特許 6559596 消化ガス発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559596

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】消化ガス発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20190805BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20190805BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20190805BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190805BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20190805BHJP

   C02F 11/04 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 110

   H02J3/32

   H02J3/00 130

   H02J3/00 170

   H02J3/00 180

   H02J3/38 180

   H02J7/00 A

   H02J3/46

   C02F11/04 A

【請求項の数】11

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-34583(P2016-34583)

(22)【出願日】2016年2月25日

(65)【公開番号】特開2017-153292(P2017-153292A)

(43)【公開日】2017年8月31日

【審査請求日】2018年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100141830

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 卓久

(72)【発明者】

【氏名】前原 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】大石 将之

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０９７６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３２８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６２６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４６４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９８７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３４８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｃ０２Ｆ １１／０４

Ｈ０２Ｊ ３／００

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ３／４６

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下水汚泥からメタンガスを含んだ消化ガスを発生させる消化槽と、
前記消化槽からの消化ガスを用いてメタンガスを生成するメタンガス生成装置と、
前記メタンガス生成装置からのメタンガスを用いて発電する消化ガス発電装置と、
前記消化ガス発電装置で発電された電力を充電し、かつ放電が可能な蓄電装置と、
前記メタンガス生成装置からのメタンガスを貯留するメタンガスタンクと、
前記消化槽、前記メタンガス生成装置、前記消化ガス発電装置、前記蓄電装置、および前記メタンガスタンクを制御する制御部とを備え、前記制御部は電力需要予測値に基づいて、前記メタンガス生成装置で生成されたメタンガスのうち前記消化ガス発電装置へ直接供給するメタンガスの供給量を定めて前記消化ガス発電装置へ供給し、前記メタンガス生成装置で生成されたメタンガスの残りを前記メタンガスタンクに供給して貯留し、
前記制御部は前記電力需要予測値に基づいて、前記消化ガス発電装置を作動させて、前記消化ガス発電装置で発電された電力を電力系統へ送り、残りの電力を前記蓄電装置に充電する、ことを特徴とする消化ガス発電システム。

【請求項2】

前記消化ガス発電装置は、複数台の発電装置を含み、
前記制御部は、前記発電装置の台数制御を行なって前記電力系統へ給電するとともに、前記蓄電装置の放電を行なって前記電力系統へ給電することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記蓄電装置の放電を行なって前記電力系統へ給電するとともに、前記消化ガス発電装置から前記電力系統へ給電することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記蓄電装置の放電を行なって、前記消化ガス発電装置からの電力の変動抑制を行なうことを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項5】

前記制御部は、カレンダー情報、天気情報、実績情報に基づいて前記電力需要予測値を求め、この電力需要予測値に基づいて前記消化ガス発電装置を制御することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項6】

前記制御部は、下水汚泥の流入量および性状に基づいて消化ガス発生量を予測し、前記電力需要予測値および前記消化ガス発生量に基づいて前記消化ガス発電装置を制御することを特徴とする請求項５記載の消化ガス発電システム。

【請求項7】

余剰電力を電力会社へ送電する送電システムを有し、
前記制御部は、当該送電システムに対して、前記蓄電装置の放電を行なうことを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項8】

前記制御部は予め定められた充放電計画に基づいて、前記消化ガス発電装置、前記蓄電装置および前記メタンガス生成装置を制御することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項9】

前記制御部は、電力系統、保護継電器または遮断器の状態から、一般電源の正常時または停電時を判断することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項10】

前記制御部は、カレンダー情報、天気情報、実績情報に基づいて前記電力需要予測値を求め、この電力需要予測値に基づいて前記蓄電装置を制御することを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【請求項11】

前記蓄電装置と前記電力系統との間に、蓄電装置用ＰＣＳが設けられていることを特徴とする請求項１記載の消化ガス発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施の形態は、下水処理場の消化ガス発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

下水処理場では、汚泥処理設備の消化槽から発生する消化ガスを消化槽の加温や汚泥焼却用の補助燃料として使用している。近年、省エネルギー化の観点から、消化ガス発電装置に消化ガスを供給して発電する消化ガス発電システムの導入が開発されている。

【0003】

従来の消化ガス発電システムにおいて、消化ガス発電装置に消化ガスを供給するとともに、消化ガス発電装置の台数を発電需要に合わせて制御する台数制御が行なわれている。しかしながら、消化ガス発電システムを全体の電力供給システムの観点からコントロールする技術は未だ開発されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−２９８７２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、電力供給システム全体としての観点からコントロールすることができる消化ガス発電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の形態は、下水汚泥からメタンガスを含んだ消化ガスを発生させる消化槽と、前記消化槽からの消化ガスを用いてメタンガスを生成するメタンガス生成装置と、前記メタンガス生成装置からのメタンガスを用いて発電する消化ガス発電装置と、前記消化ガス発電装置で発電された電力を充電し、かつ放電が可能な蓄電装置と、前記メタンガス生成装置からのメタンガスを貯留するメタンガスタンクと、前記消化槽、前記メタンガス生成装置、前記消化ガス発電装置、前記蓄電装置、および前記メタンガスタンクを制御する制御部とを備え、前記制御部は前記メタンガス生成装置からのメタンガスを電力需要に合わせて前記消化ガス発電装置および前記メタンガスタンクに選択的に供給するとともに、前記消化ガス発電装置で発電された電力を電力系統へ送り、残りの電力を前記蓄電装置に充電することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0007】

本発明の形態は、前記消化ガス発電装置は、複数台の発電装置を含み、前記制御部は、前記発電装置の台数制御を行なって電力系統へ給電するとともに、前記蓄電装置の放電を行なって電力系統へ給電することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0008】

本発明の形態は、前記制御部は、前記蓄電装置の放電を行なって電力系統へ給電するとともに、前記消化ガス発電装置から電力系統へ給電することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0009】

本発明の形態は、前記制御部は、前記蓄電装置の放電を行なって、前記消化ガス発電装置からの電力の変動抑制を行なうことを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0010】

本発明の形態は、前記制御部は、カレンダー情報、天気情報、実績情報に基づいて電力需要予測値を求め、この発電需要予測値に基づいて前記消化ガス発電装置を制御することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0011】

本発明の形態は、前記制御部は、下水汚泥の流入量および性状に基づいて消化ガス発生量を予測し、前記発電需要予測値および前記消化ガス発生量に基づいて前記消化ガス発電装置を制御することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0012】

本発明の形態は、余剰電力を電力会社へ送電する送電システムを有し、前記制御部は、当該送電システムに対して、前記蓄電装置の放電を行なうことを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0013】

本発明の形態は、前記制御部は予め定められた充放電計画に基づいて、前記消化ガス発電装置、前記蓄電装置および前記メタンガス生成装置を制御することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0014】

本発明の形態は、前記制御部は、電力系統、保護継電器または遮断器の状態から、一般電源の正常時または停電時を判断することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0015】

本発明の形態は、前記制御部は、カレンダー情報、天気情報、実績情報に基づいて電力需要予測値を求め、この発電需要予測値に基づいて前記蓄電装置を制御することを特徴とする消化ガス発電システムである。

【0016】

本発明の形態は、前記蓄電装置と前記電力供給系統との間に、蓄電装置用ＰＣＳが設けられていることを特徴とする消化ガス発電システムである。

【発明の効果】

【0017】

以上のように本実施の形態によれば、制御部により発電需要に合わせて、消化ガス発電装置およびメタンガス生成装置へ消化ガスを供給するとともに、消化ガス発電装置で発電した電力を蓄電装置に充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の消化ガス発電システムを示す機能ブロック図。

【図2】本発明の消化ガス発電システムを示す概略系統図。

【発明の実施の形態】

【0019】

以下、図面を参照して、消化ガス発電システム１０について説明する。

【0020】

図１および図２に示すように、消化ガス発電システム１０は、下水汚泥からメタンガスを含む消化ガスを発生させる消化槽１１と、消化ガスの前処理ユニット１２と、前処理ユニット１２により処理された消化ガスを用いてメタンガスを生成するメタンガス生成装置２０と、メタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスを用いて発電する消化ガス発電装置１６と、消化ガス発電装置１６で発電された電力を充電しかつ放電する蓄電装置３０と、メタンガス生成装置２０からのメタンガスを貯留するメタンガスタンク２１と、これら消化槽１１、前処理ユニット１２、メタンガス生成装置２０、消化ガス発電装置１６、蓄電装置３０およびメタンガスタンク２１を制御するＥＭＳコントローラ等からなる制御部４０とを備えている。

【0021】

消化槽１１で生成されるメタンガスを含む消化ガスは、メタンガス以外に更に二酸化炭素、硫化水素、シロキサン、およびアンモニア等を含む。

【0022】

このため、消化ガス槽１１で発生した消化ガスは前処理装置１２により処理されて、消化ガス中のシロキサンが除去される。この場合、前処理装置１２としては、消化ガスを冷却するガス冷却器１３と、昇圧ブロア１４と、前処理塔１５とを有するものが用いられる。

【0023】

また消化ガス発電装置１６は、複数台の発電装置１６ａ、１６ｂ…を有し、このため制御部４０により消化ガス発電装置１６の台数制御を行なうことができる。

【0024】

ところで消化ガス発電装置１６は、ガスエンジンタイプのものからなり、消化ガス発電装置１６は冷却ライン１８を通る冷却水により冷却され、消化ガス発電装置１６により加熱された冷却水は消化槽加温装置１７を加温するようになっている。

【0025】

さらにまた、メタンガス生成装置２０により生成されたメタンガスは消化ガス発生装置１６へ送られるか、またはメタンガスタンク２１に一時的に貯留することができる。メタンガスタンク２１内に貯留されたメタンガスは、その後消化ガス発電装置１６へ送られる。この消化ガス発電装置１６は、メタンガス生成装置２０から直接供給されたメタンガス、またはメタンガスタンク２１から供給されたメタンガスを用いて発電するようになっている。

【0026】

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

【0027】

まず下水汚泥が消化槽１１に投入され、この消化槽１１においてメタンガスを含んだ消化ガスが発生する。消化槽１１において発生した消化ガスは前処理装置１２のガス冷却器１３、昇圧ブロア１４および前処理塔１５を順次通り、この間、消化ガス中のシロキサンが除去される。

【0028】

次に前処理装置１２により前処理が施された消化ガスは、メタンガス生成装置２０へ送られ、このメタンガス生成装置２０において消化ガスからメタンガスが生成される。メタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスは、その一部が消化ガス発電装置１６へ送られ、この消化ガス発電装置１６において消化ガスを用いて発電が行なわれる。そしてメタンガス生成装置２０において生成されたメタンガスの残りは、メタンガスタンク２１へ送られて貯留される。

【0029】

この間、消化ガス発電装置１６は冷却ライン１８を流れる冷却水により冷却され、消化ガス発電装置１６により加熱された冷却水は、消化槽加温装置１７へ送られて、この消化槽加温装置１７を加熱する。

【0030】

次に制御部４０により実行される消化ガス発電システム１０の制御方法について詳述する。

【0031】

この制御部４０は上述のように、ＥＭＳコントローラ等からなり、中央監視室４１ａに設置された監視装置４１により監視制御され、電力供給システム全体としての観点から消化ガス発電システム１０を制御する。

【0032】

すなわち、制御部４０は消化ガス発電装置１６および蓄電装置３０を制御して、受変電動力制御ユニット４２を介して、一般の電力供給系統４５へ電力を供給する（売電する）ようになっている。あるいは一般の電力供給系統４５から一般の電力が必要に応じて受変電動力制御ユニット４２へ供給されることもある。

【0033】

また制御部４０には各機器からの情報が入力され、制御部４０は各機器を駆動制御する。

【0034】

具体的には電力供給系統の正常運転時において、制御部４０はカレンダー情報、天気情報、過去の実績情報に基づいて、電力需要予測値を求める。次に制御部４０はこの電力需要予測値に基づいて、前処理装置１２で処理されメタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスのうち、消化ガス発電装置１６へ直接供給するメタンガスの供給量を定める。そしてメタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスの残りはメタンガスタンク２１への供給量となる。

【0035】

この場合、制御部４０は下水汚泥の流入量およびその性状に基づいて消化ガス発生量を予測し、上記の電力需要予測値と、消化ガス発生量予測値とを考慮して、メタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスのうち消化ガス発電装置１６へ直接供給するメタンガスの供給量を定めてもよい。

【0036】

次に制御部４０は、消化ガス発電装置１６のうち使用すべき発電装置１６ａ、１６ｂ…の台数を定めて台数制御を行なう。次に消化ガス発電装置１６で発電された電力は、受変電動力制御ユニット４２を介して一般の電力供給系統４５へ供給されて（売電されて）、電力供給系統４５の電力ピークを低減する。

【0037】

この間、消化ガス発電装置１６で発電された余剰の電力は、蓄電装置３０に充電される。

【0038】

他方、メタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスの残りはメタンガスタンク２１へ送られて貯留される。そして制御部４０は更に必要に応じて、メタンガスタンク２１内に貯留されたメタンガスを消化ガス発生装置１６へ送って発電する。

【0039】

また制御部４０は電力需要予測値に基づいて、必要に応じて電源装置３０の放電を行なう。電源装置３０から放電された電力は、受変電動力制御ユニット４２を介して電力供給系統４５へ送られる。

【0040】

次に制御部４０は停電時において、次のような制御を行なう。まず前処理装置１２にて処理されメタンガス生成装置２０により生成されたメタンガスのうち、消化ガス発電装置１６へ直接供給するメタンガスの供給量を定める。

【0041】

次に制御部４０は、消化ガス発電装置１６のうち使用すべき発電装置１６ａ、１６ｂ、…の台数を定めて台数制御を行なう。次に消化ガス発電装置１６で発電された電力は、受変電動力制御ユニット４２を介して一般の電力供給系統４５へ供給されて（売電されて）、停電状態の電力供給系統４５から電力を供給する。

【0042】

この間、消化ガス発電装置１６で発電された余剰の電力は、蓄電装置３０に充電される。

【0043】

他方、メタンガス生成装置２０で生成されたメタンガスの残りはメタンガスタンク２１へ送られて貯留される。そして制御部４０は更に必要に応じて、メタンガスタンク２１内に貯留されたメタンガスを消化ガス発生装置１６へ送って発電を行い、消化ガス発電装置１６で発電された電力は、蓄電装置３０に充電される。

【0044】

また制御部４０は停電時の電力供給量を補うよう、必要に応じて蓄電装置３０の放電を行なう。蓄電装置３０から放電された電力は、受変電動力制御ユニット４２を介して電力供給系統４５へ送られる（売電される）。

【0045】

停電時において制御部４０は、蓄電装置３０から放電を行なう際、電力供給系統４５の変動抑制を行なうよう電力供給を行なう。

【0046】

ところで制御部４０には電力供給系統４５、保護継電器および遮断器から信号が入力され、これらの信号に基づいて制御部４０は電力供給系統４５の停電状態、あるいは正常状態を判定することができる。

【0047】

また、受変電動力制御ユニット４２には、既存の電力会社へ余剰電力を送電する送電システム（図示せず）が接続されている。そして制御部４０は、蓄電装置３０からこの送電システムに放電を行なって余剰電力を送電することができる。

【0048】

以上のように本実施の形態によれば、電力供給システム全体としての観点から消化ガス発電システムを制御することができ、また消化ガス発電装置１６において用いない余剰の消化ガスは放出することなく、この消化ガスからメタンガスを生成し、このメタンガスをメタンガス発電装置２２で用いることができ、消化ガスの有効利用を図ることができる。

【0049】

なお、上記実施の形態において、制御部４０において正常時に電力需要予測値を求め、この電力需要予測値に基づいて消化ガス発電装置１６および蓄電装置３０を制御した例を示したが、これに限らず予め定められた充放電計画に基づいて消化ガス発電装置１６および蓄電装置４０を制御してもよい。また、蓄電装置３０と電力供給系統４５との間に、蓄電装置用ＰＣＳを設置してもよい。

【符号の説明】

【0050】

１０ 消化ガス発電システム
１１ 消化槽
１２ 前処理装置
１６ 消化ガス発電装置
１６ａ、１６ｂ 発電装置
２０ メタンガス生成装置
２１ メタンガスタンク
２２ メタンガス発電装置
３０ 蓄電装置
４０ 制御部
４２ 受変電動力制御ユニット
４５ 電力供給系統

【図1】

【図2】