(57)【要約】【課題】熱需要ピークの量、および時刻を考慮しながら適切な蓄熱を行って、省エネ性を向上させることにある。【解決手段】水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電出力を得る燃料電池１０３と、この燃料電池から回収した熱を湯として蓄える貯湯槽１０９と、単位時間毎に熱需要量を計測する熱需要量計測手段と、前記燃料電池の発電出力、起動又は停止を制御する運転制御手段１０７と、この運転制御手段に対して１日あたり複数時刻において発電出力、起動又は停止の運転計画に基づく出力設定を行う出力設定手段１０６とを備え、前記出力設定手段１０６は、前記熱需要量計測手段により計測された過去の所定期間分の熱需要量を用いて未来の第一の所定時間毎の熱需要を予測し、当該熱需要予測量に基づいて算出された第二の所定時間先までの熱需要の予測積算値を目標蓄熱量としてその時点での蓄熱量とから発電すべき出力を定める。【選択図】      図１
2010067512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電出力を得る燃料電池と、この燃料電池から回収した熱を湯として蓄える貯湯槽と、単位時間毎に熱需要量を計測する熱需要量計測手段と、前記燃料電池の発電出力、起動又は停止を制御する運転制御手段と、この運転制御手段に対して１日あたり複数時刻において発電出力、起動又は停止の運転計画に基づく出力設定を行う出力設定手段とを備え、
前記出力設定手段は、前記熱需要量計測手段により計測された過去の所定期間分の熱需要量を用いて未来の第一の所定時間毎の熱需要を予測し、当該熱需要予測量に基づいて算出された第二の所定時間先までの熱需要の予測積算値を目標蓄熱量としてその時点での蓄熱量とから発電すべき出力を定めることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記出力設定手段は、予め定められた時刻又は外部から入力した時刻に前記貯湯槽に所定の熱量を超える湯が貯まっていることを条件に前記運転制御手段に対して発電停止の出力設定を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
前記運転制御手段は、前記出力設定手段の運転計画により指示された発電出力に対し、プラントの最低出力から最高出力の範囲で、且つ需要家の電力需要を超えることのないよう、リアルタイムに発電出力を制御する機能を持つことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記出力設定手段で求められる目標蓄熱量は、１日の熱需要量から、熱需要予測の対象とする時間長を変更し、この変更された時間先までの熱需要予測量を合算したものであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記出力設定手段は、プラントが持つ最低出力とは別にベース出力を設定する機能を持ち、前記ベース出力は熱需要の特徴で定め、電力需要が発電出力を下回ることを回避する場合以外はベース出力より低い出力で発電を行わないように出力制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電出力を得る燃料電池と、この燃料電池から回収した熱を湯として蓄える貯湯槽と、単位時間毎に熱需要量を計測する熱需要量計測手段と、前記燃料電池の発電出力、起動又は停止を制御する運転制御手段と、この運転制御手段に対して１日あたり複数時刻において発電出力、起動、または停止の運転計画に基づく出力設定を行う出力設定手段とを備え、
前記出力設定手段は、前記熱需要量計測手段により計測された過去の所定期間分の熱需要量を用いて未来の所定時間毎の熱需要予測量を求める熱需要予測機能およびこの熱需要予測機能により求められた各時刻の熱需要予測量を判別して複数パターンに分類を行う需要パターン判別機能を有し、この需要パターン判別機能により分類されたパターン別に設定された時間帯の熱需要予測積算値を計算し、この予測積算値から求めた目標蓄熱量とその時点での蓄熱量とから発電すべき出力を定めることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記出力設定手段により、発電効率や排熱回収効率、または待機電力などの特性データを考慮して運転計画を立てるに際して、
前記特性データをプラントの過去の実績データを用いて変化させながら運転計画を立て、該運転計画に基づいて前記燃料電池システムを運転することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法において、
前記出力設定手段により、発電効率や排熱回収効率、または待機電力などの特性データを考慮して運転計画を立てるに際して、
前記特性データをプラントの積算運用時間に依存する関数で変化させながら運転計画を立て、該運転計画に基づいて前記燃料電池システムを運転することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力の供給と給湯との両方を効率良く賄って省エネ性を高め得る燃料電池システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭での電力需要と湯需要は、一般的に電力は商用電源から、湯は都市ガス、ＬＰガス等を燃料とした給湯ボイラから賄われていた。
【０００３】
最近では、都市ガスやＬＰガス等の燃料で発電した電力と、同時に発生する排熱を湯の形で回収して家庭での給湯需要を賄う家庭用燃料電池システムが採用されつつある。
【０００４】
このような家庭用燃料電池システムを用いると、火力発電プラントとほぼ同等の効率で電力が供給可能であるばかりでなく、排熱を利用して湯も供給できることから、従来のエネルギー需給方法に比べて、一次エネルギー消費量を削減する、所謂省エネ効果が期待できる。
【０００５】
通常の家庭の電気需要は、常時一定量以上あり、燃料電池システムで発電した電力がそのまま供給可能であり、一方、湯は風呂の湯張りなどでまとまった量で使用されることが多いため、通常は、熱需要のない時間帯も発電し、回収した排熱は貯湯槽と呼ばれるタンクに湯として貯めておき、熱需要が生じる都度、貯湯槽から湯を供給する方法が採られている。
【０００６】
ところで、省エネ性は、プラントが消費する燃料の熱量に対し、設置家庭への電力の供給量と、貯湯槽から供給する湯の熱量で決まる。したがって、消費燃料の熱量が小さく、電力や湯の供給量が多いほど、高い省エネ性を得ることができるが、発電量が少ないと、供給する電力も湯も小さくなり、高い省エネ性を発揮できない。
【０００７】
しかし、単に発電電力量を多くしても、熱需要に対して多くの湯が貯湯槽に貯まる湯余り状態になると放熱が多くなり、湯の供給量に対して多量の燃料を消費するため、十分な省エネ性が得られない。
【０００８】
このように燃料電池システムの運用で高い省エネ効果を実現するためには、システムの発電効率と排熱回収効率を考慮しながら、発電出力や起動、停止の判断を適切に行うことが必要である。
【０００９】
かかる燃料電池システムとして、前日の電力需要データと熱需要データとから、貯湯量が最大値を超えない範囲で所定の貯湯量ピーク時刻での貯湯量が最大となるように燃料電池の運転開始時刻を求めるようにしたものがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−０４２３７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記特許文献１のように湯を最大限蓄熱しようとすると、貯湯槽の容量の影響を受けるだけでなく、湯余り状態になって省エネ性が低下し易い。このような現象を回避するには、熱需要に見合った量の湯を貯湯槽に蓄熱するよう、燃料電池の出力制御を適切に行うことが重要である。
【００１１】
また、例えば熱需要ピークが夕方のみに生じる家庭では、朝方から多くの湯を貯湯槽に貯めると、貯湯槽からの放熱ロスが大きくなり、この場合も省エネ性が低下する。
【００１２】
したがって、貯湯槽への蓄熱は、熱需要ピークに近い時間帯にペースを上げて行くことが望ましい。
【００１３】
本発明は、上記のような要望に応えるためになされたもので、熱需要ピークの量、および時刻を考慮しながら適切な蓄熱を行うことにより、省エネ性を向上させることができる燃料電池システムとその運転方法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】
【００１４】
本発明は、上記の目的を次のような手段により達成する物である。
【００１５】
（１）本発明は、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電出力を得る燃料電池と、この燃料電池から回収した熱を湯として蓄える貯湯槽と、単位時間毎に熱需要量を計測する熱需要量計測手段と、前記燃料電池の発電出力、起動又は停止を制御する運転制御手段と、この運転制御手段に対して１日あたり複数時刻において発電出力、起動又は停止の運転計画に基づく出力設定を行う出力設定手段とを備え、前記出力設定手段は、前記熱需要量計測手段により計測された過去の所定期間分の熱需要量を用いて未来の第一の所定時間毎の熱需要を予測し、当該熱需要予測量に基づいて算出された第二の所定時間先までの熱需要の予測積算値を目標蓄熱量としてその時点での蓄熱量とから発電すべき出力を定めることを特徴とする。
【００１６】
（２）本発明は、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電出力を得る燃料電池と、この燃料電池から回収した熱を湯として蓄える貯湯槽と、単位時間毎に熱需要量を計測する熱需要量計測手段と、前記燃料電池の発電出力、起動又は停止を制御する運転制御手段と、この運転制御手段に対して１日あたり複数時刻において発電出力、起動、または停止の運転計画に基づく出力設定を行う出力設定手段とを備え、前記出力設定手段は、前記熱需要量計測手段により計測された過去の所定期間分の熱需要量を用いて未来の所定時間毎の熱需要予測量を求める熱需要予測機能およびこの熱需要予測機能により求められた各時刻の熱需要予測量を判別して複数パターンに分類を行う需要パターン判別機能を有し、この需要パターン判別機能により分類されたパターン別に設定された時間帯の熱需要予測積算値を計算し、この予測積算値から求めた目標蓄熱量とその時点での蓄熱量とから発電すべき出力を定めることを特徴とする。
【００１７】
（３）本発明は、上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記出力設定手段により、発電効率や排熱回収効率、または待機電力などの特性データを考慮して運転計画を立てるに際して、前記特性データをプラントの過去の実績データを用いて変化させながら運転計画を立て、該運転計画に基づいて前記燃料電池システムを運転する。
【００１８】
（４）本発明は、上記（１）又は（２）に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記出力設定手段により、発電効率や排熱回収効率、または待機電力などの特性データを考慮して運転計画を立てるに際して、前記特性データをプラントの積算運用時間などの時間に依存する関数で変化させながら運転計画を立て、該運転計画に基づいて前記燃料電池システムを運転する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱需要ピークの量、および時刻を考慮しながら適切な蓄熱を行うことにより、省エネ性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明による燃料電池システムの基本的な構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、１０１は都市ガス、ＬＰガス、灯油などの燃料を制御する燃料制御手段、１０２はこの燃料制御手段１０１により制御されて供給される燃料を水素リッチなガスに改質する改質手段、１０３は改質手段１０２により改質された水素リッチなガスが供給されると改質ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させて直流電力を発電する燃料電池本体、１０４はこの燃料電池本体１０３で発電された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換して家庭用電力負荷１０５に供給するインバータで、これら燃料制御手段１０１、改質手段１０２、燃料電池本体１０３及びインバータ１０４は、燃料電池発電装置ＦＣを構成している。
【００２３】
また、１０６は１日あたり複数時刻の発電出力、起動又は停止の運転計画に基づく燃料電池発電装置ＦＣの出力を設定する出力設定手段、１０７はこの出力設定手段１０６で設定された出力設定値とインバータ１０４から供給している電力と家庭用電力負荷１０５からの情報とを取込んで、出力すべき瞬時的な電力を算出して燃料制御手段１０１に制御指令を与える運転制御手段である。
【００２４】
ここで、運転制御手段１０７で算出される値としては、出力設定手段１０６からの出力設定そのものである場合と、インバータ１０４から出力される電力が家庭用電力負荷１０５で消費される電力以上になることを回避するために、出力設定よりも出力を下げ、家庭用電力負荷１０５に負荷追従させる場合とがある。
【００２５】
一方、１０８は発電時に燃料電池本体１０３で発生した熱を回収する熱交換手段で、この熱交換手段１０８は、熱交換により水を温めて湯として貯湯槽１０９に貯められる。そして、この貯湯槽１０９に貯められた湯は、家庭に設置された給湯負荷１１０に供給可能になっている。
【００２６】
（第１の実施形態）
図２は、本発明による燃料電池システムの第１の実施形態を示し、図１の出力設定手段１０７で、複数時刻において発電出力、起動又は停止の運転計画に基づいて出力設定を行う際の手続を表したフロー図である。
【００２７】
本実施形態では、向こう３時間で使用される湯の熱量とその時点での貯湯槽の蓄熱量を比較し、その差分の熱量を１時間で貯湯槽に回収するよう、出力設定手段１０６により出力設定するようにしたもので、この出力設定は、所定時間毎に繰返される。
【００２８】
この出力設定は、プラントの最低出力と定格出力との間で行う。また、実際にこの出力設定にしたがって運転しているときに、インバータから供給する電力が電力需要を超えそうなときは、運転制御手段１０７により出力設定よりも発電出力を下げることで、系統電源への電力の逆潮流を回避する。
【００２９】
これにより、熱需要量に応じた蓄熱が可能になるだけでなく、熱需要ピークまで時間がある場合には、出力を下げて貯湯槽への蓄熱ペースを低くし、無駄な放熱を低減させることができる。
【００３０】
以下、図２を参照しながら出力設定手段により、運転計画を立てて出力設定を定める際の具体的な手続について説明する。
【００３１】
まず、熱需要計測手段１で家庭内での１時間毎の熱需要量を計測し、その熱需要量の計測データを熱需要格納手段２により取込んで図示しないデータベースを更新する。
【００３２】
熱需要予測手段３では、データベースに格納されている過去の所定期間分の熱需要データを用いて、未来の１時間毎の熱需要を予測する。例えば０時台、１時台、２時台……の時間帯ごとに、過去一週間の熱需要平均値を算出し、それを予測値とする。
【００３３】
目標蓄熱量決定手段４では、熱需要予測手段３で算出した各時間帯の熱需要の予測量を用いて、３時間先までの熱需要の予測量の合算値を目標蓄熱量として算出し、この時点の蓄熱量と目標蓄熱量との差をｉとして起動停止判断手段５に与える。
【００３４】
この起動停止判断手段５は、蓄熱量と目標蓄熱量との差ｉをもとに停止中のプラントを起動するかどうか、または発電中のプラントを停止させるかどうかの判断を行う。
【００３５】
この場合、発電中の停止条件としては、例えば午前１時の時点で貯湯槽が満蓄になっていることを条件とすればよい。これは、熱需要の少ない時間帯に入る時点で、すでに満蓄であると発電を続けてもコージェネレーションのメリットが活かせず、省エネにならないためである。
【００３６】
また、停止中の起動条件としては、例えば目標蓄熱量決定手段４で算出した目標蓄熱量に対し、蓄熱量が下回っていればプラントを起動させればよい。これにより、熱需要に対して十分な湯を供給することができる。
【００３７】
発電中は出力決定手段６で、目標蓄熱量とその時点での蓄熱量の差分を計算し、その差分の熱量を１時間で蓄熱するような出力を計算する。そのためには、上記差分、つまり１時間で得るべき排熱回収量をi(p)とし、下記の出力pを算出する。
【００３８】
p＝i(p)/g(p)*f(p)  ……（１）
ここで、f(p)は出力pに対する発電効率、g(p)は排熱回収効率であり、それぞれ単位時間当たりの燃料消費量h(p)[Wh/h]、排熱回収量j(p)[ Wh/h]を用いて、（２），（３）式で定義されている。
【００３９】
f(p)＝p/ h(p)*100    ……（２）
g(p)＝j(p)/ h(p)*100    ……（３）
（１）式はj(p)をi(p)として、（２），（３）式からpについて解いた式である。
【００４０】
発電効率f(p)および排熱回収効率g(p)は、プラントに予め入力しておいた関数であるが、実際には、表１のように数個の発電出力に対して発電効率、排熱回収効率を入力しておき、その値を利用してf(p)、g(p)を表すことが有効である。
【００４１】
具体的には、表１に記載している発電出力以外の発電効率と排熱回収効率は、表１に記載で当該発電出力を超えない最大の発電出力、および下回らない最低の発電出力におけるそれぞれの発電効率と排熱回収効率で線形補間をして表すとよい。
【表１】
2010067512.tif 000003
【００４２】
なお、表１に記載した発電出力の最高値および最低値は、それぞれプラントが持つ最低出力以下および最高出力以上でなくてはならない。
【００４３】
例えば、表１のような効率特性を持つプラントが１４時の時点において発電しており、貯湯槽の蓄熱量が1000kWh、熱需要予測手段３で表２に示す熱需要予測量が算出されたとする。
【表２】
2010067512.tif 000004
【００４４】
この場合、３時間先までの熱需要予測量の合計が1562.5Whであるから、目標蓄熱量決定手段４で算出される目標蓄熱量は、1562.5Whとなる。従って、１時間で蓄熱すべき熱量は562.5Whと求まり、表１のデータを用いると400Wで出力すればよいことが分かる。
【００４５】
出力制御手段７では、上記のように計算された出力pをベースにリアルタイムに出力制御する。但し、電力需要Pdem、プラントに設けている最高出力Pmaxと最低出力Pminに対し、以下の計算式から算出したPcomに発電出力を制御する。
【００４６】
Pcon＝Max{Min{Min{p,Pmax},Pdem},Pmin}    ……（４）
ここで、上記の記号Max{A,B}は、AとBに対し小さくない方の値、Min{A,B}は、AとBに対し大きくない方の値を表している。
【００４７】
（４）式で算出したPconに出力を制御することにより、最低出力と最高出力の間に制御され、かつ電力需要を上回らないように制御される。
【００４８】
このように本発明の第１の実施形態では、毎時間出力の設定を見直しているので、予測とは異なった熱需要が生じ、貯湯槽内の蓄熱量が変化しても、熱需要のピークに向けて適切な蓄熱ができる。
【００４９】
また、熱需要ピークに向けた高出力での蓄熱が３時間前から始まっているため、熱需要ピークが予測より１時間早くなっても十分な蓄熱があり、湯切れが生じづらく、熱需要ピークが予測より遅れた場合にも、蓄熱完了の時点で出力を低下するため、湯余りが生じづらい。さらに、熱需要ピークまで十分な時間があるときは、出力を低く保つため、蓄熱ペースが低く、貯湯槽からの放熱を抑制することができる。
【００５０】
従って、本実施形態によれば、高い省エネ性を実現することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明による燃料電池システムの第２の実施形態を示すフロー図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００５２】
第２の実施形態では、目標蓄熱量決定手段４’として、１日の熱需要量から、熱需要予測の対象とする時間長ｘを計算し、ｘ時間先までの熱需要予測量を合算して目標蓄熱量とし、この時点の蓄熱量と目標蓄熱量との差をｉとして起動停止判断手段５に与えるようにしたもので、それ以外は第１の実施形態と同様である。すなわち、その家庭の熱需要次第で、蓄熱量を定める際に熱需要予測の対象とする時間長を変化させるものである。例えば熱需要が５０MJ/日のように多い家庭では、１０時間先までの熱需要予測量の合算値を目標蓄熱量とする。
【００５３】
第１の実施形態では３時間先までの熱需要予測量を使って目標蓄熱量を定めたが、第２の実施形態では、非常に大きな熱需要ピークがある家庭でも、蓄熱が間に合わないというリスクを回避することができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図４は、本発明による燃料電池システムの第３の実施形態を示すフロー図で、図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００５５】
第３の実施形態では、低出力で発電効率や排熱回収効率が著しく低いプラントでも高い省エネ性を得るために、出力制御手段７’により低出力の運転を回避するようにするものである。具体的には第２の実施形態における基本ロジックに加え、その日に予測される熱需要量毎にベース発電出力Pbaseを用いる。
【００５６】
出力決定手段６で算出した出力pがベース発電出力Pbaseを下回る場合には、pの代りにPbaseを用いる。式で表すと、出力制御手段７’では、以下の（５）式から算出したPconに発電出力を制御することになる。
【００５７】
Pcon＝Max{Min{Min{Max{p, Pbase},Pmax},Pdem},Pmin}    ……（５）
なお、湯余りのリスクを避けるため、目標蓄熱量決定手段４’で目標蓄熱量を定めるときに用いる熱需要の時間長は、第２の実施形態よりも短くすることが望ましい。第２の実施形態では、熱需要が５０MJ/日のように多い家庭では、１０時間先までの熱需要予測量の合算値を目標蓄熱量とする例を述べたが、本実施形態では例えば７時間とすればよい。
【００５８】
このように第３の実施形態では、低負荷帯で著しく発電効率や排熱回収効率が低いプラントにおいても、極力当該負荷帯での発電を回避することができるので、省エネ性の低下を回避することができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
図５は、本発明による燃料電池システムの第４の実施形態を示すフロー図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００６０】
第４の実施形態では、熱需要の特徴に応じて複数パターンに分け、そのパターンごとに出力の設定を変えられるようにしたものである。具体的には熱需要予測手段３で求めた各時刻の熱需要予測量を判別する需要パターン判別手段８を設け、熱需要格納手段２によりデータベースに格納された熱需要量の計測データから、その日の湯の使い方を朝パターン、夜パターン、ランダムパターンに分類する。
【００６１】
図６は１日の熱需要の特徴をパターン化する一例を説明するための平均熱需要特性を示す図である。
【００６２】
図６に示す１日の平均熱需要特性において、６時から１２時までの熱需要予測量が１日の熱需要量の３割より大きい場合には朝パターンに分類し、１８時から翌日１時までの熱需要予測量が１日の熱需要量の７割より大きい場合には夜パターンに分類し、いずれにも当てはまらない場合は、ランダムパターンに分類する。
【００６３】
熱需要の特徴が夜パターンに分類される場合は、夜に風呂の湯張りをする家庭である場合が多い。この場合、湯張りの時刻に関わらず、１７〜１８時ほどの時刻に風呂の湯張り分の蓄熱をしておくことを基本的な考えとする。この考えに基づけば、１８時以降であれば、どの時間に湯張りをしても、貯湯槽から十分な湯を供給できるからである。同様に朝パターンに分類される場合は、朝にシャワーを浴びる場合が多く、５〜６時ほどの時刻にシャワーで使用する分の湯を蓄熱することを基本的な考えとする。
【００６４】
従って、目標蓄熱量決定手段４”において、夜パターンに分類された日は、１５時、１６時および１７時で定める目標蓄熱量を、１８〜翌日１時の熱需要予測の合算値から５MJ差引いた量とする。それ以外の時刻での目標蓄熱量は第１の実施形態と同様とする。ここで５MJ差引いているのは、１８時以降の発電による蓄熱を考慮しているためである。
【００６５】
朝パターンに分類された日は、３時、４時、および５時で定める目標蓄熱量を、６〜１２時の熱需要予測の合算値から１MJ差引いた量とする。さらに、１５時、１６時および１７時で定める目標蓄熱量を、１８時〜翌日１時の熱需要予測の合算値から５MJ差引いた量とし、それ以外の時刻での目標蓄熱量は第１の実施形態と同様である。
【００６６】
ランダムタイプに分類された日は、第１の実施形態と同様の出力制御を行う。
【００６７】
このように第４の実施形態では、夜タイプに分類された日は、夜の湯張りに向けた蓄熱を、１７時〜１８時の時点で完了するため、この熱需要ピークが予測より前後して生じた場合でも十分な湯が供給可能で、高い省エネ性が実現できる。
【００６８】
また、朝タイプに分類された日は、さらに朝のシャワーなどに向けた蓄熱を５〜６時の時点で完了するため、この熱需要ピークが予測より前後して生じた場合にも十分な湯が供給可能で、高い省エネ性を実現できる。
【００６９】
（第５の実施形態）
次に本発明による燃料電池システムの第５の実施形態を説明する。
【００７０】
第１の実施形態の出力決定手段６において、（３）式では表１に入力しておいた発電効率f(p)と排熱回収効率g(p)から排熱回収量i(p)を求めた。
【００７１】
しかし、発電効率f(p)と排熱回収効率g(p)は、プラント固有の値で、かつ経時的に変化する。したがって、f(p)およびg(p)には、一定の関数を用い続けるのではなく、プラントの実際の運転を通して修正していくことが望ましい。
【００７２】
第５の実施形態では、発電効率や排熱回収効率の特性をプラントの実際の運転を通して修正しながら運転計画を立てるようにしたものである。
【００７３】
具体的には、所定期間経過ごとに過去１時間の消費燃料の発熱量j[kWh]、平均発電量k[Wh/h]、および排熱回収量l[Wh/h]から、
f1(k)＝(k*1)/j*100    ……（５）
g1(k)＝(l*1)/j*100    ……（６）
を求める。表１の記載において、kを超えない最大の発電出力p1と、kを下回らない最小のp2に対し、f1(k)と表１を用いて求めたf(k)の差の1/3だけf(p1)とf(p2)をシフトさせることで補正を行う。kが表１に記載の発電出力の場合は、k＝p1＝p2である。f(p)を補正した後の値をfnew(p)として式で表すと、
fnew(p1)＝f(p1)＋（f1(k)−f(k)）/3    ……（７）
fnew(p2)＝f(p2)＋（f1(k)−f(k)）/3    ……（８）
となる。同様の方法で排熱回収効率g(p1)もg(p2)で補正したgnew(p1)とgnew(p2)を求める。その後、表１のf(p1)とf(p2)、g(p1)もg(p2)をそれぞれfnew(p1)とfnew(p2)、gnew(p1)とgnew(p2)に書換え、次回以降の運転計画を立てる際に用いる。
【００７４】
例えば、表１の特性を入力したプラントで、過去１時間の平均出力が300W、発電効率が31.0%、排熱回収効率が40.0%であったとすると、p1=250,p2=400となる。f(250)=29.0、f(400)=32.0、g(250)=40.0、g(400)=45.0であるから、第１の実施形態の線形補間を用いて、f(300)=32.0、g(300)=41.7が求まる。実測値ではf1(300)=31.0、g1(300)=40.0なので、これと（７），（８）式によりfnew(250)=29.3、fnew(400)=32.3、同様にgnew(250)=39.4、gnew(400)=44.4が求まる。これらの値を用いた表３で次回以降の運転計画を立てる。
【表３】
2010067512.tif 000005
【００７５】
これにより、プラント固有の発電効率と排熱回収効率や、その経時変化を考慮しながら運転計画に反映することができ、さらに省エネ性に優れた運転を実現することができる。
【００７６】
なお、発電効率や排熱回収効率、または待機電力などの特性をプラントの積算運用時間に依存する関数で変化させながら運転計画を立てるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による燃料電池システムの基本的な構成を示すブロック図。
【図２】本発明による燃料電池システムの第１の実施形態を示すフロー図。
【図３】本発明による燃料電池システムの第２の実施形態を示すフロー図。
【図４】本発明による燃料電池システムの第３の実施形態を示すフロー図。
【図５】本発明による燃料電池システムの第４の実施形態を示すフロー図。
【図６】同実施形態において、１日の熱需要の特徴をパターン化する一例を説明するための平均熱需要特性を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１…熱需要計測手段、２…熱需要格納手段、３…熱需要予測手段、４，４’，４”…目標蓄熱量決定手段、５…起動停止判断手段、６…出力決定手段、７，７’…出力制御手段、８…需要パターン判別手段、１０１…燃料制御手段、１０２…改質手段、１０３…燃料電池本体、１０４…インバータ、１０５…電力負荷、１０６…出力設定手段、１０７…運転制御手段、１０８…熱交換手段、１０９…貯湯槽、１１０…給湯負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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