(57)【要約】【課題】太陽光や風力などのエネルギーで発電されるクリーン発電電力を活用し、かつ燃料電池をエネルギーの貯蔵源として効率的に使用できる電力供給装置を提供する。【解決手段】電力供給装置は、水を電気分解して水素を製造する水素製造部と、水素製造部で製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて発電する水素発電部と、水素製造部および水素発電部からなる燃料電池で発電される燃料発電電力、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力および電力会社から供給される商用電力を燃料電池または外部の電力負荷系統に供給する電力供給部と、燃料電池および電力供給部を制御する制御部とを備え、制御部は、電力負荷系統に電力を供給する際、クリーン発電電力を優先して供給し、クリーン発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を燃料発電電力の供給で補い、さらに燃料発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を商用電力の供給で補うよう電力供給部を制御する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素を製造する水素製造部と、水素製造部で製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて発電する水素発電部と、水素製造部および水素発電部からなる燃料電池で発電される燃料発電電力、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力および電力会社から供給される商用電力を燃料電池または外部の電力負荷系統に供給する電力供給部と、燃料電池および電力供給部を制御する制御部とを備え、
制御部は、電力負荷系統に電力を供給する際、クリーン発電電力を優先して供給し、クリーン発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を燃料発電電力の供給で補い、さらに燃料発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を商用電力の供給で補うよう電力供給部を制御することを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
制御部は、クリーン発電電力を電力負荷系統に供給する際にクリーン発電電力の余剰電力が生じたとき、この余剰クリーン発電電力を水素製造部に供給するよう電力供給部を制御する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
制御部は、電力会社から所定の時間帯に供給される商用余剰電力を水素製造部に供給して、所定の時間帯に水素を生成するよう電力供給部を制御する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項４】
制御部は、電力負荷系統における消費電力量とクリーン発電電力量を比較し、消費電力量がクリーン発電量より小さいときに、クリーン発電電力を水素製造部に供給するように電力供給部を制御する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項５】
制御部は、予め記憶され、あるいは取得した情報に基づいて、明日または明日以降の、電力負荷系統における消費電力とクリーン発電電力とを予想し、この予想に基づいて、明日または明日以降の、水素発電部で発電する際に要する水素の量を予想する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項６】
制御部は、水素量予想部で得られた量の水素を商用余剰電力の供給時間帯に生成するために、商用余剰電力の供給時間帯に商用余剰電力量を水素製造部に供給するよう電力供給部を制御する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項７】
発電時に水素発電部で発生する熱を取り出し、取り出した熱を水と熱交換する熱交換器と、熱交換して得られた温水を貯蔵する貯湯部とをさらに備え、制御部は、水素発電部で水電解が行われる際に、貯湯部に貯蔵された温水の熱を熱交換器を介して水素発電部に供給する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項８】
電力供給部が、電力供給装置における急激な供給電力変動または負荷変動を緩和するための二次電池またはキャパシタの少なくとも一つを有する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項９】
電力供給部が、水素発電部、商用電力系統およびクリーン発電電力系統と電力負荷系統とに接続されたパワーコンディショナを有する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１０】
水素貯蔵部が、水素吸蔵合金タンク、カーボンナノ材料タンク、高圧ボンベの少なくとも一つを有する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１１】
水素貯蔵部が、水素貯蔵部から燃料電池自動車用の燃料タンクへ水素を供給するための水素供給機構部を有する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１２】
水素貯蔵部が、水素貯蔵部から携帯機器用モバイル燃料電池または家電機器用ポータブル燃料電池の燃料カートリッジへ水素を充填するための水素充填機構部を有する請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１３】
電力供給装置が、太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子を備えた太陽電池および／または風力で回転するブレードと、入力軸を有する発電機と、ブレードの回転を入力軸に伝えて発電機を回すよう前記各部材を支持するフレームを備えた風力発電装置を具備してなる請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１４】
燃料電池が、固体高分子膜と、固体高分子膜を挟持する陰極および陽極と、陰極板および陽極板と、前記陰極と陰極板とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陰極チャンバと、前記陽極と陽極板とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陽極チャンバとからなる一体の可逆形燃料電池である請求項１に記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力供給装置に関し、更に詳しくは、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力、商用電力および燃料電池の電力を、これら電力の余剰や外部の負荷系統における電力消費の状況に応じて効率的に供給する電力供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、昼夜の発電量の比較を示すグラフである。
図６に示すように、近年、昼間の電力需要は大幅に伸びているのに対し、深夜電力の需要の伸びは少なくなっており、これに伴って昼夜の発電量の格差は拡大する一方である。
このため、太陽光や風力などのエネルギーで発電されるクリーン発電電力や低コストの深夜電力等を活用しながら、負荷の平準化を図り、かつ発生する余剰の電力をエネルギーとして貯蔵することにより、図７に示すように、昼夜の発電量の格差を解消することは、電力資源の有効活用を図るうえで望ましい。
【０００３】
余剰電力をエネルギーとして貯蔵する技術としては、燃料電池の利用がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９５１６７号公報
【０００５】
燃料電池は、水を電気分解して水素燃料を製造するとともに、その水素を貯蔵し、必要に応じて貯蔵した水素燃料を用いて発電を行い、電気エネルギーを供給することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開２００２−９５１６７号公報には、原子力発電所で生じる深夜の余剰電力、すなわち、電力会社から供給される深夜電力を主として用い、かつ太陽光や風力などのエネルギーで発電されるクリーン発電電力を併用しながら、余剰電力で水を電気分解し、得られた水素で電力需要の多い時間帯に燃料電池で発電し、電力負荷系統へ供給する装置が開示されている。
【０００７】
しかし、上記の公報に開示された装置では、太陽光や風力などのエネルギーで発電されるクリーン発電電力を併用してはいるが、商用電力を主体に使用しているため、クリーン発電電力が十分に活用されているとはいえない。
【０００８】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽光や風力などのエネルギーで発電されるクリーン発電電力を活用し、かつ燃料電池をエネルギーの貯蔵源として効率的に使用できる電力供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、水を電気分解して水素を製造する水素製造部と、水素製造部で製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて発電する水素発電部と、水素製造部および水素発電部からなる燃料電池で発電される燃料発電電力、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力および電力会社から供給される商用電力を燃料電池または外部の電力負荷系統に供給する電力供給部と、燃料電池および電力供給部を制御する制御部とを備え、制御部は、電力負荷系統に電力を供給する際、クリーン発電電力を優先して供給し、クリーン発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を燃料発電電力の供給で補い、さらに燃料発電電力で供給電力が不足するとき、この不足分を商用電力の供給で補うよう電力供給部を制御することを特徴とする電力供給装置が提供される。
【００１０】
すなわち、電力負荷系統に電力を供給する際、クリーン発電電力、燃料発電電力および商用電力がこの順に消費されるよう優先度を設定して供給することにより、クリーン発電電力を主体としたエネルギーの利用を図ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなく、電力の負荷平準化に有効なシステムを構成することが可能となる。
【００１１】
この発明における水素製造部とは、水の電気分解（以下、水電解と称する）に用いる水を収納し、少なくとも陰陽両極からなる一対の電極を有し、これら電極への電力の供給により発生した水素および酸素を分離して回収できる容器を意味する。
この発明では、水電解に用いる水、好ましくは純水を貯蔵し、必要なときに水素製造部に供給できるタンク等からなり、水素発電部における発電の際に生じる水を回収して貯蔵できる水貯蔵部を有することが好ましい。
【００１２】
この発明における水素貯蔵部とは、水素発電部に供給される水素を貯蔵し、必要なときに、貯蔵された水素を水素発電部に供給できるタンク等を意味し、水素製造部における水電解の際に生成する水素を回収して貯蔵できるタンク等が好ましい。このようなタンクとしては、吸蔵合金タンク、カーボンナノ材料タンク、高圧ボンベが挙げられる。
【００１３】
この発明における水素発電部としては、りん酸型燃料電池、溶解炭酸塩型、固体酸化物、アルカリ型、固体高分子型等の公知の燃料電池が挙げられる。
この発明における水素製造部および水素発電部からなる燃料電池とは、水と電力が水素製造部に供給されたときに水素と酸素を生成し、水素と酸素が水素発電部に供給されたときに水と電力を生成する公知の燃料電池が挙げられる。
【００１４】
この発明における太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力とは、自然のエネルギーを利用した太陽電池や風力発電装置で発電され、ＣＯ２やＮＯｘなどの有害な排出物を発生しない環境に優しいクリーン発電により生じる電力を意味する。
太陽電池は、太陽光を電気エネルギーに変換する光電変換素子を備えた公知の太陽電池を用いることができる。または風力発電装置は、風力で回転するブレードと、入力軸を有する発電機と、ブレードの回転を入力軸に伝えて発電機を回すよう前記各部材を支持するフレームを備えた公知の風力発電装置を用いることができる。
【００１５】
この発明における電力会社から供給される商用電力とは、水力・火力・原子力発電所等で生産され、電力会社が販売する電力を意味する。
電力会社から所定の時間帯に供給される商用余剰電力としては、原子力発電所等で生じる深夜の余剰電力、すなわち低コストの電力を意味する。
この発明における電力負荷系統とは、一般家庭や工場等の産業設備等へ電力を供給するための電力系統を意味する。
【００１６】
この発明における電力供給部は、水素発電部、商用電力系統およびクリーン発電電力系統と電力負荷系統とに接続されたパワーコンディショナであることが好ましい。
この発明におけるパワーコンディショナとは、水素発電部（燃料電池）およびクリーン発電電力で発生する直流電力を既存の交流商用電力と連係して電力負荷系統の電源として使用する場合に用いられる直交電力変換装置であり、例えば、直流コンディショナ、直流―直流インタフェース、インバータ、交流―交流インタフェースおよび系統連係装置等からなる公知の直交電力変換装置が挙げられる。パワーコンディショナを備えることにより、電力負荷系統において上記の電源の変更に対する手当てとなる付帯設備が不要になりあるいは簡略化される。
電力供給部が、電力供給装置における急激な供給電力変動または負荷変動を緩和するための二次電池またはキャパシタの少なくとも一つを有しておれば、安定した電力の供給が行える。
【００１７】
この発明における制御部は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、タイマー、カウンター等を有するコンピュータで構成され、夜間電力の時間、水素製造部の単位時間当りの製造能力、水素貯蔵手段の貯蔵能力、太陽電池などの１日の発電量と電力負荷の消費量を比較しながらエネルギーをもっとも有効に利用できるよう運転を制御することができるものが好ましい。
【００１８】
制御部は、電力負荷系統における消費電力量とクリーン発電電力量を比較し、消費電力量がクリーン発電量より大きいときに、水素発電部から燃料発電電力を電力負荷系統に供給するよう電力供給部を制御するので、深夜電力や太陽光発電および風力発電による電力に余裕のあるときに水素の製造・貯蔵を行い、それ以外の時間帯に電力負荷に応じた発電を行うことができるので、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００１９】
制御部は、クリーン発電電力を電力負荷系統に供給する際にクリーン発電電力の余剰電力が生じたとき、この余剰クリーン発電電力を供給するよう電力供給部を制御するので、余剰のクリーン発電電力を用いることにより低コストで燃料用の水素を生成させることができる。
【００２０】
制御部は、水素発電部で燃料として用いられる水素を生成させるために、電力会社から所定の時間帯に供給される商用余剰電力を水素製造部に供給するよう電力供給部を制御するので、深夜電力等を用いることにより低コストで燃料用の水素を生成させることができる。
【００２１】
制御部は、電力負荷系統における消費電力量とクリーン発電電力量を比較し、消費電力量がクリーン発電量より小さいときに、クリーン発電電力を水素製造部に供給するように電力供給部を制御するので、太陽光発電および風力発電による電力に余裕のあるときに水素の製造・貯蔵を行うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【００２２】
制御部は、電力負荷系統における消費電力の予想値とクリーン発電電力の予想値を算出し、次いで、消費電力予想値からクリーン発電電力予想値を減算し、得られた値の電力量に基づいて水素発電部で発電する際に要する水素の量を算出し、得られた量の水素を商用余剰電力の供給時間帯に生成するよう電力供給部から水素製造部に供給される商用余剰電力量を制御するので、商用余剰電力の有効利用を図ることができる。
【００２３】
この発明では、水素製造部および水素発電部が一体となった燃料電池を構成することができる。
このような燃料電池としては、燃料電池部が、固体高分子膜と、固体高分子膜を挟持する陰極および陽極と、陰極板および陽極板と、前記陰極と陰極板とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陰極チャンバと、前記陽極と陽極板とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陽極チャンバとが一体に構成され、これらが水素製造部および水素発電部として機能する燃料電池が例示される。
上記の燃料電池は、陰極チャンバが、水素貯蔵部と水素の授受が行えるように水素貯蔵部に接続され、陽極チャンバは、水貯蔵部と水の授受が行えるように水貯蔵部に接続されかつ酸化ガス供給源としての酸素貯蔵部と酸素の授受が行えるようにこの酸素貯蔵部に接続されてなるので、これらの水素貯蔵部、水貯蔵部および酸素貯蔵部を内蔵して上記の燃料電池と一体に構成することもできる。
上記の燃料電池では、燃料電池制御部が、水電解時には、水貯蔵部に貯蔵された水を陽極チャンバに供給し、陰極および陽極から電力を供給して水を水素と酸素に分離し、分離された酸素を酸素貯蔵部に貯蔵し、さらに分離された水素を固体高分子膜を通して陰極で水素ガスを生成した後、この水素ガスを陰極チャンバから水素貯蔵部に貯蔵し、発電時には、水素貯蔵部から水素ガスを供給して陰極で水素に分解し、この水素を固体高分子膜を通して、酸素貯蔵部から供給された酸素と陽極で反応させ、陽極チャンバに水を生成し、さらに発生した電力を陰極板および陽極板から取り出すよう制御を行う。
【００２４】
つまり、従来から水素製造部の陰極および陽極と水素発電部の陰極および陽極が必要であるが、上記の燃料電池では、電力供給用の陰極および陽極と、電力取り出し用の陰極板および陽極板とをそれぞれのチャンバ内に対向配置することによって、流体の通路長を短縮することができるとともに電極の集中化を図ることができるので、小型化、軽量化および低コスト化が可能となり、経済性および利便性の面から実用性が高いものとなる。
また、燃料電池内における円滑な流体の流れを構成することができる。
【００２５】
さらに、従来のように水素製造部と水素発電部が分離されたものであれば、各電極との接点部や、酸素、水素および水の配管接続部が多数存在したが、一体の燃料電池を構成することにより、接続部の数が減少し、その結果、発生水素および発生純水の回収損失の低減に大きな効果を有する。
【００２６】
この発明の電力供給装置では、水素発電部で発電時に発生する熱を取り出し、取り出した熱を水と熱交換する熱交換器と、熱交換して得られた温水を貯蔵する貯湯部とをさらに備え、燃料電池制御部は、水素発電部で水電解が行われる際に、貯湯部に貯蔵された温水の熱を熱交換器を介して水素発電部に供給するので、水の供給設備を簡略化することができる。
【００２７】
水素貯蔵部は、水素貯蔵部から燃料電池自動車用の燃料タンクへ水素を供給するための水素供給機構部および水素貯蔵部から携帯機器用モバイル燃料電池または家電機器用ポータブル燃料電池の燃料カートリッジへ水素を充填するための水素充填機構部を装着することができる。このように、水素を媒体としてエネルギーを貯蔵する機構部は、排出物としてＨ２Ｏのみを生成し、有害なＣＯ２やＮＯｘを発生しないので、環境に悪影響を及ぼさない。
【００２８】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、実施例によりこの発明を更に具体的に説明するが、この発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
図１は、この発明の電力供給装置の構成を示すブロック図である。
図１において、電力供給装置１０は、水を貯蔵する純水タンク６と、酸素を貯蔵する酸素貯蔵タンク１４と、水素を貯蔵する水素貯蔵タンク２（水素貯蔵部）と、可逆型の燃料電池１（水素発電部および水素製造部）と、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力、電力会社から供給される商用電力８および燃料電池１で発電された燃料発電電力を燃料電池１の水素製造部または外部の電力負荷系統１５に供給するパワーコンディショナ５（電力供給部）とから主に構成されている。
燃料電池１は、純水タンク６に貯蔵された水を水電解して水素を生成させる水素製造部と、酸素貯蔵タンク１４から供給される酸素を助燃剤として用い、水素貯蔵タンク２に貯蔵された水素を燃料として用いて発電する水素発電部とが一体に構成されている。
【００３０】
燃料電池１へは、商用電力系統８から電圧変換及び直流−交流変換を行うためのパワーコンディショナ５を通して深夜電力、すなわち、商用余剰電力が供給される。クリーン発電電力９からは、太陽電池等で発生した電力をパワーコンディショナ５を通して電力負荷系統１５に供給するとともに、余剰電力は燃料電池１に供給される。燃料電池１には、発電時に発生した水を貯える純水タンク６が接続されている。
【００３１】
燃料電池１において水電解を行う際には、純水タンク６から燃料電池１に水が供給される。水電解で発生した水素は水素貯蔵タンク２に貯えられる。燃料電池１と水素貯蔵タンク２との間には、燃料電池１と水素貯蔵タンク２の双方で、過剰となった水素を貯蔵し、水素貯蔵タンク２における水素の不足を補うための燃料カートリッジ１３が配設されている。
また、燃料電池１において発電を行う際には、水素貯蔵タンク２から燃料電池１に水素が供給され、水素を燃料として発電された電力はパワーコンディショナ５を介して電力負荷系統１５に供給される。
【００３２】
上記の水電解時に発生した酸素は、酸素貯蔵タンク１４に貯えられ、発電時に水素燃料との反応ガスとして供給することができるが、これ以外の方法として、酸素をタンク等に貯えずに空気中に放出し、発電時には空気をブロワーなどで供給する方法を用いることができる。
【００３３】
燃料電池１は、ポンプおよびバルブ等からなる送熱部２６を介して熱交換器４および貯湯槽３に接続されている。貯湯槽３には、水道水１２の供給が可能となっている。
発電時に燃料電池１において発生した熱は、熱交換器４を通して貯湯槽３に貯えられ、必要に応じて給湯系統１１に供給される。また、水電解時には、逆に貯湯槽３に貯えられた熱を燃料電池１に供給する。
一般的に、発電時の水素および酸素の反応は発熱反応であり、水電解は吸熱反応であるため、発電時は貯湯槽３に熱を貯え、水電解時にこの熱を燃料電池１で利用することにより、エネルギーの有効利用が可能となる。
【００３４】
図２は、燃料電池１とその周辺機器の構成の概略を示す図である。
燃料電池１は、固体高分子膜４１と、固体高分子膜４１を挟持する陰極４２および陽極４３と、陰極板４４および陽極板４５と、陰極４２と陰極板４４とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陰極チャンバ４２ａと、陽極４３と陽極板４５とをこれらの間に流体の通路が形成されるように互いに対向して配置した陽極チャンバ４３ａとが一体に構成されている。
陰極チャンバー４２ａには、送水素部４６を介して水素貯蔵タンク１４が接続され、陽極チャンバー４３ａには、送酸素部４７を介して酸素タンク２が接続され、かつ送純水部４８を介して純水タンク６が接続されている。
上記した４６、４７および４８の各部は、ポンプおよびバルブ等からなり、後記する制御部により、それぞれの対象流体を双方向に移動させかつそれぞれの流路を開放あるいは閉鎖することができる。
【００３５】
燃料電池１では、水電解時には、純水タンク６に貯蔵された水を陽極チャンバ４３ａに供給し、陰極４２および陽極４３から電力を供給して水を水素と酸素に分離し、分離された酸素を酸素貯蔵タンク１４に貯蔵し、さらに分離された水素を固体高分子膜４１を通して陰極４２で水素ガスを生成した後、この水素ガスを陰極チャンバ４２ａから水素貯蔵タンク２に貯蔵する。
発電時には、水素貯蔵タンク２から水素ガスを供給して陰極４２で水素に分解し、この水素を固体高分子膜４１を通して、酸素貯蔵タンク１４から供給された酸素と陽極で反応させ、陽極チャンバ４３ａに水を生成し、さらに発生した電力を陰極板４４および陽極板４５から取り出すよう制御が行われる。
【００３６】
図３は、燃料電池の構成の詳細を示す図である。
図３に示すように、燃料電池１では、電力を外部に取り出す陰極板４４および陽極板４５と陰極４２および陽極４３とが、各チャンバー４２ａおよび４３ａ内に対向して配置されるので、水電解時における電力の供給を陰極４２および陽極４３から行い、発電時における電力の取り出しを陰極板４４および陽極板４５から行うことができる。したがって、水素、酸素、純水の各流体を短い流路で移動させることができ、さらに配管接続部が少なくなるので、燃料電池１内における円滑な流体の流れを構成することができる。また、装置構成は、小型化、軽量化および低コスト化が可能となる。
【００３７】
図４は、電力供給装置１０の制御部の構成を示すブロック図である。
図４に示すように、電力供給装置１０は制御部３１を有する。
制御部３１は、パワーコンディショナ５と、燃料電池１と、水素貯蔵タンク２（送水素部４６）と、酸素貯蔵タンク１４（送酸素部４７）と、純水タンク６（送純水部４８）と、熱交換器４（送熱部２６）とに接続されている。
【００３８】
電力供給制御部３２は、パワーコンディショナ５を介して燃料電池１の水素発電部２１（陰極板４４および陽極板４５）および水素製造部２３（陰極４２および陽極４３）に接続されている。パワーコンディショナ５には、太陽光または風力をエネルギーとして発電されるクリーン発電電力９および電力会社から供給される商用電力８が接続されている。
【００３９】
図５は、電力供給装置１０による電力供給について、燃料電池１における水素の製造を主に説明するフローチャートである。
図５を参照しながら、制御部３１の動作に基づいて電力供給装置１０による電力供給の制御方法を説明する。
【００４０】
まず、予めセットされた時間または時刻の到来、または電力会社からの信号に基づいて、深夜電力を用いて燃料電池１において水電解による水素の製造が開始される（ステップＳ１）。
水素の製造のために、翌日の電力負荷系統における電力消費量を予め計算で予測する（ステップＳ２）。さらに、翌日の太陽光発電電力系統における電力発生量も予め計算で予測する（ステップＳ３）。前記の電力負荷系統における電力消費量の予測値から前記の太陽光発電電力系統における電力発生量の予測値を差し引いた量に相当する水素を深夜電力時間内に製造できるように単位時間の水素製造量を計算する（ステップＳ４）。
【００４１】
ステップＳ２における予想は、例えば、前の週における電力負荷系統における電力消費量（実績）を曜日ごとに記憶部に記憶し、次いで、「翌日」に相当する前記曜日の電力負荷系統における電力消費量（実績）を記憶部から読み出すことによって行われる。
また、ステップＳ３における予想は、例えば、前年における太陽光発電電力系統における電力発生量（実績）を月日ごとに記憶部に記憶し、次いで、「翌日」に相当する前年の月日の太陽光発電電力系統における電力消費量（実績）を記憶部から読み出すことによって行われる。
また、これらの予測において、翌日の天気予報等の付加情報を適宜使用することが可能である。
【００４２】
次いで、計算された量の水素が製造されるように、燃料電池１への電力の供給量等を制御しながら燃料電池１を作動させ、製造された水素を、送水素部４６を制御して水素貯蔵タンク２に貯える（ステップＳ５）。
次いで、予めセットされた時間または時刻の到来、または電力会社からの信号に基づいて、水素の製造を終了する（ステップＳ６）。
【００４３】
次いで、水素燃料を消費して発電するときは、太陽電池の発電量と負荷による消費電力量とを比較する（ステップＳ７）。余剰電力が発生している場合は、燃料電池１において水素を製造し、製造された水素を送水素部４６を制御して水素貯蔵タンク２に貯える（ステップＳ８）。
一方、余剰電力が発生していない時は、燃料電池１において、送水素部４６、送酸素部４７、送純水部４８および送熱部２６を制御して水素燃料による発電を行う（ステップＳ９）。予測誤差などで電力不足が発生した場合には、商用電力８から不足分を補充する。
【００４４】
発電時に水素と酸素の反応により生成した水は、送純水部４８を制御して純水タンク６に貯蔵され、水電解に必要な水は、送純水部４８を制御して純水タンク６から給水される。水電解用の水は純度の高いものが好ましいが、全てを市水又は工業用水から処理装置を用いて精製した場合コストの増大やシステムの大型化を招くので、これらを適宜混ぜ合わせて使用するのが実用上好ましい。
【００４５】
一方、発電時には、水素と酸素の反応により水蒸気が発生し、冷却器等により冷却され凝縮水として回収することができる。発電時に生成する水は純度も高く、水電解に適している。なお、一部回収できずに不足した量については、定期的に補充する必要がある。補充の方法としては、手動で補充する方法や小型の純水供給装置を接続する方法などがある。
【００４６】
水電解で製造された水素は、水素貯蔵タンク２に貯えられる。水電解時には、液体から気体に変化するため膨張圧力が発生するので、この圧力を利用して水素を水素貯蔵タンク２に貯えることが可能である。また、水素ガスの圧力上昇のための電動ポンプを用いてもよい。この水素貯蔵タンク２は、圧縮水素ガスとして貯える以外に、水素吸蔵合金やカーボンナノ材料に吸蔵する形で貯蔵することが可能である。
【００４７】
水電解で製造された水素は、携帯機器用モバイル燃料電池の燃料カートリッジ１３に貯えることも可能である。燃料カートリッジ１３には、燃料電池１から直接、水素を貯蔵する以外に、水素貯蔵タンク２に貯えられた水素から燃料カートリッジ１３に水素を貯えることも可能である。また、燃料カートリッジ１３は、モバイル燃料電池の用途以外に家電機器用ポータブル燃料電池の燃料カートリッジや燃料電池自動車の燃料タンクに水素を供給することも可能である。
【００４８】
電力供給装置１０には、図１に示すように、キャパシタ７が燃料電池１と並列にパワーコンディショナ５に接続されている。電力負荷系統１５の電力需要やクリーン発電電力９の発電量が急激に変化して、燃料電池１における水素の製造量または発電量が需要に追随できないときは、このキャパシタ７の充放電で不足分を補う。
【００４９】
上記のように、この発明の電力供給装置１は、クリーン発電電力９に余裕のあるときに水素の製造・貯蔵を行い、それ以外の時間帯に電力負荷系統１５に応じた発電を行うことができるので、エネルギーの有効利用を行うことができる。また、電力負荷系統１５で消費される電力に対してクリーン発電電力９で充当できる電力量は、優先的にクリーン発電電力を充当し、不足分は深夜電力で製造・貯蔵した水素を用いて昼間に発電するので、昼間に供給される高コストの商用電力の消費を大幅に低減させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明の電力供給装置では、電力負荷系統に電力を供給する際、クリーン発電電力、燃料発電電力および商用電力をこの順に消費されるよう優先度を設定して供給することにより、クリーン発電電力を主体としたエネルギーの利用を図ることができ、環境に悪影響を及ぼすことなく、電力の負荷平準化に有効なシステムを構成することが可能となる。
【００５１】
また、水素製造部および水素発電部を一体化した燃料電池を用いることにより、燃料電池内における流体流路の短縮と、流路接続部の減少を実現することができるので、流体の流れを円滑にし、さらに発生水素および発生純水の回収損失を低減し、電力供給装置の小型化、軽量化および低コスト化が可能となり、経済性および利便性の面から実用性が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】図１の燃料電池とその周辺機器の構成の概略を示す図である。
【図３】図１の燃料電池の構成の詳細を示す図である。
【図４】図１の電力供給装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】図１の電力供給装置の制御のフローチャートを示す図である。
【図６】昼夜の発電量の比較を示すグラフである。
【図７】エネルギーの適正な貯蔵により、昼夜の発電量の格差を解消することができることを説明するための図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　燃料電池
２　　　　　　　水素貯蔵タンク（水素貯蔵部）
３　　　　　　　貯湯槽（貯湯部）
４　　　　　　　熱交換器
５　　　　　　　パワーコンディショナ（電力供給部）
６　　　　　　　純水タンク
７　　　　　　　キャパシタ
８　　　　　　　商用電力
９　　　　　　　クリーン発電電力（太陽電池、風力発電）
１０　　　　　　電力供給装置
１１　　　　　　給湯系統
１２　　　　　　水道水
１３　　　　　　燃料カートリッジ
１４　　　　　　酸素貯蔵タンク
１５　　　　電力負荷系統
２１　　　　　　水素発電部
２３　　　　　　水素製造部
２６　　　　送熱部
３１　　　　制御部
４１　　　　　　固体高分子膜
４２　　　　　　陰極
４２ａ　　陰極チャンバ
４３　　　　　　陽極
４３ａ　　陽極チャンバ
４４　　　　　　陰極板
４５　　　　　　陽極板
４６　　　　送水素部
４７　　　　送酸素部
４８　　　　送純水部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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