本発明は、熱と電力を供給する熱電併給システム(コージェネレーションシステムともいう。)に関する。

熱電併給システムは、発電に際して発生する排熱を有効に利用するシステムとして最近注目されている。熱電併給システムにおいては、発電装置による電力とともに排熱回収により熱も有効に利用されるので、エネルギの利用効率が高い。近年、独立形態の電力供給システムの導入が検討されている。これは、電気事業法の規制緩和に伴い、一般電気事業者以外の者の電気事業への参入が認められたことによる。このような電気事業への参入形態として、例えば、電気を供給する地域を限定した特定地点供給が挙げられる。このような場合には、電気を供給する供給業者は、事故又は定期点検などのバックアップのとき以外は一般電気事業者(単に、電気事業者ともいう。)からの電気供給を受けることはできない。

また、従来用いられている熱電併給システムは、電力負荷に応じて発電装置を稼動しているため、最大の消費電力に対応した大容量発電装置を設けている。そして消費電力が少ないときには、発電装置は少ない負荷で運転される。発電装置を駆動する熱機関、たとえば燃料ガスを利用するガスタービンは、特定出力で運転されるとき最も効率がよく、低負荷運転では効率が低下する。さらに極端な低負荷では運転はできない。そのため電力負荷が一定量を超えたときは電気事業者の抵抗は有るが買電を併用し、また電力負荷が極端に低い深夜などは、発電装置を停止し買電に切替えている商用電力バックアップ型熱電併給システムがある。このような場合、特定地点供給には適用できず、又、電力負荷が一定量を超えたときに買電を併用することは電気事業者の抵抗が大きい。 そこで、故障等の特別な場合を除いて商用電源からの電力を受けなくて運転される形態の自己完結型熱電併給システム、即ち、消費電力が少ないときでも、発電装置を運転し、その電力を蓄電装置に蓄え、消費電力が多いときには、発電装置による電力と蓄電装置からの電力により電力を供給する自己完結型熱電併給システムも提案されている(特開平11−155244)。 消費電力は、たとえば、春夏秋冬の季節によって変動(季節変動)し、また一日のうち昼と夜によっても変動(昼夜変動)する。

バックアップ型熱電併給システムの場合には、消費電力のピーク時間帯に商用電力と発電装置による電力で賄う必要が有る。従って、発電装置の発電能力(設計能力)を(最大消費電力−商用電力)に合わせなければならない。 又、自己完結型熱電併給システムの場合も、消費電力のピーク時間帯に蓄電装置に貯えられた電力と発電装置による電力で賄う必要が有る。従って、発電装置の発電能力(設計能力)を(最大消費電力−蓄電装置に貯えられた電力)に合わせなければならない。 バックアップ型熱電併給システムにしろ自己完結型熱電併給システムにしろ、通常の熱電併給システムに比較し、かなり小型化されているが、熱電併給システムの広範囲普及のためには、熱電併給システムを更に小型にし、熱電併給システムのコストダウンを図る必要があった。 そして、さらに、熱電併給システムの広範囲な普及のためには、消費電力のピーク時間帯に商用電力のバックアップを受ける場合でも、バックアップ商用電力の低減を図るとともに、消費が落ち込む時間帯(例えば、夜間料金時間帯)の商用電力を利用して、電気事業者にとっても商用電力負荷の更に平準化が図れるというメリットのある熱電併給システムを目指す必要があった。

本発明の課題は、バックアップ型熱電併給システムにしろ自己完結型熱電併給システムよりも、さらに小型化を図ることが可能な熱電併給システムを提供することである。 本発明の課題は、さらに、熱電併給システムの広範囲な普及のためには、消費電力のピーク時間帯に商用電力のバックアップを受ける場合でも、バックアップ商用電力の低減を図るとともに、消費電力が落ち込む時間帯(例えば、夜間料金時間帯)の商用電力を利用して、電気事業者にとっても商用電力負荷の平準化が更に図れるというメリットのある熱電併給システムを提供することにある。

本発明者は、従来の技術の欠点を解消して、本発明課題を達成すべく種々研究した結果、本発明を完成するに至った。 従来の所謂バックアップ型熱電併給システムは、広範囲な普及のためには、熱電併給システムの消費電力ピーク時間帯に商用電力を供給してもらうことが必要であるが、そのことに対して、電気事業者の抵抗が有った。即ち、バックアップ型熱電併給システムは、電気事業者にとって、夜間料金時間帯に若干の商用電力を利用して貰えるというメリットはあるものの熱電併給システムの広範囲な普及のためには到底不十分であった。更に、熱電併給システムの発電装置のピーク時間帯の電力を低く押さえて更なる小型化を図るという課題が残されていた。また、バックアップ熱電併給システムは、消費電力のピーク時間帯に商用電力のバックアップを受けるシステムであり、電気事業者にとっては商用電力負荷の平準化が図れるというメリットがある熱電併給システムというには、なお程遠いものであった。 そこで、上記のような、バックアップ型熱電併給システムの欠点や課題を解決すべく、商用電力のバックアップを必要としない自己完結型熱電併給システムが提案されることとなった。しかし、この自己完結型熱電併給システムの特徴は、消費電力の少ない時間帯(例えば、夜間の時間帯)に積極的に発電装置を運転して、蓄電装置に電力を貯えて、ピーク時間帯に、発電装置による電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併せて利用して、熱電併給システムの小型化を図るものであるが、熱電併給システムの広範囲な普及のためには、更なる小型化の要請に答える必要があったが、これに十分答えることができなかった。また、夜間時間帯においても、発電装置を運転して、蓄電装置に電力を貯えるようにすることで、熱電併給システムにとっては、発電装置の出力が平準化されるため運転効率は良いが、夜間料金時間帯の商用電力の消費が期待できず、商用電力の負荷の平準化を図れないため、電気事業者にとっては余りメリットがないシステムでもあった。 このような状況を踏まえて、熱電併給システムの広範囲な普及が図れるかどうかは、熱電併給システムの更なる小型化の要請にトコトン答えることであると発明者は痛感した。 そして、自己完結型熱電併給システムに対して、敢えて、逆の発想を導入して、商用電力をできるだけ積極的に利用することにすれば、自己完結型熱電併給システム(商用電力を全く利用しないことを特徴とするシステム)の更なる小型化が図れるということに気が付いた。又、ピーク時間帯には、商用電力のバックアップを受ける代わりに、夜間料金の時間帯には、商用電力をできるだけ積極的に利用して、商用電力の負荷の平準化を図るようにして電気事業者にとってもメリットがあるシステムとするという課題達成に発明者は全力を尽くした。即ち、本発明は、ピーク時間帯の商用電力のバックアップ電力は、消費が少なくなる時間帯(例えば、夜間料金時間帯)に貯えられた商用電力で賄うという基本的コンセプトに基づくものであり、夜間料金利用の氷蓄熱システムに類似する考え方、あるいは夜間の商用電力を貯蔵する揚水発電の考え方を適用したものでもある。 そこで、自己完結型熱電併システムの構成をそっくりそのまま利用する一方、商用電力をできるだけ積極的に利用する構成を付加して、蓄電装置を備えた熱電併給システムである本発明を完成することができた。即ち、商用電力利用形態は、夜間料金時間帯に、商用電力を積極的に熱電併給システムに備えられた蓄電装置に貯えておき、ピーク時間帯に蓄電池に貯えられた商用電力を供給することにより、ピーク時間帯に必要な商用電力のバックアップ量が減り、単なる従来のバックアップ型熱電併給システムよりも、商用電力の負荷の平準化を図れるようにした。これにより、電気事業者にとっても、従来のバックアップ型熱電併給システムより非常にメリットが有るシステムを提案できることとなった。 一方、小型化を究極的に追求したため、設備のコストダウン、省スペース化(設備設置性)を図ることができることとなるので、熱電併給システムの広範囲な普及が図れる可能性が高まることになり、国家全体としても、夜間料金時間帯の商用電力を普及した各熱電併給システムの蓄電装置に、蓄電することができるので、蓄電装置は、揚水発電の貯水池と同じ機能を果たし、夜間時間帯に蓄電した商用電力をピーク時間帯に利用することにより、商用電力全体のピーク時間帯カットに繋がるという効果が期待できる。 熱電併給システムが国家の省エネルギー政策に貢献するかどうかは、如何に本システムが広範囲に普及するか否かに掛かっている。そのためには、電力消費のピーク時に商用電力のバックアップをする代わりに、商用電力を熱電併給システムの蓄電装置に貯える等の商用電力の消費が落ち込む時間帯(夜間料金時間帯)に商用電力の需要が発生するという電気事業者にとってもメリットの有るシステムにすることが広範囲普及のためには特に重要である。 このような、経緯を経て、発明者は、本発明を完成したものであるが、以下各請求項に記載された本発明を記載する。 なお、本発明は、システムの発明であるが、実質的に、方法の発明も開示している。方法の発明については、請求項1〜13において、システムとあるのを、方法と読み替えるものとする。 請求項1 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯に、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併用して電力を供給することを特徴とする熱電併給システム。 請求項2 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、蓄電装置に商用電力を貯え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 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、商用電力により電力を供給するとともに蓄電装置に商用電力を貯えることを特徴とする請求項1〜2に記載の熱電併給システム。 請求項4 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、商用電力により電力を供給する、あるいは蓄電装置に商用電力を貯えることを特徴とする請求項1〜3に記載の熱電併給システム。 請求項5 ガスタービン、エンジン又は燃料電池を構成要素とすることを特徴とする請求項1〜4に記載の熱電併給システム。 請求項6 発電装置が交流発電装置又は直流発電装置であることを特徴とする請求項1〜5に記載の熱電併給システム。 請求項7 蓄電装置が、電力負荷の消費電力が特定値C1以下の時間帯に、水を電気分解して水素と酸素を製造して貯蔵することを特徴とする請求項1〜6に記載の熱電併給システム。 請求項8 蓄電装置が、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、キャパシタのうち選択される少からなくとも1種又は2種以上を備えることを特徴とする請求項1〜7に記載の熱電併給システム。 請求項9 熱回収装置から回収された熱を、吸収式冷凍機、温水ボイラから選択される1種又は2種以上に供給することを特徴とする請求項1〜8に記載の熱電併給システム。 請求項10 電力負荷の消費電力が特定値C2以下の時間帯が、夜間時間帯のみである、又は、夜間時間帯を含む時間帯であることを特徴とする請求項1〜9に記載の熱電併給システム。 請求項11 電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯とあるのを電力負荷の消費電力のピーク時間帯と読み替えることを特徴とする請求項1〜10に記載の熱電併給システム。 請求項12 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯とあるのを電力負荷の消費電力が落ち込む時間帯と読み替えることを特徴とする請求項2〜11に記載の熱電併給システム。 請求項13 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯とあるのを夜間時間帯と読み替えることを特徴とする請求項2〜12に記載の熱電併給システム。用語の説明 本明細書に用いられる用語を、以下説明する。 (1)電力負荷、消費電力、電力負荷の消費電力 電力負荷、電力負荷の消費電力とは、 特に断らない限り、本発明の熱電併給システムの電力負荷、熱電併給システムの消費電力、熱電併給システムの電力負荷の消費電力をいう。商用電力の場合を指す場合には、その旨を特別に明示するものとする。 (2)特定出力 ここで用いる特定出力C1、C2とは、C0以下の設定された電力値であり、時間には関係しない変化しない一定値の場合も、時間(月、日、季節等を含む。)とともに変化するように設定する場合(即ち、C1、C2が時間tの関数である場合)もある。ここに、C0は、1日の熱電併給システムのピーク電力である。ここに、C0≧C1、C2。 ・電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯とは、ピーク時間帯(例えば、朝晩、あるいは昼間の消費電力のピーク時間帯)を含む。熱電併給システムの電力負荷の消費電力のピーク時間帯と、商用電力の消費電力のピーク時間帯とは、一般には一致する傾向にある。ピーク時間帯は、午前10時〜午後4時あるいは午後0時〜午後4時、あるいは午後1時〜午後3時等をいう。 ・電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯とは、電力負荷(ここに言う電力負荷には、熱電併給システムの電力負荷の場合と商用電力の電力負荷の場合がある。)の消費電力が落ち込む時間帯(例えば、夜間料金時間帯)を含む。熱電併給システムの電力負荷の消費電力が落ち込む時間帯と、商用電力の消費電力が落ち込む時間帯とは、一般には一致する傾向にある。 なお、単に“夜間料金時間帯”、“夜間時間帯”と表現する場合、“電力負荷が少ない(落ち込む)時間帯”の意味を含む。ここに、夜間時間帯は、例えば、午前0時〜午前6時等、あるいは夜間料金時間帯である。 (3)熱電併給システム 熱電併給システムとは、発電装置による電力を供給するとともに、発電設備運転により生じる排熱を回収して熱を供給するシステムであり、電力消費地に設置することを必要とする分散型システムであり、特に小型化低コスト化を図って広範囲に普及させることが求められるシステムである。本発明の熱電併給システムは、例えば、出力が数百〜500kW級のもの、あるいは出力2kW以下の高分子電解質型燃料電池(家庭用)からなり、10kW以下の蓄電装置を備えたもの等がある。 (4)発電装置 ここで、定義される発電装置とは、熱電併給システムに用いられる発電装置であって、電気を発生するとともに、排熱を回収するようにした発電装置をいう。

ガスタービン、内燃機関等の熱機関を運転することによって発生する駆動力を発電機により電気に変換して、電力を供給する装置の他、燃料電池のように、直接、炭化水素や水素等の燃料から電気化学的に電気に変換して、電力を供給する装置を含む。 熱電併給システム(ガスタービン、内燃機関等によるもので、発電容量は数百〜500kW級)は、ホテル、スポーツ施設、オフィス、公共施設等に設置される例が多い。本発明は、小型の熱電併給システム(家庭用)をも対象とするものである。 発電装置は、交流発電装置又は直流発電装置の両方を含む。 ・発電装置が交流の場合 交流の電力負荷の場合には、ガスタービン、内燃機関等の熱機関を運転する場合には、一般には交流発電装置であるが、交流負荷の場合には、直接電力供給されるが、直流負荷の場合には、コンバータにより直流変換されて電力供給される。 ・発電装置が直流の場合 燃料電池のように直流発電装置の場合には、交流負荷に電力を供給する場合、インバータにより、交流電力に変換して、電力を供給する。 なお、発電装置により発電した電力を蓄電装置(蓄電池)に電力を貯える場合、直流発電装置の場合コンバータが不要で直接直流電力として、蓄電装置に貯える。一方、交流発電装置の場合に蓄電装置に蓄電する場合、コンバータで直流変換した後に蓄電装置に貯えることになる。 そして、蓄電装置に貯えられた電力は、インバータと接続することにより、交流に変換され電力負荷に供給される。 (5)蓄電装置 蓄電装置とは、電力負荷の消費電力が特定値C1以上の時間帯に、水を電気分解して水素と酸素を製造して貯蔵する装置の他、 リチウム二次電池、ニッケル水素電池、キャパシタのうちから選択される少なくとも1種又は2種以上を備える装置を含む。キャパシタは、電気負荷の急激増加に対応するのに便利である。リチウム二次電池等と併用することが望ましい。 蓄電装置の容量としては、例えば、20kWh以下、15kWh以下、10kWh以下、5kWh以下、あるいは2kWh以下である。 なお、蓄電装置は、一般には、商用電力(交流電力)を直流電力に変換するコンバータを必要とし、蓄電地に蓄えられた直流電力を交流に変換するインバータを必要とする。そして、交流発電装置で発電した交流電力を蓄電する場合は、コンバータにより直流に変換した後、蓄電装置に貯えるようにする。 貯えられる電力が直流電力の場合(直流発電装置で発電した直流電力の場合)には、コンバータは不要である。又、直流の電力負荷の場合には、蓄電装置の後流側には、インバータも不要となり、システムが簡素化される。 (6)ピーク時間帯 ピーク時間帯とは、一般には、熱電併給システムの消費電力のピーク時間帯をいい、消費電力が特定出力C1以上の時間帯t1〜t2をいう。消費電力が特定出力C1以上を厳格にその瞬間t毎に判断するシステムとする場合の他、一定期間のデータから、電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯を予めt1〜t2に設定して置く場合も有る。 消費電力は、たとえば、春夏秋冬の季節によって変動(季節変動)し、また一日のうち昼と夜によっても変動(昼夜変動)するが、本発明では、日変動のピーク時間帯をいうものとする。時間帯とは、ある範囲の時間範囲をいうものであるが、時間範囲が非常に短い場合には、瞬間を指し、ピーク時間帯は、ピーク時と同義である。なお、熱電併給システムの消費電力のピーク時間帯と商用電力のピーク時間帯は、一般には一致する傾向にある。 (7)電力負荷(電力消費)が少ない時間帯、電力負荷(電力消費)が落ち込む時間帯とは、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯t3〜t4(例えば、夜間料金時間帯)をいう。厳格にその瞬間t毎に判断するシステムとする場合の他、一定期間のデータから、電力負荷の消費電力が特定出力C2以上の時間帯を予めt3〜t4を設定しておき、その時間帯t3〜t4の間は、商用電力により蓄電装置に商用電力を貯えるようにすることも可能である。 (8)コンバータ、インバータ コンバータは、交流電力を直流電力に変換するものである。また、インバータは、直流電力を交流電力に変換するものである (9)時間帯t1〜t2、時間帯t3〜t4 時間帯t1〜t2は、例えば、午前9時〜午後6時、あるいは午前12時〜午後4時、あるいは午後1時〜午後3時である。 時間帯t3〜t4は、例えば、午前0時〜午前7時、あるいは午前2時〜午前6時、あるいは午前3時〜午前6時である。

本発明の構成とすることで、既に述べた本発明の課題を充分に達成することができた。すなわち、電力負荷の消費電力が特定出力C1以上のいわゆるピーク時間帯に、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた3系統の電力を併用して電力を供給することにより、全体の熱電併給システムをコンパクト化でき、システムのコストダウンが可能となった。これにより、家庭用小型システムとし大幅な普及が図れることが可能となった。 また、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯(例えば、商用電力の夜間料金時間帯)に、商用電力により電力を供給する、あるいは商用電力により電力を供給するとともに蓄電装置に商用電力を貯えることにより、即ち、夜間料金時間帯での商用電力を積極的に利用することにより、商用電力の一日全体の負荷を平準可することになるので、電気事業者にとってもメリットの有る、より小型の熱電併給システムの実現を可能にした。 特に、夜間時間帯に商用電力を蓄電装置に貯えることにより、ピーク時に蓄電装置に貯えた商用電力を利用することができるので、ピーク時のバックアップ電力量が減少することに繋がり、商用電力の一日全体の負荷をさらに大幅に平準可することになるので、電気事業者にとってもメリットの有るより小型の熱電併給システムの実現を可能にした。 以上により、小型で、設置性がよく設備コストの安価な熱電併給システムとすることにより、特に小型用(例えば、家庭用)の熱電併給システムを普及する可能性が高まった。又、夜間料金時間帯の商用電力を積極的に利用することにより、自己完結型熱電併給システムあるいは商用電力バックアップ型熱電併給システムよりも商用電力負荷がより平準化されることにより電気事業者に受け入れ易いシステムとすることができた。 さらに、本発明の蓄電装置を備えた熱電併給システムとすることにより、小型用に大幅な普及が期待できることにより、夜間の商用余剰電力を分散設置された熱電併給システムの備える蓄電装置に蓄電された商用電力を商用電力ピーク時に供給することにより、国家全体の商用電力負荷を平準化することにより、大型発電所の設置時期を遅らせることができるというメリットを発揮することが可能となった。言わば、普及して分散設置された熱電併給システムの蓄電装置に、商用電力を貯えることができるので、揚水発電のための貯水池を建設するに等しい効果が発揮される。 なお、蓄電装置に、熱電併給システムの発電装置の電力を貯えることによっても、国家全体の商用電力のピーク時間帯の消費電力カットに貢献することができるという効果を発揮する可能性が高まった。 又、エネルギー効率の高い本熱電併給システムが広範囲に普及することにより、国家の省エネルギー政策の遂行の可能性が高まった。

図1は、本発明の第1の実施の形態のブロック図である。

図2は、本発明の第2の実施の形態のブロック図である。

図3は、本発明の第3の実施の形態のブロック図である。

図4は、本発明の第4の実施の形態のブロック図である。

先ず、発明の実施の形態として、交流の電力負荷、交流の発電装置の場合(図1参照)について説明する。 図1は、本発明の第1の実施の形態(発電装置3が交流で電力負荷9が交流の場合)のブロック図である。図1の本熱電併給システム100は、交流の発電装置3と蓄電装置7と排熱回収装置4とを含む。発電装置3で発電された電力(交流電力の場合、商用電力2と実質上同一の電圧、周波数でよく、たとえば100V,60Hzである。)は、電力負荷9に供給される。燃料1は発電装置3に供給される。発電装置3からの排熱は、排熱回収装置4で排熱が回収され、回収された熱は、熱負荷5(冷房や暖房や給湯等の熱源として)に供給される。 燃料1は、発電装置3に供給して、交流電力を発生させて、発生した電力をスイッチ11を開にして、交流の電力負荷9に供給する。一方、発電装置3において発生する排熱は熱回収装置4により回収されて、熱負荷5に熱供給される。 商用電力2は、交流の電力負荷9に直接供給される一方、電力負荷(電力消費)が少ない時間帯には、スイッチ13を開にしてしコンバータ6に送られ、直流に変換されて、蓄電装置7に貯えられる。蓄電装置7に貯えられた電力は、ピーク時間帯には、インバータ8により交流に変換されてスイッチ12を開にして、商用電力2と発電装置3で発電した電力とともに、電力負荷9に供給される。制御手段(図示せず)により、スイッチ11、スイッチ12を開閉して、商用電力2、発電装置3による電力、蓄電装置7に貯えられた電力の3系統の配分量を調整する。 この場合、制御手段、同期投入装置(図示せず)、スイッチ11、スイッチ12により、電力負荷に供給される電力は位相が一致するように制御される。 又、制御手段(図示せず)により、スイッチ13を開閉して、蓄電装置7への開始、停止を行う。

図2は、本発明の他の実施の形態(発電装置が直流で電力負荷が交流の場合)のブロック図である。図2の本システム100は、図1の熱電併給システムと略同じであるが、発電装置3の後にインバータ8が設置される点が図1とは異なる。本実施の形態では第1の実施の形態の交流の発電装置3の代わりに燃料電池等の直流の発電装置3が設けられている。直流の発電装置3では、直流電力が得られるので蓄電装置7に蓄えるときにコンバータ6は不要である。また直流発電装置3からの電力は、インバータ8で直流に変換される。蓄電装置7からの電力は、インバータ8で交流電力に変換される。直流発電装置3からインバータ8を経た交流電力と蓄電装置7からのインバータ8を経た交流電力は単独であるいは併電されて、電力負荷9に供給される。その他の構成は先の実施の形態と類似しており、同一の機器には同一の符号を付す。なお、以下燃料電池について説明しよう。燃料は改質装置(図示せず)で触媒によって水素に改質され、燃料電池ではこの水素と空気中の酸素とが反応して水ができ、この際に直流電力が発生する。この直流電力は、先の実施の形態と同様に直接蓄電装置7に蓄えられ、蓄電装置7からの直流電力はインバータ8で交流に変換されて電力負荷に供給される。その他の構成は第1の実施の形態と類似しており、同一の機器には同一の符号を付す。

図3は、本発明の第3の実施の形態(発電装置3が交流で電力負荷2が直流の場合のブロック図である。図3の本システム100は、ほぼ図2の熱電併給システムと同じであるが、図3で発電装置3の後にコンバータ6が設置される点及び図2で蓄電装置7の交流側にに設置されていたインバータ8がない点が異なる。

図4は、本発明の第4の実施の形態(発電装置3が直流で電力負荷2が直流の場合)のブロック図である。図4の本システム100は、ほぼ図3の熱電併給システム100と同じであるが、図3で発電装置3の後に設置されていたコンバータ6がない点が異なる。発電装置3には、直流の発電装置(例えば、改質装置を含む燃料電池)が用いられる。その他の構成は第3の実施の形態と類似しており、同一の機器には同一の符号を付す。 ・請求項1記載発明(本発明の基本的発明)は、 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯に、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併用して電力を供給することを特徴とする熱電併給システムである。電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯であることを制御手段(図示せず。)が判断するのであるが、制御手段を以下例示して説明する。電力負荷を消費電力を電力計(電力負荷の前に設置される)で測定して、測定した電力が特定出力より特定出力C1以上の場合には、商用電力と発電装置の電力(通常は効率の良い最高出力の70%程度の出力)、蓄電装置に貯えられた電力により、電力負荷に電力を供給する。 例えば、特定出力C1を2/3*C0(ここに、C0は、一日の熱電併給システムのピーク電力値とする。)とする。熱電併給システムにおいて、このように設定することにより、電力負荷が2/3*C0〜C0の時間帯は、蓄電装置に貯えられた商用電力と発電装置による電力により例えば1/3*C0を賄い、残りを商用電力で賄うようにすることができる。本熱電併給システムによれば、ピーク時間帯でも、1/3*C0以下の商用電力しかバックアップ電力を必要としない。 あるいは、上記のように厳格にその瞬間t毎に判断するのではなく、一定期間のデータから、電力負荷の消費電力が特定出力C1(例えば、2/3*C0(ここに、C0は、一日の熱電併給システムのピーク電力とする。)とする。)以上の時間帯を予めt1〜t2に設定しておき、その時間帯t1〜t2(例えば、一日の間の、朝から晩の時間帯が該当する。例えば、午前9時から午後6時まで、あるいは午後0時から午後4時までの時間帯である。)の間は、商用電力と発電装置の電力、蓄電装置に貯えられた電力により、電力負荷に電力を供給することも可能である。 ・請求項2記載発明は、蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、蓄電装置に商用電力を貯え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である。電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯であることを制御手段(本明細書では図示せず。)が判断するのであるが、それを例示する。電力負荷を消費電力を電力計(電力負荷9の前に設置される)で測定して、測定した電力が特定出力C2以下の場合には、蓄電装置に商用電力を貯え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である。 あるいは、厳格にその瞬間t毎に判断するのではなく、一定期間のデータから、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯を予めt3〜t4(例えば、夜間時間帯、具体的には、午後0時から午後6時である。)を設定しておき、その時間帯t3〜t4の間は、商用電力により蓄電装置に商用電力を貯えるようにすることも可能である。 なお、本発明では、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下であっても、電力負荷の消費電力が存在するのであり、それは、本発明の熱電併給システムによって発電した電力あるいは商用電力で賄えばよい。 ・請求項3記載発明は、蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、商用電力により電力を供給するとともに蓄電装置に商用電力を貯えることを特徴とする請求項1〜2に記載の熱電併給システムである。電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯であることを制御手段(本明細書では図示せず。)が判断するのであるが、それを例示する。電力負荷を消費電力を電力計(電力負荷9の前に設置される)で測定して、測定した電力が特定出力C2以下の場合には、商用電力により電力を供給するとともに蓄電装置に商用電力を貯えることを特徴とする請求項1〜2に記載の熱電併給システムである。 例えば、特定出力C2を1/3*C0(ここに、C0は、一日のピーク出力とする。)とする。熱電併給システムにおいて、このように設定することにより、電力負荷が例えば1/3*C0以下の時間帯は、商用電力を1/3*C0消費することにすれば、電力負荷の全量を商用電力で賄い、残り(1/3*C0−電力負荷)の商用電力を蓄電装置に貯えるようにする。 本熱電併給システムによれば、消費電力が少ない時間帯でも、1/3*C0の商用電力の消費が保証される。 あるいは、厳格にその瞬間t毎に判断するのではなく、一定期間のデータから、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯を予めt3〜t4を設定しておき、その時間帯t3〜t4の間は、商用電力により蓄電装置に商用電力を貯えるようにすることも可能である。 なお、一般には、C0≧C1≧C2であり、以下、電力負荷の消費電力が特定値C3(C0≧C1≧C3≧C2)である場合の本熱電併給システムについて説明しよう。例えば、電力負荷の消費電力を商用電力のみで電力負荷に供給することができれば、電力負荷に供給することが一例として可能である。また、商用電力と蓄電装置に貯えた電力の両方で、あるいは商用電力と発電装置で発生した電力の両方で電力負荷に供給することも一例として可能である。 ・請求項4記載発明は、 蓄電装置を備えた熱電併給システムにおいて、 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯に、商用電力により電力を供給する、あるいは蓄電装置に商用電力を貯えることを特徴とする請求項1〜3に記載の熱電併給システムである。これは、既に必要な電力を蓄電装置に貯え終えた場合には、最早蓄電装置に商用電力を貯える必要がないので、商用電力を供給するのみとなる。又、電力負荷が全くない場合には、商用電力を供給することはできないので、商用電力は蓄電装置に貯えるだけとなる。 ・請求項5記載発明は、 ガスタービン、エンジン又は燃料電池を構成要素とすることを特徴とする請求項1〜4に記載の熱電併給システムである。燃料電池は、例えば、小型の高分子電解質型燃料電池(出力2kW以下)である。 ・請求項6記載発明は、発電装置が交流発電装置又は直流発電装置であることを特徴とする請求項1〜5に記載の熱電併給システムである。 ・請求項7記載発明は、蓄電装置が、電力負荷の消費電力が特定値C1以上の時間帯に、水を電気分解して水素と酸素を製造して貯蔵することを特徴とする請求項1〜6に記載の熱電併給システムである。余剰の商用電力を利用して、水を電気分解して、水素と酸素を製造して貯蔵することにより、電力を貯蔵することが可能である。特に、発電装置が燃料電池の場合には、貯蔵した水素を燃料を改質してできた水素リッチガスに混入することにより、酸素は空気に混入することにより、発電に利用することができる。あるいは、別系統の水素酸素の燃料電池を設置することも可能である。 ・請求項8記載発明は、 蓄電装置が、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、キャパシタのうちから選択される少なくとも1種又は2種以上を備えることを特徴とする請求項1〜7に記載の熱電併給システムである。キャパシタは、電気負荷の急激増加に対応するのに好適である。リチウム二次電池等と併用することが望ましい。 ・請求項9記載発明は、排熱回収装置から回収された熱を、熱負荷(吸収式冷凍機、温水ボイラから選択される1種又は2種以上)に供給することを特徴とする請求項1〜8に記載の熱電併給システムである。 前記排熱回収装置によって回収された熱を、上記の熱負荷に供給し、吸収式冷凍機で得られた冷水と、温水ボイラで得られた温水とを用いて空調を行うことを特徴とする。

本発明に従えば、冷房を必要とする期間は吸収式冷凍機に回収した排熱を供給し、吸収式冷凍機により得られた冷水は冷房に用いられる。また暖房を必要とする期間は回収した排熱を温水ボイラに供給し、温水ボイラーで得られた温水は暖房に用いられる。これによって空調機器などに使う電力負荷は、冷温水の送水用ポンプ、換気ファンなど僅かなものになる。なお吸収式冷凍機や温水ボイラの排ガスはさらに給湯機などで熱回収することができる。 ・請求項10記載発明は、電力負荷の消費電力が特定値C2以下の時間帯が、例えば夜間料金時間帯のみである、又は、夜間料金時間帯を含む時間帯であることを特徴とする請求項1〜9に記載の熱電併給システムである。電力負荷の消費電力が特定値C2以下の時間帯を、より具体的に定義した趣旨である。 ・請求項11記載発明は、電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯とあるのを電力負荷の消費電力のピーク時間帯と読み替えることを特徴とする請求項1〜10に記載の熱電併給システムである。 電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯であることを制御手段(図示せず。)が判断するのであるが、制御手段を電力負荷の消費電力が特定出力C1以上であるかどうかを判断するような構成とすることは、制御手段の複雑化を招く。従って、電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯は、予想可能であるので、電力負荷の消費電力が特定出力C1以上の時間帯を判断する代わりに、電力負荷の消費電力のピーク時間帯(t1〜t2の時間帯)には、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併用して電力を供給するものである。本発明では、電力負荷の消費電力のピーク時間帯(t1〜t2の時間帯)の間中、常に発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併用して電力を供給する必要はなく、電力負荷の消費電力のピーク時間帯(t1〜t2の時間帯)に、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた電力を併用して電力を供給する場合が有ればよいと広義に考えることとする。このように広義に考えたとしても、ピーク時間帯に、発電装置による電力及び商用電力及び蓄電装置に貯えられた3系統の電力を併用して電力を供給することにより、全体の熱電併給システムをコンパクト化でき、システムのコストダウンが可能となるという本発明特有の効果を発揮することができるからである。 ・請求項12記載発明は、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯とあるのを電力負荷の消費電力が落ち込む時間帯と読み替えることを特徴とする請求項2〜11に記載の熱電併給システムである。 電力負荷の消費電力が特定出力C2以下であることを制御手段(図示せず。)が判断するのであるが、制御手段を電力負荷の消費電力がC2以下であるかどうかを判断するような構成とすることは、制御手段の複雑化を招く。従って、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯は、予想可能であるので、消費電力が落ち込む時間帯(t3〜t4の時間帯)には、蓄電装置に商用電力を貯えるのである。本発明では、消費電力が落ち込む時間帯(t3〜t4の時間帯)の間中、常に蓄電装置に商用電力を貯える必要はなく、消費電力が落ち込む時間帯(t3〜t4の時間帯)に、蓄電装置に商用電力を貯える場合が有ればよいと広義に考えることとする。 このように広義に考えたとしても、消費電力が落ち込む時間帯に商用電力を蓄電装置に貯えることにより、ピーク時に蓄電装置に貯えた商用電力を利用することができるので、ピーク時のバックアップ電力量が減少することに繋がり、商用電力の一日全体の負荷をさらに大幅に平準可することになるので、電気事業者にとってもメリットの有るより小型の熱電併給システムの実現を可能にするという本発明特有の効果を発揮することができるからである。 ・請求項13記載発明は、電力負荷の消費電力が特定出力C2以下の時間帯とあるのを夜間時間帯と読み替えることを特徴とする請求項2〜12に記載の熱電併給システムである。請求項12記載発明において、消費電力が落ち込む時間帯を夜間時間帯と限定したものである。

100 熱電併給システム 1 燃料 2 商用電力 3 発電装置 4 排熱回収装置 5 熱負荷 6 コンバータ 7 蓄電装置 8 インバータ 9 電力負荷 11、12、13 スイッチ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−