(57)【要約】【課題】省エネルギー性の高い運転ができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、家庭の熱負荷と電力負荷を計測して負荷情報を生成して保持する負荷情報作成部１０２と、前記熱負荷と電力負荷に基づいた将来の予測電力負荷と予測熱負荷を算出する負荷予測部１０３と、前記予測電力負荷と熱負荷に基づいて発電電力を決定する発電電力決定部１０４と、前期発電電力決定部１０４で得られた発電電力が特定期間において燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に燃料電池を停止させるまたは計画された発電電力よりも低い出力運転を行う制御部１０５とを備えことにより、燃料電池１０１を処理条件が期間に依存する保護動作が起きる場合に最もエネルギー損失の少ない時刻に停止することで効率的に運転することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
家庭の電力負荷と熱負荷を計測して負荷情報を生成して保持する負荷情報作成部と、前記電力負荷と前記熱負荷に基づいて将来の予測電力負荷と予測熱負荷を算出する負荷予測部と、予測電力負荷に基づいて燃料電池の発電電力を決定する発電電力決定部と、前記発電電力決定部で得られた発電電力が特定期間における前記燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に前記燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行う制御部とから構成された燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記発電電力決定部で得られた発電電力が前記燃料電池の最大出力と最低出力の間にあり、かつ最低の発電電力である特定時間帯に前記燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記特定期間が、時間によるものであることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、需要家へ設置され、発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うものである。この装置は、火力発電などの従来の発電システムと比較してエネルギー効率が非常に高く、省エネ機器として普及が期待されている。
【０００３】
しかしながら、燃料電池システムの省エネルギー性を最大限に発揮するためには、需要家の電力・熱負荷パターンに適した運転を行う必要がある。
【０００４】
燃料電池システムには、自動的に設置された需要家の将来の負荷を予測し、その予測に基づいて省エネルギー性を発揮する運転を計画するシステムが求められている。実際の運転では負荷の予測だけではなく、ブレーカーの落ちる可能性などのさまざまな条件を考慮しつつ、より省エネルギー性の高い運転計画を作成する必要がある。
【０００５】
従来の省エネルギー性の高い運転計画を作成する燃料電池システムとしては、特許文献１に開示されたものがあった。この特許文献１に開示された従来の燃料電池システムは、ブレーカーの落ちる可能性の大きい場合は起動を回避しつつ、より省エネルギー性の高い運転計画を作成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料電池システムにおいては、不意に停止せざるを得ない場合は、ブレーカーが落ちる場合だけではない。燃料電池のように少量のガス消費が一定期間継続すると、ガスメータはガス漏れと判断するので、このための対策として短時間、燃料電池ユニットを低出力で運転し、貯湯タンクユニットを燃焼させてガス使用量を変化させる方法があるが、この期間中は強制的に発電量を下げなければならず、省エネルギー性の高い運転ができない。
【０００８】
また、ガスの継続的な使用が更に一定時間経過すると家庭内のガスメータがガス栓を閉じてしまうので、発電中も停止しなければならず、省エネルギー性の高い運転ができない課題がある。
【０００９】
また、熱回収配管熱湯加熱殺菌動作のために発電停止しなければならない場合、省エネルギー性の高い運転ができない。また、燃料電池の長期間の使用に耐えうるように１日の運転時間を制限する場合、無計画に運転を停止したのでは省エネルギー性の高い運転ができない課題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、省エネルギー性の高い運転ができる燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、家庭の電力負荷と熱負荷を計測して負荷情報を生成して保持する負荷情報作成部と、前記電力負荷と前記熱負荷に基づいて将来の予測電力負荷と予測熱負荷を算出する負荷予測部と、予測電力負荷に基づいて燃料電池の発電電力を決定する発電電力決定部と、前記発電電力決定部で得られた発電電力が特定期間における前記燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に前記燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行う制御部とから構成されている。
【００１２】
これにより、処理条件が期間に依存する保護動作が起きる場合に最もエネルギー損失の少ない時刻に燃料電池を停止、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うことで、効率的に運転することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電電力が燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うことで、より省エネルギー性の高い運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態の燃料電池システムの動作を示すフローチャート
【図３】同実施の形態の燃料電池システムにおいて処理を実施しない場合の１日の負荷電力と計画した発電電力を示す特性図
【図４】同実施の形態の燃料電池システムにおいて処理を実施した場合の１日の負荷電力と計画した発電電力を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、家庭の電力負荷と熱負荷を計測して負荷情報を生成して保持する負荷情報作成部と、前記電力負荷と前記熱負荷に基づいて将来の予測電力負荷と予測熱負荷を算出する負荷予測部と、予測電力負荷に基づいて燃料電池の発電電力を決定する発電電力決定部と、前記発電電力決定部で得られた発電電力が特定期間における前記燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に前記燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行う制御部とから構成された燃料電池システムである。
【００１６】
これにより、処理条件が期間に依存する保護動作が起きる場合に最もエネルギー損失の少ない時刻に燃料電池を停止、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うことで、効率的に運転することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記制御部が、前記発電電力決定部で得られた発電電力が前記燃料電池の最大出力と最低出力の間にあり、かつ最低の発電電力である特定時間帯に前記燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うことを特徴とする。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記特定期間が、時間によるものであることを特徴とする。
【００１９】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１００の構成を示している。図１において、負荷情報作成部１０２は電力負荷を計測する。負荷予測部１０３は家庭の電力負荷と熱負荷とを計測し、時刻に対する変化を負荷履歴として記憶し、この記憶内容に基づき、運転計画期間である翌日の０時から２４時間の電力負荷及び熱負荷の予測値である予測電力負荷と予測熱負荷を算出し、発電電力決定部１０４に出力する。
【００２１】
発電電力決定部１０４は、負荷予測部１０３でシミュレートされた予測電力負荷と予測熱負荷に基づき燃料電池で各時刻に発電する発電電力を決定する。
【００２２】
決定された発電電力に従って燃料電池システム１０１を運転した場合に期間に依存する保護動作がおきる場合、保護動作が起きる時刻よりも前の時刻で燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に燃料電池を停止させるか、または計画された発電電力よりも低い出力運転を行うように燃料電池１０１に発電指令を出す。
【００２３】
以下、本実施の形態の燃料電池システム１００における動作の一例について、図２に示した本実施の形態の燃料電池システムの動作を示すフローチャートと、図３に示した処理を実施しない場合の１日の負荷電力と計画した発電電力を示す特性図と、図４に示した処理を実施した場合の１日の負荷電力と計画した発電電力を示す特性図を参照して、１２時間のガスメータの保護動作が起きる場合の例を説明する。
【００２４】
ここで１２時間のガスメータの保護動作とは１３時間ガス使用が継続するとガスの元弁が強制的に綴じられるために１２時間めに低出力運転をするものとする。
【００２５】
一定の時刻が来ると運転計画処理の開始指示が出される（Ｓ１００）。次に、負荷作成部１０２は処理が開始された時刻までに収集した負荷データを負荷履歴として保持する（Ｓ１０１）。負荷予測部１０３は予測負荷を算出する（Ｓ１０２）。図３と図４では予測負荷を実線の曲線で示す。
【００２６】
負荷予測部１０３は、負荷情報作成部１０２が１分毎に需要家の電力負荷と熱負荷とを取得し、この取得した電力負荷と熱負荷とを３０分単位で積算し、負荷を計測した時刻と関連付けて記憶した負荷履歴を用いて、処理の開始がかかった日から７日前までの各日の負荷２４時間分を３０分単位で記憶し、２４時間先までの負荷を各時刻の負荷７日分を平均することで予測する。例えば、０時０分から０時３０分までの予測電力負荷は、過去７日間の０時０分から０時３０分までの計測された電力負荷の平均値である。
【００２７】
次に発電電力決定部１０４は、該予測電力負荷と該熱負荷を用いて、燃料電池が各時刻に生成しなければならないエネルギー量を算出し、エネルギー量から各時刻の発電電力量を算出し、制御部１０５に出力する（Ｓ１０３）。制御部１０５は発電が前もって一定期間継続するか否かを判定し、一定期間超える場合には特定時間帯に発電停止または低出力発電を行う。
【００２８】
図３は前もって発電が１２時間継続するか否かを判定しない場合の処理を示す。この場合は１２時間発電が継続し１２時間目に低出力運転を行う。図４は前もって発電が１２時間継続するか否かを判定し、発電から１２時間立つ前の時刻で、かつ発電している時刻で最低の負荷電力である１２時に一旦停止し１３時から再度発電を開始する場合の例を示す。
【００２９】
図３及び図４で実線の曲線は予測負荷を示し、斜線の無い矩形は発電電力決定部での出力である発電電力量を示し、斜線のある矩形は運転を抑制したまたは運転を停止することで買電するための損失分を示す。横軸は１日の時刻、縦軸は電力量である。８時以前は予測負荷が最低発電量に達していないため発電しない計画を立てたものとする。
【００３０】
図３の運転よりも図４の運転の方が斜線部分の面積が小さく、より効率的な運転を行うことができる。図４に示すように制御部１０５は燃料電池１０１に発電指令を出す（Ｓ１０４）。上記のように処理することにより保護動作が起きる場合に効率的な発電を実施することができる。
【００３１】
以上のように本実施の形態の燃料電池システム１００は、家庭の熱負荷と電力負荷を計測して負荷情報を生成して保持する負荷情報作成部１０２と、前記熱負荷と電力負荷に基づいた将来の予測電力負荷と予測熱負荷を算出する負荷予測部１０３と、前記予測電力負荷と熱負荷に基づいて発電電力を決定する発電電力決定部１０４と、前期発電電力決定部１０４で得られた発電電力が特定期間において燃料電池の最大出力と最低出力の間にある特定時間帯に燃料電池を停止させるまたは計画された発電電力よりも低い出力運転を行う制御部１０５とを備えことにより、燃料電池１０１を処理条件が期間に依存する保護動作が起きる場合に最もエネルギー損失の少ない時刻に停止することで効率的に運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、省エネルギー性の高い運転を行うことができるので、省エネルギー性が求められる燃料電池システムに適している。
【符号の説明】
【００３３】
１００  燃料電池システム
１０１  燃料電池
１０２  負荷情報作成部
１０３  負荷予測部
１０４  発電電力決定部
１０５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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