熱電併給システム
【課題】 省エネルギ性等を追求しつつ、運転時間帯に対するユーザ要望を取り入れた運転計画が可能な熱電併給システムを提供する。
【解決手段】 運転制御装置７が、運転希望時間帯Ｔ１を設定する運転時間帯入力部４０、電力及び熱需要の実績データに基づいて、電力需要予測データＤ１及び熱需要予測データＤ２を生成する需要予測部４１、及び、熱需要予測データＤ２に基づく予測熱需要の内、運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要Ｑ１を充足するために要する熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画部４２を備え、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、熱電併給装置の運転を制御する。
【解決手段】 運転制御装置７が、運転希望時間帯Ｔ１を設定する運転時間帯入力部４０、電力及び熱需要の実績データに基づいて、電力需要予測データＤ１及び熱需要予測データＤ２を生成する需要予測部４１、及び、熱需要予測データＤ２に基づく予測熱需要の内、運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要Ｑ１を充足するために要する熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画部４２を備え、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、熱電併給装置の運転を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電併給システムに関し、特に、熱需要に対応した運転計画技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギを志向したガスエンジン型或いは燃料電池型の熱電併給システムの開発が活発であり実用化も進んでいる。
【０００３】
当該熱電併給システムは、ガスエンジン型或いは燃料電池型の熱電併給装置を備え、熱電併給装置の発電電力を電気機器等の電力負荷に供給するとともに、熱電併給装置の発電時に発生する排熱を例えば温水熱に変換して回収し、貯湯タンクに蓄熱し、給湯部や暖房機器等の熱負荷に供給するように構成される。従って、当該熱電併給システムは、電力のみならず、回収された排熱を有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。更に、当該熱電併給システムを商用電力と系統連系して使用することで、商用電力の受電量を削減でき、エネルギ消費量、ＣＯ２排出量及びエネルギコストを削減でき好適である。
【０００４】
ところで、一般家庭やオフィス等では、通常、電力需要と熱需要は別個に、しかも日々変化して発生するため、熱電併給装置では、運転制御手段を備え、例えば２４時間分の電力需要及び熱需要の変化を１０分〜１時間程度の比較的短い時間間隔で予測し、当該予測した電力需要及び熱需要に基づいて、最適な運転計画を予め設定して、当該運転計画に基づいて運転制御手段が熱電併給装置の運転を制御することが行われている。電力需要及び熱需要の予測には、日々の運転時に電力需要及び熱需要の実績データを取得して蓄積し、当該蓄積された実績データに基づいて、種々の予測手法を用いて当該予測処理が行われる。また、最適な運転計画の設定には、仮の運転パターンに基づいて熱電併給装置を運転させた場合に必要なエネルギ消費量と、熱電併給装置を運転させない場合に必要なエネルギ消費量を夫々算出して、両エネルギ消費量の差からエネルギ削減量を求め、エネルギ削減量が最も大きくなる運転パターンを運転計画として設定することが行われている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、一般的な熱電併給装置では、運転制御手段による運転制御が自動的に行われるため、ユーザが特定に時間帯に熱電併給装置を強制運転させることが困難であり、仮に強制運転させた場合に、必ずしも電力需要や熱需要に適合していない可能性があり、省エネルギ、省ＣＯ２排出量、省コストの観点から好ましくない場合もあり得る。
【０００７】
ところで、電力需要や熱需要の予測は、あくまでも過去の実績データに基づく予測であるため、突発的な需要の発生や消滅は予測しきれないため、当該事情を把握したユーザが、特定の時間帯に熱電併給装置を強制運転できるようにすることが好ましい場合もある。更に、例えば、電気自動車の充電等のために、通常の電力需要や熱需要とは別の要請から特定の時間帯に熱電併給装置を強制運転させたい場合もある。しかし、ユーザが設定した時間帯に熱電併給装置を強制運転したとして、仮に特定の電力需要に対して十分に電力供給できたとしても、熱需要に対する熱供給や通常の電力需要に対する電力供給が不十分となる可能性もあり、熱電併給装置の運転時間を更に延長した方が、省エネルギ、省ＣＯ２排出量、省コストの観点から更に好ましい場合もある。
【０００８】
本発明は、熱電併給システムの運転計画における上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネルギ性等を追求しつつ、運転時間帯に対するユーザ要望を取り入れた運転計画が可能な熱電併給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、電力と熱を併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を回収し、回収した熱を温水に変換して蓄熱して熱負荷に供給する熱供給装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御装置と、を備えた熱電併給システムであって、
前記運転制御装置が、前記熱電併給装置の運転希望時間帯を外部から受け付ける運転時間帯入力部と、熱需要の実績データを蓄積し、蓄積された熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、熱需要予測データとして記憶する需要予測部と、前記需要予測部が記憶した前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、前記運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複する運転実行時間帯を算出する運転計画部と、を備え、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を運転状態とする制御を行うことを第１の特徴とする熱電併給システムを提供する。
【００１０】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間として定義される第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯を全て内包し、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、前記第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長未満、前記最小重複時間以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定することが好ましい。
【００１１】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムにおいて、前記第１予測熱需要は、前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の終了から所定時間内に発生する予測熱需要であっても良い。
【００１２】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記需要予測部が、電力需要の実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における電力需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データとして記憶し、
前記運転計画部が、前記運転希望時間帯と前記最小重複時間重複し、前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯を設定し、前記暫定運転時間帯において前記熱電併給装置が、前記電力需要予測データで規定される前記暫定運転時間帯の電力負荷に追従して発電する負荷追従運転をした場合において前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第１供給熱量を算出し、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上となるまで繰り返し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を電力負荷に追従して発電するよう制御することを第２の特徴とする。
【００１３】
更に、上記第２の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、初回に算出された前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定せず、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるまで繰り返すことが好ましい。
【００１４】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、第１予測熱需要を充足するために前記熱電併給装置が定格出力運転を行うことを想定して前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間を第１運転時間として算出して、前記運転実行時間帯を算出し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を定格出力運転するよう制御することを第３の特徴とする。
【００１５】
更に、上記第３の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合に、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定する場合において、前記熱電併給装置が前記運転実行時間帯に定格出力運転した場合に、前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第２供給熱量を算出し、前記第２供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるように、前記運転実行時間帯の時間長を前記最小重複時間より短く設定することが好ましい。
【００１６】
更に、上記第１乃至第３の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記予測熱需要の内の前記第１予測熱需要に先行する第２予測熱需要に基づいて、前記第１予測熱需要の発生開始時点における前記熱供給装置の予測蓄熱量を算出し、前記第１予測熱需要から前記予測蓄熱量を差し引いた不足熱需要を前記第１予測熱需要として、前記運転実行時間帯の算出を行うことが好ましい。
【００１７】
更に、上記第１乃至第３の特徴の熱電併給システムは、商用電力と系統連系接続して発電電力を前記商用電力側に逆潮流可能に構成された太陽光発電装置を備え、前記熱電併給装置が、前記商用電力と系統連系接続し、発電電力を前記商用電力側に逆潮流しないよう構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記特徴の熱電併給システムによれば、運転実行時間帯が、運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複するように、且つ、当該運転実行時間帯に熱電併給装置が稼働することで運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要が充足されるように設定されるため、熱電併給装置の運転時間帯に関する外部から入力されたユーザ要望等を反映しつつ、省エネルギ性の高い熱電併給装置の運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における概略構成を示す図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置のブロック構成の一例を示すブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの需要予測部が予測した電力需要と熱需要の時間変化の一例を示すグラフ
【図４】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置による運転計画の作成処理過程の一例を示すフローチャート
【図５】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置による運転計画の作成処理過程の他の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る熱電併給システムの一実施形態につき、図面に基づいて説明する。
【００２１】
〈第１実施形態〉
図１に、本熱電併給システム１の全体の概略構成を示す。本熱電併給システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット２と、発電ユニット２の運転時に発生する排熱を回収して所定の熱負荷に供給する熱供給ユニット３を備えて構成される。
【００２２】
図１に示すように、発電ユニット２は、一例として、電力と熱を併せて発生する熱電併給装置４、熱電併給装置４から生成される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置５、冷却液循環経路６、及び、発電ユニット２の運転を制御する第１運転制御装置７を備える。尚、冷却液循環経路６には、冷却液を循環させる電動の循環ポンプ８と冷却液を加熱する電気ヒータ９が設けられている。また、本実施形態では、熱電併給装置４が燃料電池システム４ａとして構成される場合を想定する。燃料電池システム４ａは、メタンを主成分とする都市ガス１３Ａを燃料として水素を生成する改質器等から成る水素製造装置と、固体高分子形等の燃料電池と、燃料電池システム４ａの運転に必要な補機類等を備えて構成される。尚、燃料電池システム４ａ及び各構成要素の詳細は周知の内容であるので説明は省略する。冷却液循環経路６は、燃料電池システム４ａを冷却してオーバヒートを防止するとともに、燃料電池システム４ａで発生した排熱を回収するために設けられている。
【００２３】
図１に示すように、発電ユニット２のインバータ装置５は、商用電源１０と系統連系接続し、燃料電池システム４ａの発電電力を、商用電源１０から受電する受電電力と同じ周波数及び電圧の交流電力に変換して、発電電力供給ライン１１を介して電力負荷１２に供給するように構成されている。商用電源１０は、例えば、単相３線式１００Ｖ／２００Ｖであり、受電電力供給ライン１３を介して、受電電力が電力負荷１２に供給される。受電電力供給ライン１３には、発電電力供給ライン１１との合流点より上流側に電力計１４が設けられている。
【００２４】
第１運転制御装置７は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、後述する燃料電池システム４ａ（熱電併給装置４）の運転計画を作成し、当該運転計画と電力計１４が検出した検出電力値に基づいて、インバータ装置５から出力される電力が商用電源１０側に逆潮流しないように、電力負荷１２に対して電力負荷追従する運転制御を行う。第１運転制御装置７は、燃料電池システム４ａの運転時に排熱回収が行われるように、循環ポンプ８の運転を制御するとともに、燃料電池システム４ａの発電電力に余剰が生じた場合には、逆潮流が生じないように、電気ヒータ９の運転を制御して、余剰電力を熱に変換して、熱供給ユニット３側に供給するように構成されている。尚、電力計１４が検出した検出電力値は、後述する電力需要を予測するために使用される。電力負荷１２は、本熱電併給システム１が家庭用の場合には、テレビ、冷蔵庫、照明等の家庭用の電気機器が想定される。また、商用電源１０からの受電電力及び燃料電池システム４ａの発電電力は、燃料電池システム４ａ内の補機類でも消費される。
【００２５】
尚、本熱電併給システム１と合わせて太陽光発電システム１５も備える場合は、図１において破線の枠内に表示するように、太陽光発電システム１５に内蔵されているインバータ装置（不図示）は、発電電力供給ライン１１の電力計１４より上流側で商用電源１０と系統連系接続し、燃料電池システム４ａの発電電力を、商用電源１０から受電する受電電力と同じ周波数及び電圧の交流電力に変換して、発電電力供給ライン１１を介して電力負荷１２に供給するように構成される。太陽光発電システム１５は、発電電力に余剰が生じる場合は、商用電源１０側に逆潮流させて余剰電力を売電する。
【００２６】
図１に示すように、熱供給ユニット３は、一例として、貯湯タンク１６、補助熱源機１７、湯水循環経路１８、熱源用循環経路１９、熱媒循環経路２０、電動の循環ポンプ２１〜２３、熱交換器２４〜２６、三方弁２７，２８、二方弁（断続弁）２９、逆止弁３０、給水路３１、ラジエータ３２、給湯熱負荷計測手段３３、循環熱負荷計測手段３４、及び、熱供給ユニット３の運転を制御する第２運転制御装置３５を備えて、給湯負荷３６に対して温水を供給し、循環温水負荷３７に対して、温水熱を供給するように構成されている。本熱電併給システム１が家庭用の場合には、給湯負荷３６として、例えば、台所、洗面所、浴室等に設けられた混合栓、温水シャワー、及び、風呂の湯はり時の給湯口等が想定され、また、循環温水負荷３７として、例えば、温水床暖房等の温水暖房端末や、風呂の追い焚き時の浴槽等が想定される。
【００２７】
貯湯タンク１６は、例えば、２００Ｌ（リットル）の貯湯容量のものを使用し、発電ユニット２の燃料電池が固体高分子形の場合には、約６０℃の温水を貯湯する。貯湯タンク１６には、貯湯量（高温水の量）を検出するために、一例として、タンク内の上部から下部にかけて４箇所にタンク内の温水温度を検出するサーミスタからなる水温計（不図示）が設置されている。また、貯湯タンク１６の下部と上部に夫々入出水口３８，３９設けられ、下部の入出水口３８は給水路３１を介して上水道等の給水源と連絡している。
【００２８】
湯水循環経路１８は、貯湯タンク１６の下部の入出水口３８と上部の入出水口３９を連絡する管路で構成され、途中に、三方弁２７と循環ポンプ２１と熱交換器２４を備える。また、本実施形態では、湯水循環経路１８は、入出水口３８と三方弁２７の間で二股に分岐し、一方の分岐路にラジエータ３２が介装されており、入出水口３８から取り出された湯水は、三方弁２７を制御することで、２つの分岐路の何れか一方を通過するように制御される。
【００２９】
補助熱源機１７は、例えば、内部に送風機、ガスバーナ、熱交換器を備え、都市ガス１３Ａを燃料とするガス給湯器として構成される。補助熱源機１７は、貯湯タンク１６の上部の入出水口３９からの温水または湯水循環経路１８の熱交換器２４を通過した温水を加熱して、給湯負荷３６に供給する場合、或いは、熱源用循環経路１９を循環する湯水を加熱して、熱交換器２６及び熱媒循環経路２０を経由して循環温水負荷３７に対して、温水熱を供給する場合の熱源として使用される。
【００３０】
冷却液循環経路６は、燃料電池システム４ａからの往路上に設けられた三方弁２８で二股に分岐し、一方の分岐路に湯水循環経路１８との間で熱交換を行う熱交換器２４が設けられ、他方の分岐路に熱源用循環経路１９との間で熱交換を行う熱交換器２５が設けられ、２つの分岐路は夫々熱交換器２４，２５の下流側で合流して燃料電池システム４ａに向かう復路となり、循環ポンプ８に連絡する。
【００３１】
熱源用循環経路１９は、補助熱源機１７の熱交換器の出水口から、熱交換器２６、二方弁（断続弁）２９、循環ポンプ２２、熱交換器２５を順番に通過して、補助熱源機１７の熱交換器の入水口に戻る管路で構成される。
【００３２】
湯水循環経路１８の循環ポンプ２１の下流側と熱源用循環経路１９の熱交換器２５と補助熱源機１７の中間点が、逆止弁３０を介して連通しており、貯湯タンク１６の上部の入出水口３９からの温水または湯水循環経路１８の熱交換器２４を通過した温水が、必要に応じて補助熱源機１７で加熱されて、給湯負荷３６に供給される構成となっている。
【００３３】
熱媒循環経路２０は、循環温水負荷３７から循環ポンプ２３と熱交換器２６を経由して循環温水負荷３７に戻る管路で構成される。
【００３４】
給湯熱負荷計測手段３３と循環熱負荷計測手段３４は、後述する給湯熱需要及び循環熱需要を予測するために給湯熱需要及び循環熱需要の各実績値を蓄積するための手段で、夫々サーミスタ等の水温計と流量計で構成される。給湯熱負荷計測手段３３は、熱源用循環経路１９より給湯負荷３６側の給湯経路上に設けられ、循環熱負荷計測手段３４は、熱媒循環経路２０上または循環温水負荷３７内に設けられている。
【００３５】
また、図１に示す熱供給ユニット３の各配管には、各種弁、水温計、流量計等が介装されているが、上記以外にも、排水口、逃し弁、逆止弁、減圧弁、圧力スイッチ、圧力センサ、バキュームブレーカー等が必要に応じて設置されている。
【００３６】
第２運転制御装置３５は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、燃料電池システム４ａの運転状態及び熱供給ユニット３の運転モードに応じて、熱供給ユニット３内の水温計や流量計等の検出値に基づいて、循環ポンプ２１〜２３の運転、補助熱源機１７の動作、三方弁２７，２８の通流方向、二方弁（断続弁）２９の開閉、ラジエータ３２の運転等を制御する。また、第２運転制御装置３５は、上記制御を、必要に応じて第１運転制御装置７と連携して行う。循環ポンプ２１は、排熱回収により貯湯タンク１６を貯湯する場合に作動し、循環ポンプ２２，２３は、循環温水負荷３７の運転時に作動するように制御される。
【００３７】
燃料電池システム４ａが運転状態の場合は、排熱を回収するために発電ユニット２側の循環ポンプ８が作動する。貯湯タンク１６の貯湯量が満状態でない場合は、循環ポンプ２１を作動させ、湯水循環経路１８の分岐路がラジエータ３２を通過しない側となるように三方弁２７を制御し、冷却液循環経路６の分岐路が熱交換器２４側を通過するように三方弁２８を制御することにより、熱交換器２４において冷却液循環経路６で回収された排熱により湯水循環経路１８内を循環する湯水が加熱され、貯湯タンク１６に貯湯される。循環温水負荷３７での熱消費がなく、貯湯タンク１６の貯湯量が満状態の場合には、湯水循環経路１８の分岐路がラジエータ３２を通過する側となるように三方弁２７を制御する。一方、循環温水負荷３７で熱消費できる場合は、冷却液循環経路６の分岐路が熱交換器２４側を通過するように三方弁２８を制御し、更に、循環ポンプ２２，２３を作動させることにより、熱交換器２５，２６を順次経由して、冷却液循環経路６で回収された排熱を循環温水負荷３７側に回収することができる。
【００３８】
第２運転制御装置３５は、上記排熱回収の制御以外にも、給湯時、及び、循環温水負荷３７への熱供給時の制御を行うが、その詳細な制御内容は、本発明の本旨ではないので、説明は省略する。
【００３９】
尚、第１運転制御装置７と第２運転制御装置３５は、夫々独立して設けても良いが、両運転制御装置７，３５を統合して１つの運転制御装置として構成しても良い。
【００４０】
次に、第１運転制御装置７による、燃料電池システム４ａの運転計画を作成処理について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００４１】
図２に示すように、第１運転制御装置７の運転計画作成処理に係る部分は、運転時間帯入力部４０、需要予測部４１、及び、運転計画部４２を備えて構成され、当該各部４０〜４２は、後述する処理を、マイクロコンピュータを構成する演算処理手段及び記憶手段を用いて、予めマイクロコンピュータ内にプログラムされた手順で実行するように構成されている。
【００４２】
運転時間帯入力部４０は、例えばリモコン端末等の操作端末４３からの使用者の入力操作により入力された熱電併給装置の運転希望時間帯を、運転希望時間帯Ｔ１として設定し、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶する。当該運転希望時間帯Ｔ１は、運転計画部４２が運転計画作成処理の実行を開始する前に既に設定されている場合を想定する。運転希望時間帯Ｔ１は、例えば、開始時刻Ｔ１ａと終了時刻Ｔ１ｂで構成され、各時刻は、例えば３０分或いは１時間刻みで指定可能とする。従って、運転希望時間帯Ｔ１は、（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）＝（１３：００，１５：００）等と設定される。本実施形態では、一旦設定された運転希望時間帯Ｔ１は、取消或いは変更がなされない限り、設定後の各運転計画作成日に対して共通して使用されるものとする。
【００４３】
需要予測部４１は、電力負荷１２における電力需要と、給湯負荷３６と循環温水負荷３７における給湯熱需要と循環熱需要の各実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データと給湯熱需要実績データと循環熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲Ｔ２を含む予測時間範囲Ｔ３における電力需要と給湯熱需要と循環熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３として、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶する。
【００４４】
電力需要の実績データは、電力計１４が検出した検出電力値と燃料電池システム４ａの出力電力値を、例えば、３０分或いは１時間等の所定の単位時間毎に集計したデータを、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶して使用する。また、給湯熱需要と循環熱需要の各実績データは、給湯熱負荷計測手段３３と循環熱負荷計測手段３４が検出した検出熱量を、例えば、３０分或いは１時間等の所定の単位時間毎に集計したデータを、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶して使用する。
【００４５】
また、本実施形態では、一例として、運転計画対象時間範囲Ｔ２と予測時間範囲Ｔ３は、夫々、運転計画作成日当日の午前３時（３：００）から翌日の午前３時（２７：００）の２４時間とする。電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３の時間間隔は、電力需要実績データと熱需要実績データの時間間隔と同様に、例えば、３０分或いは１時間間隔とする。電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３の予測手法としては、例えば、運転計画作成日と同じ曜日の特異日（祝日等）を除く過去４週間分の実績データを各時間間隔別に平均したものを用いる等の既存の予測手法を用いる。当該予測手法としては種々のものが利用できる。図３に、或る予測時間範囲Ｔ３における電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２の一例をグラフ化したものを例示する。尚、図３では、時間間隔を１時間とし、電力需要予測データＤ１を折れ線グラフで、給湯熱需要予測データＤ２を棒グラフで表示している。また、図３では、夏期において、循環熱需要予測データＤ３が無い場合の例である。
【００４６】
運転計画部４２は、図４のフローチャートに示すように、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２の開始時刻（午前３時）またはそれより前（例えば、午前２時５９分）に、以下のステップ＃１〜ステップ＃８の処理を実行することにより、基本的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複し、燃料電池システム４ａが稼働することで運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画処理を実行する。尚、一定の省エネルギ性を確保するために、例外的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複しない場合がある。
【００４７】
先ず、運転希望時間帯Ｔ１と、最小重複時間ｔ０の間重複し、運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯Ｔ４を設定する（ステップ＃１）。暫定運転時間帯Ｔ４を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻近傍に設定する場合は、暫定運転時間帯Ｔ４の終了時刻を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻に合わせ、暫定運転時間帯Ｔ４の開始時刻を当該終了時刻の最小重複時間ｔ０前に設定する。或いは、暫定運転時間帯Ｔ４を運転希望時間帯Ｔ１の中央部分に設定する場合は、暫定運転時間帯Ｔ４の中央時刻（開始時刻と終了時刻の平均時刻）を運転希望時間帯Ｔ１の中央時刻に合わせ、暫定運転時間帯Ｔ４の開始時刻と終了時刻を当該中央時刻より最小重複時間ｔ０の半分前と半分後に設定する。但し、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１が最小重複時間ｔ０より短い場合は、運転希望時間帯Ｔ１を暫定運転時間帯Ｔ４として設定する。最小重複時間ｔ０は、例えば、１時間等の固定時間長であっても良く、または、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１の２５％以上で、例えば３０分或いは１時間刻みの時間長の最小値等と、運転希望時間帯Ｔ１に対して相対的に設定しても良い。
【００４８】
次に、給湯熱需要予測データＤ２で規定される予測時間範囲Ｔ３における予測給湯熱需要Ｑ０の内の運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出する（ステップ＃２）。図１に示される熱供給ユニット３の構成の場合は、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）は、循環温水負荷３７に供給されないので、ステップ＃２では、給湯熱需要のみを対象としているが、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）が、循環温水負荷３７に供給可能な構成の場合は、循環熱需要も対象とする。当該所定時間は、例えば、運転希望時間帯Ｔ１の開始から暫定運転時間帯Ｔ４の終了時刻までの時間とする。つまり、第１予測給湯熱需要Ｑ１はステップ＃１で最初に設定された運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以降に発生する給湯熱需要として算出される。尚、当該所定時間を運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１として、第１予測給湯熱需要Ｑ１を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以降に発生する給湯熱需要として算出しても良い。更に、第１予測給湯熱需要Ｑ１を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻から第２の所定時間（前出の所定時間とは別）内に発生する給湯熱需要として算出しても良い。当該第２の所定時間を特に設定しない場合は、当該第２の所定時間内の終了時刻は、運転計画対象時間範囲Ｔ２の終了時刻（運転計画作成日の翌日の午前３時）となる。
【００４９】
本実施形態では、ステップ＃２において、第１予測給湯熱需要Ｑ１の発生時点における貯湯タンク１６の予測蓄熱量を、当該発生時点まで燃料電池システム４ａが運転されず排熱回収による蓄熱が無いと想定して、予測給湯熱需要Ｑ０の内の第１予測給湯熱需要Ｑ１に先行する第２予測給湯熱需要Ｑ２に基づいて算出する。具体的には、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以下のステップ＃３以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とする。
【００５０】
次に、暫定運転時間帯Ｔ４において、電力需要予測データＤ１で規定される予測電力負荷を最大限燃料電池システム４ａの発電電力で賄うように、燃料電池システム４ａに対して電力負荷追従運転を行った場合に、発生する排熱を回収して貯湯タンク１６に蓄熱される熱量を算出し、第１供給熱量Ｑ３として設定する（ステップ＃３）。以下、第１供給熱量Ｑ３の算出手順を具体的に説明する。
【００５１】
先ず、電力需要予測データＤ１の時間間隔毎に、発電出力（発電電力量）Ｐｉ（ｉは時間間隔の順番を示す）を、当該時間間隔における予測電力負荷に追従させて求める。補機類の運転に必要な電力量は発電出力Ｐｉに追加される。ここで、予測電力負荷が燃料電池システム４ａの最小出力以下である場合は、発電出力Ｐｉは当該最小出力に設定され、その差分を余剰電力量ＰＸｉとして算出する。一方、予測電力負荷が燃料電池システム４ａの最大出力以上である場合は、発電出力Ｐｉは当該最大出力に設定され、その差分を不足電力量ＰＹｉとして算出する。不足電力量ＰＹｉは商用電源からの受電電力で賄われる。
【００５２】
各時間間隔において、発電出力Ｐｉとそれに対応する発電効率Ｅｅｉから、燃料電池システム４ａの一次エネルギ消費量である燃料消費量Ｆｉを算出し、更に、その燃料消費量Ｆｉと燃料電池システム４ａの発熱効率Ｅｈから燃料電池システム４ａの発生熱量Ｑｈｉを算出する。
【００５３】
更に、各時間間隔において、貯湯タンク１６の最大貯湯容量以下の範囲内で、発生熱量Ｑｈｉから排熱ロスＬｉを差し引いたものを積算し、それに余剰電力量ＰＸｉから求めた電気ヒータ９の発生熱量を加えたものから、貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量Ｌｒｉと、予測給湯熱負荷Ｑ１として利用された予測利用熱量Ｑｕｉとを差し引いた分を、貯湯タンク１６に蓄熱できる貯湯熱量Ｑ３ｉとして算出する。更に、各時間間隔において、循環熱需要予測データＤ３で規定される予測循環熱需要が発生すると予測されている場合は、当該予測循環熱需要に対する熱供給は上記発生熱量で賄うことを想定して、上記算出された貯湯熱量Ｑ３ｉから予測循環熱需要分の上記発生熱量で賄う分を差し引いて、貯湯熱量Ｑ３ｉとする。尚、貯湯タンク１６の最大貯湯容量を超える分の熱量はラジエータ３２で放熱される。上記要領で算出された各時間間隔の貯湯熱量Ｑ３ｉを合計して、第１供給熱量Ｑ３を算出する。
【００５４】
次に、ステップ＃３で算出された第１供給熱量Ｑ３が、第１予測給湯熱需要Ｑ１の所定倍数ｋを乗じた上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しているか否かを判定する（ステップ＃４）。ここで、所定倍数ｋは、例えば、１．２〜２．０の範囲内の値に設定される。
【００５５】
第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過している場合は（ステップ＃４でＹＥＳ）、つまり、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１を大幅に超過して過度に燃料電池システム４ａが稼働する場合は、省エネルギ性の低下を抑制するために、暫定運転時間帯Ｔ４を、例えば、開始時刻を現在の設定より、所定時間（例えば１５分）遅くして、時間長を短縮して再設定する（ステップ＃５）。そして、ステップ＃３〜ステップ＃５を、第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）以下となるまで、繰り返し実行する。
【００５６】
第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）以下の場合は（ステップ＃４でＮＯ）、ステップ＃３で算出された第１供給熱量Ｑ３が、第１予測給湯熱需要Ｑ１以上か否かを判定する（ステップ＃６）。
【００５７】
第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１未満の場合は（ステップ＃６でＮＯ）、暫定運転時間帯Ｔ４を、例えば、開始時刻を当初設定より、所定時間（例えば１５分）早くして、時間長を延長して再設定する（ステップ＃７）。そして、ステップ＃３からステップ＃６を、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上となるまで、繰り返し実行する。
【００５８】
第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上の場合は（ステップ＃６でＹＥＳ）、暫定運転時間帯Ｔ４を運転実行時間帯Ｔ５として設定する（ステップ＃８）。
【００５９】
運転計画部４２は、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２が開始する前に、上記要領で運転計画処理を実行して、運転実行時間帯Ｔ５を設定すると、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、燃料電池システム４ａの起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して電力負荷追従運転を行う。
【００６０】
上記ステップ＃１〜ステップ＃８で示される運転計画処理において、ステップ＃４の判定処理とステップ＃６の判定処理の順番を入れ替えても良い。また、ステップ＃１の暫定運転時間帯Ｔ４の設定で使用する最小重複時間ｔ０を、運転希望時間帯Ｔ１で定まる第１予測給湯熱需要Ｑ１の過去の実績データから想定される変動範囲に対して、第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しないように予め設定されている場合は、ステップ＃４の判定処理、及び、それに付随するステップ＃５の処理を省略しても良い。更に、ステップ＃４の判定処理、及び、それに付随するステップ＃５の処理を前提として、ステップ＃１の暫定運転時間帯Ｔ４の設定で使用する最小重複時間ｔ０として、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１を使用して、運転希望時間帯Ｔ１を暫定運転時間帯Ｔ４として設定しても良い。
【００６１】
〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、熱電併給装置４が燃料電池システム４ａとして構成され、燃料電池システム４ａが電力負荷追従運転する場合を想定したが、第２実施形態では、熱電併給装置４は、燃料電池システム４ａに代えて、ガスエンジン型発電システム４ｂを使用し、更に、熱電併給装置４を電力負荷追従運転ではなく、定格出力運転させる場合を想定して説明する。
【００６２】
第２実施形態では、図１に示す本熱電併給システム１の全体の概略構成、発電ユニット２の構成、熱供給ユニット３の構成は、熱電併給装置４がガスエンジン型発電システム４ｂである点以外は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【００６３】
次に、第１運転制御装置７による、ガスエンジン型発電システム４ｂの運転計画を作成処理について、図５を参照して説明する。尚、図２に示す第１運転制御装置７の構成、運転時間帯入力部４０及び需要予測部４１の処理内容は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【００６４】
運転計画部４２は、図５のフローチャートに示すように、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２の開始時刻（午前３時）またはそれより前（例えば、午前２時５９分）に、以下のステップ＃１１〜ステップ＃２０の処理を実行することにより、基本的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複し、ガスエンジン型発電システム４ｂが定格出力運転することで運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画処理を実行する。尚、一定の省エネルギ性を確保するために、例外的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複しない場合がある。
【００６５】
先ず、給湯熱需要予測データＤ２で規定される予測時間範囲Ｔ３における予測給湯熱需要Ｑ０の内の運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後（便宜的に時刻ｔｘとする）に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出する（ステップ＃１１）。図１に示される熱供給ユニット３の構成の場合は、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）は、循環温水負荷３７に供給されないので、ステップ＃１１では、給湯熱需要のみを対象としているが、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）が、循環温水負荷３７に供給可能な構成の場合は、循環熱需要も対象とする。当該所定時間は、例えば、運転希望時間帯Ｔ１の５０％〜１００％とする。
【００６６】
第２実施形態では、ステップ＃１１において、第１実施形態のステップ＃２と同様に、第１予測給湯熱需要Ｑ１の発生時点における貯湯タンク１６の予測蓄熱量を、当該発生時点までガスエンジン型発電システム４ｂが運転されず排熱回収による蓄熱が無いと想定して、予測給湯熱需要Ｑ０の内の第１予測給湯熱需要Ｑ１に先行する第２予測給湯熱需要Ｑ２に基づいて算出する。具体的には、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以下のステップ＃１２以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とする。
【００６７】
次に、第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足するために要するガスエンジン型発電システム４ｂの運転時間となる第１運転時間ｔ２を算出する（ステップ＃１２）。具体的には、単位時間当たりの定格出力Ｐとそれに対応する発電効率Ｅｅから、ガスエンジン型発電システム４ｂの一次エネルギ消費量である燃料消費量Ｆを算出し、更に、その燃料消費量Ｆとガスエンジン型発電システム４ｂの発熱効率Ｅｇからガスエンジン型発電システム４ｂの発生熱量Ｑｇを算出し、排熱ロスＬｉを差し引いて、単位時間当たりの蓄熱量Ｑｓを算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１を単位時間当たりの蓄熱量Ｑｕで除して、暫定第１運転時間ｔ３を算出する。暫定第１運転時間ｔ３が運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１以上の場合は、暫定第１運転時間ｔ３の時間長で、終了時刻が運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻と同じとなる暫定運転時間帯Ｔ６を設定し、暫定第１運転時間ｔ３が運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１未満の場合は、開始時刻が運転希望時間帯Ｔ１の開始時刻以降で、終了時刻が運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以前で、ステップ＃１１で求めた時刻ｔｘを内包する暫定運転時間帯Ｔ６を設定する。暫定運転時間帯Ｔ６における電力需要予測データＤ１で規定される予測電力負荷をガスエンジン型発電システム４ｂの定格出力で賄う場合に生じる余剰電力から求めた電気ヒータ９の単位時間当たりの発生熱量Ｑｅを時間間隔毎に算出し、暫定運転時間帯Ｔ６の終了時刻から前に向かって各時間間隔の蓄熱量Ｑｓと発生熱量Ｑｅの和を、第１予測給湯熱需要Ｑ１を超えるまで積算して、第１予測給湯熱需要Ｑ１を超えたときの時間間隔の合計を第１運転時間ｔ２として算出する。
【００６８】
次に、第１運転時間ｔ２が、運転希望時間帯の時間長ｔ１以上（条件１）、運転希望時間帯の時間長ｔ１未満且つ最小重複時間ｔ０以上（条件２）、或いは、最小重複時間ｔ０未満（条件３）の内の何れの条件に合致するかを判定する（ステップ＃１３）。
【００６９】
ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件１に該当する場合は、運転実行時間帯Ｔ５を、運転希望時間帯Ｔ１を全て内包し、運転実行時間帯Ｔ５の時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する（ステップ＃１４）。具体的には、運転実行時間帯Ｔ５と運転希望時間帯Ｔ１の各終了時刻を同じにして、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する。
【００７０】
また、ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件２に該当する場合は、運転実行時間帯Ｔ５を、運転希望時間帯Ｔ１内において運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含み、運転実行時間帯Ｔ５の時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する（ステップ＃１５）。具体的には、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を運転希望時間帯Ｔ１の開始時刻より時間長ｔ１と時間長ｔ２の差（Δｔ１２）の２分の１（Δｔ１２／２）だけ遅らせ、運転実行時間帯Ｔ５の終了時刻を前記運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻より前記差（Δｔ１２）の２分の１（Δｔ１２／２）だけ早める設定を行うか、或いは、運転実行時間帯Ｔ５と運転希望時間帯Ｔ１の各終了時刻を同じにして、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する。
【００７１】
更に、ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件３に該当する場合は、仮の運転実行時間帯Ｔ６を、運転希望時間帯Ｔ１内において運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含み、仮の運転実行時間帯Ｔ６の時間長ｔ５が最小重複時間ｔ０と等しくなるように設定し（ステップ＃１６）、当該仮の運転実行時間帯Ｔ６において、ガスエンジン型発電システム４ｂを定格出力運転させた場合に、第１予測給湯熱需要Ｑ１に対して、ガスエンジン型発電システム４ｂの排熱回収及び余剰電力が発生した場合の電気ヒータ９による加熱により供給できる第２供給熱量Ｑ４を算出する（ステップ＃１７）。仮の運転実行時間帯Ｔ６は、上記ステップ＃１４における運転実行時間帯Ｔ５の設定と同じ要領で行う。また、第２供給熱量Ｑ４の算出では、ステップ＃１２で算出した単位時間当たりの蓄熱量Ｑｓを用い、更に、ステップ＃１２と同じ要領で電気ヒータ９の単位時間当たりの発生熱量Ｑｅを時間間隔毎に算出し、各時間間隔の蓄熱量Ｑｓと発生熱量Ｑｅの和を仮の運転実行時間帯Ｔ６の全期間に亘って積算して、第２供給熱量Ｑ４を算出する。
【００７２】
引き続き、ステップ＃１７で算出された第２供給熱量Ｑ４が、第１予測給湯熱需要Ｑ１の所定倍数ｋを乗じた上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しているか否かを判定する（ステップ＃１８）。ここで、所定倍数ｋは、例えば、１．２〜２．０の範囲内の値に設定される。
【００７３】
第２供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過している場合は（ステップ＃１８でＹＥＳ）、つまり、第２供給熱量Ｑ４が第１予測給湯熱需要Ｑ１を大幅に超過して過度にガスエンジン型発電システム４ｂが稼働する場合は、省エネルギ性の低下を抑制するために、仮の運転実行時間帯Ｔ６の時間長ｔ５を、現在の設定より所定時間（例えば１５分）短縮して再設定する（ステップ＃１９）。そして、ステップ＃１７〜ステップ＃１９を、第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）以下となるまで、繰り返し実行する。
【００７４】
第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）以下の場合は（ステップ＃１８でＹＥＳ）、ステップ＃１９で再設定された仮の運転実行時間帯Ｔ６を、運転実行時間帯Ｔ５として設定する（ステップ＃２０）。
【００７５】
運転計画部４２は、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２が開始する前に、上記要領で運転計画処理を実行して、運転実行時間帯Ｔ５を設定すると、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、ガスエンジン型発電システム４ｂの起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して定格出力運転を行う。
【００７６】
上記ステップ＃１１〜ステップ＃２０で示される運転計画処理において、ステップ＃１３の判定処理で使用する最小重複時間ｔ０を、運転希望時間帯Ｔ１で定まる第１予測給湯熱需要Ｑ１の過去の実績データから想定される変動範囲に対して、第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しないように予め設定されている場合は、ステップ＃１８の判定処理、及び、それに付随するステップ＃１７及びステップ＃１９の処理を省略し、ステップ＃１６とステップ＃２０を１つの処理として統合しても良い。更に、ステップ＃１８の判定処理、及び、それに付随するステップ＃１７及びステップ＃１９の処理を前提として、最小重複時間ｔ０として、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１を使用して、ステップ＃１３の判定処理において、条件２の判定及びステップ＃１５の処理を省略しても良い。
【００７７】
次に、上述した第１及び第２実施形態の２つの運転計画処理の対比を行う。第２実施形態の運転計画処理では、ステップ＃１２で第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足するために要する熱電併給装置４の運転時間となる第１運転時間ｔ２を算出し、ステップ＃１３で当該第１運転時間ｔ２が、上記条件１〜３の何れに該当するかに応じて、運転実行時間帯Ｔ５の設定を行う処理手順となっている。一方、第１実施形態の運転計画処理の処理手順では、第１運転時間ｔ２を直接算出することは行っていないが、ステップ＃１において、暫定運転時間帯Ｔ４は、運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含むように設定され、ステップ＃６の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定された場合の暫定運転時間帯Ｔ４の時間長は、第１運転時間ｔ２となっている。従って、ステップ＃６の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定されるまでに、ステップ＃７の暫定運転時間帯Ｔ４の再設定を何度か実行している場合は、当該暫定運転時間帯Ｔ４の時間長（第１運転時間ｔ２）は、ステップ＃１３における条件１または条件２に該当して、ステップ＃１４またはステップ＃１５に相当する運転実行時間帯Ｔ５の設定が行われていることになる。また、ステップ＃６の最初の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定された場合で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１より大きい場合は、第１運転時間ｔ２は最小重複時間ｔ０より短いことを意味しており、ステップ＃１３における条件３に該当してステップ＃１６〜ステップ＃２０による運転実行時間帯Ｔ５の設定が行われていることになる。更に、第１実施形態の運転計画処理のステップ＃４及びステップ＃５の処理と、第２実施形態の運転計画処理のステップ＃１８及びステップ＃１９の処理は、実質的に同じこと行っている。
【００７８】
以下に、別の実施形態につき説明する。
【００７９】
〈１〉上記第１及び第２実施形態では、運転計画部４２による運転計画処理のステップ＃２及びステップ＃１１での第１予測給湯熱需要Ｑ１の算出において、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出し、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮せずに前以て算出した第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とするようにした。しかし、上記ステップ＃２及びステップ＃１１において、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮せずに第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出しても構わない。例えば、上記運転計画により設定された運転実行時間帯Ｔ５のみで熱電併給装置４の起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して電力負荷追従運転または定格出力運転を行う場合、実際に発生する熱需要において、運転実行時間帯Ｔ５より前に発生する熱需要に対しては、前日の余剰蓄熱量と補助熱源機１７で発生する熱で賄うことになるため、第１予測給湯熱需要Ｑ１の開始時点において、貯湯タンク１６に多くの蓄熱量が残存している可能性は低いと考えられ、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮しなくても良い根拠となる。
【００８０】
〈２〉上記第１及び第２実施形態では、上記運転計画の作成処理において、操作端末４３からの使用者の入力操作により入力された熱電併給装置の運転希望時間帯を、運転希望時間帯Ｔ１として設定する場合を説明したが、運転希望時間帯Ｔ１は、使用者の入力操作により入力するのではなく、本熱電併給システム１の設置時等において、初期設定値の１つとして設定され、固定値として使用される構成であっても良い。但し、運転希望時間帯Ｔ１が固定値と使用される場合には、上述の運転計画の修正処理が発生することはない。
【００８１】
〈３〉上記第１及び第２実施形態において、第１運転制御装置７による燃料電池システム４ａの運転計画の作成処理の説明で例示した、運転希望時間帯Ｔ１、運転計画対象時間範囲Ｔ２、予測時間範囲Ｔ３、電力需要予測データＤ１、給湯熱需要予測データＤ２、循環熱需要予測データＤ３は、一例であって上記説明の内容に限定されるものではない。更に、第１供給熱量Ｑ３、第１運転時間ｔ２、及び、第２供給熱量Ｑ４の算出のアルゴリズムも、本熱電併給システム１の具体的な構成に応じて適宜変更しても良い。
【００８２】
〈４〉上記第１実施形態では、本熱電併給システム１の発電ユニット２は、燃料電池システム４ａを備える場合を説明したが、燃料電池システム４ａの燃料電池は固体高分子形に限定されるものではなく、他の形式の燃料電池であっても良い。
【００８３】
〈５〉更に、上記第１及び第２実施形態では、熱電併給装置４及び補助熱源機１７に供給される燃料またはエネルギ源として都市ガスを想定したが、夫々に供給する燃料またはエネルギ源は必ずしも都市ガスに限定されるものではなく、熱電併給装置４と補助熱源機１７間で同じでなくても良い。
【００８４】
更に、上記第１及び第２実施形態で説明した熱供給ユニット３の構成は、一例であり、図１で例示した構成に限定されるものではない。
【００８５】
〈６〉上記第１及び第２実施形態では、本熱電併給システム１の周辺部の構成として、太陽光発電システム１５が商用電源１０と系統連系接続する場合を、オプション構成として破線枠で囲って表示したが、太陽光発電システム１５は、必ずしも本熱電併給システム１と併設される必要はない。但し、太陽光発電システム１５を併設する当該オプション構成においては、運転計画作成処理で設定された運転実行時間帯Ｔ５に、従来の運転計画作成処理に比べて、運転希望時間帯Ｔ１が含まれる可能性が高いため、運転希望時間帯Ｔ１として、太陽光発電システム１５の発電電力が多くなる日照時間帯（例えば、１２時〜１４時等）が設定される場合は、本熱電併給システム１の稼働時間帯と上記日照時間帯が重複する可能性が高くなり、当該重複期間においては、太陽光発電システム１５の発電電力のほぼ全量は、商用電源１０側に逆潮流することになり、その結果として、太陽光発電システム１５の発電電力は殆どが余剰電力として商用電源１０側に売電される。また、当該売電量の増加を目的とする場合には、運転希望時間帯Ｔ１（運転希望時間帯）の入力を、操作端末４３から使用者が行うのではなく、太陽光発電システム１５の制御装置が、発電電力が多くなる時間帯を算定して、第１運転制御装置７の運転時間帯入力部４０に入力する構成としても良い。
【００８６】
〈７〉上記第１及び第２実施形態では、本熱電併給システム１として一般家庭用を想定して説明したが、本熱電併給システム１は、例えば、オフィスや店舗用、或いは、宿泊施設や病院向けの一般家庭用より大規模な構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る熱電併給システムは、運転時間帯に対するユーザ要望を取り入れることができ、しかも、省エネルギ性に優れた運転計画が可能な熱電併給システムに利用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１： 熱電併給システム
２： 発電ユニット
３： 熱供給ユニット
４： 熱電併給装置
４ａ： 燃料電池システム
４ｂ： ガスエンジン型発電システム
５： インバータ装置
６： 冷却液循環経路
７： 第１運転制御装置
８，２１〜２３： 循環ポンプ
９： 電気ヒータ
１０： 商用電源
１１： 発電電力供給ライン
１２： 電力負荷
１３： 受電電力供給ライン
１４： 電力計
１５： 太陽光発電システム
１６： 貯湯タンク
１７： 補助熱源機（ガス給湯器）
１８： 湯水循環経路
１９： 熱源用循環経路
２０： 熱媒循環経路
２４〜２６： 熱交換器
２７，２８： 三方弁
２９： 二方弁（断続弁）
３０： 逆止弁
３１： 給水路
３２： ラジエータ
３３： 給湯熱負荷計測手段
３４： 循環熱負荷計測手段
３５： 第２運転制御装置
３６： 給湯負荷
３７： 循環温水負荷
３８： 下部入出水口
３９： 上部入出水口
４０： 運転時間帯入力部
４１： 需要予測部
４２： 運転計画部
４３： 操作端末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電併給システムに関し、特に、熱需要に対応した運転計画技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギを志向したガスエンジン型或いは燃料電池型の熱電併給システムの開発が活発であり実用化も進んでいる。
【０００３】
当該熱電併給システムは、ガスエンジン型或いは燃料電池型の熱電併給装置を備え、熱電併給装置の発電電力を電気機器等の電力負荷に供給するとともに、熱電併給装置の発電時に発生する排熱を例えば温水熱に変換して回収し、貯湯タンクに蓄熱し、給湯部や暖房機器等の熱負荷に供給するように構成される。従って、当該熱電併給システムは、電力のみならず、回収された排熱を有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。更に、当該熱電併給システムを商用電力と系統連系して使用することで、商用電力の受電量を削減でき、エネルギ消費量、ＣＯ２排出量及びエネルギコストを削減でき好適である。
【０００４】
ところで、一般家庭やオフィス等では、通常、電力需要と熱需要は別個に、しかも日々変化して発生するため、熱電併給装置では、運転制御手段を備え、例えば２４時間分の電力需要及び熱需要の変化を１０分〜１時間程度の比較的短い時間間隔で予測し、当該予測した電力需要及び熱需要に基づいて、最適な運転計画を予め設定して、当該運転計画に基づいて運転制御手段が熱電併給装置の運転を制御することが行われている。電力需要及び熱需要の予測には、日々の運転時に電力需要及び熱需要の実績データを取得して蓄積し、当該蓄積された実績データに基づいて、種々の予測手法を用いて当該予測処理が行われる。また、最適な運転計画の設定には、仮の運転パターンに基づいて熱電併給装置を運転させた場合に必要なエネルギ消費量と、熱電併給装置を運転させない場合に必要なエネルギ消費量を夫々算出して、両エネルギ消費量の差からエネルギ削減量を求め、エネルギ削減量が最も大きくなる運転パターンを運転計画として設定することが行われている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、一般的な熱電併給装置では、運転制御手段による運転制御が自動的に行われるため、ユーザが特定に時間帯に熱電併給装置を強制運転させることが困難であり、仮に強制運転させた場合に、必ずしも電力需要や熱需要に適合していない可能性があり、省エネルギ、省ＣＯ２排出量、省コストの観点から好ましくない場合もあり得る。
【０００７】
ところで、電力需要や熱需要の予測は、あくまでも過去の実績データに基づく予測であるため、突発的な需要の発生や消滅は予測しきれないため、当該事情を把握したユーザが、特定の時間帯に熱電併給装置を強制運転できるようにすることが好ましい場合もある。更に、例えば、電気自動車の充電等のために、通常の電力需要や熱需要とは別の要請から特定の時間帯に熱電併給装置を強制運転させたい場合もある。しかし、ユーザが設定した時間帯に熱電併給装置を強制運転したとして、仮に特定の電力需要に対して十分に電力供給できたとしても、熱需要に対する熱供給や通常の電力需要に対する電力供給が不十分となる可能性もあり、熱電併給装置の運転時間を更に延長した方が、省エネルギ、省ＣＯ２排出量、省コストの観点から更に好ましい場合もある。
【０００８】
本発明は、熱電併給システムの運転計画における上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネルギ性等を追求しつつ、運転時間帯に対するユーザ要望を取り入れた運転計画が可能な熱電併給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、電力と熱を併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を回収し、回収した熱を温水に変換して蓄熱して熱負荷に供給する熱供給装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御装置と、を備えた熱電併給システムであって、
前記運転制御装置が、前記熱電併給装置の運転希望時間帯を外部から受け付ける運転時間帯入力部と、熱需要の実績データを蓄積し、蓄積された熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、熱需要予測データとして記憶する需要予測部と、前記需要予測部が記憶した前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、前記運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複する運転実行時間帯を算出する運転計画部と、を備え、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を運転状態とする制御を行うことを第１の特徴とする熱電併給システムを提供する。
【００１０】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間として定義される第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯を全て内包し、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、前記第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長未満、前記最小重複時間以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定することが好ましい。
【００１１】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムにおいて、前記第１予測熱需要は、前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の終了から所定時間内に発生する予測熱需要であっても良い。
【００１２】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記需要予測部が、電力需要の実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における電力需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データとして記憶し、
前記運転計画部が、前記運転希望時間帯と前記最小重複時間重複し、前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯を設定し、前記暫定運転時間帯において前記熱電併給装置が、前記電力需要予測データで規定される前記暫定運転時間帯の電力負荷に追従して発電する負荷追従運転をした場合において前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第１供給熱量を算出し、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上となるまで繰り返し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を電力負荷に追従して発電するよう制御することを第２の特徴とする。
【００１３】
更に、上記第２の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、初回に算出された前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定せず、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるまで繰り返すことが好ましい。
【００１４】
更に、上記第１の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、第１予測熱需要を充足するために前記熱電併給装置が定格出力運転を行うことを想定して前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間を第１運転時間として算出して、前記運転実行時間帯を算出し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を定格出力運転するよう制御することを第３の特徴とする。
【００１５】
更に、上記第３の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合に、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定する場合において、前記熱電併給装置が前記運転実行時間帯に定格出力運転した場合に、前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第２供給熱量を算出し、前記第２供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるように、前記運転実行時間帯の時間長を前記最小重複時間より短く設定することが好ましい。
【００１６】
更に、上記第１乃至第３の特徴の熱電併給システムは、
前記運転計画部が、前記予測熱需要の内の前記第１予測熱需要に先行する第２予測熱需要に基づいて、前記第１予測熱需要の発生開始時点における前記熱供給装置の予測蓄熱量を算出し、前記第１予測熱需要から前記予測蓄熱量を差し引いた不足熱需要を前記第１予測熱需要として、前記運転実行時間帯の算出を行うことが好ましい。
【００１７】
更に、上記第１乃至第３の特徴の熱電併給システムは、商用電力と系統連系接続して発電電力を前記商用電力側に逆潮流可能に構成された太陽光発電装置を備え、前記熱電併給装置が、前記商用電力と系統連系接続し、発電電力を前記商用電力側に逆潮流しないよう構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記特徴の熱電併給システムによれば、運転実行時間帯が、運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複するように、且つ、当該運転実行時間帯に熱電併給装置が稼働することで運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要が充足されるように設定されるため、熱電併給装置の運転時間帯に関する外部から入力されたユーザ要望等を反映しつつ、省エネルギ性の高い熱電併給装置の運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における概略構成を示す図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置のブロック構成の一例を示すブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの需要予測部が予測した電力需要と熱需要の時間変化の一例を示すグラフ
【図４】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置による運転計画の作成処理過程の一例を示すフローチャート
【図５】本発明に係る熱電併給システムの運転制御装置による運転計画の作成処理過程の他の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る熱電併給システムの一実施形態につき、図面に基づいて説明する。
【００２１】
〈第１実施形態〉
図１に、本熱電併給システム１の全体の概略構成を示す。本熱電併給システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット２と、発電ユニット２の運転時に発生する排熱を回収して所定の熱負荷に供給する熱供給ユニット３を備えて構成される。
【００２２】
図１に示すように、発電ユニット２は、一例として、電力と熱を併せて発生する熱電併給装置４、熱電併給装置４から生成される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置５、冷却液循環経路６、及び、発電ユニット２の運転を制御する第１運転制御装置７を備える。尚、冷却液循環経路６には、冷却液を循環させる電動の循環ポンプ８と冷却液を加熱する電気ヒータ９が設けられている。また、本実施形態では、熱電併給装置４が燃料電池システム４ａとして構成される場合を想定する。燃料電池システム４ａは、メタンを主成分とする都市ガス１３Ａを燃料として水素を生成する改質器等から成る水素製造装置と、固体高分子形等の燃料電池と、燃料電池システム４ａの運転に必要な補機類等を備えて構成される。尚、燃料電池システム４ａ及び各構成要素の詳細は周知の内容であるので説明は省略する。冷却液循環経路６は、燃料電池システム４ａを冷却してオーバヒートを防止するとともに、燃料電池システム４ａで発生した排熱を回収するために設けられている。
【００２３】
図１に示すように、発電ユニット２のインバータ装置５は、商用電源１０と系統連系接続し、燃料電池システム４ａの発電電力を、商用電源１０から受電する受電電力と同じ周波数及び電圧の交流電力に変換して、発電電力供給ライン１１を介して電力負荷１２に供給するように構成されている。商用電源１０は、例えば、単相３線式１００Ｖ／２００Ｖであり、受電電力供給ライン１３を介して、受電電力が電力負荷１２に供給される。受電電力供給ライン１３には、発電電力供給ライン１１との合流点より上流側に電力計１４が設けられている。
【００２４】
第１運転制御装置７は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、後述する燃料電池システム４ａ（熱電併給装置４）の運転計画を作成し、当該運転計画と電力計１４が検出した検出電力値に基づいて、インバータ装置５から出力される電力が商用電源１０側に逆潮流しないように、電力負荷１２に対して電力負荷追従する運転制御を行う。第１運転制御装置７は、燃料電池システム４ａの運転時に排熱回収が行われるように、循環ポンプ８の運転を制御するとともに、燃料電池システム４ａの発電電力に余剰が生じた場合には、逆潮流が生じないように、電気ヒータ９の運転を制御して、余剰電力を熱に変換して、熱供給ユニット３側に供給するように構成されている。尚、電力計１４が検出した検出電力値は、後述する電力需要を予測するために使用される。電力負荷１２は、本熱電併給システム１が家庭用の場合には、テレビ、冷蔵庫、照明等の家庭用の電気機器が想定される。また、商用電源１０からの受電電力及び燃料電池システム４ａの発電電力は、燃料電池システム４ａ内の補機類でも消費される。
【００２５】
尚、本熱電併給システム１と合わせて太陽光発電システム１５も備える場合は、図１において破線の枠内に表示するように、太陽光発電システム１５に内蔵されているインバータ装置（不図示）は、発電電力供給ライン１１の電力計１４より上流側で商用電源１０と系統連系接続し、燃料電池システム４ａの発電電力を、商用電源１０から受電する受電電力と同じ周波数及び電圧の交流電力に変換して、発電電力供給ライン１１を介して電力負荷１２に供給するように構成される。太陽光発電システム１５は、発電電力に余剰が生じる場合は、商用電源１０側に逆潮流させて余剰電力を売電する。
【００２６】
図１に示すように、熱供給ユニット３は、一例として、貯湯タンク１６、補助熱源機１７、湯水循環経路１８、熱源用循環経路１９、熱媒循環経路２０、電動の循環ポンプ２１〜２３、熱交換器２４〜２６、三方弁２７，２８、二方弁（断続弁）２９、逆止弁３０、給水路３１、ラジエータ３２、給湯熱負荷計測手段３３、循環熱負荷計測手段３４、及び、熱供給ユニット３の運転を制御する第２運転制御装置３５を備えて、給湯負荷３６に対して温水を供給し、循環温水負荷３７に対して、温水熱を供給するように構成されている。本熱電併給システム１が家庭用の場合には、給湯負荷３６として、例えば、台所、洗面所、浴室等に設けられた混合栓、温水シャワー、及び、風呂の湯はり時の給湯口等が想定され、また、循環温水負荷３７として、例えば、温水床暖房等の温水暖房端末や、風呂の追い焚き時の浴槽等が想定される。
【００２７】
貯湯タンク１６は、例えば、２００Ｌ（リットル）の貯湯容量のものを使用し、発電ユニット２の燃料電池が固体高分子形の場合には、約６０℃の温水を貯湯する。貯湯タンク１６には、貯湯量（高温水の量）を検出するために、一例として、タンク内の上部から下部にかけて４箇所にタンク内の温水温度を検出するサーミスタからなる水温計（不図示）が設置されている。また、貯湯タンク１６の下部と上部に夫々入出水口３８，３９設けられ、下部の入出水口３８は給水路３１を介して上水道等の給水源と連絡している。
【００２８】
湯水循環経路１８は、貯湯タンク１６の下部の入出水口３８と上部の入出水口３９を連絡する管路で構成され、途中に、三方弁２７と循環ポンプ２１と熱交換器２４を備える。また、本実施形態では、湯水循環経路１８は、入出水口３８と三方弁２７の間で二股に分岐し、一方の分岐路にラジエータ３２が介装されており、入出水口３８から取り出された湯水は、三方弁２７を制御することで、２つの分岐路の何れか一方を通過するように制御される。
【００２９】
補助熱源機１７は、例えば、内部に送風機、ガスバーナ、熱交換器を備え、都市ガス１３Ａを燃料とするガス給湯器として構成される。補助熱源機１７は、貯湯タンク１６の上部の入出水口３９からの温水または湯水循環経路１８の熱交換器２４を通過した温水を加熱して、給湯負荷３６に供給する場合、或いは、熱源用循環経路１９を循環する湯水を加熱して、熱交換器２６及び熱媒循環経路２０を経由して循環温水負荷３７に対して、温水熱を供給する場合の熱源として使用される。
【００３０】
冷却液循環経路６は、燃料電池システム４ａからの往路上に設けられた三方弁２８で二股に分岐し、一方の分岐路に湯水循環経路１８との間で熱交換を行う熱交換器２４が設けられ、他方の分岐路に熱源用循環経路１９との間で熱交換を行う熱交換器２５が設けられ、２つの分岐路は夫々熱交換器２４，２５の下流側で合流して燃料電池システム４ａに向かう復路となり、循環ポンプ８に連絡する。
【００３１】
熱源用循環経路１９は、補助熱源機１７の熱交換器の出水口から、熱交換器２６、二方弁（断続弁）２９、循環ポンプ２２、熱交換器２５を順番に通過して、補助熱源機１７の熱交換器の入水口に戻る管路で構成される。
【００３２】
湯水循環経路１８の循環ポンプ２１の下流側と熱源用循環経路１９の熱交換器２５と補助熱源機１７の中間点が、逆止弁３０を介して連通しており、貯湯タンク１６の上部の入出水口３９からの温水または湯水循環経路１８の熱交換器２４を通過した温水が、必要に応じて補助熱源機１７で加熱されて、給湯負荷３６に供給される構成となっている。
【００３３】
熱媒循環経路２０は、循環温水負荷３７から循環ポンプ２３と熱交換器２６を経由して循環温水負荷３７に戻る管路で構成される。
【００３４】
給湯熱負荷計測手段３３と循環熱負荷計測手段３４は、後述する給湯熱需要及び循環熱需要を予測するために給湯熱需要及び循環熱需要の各実績値を蓄積するための手段で、夫々サーミスタ等の水温計と流量計で構成される。給湯熱負荷計測手段３３は、熱源用循環経路１９より給湯負荷３６側の給湯経路上に設けられ、循環熱負荷計測手段３４は、熱媒循環経路２０上または循環温水負荷３７内に設けられている。
【００３５】
また、図１に示す熱供給ユニット３の各配管には、各種弁、水温計、流量計等が介装されているが、上記以外にも、排水口、逃し弁、逆止弁、減圧弁、圧力スイッチ、圧力センサ、バキュームブレーカー等が必要に応じて設置されている。
【００３６】
第２運転制御装置３５は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、燃料電池システム４ａの運転状態及び熱供給ユニット３の運転モードに応じて、熱供給ユニット３内の水温計や流量計等の検出値に基づいて、循環ポンプ２１〜２３の運転、補助熱源機１７の動作、三方弁２７，２８の通流方向、二方弁（断続弁）２９の開閉、ラジエータ３２の運転等を制御する。また、第２運転制御装置３５は、上記制御を、必要に応じて第１運転制御装置７と連携して行う。循環ポンプ２１は、排熱回収により貯湯タンク１６を貯湯する場合に作動し、循環ポンプ２２，２３は、循環温水負荷３７の運転時に作動するように制御される。
【００３７】
燃料電池システム４ａが運転状態の場合は、排熱を回収するために発電ユニット２側の循環ポンプ８が作動する。貯湯タンク１６の貯湯量が満状態でない場合は、循環ポンプ２１を作動させ、湯水循環経路１８の分岐路がラジエータ３２を通過しない側となるように三方弁２７を制御し、冷却液循環経路６の分岐路が熱交換器２４側を通過するように三方弁２８を制御することにより、熱交換器２４において冷却液循環経路６で回収された排熱により湯水循環経路１８内を循環する湯水が加熱され、貯湯タンク１６に貯湯される。循環温水負荷３７での熱消費がなく、貯湯タンク１６の貯湯量が満状態の場合には、湯水循環経路１８の分岐路がラジエータ３２を通過する側となるように三方弁２７を制御する。一方、循環温水負荷３７で熱消費できる場合は、冷却液循環経路６の分岐路が熱交換器２４側を通過するように三方弁２８を制御し、更に、循環ポンプ２２，２３を作動させることにより、熱交換器２５，２６を順次経由して、冷却液循環経路６で回収された排熱を循環温水負荷３７側に回収することができる。
【００３８】
第２運転制御装置３５は、上記排熱回収の制御以外にも、給湯時、及び、循環温水負荷３７への熱供給時の制御を行うが、その詳細な制御内容は、本発明の本旨ではないので、説明は省略する。
【００３９】
尚、第１運転制御装置７と第２運転制御装置３５は、夫々独立して設けても良いが、両運転制御装置７，３５を統合して１つの運転制御装置として構成しても良い。
【００４０】
次に、第１運転制御装置７による、燃料電池システム４ａの運転計画を作成処理について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００４１】
図２に示すように、第１運転制御装置７の運転計画作成処理に係る部分は、運転時間帯入力部４０、需要予測部４１、及び、運転計画部４２を備えて構成され、当該各部４０〜４２は、後述する処理を、マイクロコンピュータを構成する演算処理手段及び記憶手段を用いて、予めマイクロコンピュータ内にプログラムされた手順で実行するように構成されている。
【００４２】
運転時間帯入力部４０は、例えばリモコン端末等の操作端末４３からの使用者の入力操作により入力された熱電併給装置の運転希望時間帯を、運転希望時間帯Ｔ１として設定し、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶する。当該運転希望時間帯Ｔ１は、運転計画部４２が運転計画作成処理の実行を開始する前に既に設定されている場合を想定する。運転希望時間帯Ｔ１は、例えば、開始時刻Ｔ１ａと終了時刻Ｔ１ｂで構成され、各時刻は、例えば３０分或いは１時間刻みで指定可能とする。従って、運転希望時間帯Ｔ１は、（Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ）＝（１３：００，１５：００）等と設定される。本実施形態では、一旦設定された運転希望時間帯Ｔ１は、取消或いは変更がなされない限り、設定後の各運転計画作成日に対して共通して使用されるものとする。
【００４３】
需要予測部４１は、電力負荷１２における電力需要と、給湯負荷３６と循環温水負荷３７における給湯熱需要と循環熱需要の各実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データと給湯熱需要実績データと循環熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲Ｔ２を含む予測時間範囲Ｔ３における電力需要と給湯熱需要と循環熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３として、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶する。
【００４４】
電力需要の実績データは、電力計１４が検出した検出電力値と燃料電池システム４ａの出力電力値を、例えば、３０分或いは１時間等の所定の単位時間毎に集計したデータを、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶して使用する。また、給湯熱需要と循環熱需要の各実績データは、給湯熱負荷計測手段３３と循環熱負荷計測手段３４が検出した検出熱量を、例えば、３０分或いは１時間等の所定の単位時間毎に集計したデータを、上記記憶手段の所定の記憶領域に記憶して使用する。
【００４５】
また、本実施形態では、一例として、運転計画対象時間範囲Ｔ２と予測時間範囲Ｔ３は、夫々、運転計画作成日当日の午前３時（３：００）から翌日の午前３時（２７：００）の２４時間とする。電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３の時間間隔は、電力需要実績データと熱需要実績データの時間間隔と同様に、例えば、３０分或いは１時間間隔とする。電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２及び循環熱需要予測データＤ３の予測手法としては、例えば、運転計画作成日と同じ曜日の特異日（祝日等）を除く過去４週間分の実績データを各時間間隔別に平均したものを用いる等の既存の予測手法を用いる。当該予測手法としては種々のものが利用できる。図３に、或る予測時間範囲Ｔ３における電力需要予測データＤ１及び給湯熱需要予測データＤ２の一例をグラフ化したものを例示する。尚、図３では、時間間隔を１時間とし、電力需要予測データＤ１を折れ線グラフで、給湯熱需要予測データＤ２を棒グラフで表示している。また、図３では、夏期において、循環熱需要予測データＤ３が無い場合の例である。
【００４６】
運転計画部４２は、図４のフローチャートに示すように、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２の開始時刻（午前３時）またはそれより前（例えば、午前２時５９分）に、以下のステップ＃１〜ステップ＃８の処理を実行することにより、基本的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複し、燃料電池システム４ａが稼働することで運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画処理を実行する。尚、一定の省エネルギ性を確保するために、例外的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複しない場合がある。
【００４７】
先ず、運転希望時間帯Ｔ１と、最小重複時間ｔ０の間重複し、運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯Ｔ４を設定する（ステップ＃１）。暫定運転時間帯Ｔ４を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻近傍に設定する場合は、暫定運転時間帯Ｔ４の終了時刻を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻に合わせ、暫定運転時間帯Ｔ４の開始時刻を当該終了時刻の最小重複時間ｔ０前に設定する。或いは、暫定運転時間帯Ｔ４を運転希望時間帯Ｔ１の中央部分に設定する場合は、暫定運転時間帯Ｔ４の中央時刻（開始時刻と終了時刻の平均時刻）を運転希望時間帯Ｔ１の中央時刻に合わせ、暫定運転時間帯Ｔ４の開始時刻と終了時刻を当該中央時刻より最小重複時間ｔ０の半分前と半分後に設定する。但し、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１が最小重複時間ｔ０より短い場合は、運転希望時間帯Ｔ１を暫定運転時間帯Ｔ４として設定する。最小重複時間ｔ０は、例えば、１時間等の固定時間長であっても良く、または、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１の２５％以上で、例えば３０分或いは１時間刻みの時間長の最小値等と、運転希望時間帯Ｔ１に対して相対的に設定しても良い。
【００４８】
次に、給湯熱需要予測データＤ２で規定される予測時間範囲Ｔ３における予測給湯熱需要Ｑ０の内の運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出する（ステップ＃２）。図１に示される熱供給ユニット３の構成の場合は、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）は、循環温水負荷３７に供給されないので、ステップ＃２では、給湯熱需要のみを対象としているが、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）が、循環温水負荷３７に供給可能な構成の場合は、循環熱需要も対象とする。当該所定時間は、例えば、運転希望時間帯Ｔ１の開始から暫定運転時間帯Ｔ４の終了時刻までの時間とする。つまり、第１予測給湯熱需要Ｑ１はステップ＃１で最初に設定された運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以降に発生する給湯熱需要として算出される。尚、当該所定時間を運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１として、第１予測給湯熱需要Ｑ１を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以降に発生する給湯熱需要として算出しても良い。更に、第１予測給湯熱需要Ｑ１を運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻から第２の所定時間（前出の所定時間とは別）内に発生する給湯熱需要として算出しても良い。当該第２の所定時間を特に設定しない場合は、当該第２の所定時間内の終了時刻は、運転計画対象時間範囲Ｔ２の終了時刻（運転計画作成日の翌日の午前３時）となる。
【００４９】
本実施形態では、ステップ＃２において、第１予測給湯熱需要Ｑ１の発生時点における貯湯タンク１６の予測蓄熱量を、当該発生時点まで燃料電池システム４ａが運転されず排熱回収による蓄熱が無いと想定して、予測給湯熱需要Ｑ０の内の第１予測給湯熱需要Ｑ１に先行する第２予測給湯熱需要Ｑ２に基づいて算出する。具体的には、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以下のステップ＃３以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とする。
【００５０】
次に、暫定運転時間帯Ｔ４において、電力需要予測データＤ１で規定される予測電力負荷を最大限燃料電池システム４ａの発電電力で賄うように、燃料電池システム４ａに対して電力負荷追従運転を行った場合に、発生する排熱を回収して貯湯タンク１６に蓄熱される熱量を算出し、第１供給熱量Ｑ３として設定する（ステップ＃３）。以下、第１供給熱量Ｑ３の算出手順を具体的に説明する。
【００５１】
先ず、電力需要予測データＤ１の時間間隔毎に、発電出力（発電電力量）Ｐｉ（ｉは時間間隔の順番を示す）を、当該時間間隔における予測電力負荷に追従させて求める。補機類の運転に必要な電力量は発電出力Ｐｉに追加される。ここで、予測電力負荷が燃料電池システム４ａの最小出力以下である場合は、発電出力Ｐｉは当該最小出力に設定され、その差分を余剰電力量ＰＸｉとして算出する。一方、予測電力負荷が燃料電池システム４ａの最大出力以上である場合は、発電出力Ｐｉは当該最大出力に設定され、その差分を不足電力量ＰＹｉとして算出する。不足電力量ＰＹｉは商用電源からの受電電力で賄われる。
【００５２】
各時間間隔において、発電出力Ｐｉとそれに対応する発電効率Ｅｅｉから、燃料電池システム４ａの一次エネルギ消費量である燃料消費量Ｆｉを算出し、更に、その燃料消費量Ｆｉと燃料電池システム４ａの発熱効率Ｅｈから燃料電池システム４ａの発生熱量Ｑｈｉを算出する。
【００５３】
更に、各時間間隔において、貯湯タンク１６の最大貯湯容量以下の範囲内で、発生熱量Ｑｈｉから排熱ロスＬｉを差し引いたものを積算し、それに余剰電力量ＰＸｉから求めた電気ヒータ９の発生熱量を加えたものから、貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量Ｌｒｉと、予測給湯熱負荷Ｑ１として利用された予測利用熱量Ｑｕｉとを差し引いた分を、貯湯タンク１６に蓄熱できる貯湯熱量Ｑ３ｉとして算出する。更に、各時間間隔において、循環熱需要予測データＤ３で規定される予測循環熱需要が発生すると予測されている場合は、当該予測循環熱需要に対する熱供給は上記発生熱量で賄うことを想定して、上記算出された貯湯熱量Ｑ３ｉから予測循環熱需要分の上記発生熱量で賄う分を差し引いて、貯湯熱量Ｑ３ｉとする。尚、貯湯タンク１６の最大貯湯容量を超える分の熱量はラジエータ３２で放熱される。上記要領で算出された各時間間隔の貯湯熱量Ｑ３ｉを合計して、第１供給熱量Ｑ３を算出する。
【００５４】
次に、ステップ＃３で算出された第１供給熱量Ｑ３が、第１予測給湯熱需要Ｑ１の所定倍数ｋを乗じた上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しているか否かを判定する（ステップ＃４）。ここで、所定倍数ｋは、例えば、１．２〜２．０の範囲内の値に設定される。
【００５５】
第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過している場合は（ステップ＃４でＹＥＳ）、つまり、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１を大幅に超過して過度に燃料電池システム４ａが稼働する場合は、省エネルギ性の低下を抑制するために、暫定運転時間帯Ｔ４を、例えば、開始時刻を現在の設定より、所定時間（例えば１５分）遅くして、時間長を短縮して再設定する（ステップ＃５）。そして、ステップ＃３〜ステップ＃５を、第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）以下となるまで、繰り返し実行する。
【００５６】
第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）以下の場合は（ステップ＃４でＮＯ）、ステップ＃３で算出された第１供給熱量Ｑ３が、第１予測給湯熱需要Ｑ１以上か否かを判定する（ステップ＃６）。
【００５７】
第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１未満の場合は（ステップ＃６でＮＯ）、暫定運転時間帯Ｔ４を、例えば、開始時刻を当初設定より、所定時間（例えば１５分）早くして、時間長を延長して再設定する（ステップ＃７）。そして、ステップ＃３からステップ＃６を、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上となるまで、繰り返し実行する。
【００５８】
第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上の場合は（ステップ＃６でＹＥＳ）、暫定運転時間帯Ｔ４を運転実行時間帯Ｔ５として設定する（ステップ＃８）。
【００５９】
運転計画部４２は、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２が開始する前に、上記要領で運転計画処理を実行して、運転実行時間帯Ｔ５を設定すると、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、燃料電池システム４ａの起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して電力負荷追従運転を行う。
【００６０】
上記ステップ＃１〜ステップ＃８で示される運転計画処理において、ステップ＃４の判定処理とステップ＃６の判定処理の順番を入れ替えても良い。また、ステップ＃１の暫定運転時間帯Ｔ４の設定で使用する最小重複時間ｔ０を、運転希望時間帯Ｔ１で定まる第１予測給湯熱需要Ｑ１の過去の実績データから想定される変動範囲に対して、第１供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しないように予め設定されている場合は、ステップ＃４の判定処理、及び、それに付随するステップ＃５の処理を省略しても良い。更に、ステップ＃４の判定処理、及び、それに付随するステップ＃５の処理を前提として、ステップ＃１の暫定運転時間帯Ｔ４の設定で使用する最小重複時間ｔ０として、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１を使用して、運転希望時間帯Ｔ１を暫定運転時間帯Ｔ４として設定しても良い。
【００６１】
〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、熱電併給装置４が燃料電池システム４ａとして構成され、燃料電池システム４ａが電力負荷追従運転する場合を想定したが、第２実施形態では、熱電併給装置４は、燃料電池システム４ａに代えて、ガスエンジン型発電システム４ｂを使用し、更に、熱電併給装置４を電力負荷追従運転ではなく、定格出力運転させる場合を想定して説明する。
【００６２】
第２実施形態では、図１に示す本熱電併給システム１の全体の概略構成、発電ユニット２の構成、熱供給ユニット３の構成は、熱電併給装置４がガスエンジン型発電システム４ｂである点以外は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【００６３】
次に、第１運転制御装置７による、ガスエンジン型発電システム４ｂの運転計画を作成処理について、図５を参照して説明する。尚、図２に示す第１運転制御装置７の構成、運転時間帯入力部４０及び需要予測部４１の処理内容は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【００６４】
運転計画部４２は、図５のフローチャートに示すように、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２の開始時刻（午前３時）またはそれより前（例えば、午前２時５９分）に、以下のステップ＃１１〜ステップ＃２０の処理を実行することにより、基本的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複し、ガスエンジン型発電システム４ｂが定格出力運転することで運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足する運転実行時間帯Ｔ５を算出する運転計画処理を実行する。尚、一定の省エネルギ性を確保するために、例外的に、運転希望時間帯Ｔ１と所定の最小重複時間ｔ０以上重複しない場合がある。
【００６５】
先ず、給湯熱需要予測データＤ２で規定される予測時間範囲Ｔ３における予測給湯熱需要Ｑ０の内の運転希望時間帯Ｔ１の開始から所定時間経過後（便宜的に時刻ｔｘとする）に発生する第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出する（ステップ＃１１）。図１に示される熱供給ユニット３の構成の場合は、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）は、循環温水負荷３７に供給されないので、ステップ＃１１では、給湯熱需要のみを対象としているが、貯湯タンク１６に蓄熱された熱量（温水熱）が、循環温水負荷３７に供給可能な構成の場合は、循環熱需要も対象とする。当該所定時間は、例えば、運転希望時間帯Ｔ１の５０％〜１００％とする。
【００６６】
第２実施形態では、ステップ＃１１において、第１実施形態のステップ＃２と同様に、第１予測給湯熱需要Ｑ１の発生時点における貯湯タンク１６の予測蓄熱量を、当該発生時点までガスエンジン型発電システム４ｂが運転されず排熱回収による蓄熱が無いと想定して、予測給湯熱需要Ｑ０の内の第１予測給湯熱需要Ｑ１に先行する第２予測給湯熱需要Ｑ２に基づいて算出する。具体的には、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以下のステップ＃１２以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とする。
【００６７】
次に、第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足するために要するガスエンジン型発電システム４ｂの運転時間となる第１運転時間ｔ２を算出する（ステップ＃１２）。具体的には、単位時間当たりの定格出力Ｐとそれに対応する発電効率Ｅｅから、ガスエンジン型発電システム４ｂの一次エネルギ消費量である燃料消費量Ｆを算出し、更に、その燃料消費量Ｆとガスエンジン型発電システム４ｂの発熱効率Ｅｇからガスエンジン型発電システム４ｂの発生熱量Ｑｇを算出し、排熱ロスＬｉを差し引いて、単位時間当たりの蓄熱量Ｑｓを算出する。そして、第１予測給湯熱需要Ｑ１を単位時間当たりの蓄熱量Ｑｕで除して、暫定第１運転時間ｔ３を算出する。暫定第１運転時間ｔ３が運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１以上の場合は、暫定第１運転時間ｔ３の時間長で、終了時刻が運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻と同じとなる暫定運転時間帯Ｔ６を設定し、暫定第１運転時間ｔ３が運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１未満の場合は、開始時刻が運転希望時間帯Ｔ１の開始時刻以降で、終了時刻が運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻以前で、ステップ＃１１で求めた時刻ｔｘを内包する暫定運転時間帯Ｔ６を設定する。暫定運転時間帯Ｔ６における電力需要予測データＤ１で規定される予測電力負荷をガスエンジン型発電システム４ｂの定格出力で賄う場合に生じる余剰電力から求めた電気ヒータ９の単位時間当たりの発生熱量Ｑｅを時間間隔毎に算出し、暫定運転時間帯Ｔ６の終了時刻から前に向かって各時間間隔の蓄熱量Ｑｓと発生熱量Ｑｅの和を、第１予測給湯熱需要Ｑ１を超えるまで積算して、第１予測給湯熱需要Ｑ１を超えたときの時間間隔の合計を第１運転時間ｔ２として算出する。
【００６８】
次に、第１運転時間ｔ２が、運転希望時間帯の時間長ｔ１以上（条件１）、運転希望時間帯の時間長ｔ１未満且つ最小重複時間ｔ０以上（条件２）、或いは、最小重複時間ｔ０未満（条件３）の内の何れの条件に合致するかを判定する（ステップ＃１３）。
【００６９】
ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件１に該当する場合は、運転実行時間帯Ｔ５を、運転希望時間帯Ｔ１を全て内包し、運転実行時間帯Ｔ５の時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する（ステップ＃１４）。具体的には、運転実行時間帯Ｔ５と運転希望時間帯Ｔ１の各終了時刻を同じにして、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する。
【００７０】
また、ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件２に該当する場合は、運転実行時間帯Ｔ５を、運転希望時間帯Ｔ１内において運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含み、運転実行時間帯Ｔ５の時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する（ステップ＃１５）。具体的には、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を運転希望時間帯Ｔ１の開始時刻より時間長ｔ１と時間長ｔ２の差（Δｔ１２）の２分の１（Δｔ１２／２）だけ遅らせ、運転実行時間帯Ｔ５の終了時刻を前記運転希望時間帯Ｔ１の終了時刻より前記差（Δｔ１２）の２分の１（Δｔ１２／２）だけ早める設定を行うか、或いは、運転実行時間帯Ｔ５と運転希望時間帯Ｔ１の各終了時刻を同じにして、運転実行時間帯Ｔ５の開始時刻を時間長ｔ４が第１運転時間ｔ２と等しくなるように設定する。
【００７１】
更に、ステップ＃１３の判定で、第１運転時間ｔ２が上記条件３に該当する場合は、仮の運転実行時間帯Ｔ６を、運転希望時間帯Ｔ１内において運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含み、仮の運転実行時間帯Ｔ６の時間長ｔ５が最小重複時間ｔ０と等しくなるように設定し（ステップ＃１６）、当該仮の運転実行時間帯Ｔ６において、ガスエンジン型発電システム４ｂを定格出力運転させた場合に、第１予測給湯熱需要Ｑ１に対して、ガスエンジン型発電システム４ｂの排熱回収及び余剰電力が発生した場合の電気ヒータ９による加熱により供給できる第２供給熱量Ｑ４を算出する（ステップ＃１７）。仮の運転実行時間帯Ｔ６は、上記ステップ＃１４における運転実行時間帯Ｔ５の設定と同じ要領で行う。また、第２供給熱量Ｑ４の算出では、ステップ＃１２で算出した単位時間当たりの蓄熱量Ｑｓを用い、更に、ステップ＃１２と同じ要領で電気ヒータ９の単位時間当たりの発生熱量Ｑｅを時間間隔毎に算出し、各時間間隔の蓄熱量Ｑｓと発生熱量Ｑｅの和を仮の運転実行時間帯Ｔ６の全期間に亘って積算して、第２供給熱量Ｑ４を算出する。
【００７２】
引き続き、ステップ＃１７で算出された第２供給熱量Ｑ４が、第１予測給湯熱需要Ｑ１の所定倍数ｋを乗じた上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しているか否かを判定する（ステップ＃１８）。ここで、所定倍数ｋは、例えば、１．２〜２．０の範囲内の値に設定される。
【００７３】
第２供給熱量Ｑ３が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過している場合は（ステップ＃１８でＹＥＳ）、つまり、第２供給熱量Ｑ４が第１予測給湯熱需要Ｑ１を大幅に超過して過度にガスエンジン型発電システム４ｂが稼働する場合は、省エネルギ性の低下を抑制するために、仮の運転実行時間帯Ｔ６の時間長ｔ５を、現在の設定より所定時間（例えば１５分）短縮して再設定する（ステップ＃１９）。そして、ステップ＃１７〜ステップ＃１９を、第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）以下となるまで、繰り返し実行する。
【００７４】
第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）以下の場合は（ステップ＃１８でＹＥＳ）、ステップ＃１９で再設定された仮の運転実行時間帯Ｔ６を、運転実行時間帯Ｔ５として設定する（ステップ＃２０）。
【００７５】
運転計画部４２は、運転計画作成日当日の運転計画対象時間範囲Ｔ２が開始する前に、上記要領で運転計画処理を実行して、運転実行時間帯Ｔ５を設定すると、当該運転実行時間帯Ｔ５に基づいて、ガスエンジン型発電システム４ｂの起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して定格出力運転を行う。
【００７６】
上記ステップ＃１１〜ステップ＃２０で示される運転計画処理において、ステップ＃１３の判定処理で使用する最小重複時間ｔ０を、運転希望時間帯Ｔ１で定まる第１予測給湯熱需要Ｑ１の過去の実績データから想定される変動範囲に対して、第２供給熱量Ｑ４が上限値（ｋ×Ｑ１）を超過しないように予め設定されている場合は、ステップ＃１８の判定処理、及び、それに付随するステップ＃１７及びステップ＃１９の処理を省略し、ステップ＃１６とステップ＃２０を１つの処理として統合しても良い。更に、ステップ＃１８の判定処理、及び、それに付随するステップ＃１７及びステップ＃１９の処理を前提として、最小重複時間ｔ０として、運転希望時間帯Ｔ１の時間長ｔ１を使用して、ステップ＃１３の判定処理において、条件２の判定及びステップ＃１５の処理を省略しても良い。
【００７７】
次に、上述した第１及び第２実施形態の２つの運転計画処理の対比を行う。第２実施形態の運転計画処理では、ステップ＃１２で第１予測給湯熱需要Ｑ１を充足するために要する熱電併給装置４の運転時間となる第１運転時間ｔ２を算出し、ステップ＃１３で当該第１運転時間ｔ２が、上記条件１〜３の何れに該当するかに応じて、運転実行時間帯Ｔ５の設定を行う処理手順となっている。一方、第１実施形態の運転計画処理の処理手順では、第１運転時間ｔ２を直接算出することは行っていないが、ステップ＃１において、暫定運転時間帯Ｔ４は、運転希望時間帯Ｔ１の中央部分または終了時刻近傍を含むように設定され、ステップ＃６の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定された場合の暫定運転時間帯Ｔ４の時間長は、第１運転時間ｔ２となっている。従って、ステップ＃６の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定されるまでに、ステップ＃７の暫定運転時間帯Ｔ４の再設定を何度か実行している場合は、当該暫定運転時間帯Ｔ４の時間長（第１運転時間ｔ２）は、ステップ＃１３における条件１または条件２に該当して、ステップ＃１４またはステップ＃１５に相当する運転実行時間帯Ｔ５の設定が行われていることになる。また、ステップ＃６の最初の判定処理で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１以上と判定された場合で、第１供給熱量Ｑ３が第１予測給湯熱需要Ｑ１より大きい場合は、第１運転時間ｔ２は最小重複時間ｔ０より短いことを意味しており、ステップ＃１３における条件３に該当してステップ＃１６〜ステップ＃２０による運転実行時間帯Ｔ５の設定が行われていることになる。更に、第１実施形態の運転計画処理のステップ＃４及びステップ＃５の処理と、第２実施形態の運転計画処理のステップ＃１８及びステップ＃１９の処理は、実質的に同じこと行っている。
【００７８】
以下に、別の実施形態につき説明する。
【００７９】
〈１〉上記第１及び第２実施形態では、運転計画部４２による運転計画処理のステップ＃２及びステップ＃１１での第１予測給湯熱需要Ｑ１の算出において、貯湯タンク１６の初期蓄熱量から第２予測給湯熱需要Ｑ２と貯湯タンク１６において放熱される貯湯放熱量を差し引いて予測蓄熱量を算出し、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮せずに前以て算出した第１予測給湯熱需要Ｑ１から当該予測蓄熱量を差し引いた不足給湯熱需要を、以降の演算処理で使用する第１予測給湯熱需要Ｑ１とするようにした。しかし、上記ステップ＃２及びステップ＃１１において、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮せずに第１予測給湯熱需要Ｑ１を算出しても構わない。例えば、上記運転計画により設定された運転実行時間帯Ｔ５のみで熱電併給装置４の起動及び停止を行い、実際に発生する電力負荷に対して電力負荷追従運転または定格出力運転を行う場合、実際に発生する熱需要において、運転実行時間帯Ｔ５より前に発生する熱需要に対しては、前日の余剰蓄熱量と補助熱源機１７で発生する熱で賄うことになるため、第１予測給湯熱需要Ｑ１の開始時点において、貯湯タンク１６に多くの蓄熱量が残存している可能性は低いと考えられ、貯湯タンク１６の予測蓄熱量を考慮しなくても良い根拠となる。
【００８０】
〈２〉上記第１及び第２実施形態では、上記運転計画の作成処理において、操作端末４３からの使用者の入力操作により入力された熱電併給装置の運転希望時間帯を、運転希望時間帯Ｔ１として設定する場合を説明したが、運転希望時間帯Ｔ１は、使用者の入力操作により入力するのではなく、本熱電併給システム１の設置時等において、初期設定値の１つとして設定され、固定値として使用される構成であっても良い。但し、運転希望時間帯Ｔ１が固定値と使用される場合には、上述の運転計画の修正処理が発生することはない。
【００８１】
〈３〉上記第１及び第２実施形態において、第１運転制御装置７による燃料電池システム４ａの運転計画の作成処理の説明で例示した、運転希望時間帯Ｔ１、運転計画対象時間範囲Ｔ２、予測時間範囲Ｔ３、電力需要予測データＤ１、給湯熱需要予測データＤ２、循環熱需要予測データＤ３は、一例であって上記説明の内容に限定されるものではない。更に、第１供給熱量Ｑ３、第１運転時間ｔ２、及び、第２供給熱量Ｑ４の算出のアルゴリズムも、本熱電併給システム１の具体的な構成に応じて適宜変更しても良い。
【００８２】
〈４〉上記第１実施形態では、本熱電併給システム１の発電ユニット２は、燃料電池システム４ａを備える場合を説明したが、燃料電池システム４ａの燃料電池は固体高分子形に限定されるものではなく、他の形式の燃料電池であっても良い。
【００８３】
〈５〉更に、上記第１及び第２実施形態では、熱電併給装置４及び補助熱源機１７に供給される燃料またはエネルギ源として都市ガスを想定したが、夫々に供給する燃料またはエネルギ源は必ずしも都市ガスに限定されるものではなく、熱電併給装置４と補助熱源機１７間で同じでなくても良い。
【００８４】
更に、上記第１及び第２実施形態で説明した熱供給ユニット３の構成は、一例であり、図１で例示した構成に限定されるものではない。
【００８５】
〈６〉上記第１及び第２実施形態では、本熱電併給システム１の周辺部の構成として、太陽光発電システム１５が商用電源１０と系統連系接続する場合を、オプション構成として破線枠で囲って表示したが、太陽光発電システム１５は、必ずしも本熱電併給システム１と併設される必要はない。但し、太陽光発電システム１５を併設する当該オプション構成においては、運転計画作成処理で設定された運転実行時間帯Ｔ５に、従来の運転計画作成処理に比べて、運転希望時間帯Ｔ１が含まれる可能性が高いため、運転希望時間帯Ｔ１として、太陽光発電システム１５の発電電力が多くなる日照時間帯（例えば、１２時〜１４時等）が設定される場合は、本熱電併給システム１の稼働時間帯と上記日照時間帯が重複する可能性が高くなり、当該重複期間においては、太陽光発電システム１５の発電電力のほぼ全量は、商用電源１０側に逆潮流することになり、その結果として、太陽光発電システム１５の発電電力は殆どが余剰電力として商用電源１０側に売電される。また、当該売電量の増加を目的とする場合には、運転希望時間帯Ｔ１（運転希望時間帯）の入力を、操作端末４３から使用者が行うのではなく、太陽光発電システム１５の制御装置が、発電電力が多くなる時間帯を算定して、第１運転制御装置７の運転時間帯入力部４０に入力する構成としても良い。
【００８６】
〈７〉上記第１及び第２実施形態では、本熱電併給システム１として一般家庭用を想定して説明したが、本熱電併給システム１は、例えば、オフィスや店舗用、或いは、宿泊施設や病院向けの一般家庭用より大規模な構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る熱電併給システムは、運転時間帯に対するユーザ要望を取り入れることができ、しかも、省エネルギ性に優れた運転計画が可能な熱電併給システムに利用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１： 熱電併給システム
２： 発電ユニット
３： 熱供給ユニット
４： 熱電併給装置
４ａ： 燃料電池システム
４ｂ： ガスエンジン型発電システム
５： インバータ装置
６： 冷却液循環経路
７： 第１運転制御装置
８，２１〜２３： 循環ポンプ
９： 電気ヒータ
１０： 商用電源
１１： 発電電力供給ライン
１２： 電力負荷
１３： 受電電力供給ライン
１４： 電力計
１５： 太陽光発電システム
１６： 貯湯タンク
１７： 補助熱源機（ガス給湯器）
１８： 湯水循環経路
１９： 熱源用循環経路
２０： 熱媒循環経路
２４〜２６： 熱交換器
２７，２８： 三方弁
２９： 二方弁（断続弁）
３０： 逆止弁
３１： 給水路
３２： ラジエータ
３３： 給湯熱負荷計測手段
３４： 循環熱負荷計測手段
３５： 第２運転制御装置
３６： 給湯負荷
３７： 循環温水負荷
３８： 下部入出水口
３９： 上部入出水口
４０： 運転時間帯入力部
４１： 需要予測部
４２： 運転計画部
４３： 操作端末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と熱を併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を回収し、回収した熱を温水に変換して蓄熱して熱負荷に供給する熱供給装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御装置と、を備えた熱電併給システムであって、
前記運転制御装置が、
前記熱電併給装置の運転希望時間帯を外部から受け付ける運転時間帯入力部と、
熱需要の実績データを蓄積し、蓄積された熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、熱需要予測データとして記憶する需要予測部と、
前記需要予測部が記憶した前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、前記運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複する運転実行時間帯を算出する運転計画部と、を備え、
少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を運転状態とする制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記第１予測熱需要は、前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の終了から所定時間内に発生する予測熱需要であることを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【請求項３】
前記運転計画部は、
前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間として定義される第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯を全て内包し、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、
前記第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長未満、前記最小重複時間以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、
前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載の熱電併給システム。
【請求項４】
前記需要予測部が、電力需要の実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における電力需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データとして記憶し、
前記運転計画部が、
前記運転希望時間帯と前記最小重複時間重複し、前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯を設定し、前記暫定運転時間帯において前記熱電併給装置が、前記電力需要予測データで規定される前記暫定運転時間帯の電力負荷に追従して発電する負荷追従運転をした場合において前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第１供給熱量を算出し、
前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上となるまで繰り返し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を電力負荷に追従して発電するよう制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項５】
前記運転計画部が、
初回に算出された前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定せず、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の熱電併給システム。
【請求項６】
前記運転計画部が、第１予測熱需要を充足するために前記熱電併給装置が定格出力運転を行うことを想定して前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間を第１運転時間として算出して、前記運転実行時間帯を算出し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を定格出力運転するよう制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項７】
前記運転計画部が、
前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合に、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定する場合において、
前記熱電併給装置が前記運転実行時間帯に定格出力運転した場合に、前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第２供給熱量を算出し、
前記第２供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるように、前記運転実行時間帯の時間長を前記最小重複時間より短く設定することを特徴とする請求項６に記載の熱電併給システム。
【請求項８】
前記運転計画部は、前記予測熱需要の内の前記第１予測熱需要に先行する第２予測熱需要に基づいて、前記第１予測熱需要の発生開始時点における前記熱供給装置の予測蓄熱量を算出し、前記第１予測熱需要から前記予測蓄熱量を差し引いた不足熱需要を前記第１予測熱需要として、前記運転実行時間帯の算出を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項９】
商用電力と系統連系接続して発電電力を前記商用電力側に逆潮流可能に構成された太陽光発電装置を備え、
前記熱電併給装置が、前記商用電力と系統連系接続し、発電電力を前記商用電力側に逆潮流しないよう構成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項１】
電力と熱を併せて発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置で発生した熱を回収し、回収した熱を温水に変換して蓄熱して熱負荷に供給する熱供給装置と、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御装置と、を備えた熱電併給システムであって、
前記運転制御装置が、
前記熱電併給装置の運転希望時間帯を外部から受け付ける運転時間帯入力部と、
熱需要の実績データを蓄積し、蓄積された熱需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における熱需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、熱需要予測データとして記憶する需要予測部と、
前記需要予測部が記憶した前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の開始から所定時間経過後に発生する第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間以上の時間長となり、且つ、前記運転希望時間帯と所定の最小重複時間以上重複する運転実行時間帯を算出する運転計画部と、を備え、
少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を運転状態とする制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記第１予測熱需要は、前記熱需要予測データに基づく予測熱需要の内、前記運転希望時間帯の終了から所定時間内に発生する予測熱需要であることを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【請求項３】
前記運転計画部は、
前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間として定義される第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯を全て内包し、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、
前記第１運転時間が前記運転希望時間帯の時間長未満、前記最小重複時間以上の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記第１運転時間となるように設定し、
前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合は、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載の熱電併給システム。
【請求項４】
前記需要予測部が、電力需要の実績データを蓄積し、蓄積された電力需要実績データに基づいて、運転計画対象時間範囲を含む予測時間範囲における電力需要の所定の時間間隔における時間変化を予測し、電力需要予測データとして記憶し、
前記運転計画部が、
前記運転希望時間帯と前記最小重複時間重複し、前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含む暫定運転時間帯を設定し、前記暫定運転時間帯において前記熱電併給装置が、前記電力需要予測データで規定される前記暫定運転時間帯の電力負荷に追従して発電する負荷追従運転をした場合において前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第１供給熱量を算出し、
前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要未満の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に延長して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上となるまで繰り返し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を電力負荷に追従して発電するよう制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項５】
前記運転計画部が、
初回に算出された前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定せず、前記暫定運転時間帯を仮に前後少なくとも何れか一方に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行い、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下の場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を前記運転実行時間帯に設定し、
再算出した前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、再設定後の前記暫定運転時間帯を更に短縮して再設定し、前記第１供給熱量の再算出を行う処理を、前記第１供給熱量が前記第１予測熱需要以上、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるまで繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の熱電併給システム。
【請求項６】
前記運転計画部が、第１予測熱需要を充足するために前記熱電併給装置が定格出力運転を行うことを想定して前記第１予測熱需要を充足するために要する前記熱電併給装置の運転時間を第１運転時間として算出して、前記運転実行時間帯を算出し、
前記運転制御装置が、少なくとも前記運転実行時間帯に、前記熱電併給装置を定格出力運転するよう制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項７】
前記運転計画部が、
前記第１運転時間が前記最小重複時間未満の場合に、前記運転実行時間帯を、前記運転希望時間帯内において前記運転希望時間帯の中央部分または終了時刻近傍を含み、その時間長が前記最小重複時間となるように設定する場合において、
前記熱電併給装置が前記運転実行時間帯に定格出力運転した場合に、前記第１予測熱需要に対して前記熱供給装置が供給できる第２供給熱量を算出し、
前記第２供給熱量が前記第１予測熱需要の所定倍より大きい場合は、前記第１予測熱需要の所定倍以下となるように、前記運転実行時間帯の時間長を前記最小重複時間より短く設定することを特徴とする請求項６に記載の熱電併給システム。
【請求項８】
前記運転計画部は、前記予測熱需要の内の前記第１予測熱需要に先行する第２予測熱需要に基づいて、前記第１予測熱需要の発生開始時点における前記熱供給装置の予測蓄熱量を算出し、前記第１予測熱需要から前記予測蓄熱量を差し引いた不足熱需要を前記第１予測熱需要として、前記運転実行時間帯の算出を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項９】
商用電力と系統連系接続して発電電力を前記商用電力側に逆潮流可能に構成された太陽光発電装置を備え、
前記熱電併給装置が、前記商用電力と系統連系接続し、発電電力を前記商用電力側に逆潮流しないよう構成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０７８６４（Ｐ２０１２−２０７８６４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４２５８（Ｐ２０１１−７４２５８）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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