行えない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】世界的な地球環境問題
への関心の高まりの中で、「エネルギ消費拡大型社会か
ら省エネルギ型社会への転換」が国民的課題となってお
り、省エネルギ性の高いコジェネレーションシステム等
の熱電併給システムの積極的な有効利用がこれまで以上
に期待されている。

【０００４】このような状況を踏まえ通産省は、最近、
余剰電力が発生する発電設備の逆潮流についての法改訂
を行った。これにより、電気事業者と需要家（発電設備
所有者）の協議により、安全性が確保できれば、売電が
可能になった。このような状況下で、特に問題になるの
は、売電時間帯である。つまり、需要家の負荷需要は、
ほとんどが夜間に電力需要が減少し余剰電力が発生する
ため、売電時間帯が夜間に集中することである。電気事
業者側では、昼間の午後１時から４時に掛けて電力需要
のピークが発生することから、需要家からの逆潮流は、
この時間帯がベストとなる。需要家としても、夜間の売
電単価が安価（昼間の１／３程度）であるため、昼間売
電するほうが経済的に有利となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題を
解決するため、発電機出力側にＡＣ／ＤＣ双方向変換器
を設置し、その下流側に電力貯蔵設備を設け夜間に主に
発生する余剰電力を蓄電し、昼間商用系統でピーク負荷
が発生する時間帯に放電し、ＡＣ／ＤＣ双方向変換器を
介して系統連係制御盤を経由して逆潮流により商用系統
に送電する熱電併給システムを考案した。

【０００６】ここで、電力貯蔵設備は、コジェネレーシ
ョンからの高温排熱を有効に利用でき、しかもエネルギ
密度が高くコンパクト設計が可能で高効率なＮａ−Ｓ電
池を使用する。

【０００７】このようなシステム構成とすることで、逆
潮流の時間帯調整だけでなく、商用系統の停電，電力負
荷の異常上昇時の予備電力，システム並びに商用電力同
時停電の非常用電力として利用が可能である。

【０００８】

【作用】発電機４は内燃機関の回転力を電力に変換する
もので、発生した電力を電力負荷に供給する。

【０００９】蓄電池２（Ｎａ−Ｓ電池）では夜間余剰電
力が発生した時、その余剰電力を充電し、昼間商用系統
でピーク負荷が発生する時間帯に放電し、その電力を商
用系統に供給する。また、商用系統の停電等の非常時電
源並びに発電電力以上の電力負荷使用時の予備電源とし
て使用される。

【００１０】ＡＣ／ＤＣ双方向変換器１８では蓄電池へ
の充電時は交流電力を直流に変換し、放電時は直流電力
を交流に変換する。

【００１１】系統連係制御盤１５ではコジェネレーショ
ンシステムで負荷電力を賄えない場合は商用系統から電
力を供給するように働き、コジェネレーションシステム
で負荷を賄い余剰電力がある場合は商用系統へ電力を供
給するように働く。

【００１２】一方、通常熱供給系では内燃機関６は、発
電機に回転力を与えるものであるが、投入したエネルギ
の約６０％が熱となり排熱される。

【００１３】内燃機関排気系に設置した排熱ボイラ１で
は内燃機関からの排熱ガスで熱負荷に供給する水を温水
または蒸気にする。

【００１４】水−水熱交換器７では内燃機関の軸受部等
の冷却を行うと共に排熱ボイラの吸水加熱を行う。

【００１５】ボイラ３では熱負荷に温水または蒸気等を
供給する。

【００１６】ヘッダ１３では各熱負荷に供給熱を分配す
るものである。

【００１７】Ｎａ−Ｓ電池は、作動状態を維持するため
常に一定温度（約３５０℃）に保持しなければならな
い。したがって熱供給系が必要になる。通常Ｎａ−Ｓ電
池は、電気ヒータ等で加熱し、一定温度に保持するた
め、その分が損失となる。本発明では、高効率を達成す
るため、コジェネレーションシステムからの高温排熱を
利用する。以下、Ｎａ−Ｓ電池を一定温度に保持するた
めの排熱ガス系の機器の作用を示す。

【００１８】流量調節弁１２ではガスタービン排熱系に
設置されＮａ−Ｓ電池側に供給する高温排ガスの流量を
調節する。

【００１９】恒温槽８ではＮａ−Ｓ電池の作動状態を維
持するため常に一定温度（約３５０℃）に保持する。

【００２０】恒温槽排ガス系に設置したガス−水熱交換
器９では排熱を有効利用するため恒温槽からの排ガス出
口側に設置したもので、熱需要に供給される吸水加熱に
使用される。

【００２１】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。本発明によ
るコジェネレーションシステムは大きく分けて熱供給系
として排熱ボイラ１の吸水加熱系、Ｎａ−Ｓ電池２加熱
系，ボイラ３による熱供給系，電力供給系として発電機
４，Ｎａ−Ｓ電池２，商用系統５がある。ここで、熱供
給系の一つである吸水加熱系の構成は、ガスタービン６
等の軸受冷却水を冷却する水−水熱交換器７，Ｎａ−Ｓ
電池２を一定温度に保持する恒温槽８排気系に設置した
ガス−水熱交換器９より成り、吸水１０は、水−水熱交
換器７，ガス−水熱交換器９で加熱され排熱ボイラ１に
供給される。Ｎａ−Ｓ電池２加熱系は、ガスタービン６
等の内燃機関の高温排ガス１１を出口部分で分岐し断熱
配管で恒温槽８に導きＮａ−Ｓ電池２を加熱し一定温度
に保持する。恒温槽８からの排ガスは、ガス−水熱交換
器９で吸水系に熱を伝へ低温となり流量調節弁１２を経
由して外気に放出される。つまり、Ｎａ−Ｓ電池２を一
定温度に保持する目的で分配した高温ガスの目的を達成
した後の排ガスも有効利用するシステム構成であり、熱
効率が高いシステムとなる。このような系統により、加
熱された吸水１０は、排熱ボイラ１で再度加熱され温水
又は蒸気となり、ヘッダ１３を経由して熱負荷１４に供
給される。このようなシステムで負荷に供給される熱が
不足する場合、ボイラ３で補われる。電力供給系統は、
発電機４から系統連係制御盤１５を経由してスイッチ１
６ａで直接負荷に供給される系統、商用電力系統から系
統連係制御盤１５を経由してスイッチ１６ｂで直接負荷
１７に供給される系統、Ｎａ−Ｓ電池２からＤＣ／ＡＣ
双方向変換器１８を通り交流に変換されスイッチ１６
ｃ，１６ａを経由して負荷に供給される系統がある。こ
こで、Ｎａ−Ｓ電池２は、夜間等に多く発生する余剰電
力を充電し、必要に応じて放電して電力を供給する。こ
の電力供給時の運用法としては、以下の三つがある。

【００２２】(1）商用系統への売電 昼間の負荷電力が発電機の発電電力で賄える場合、夜間
充電した余剰電力を放電して、商用系統に売電する。

【００２３】(2）予備電源 電力負荷が発電電力と商用系統の契約電力を加算した電
力を越えた場合、放電して、その越えた電力分を補う。

【００２４】商用系統が停電の時、発電機出力と電池か
らの放電電力で負荷電力を賄う。

【００２５】(3）非常用電源 商用系統並びに発電機からの電力供給が停止した場合、
電池から放電し、短時間主要機器へ電力を供給する。

【００２６】つまり、コジェネレーションシステムに電
力貯蔵設備を併用することで、余剰電力の有効活用がで
き、さらなる高効率なシステム運用が可能になる。さら
に、電力貯蔵設備としてＮａ−Ｓ電池を使用した場合、
予熱用熱源として、高温排ガスを使用できるため従来使
用していた電気ヒータ等の設備費並びにヒータ電力の倹
約にもなる。

【００２７】

【発明の効果】本発明では、発電電力の有効利用を図る
べく余剰電力を充電し、必要に応じて放電する電力貯蔵
設備を設置したため、高温状態を維持する必要がある高
温作動型電池（Ｎａ−Ｓ電池等）の熱源として、既に存
在する高温排ガスを使用するため、従来使用していた加
熱用電気ヒータ等の設備費並びにヒータ電力の倹約にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力貯蔵型熱電併給システムのブ
ロック図。

【図２】従来の電力貯蔵型熱電併給システムのブロック
図。

【符号の説明】

１…排熱ボイラ、２…蓄電池（Ｎａ−Ｓ電池）、７…水
−水熱交換器、８…恒温槽、９…ガス−水熱交換器、１
２…流量調節弁、１５…系統連係制御盤、１８…ＡＣ／
ＤＣ双方向変換器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温の排熱を有する熱電併給システムにお
   いて、前記排熱の一部で電力貯蔵設備を加熱し、前記電
   力貯蔵設備を作動状態に維持することを特徴とする電力
   貯蔵型熱電併給システム。
2. 【請求項２】電力貯蔵設備を加熱した後の高温排ガスで
   熱負荷供給水の加熱を行うことを特徴とする電力貯蔵型
   熱電併給システム。
3. 【請求項３】余剰電力を充電する電力貯蔵設備の運用法
   として、昼間の負荷電力が発電機の発電電力で賄える場
   合、夜間充電した余剰電力を放電して、商品系統に売電
   する運用、電力負荷が発電電力と商用系統の契約電力を
   加算した電力を越えた場合、放電して、その越えた電力
   分を補う運用、商品系統が停電の場合、発電機出力と電
   池からの放電電力で負荷電力を賄う運用、商用系統並び
   に発電機からの電力供給が停止した場合、電池から放電
   し、短時間主要機器へ電力を供給することを特徴とする
   電力貯蔵型熱電併給システム。