自己完結型熱電供給システムおよび自己完結型熱電供給方法
（書誌＋要約＋請求の範囲）
(19)【発行国】日本国特許庁（ＪＰ）
(12)【公報種別】公開特許公報（Ａ）
(11)【公開番号】特開平１１−１５５２４４
(43)【公開日】平成１１年（１９９９）６月８日
(54)【発明の名称】自己完結型熱電併給システムおよび自己完結型熱電併給方法
(51)【国際特許分類第６版】
H02J 15/00
F25B 27/02
H02J 3/32
7/34
【ＦＩ】
H02J 15/00 D
F25B 27/02 K
H02J 3/32
7/34 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】１２
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】１２
(21)【出願番号】特願平９−３２１６５３
(22)【出願日】平成９年（１９９７）１１月２１日
(71)【出願人】
【識別番号】００００００２８４
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号
(72)【発明者】
【氏名】藤本 宏之
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】山本 浩
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】嘉数 隆敬
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】菊田 治夫
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 富徳
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内
(74)【代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎
(57)【要約】
【課題】 システム全体の効率を図るとともに、設備容量を低減することができる自己完結型熱電併給システムおよび自己完結型熱電併給方法を提供することである。
【解決手段】 電力負荷１０に供給される交流電力を生成する交流発電機２と、交流発電機２を駆動するガスタービン３と、ガスタービン３の排熱を回収する排熱回収手段２２と、電力を蓄える蓄電池４と、交流発電機２からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ１２と、蓄電池４からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１４と、インバータ１４およびコンバータ１２を制御する制御手段とを含む自己完結型熱電併給システムおよびこのシステムを用いる自己完結型熱電併給方法。制御手段は、電力負荷１０の消費電力が交流発電機２の特定出力より小さいとき交流発電機２からの余剰電力を蓄電池４に蓄え、電力負荷１０の電力消費量が前記特定出力を超えると不足電力を蓄電池４に蓄えられた電力で補給する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電力負荷に電力を供給する発電機と、発電機を駆動する熱機関と、熱機関で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給システムにおいて、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給システム。
【請求項２】 前記発電機が交流発電機または直流発電機であることを特徴とする請求項１記載の自己完結型併給システム。
【請求項３】 前記熱機関が燃料ガスを利用するガスタービンであることを特徴とする請求項１または２記載の自己完結型熱電併給システム。
【請求項４】 電力負荷に電力を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給システムにおいて、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給システム。
【請求項５】 前記排熱回収手段が、吸収式冷凍機と温水ボイラとを含み、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請求項１〜４のいずれかに記載の自己完結型熱電併給システム。
【請求項６】 電力負荷に供給される電力を発生する発電機を熱機関の軸出力によって駆動し、熱機関からの排熱を排熱回収手段によって回収する自己完結型熱電併給方法において、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給することを特徴とする自己完結型熱電併給方法。
【請求項７】 電力負荷に供給される電力を発生する燃料電池を稼動し、燃料電池からの排熱を排熱回収手段によって回収する自己完結型熱電併給方法において、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給することを特徴とすることを特徴とする自己完結型熱電併給方法。
【請求項８】 電力負荷に供給される交流電力を発生する交流発電機と、電力を蓄える蓄電池と、交流発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータおよび前記コンバータを制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、電力負荷の消費電力が交流発電機の特定出力未満のとき交流発電機からの交流電力の一部を前記蓄電池に蓄えるために前記コンバータを作動させ、電力負荷の消費電力が前記特定出力を超えるとき前記蓄電池に蓄えられた電力を電力負荷に供給するために前記インバータを作動させることを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項９】 電力負荷に供給される電力を発生する直流発電機と、電力を蓄える蓄電池と、前記直流発電機および前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力負荷の消費電力が直流発電機の特定出力未満のとき、直流発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が直流発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１０】 直流の電力負荷に供給される電力を発生する直流発電機と、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が直流発電機の特定出力未満のとき、直流発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が直流発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１１】 電力負荷に供給される電力を発生する燃料電池と、電力を蓄える蓄電池と、前記燃料電池および前記蓄電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段を含むことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１２】 直流の電力負荷に供給される電力を発生する燃料電池と、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段を含むことを特徴とする電力貯蔵装置。
詳細な説明
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、熱電併給システム（一般にはコージェネシステムともいう）において、他から電力の供給を受けない自己完結型熱電併給システムおよび自己完結型熱電併給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】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、発電機を駆動する熱機関から排出される排ガスの保有する熱エネルギが排熱として回収されて有効に利用されるので、エネルギの利用効率が高い。
【０００３】従来用いられている熱電併給システムは、電力負荷の消費電力に応じて発電機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機を設けている。そして消費電力が少ないときには、発電機は少ない負荷で運転される。発電機を駆動する熱機関、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。そのため電力負荷の消費電力が一定量を超えたときは買電を併用し、また電力負荷の消費電力が極端に低い深夜などは、発電機を停止し買電に切替えている。
【０００４】また、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もの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、たとえば、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、事故また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からの電気供給を受けることはできない。それゆえに、その特定地域の電気供給業者は、電気需要に応じて全て供給する義務があり、したがってこのようなシステムを提供しようとする業者は、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電源供給システム、すなわち自己完結型のシステムを採用する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような自己完結型システムの場合、平常時に商用電力を使用しないため、システム全体の供給能力（発電能力）を最大消費電力に合わせなければならない。しかしながら、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変動（昼夜変動）する。それゆえに、自己完結型システムの発電能力をこれらの変動の最大消費電力に合わせた場合、発電設備が非常に大型化し、その設備のための投資も多額となる問題がある。また発電設備は、大部分の時間効率の悪い低負荷で運転しなければならないという問題がある。
【０００６】本発明の課題は、システム全体の効率の向上を図るとともに、設備容量を低減して、コンパクトにすることができる自己完結型熱電併給システムおよび自己完結型熱電併給方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、電力負荷に電力を供給する発電機と、発電機を駆動する熱機関と、熱機関で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給システムにおいて、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給システムである。
【０００８】また本発明は、電力負荷に供給される電力を発生する発電機を熱機関の軸出力によって駆動し、熱機関からの排熱を排熱回収手段によって回収する自己完結型熱電併給方法において、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給することを特徴とする自己完結型熱電併給方法である。
【０００９】ここで用いる特定出力とは、一般に最大出力未満であって最も効率のよい定格出力を云うが、これに限るものではない。また特定出力は時間とともに変化しない一定値に設定する場合が多いが、これに限らず特定出力が時間とともに変化するように設定することもできる。
【００１０】本発明に従う自己完結型熱電併給システムには蓄電池が設けられる。このため発電機は、常に特定出力で運転され、余剰電力が生じたときは、蓄電池に蓄えられ、電力が不足したときは蓄電池に蓄えられた電力が補給される。このため最大消費電力を賄う大容量の発電機およびこれを駆動する大容量の熱機関を必要とせず、設備容量を低減でき、全体の熱電併給システムをコンパクト化できる。また常に特定出力で発電機が運転されるので、熱機関および発電機の効率を高くすることができ、排熱回収手段を含めて高効率でエネルギが変換される。また本システムを用いれば電力負荷が極端に少ない深夜などは、発電機を停止して、蓄電池のみの電力供給も可能である。
【００１１】また本発明は、前記発電機が交流発電機または直流発電機であることを特徴とする。
【００１２】本発明に従えば、電力負荷に用いられる照明機器、ＡＶ機器、厨房機器、空調機器などに市販の交流機器を用いる場合、交流発電機で発電されるので発電された交流電力がそのまま電力負荷に供給される。なお交流発電機で発電された交流電力はコンバータによって直流電力にされ、蓄電池に蓄えられ、蓄電池に蓄えられた直流電力はインバータによって電力負荷に変換されて電力負荷に供給される。また直流発電機が用いられるときは、コンバータなしで蓄電池に蓄えられ、蓄電池に蓄えられた電力は、発電機からの電力と併せてインバータによって交流に変換され電力負荷に供給される。さらに直流の電力負荷に対しては、インバータも不要になる。
【００１３】また本発明は、前記熱機関が燃料ガスを利用するガスタービンであることを特徴とする。
【００１４】本発明に従う熱機関は、ガスタービンである。ガスタービンは、燃料ガスとして安定供給される都市ガスが用いられ、またガスタービンは構成が簡単で使い易い。
【００１５】また本発明は、電力負荷に電力を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給システムにおいて、電力を蓄える蓄電池と、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給する制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給システムである。
【００１６】また本発明は、電力負荷に供給される電力を発生する燃料電池を稼動し、燃料電池からの排熱を排熱回収手段によって回収する自己完結型熱電併給方法において、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池に蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池から供給することを特徴とすることを特徴とする自己完結型熱電併給方法である。
【００１７】本発明に従えば、電力負荷に供給される電力は燃料電池によって発電される。燃料電池も特定出力で運転される。余剰電力は蓄電池に蓄えられ、不足電力は蓄電池から供給される。燃料電池による発電は、ガスタービンなどの熱機関で発電機を駆動する発電に比し、可動部分が少なく騒音の発生が少ない。またエネルギの変換効率も高い。なお燃料電池で発生する電力は直流電力であるので、直流発電機の場合と同様コンバータは不要である。
【００１８】また本発明は、前記排熱回収手段が、吸収式冷凍機と温水ボイラとを含み、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。
【００１９】本発明に従えば、排熱回収が冷房を必要とする期間は吸収式冷凍機で行われ、ここで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排熱回収が温水ボイラで行われ、ここ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。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態である自己完結型の熱電併給システム１のブロック図である。本システム１は、電力負荷１０にライン８２を介して電力を供給する交流発電機２と、交流発電機２を駆動するガスタービン３と、蓄電池４と排熱回収手段２２とを含む。交流発電機２で発電された電力は、商用電力と実質上同一の電圧、周波数でよく、たとえば１００Ｖ，６０Ｈｚである。燃料ガスは、燃料ガス供給源５から管路８４を介して供給され、流量制御装置６でその流量が制御され、燃焼器７で燃焼される。高温の燃焼ガスはタービン８を駆動する。タービン８には、交流発電機２と圧縮機９とが直結され、圧縮機９では空気が加圧され、燃焼器７に送られ燃焼用空気となる。交流発電機２は、回転数を一定にすることによって一定の周波数の交流を発電する。このためガスタービン３は、回転数を一定にし、出力トルクに応じて燃料ガスの流量が流量制御装置６で制御される。タービン８の排ガスは、管路８６を介して排熱回収手段２２で排熱が回収される。
【００２１】蓄電池４は、たとえば鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池等でよく、この蓄電池４と電力負荷１０との間にコンバータ１２およびインバータ１４が配設されている。コンバータ１２は、交流電力を直流電力に変換するものであり、電力負荷１０に供給される交流電力の一部を蓄電池４に蓄えるときに作動される。また、インバータ１４は、直流電力を交流電力に変換するものであり、蓄電池４に蓄えた電力を電力負荷１０に供給するときに作動される。
【００２２】発電機２と電力負荷１０との間には、同期投入装置１６によって投入される第１の開閉スイッチ１８が設けられる。またインバータ１４と電力負荷１０との間には、同期投入装置１６によって投入される第２の開閉スイッチ２０が配設されている。同期投入装置１６は、交流発電機２から電力負荷１０に電力を供給しているときにさらにインバータ１４からの交流電力を負荷１０に供給するとき、あるいはインバータ１４から電力負荷１０に電力を供給しているときにさらに交流発電機２からの交流電力を負荷１０に供給するときに作動される。この同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相を検出してそれらがほぼ一致したときに第１の開閉スイッチ１８（インバータ１４からの電力に加えて交流発電機２からの電力を供給するとき）または第２の開閉スイッチ２０（交流発電機２からの電力に加えてインバータ１４からの電力を供給するとき）を閉（ＯＮ）にする。
【００２３】本システム１は、制御手段４２によって作動制御される。図２に示すように電力負荷１０の消費電力Ｌが電力計４４によって検出され、制御手段４２に送給される。制御手段４２は、この電力計４４からの信号に応じて、交流発電機２、流量制御装置６、コンバータ１２、インバータ１４および同期投入装置１６を作動制御する。すなわち、制御手段４２は、交流発電機２に関連して、これを作動させるときには作動信号を生成し、また流量制御装置６に関連し、交流発電機２の出力を大きくするときには増加信号を、交流発電機２の出力を小さくするときには減少信号をそれぞれ生成する。さらに、この制御手段４２は、コンバータ１２に関連して、発電機２からの交流電力を蓄電池４に蓄えるときには貯蔵信号を生成し、蓄電池４とコンバータ１２との間にある接点２５が可動片２３によって蓄電池４に接続される。またインバータ１４に関連して、蓄電池４に蓄えられた電力を電力負荷１０に送給するときには送給信号を生成し、蓄電池４とインバータとの間にある接点２１が可動片２３によって蓄電池４に接続される。さらにまた、発電機２からの電力に加えて蓄電池４からの電力を電力負荷１０に供給するとき、または蓄電池４からの電力に加えて発電機２からの電力を負荷１０に供給するときには、制御手段４２は投入信号を生成し、同期投入装置１６に送給する。
【００２４】かくのとおり本システム１は、自己完結型システムとして用いられるが、システムの点検、故障等の通常運転が不可能な場合には、図示していないが、一般の商用電源に電気的に接続され、商用電源からの電力が電力負荷１０に供給されることも考えられる。
【００２５】次に、図３に示すフローチャートに従って制御手段４２による制御について説明する。本実施の形態では、交流発電機２は通常は特定出力で運転され、電力負荷１０の消費電力が交流発電機２の特定出力より小さいとき、交流発電機２からの余剰電力が蓄電池４に蓄えられ、電力負荷１０の消費電力が特定出力を超えると蓄電池４からの電力が負荷１０に供給される。したがって、通常、第１の開閉スイッチ１８は閉状態に維持される。
【００２６】詳述すると、ステップａ２で電力負荷１０の電力消費Ｌが交流発電機２の特定出力Ｗと等しい場合には、交流発電機２にて発生する電力と電力負荷１０の電力消費とが等しいので、発電機２からの電力は全て電力負荷１０に供給され、電力負荷１０にて消費される。それゆえに、制御手段４２は貯蔵信号および送給信号を生成することなく、ステップａ３で第１の開閉スイッチ１８が閉状態となり、第２、第３の開閉スイッチ２０，２４が開状態となり、コンバータ１２およびインバータ１４は非作動状態にある。
【００２７】ステップａ２でＬ≠Ｗの場合、ステップａ５でＬ＜ＷかＬ＞Ｗかが判断され、Ｌ＜Ｗのときステップａ６でＬ≦Ｗ０かＬ＞Ｗ０かが判断される。Ｌ＜Ｗは夜間の電力小使用期間であり、Ｌ≦Ｗ０は深夜の電力極小使用期間に相当する。Ｗ＞Ｌ＞Ｗ０のとき、ステップａ７に進み、第３の開閉スイッチ２４を閉じ、ステップａ８に進み、制御手段４２は貯蔵信号を生成してコンバータ１２に送給する。かくすると、コンバータ１２が作動し、発電機２からの電力のうち余剰の交流電力が直流電力に変換され、変換された電力が蓄電池４に充電される。ステップａ９で蓄電池４が充電完了か否かが蓄電池の温度などで判断され、充電が完了すると、蓄電池４から充満電信号が制御手段４２に送給され、この充満電信号に基づいて制御手段４２は貯蔵信号の生成を終了し、これによって蓄電池４への充電が停止する。蓄電池４への充電が完了した後は、ステップａ１０に進み、第２の開閉スイッチ２４が開き、ステップａ１１に進み、電力負荷１０の増減に応じて（この増減は発電機２の特定出力より小さい範囲内における増減である）制御手段４２は増加信号、減少信号を生成する。増加信号（または減少信号）が生成されると、流量制御装置６によるガスの送給量が増加（または減少）し、交流発電機２の発電量が増大（または減少）し、交流発電機２は負荷１０の電力消費量に対応した電力発生する。
【００２８】ステップａ５でＬ＞Ｗと判断される。すなわち電力負荷１０の消費電力が交流発電機２の特定出力より大きくなる（たとえば昼間の電力大使用期間になる）と、ステップａ１２に進み、制御手段４２は、送給信号を生成してインバータ１４に送給する。かくすると、インバータ１４が作動され、蓄電池４からの直流電力が交流電力に変換され、ステップａ１３に進み、制御手段４２は、投入信号を生成し、この投入信号を同期投入装置１６に送給する。かくすると、同期投入装置１６が作動し、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相を検出してこれらが一致すると第２の開閉スイッチ２０を閉にする（この第２の開閉スイッチ２０は、インバータ１４からの電力の供給が停止すると開（ＯＦＦ）になる）。第２の開閉スイッチ２０が閉になると、交流発電機２からの電気回路とインバータ１４からの電気回路とが電気的に接続され、交流発電機２からの交流電力に加えてインバータ１４からの交流電力が電力負荷１０に送給され、発電機２の不足電力が蓄電池４からの電力によって補充される。かくして、発電機２と蓄電池４を組合わせて発電機２の能力不足分を蓄電池４によって補充するようにしているので、発電機２自体の能力、すなわち発電機およびそれに関連する設備を小さくすることができ、システム全体のコストダウンを図ることができる。
【００２９】システムをより効率的に運用するには、次のとおりにするのが好ましい。すなわち、ステップａ６でＬ≦Ｗ０と判断されたとき（たとえば深夜の電力極小使用期間になる）には、交流発電機２を停止して蓄電池４から電力を供給する。ステップａ１５では、交流発電機２からの交流電力が第１および第３の開閉スイッチ１８，２４が閉じて、電力負荷１０とコンバータ１２を介して蓄電池４に供給されていることが確認される。ステップａ１６では制御手段４２は、貯蔵信号の生成を停止し、送給信号を生成してインバータ１４に送給する。これによってインバータ１４が作動され、蓄電池４からの直流電力が交流電力に変換される。ステップａ１７に進み、制御手段４２は投入信号を生成し、この投入信号を同期投入装置１６に送給する。かくすると同期投入装置１６が作動し、これによって同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相がほぼ一致したとき、第２開閉スイッチが閉じ、ステップａ１８で第１および第３開閉スイッチ１８，２４が開く。これで瞬間停電を生じることなく、電力負荷１０に供給される電力が交流発電機２の電力から蓄電池４からインバータ１４を介した電力に切換わる。次にステップａ１９で制御手段４２は、作動信号の生成を停止する。作動信号が生成されなくなると、交流発電機２の作動が停止し、燃料ガスの供給が流量制御装置６で停止される。この状態はステップａ２０でＬ≦Ｗ０の間継続される。
【００３０】前記の状態から電力負荷１０の消費電力が増大して、ステップａ２０でＬ≦Ｗ０が否定されると、ステップａ２１に進み、制御手段４２は作動信号を生成し、これによって流量制御装置６はガス供給源８から燃料ガスを交流発電機２の駆動のために燃焼器７に供給し、交流発電機２が作動して交流電力を生成する。次にステップａ２２に進み投入信号が生成される。これによって同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相がほぼ一致したとき第１の開閉スイッチ１８を閉にし、交流発電機２にて発生した交流電力が負荷１０に送給される。次にステップａ２３に進み送給信号を停止する。これによってインバータ１４が非作動状態となり、これに伴って第２の開閉スイッチ２０が開（ＯＦＦ）になり、蓄電池４からの電力の供給が終了する。次にステップａ２４に進み制御手段２２で貯蔵信号が生成され、コンバータ１２が作動され、発電機２からの交流電力の一部が蓄電池４に蓄えられる。したがって電力負荷１０の消費電力が極小から小に増大すると、蓄電池４に代えて交流発電機２により電力が供給される。
【００３１】図４は交流発電機２の特定出力と電力負荷１０の消費電力とが等しいステップａ３の電流の状態を示す図であり、図５は交流発電機２の特定出力が電力負荷１０の消費電力を超えるステップａ１０（たとえば夜間）の電流の状態を示す図であり、図６は交流発電機の特定出力が電力負荷未満であるステップａ１４（たとえば昼間）の電流の状態を示す図であり、図７は電力負荷１０の消費電力が極端に小さいステップａ２１（たとえば深夜）の電流の状態を示す図である。
【００３２】本実施の形態における交流発電機２の特定出力は、最も効率のよい運転が可能となる出力である。これは交流発電機２の最大出力の７０〜８０％のことが多い。したがって電力負荷１０の消費電力と交流発電機２の特定出力とが等しい場合として、特定出力と最大出力との間の消費電力としてもよい。この場合は、電力負荷の増減に応じて（この増減は発電機２の特定出力と最大出力との間における増減である）制御手段４２は増加信号または減少信号を生成し、流量制御装置６による燃料ガスの送給量が増加または減少し、交流発電機２は負荷１０の電力消費量に対応した電力を発生する。
【００３３】排熱回収手段２２は、ガスタービン３の排ガスを管路８６を介して受入れ、その排熱を回収するものであり、吸収式冷凍機１９、温水ボイラ２６、給湯器２８などから成る。タービン８の排ガスは、冷房を必要とするときは、バルブＶ１から吸収式冷凍機１９の再生器に供給され、冷水を発生する。暖房を必要とするときは、バルブＶ２から温水ボイラ２６に供給され温水を発生する。これらで発生した冷温水は、バルブＶ３〜Ｖ６を切換えることによって管路８８を介して空調装置３０に送られ、空調装置３０からの冷温水は管路９０を介して吸収式冷凍機１９または温水ボイラ２６に戻される。冷温水が排熱回収手段２２から供給されるので、空調装置３０の電力負荷は、吸収式冷凍機１９の運転に必要なものおよび冷温水の送水ポンプ、換気ファンなど僅かである。吸収式冷凍機１９または温水ボイラ２６から排ガスは給湯器２８に導かれ、さらに排熱を回収されて大気中へ放出される。冷暖房を必要としないときは、タービン８からの排ガスは直接バルブＶ７から給湯器２８に導かれる。給湯器２８で得られた温水は、風呂などの給湯負荷３２に供給される。
【００３４】図８は、本発明の第２の実施の形態の自己完結型熱電併給システム５１のブロック図である。本実施の形態では先の実施の形態の交流発電機２の代わりに直流発電機５２が設けられている。直流発電機５２では、直流電力が得られるので蓄電池４に蓄えるときにコンバータ１２は不要である。また直流発電機５２からの電力は、単独でまたは蓄電池４からの電力と併せてインバータ１４で交流電力に変換されて電力負荷に供給されるので同期投入装置１６も不要である。先の実施例の第１〜第３開閉スイッチ１８，２０，２４は、開閉スイッチ１８ａ，２０ａ，２４ａの位置に配置され、緊急遮断用スイッチ５４が設けられる。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。
【００３５】図９は、本発明の第３の実施の形態の自己完結型熱電併給システム６１のブロック図である。本実施の形態では先の実施の形態の直流発電機５２およびガスタービン３の代わりに燃料電池６２が用いられている。燃料ガスは改質装置６３で触媒によって水素に改質され、燃料電池６２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池４に蓄えられ、また単独でまたは蓄電池４からの直流電力と併せてインバータ１４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。
【００３６】図１０は、本発明の第４の実施の形態の自己完結型電熱併給システム７１のブロック図である。本実施の形態では電力負荷１１に直流の電気機器が用いられる。したがって直流発電機５２および蓄電池４と電力負荷１１との間にはインバータ１４は不要である。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。
【００３７】図１１は、本発明の第５の実施の形態の自己完結型熱電併給システム８１のブロック図である。本実施の形態では直流発電機５２およびガスタービン３の代りに改質装置６３を含む燃料電池６２が用いられる。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。
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、本発明の課題を充分に達成することができた。すなわち、発電機または燃料電池は特定出力で運転され、電力の使用が少なく、電力に余剰があるときには、余剰電力が蓄電池に蓄えられ、電力の使用量が多く不足しているときには、不足電力が蓄電池から負荷に供給されるため、最大消費電力を賄う大型の発電機または燃料電池を必要とせず、設備容量を低減し、全体の熱電併給システムをコンパクト化するとともに発電機または燃料電池を最も効率のよい状態で運転できる。また発電機を駆動する熱機関または燃料電池の排熱も有効に利用できる。
