JP4248280B2

JP4248280B2 - Cogeneration system and operation method thereof

Info

Publication number: JP4248280B2
Application number: JP2003087122A
Authority: JP
Inventors: 誠作東口; 雄治澤田; 浩樹橋野; 聖北出
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004296267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置（具体的には燃料電池）と、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、要求されている電力負荷を賄えるように、前記電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなコージェネレーションシステムは、燃料電池を備え、この燃料電池から出力される電力を消費可能とするとともに、出力される熱を、適宜、回収・利用するものとしている。
【０００３】
即ち、運転制御手段が、電力負荷を賄えるように、燃料電池の出力を調整し、電力負荷追従運転を行うのであるが、熱需要がある場合は、熱消費に熱出力を回し、熱需要がない場合は、熱回収を実行したり、放熱したりしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
燃料電池を備えた燃料電池システムでは、電気負荷や熱負荷に対して電気出力を連続的もしくはステップ的に追従させる。そして、従来、燃料電池システムが出力変化を起こす場合、改質器における燃料改質反応を伴うため、その化学反応速度に応じた速度にて、変化に追従することとしていた。
【０００５】
一方、上述のように、この種の燃料電池システムでも、発電に伴って発生する熱は貯湯タンクに回収されて、給湯等に利用される。
【０００６】
燃料電池システムが電主運転（電力負荷に対応できるように出力を変化させる運転）を行っている場合、熱出力が大きく、貯湯量が多い場合にはラジエータ等の放熱手段を使用して放熱したり、放熱手段をもたないシステムの場合は運転停止を行ったりする必要がある。即ち、その様なエネルギー的には無駄な処理が実行されている。一方、熱出力が熱負荷に対して不足し貯湯量が足りない場合は、バックアップ機器等を使用して追炊き操作をすることとなる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような電主運転を行う場合には、発電した電気を有効に利用できるように運転が制御され、システム内に蓄熱された蓄熱量やシステムに要求されている熱利用量に関係なく、余剰熱等が発生するため、熱余り、熱不足状態が発生し、熱出力の有効利用が図れない。結果、電気、熱を合わせたエネルギー総合効率の低下を招来する場合が多い。
【０００９】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、更なる省エネルギー化を実現することができるコージェネレーションシステムを提供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、
商用系統から電力を供給される電力負荷に対して、前記商用系統から前記電力負荷に供給される電力を計測する電力負荷計測手段を設け、
熱負荷に対して、前記熱負荷に供給される熱を計測する熱負荷計測手段を設け、
電力と熱とを出力してその出力を調整可能な燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手段を設け、
前記燃料電池で発電された電力をインバータを介して前記電力負荷に供給する構成で、当該燃料電池からの排熱により加熱された湯を蓄える貯湯ユニットと、前記貯湯ユニットに貯湯された湯を介して熱負荷に熱を供給する構成で、
前記電力負荷計測手段、前記インバータの出力値、前記熱負荷計測手段の計測により実電力負荷及び実熱負荷を計測するとともに、前記貯湯ユニットの貯湯状態からシステム内に蓄積される蓄熱量を検出するように構成され、
前記運転制御手段が、要求されている実電力負荷を賄えるように、前記実電力負荷に応じて前記燃料電池の出力を調整する電力負荷追従運転を行うコージェネレーションシステムにおいて、
前記運転制御手段が、
前記蓄熱量が基準値より小さい場合あるいは、前記実熱負荷が大きく熱出力が不足する場合に、実電力負荷の増加に追従した追従応答速度としての出力増加速度を、高速側増加速度としての燃料電池出力の最大増加速度とし、
前記蓄熱量が基準値より大きい場合あるいは、前記実熱負荷が小さく熱出力が余る場合に、前記追従応答速度としての出力増加速度を、前記高速側増加速度より小さい低速側増加速度とする構成とされる。
【００１１】
すなわち、このシステムでは、システム内に蓄積される蓄熱量、時系列的な電力負荷、および、時系列的な熱負荷を計測しているので、熱需要が発生した場合における利用可能な熱量が判明しており、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより、時系列的な熱負荷に対して熱が不足する、あるいは、熱が余る、熱不足状態、熱余り状態の発生が判明している。
【００１２】
一方、追従応答を行う場合の追従応答速度の設定にあって、上記の様に、判明している蓄熱量、熱出力の過不足量に応じた速度の選択が可能で、例えば、熱余り状態が発生すると判断される場合は、追従応答速度を低下させることで、発生する余剰熱量を抑えることが可能となる。
【００１３】
結果、請求項１に記載の発明によれば、総合効率的にみれば、電力出力側、熱出力側、両者のバランスのとれた運転が可能となり、排熱量、補足熱量をできるだけ抑えた運転が可能となる。よって、更なる省エネルギー化を実現することができるコージェネレーションシステムを提供できるに至った。
【００１４】
このシステムは、
商用系統から電力を供給される電力負荷に対して、前記商用系統から前記電力負荷に供給される電力を計測する電力負荷計測手段を設け、
熱負荷に対して、前記熱負荷に供給される熱を計測する熱負荷計測手段を設け、
電力と熱とを出力してその出力を調整可能な燃料電池と、前記燃料電池の運転を制御する運転制御手段を設け、
前記燃料電池で発電された電力をインバータを介して前記電力負荷に供給する構成で、当該燃料電池からの排熱により加熱された湯を蓄える貯湯ユニットと、前記貯湯ユニットに貯湯された湯を介して熱負荷に熱を供給する構成で、
前記電力負荷計測手段、前記インバータの出力値、前記熱負荷計測手段の計測により実電力負荷及び実熱負荷を計測するとともに、前記貯湯ユニットの貯湯状態からシステム内に蓄積される蓄熱量を検出し、
前記運転制御手段が、要求されている実電力負荷を賄えるように、前記実電力負荷に応じて前記燃料電池の出力を調整する電力負荷追従運転を行うコージェネレーションシステムの運転方法として、請求項４に記載されているように、
前記運転制御手段が、
前記蓄熱量が基準値より小さい場合あるいは、前記実熱負荷が大きく熱出力が不足する場合に、実電力負荷の増加に追従した追従応答速度としての出力増加速度を、高速側増加速度としての燃料電池出力の最大増加速度とし、
前記蓄熱量が基準値より大きい場合あるいは、前記実熱負荷が小さく熱出力が余る場合に、前記追従応答速度としての出力増加速度を、前記高速側増加速度より小さい低速側増加速度とする運転を行うこととなる。
【００１５】
前記蓄熱量が基準値より小さい場合あるいは、前記熱負荷が大きく熱出力が不足する場合に、実電力負荷の増加に追従した追従応答速度としての出力増加速度を高速側増加速度としての燃料電池出力の最大増加速度とする。
システム内に蓄積された熱量が小さい、あるいは、熱出力の不足が認められる場合は、熱不足が発生すると判断できる場合であるため、出力増加速度を速くすることで、燃料電池が発生する熱量を増加させる方向に導くことで、熱側のバランスを取ることができる。
【００１６】
前記蓄熱量が基準値より大きい場合あるいは、前記熱負荷が小さく熱出力が余る場合に、前記追従応答速度としての出力増加速度を前記高速側増加速度より小さい低速側増加速度とする。
システム内に蓄積された熱量が大きい、あるいは、熱出力の余剰が認められる場合は、熱余りが発生すると判断できる場合であるため、出力増加速度を遅くすることで、燃料電池が発生する熱量を減少させる方向に導くことで、熱側のバランスを取ることができる。
【００１７】
燃料電池の場合、電主運転が成された場合、電力と熱出力のアンバランスが発生しやすいとともに、燃料電池出力は、例えば、改質器に於ける触媒反応速度、水蒸気発生速度、燃料ガス増減速度、触媒温度の制御応答速度等による律速、燃料電池本体に於ける触媒反応速度、酸化剤ガス増減速度、燃料ガス増減速度、電池温度の制御応答速度等の律速をうける。
そこで、このような燃料電池出力の最大増加速度を限度として、この速度以下の範囲で追従応答速度を変化させることで、熱側のバランスを保つとともに、燃料電池の運転状態を良好に保った運転が実行できる。
【００１８】
さらに、熱出力を貯湯として蓄熱する貯湯タンクを備え、前記システム内に蓄熱される蓄熱量が、前記貯湯タンクに蓄熱される蓄熱量とされる。
この構成にあっては、貯湯タンクを備えることで、蓄熱を貯湯の状態で実行することとなる。そして、貯湯タンク内の湯の状態から、比較的簡便な手法で貯湯量を確認して、その蓄熱量を追従応答速度の設定に利用し、貯湯タンクを備えたシステムの総合効率を高めることができる。
一方、実電力負荷の減少に追従した制御としては、請求項２又は５に記載されているように、前記インバータから電力の供給を受けて余剰電力を熱に変換する電気ヒータを備え、前記電気ヒータの運転状態で、
前記運転制御手段が、
前記蓄熱量が基準値より大きい場合あるいは、前記実熱負荷が小さく熱出力が余る場合に、実電力負荷の減少に追従した追従応答速度としての出力減少速度を、高速側減少速度としての燃料電池出力の最大減少速度とし、
前記蓄熱量が基準値より小さい場合あるいは、前記実熱負荷が大きく熱出力が不足する場合に、前記追従応答速度としての出力減少速度を、前記高速側減少速度より小さい低速側減少速度とすればよい。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、燃料電池により発生される電力が、商用系統に逆流する逆潮流を、システム内に蓄積される熱を発生して電力消費により防止する逆潮流防止機器を備える。
この構成にあっては、逆潮流防止機器を備えることで、システムから発生される電力が外部に逆に流れるのを防止され、システム内で熱の形態で回収される。
結果、有効な熱利用を、総合効率の高い状態で実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
〔システム〕
コージェネレーションシステムは、図１および図２に示すように、熱電併給装置としての燃料電池１と、その燃料電池１にて出力される熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯タンク２への貯湯および熱消費端末３への熱媒供給を行う貯湯ユニット４と、燃料電池１および貯湯ユニット４の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
燃料電池１は、燃料電池本体１０１と燃料ガス改質用の改質器１００を内部に備えており、これら燃料電池本体１０１、改質器１００も運転制御部５からの運転制御を受ける。
【００２１】
〔電力系統〕
前記燃料電池１は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能に構成され、その電力出力側には、系統連係用のインバータ６が設けられ、インバータ６は、燃料電池１の出力電力を商用系統７から供給される電力と同じ電圧および同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統７は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン８を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷９に電気的に接続されている。
【００２２】
インバータ６は、コージェネ用供給ライン１０を介して商業用電力供給ライン８に電気的に接続され、燃料電池１からの発電電力をインバータ６およびコージェネ用供給ライン１０を介して、所定の形態に変換し電力負荷９に供給するように構成されている。
【００２３】
前記商業用電力供給ライン８には、電力負荷９の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１１が設けられている。この電力負荷計測手段１１は、さらに、商業用電力供給ライン８を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ６により燃料電池１から商業用電力供給ライン８に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に変えて回収する電気ヒータ１２に供給されるように構成されている。
【００２４】
前記電気ヒータ１２は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１５の作動により冷却水循環路１３を通流する燃料電池１の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ６の出力側に接続された作動スイッチ１４によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１４は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１２の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１２の消費電力を調整する。
【００２５】
〔熱系統〕
貯湯ユニット４は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク２、湯水循環路１６を通して貯湯タンク２内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ１７、熱源用循環路２０を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末３に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２４、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器２５、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、ファン２７を作動させた状態でのバーナ２８の燃焼により貯湯タンク２内から取り出した湯水および熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる補助加熱用熱交換器２９などを備えて構成されている。
【００２６】
前記湯水循環路１６は、その一部が並列になるように分岐接続され、その接続箇所に三方弁１８が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエター１９が設けられている。
そして、三方弁１８を切り換えることにより、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９を通過するように循環させる状態と、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９をバイパスするように循環させる状態とに切り換えるように構成されている。
【００２７】
前記貯湯用熱交換器２４においては、燃料電池１から出力される熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
前記熱源用熱交換器２５においては、燃料電池１にて出力される熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
そして、補助加熱機構Ｍが、ファン２７、バーナ２８、補助加熱用熱交換器２９により構成されている。
また、熱源用循環路２０には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁４０が設けられている。
【００２８】
前記冷却水循環路１３は、貯湯用熱交換器２４側と熱源用熱交換器２５側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器２４側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器２５側に通流させる冷却水の流量との割合を調整する分流弁３０が設けられている。
【００２９】
分流弁３０は、冷却水循環路１３の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２４側に通流させたり、冷却水循環路１３の冷却水の全量を熱源用熱交換器２５側に通流させることもできるように構成されている。
【００３０】
前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、熱源用熱交換器２５や補助加熱用熱交換器２９にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末３は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
【００３１】
また、貯湯タンク２から取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末３での端末熱負荷を計測する端末熱負荷計測手段３２も設けられている。
【００３２】
〔運転制御部〕
１貯湯ユニット４に備えられる機器の運転制御
運転制御部５は、燃料電池１の運転中には冷却水循環ポンプ１５を作動させる状態で、燃料電池１の運転および冷却水循環ポンプ１５の作動状態を制御するとともに、湯水循環ポンプ１７、熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯タンク２内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末３に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。
【００３３】
ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁４０を閉弁した状態で貯湯タンク２から取り出した湯水を給湯するように構成され、必要に応じて、貯湯タンク２から取り出した湯水を補助加熱機構Ｍにて加熱したり、貯湯タンク２から取り出した湯水に水を混合させて、図外のリモコンにて設定されている給湯設定温度の湯水を給湯するように構成されている。
【００３４】
２燃料電池の運転制御
運転制御部５は、基本的に、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されている。
この目的から、運転制御部５においては、電力負荷・熱負荷および貯湯タンクの貯湯による蓄熱される蓄熱量が監視できるように構成されている。
さらに、本願にあっては、前記電力負荷追従運転において、その追従応答速度を、システム内に蓄積される蓄熱量との関係から決まる追従応答速度とするように、本願独特の構成が採用されている。
【００３５】
２−１電力負荷・熱負荷および蓄熱量の管理
運転制御部５は、時系列的な電力負荷、時系列的な熱負荷、およびシステム内に蓄熱される蓄熱量を監視するように構成されている。
【００３６】
即ち、設定時間帯当たりの実電力負荷、実給湯熱負荷、および、実端末熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段１１およびインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、および、端末熱負荷計測手段３２にて計測して、さらには、設定時間当たりの熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷として、監視可能になっている。
このシステムにあっては、電力負荷、熱負荷が、その瞬時値および設定時間当たりの値として監視される。
【００３７】
一方、システム内に蓄積される蓄熱量は、貯湯タンクの貯湯状態から検出されるように構成されており、成層貯湯を行っている貯湯タンクの高さ方向の温度を検出することにより、このタンク内に蓄熱されている蓄熱量を検出、監視できるように構成されている。この蓄熱量に関しても、その瞬時値および設定時間当たりの値として監視される。
【００３８】
２−２電力負荷変動に対する追従
運転制御部５は、電力負荷計測手段１１の計測値およびインバータ６の出力値に基づいて、現電力負荷を求めて、その現電力負荷を目標値として燃料電池１の出力を、これに追従するように調整するように構成されている。
【００３９】
図３（イ）（ロ）に、現電力負荷変動に対する出力の追従応答状況を示した。これらの図面は、横軸が時間、縦軸が電力負荷を示しており、実線で示すように現電力負荷が第一負荷Ｌ１から、これより高い第二負荷Ｌ２に変化するとともに、さらに、第一負荷Ｌ１に戻った場合の追従状態を示すものである。
【００４０】
本願手法を採用する場合の追従応答を破線で示し、従来手法を採用した場合の応答を一点鎖線で示した。以下、本願の一例として、蓄熱量に応じて変化速度を設定する例に関して説明する。
【００４１】
これらの図において、図３（イ）が比較的蓄熱量が多いとき（Ｑ０＜蓄熱量＜Ｑｍａｘ）の追従応答であり、（ロ）が蓄熱量が少ないとき（０＜蓄熱量＜Ｑ０）の追従応答を示している。
図３（イ）に示す、蓄熱量が確保されている状態では、応答の立ち上がりが従来より遅いものとされており、立ち下がりは、従来同様に迅速に実行されている。
一方、図３（ロ）に示す、蓄熱量が少ない状態では、応答の立ち上がりが従来どおり迅速に行われており、立ち下がりは、従来より遅いものとされている。
【００４２】
２−３追従応答速度の設定のための構成
追従運転を行う場合の追従応答速度の設定に関して、以下詳細に説明する。
前記運転制御部５には、図２に示すように、出力変化速度決定手段５００が備えられている。
この手段５００は、管理されている現蓄熱量に対して、追従における出力の変化速度を設定するための設定指標を備えており、電力負荷に変化が発生した場合に、現蓄熱量から設定される増加側変化速度Ｖ、減少側変化速度Ｕを設定する。
【００４３】
この設定指標を図４（イ）（ロ）に示した。
図４（イ）は変化が増加傾向にある場合の指標であり、図４（ロ）は変化が減少傾向にある場合の指標である。
これらの図にあって、横軸は蓄熱量を縦軸は出力変化速度を示している。
従って、この指標から蓄熱量が決まれば、対応する出力変化速度を求めることができる。
【００４４】
イ増加変化
出力が増加傾向をたどる場合に使用される図４（イ）に示す指標に記載の特性値Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎ，Ｑｍａｘ，Ｑ０は、以下に示す通りである。
ここで、Ｖｍａｘは高速側増加速度の一例であり、Ｖｍｉｎは低速側増加速度の一例であり、Ｑ０は基準値の一例である。この基準値Ｑ０は、増加変化に対するものと減少変化に対するものが規定されるが、増加側と減少側とで異なる値となっていても、問題ない。
【００４５】
【表１】
Ｖｍａｘ；燃料電池の制御応答速度に応じた出力変化速度であり、燃料電池システムが安定に出力変化できる最高の速度である。この速度が、燃料電池出力の最大増加速度となる。従来、この変化速度のみが増加側の変化速度として使用されていた。
Ｖｍｉｍ；出力を増加させる場合の最低増加速度であり、熱需要変化パターン等から決められる。
Ｑｍａｘ；貯湯タンクの最大蓄熱量である。
Ｑ０；熱需要変化パターン等から決められる、変化速度を切り替えるべき閾値となる蓄熱量である。
【００４６】
ロ減少変化
出力が減少傾向をたどる場合に使用される図４（ロ）に示す指標の特性値Ｕｍａｘ，Ｕｍｉｎは、以下に示す通りである。ＱｍａｘとＱ０とは、増加の場合と同様である。ここで、Ｕｍａｘは高速側減少速度の一例であり、Ｕｍｉｎは低速側減少速度の一例である。
【００４７】
【表２】
Ｕｍａｘ；燃料電池の制御応答速度に応じた出力変化速度であり、燃料電池システムが安定に出力変化できる速度である。この速度が、燃料電池出力の最大減少速度となる。従来、この変化速度のみが、減少側の変化速度として採用されていた。
Ｕｍｉｍ；出力を減少させる場合の最低減少速度であり、熱需要変化パターン等から決められる。
Ｑｍａｘ；貯湯タンクの最大蓄熱量である。
Ｑ０；熱需要変化パターン等から決められる、変化速度を切り替えるべき閾値となる蓄熱量である。
【００４８】
２−４出力変化速度の設定
前記出力変化速度決定手段５００は、図４（イ）（ロ）に示される指標に従って、出力変化速度を決定する。この場合、運転制御部５において管理されている蓄熱量が参照される。以下蓄熱量がＱ０以上ある場合と、Ｑ０未満である場合とに分けて、図４（イ）（ロ）を参照しながら説明する。
【００４９】
イ蓄熱量がＱ０以上の場合
蓄熱量は、Ｑ０〜Ｑｍａｘの間にあるため、図４（イ）（ロ）から判明するように、増加側の変化速度はＶｍｉｎに、減少側の変化速度はＵｍａｘとされる。
この状況が、図３（イ）に関して先に説明した状況である。
従って、負荷増加に対して、従来方法の変化速度であるＶｍａｘよりも出力変化をゆっくり変化させることとなり出力増加時の排熱量が従来方法より少なくでき、熱余り状態を低減できる。
【００５０】
ロ蓄熱量がＱ０未満の場合
蓄熱量は、０〜Ｑ０の間にあるため、図４（イ）（ロ）から判明するように、増加側の変化速度はＶｍａｘに、減少側の変化速度はＵｍｉｎとされる。
この状況が、図３（ロ）に関して先に説明した状況である。
負荷減少に対して、従来方法の変化速度であるＵｍａｘよりも出力変化をゆっくり変化させているため出力減少時の熱出力量が従来方法より多くなり、さらに逆潮防止ヒーターの熱量も多くなるため、熱不足状態を補える。
【００５１】
ここで、燃料電池システムの発電効率および熱効率を合わせると（総合効率)、通常７０〜８０％あるため、発電した電気を逆潮防止用の電気ヒーターで熱として回収しても、バックアップボイラー（効率７０〜８０％）で追炊きしても、効率的には違いがない。
【００５２】
従って、上記構成では、追従制御の応答速度を蓄熱量に応じたものとするため、システムの総合効率を上昇させることが可能となる。
【００５３】
〔別実施の形態〕
以下、本願の別実施例に関して説明する。
（１）上記の実施の形態では、貯湯タンクに蓄熱された蓄熱量に対して出力変化速度の変更設定を実行する場合を説明したが、蓄熱量を貯湯タンクの高さ方向の温度レベル変化から判断するものとしたり、熱需要量に従って、変化速度を設定するものとしてもよい。即ち、運転制御部５において監視されている、設定時間当たりの電力負荷、熱負荷等に基づいて、実際に発生されている熱出力との関係から、その過不足状態を求め、反応速度をこの過不足との関係から決定してもよい。
【００５４】
（２）また、蓄熱量の閾値をＱ０と１点で出力変化速度を変更する例を示したが、図４に対応させて図５（イ）（ロ）に示すように、閾値を２点（Ｑｈ、Ｑｌ）として出力変化速度を設定することも可能である。
【００５５】
この場合、Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎ、Ｕｍａｘ、Ｕｍｉｎ、Ｑｍａｘは先に図４で説明したと同様な特性値である。そして、Ｑｈ、Ｑｌは、熱需要変化パターン等から決められることとなる。この場合も、Ｑｈ、Ｑｌは、基準値の例となる。
この場合も、増加側と減少側とで基準値を異ならせてもよい。
【００５６】
さらに、このような基準値、高速側増加速度、低速側増加速度、高速側減少速度、低速側減少速度は、現状、システムが保持している増加速度、減少速度に対して、蓄熱量との関係、熱余り状態、熱不足状態との関係から逐次的に、それより高速側もしくは低速側に変更設定できるものとしておいてもよい。
【００５７】
（３）上記の実施の形態では、システム内に蓄積される蓄熱量に応じて変化速度を設定する例を示したが、本願にあっては、電力負荷、熱負荷が監視されており、変化速度の設定は、熱余り、熱不足状態の解消にあるため、これら負荷に応じて、熱余り、熱不状態を判断し、その判断に基づいて変化速度を適宜設定するものとしてもよい。
（４）上記の実施形態では、貯湯タンク２に加えて、熱消費端末３を設けて、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷としたコージェネレーションシステムを例示したが、熱消費端末３を設けずに、給湯熱負荷を熱負荷とするコージェネレーションシステムとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】コージェネレーションシステムの概略構成図
【図２】運転制御部の機能ブロック図
【図３】本願の出力の追従状態を示す図
【図４】蓄熱量と出力変化速度の設定指標を示す図
【図５】別実施の形態の蓄熱量と出力変化速度の設定指標を示す図
【符号の説明】
１燃料電池
２貯湯タンク
５運転制御[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is provided with a combined heat and power device (specifically, a fuel cell) that can output power and heat and adjust the output, and an operation control means for controlling the operation of the combined heat and power device,
The present invention relates to a cogeneration system that performs a power load following operation in which the operation control means adjusts the output of the cogeneration device according to the power load so as to cover the required power load.
[0002]
[Prior art]
The cogeneration system as described above includes a fuel cell, can consume power output from the fuel cell, and appropriately recover and use the output heat.
[0003]
That is, the operation control means adjusts the output of the fuel cell so as to cover the power load, and performs the power load following operation, but if there is a heat demand, the heat output is turned to the heat consumption and the heat demand is reduced. If not, heat recovery is performed or heat is dissipated (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
In a fuel cell system including a fuel cell, an electric output is made to follow an electric load or a heat load continuously or stepwise. Conventionally, when an output change occurs in the fuel cell system, a fuel reforming reaction is accompanied in the reformer, so that the change is followed at a speed corresponding to the chemical reaction speed.
[0005]
On the other hand, as described above, also in this type of fuel cell system, the heat generated by the power generation is recovered in the hot water storage tank and used for hot water supply or the like.
[0006]
When the fuel cell system is in main operation (operation to change the output so that it can respond to the power load), if the heat output is large and the amount of hot water stored is large, heat is dissipated using a radiator or other heat dissipating means. In the case of a system that does not have heat dissipation means, it is necessary to stop the operation. In other words, such wasteful processing is executed. On the other hand, when the heat output is insufficient with respect to the heat load and the amount of stored hot water is insufficient, a supplementary cooking operation is performed using a backup device or the like.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-258293 A
[Problems to be solved by the invention]
When performing such main operation, the operation is controlled so that the generated electricity can be used effectively, regardless of the amount of heat stored in the system or the amount of heat required by the system. Since heat and the like are generated, excess heat and insufficient heat occur, and the heat output cannot be effectively used. As a result, there are many cases where the total energy efficiency of electricity and heat is lowered.
[0009]
This invention is made paying attention to this point, and the objective is to provide the cogeneration system which can implement | achieve further energy saving.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, according to the invention described in claim 1,
A power load measuring means for measuring the power supplied from the commercial system to the power load is provided for the power load supplied with power from the commercial system,
A heat load measuring means for measuring heat supplied to the heat load is provided for the heat load,
A fuel cell capable of outputting electric power and heat and adjusting its output, and an operation control means for controlling the operation of the fuel cell ;
The power generated by the fuel cell is supplied to the power load via an inverter, and a hot water storage unit that stores hot water heated by exhaust heat from the fuel cell, and hot water stored in the hot water storage unit. To supply heat to the heat load,
The power load measuring means, the output value of the inverter, and the heat load measuring means measure the actual power load and the actual heat load, and detect the amount of heat stored in the system from the hot water storage state of the hot water storage unit. Configured as
In the cogeneration system that performs power load following operation that adjusts the output of the fuel cell according to the actual power load so that the operation control means can cover the required actual power load,
The operation control means is
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output increase speed as the follow-up response speed following the increase in the actual power load is set to the fuel as the high speed side increase speed. The maximum increase rate of battery output
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the output increase speed as the follow-up response speed is set to a low speed side increase speed smaller than the high speed side increase speed ; Is done.
[0011]
In other words , this system measures the amount of heat stored in the system, time-series power load, and time-series heat load, so the amount of heat that can be used when heat demand occurs is found. By performing the power load following operation for the time series power load, the heat is insufficient for the time series heat load, or the heat is excessive, the heat is insufficient, the heat is excessive Occurrence is known.
[0012]
On the other hand, in the setting of the follow-up response speed when performing the follow-up response, as described above, it is possible to select the speed according to the known heat storage amount and excess / shortage amount of heat output, for example, the state of excess heat In the case where it is determined that the occurrence of this occurs, it is possible to suppress the surplus heat generated by reducing the follow-up response speed.
[0013]
As a result, according to the first aspect of the invention, in terms of overall efficiency, a balanced operation between the power output side, the heat output side, and both is possible, and an operation with the exhaust heat amount and the supplementary heat amount suppressed as much as possible. It becomes possible. Thus, a cogeneration system that can realize further energy saving can be provided.
[0014]
This system
A power load measuring means for measuring the power supplied from the commercial system to the power load is provided for the power load supplied with power from the commercial system,
A heat load measuring means for measuring heat supplied to the heat load is provided for the heat load,
A fuel cell capable of outputting electric power and heat and adjusting its output, and an operation control means for controlling the operation of the fuel cell ;
The power generated by the fuel cell is supplied to the power load via an inverter, and a hot water storage unit that stores hot water heated by exhaust heat from the fuel cell, and hot water stored in the hot water storage unit. To supply heat to the heat load,
The power load measuring means, the output value of the inverter, and the heat load measuring means measure the actual power load and the actual heat load, and detect the amount of heat stored in the system from the hot water storage state of the hot water storage unit. ,
Said operation control means, so that can cover the actual power load being requested, as a method of operating a cogeneration system for power load following operation for adjusting the output of the fuel cell in accordance with the actual power load, according to claim 4 As described in
The operation control means is
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output increase speed as the follow-up response speed following the increase in the actual power load is set to the fuel as the high speed side increase speed. The maximum increase rate of battery output
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is surplus, the output increasing speed as the follow-up response speed is set to a low speed increasing speed smaller than the high speed increasing speed. Will be done.
[0015]
Or if prior Symbol heat storage amount is smaller than the reference value, when the thermal load is large heat output is insufficient, the fuel cell output increase rate of the follow-up response time that follows the increase of the actual power load as the high-speed increase rate The maximum increase rate of output .
If the amount of heat stored in the system is small or if there is a shortage of heat output, it can be determined that heat shortage will occur.Therefore, by increasing the output increase rate, the amount of heat generated by the fuel cell can be reduced. By guiding in the direction of increasing, it is possible to balance the heat side.
[0016]
Or if prior Symbol quantity of thermal storage is greater than the reference value, when the heat load heat output left over small, the output increasing rate as the follow-up response time and the high-speed side increase rate is smaller than the low-speed side increasing speed.
If the amount of heat accumulated in the system is large or if there is a surplus of heat output, it can be determined that there is a heat surplus, so reducing the output increase rate reduces the amount of heat generated by the fuel cell. By guiding in the direction of decreasing, it is possible to balance the heat side.
[0017]
For fuel cells, if the conductive main operation has been made, with the imbalance of power and heat output is likely to occur, the fuel cell output is, for example, in catalytic rate into the reformer, the steam generation rate, fuel The rate is controlled by the rate of increase / decrease of gas, control response rate of catalyst temperature, the rate of catalyst reaction in the fuel cell body, rate of increase / decrease of oxidant gas, rate of increase / decrease of fuel gas, control response rate of cell temperature, etc.
Therefore, by changing the follow-up response speed in a range below this speed, with the maximum increase speed of the fuel cell output as the limit, the balance on the heat side is maintained, and the operation state of the fuel cell is maintained well. Can be executed.
[0018]
Furthermore, a hot water storage tank is provided that stores heat using the heat output as hot water storage, and the heat storage amount stored in the system is the heat storage amount stored in the hot water storage tank.
In this configuration, by providing a hot water storage tank, heat storage is performed in the state of hot water storage. And the amount of hot water can be confirmed by a relatively simple method from the state of hot water in the hot water storage tank, and the heat storage amount can be used for setting the follow-up response speed, thereby improving the overall efficiency of the system equipped with the hot water tank. it can.
On the other hand, as the control following the decrease in the actual power load, as described in claim 2 or 5, an electric heater that receives supply of electric power from the inverter and converts surplus electric power into heat is provided. With the heater operating,
The operation control means is
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the output decrease speed as the follow-up response speed following the decrease in the actual power load is set to the fuel cell as the high speed side decrease speed. The maximum rate of decrease in output,
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output decrease speed as the follow-up response speed is set to a low speed side decrease speed smaller than the high speed side decrease speed. Good.
[0019]
According to the third aspect of the present invention, there is provided the reverse power flow prevention device for preventing the reverse power flow generated by the fuel cell from flowing back to the commercial system and generating the heat accumulated in the system to prevent the power consumption. Prepare.
In this configuration, by providing the reverse power flow prevention device, the electric power generated from the system is prevented from flowing backward to the outside and is recovered in the form of heat in the system.
As a result, effective heat utilization can be realized with a high overall efficiency.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A cogeneration system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
〔system〕
As shown in FIGS. 1 and 2, the cogeneration system recovers heat output from the fuel cell 1 as a combined heat and power supply device and the fuel cell 1 with cooling water, and uses the cooling water. , A hot water storage unit 4 for storing hot water in the hot water storage tank 2 and supplying a heat medium to the heat consuming terminal 3, an operation control unit 5 as an operation control means for controlling the operation of the fuel cell 1 and the hot water storage unit 4, and the like. Yes.
The fuel cell 1 includes a fuel cell main body 101 and a reformer 100 for fuel gas reforming inside, and the fuel cell main body 101 and the reformer 100 also receive operation control from the operation control unit 5.
[0021]
[Power system]
The fuel cell 1 is configured to be able to output electric power and heat and adjust its output. On the power output side, an inverter 6 for system linkage is provided, and the inverter 6 is output power of the fuel cell 1. Is configured to have the same voltage and the same frequency as the electric power supplied from the commercial system 7.
The commercial system 7 is, for example, a single-phase three-wire system 100/200 V, and is electrically connected to a power load 9 such as a television, a refrigerator, or a washing machine via a commercial power supply line 8.
[0022]
The inverter 6 is electrically connected to the commercial power supply line 8 via the cogeneration supply line 10, and converts the generated power from the fuel cell 1 into a predetermined form via the inverter 6 and the cogeneration supply line 10. The power load 9 is configured to be supplied.
[0023]
The commercial power supply line 8 is provided with power load measuring means 11 for measuring the load power of the power load 9. The power load measuring means 11 is further configured to detect whether or not a reverse power flow occurs in the current flowing through the commercial power supply line 8.
The electric power supplied from the fuel cell 1 to the commercial power supply line 8 is controlled by the inverter 6 so that a reverse power flow does not occur, and the surplus power of the generated power is recovered by converting the surplus power into heat. It is configured to be supplied to the heater 12.
[0024]
The electric heater 12 is composed of a plurality of electric heaters, and is provided so as to heat the cooling water of the fuel cell 1 flowing through the cooling water circulation path 13 by the operation of the cooling water circulation pump 15, and is connected to the output side of the inverter 6. ON / OFF is switched by the actuated switch 14.
Moreover, the operation switch 14 adjusts the power consumption of the electric heater 12 according to the magnitude | size of surplus electric power so that the power consumption of the electric heater 12 becomes large, so that the magnitude | size of surplus electric power becomes large.
[0025]
[Thermal system]
The hot water storage unit 4 circulates hot water for heat source through a hot water storage tank 2 for storing hot water in a state where temperature stratification is formed, a hot water circulation pump 17 for circulating hot water in the hot water storage tank 2 through a hot water circulation path 16, and a heat source circulation path 20. A heat source circulation pump 21 for heating, a heat medium circulation pump 23 for circulating and supplying the heat medium to the heat consuming terminal 3 through the heat medium circulation path 22, a hot water storage heat exchanger 24 for heating hot water flowing through the hot water circulation path 16, and a heat source The heat source heat exchanger 25 for heating the hot water for the heat source flowing through the circulation path 20, the heat exchanger for heat medium heating 26 for heating the heat medium flowing through the heating medium circulation path 22, and the fan 27 were operated. It is configured to include an auxiliary heating heat exchanger 29 that heats the hot water taken out from the hot water storage tank 2 by the combustion of the burner 28 and the heat source hot water flowing through the heat source circulation path 20.
[0026]
The hot water circulation path 16 is branched and connected so that a part thereof is in parallel, a three-way valve 18 is provided at the connection location, and a radiator 19 is provided in the branched flow path. Yes.
Then, by switching the three-way valve 18, the hot water taken out from the lower part of the hot water storage tank 2 is circulated so as to pass through the radiator 19, and the hot water taken out from the lower part of the hot water storage tank 2 is circulated so as to bypass the radiator 19. It is comprised so that it may switch to the state to be made to.
[0027]
The hot water storage heat exchanger 24 is configured to heat the hot water flowing through the hot water circulation path 16 by flowing the cooling water of the cooling water circulation path 13 that has recovered the heat output from the fuel cell 1. Has been.
In the heat source heat exchanger 25, the heat source hot water flowing through the heat source circulation path 20 is heated by flowing the cooling water in the cooling water circulation path 13 that collects the heat output from the fuel cell 1. It is configured to let you.
The auxiliary heating mechanism M includes a fan 27, a burner 28, and an auxiliary heating heat exchanger 29.
Further, the heat source circulation path 20 is provided with a heat source intermittent valve 40 for intermittently flowing the heat source hot water.
[0028]
The cooling water circulation path 13 is branched into a hot water storage heat exchanger 24 side and a heat source heat exchanger 25 side, and the flow rate of the cooling water to be passed to the hot water storage heat exchanger 24 side and the heat source use are branched at the branch points. A diversion valve 30 is provided that adjusts the ratio of the flow rate of the cooling water that flows to the heat exchanger 25 side.
[0029]
The diversion valve 30 allows the entire amount of the cooling water in the cooling water circulation path 13 to flow to the hot water storage heat exchanger 24 side, or allows the entire amount of the cooling water in the cooling water circulation path 13 to flow to the heat source heat exchanger 25 side. Also configured to be able to.
[0030]
In the heat exchanger for heat medium heating 26, the hot water for the heat source heated by the heat exchanger for heat source 25 and the heat exchanger for auxiliary heating 29 is allowed to flow, thereby flowing through the heat medium circulation path 22. The heating medium is configured to be heated.
The said heat consumption terminal 3 is comprised by heating terminals, such as a floor heating apparatus and a bathroom heating apparatus.
[0031]
Further, a hot water supply load measuring means 31 for measuring a hot water supply thermal load when hot water supplied from the hot water storage tank 2 is supplied, and a terminal thermal load measuring means 32 for measuring the terminal heat load at the heat consuming terminal 3 are also provided. ing.
[0032]
(Operation control unit)
1 Operation control of equipment provided in hot water storage unit 4 The operation control unit 5 controls the operation of the fuel cell 1 and the operation state of the cooling water circulation pump 15 while the cooling water circulation pump 15 is operated during the operation of the fuel cell 1. At the same time, the hot water circulation pump 17, the heat source circulation pump 21, and the heat medium circulation pump 23 are controlled so as to store hot water in the hot water storage tank 2 and supply the heat medium to the heat consuming terminal 3. It is comprised so that the heat-medium supply operation to perform may be performed.
[0033]
Incidentally, when hot water is supplied, the hot water taken out from the hot water storage tank 2 is supplied with the heat source intermittent valve 40 closed, and the hot water taken out from the hot water storage tank 2 is supplied to the auxiliary heating mechanism M as needed. The hot water is heated or mixed with hot water taken out from the hot water storage tank 2 to supply hot water at a hot water supply set temperature set by a remote controller (not shown).
[0034]
2 Operation Control of Fuel Cell The operation control unit 5 is basically configured to perform a power load following operation that adjusts the output of the fuel cell 1 so as to cover the currently requested current power load.
For this purpose, the operation control unit 5 is configured to be able to monitor the amount of heat stored by the power load / heat load and the hot water stored in the hot water storage tank.
Furthermore, in the present application, in the power load following operation, a unique configuration of the present application is adopted so that the following response speed is determined as a following response speed determined from the relationship with the amount of heat stored in the system. Yes.
[0035]
2-1 Management of electric power load / heat load and heat storage amount The operation control unit 5 is configured to monitor a time series power load, a time series heat load, and a heat storage amount stored in the system. Yes.
[0036]
That is, the actual power load, the actual hot water supply thermal load, and the actual terminal thermal load per set time period are respectively set as the output value of the power load measuring means 11 and the inverter 6, the hot water supply thermal load measuring means 31, and the terminal thermal load. It is possible to monitor by measuring by the measuring means 32 and further using the heat load per set time as the hot water supply heat load and the terminal heat load.
In this system, power load and heat load are monitored as instantaneous values and values per set time.
[0037]
On the other hand, the amount of heat stored in the system is configured to be detected from the hot water storage state of the hot water storage tank, and this tank is detected by detecting the temperature in the height direction of the hot water storage tank performing stratified hot water storage. It is comprised so that the amount of heat storage currently stored in the inside can be detected and monitored . This heat storage amount is also monitored as an instantaneous value and a value per set time.
[0038]
2-2 Follow-up to power load fluctuation The operation control unit 5 obtains the current power load based on the measured value of the power load measuring means 11 and the output value of the inverter 6, and uses the current power load as a target value for the fuel cell 1. Is adjusted so as to follow this output.
[0039]
FIGS. 3 (a) and 3 (b) show output follow-up response situations with respect to current power load fluctuations. In these drawings, the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates power load. As indicated by the solid line, the current power load changes from the first load L1 to the second load L2 higher than the first load L1. The following state when returning to one load L1 is shown.
[0040]
The tracking response when the method of the present application is adopted is indicated by a broken line, and the response when the conventional method is adopted is indicated by a one-dot chain line. Hereinafter, as an example of the present application, an example in which the change rate is set according to the heat storage amount will be described.
[0041]
In these figures, FIG. 3 (a) is a follow-up response when the heat storage amount is relatively large (Q0 <heat storage amount <Qmax), and (b) when the heat storage amount is small (0 <heat storage amount <Q0). The following response is shown.
In the state where the amount of heat storage shown in FIG. 3 (a) is secured, the rise of the response is assumed to be slower than before, and the fall is performed quickly as in the prior art.
On the other hand, in the state shown in FIG. 3 (b) where the amount of stored heat is small, the response rises quickly as usual, and the fall is slower than before.
[0042]
2-3 Configuration for Setting Follow-up Response Speed The following describes in detail the setting of the follow-up response speed when performing the follow-up operation.
As shown in FIG. 2, the operation control unit 5 is provided with output change speed determining means 500.
This means 500 is provided with a setting index for setting the rate of change of output in the follow-up with respect to the managed current heat storage amount, and is set from the current heat storage amount when a change occurs in the power load. Increase side change speed V and decrease side change speed U are set.
[0043]
This setting index is shown in FIGS.
4A is an index when the change is increasing, and FIG. 4B is an index when the change is decreasing.
In these figures, the horizontal axis indicates the amount of heat storage and the vertical axis indicates the output change rate.
Therefore, if the amount of heat storage is determined from this index, the corresponding output change speed can be obtained.
[0044]
(B) Increase change Characteristic values Vmax, Vmin, Qmax, and Q0 described in the index shown in FIG. 4 (a) used when the output follows an increasing tendency are as follows.
Here, Vmax is an example of a high-speed side increase speed, Vmin is an example of a low-speed side increase speed, and Q0 is an example of a reference value. The reference value Q0 is defined for an increase change and a decrease change, but there is no problem even if the reference value Q0 is different between the increase side and the decrease side.
[0045]
[Table 1]
Vmax is an output change speed according to the control response speed of the fuel cell, and is the maximum speed at which the output of the fuel cell system can be changed stably. This speed becomes the maximum increase speed of the fuel cell output. Conventionally, only this change rate has been used as an increase side change rate.
Vmim; the minimum rate of increase when the output is increased, and is determined from the heat demand change pattern or the like.
Qmax is the maximum heat storage amount of the hot water storage tank.
Q0: The amount of heat storage that is determined from the heat demand change pattern or the like and serves as a threshold for switching the change rate.
[0046]
(B) Decreasing change The characteristic values Umax and Umin of the index shown in FIG. 4 (b) used when the output follows a decreasing tendency are as follows. Qmax and Q0 are the same as in the increase case. Here, Umax is an example of a high speed side decrease rate, and Umin is an example of a low speed side decrease rate.
[0047]
[Table 2]
Umax: an output change speed corresponding to the control response speed of the fuel cell, and a speed at which the fuel cell system can stably change the output. This speed becomes the maximum decrease speed of the fuel cell output. Conventionally, only this change rate has been adopted as the change rate on the decrease side.
Umim is the minimum rate of decrease when the output is decreased, and is determined from the heat demand change pattern or the like.
Qmax is the maximum heat storage amount of the hot water storage tank.
Q0: The amount of heat storage that is determined from the heat demand change pattern or the like and serves as a threshold for switching the change rate.
[0048]
2-4 Setting of Output Change Speed The output change speed determining means 500 determines the output change speed according to the indexes shown in FIGS. In this case, the heat storage amount managed in the operation control unit 5 is referred to. Hereinafter, the case where the heat storage amount is Q0 or more and the case where it is less than Q0 will be described separately with reference to FIGS.
[0049]
When the heat storage amount is Q0 or more Since the heat storage amount is between Q0 and Qmax, the change rate on the increase side is Vmin and the change rate on the decrease side is as shown in FIGS. Umax.
This situation is the situation described above with reference to FIG.
Therefore, as the load increases, the output change is changed more slowly than Vmax, which is the change speed of the conventional method, so that the amount of exhaust heat when the output is increased can be reduced compared to the conventional method, and the excess heat state can be reduced.
[0050]
B When the heat storage amount is less than Q0 Since the heat storage amount is between 0 and Q0, the change rate on the increase side is Vmax and the change rate on the decrease side is as shown in FIGS. Umin.
This situation is the situation described above with reference to FIG.
Because the output change is changed more slowly than the Umax, which is the change speed of the conventional method, with respect to the load reduction, the amount of heat output at the time of output reduction is larger than that of the conventional method, and the heat amount of the backflow prevention heater is also increased. To compensate for the lack of heat.
[0051]
Here, when the power generation efficiency and thermal efficiency of the fuel cell system are combined (total efficiency), it is usually 70 to 80%. Therefore, even if the generated electricity is recovered as heat with an electric heater for preventing backflow, a backup boiler (efficiency) 70-80%), there is no difference in efficiency.
[0052]
Therefore, in the above configuration, the response speed of the follow-up control is set according to the heat storage amount, so that the overall efficiency of the system can be increased.
[0053]
[Another embodiment]
Hereinafter, another embodiment of the present application will be described.
(1) In the above embodiment, the case where the change setting of the output change rate is executed for the heat storage amount stored in the hot water storage tank has been described. However, the heat storage amount is calculated from the temperature level change in the height direction of the hot water storage tank. It may be determined or the rate of change may be set according to the amount of heat demand. That is, based on the power load per set time monitored by the operation control unit 5, the heat load, etc., the excess / deficiency state is obtained from the relationship with the actually generated heat output, and the reaction rate is calculated as follows. It may be determined from the relationship between excess and deficiency.
[0054]
(2) Moreover, although the example which changes the output change speed by Q0 and the threshold value of the heat storage amount is shown as 1 point, as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) corresponding to FIG. It is also possible to set the output change speed as (Qh, Ql).
[0055]
In this case, Vmax, Vmin, Umax, Umin, and Qmax are characteristic values similar to those described above with reference to FIG. And Qh and Ql are determined from a heat demand change pattern or the like. Also in this case, Qh and Ql are examples of reference values.
Also in this case, the reference value may be different between the increase side and the decrease side.
[0056]
Furthermore, the reference value, the high speed side increase speed, the low speed side increase speed, the high speed side decrease speed, and the low speed side decrease speed are the current storage amount with respect to the increase speed and the decrease speed maintained by the system. It may be possible to change the setting to the higher speed side or the lower speed side sequentially from the relationship, the excess heat state, and the insufficient heat state.
[0057]
(3) In the above embodiment, an example in which the change rate is set according to the amount of heat stored in the system is shown. However, in the present application, the power load and the heat load are monitored , and the change is changed. Since the setting of the speed is to eliminate the excessive heat and insufficient heat state, it is possible to determine the excessive heat and the unheated state according to these loads, and to appropriately set the changing speed based on the determination.
(4) In the above embodiment, the cogeneration system in which the heat consumption terminal 3 is provided in addition to the hot water storage tank 2 and the heat load is the hot water supply heat load and the terminal heat load is illustrated, but the heat consumption terminal 3 is provided. It is good also as a cogeneration system which uses a hot water supply heat load as a heat load.
[Brief description of the drawings]
[Fig. 1] Schematic configuration diagram of cogeneration system [Fig. 2] Functional block diagram of operation control unit [Fig. 3] Diagram showing output follow-up state of this application [Fig. 4] Setting index of heat storage amount and output change rate FIG. 5 is a diagram showing the setting index of the amount of heat storage and the output change rate according to another embodiment.
1 Fuel cell 2 Hot water storage tank 5 Operation control

Claims

A power load measuring means for measuring the power supplied from the commercial system to the power load is provided for the power load supplied with power from the commercial system,
A heat load measuring means for measuring heat supplied to the heat load is provided for the heat load,
A fuel cell capable of outputting electric power and heat and adjusting the output, and an operation control means for controlling the operation of the fuel cell ;
The power generated by the fuel cell is supplied to the power load via an inverter, and a hot water storage unit that stores hot water heated by exhaust heat from the fuel cell, and hot water stored in the hot water storage unit. And supplying heat to the heat load,
The power load measuring means, the output value of the inverter, and the heat load measuring means measure the actual power load and the actual heat load, and detect the amount of heat stored in the system from the hot water storage state of the hot water storage unit. Configured as
The operation control means is a cogeneration system that performs power load following operation that adjusts the output of the fuel cell according to the actual power load so as to cover the required actual power load,
The operation control means is
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output increase speed as the follow-up response speed following the increase in the actual power load is set to the fuel as the high speed side increase speed. The maximum increase rate of battery output
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the cogeneration is performed so that the output increase speed as the follow-up response speed is a low speed side increase speed smaller than the high speed side increase speed. system.

An electric heater that receives supply of electric power from the inverter and converts surplus electric power into heat, and in an operating state of the electric heater,
The operation control means is
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the output decrease speed as the follow-up response speed following the decrease in the actual power load is set to the fuel cell as the high speed side decrease speed. The maximum rate of decrease in output,
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output decrease speed as the follow-up response speed is set to a low speed side decrease speed smaller than the high speed side decrease speed. Item 1. A cogeneration system according to item 1 .

The cogeneration system according to claim 1 or 2, further comprising a reverse power flow prevention device that prevents a reverse power flow in which the power generated by the fuel cell flows back to the commercial system by a power consumption that generates heat accumulated in the system. system.

A power load measuring means for measuring the power supplied from the commercial system to the power load is provided for the power load supplied with power from the commercial system ,
A heat load measuring means for measuring heat supplied to the heat load is provided for the heat load,
A fuel cell capable of outputting electric power and heat and adjusting the output, and an operation control means for controlling the operation of the fuel cell ;
The power generated by the fuel cell is supplied to the power load via an inverter, and a hot water storage unit that stores hot water heated by exhaust heat from the fuel cell, and hot water stored in the hot water storage unit. To supply heat to the heat load,
The power load measuring means, the output value of the inverter, and the heat load measuring means measure the actual power load and the actual heat load, and detect the amount of heat stored in the system from the hot water storage state of the hot water storage unit. ,
The operation control means is a method of operating a cogeneration system that performs power load following operation that adjusts the output of the fuel cell according to the actual power load so as to cover the required actual power load,
The operation control means is
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output increase speed as the follow-up response speed following the increase in the actual power load is set to the fuel as the high speed side increase speed. The maximum increase rate of battery output
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the cogeneration is performed so that the output increase speed as the follow-up response speed is a low speed side increase speed smaller than the high speed side increase speed. How to operate the system.

An electric heater that receives supply of electric power from the inverter and converts surplus electric power into heat, and in an operating state of the electric heater,
The operation control means is
When the heat storage amount is larger than a reference value, or when the actual heat load is small and the heat output is excessive, the output decrease speed as the follow-up response speed following the decrease in the actual power load is set to the fuel cell as the high speed side decrease speed. The maximum rate of decrease in output,
When the heat storage amount is smaller than a reference value, or when the actual heat load is large and the heat output is insufficient, the output decrease speed as the follow-up response speed is set to a low speed side decrease speed smaller than the high speed side decrease speed. Item 5. A cogeneration system operation method according to Item 4 .