(57)【要約】【課題】省エネルギー性等の所望の要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池１５と蓄熱槽３１とを有する燃料電池システム１００の運転方法であって、過去の運転実績に基づいて、第１の所定時間先までの、電力需要及び熱需要を予測する工程と、需要を予測する工程で得た結果と現在の燃料電池１５の状態及び蓄熱槽３１の蓄熱量とに基づいて、燃料電池１５の運転計画を複数作成する工程と、複数作成した燃料電池１５の運転計画のうち、所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程と、選定した前記１つの運転計画に基づいて燃料電池１５を制御する工程とを備える燃料電池システムの運転方法。及びこの燃料電池システムの運転方法を制御する制御装置５０と、燃料電池１５と、蓄熱槽３１とを備える燃料電池システム。【選択図】図１
2007280650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池と、該燃料電池で発生した熱を蓄える蓄熱槽と、を有する燃料電池システムの運転方法であって；
過去の運転実績に基づいて、第１の所定時間先までの、電力需要及び熱需要を予測する工程と；
前記需要を予測する工程で得た結果と現在の前記燃料電池の状態及び前記蓄熱槽の蓄熱量とに基づいて、前記燃料電池の運転計画を複数作成する工程と；
複数作成した前記燃料電池の運転計画のうち、所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程と；
選定した前記１つの運転計画に基づいて前記燃料電池を制御する工程とを備える；
燃料電池システムの運転方法。
【請求項２】
前記所定の基準が、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちのいずれかである；
請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
前記燃料電池の運転計画を複数作成する工程及び前記所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程が第２の所定時間ごとに実施され；
前記燃料電池を制御する工程で用いる運転計画を新たに選定した運転計画に置き換える；
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程が、演算手段に予め記憶されている前記所定の基準に応じた算出式により複数の前記運転計画ごとの比較基準値を算出する工程と、前記比較基準値を比較する工程と、複数の前記比較基準値のうちから前記所定の基準に最も適う比較基準値を選定する工程とを有する；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項５】
水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池と；
前記燃料電池で発生した熱を蓄える蓄熱槽と；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法を制御する制御装置とを備える；
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の運転方法及び燃料電池システムに関し、特に省エネルギー性等の所望の要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、地球温暖化抑制に資する燃料電池の普及が期待されている。燃料電池は水素と酸素との電気化学的反応により発電する電力を取り出す装置であり、電気化学的反応を行う際に熱を発生する。燃料電池の発電を継続するには燃料電池を所定の温度に維持する必要があるため、冷却水を供給して発生した熱を奪うことが行われている。そして燃料電池で発生した熱を有効利用すべく、冷却水を供給して奪った熱をタンクに蓄熱し、必要に応じて熱需要に供給するコージェネレーションシステムを構築するのが一般的である。一般に、電力需要と熱需要とが同時に、燃料電池の発電量及び発熱量と合致することは稀であり、従来は簡易的な運用ロジックとして、電力需要が大きいときのみ発電を行う運転（電主熱従運転）あるいは貯湯量が少なくなると燃料電池システムを起動し、貯湯量が多くなりこれ以上貯湯できない状態（満蓄）になると停止する運転（熱主電従運転）が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電主熱従運転とすると、電力需要があるが熱需要がない場合に、蓄熱タンク内の冷却水温度が燃料電池の冷却可能な温度より高くなってしまい、燃料電池の発電を継続するためにはラジエータ等で冷却水を所定の温度まで冷却する必要がある。ラジエータ等では電力を使って冷却水の熱を放熱しているため余分なエネルギーが必要になる上、回収した熱が有効に使われなくなる。他方、熱主電従運転とすると、電力需要を考慮せずに運転を行うため、深夜などの電力需要が少ない時間帯に運転を行う場合がある。一般的に燃料電池システムの発電効率、熱回収効率は発電量が大きいときほど高くなるため、電力需要の小さい時間帯に燃料電池システムの運転を行うことは不利である。また、満蓄になった時間帯と給湯需要が発生する時間帯が離れた場合は貯湯槽の放熱ロスが発生する。このような熱主導又は電力主導の運転では、省エネルギー性や、一般家庭が求める経済性、あるいは温暖化ガス排出抑制の観点等から効率的な運転とはいえない。
【０００４】
本発明は上述の課題に鑑み、省エネルギー性等の所望の要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法及び燃料電池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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図１及び図２に示すように、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と、燃料電池１５で発生した熱を蓄える蓄熱槽３１と、を有する燃料電池システム１００の運転方法であって；過去の運転実績に基づいて、第１の所定時間先までの、電力需要及び熱需要を予測する工程（Ｓ１０）と；需要を予測する工程（Ｓ１０）で得た結果と現在の燃料電池１５の状態及び蓄熱槽３１の蓄熱量とに基づいて、燃料電池１５の運転計画を複数作成する工程（Ｓ２０）と；複数作成した燃料電池１５の運転計画のうち、所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程（Ｓ３０）と；選定した前記１つの運転計画に基づいて燃料電池１５を制御する工程（Ｓ４０）とを備える。
【０００６】
このように構成すると、複数作成した燃料電池の運転計画のうち、所定の基準に従って１つの運転計画を選定し、選定した前記１つの運転計画に基づいて燃料電池を制御するので、所望の要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記所定の基準が、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちのいずれかである。
【０００８】
このように構成すると、消費エネルギー削減に関する基準、コスト削減に関する基準、排出二酸化炭素削減に関する基準のうちから選択した要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法となる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、例えば図１及び図２に示すように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法において、燃料電池１５の運転計画を複数作成する工程（Ｓ２０）及び所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程（Ｓ３０）が第２の所定時間ごとに実施され（Ｓ５０）；燃料電池１５を制御する工程（Ｓ４０）で用いる運転計画を新たに選定した運転計画に置き換える。
【００１０】
このように構成すると、予測した電力需要又は熱需要に対して実際の消費電力又は消費熱量が異なっていた場合に運転計画の修正を行って、所望の要素に対して最も効果的な運転を実施する燃料電池システムの運転方法となる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池システムの運転方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程が、演算手段に予め記憶されている前記所定の基準に応じた算出式により複数の前記運転計画ごとの比較基準値を算出する工程と、前記比較基準値を比較する工程と、複数の前記比較基準値のうちから前記所定の基準に最も適う比較基準値を選定する工程とを有する。
【００１２】
このように構成すると、複数の比較基準値のうちから所定の基準に最も適う比較基準値を選定する工程を有するので、所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程が数値による比較で行うことが可能となって画一的な処理をすることができ、コンピュータによる処理に適することとなる。
【００１３】
また、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池の運転計画が、前記燃料電池の耐用運転時間に基づいて、所定の単位時間あたりの許容運転時間の範囲内で前記燃料電池が運転するように作成されてもよい。
【００１４】
このように構成すると、燃料電池の寿命を設計耐用年数まで延ばすことができる。
【００１５】
また、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池の運転計画が、前記蓄熱槽に蓄熱可能な前記燃料電池の発熱量の範囲内で前記燃料電池が運転するように作成されてもよい。
【００１６】
このように構成すると、燃料電池の運転に伴って発生した熱を棄てることなく有効に利用することができ、燃料電池システムの、利用可能なエネルギーの投入エネルギーに対する比が増大する。
【００１７】
また、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記電力需要の予測値よりも実際の消費電力の方が第３の所定時間に渡って第１の所定の値以上小さくなっているとき、又は、前記熱需要の予測値よりも実際の消費熱量の方が第４の所定時間に渡って第２の所定の値以上小さくなっているときに、前記燃料電池の運転を停止するようにしてもよい。
【００１８】
このように構成すると、予測に反して例外的に電力需要及び熱需要が存在しない状況のときに、電力又は熱を発生させることがなくなり、燃料電池の無駄な運転が防止される。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明に係る燃料電池システムは、例えば図１に示すように、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と；燃料電池１５で発生した熱を蓄える蓄熱槽３１と；請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転方法を制御する制御装置５０とを備える。
【００２０】
このように構成すると、所望の要素に対して最も効果的な運転を実施することができる燃料電池システムとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数作成した前記燃料電池の運転計画のうち、所定の基準に従って１つの運転計画を選定し、選定した前記１つの運転計画に基づいて前記燃料電池を制御するので、所望の要素に対して最も効果的な運転を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２３】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１００を説明する系統図である。図１中、各機器をつなぐ実線は配管を、一点鎖線は電気ケーブルを、破線は制御信号を表す。燃料電池システム１００は、水素に富む改質ガスｇを生成する改質器１１と、水素と酸素との電気化学的反応により発電し発熱する燃料電池１５と、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗとの間で熱交換をする熱交換器２１と、蓄熱槽としての貯湯タンク３１と、燃料電池システム１００を制御する制御装置５０とを備えている。
【００２４】
改質器１１は、原料燃料ｍと水蒸気（不図示）とを導入し加熱して改質することにより水素に富む改質ガスｇを生成する装置である。水素に富む改質ガスｇとは、水素を４０体積％以上、典型的には７０〜８０体積％程度含んだ、燃料電池１５に供給するガスである。改質ガスｇ中の水素濃度は８０体積％以上でもよく、すなわち燃料電池１５に供給したときに酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電可能な濃度であればよい。改質器１１には、原料燃料ｍを導入するための原料燃料管１２と、改質ガスｇを燃料電池１５に向けて導出する改質ガス管１３が接続されている。また、改質器１１は、改質に必要な改質熱を生成するための加熱部（不図示）を有している。
【００２５】
燃料電池１５は、典型的には固体高分子型燃料電池である。燃料電池１５は、図１では簡易的に示されているが、実際には、固体高分子膜を、改質ガスｇを導入する燃料極と酸化剤ガスｔを導入する空気極とで挟んで単一のセルが形成され、このセルを冷却部を介し複数枚積層して構成されている。燃料電池１５では、燃料極に供給された改質ガスｇ中の水素が水素イオンと電子とに分解し、水素イオンが固体高分子膜を通過して空気極に移動すると共に電子が燃料極と空気極とを結ぶ外部電線４１を通って空気極に移動して、空気極に供給された酸化剤ガスｔ中の酸素と反応して水を生成し、この反応の際に発熱する。この反応における、電子が外部電線４１を通ることにより、直流の電力を取り出すことができる。燃料電池１５には、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナー４２が接続されている。また、燃料電池１５には、改質ガスｇを導入するための改質ガス管１３と、酸化剤ガスｔ（典型的には空気が用いられる）を導入するための酸化剤ガス管１４とが接続されている。また、燃料電池１５には、電気化学的反応による発熱を奪う冷却水ｃを循環する冷却水管１６が接続されている。冷却水管１６には、冷却水ｃを循環する冷却水ポンプ１８が配設されている。また、燃料電池１５は、制御装置５０との間で制御信号の受け渡しを行うための信号ケーブルが接続されている。
【００２６】
熱交換器２１は、冷却水ｃと蓄熱媒体ｗ（典型的には液体である水）との間で熱交換を行わせて、冷却水ｃの温度を下げ、蓄熱媒体ｗの温度を上げる機器である。熱交換器２１は、典型的にはプレート熱交換器が用いられるが、シェルアンドチューブ型、その他の熱交換器を用いてもよい。熱交換器２１には、冷却水ｃを導入し導出する冷却水管１６と、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２とが接続されている。熱交換器２１を用いることにより冷却水管１６を密閉流路とすることができ、これにより酸素や不純物等の混入を防いで燃料電池１５を腐食から保護することができる。また、熱交換器２１を用いることにより、熱需要に送水する温水ｈとなる蓄熱媒体ｗと冷却水ｃとの縁を切ることができる。
【００２７】
貯湯タンク３１は、燃料電池１５における電気化学的反応で発生した熱を蓄えるタンクである。燃料電池１５で発生した熱は、冷却水ｃ及び熱交換器２１を介して蓄熱媒体ｗに伝達され、蓄熱媒体ｗに保有される形で貯湯タンク３１に蓄えられる。貯湯タンク３１には、蓄熱媒体ｗを導入し導出する蓄熱媒体管２２が接続されている。蓄熱媒体管２２は、蓄熱媒体ｗの導入側は貯湯タンク３１の上部、好適には頂部に接続されており、導出側は貯湯タンク３１の下部、好適には底部に接続されている。このように接続されることにより、貯湯タンク３１内の蓄熱媒体ｗに温度成層が形成される。貯湯タンク３１にはまた、内部に蓄えられた蓄熱媒体ｗを温水ｈとして熱需要（不図示）に向けて送水する温水供給管３２と、熱需要に送水して減少した水を補うための補給水を導入する補給水管３３が接続されている。温水供給管３２には、温水ｈを熱需要（不図示）に向けて圧送する温水ポンプ３４と、熱需要に送られる温水ｈの流量を検出する流量計３５が配設されている。流量計３５には、制御装置５０に流量信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。また、温水供給管３２には、熱需要（不図示）に向けて送水する温水ｈを加熱するバックアップボイラ３６が配設されている。バックアップボイラ３６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。
【００２８】
貯湯タンク３１には、蓄熱可能量を検出するために貯湯タンク３１内の熱媒体の温度を検出する温度検出器３８が配設されている。温度検出器３８は、貯湯タンク３１内を温度成層が形成される方向に仮想的に分割して蓄熱可能量を算出するために、複数のセンサー３８ａ〜３８ｆを有している。本実施の形態では、貯湯タンク３１内を仮想的に５分割とし、仮想的に区分した領域の境界にセンサーを配置したため、センサーを６個有している。センサーは、貯湯タンク３１内の仮想の分割数に応じた適切な数を設ければよい。
【００２９】
熱交換器２１より上流側の蓄熱媒体管２２には、蓄熱媒体ｗを熱交換器２１と貯湯タンク３１との間で循環させる蓄熱媒体ポンプ２３が配設されている。熱交換器２１より下流側の蓄熱媒体管２２には、逆潮ヒータ２４が配設されている。逆潮ヒータ２４は、燃料電池１５の発電電力が電力需要を上回っているときに、その上回っている余剰電力が商用電源４５に逆潮流することを防ぐために、余剰電力を熱に変換するために設けられている。
【００３０】
逆潮ヒータ２４の下流側の蓄熱媒体管２２には、三方弁２６が配設されている。三方弁２６の、蓄熱媒体管２２とは接続されていない接続口にはバイパス管２５が接続されている。バイパス管２５の他端は、蓄熱媒体ポンプ２３の吸い込み側の蓄熱媒体管２２に接続されている。バイパス管２５には、放熱器としてのラジエータ２８が配設されている。ラジエータ２８は、貯湯タンク３１内がもはや蓄熱できないほど蓄熱されているが燃料電池１５の運転を継続させる必要があるときに、冷却水ｃを燃料電池１５の冷却に必要な温度にするための冷熱を保有する蓄熱媒体ｗを熱交換器２１に供給すべく、蓄熱媒体ｗを強制的に冷却する装置である。ラジエータ２８には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。ラジエータ２８は、バイパス管２５に配設されたフロースイッチ（不図示）とインターロックされているファンを有している。蓄熱媒体ｗが貯湯タンク３１とバイパス管２５のいずれに導かれるかは、三方弁２６を切り替えることにより決まる。三方弁２６には、制御装置５０から制御信号を受信するための信号ケーブルが接続されている。
【００３１】
パワーコンディショナー４２には、燃料電池１５と接続されている外部電線４１の他に、交流電力を送電するケーブル４３及びケーブル４９が接続されている。ケーブル４３は、商用電源４５と電力負荷とを接続するケーブル４４に接続されている。すなわち、燃料電池による発電電力は系統電力と連系されている。連系点より上流のケーブル４４には、電力を検出する電力計４８が配設されている。電力計４８は、順潮流及び逆潮流の両方の電力を検出することができるように構成されている。電力計４８には、制御装置５０に電力信号を送信するための信号ケーブルが接続されている。ケーブル４９は逆潮ヒータ２４に接続されており、系統電力への逆潮流が許されていないときに燃料電池１５で発生した余剰電力を逆潮ヒータ２４に送電できるように構成されている。
【００３２】
制御装置５０は、燃料電池システム１００の運転を制御するための、計時手段、演算手段、データ保持手段を有している。典型的には、計時手段はタイマー、演算手段はＣＰＵ及びメモリー、データ保管手段はメモリーで構成されている。制御装置５０は、燃料電池１５、三方弁２６、ラジエータ２８、流量計３５、バックアップボイラ３６、温度検出器３８、電力計４８と、それぞれ信号ケーブルで接続されている。制御装置５０は、後述する燃料電池システムの運転方法を実行する。
【００３３】
引き続き図１を参照して、燃料電池システム１００の作用について説明する。燃料電池システム１００が起動すると、改質器１１に原料燃料ｍと水蒸気（不図示）とが導入され加熱されて、改質ガスｇが生成される。改質器１１の起動直後は改質ガスｇの組成が安定しないため、燃料電池１５に送らずに、改質器１１の加熱部（不図示）に送って燃焼させ、改質熱を生成することが好ましい。改質器１１で生成される改質ガスｇの組成が安定してきたら、改質ガスｇを燃料電池１５に導入すると共に、酸化剤ガスｔを燃料電池１５に導入する。すると燃料電池１５では、改質ガスｇ中の水素と酸化剤ガスｔ中の酸素との電気化学的反応により発電し、発熱する。発電した直流電力はパワーコンディショナー４２で交流電力に変換されて、系外の電力需要に送電され、あるいは酸化剤ガスｔを燃料電池に送気するブロワ（不図示）や燃料電池システム１００の冷却水ポンプ１８の動力として用いられる。
【００３４】
他方、冷却水ポンプ１８で圧送された冷却水ｃが燃料電池１５に導入され、電気化学的反応により発生した熱を奪い、温度が上昇して燃料電池１５から導出される。温度が上昇した冷却水ｃは熱交換器２１に導入され、ここで蓄熱媒体ｗと熱交換して温度が下がって熱交換器２１から導出され、再び燃料電池１５に導入される。熱交換器２１で冷却水ｃと熱交換して温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、蓄熱媒体管２２を流れて貯湯タンク３１にその上部から導入される。冷却水ｃと熱交換器２１で熱交換するための温度が低い蓄熱媒体ｗは、貯湯タンク３１の下部から導出される。
【００３５】
貯湯タンク３１に導入された温度が上昇した蓄熱媒体ｗは、温水ｈとして系外の熱需要に温水ポンプ３４にて圧送される。このとき、温水ｈの温度が系外の熱需要が要求する温度に達していない場合は、バックアップボイラ３６で加熱される。貯湯タンク３１内には、系外の熱需要に送水されることにより減少した水量に相当する蓄熱媒体ｗ（典型的には補給水）が補給水管３３より補充される。
【００３６】
貯湯タンク３１内に温度が高い蓄熱媒体ｗが蓄えられ、冷却水ｃを冷却できるほど低い温度の蓄熱媒体ｗがないが燃料電池１５の運転を継続したい場合、制御装置５０は三方弁２６を切り替えて蓄熱媒体ｗを、貯湯タンク３１をバイパスしてラジエータ２８に流し、放熱させて所定の温度に降下させた後、熱交換器２１に導く。貯湯タンク３１内に冷却水ｃを冷却することができる温度の蓄熱媒体ｗが残存しているか否かは、温度検出器３８によって検出される。
【００３７】
次に図２を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を説明する。図２は、燃料電池システムの運転方法の概略を示すフローチャートである。本実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法は、典型的には、上述の燃料電池システム１００で実施されるが、これに限られるものではない。まず図２に示したフローの概略を説明してから、各工程の詳細を説明する。以降の説明においても適宜図１を参照することとする。
【００３８】
本実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法では、まず、過去の運転実績に基づいて電力需要及び熱需要の予測をする（Ｓ１０）。予測は第１の所定時間先までの分を行う。第１の所定時間は、典型的には２４時間（１日）である。次に、電力需要及び熱需要を予測する工程（Ｓ１０）で得た結果と現在の燃料電池１５の状態及び貯湯タンク３１の蓄熱量とに基づいて、燃料電池１５の運転計画を複数作成する（Ｓ２０）。運転計画は、どのようなパターンが所定の基準に適うのかを判断するために、過去の実績に基づいて作成する指標である。次いで複数作成した燃料電池１５の運転計画の中から、所定の基準に従って１つの運転計画を選定する（Ｓ３０）。所定の基準は、例えば省エネルギー性、経済性、環境保全等が挙げられ、ある１つの基準を適用できるようにしてもよく、複数の基準の中から任意の基準を選択できるようにしてもよい。
【００３９】
１つの運転計画を選定したら（Ｓ３０）、選定した運転計画に基づいて燃料電池１５を制御する（Ｓ４０）。運転計画に基づいて燃料電池を制御するとは、燃料電池の運転・停止を運転計画に基づいて行うことをいう。運転計画に基づいてとは、運転計画を参考にすることであり、必ずしも運転計画通りの出力で燃料電池の運転を行わなくてもよい。選定した運転計画に基づいて燃料電池１５を制御する工程（Ｓ４０）において、第２の所定時間が経過したか否かの判断を行う（Ｓ５０）。第２の所定時間は、例えば１時間である。第２の所定時間が経過していない場合は、選定した運転計画に基づいて燃料電池１５を制御する工程（Ｓ４０）に戻り、再び第２の所定時間が経過したか否かの判断を行う（Ｓ５０）。第２の所定時間が経過している場合は、予測された電力需要及び熱需要の結果と現在の燃料電池１５の状態及び貯湯タンク３１の蓄熱量とに基づいて、燃料電池１５の運転計画を複数作成する工程（Ｓ２０）に戻り、１つの運転計画を選定することにより新たな運転計画に置き換え（Ｓ３０）、以降同様の工程を繰り返す。新たな運転計画がそれまでの運転計画と同じである場合は、運転計画を置き換えても実質的な変化はないため、新たな運転計画がそれまでの運転計画と異なる場合に置き換えるようにしてもよい。すなわち、運転計画の置き換えは、新たに選定した運転計画が運転中の運転計画よりも所定の基準に適う場合のみ置き換えるようにしてもよい。なお、第２の所定時間が経過している場合に、電力需要及び熱需要の予測をする工程（Ｓ１０）に戻り、直前の運転実績も加味して電力需要及び熱需要を予測し直してもよい。上述の工程において、消費電力、熱量、燃料電池の状態、蓄熱量等は随時検出され、データとして制御装置５０に送信されて、時間情報と共にデータ保持手段に記憶されていく。
【００４０】
以下に、上記燃料電池システムの運転方法の各工程について、詳細に説明する。なお、本実施の形態における所定の基準は、消費エネルギー削減に関する基準（省エネルギー率の向上）であることとする。一般に、燃料電池を備えるシステムは、停止状態から発電が可能となるまでに、改質器１１を温め、生成する改質ガスｇの組成が燃料電池１５に供給できる程度に安定させる必要があり、また、燃料電池１５、改質ガスｇ、酸化剤ガスｔを所定の温度にする必要があり、このために１時間程度のリードタイムが必要である。リードタイムの間は、酸化剤ガスｔを燃料電池１５に送気するブロワ（不図示）や冷却水ポンプ１８等の付帯機器の動力として用いる電力及び改質ガスｇを生成するための燃料を消費する一方で利用可能な発電及び発熱がないため、起動停止を頻繁に行うと省エネルギー率が低下することとなる。また、一般に、燃料電池は定格出力で運転するのが最も効率がよいため、電力需要及び熱需要が少ないときに出力を抑制した運転をすると効率が低下し省エネルギーに反する。また、燃料電池１５の運転を継続するためには燃料電池１５を所定の温度に維持する必要があり、そのため冷却水ｃを供給して発生した熱を除去する必要がある。所定の温度は、典型的には、固体高分子型燃料電池の場合で６０〜８０℃程度であり、燃料電池の種類によって異なる。除去した熱は蓄熱槽としての貯湯タンク３１に蓄えられるのであるが、貯湯タンク３１内の水温が上昇してもはや蓄熱不可能な状態（満蓄状態）となったときに燃料電池１５の運転を継続する場合は、系外に熱を棄てなければならず、省エネルギーに反することとなる。このような燃料電池の特性に鑑みると、電力需要及び熱需要を予測して、最も省エネルギー性に適う運転計画の基で燃料電池の運転を行うことが好ましい。
【００４１】
過去の運転実績に基づいて電力需要及び熱需要の予測をする工程（Ｓ１０）においては、予測を第１の所定時間先まで行うが、この第１の所定時間は、典型的には２４時間（１日）である。第１の所定時間を２４時間としたのは、例えば家庭においては１日単位のサイクルで電力需要や熱需要が繰り返されることが多いからである。集合住宅や事務所あるいは工場などの場合であっても、一般的には１日単位で電力需要や熱需要が繰り返される。しかしながら、電力需要や熱需要が１日単位ではなく、例えば１週間を最小単位として繰り返されるときには、１週間単位で行ってもよく、あるいは４８時間、７２時間、９６時間、２週間、１ヶ月等、他の時間単位で行ってもよい。また、過去の実績は、季節、曜日、気温、天候等の、電力需要及び熱需要がほぼ同等となると考えられる諸因子を考慮して、その同等となると考えられる条件の範囲内における平均値で決定するとよい。このとき、ユーザーの不在等で、同じ条件下であっても例外的に実測値が予測値と大幅に異なった場合は除外して過去の実績を決定することで予測の精度を高めることができる。
【００４２】
複数の運転計画を作成する工程（Ｓ２０）においては、現在の燃料電池１５の状態が、停止中か否かを判断する。停止中であれば運転計画を、１時間後から発電を開始するパターンについて、２時間後から発電を開始するパターンについて、３時間後から発電を開始するパターンについて、という具合に発電の開始時間を１時間ずつ遅らせた各パターンを２４時間（第１の所定時間）先までについて作成する。ここで、最も早く発電を開始するパターンを、１時間後としているのは、リードタイムを考慮したものである（リードタイム時は燃料電池１５における発電がない）。この趣旨から、リードタイムが短くなれば発電開始までの時間を短縮することができるし、リードタイムが長くなれば発電開始までの時間が長くなる。発電の開始時間を１時間ずつ遅らせた各パターンを２３時間後から発電を開始するパターン（発電を開始する時間が第１の所定時間内にある最後の時間に相当する）まで作成すると、２３通りの運転計画が作成されることとなる。
【００４３】
逆に、現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合、まず、そのまま運転を継続するパターンの運転計画を作成する。これに加え、現時点で直ちに燃料電池１５の運転を停止させ、その１時間後から発電を開始するパターン、２時間後から発電を開始するパターン、３時間後から発電を開始するパターン、という具合に発電の開始時間を１時間ずつ遅らせた各パターンを、上記の停止中の場合と同様に、２４時間（第１の所定時間）先までについて作成する。これにより、運転を継続する場合と、一旦停止させた後に再起動させる場合とで、どちらがより省エネルギーに資するかを判断することが容易になる。このようにして、現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合は、２４通りの運転計画が作成されることとなる。なお、本実施の形態では、現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合の運転計画の作成において、計算の容易化の観点から、燃料電池１５を停止させるタイミングを直ちに停止させることとしているが、これに限らず数時間後に停止させることとしてもよい。
【００４４】
上述のように、現在の燃料電池１５の状態が停止中の場合は２３通りの運転計画が、運転中の場合は２４通りの運転計画がそれぞれ作成される。このように複数作成される運転計画のうち、それぞれの運転計画は、例えば以下のように作成される。
【００４５】
図３は、１つのパターンの運転計画を作成する手順を説明するフローチャートである。各運転計画の作成は、所定の計算時間間隔（本実施の形態では１時間とする）ごとにピックアップを行いながら進めていく。ここで、「ピックアップ」とは、予測した電力需要の値に基づいて予定発電量を設定することである。すなわち、ピックアップされた時間帯は発電を行いうる時間帯であり、ピックアップされなかった時間帯は発電を行わない時間帯である。予定発電量は、典型的には、電力需要の予測値より所定の分だけ下回った値に設定する。設定する値は、例えば、電力需要の予測値の９０％の値や、電力需要の予測値から１００Ｗ差し引いた値等とする。所定の分だけ下回った値とするのは、燃料電池１５の発電電力が商用電源４５に逆潮流しないことを前提にしているためである。すなわち、一般に、燃料電池は電力需要に完全に追随して発電することができないため、系統電力への逆潮流が許されていない場合は、電力需要が変動しても逆潮流しないように、電力需要よりも所定の分だけ下回った値の電力を発電出力とする場合が多い。また、予定発電量の上限は、燃料電池１５の定格出力とする。たとえ電力需要の予測値より所定の分だけ下回った値が燃料電池１５の定格出力以上の値であったとしても、定格出力の値を上限とする。定格出力を超えて運転させると、燃料電池１５が損傷するからである。また、使用する燃料電池の特性からみて予定発電量の下限を設けた方がよい場合は、適宜下限を設ける。例えば、定格出力が１ｋＷの燃料電池では、３００Ｗ以下の出力での運転では発電効率が急激に低下し、熱バランスが崩れるため、３００Ｗ以下の出力での運転は適さない。このような場合には、予定発電量の下限を３００Ｗに設定するとよい。
【００４６】
運転計画の作成を開始したら、まず、運転計画作成終了条件を具備しているか否かを判断する（Ｓ２１）。運転計画作成終了条件は、（１）第１の所定時間（２４時間）先の分までピックアップが終了している、（２）燃料電池１５の第１の所定の単位時間（「第１の所定時間」とは異なる概念）あたりの運転時間が上限に達している、の少なくとも一方に該当する場合は条件を具備するものとする。また、上記「（２）燃料電池１５の第１の所定の単位時間あたりの運転時間が上限に達している」の条件においては、燃料電池１５の第２の所定の単位時間（「第２の所定時間」とは異なる概念）あたりの起動回数を考慮に入れてもよい。ここで、燃料電池１５の上限運転時間及び上限起動回数について説明する。
【００４７】
すなわち、運転計画を作成するに際し、燃料電池１５の運転時間及び／又は起動回数を考慮することが好ましい。典型的には、燃料電池１５の第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間、あるいは第２の所定の単位時間あたりの上限起動回数を設定する。現在、燃料電池は、１０年の耐用年数が予定されている一方で、現状の燃料電池は、約４万時間の耐用運転時間を開発目標としている。例えば一般家庭に設置される燃料電池について、標準的な家庭の消費電力及び消費熱量を基に最適な運転を行った場合の運転時間を試算すると、１年間の運転時間が約６千時間となる。この試算によれば、需要のままに燃料電池を運転すると、運転年数は６．７年となり、予定されている１０年の寿命がないこととなる。また燃料電池には、起動回数についても耐用起動回数が存在するため、この観点からも寿命を考慮する必要がある。耐用運転時間及び耐用起動回数の範囲内で燃料電池を運転させると、燃料電池の寿命を予定されている期間まで延ばすことができる。
【００４８】
燃料電池１５の第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間を設定するに際し、第１の所定の単位時間を２４時間（１日）とするとよい。仮に年間で上限時間を設定して制御を行うと、１年のうちの例えば１月〜９月は運転計画に従った運転をするが、１０月〜１２月には全く運転しないというような偏った運転を行うことも生じ得る。このような偏った運転は、省エネルギー性が劣る可能性があると共に燃料電池システム１００の不具合を誘発することもあり得る。また、長期間の燃料電池システム１００の停止は、ユーザーに故障と勘違いされる場合もあり好ましくない。第１の所定の単位時間を２４時間（１日）とするとよいのは、電力需要及び熱需要の予測をする工程（Ｓ１０）における第１の所定時間と同様に、例えば家庭においては１日単位のサイクルで電力需要や熱需要が繰り返されることが多いからである。
【００４９】
ただし、第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間は、熱需要の予測に応じて設定されるのが好ましい。一般に、熱需要は冬に多く、夏に少なくなる傾向にあるが、単位時間あたりの上限運転時間を熱需要の予測に応じて設定すると、季節によって熱需要に差がある場合に需給バランスを適切に維持することができ、効率のよい運転をすることができる。第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間を熱需要の予測に応じて設定するに際し、月ごとに同じ上限運転時間としてもよい。例えば一般家庭においては、日ごとに大幅に熱需要が変動することは考えにくく、このように簡略化しても影響は少ない。なお、同じ上限時間を設定する期間は１ヶ月以外の例えば２ヶ月、又は季節ごと、あるいは２週間や１週間としてもよい。
【００５０】
図４は、上限運転時間の設定例を示すテーブルの概念図である。図に示す例では、熱需要の予測により１２月〜２月は比較的熱需要が多いこととなったため、１日の上限運転時間を２４時間とし、実質的に上限の設定を排除している。また、６月〜９月は比較的熱需要が少なくなったため、１日の上限運転時間を５時間としている。その他の月においても、熱需要の予測に応じて、月ごとに、第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間を設定している。図４に示す例では、上限運転時間の年間総合計が４０５５時間となるが、上限運転時間は実際の運転時間とは必ずしも一致するものではなく、実際の運転時間は年間総合計の上限設定時間を超えることはないため、燃料電池１５の寿命をほぼ予定されている期間まで延ばすことができる。
【００５１】
また、第１の所定の単位時間における燃料電池１５の実際の運転時間が第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間に満たないときは、上限運転時間と実際の運転時間との差の時間を次の第１の所定の単位時間あたりの上限運転時間に加算するようにしてもよい。例えば図４に示すように上限運転時間が設定されている場合、５月の上限運転時間は７時間に設定されているが、ある１日（例えば５月１６日）の実際の燃料電池１５の運転時間が４時間であったときは、７−４＝３時間分を次の日（例えば５月１７日）の上限運転時間に加算して、次の日（例えば５月１７日）の上限運転時間を１０時間に設定する。このようにすると、予定された期間の燃料電池１５の寿命を確保しつつ、より多くの電力需要及び熱需要を燃料電池１５で発生した電力及び熱で賄うことができる。
【００５２】
燃料電池１５の第２の所定の単位時間あたりの上限起動回数を設定するに際し、第２の所定の単位時間は、第１の所定の単位時間と同様に２４時間（１日）であるが、第１の所定の単位時間とは異なる時間としてもよい。しかし、１日単位のサイクルで電力需要や熱需要が繰り返されることが多いので、第２の所定の単位時間は２４時間（１日）とするとよい。また、第２の所定の単位時間における燃料電池１５の実際の起動回数が第２の所定の単位時間あたりの上限起動回数に満たないときは、上限起動回数と実際の起動回数との差を次の第２の所定の単位時間あたりの上限起動回数に加算するようにしてもよい。このようにすると、予定された期間の燃料電池１５の寿命を確保しつつ、より多くの電力需要及び熱需要を燃料電池１５で発生した電力及び熱で賄うことができる。１日あたりの上限起動回数が増加すると、ＤＳＳ運転とする運転計画の作成がしやすくなる。なお、上述の上限運転時間の設定の場合と同様に、月ごとや季節ごとに、第２の所定の単位時間あたりの上限起動回数を設定してもよい。
【００５３】
なお、ＤＳＳ運転とは、１日に１回以上燃料電池の起動停止を行う運転である。燃料電池の基本的な運転方法は、大別して、極力燃料電池を停止させない連続運転と、１日に１回以上の起動停止を行うＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ−ｕｐ＆Ｓｈｕｔ−ｄｏｗｎ）運転とがある。連続運転とすると、起動時のリードタイムがなくなるので、リードタイム時における無駄な燃料消費をなくすことができる。ＤＳＳ運転とすると、電力需要又は熱需要が発電量・発熱量より少ないときに燃料電池を停止することにより、系外に棄てざるを得ない余剰分の電力・熱の発生をなくすことができる。このように、連続運転とＤＳＳ運転とでは一長一短があるが、いずれがより省エネルギーに資するかは、季節、曜日、気温、天候、その他の条件により変化しうる。
【００５４】
図３に戻って運転計画を作成する手順の説明を続ける。運転計画作成終了条件を具備しているか否かを判断する工程（Ｓ２１）において、運転計画作成終了条件を具備している場合は運転計画の作成を終了するが、初めてピックアップしようとする場合は条件を具備している場合は少ない。運転計画作成終了条件を具備していない場合は、所定の計算時間間隔分のピックアップを行う（Ｓ２２）。所定の計算時間間隔分のピックアップを行ったら、「それまでピックアップした分」の予定発電量について、所定の基準（本実施の形態では消費エネルギー削減に関する基準）が向上したか否かの判断を行うためのシミュレーションを実施する（Ｓ２３）。なお、ここでのシミュレーションは、運転計画の選定（図２における工程Ｓ３０）で行うシミュレーションとは区別されるものである（ただし、典型的には同じ計算式が用いられる）。以下に、それまでピックアップした分の予定発電量について所定の基準が向上したか否かの判断を行うためのシミュレーション（Ｓ２３）を説明する。
【００５５】
このシミュレーション（Ｓ２３）では、それまでピックアップした分の予定発電量について所定の基準が向上したか否かの判断を行うためのピックアップ継続基準値を算出する。ピックアップ継続基準値は、現実には様々な形態で消費されているエネルギーに関して、１つの基準に換算した値である。典型的には、燃料電池システム１００に投入される原料燃料ｍや、発電所で発電するために用いるエネルギー等を同一の次元に換算した値が用いられる。ピックアップ継続基準値を算出するために用いられる数式は、制御装置５０の演算手段に予め記憶されている。制御装置５０は、現在の燃料電池１５の運転状態や貯湯タンク３１の蓄熱量の状態、作成した運転計画の情報を基にピックアップ継続基準値を算出する。
【００５６】
図５は、ピックアップ継続基準値を算出する計算手順を説明するフローチャートである。ピックアップ継続基準値は、所定の計算時間間隔分ずつ第１の所定時間先の分まで求める。まず、運転計画の電力需要の予測と予定発電量とから買電量を求める（Ｓ３０１）。通常、電力需要の予測値が予定発電量を上回るように運転計画を作成しているので（段落００４５参照）、買電量は正の値となるが、予定発電量が電力需要の予測値を上回る場合は買電量を０とする。このように、予定発電量が電力需要の予測値を上回る場合は買電量を０とするが、逆潮流が認められる場合は負の値として表してもよい。次に逆潮ヒータ２４の加熱量を算出する（Ｓ３０２）。逆潮ヒータ２４の加熱量は、予定発電量から電力需要の予測値を引いた電力値と、逆潮ヒータ２４の効率と、計算時間間隔（本実施の形態では１時間）との積で求められる。なお、予定発電量から電力需要の予測値を引いた電力値は、逆潮電力量となる。
【００５７】
次に燃料電池１５の発電効率及び熱回収効率を求める（Ｓ３０３）。発電効率及び熱回収効率は、燃料電池１５に固有の値であるが、一般的には一定値ではなく、予定発電量を定格出力値で除した値であるターンダウン比ρ（ρ＝「予定発電量」／「定格出力値」）に伴って変化する場合が多い。そのため発電効率及び熱回収効率の値は各ターンダウン比ρに対応する値としてデータベース化した上で制御装置５０のデータ保持手段に記憶させておき、データベースからその時刻のターンダウン比ρに対応する発電効率及び熱回収効率を算出する。次に熱回収量を求める（Ｓ３０４）。熱回収量は、「熱回収量」＝「予定発電量」×「発電効率」×「計算時間間隔」／「熱回収効率」で求められる。次に配管系統熱ロス量を求める（Ｓ３０５）。配管系統熱ロスは、燃料電池１５と熱交換器２１とを接続する冷却水管１６からの放熱、及び熱交換器２１と貯湯タンク３１とを接続する蓄熱媒体管２２からの放熱である。配管系統熱ロス量は、冷却水管１６及び蓄熱媒体管２２の断熱状態等で定まる排熱回収時配管熱ロス率と、前行程で求めた熱回収量との積で求められる。
【００５８】
次に貯湯タンク３１の熱ロス量を求める（Ｓ３０６）。貯湯タンク３１の熱ロス量は、貯湯タンク３１内の蓄熱量と、貯湯タンク３１の断熱状態等で定まる貯湯タンク熱ロス率と、計算時間間隔との積で求められる。次に給湯利用前貯湯量を求める（Ｓ３０７）。給湯利用前貯湯量は、貯湯タンク３１内の蓄熱量から貯湯タンク熱ロス率を引いた値と、熱回収量から配管系統熱ロス量を引いた値との和で求められる。次に貯湯タンク３１からの給湯熱量及びバックアップボイラの加熱量を求める（Ｓ３０８）。給湯利用前貯湯量が熱需要の予測値以上のとき、貯湯タンク３１からの給湯熱量は熱需要の値と等しく、バックアップボイラの加熱量は０となる。他方、給湯利用前貯湯量が熱需要の予測値を下回っているとき、貯湯タンク３１からの給湯熱量は給湯利用前貯湯量と等しく、熱需要の予測値と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差がバックアップボイラの加熱量となる。
【００５９】
次に給湯利用後貯湯量及びラジエータ２８の放熱量を求める（Ｓ３０９）。給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差が貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値以下の場合、給湯利用後貯湯量は給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差で求められ、ラジエータ２８の放熱量は０となる。他方、給湯利用前貯湯量と貯湯タンク３１からの給湯熱量との差が貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値よりも大きい場合、給湯利用後貯湯量は貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値となり、ラジエータ２８の放熱量は、「ラジエータの放熱量」＝（「給湯前貯湯量」−「貯湯タンク３１からの給湯熱量」）−「貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値」で求められる。なお、貯湯タンク３１の蓄熱量の最大値は、（「満蓄時の貯湯タンク温度」−「補給水温度」）×「貯湯タンク容量」×「比熱」で求められる。
【００６０】
次にラジエータ２８の消費電力量を求める（Ｓ３１０）。ラジエータ２８の消費電力量は、「ラジエータ消費電力量」＝「ラジエータ放熱量」／「ラジエータ効率」で求められる。ここで「ラジエータ効率」は、単位放熱量当たりに使用する電力量の値で、ラジエータ固有の値である。次に燃料電池システム１００の消費燃料量を求める（Ｓ３１１）。これは、「燃料電池システムの消費燃料量」＝（「発電量」／「発電効率」）×「計算時間間隔」／「原料燃料の発熱量」で求められる。次にバックアップボイラ消費燃料量を求める（Ｓ３１２）。これは、「バックアップボイラ消費燃料量」＝（「バックアップボイラ加熱量」／「バックアップボイラ効率」）／「燃料の発熱量」で求められる。
【００６１】
次に、前の所定の計算時間間隔に予定発電量がない状態でピックアップを行う場合に起動時消費電力及び起動時消費燃料量を求める（Ｓ３１３）。前の所定の計算時間間隔に予定発電量がある場合は、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の値は０となる。ここで、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の値は燃料電池システム１００に固有の値である。一般に、燃料電池１５の起動時には改質器１１を所定の温度まで昇温する必要があるが、燃料電池１５が停止している時間が短い方が停止している時間が長いよりも改質器１１の温度低下が小さくなるため起動時消費電力及び起動時消費燃料量が少なくなる。逆に燃料電池１５が停止している時間が長いと改質器１１の温度低下が大きくなり、起動時消費電力及び起動時消費燃料量が多くなる。そのため、起動時消費電力及び起動時消費燃料量を燃料電池１５の停止時間に対応する値としてデータベース化した上で制御装置５０のデータ保持手段に記憶させておき、データベースからそのときの起動時消費電力及び起動時消費燃料量を算出する。次に、停止時消費電力及び停止時消費燃料量を求める（Ｓ３１４）。停止時消費電力及び停止時消費燃料量は、次の所定の計算時間間隔でピックアップが行われない場合に加算されるため、ここで一旦算出するが次にピックアップが行われた時点で０に変更される。停止時消費電力及び停止時消費燃料量は、起動時消費電力及び起動時消費燃料量の算出（Ｓ３１３）と同様に、それぞれ、燃料電池１５が停止している時間からデータベースを参照して算出される。次に待機時消費電力量を算出する（Ｓ３１５）。待機時消費電力量は、燃料電池システム１００に固有の一定の値である。
【００６２】
上述の工程（Ｓ３０１）〜工程（Ｓ３１５）の演算は第１の所定時間先まで所定の計算時間間隔で行う。例えば、本実施の形態では２４時間先まで１時間間隔で行う。このため、待機時消費電力量の算出（Ｓ３１５）までしたら、第１の所定時間先まで演算したか否かの判断を行う（Ｓ３１６）。第１の所定時間先までの演算が終了していない場合は買電量を求める工程（Ｓ３０１）に戻って上述の一連の演算を行う。第１の所定時間先までの演算が終了した場合は一次エネルギー使用量の合計を求める（Ｓ３１７）。すなわち、第１の所定時間先までの上述の工程（Ｓ３０１）〜工程（Ｓ３１５）の演算が終了したら、次に一次エネルギー使用量の合計を求める（Ｓ３１７）。合計一次エネルギーの使用量Ｐｆｃは、電力総使用量Ｅｆｃ、燃料総使用量Ｇｆｃ、電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅ、燃料発熱量Ｈｆとを用いて以下のように表される。
Ｐｆｃ＝Ｋｅ×Ｅｆｃ＋Ｈｆ×Ｇｆｃ
上式のうち、工程（Ｓ３０１）〜工程（Ｓ３１５）で求めた値を利用して、電力総使用量Ｅｆｃは、Ｅｆｃ＝「買電量」＋「ラジエータ消費電力量」＋「起動時消費電力量」＋「停止時消費電力量」＋「待機時消費電力量」で表される。燃料総使用量Ｇｆｃは、Ｇｆｃ＝「燃料電池消費燃料量」＋「バックアップボイラ燃料消費量」＋「起動時消費燃料量」＋「停止時消費燃料量」で表される。電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅとしては、例えば９．８４ｋＪ／Ｗｈという値を用いることができるが、換算係数は複数のものが提唱されているので、適切な値を用いるとよい。
【００６３】
燃料電池システムの運転計画の評価は、電力需要へは系統電力から供給し熱需要へはボイラから供給する従来システムとの比較で行うことが多い。従来システムの一次エネルギー使用量Ｐｐは、電力需要の予測値ＥＬと、燃料の消費量ＧＬと、上述の電力の一次エネルギー換算係数Ｋｅ及び燃料発熱量Ｈｆとを用いて以下のように表される。
Ｐｐ＝Ｋｅ×ＥＬ＋Ｈｆ×ＧＬ
なお、上式において、電力需要の予測値ＥＬは、電力需要への電力がすべて系統電力から供給されることを前提としている。また、燃料の消費量ＧＬは、「熱需要」÷「ボイラ効率」÷「燃料発熱量」で算出され、熱需要への熱がすべてボイラから供給されることを前提としている。上記のようにして求められた合計一次エネルギーの使用量Ｐｆｃと従来システムの一次エネルギー使用量Ｐｐとにより、一次エネルギー削減率ηｅは以下の式により求められる。
ηｅ＝（Ｐｐ−Ｐｆｃ）／Ｐｐ
このようにして算出した一次エネルギー削減率ηｅがピックアップ継続基準値となる。なお、一次エネルギー削減率ηｅの概念には様々な考え方があって、その算出には複数の方法が提案されており、そのいずれを用いてもよく、上述の算出方法は１つの例示である。
【００６４】
再び図３に戻って運転計画を作成する手順の説明を続ける。シミュレーションを実施して（Ｓ２３）ピックアップ継続基準値を算出したら、所定の基準（本実施の形態では消費エネルギー削減に関する基準）が向上したか否かの判断を行う（Ｓ２４）。所定の基準が向上していれば、運転計画作成終了条件を具備しているか否かを判断する工程（Ｓ２１）に戻り、以降の手順を繰り返す。他方、所定の基準が向上していない場合は、前回のピックアップ継続基準値は所定の基準が向上していたか否かの判断を行う（Ｓ２５）。前回のピックアップ継続基準値では所定の基準が向上していた場合は、今回のピックアップ継続基準値に偶然所定の基準の向上が見られなかった場合も考えられるため、もう一度所定の計算時間間隔分のピックアップを行い（Ｓ２２）、以降の手順を繰り返す。他方、前回のピックアップ継続基準値でも所定の基準の向上が見られなかった場合は、ピックアップを続けても所定の基準が向上しないと判断して運転計画の作成を終了する。このようにして１つのパターンの運転計画を作成する。
【００６５】
図６を参照して、作成された１つの運転計画の説明をする。図中、符号Ｐｅが指す二点鎖線は電力需要の予測を表しており、符号Ｐｈが指す一点鎖線は熱需要の予測を表している。また、棒グラフはピックアップした燃料電池１５の予定発電量を表している。図６では、現在の燃料電池１５の状態が停止中で、２時間後から発電を開始するパターンの例を示している。この運転計画では、２時間後から発電を開始し、６時間後のピックアップで所定の基準が向上しない（図中の斜線部分）とのシミュレーション結果が出たが、その次のピックアップで所定の基準が向上したのでその先のピックアップを継続している。そして、１２時間後のピックアップで再び所定の基準が向上しないとのシミュレーション結果が出て、さらにその次のピックアップでも所定の基準が向上しないとの結果が出たため運転計画の作成を終了したものである。
【００６６】
図７に現在の燃料電池１５の状態が停止中の場合の運転計画の例を示す。図７（ａ）は１時間後から発電を開始するパターン、図７（ｂ）は６時間後から発電を開始するパターン、図７（ｃ）は２１時間後から発電を開始するパターンの運転計画の例を示す。ここで示したのはあくまでも例示であって、上述のように発電の開始時間を１時間ずつ遅らせた各パターンの運転計画を作成すると２３通りの運転計画が作成されることとなる。そして、図７（ａ）では８時間後までで運転計画の作成終了し、図７（ｂ）では１７時間後までで運転計画の作成終了し、図７（ｃ）では２４時間後に第１の所定時間となったため運転計画の作成終了しているが、ここに示した終了時間も例示であって、どの時点で１つの運転計画の作成を終了するかはシミュレーションの結果によって決まる。
【００６７】
図８に現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合の運転計画の例を示す。図８（ａ）は現時点で燃料電池１５の運転を停止させずにそのまま運転を継続するパターンの運転計画の例を示している。この運転計画では、１３時間後のピックアップで所定の基準が向上しない（図中の斜線部分）とのシミュレーション結果が出て、さらにその次のピックアップでも所定の基準が向上しないとの結果が出たため、１５時間後で運転計画の作成を終了している。図８（ｂ）は現時点で燃料電池１５の運転を直ちに停止させ、その３時間後から発電を開始するパターンの運転計画の例を示している。この運転計画では、シミュレーションの結果により、１７時間後で運転計画の作成を終了している。なお、現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合の運転計画としては、図示したもの以外に、現時点で燃料電池１５の運転を直ちに停止させ、その１時間後から発電を開始するパターン、２時間後から発電を開始するパターン、という具合に発電の開始時間を１時間ずつ遅らせた各パターンが作成され、合計２４通りの運転計画が作成される。
【００６８】
ところで、上述のように、貯湯タンク３１が満蓄になると、ラジエータ２８を用いる等して熱を系外に棄てない限り燃料電池１５の運転の継続ができなくなる。燃料電池１５を一旦停止した場合は、起動時のリードタイムで消費する、ポンプ等の付帯機器の電力や燃料のロスが発生する。そこで、貯湯タンク３１が満蓄になることによる燃料電池１５の停止やラジエータ２８の作動を防ぐため、以下に示す温熱抑制制御を考慮して、燃料電池１５の定格出力以下の上限を１つの運転計画の作成時における予定発電量に設定してもよい。
【００６９】
図９は、温熱抑制制御により上限発電量を決定するフローチャートである。温熱抑制制御では、まず燃料電池１５の冷却可能量を算出する（Ｓ２７）。冷却可能量は、言い換えれば、貯湯タンク３１に蓄熱可能な燃料電池１５の発熱量である。燃料電池１５を冷却するために冷却水ｃとして利用できる温度には上限があり、一般に、燃料電池１５の入口において約５０〜７０℃である。冷却水ｃの温度がこの温度以下であれば、燃料電池１５を冷却して所定の温度に維持することができる。燃料電池１５から熱を奪った冷却水ｃは、６０〜８０℃程度に昇温する。冷却可能量を、単に貯湯タンク３１内の蓄熱媒体ｗの保有熱量で算出することは困難である。熱交換器２１の熱交換効率を考慮すると、貯湯タンク３１内に貯留されている４０〜５０℃以下の蓄熱媒体ｗの量が冷却可能量と相関関係を有することとなる（以下、冷却可能な冷却水温度に熱交換効率を考慮した温度を「導出熱媒体上限温度Ｔｃ」という。）。頂部から貯湯タンク３１に導入される蓄熱媒体ｗの温度（以下「導入熱媒体温度Ｔｒ」という。）は、底部から導出される蓄熱媒体ｗの温度よりも高く、貯湯タンク３１には温度成層が形成されているので、温度が低い蓄熱媒体ｗは、貯湯タンク３１の下部に貯留されていることとなる。しかし、貯湯タンク３１に出入りする蓄熱媒体ｗの動圧、その他何らかの原因により、貯湯タンク３１内の温度成層が崩れる場合も起こりうる。そこで、以下に説明するように、貯湯タンク３１内を５つに区分して各区分ごとに冷却可能量を算出するとよい。なお、貯湯タンク内を区分する数は、５つに限らず、他の数に区分してもよい。
【００７０】
区分する際は、貯湯タンク３１の蓄熱媒体ｗの導入口と導出口とを結ぶ線上で行う。例えば、貯湯タンク３１が縦に長く、蓄熱媒体ｗが頂部から流入して底部から流出するように温度成層が鉛直方向に形成される場合は、鉛直方向に区分する。貯湯タンク３１が横長で、貯湯タンク３１内での蓄熱媒体ｗの流れが水平方向になるように蓄熱媒体ｗの流入口及び流出口が形成され、温度成層が水平方向に形成される場合は、水平方向に区分する。本実施の形態では、図１に示す貯湯タンク３１内に配設された温度検出器３８のセンサー３８ａ〜３８ｆにより、鉛直方向で５つの領域に区分されている。
【００７１】
ここで図１０を参照して、冷却可能量の算出について説明する。まず、５つに区分した各領域について、図１０（ａ）〜（ｃ）のいずれに該当するかを検出する。なお、以下の図１０の説明において示す数式では、当該領域の、冷却可能熱量をＱｊ（Ｗｈ）、両端の温度をＴ１、Ｔ２（℃）、蓄熱媒体量をＶ（Ｌ）、比熱をＣ（Ｊ／ｇ・℃）で表す。なお、Ｔ１＜Ｔ２とし、ｊは区分した領域数に応じて整数で表される変数である。また、３．６で除しているのは単位の換算のためである。
【００７２】
図１０（ａ）は、区分された領域の両端の温度のいずれもが導出熱媒体上限温度Ｔｃ以下である場合を示している。この場合は、当該領域のすべての蓄熱媒体量を燃料電池１５の冷却に利用することが可能であり、当該領域の冷却可能熱量は以下の（１）式で表される。
Ｑｊ＝｛Ｔｒ−（Ｔ１−Ｔ２）／２｝×Ｖ×Ｃ×（１／３．６）  ・・・（１）
図１０（ｂ）は、区分された領域の両端の温度のいずれもが導出熱媒体上限温度Ｔｃを超えている場合を示している。この場合は、燃料電池１５の冷却をすることができず、当該領域の冷却可能熱量は（２）式で表されるように０となる。
Ｑｊ＝０  ・・・（２）
図１０（ｃ）は、区分された領域の両端の温度のうち、温度Ｔ１が導出熱媒体上限温度Ｔｃ以下であり、温度Ｔ２が導出熱媒体上限温度Ｔｃを超えている場合を示している。この場合は、当該領域の一部の蓄熱媒体量を燃料電池１５の冷却に利用することが可能であり、当該領域の冷却可能熱量は以下の（３）式で表される。
Ｑｊ＝｛Ｔｒ−（Ｔｃ＋Ｔ１）／２｝×Ｖ×｛（Ｔｃ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）｝×Ｃ×（１／３．６）  ・・・（３）
【００７３】
区分された各領域について、上記（１）〜（３）の式により冷却可能熱量Ｑｊを算出したら、これを合計したものが貯湯タンク３１の冷却可能量となる。すなわち、貯湯タンク３１の冷却可能量Ｑｔは、以下の（４）式で表される。
【数１】
2007280650.tif 000003
図１０（ｄ）に、貯湯タンク３１の冷却可能量の例を示す。図１０（ｄ）中、Ｔ３８ａ〜Ｔ３８ｆが、それぞれ温度検出手段３８のセンサー３８ａ〜３８ｆが検出した温度である。図中の斜線で囲んだ部分が冷却可能熱量に該当する。
【００７４】
再び図９に戻って温熱抑制制御の説明を続ける。上記のように冷却可能量を算出したら、熱需要の予測値から燃料電池１５の必要運転時間（ｈ）を算出する（Ｓ２８）。必要運転時間は、温熱抑制制御の開始以降、燃料電池１５が運転した時点（温熱抑制制御の開始時に燃料電池１５が運転している場合は温熱抑制制御の開始時）から、最初に閾値以上の熱需要が発生するまでの時間であり、余裕時間を加えたものも含む。閾値以上の熱需要がない場合は、第１の所定時間（２４時間）先までで最大の熱需要が発生するまでの時間を必要運転時間とする。
【００７５】
必要運転時間を算出したら、燃料電池１５の上限発電量（Ｗ）を算出する（Ｓ２９）。上限発電量は、前２工程で算出した冷却可能量及び必要運転時間と、燃料電池１５固有の発電効率と、燃料電池システム１００の熱回収効率に基づいて、以下のように算出する。
「上限発電量」＝「冷却可能量」×「発電効率」／（「熱回収効率」×「必要運転時間」）
上記のように算出した上限発電量の範囲内で、運転計画を作成する工程（Ｓ２０、図２参照）において、予定発電量を設定して運転計画を作成すると、貯湯タンク３１が満蓄になることによる燃料電池１５の停止やラジエータ２８の作動を防ぐことができる。なお、温熱抑制制御を予定発電量に反映させるのを、燃料電池１５が運転中に作成される運転計画だけにしてもよい。このようにすると運転計画作成の負担が軽減される。しかしながら、運転中・停止中のいずれで作成される運転計画についても反映させると、運転計画の選定時に、より省エネルギーに適う運転計画を漏れなく選定することができるので好ましい。
【００７６】
以上で説明した温熱抑制を考慮した運転計画を、温熱抑制を考慮しない運転計画に加えてさらに作成した場合、作成される運転計画の数は２倍となる。つまり、現在の燃料電池１５の状態が停止中の場合は２３×２＝４６通りの運転計画が作成され、現在の燃料電池１５の状態が運転中の場合は２４×２＝４８通りの運転計画が作成される。
【００７７】
上記の複数の運転計画を作成する工程（Ｓ２０、図２参照）の説明においては、所定の計算時間間隔でピックアップを行うごとに所定の基準（本実施の形態では消費エネルギー削減に関する基準）が向上したか否かの判断を行うこととした（図３参照）。この方法以外に、すべてのパターンについて第１の所定時間先までピックアップを行うこととしてもよい。すなわち、ピックアップを行うごとに所定の基準が向上したかを判断するためのシミュレーションを実行することなく、１時間後から発電を開始するパターンで第１の所定時間（２４時間）先までピックアップを行い、２時間後から発電を開始するパターンでも第１の所定時間先までピックアップを行い、…というように運転計画を作成してもよい。このようにすると、シミュレーションを行う負担が軽減される。
【００７８】
さらに別の方法として、運転計画を選定する工程（Ｓ３０、図２参照）における所定の基準に予め閾値を設定しておき、運転計画を１つ作る度に閾値に照らし、条件を満足する運転計画が作成されたらその時点で運転計画を作成する工程を終了すると共にその条件を満足した運転計画を選定する運転計画として、燃料電池１５の制御をする工程（Ｓ４０、図２参照）に移行するようにしてもよい。このようにすると、運転計画作成負担が軽減される。しかしながら、この方法は、必ずしも所定の基準に最も適うこととはならないため、すべての運転計画を作成することが好ましい。
【００７９】
なお、上述の運転計画の作成においては、「発電の開始時」とは別に「燃料電池システム１００の運転開始時」を加味する。「発電の開始時」はリードタイムの経過後の燃料電池１５の発電開始時であり、「燃料電池システム１００の運転開始時」はリードタイムを含めた燃料電池システム１００の運転開始時である。上述のように、燃料電池１５が停止の状態にある場合、利用可能な発電及び発熱を燃料電池１５が出力するまでにはリードタイムが必要となる。そのため、発電開始時刻にリードタイムの時間を加えた時間帯を運転計画上は燃料電池システム１００の運転を行う時間帯に設定する。なお、リードタイムは燃料電池システム１００に固有の値であり、固体高分子型燃料電池が周囲環境の温度となっている場合で約１時間である。
【００８０】
ここから運転計画を選定する工程（Ｓ３０、図２参照）の説明に移る。所定の基準に従って１つの運転計画を選定する工程（Ｓ３０、図２参照）では、複数作成した運転計画について、それぞれピックアップしたすべての予定発電量の省エネルギーについてのシミュレーションを行い、最も省エネルギーに適う運転計画を選定する。このように、作成した運転計画のそれぞれについてシミュレーションを行うのは、ピックアップを開始する時点での貯湯タンク３１の蓄熱量の状況等や、熱需要の発生する時間帯等により、どの運転計画が最も省エネルギーに適うかはその都度異なるからである。シミュレーションは、上述の運転計画を作成する工程（Ｓ２０、図２参照）で用いたのと同様の図５に示す手順により比較基準値を算出することにより行う。比較基準値は、現実には様々な形態で消費されているエネルギーに関して、１つの基準に換算した値であり、運転計画を作成する工程（Ｓ２０、図２参照）で用いた「ピックアップ継続基準値」と同様の概念であるが、「ピックアップ継続基準値」はピックアップした時点までの予定発電量がシミュレーション対象であるのに対し、「比較基準値」は１つの運転計画にあるすべての予定発電量がシミュレーション対象となる点で異なっている。図５に示す手順により複数作成した運転計画についてそれぞれ比較基準値を算出したら、そのうち最も省エネルギーに資する（一次エネルギー削減率ηｅが最大のもの）運転計画を選定する。
【００８１】
なお、本実施の形態における所定の基準は、消費エネルギー削減率であるとして説明したが、所定の基準がコスト削減額や排出二酸化炭素削減量等の場合も消費エネルギー削減率と同様の手順で比較基準値を求めることができる。所定の基準がコスト削減額の場合、換算係数を電力単価Ｋｃｅ（円／ｋＷｈ）、燃料単価Ｋｃｇ（円／Ｌ）として、まず作成した運転計画に基づいたランニングコストＣｆｃを、Ｃｆｃ＝Ｋｃｅ×Ｅｆｃ＋Ｋｃｇ×Ｇｆｃで算出する一方で、従来システムにおけるランニングコストＣｂｓを、上述の電力需要の予測値ＥＬ及び燃料の消費量ＧＬを用いて、Ｃｂｓ＝Ｋｃｅ×ＥＬ＋Ｋｃｇ×ＧＬで算出し、コスト削減額Ｃｒｄを、Ｃｒｄ＝Ｃｂｓ−Ｃｆｃとして求め、これを比較基準値（ピックアップ継続基準値）とすることができる。複数作成した運転計画についてそれぞれ比較基準値を算出したら、そのうち最もコスト削減に資する運転計画を選定する。
【００８２】
また、所定の基準が排出二酸化炭素削減量の場合、換算係数を電力のＣＯ2排出原単位Ｋｏｅ（ｋｇ・ＣＯ2／ｋＷｈ）、燃料のＣＯ2排出原単位Ｋｏｇ（ｋｇ・ＣＯ2／Ｌ）として、以下のように比較基準値を求めるとよい。まず、作成した運転計画に基づいたＣＯ2排出量Ｄｆｃを、Ｄｆｃ＝Ｋｏｅ×Ｅｆｃ＋Ｋｏｇ×Ｇｆｃで算出する。他方、従来システムにおけるＣＯ2排出量Ｄｂｓを、上述の電力需要の予測値ＥＬ及び燃料の消費量ＧＬを用いて、Ｄｂｓ＝Ｋｏｅ×ＥＬ＋Ｋｏｇ×ＧＬで算出する。これらの値を利用して排出ＣＯ2削減率ηｄを、ηｄ＝（Ｄｂｓ−Ｄｆｃ）／Ｄｂｓとして求め、これを比較基準値（ピックアップ継続基準値）として用いてもよい。複数作成した運転計画についてそれぞれ比較基準値を算出したら、そのうち最も排出二酸化炭素削減に資する運転計画を選定する。
【００８３】
燃料電池１５の制御をする工程（Ｓ４０、図２参照）では、上記のように所定の基準に従って選定した運転計画に基づいて燃料電池１５の運転を行う。燃料電池１５の制御をする工程（Ｓ４０）では、実際の燃料電池１５の運転は、電力需要に追随するように行われる。これは、秒単位での電力需要を完璧に予測することはほぼ不可能であるため、実際の運転ではその時々の電力需要に応じて燃料電池１５の発電出力を調整することが適切な運転方法となるためである。そのため、電力需要及び熱需要の予測の精度が高い場合は作成した運転計画に近い形で実際の運転が行われ、逆に予測の精度が低い場合は作成した運転計画との差異が大きい形で実際の運転が行われる。つまり、特に運転を制限する制御を行わない場合、燃料電池１５の実際の運転は、電力需要に追随するため運転計画通りに進むとは限らない。このように、電力需要及び熱需要の予測を完璧に行うことが困難な状況下においては、誤差を含む負荷予測値に基づいて作成され選定された運転計画を忠実に再現するように実際の燃料電池１５の運転を行うのではなく、実際の電力負荷や燃料電池１５の状態を判断して起動・停止を行い、あるいは第２の所定時間ごとに運転計画の見直しを行うことでより誤差の少ない運転計画としていくことが好ましい。特に、温熱抑制制御、運転時間上限設定、起動回数上限設定は、運転計画の作成時のみならず、実際に運転する場合においても制御を行うことが好ましい。
【００８４】
図１１に示すフローチャートを参照して、運転計画に基づいた燃料電池１５の制御を説明する。燃料電池１５の制御をする工程では、まず、燃料電池１５の状態が停止中か否かを判断する（Ｓ４１）。燃料電池１５の状態が停止中の場合は、選定した運転計画上も停止であるか否かを判断する（Ｓ４２）。運転計画上も停止の場合は燃料電池１５が停止の状態を維持する（Ｓ４５）。他方、選定した運転計画上も停止であるか否かを判断する工程（Ｓ４２）において運転計画上は停止ではない、すなわち選定した運転計画上は運転となっている場合は、所定の条件を具備しているか否かを判断する（Ｓ４３）。所定の条件については後述する。所定の条件を具備していなければ燃料電池１５が停止の状態を維持する（Ｓ４５）。逆に所定の条件を具備しているときは、燃料電池１５の起動に入る（Ｓ４４）。
【００８５】
燃料電池１５の状態が停止中か否かを判断する工程（Ｓ４１）において、燃料電池１５の状態が停止中でない場合、すなわち燃料電池１５の状態が運転中の場合は、選定した運転計画上も運転であるか否かを判断する（Ｓ４６）。運転計画上も運転の場合は燃料電池１５が運転している状態を維持する（Ｓ４９）。他方、選定した運転計画上も運転であるか否かを判断する工程（Ｓ４６）において運転計画上は運転ではない、すなわち選定した運転計画上は停止となっている場合は、所定の条件を具備しているか否かを判断する（Ｓ４７）。所定の条件については後述する。所定の条件を具備していなければ燃料電池１５が運転している状態を維持する（Ｓ４９）。逆に所定の条件を具備しているときは、燃料電池１５を停止する（Ｓ４８）。
【００８６】
次に図１２を参照して、図１１に示すフローチャートにおける所定の条件（Ｓ４３、Ｓ４７）を説明する。図１２（ａ）は、燃料電池１５が停止状態にあるときの所定の条件の具備を判断するフローチャートである。まず、実際の電力負荷が、燃料電池システム１００を構成する燃料電池１５の最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を超えている状態が一定時間継続していたか否かを判断する（Ｓ４３１）。ここで、一定時間は例えば６０秒程度とし、ある程度電力需要の大きい状態が続いているという判断のために設定する。実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を超えている状態が一定時間継続していない場合は、条件を具備していないと判断し（Ｓ４３４）、燃料電池１５が停止の状態を維持する工程（Ｓ４５、図１１参照）に進む。他方、実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を超えている状態が一定時間継続している場合は、貯湯タンク３１の冷却可能量が設定値（燃料電池１５が運転可能な冷却可能量として設定された下限値）以上か否かを判断する（Ｓ４３２）。設定値以上であれば条件を具備していると判断し（Ｓ４３３）、燃料電池１５を起動する工程（Ｓ４４、図１１参照）に進む。逆に設定値以上でなければ条件を具備していないと判断し（Ｓ４３４）、燃料電池１５が停止の状態を維持する工程（Ｓ４５、図１１参照）に進む。なお、実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を超えている状態が一定時間継続していたか否かを判断する工程（Ｓ４３１）と、貯湯タンク３１の冷却可能量が設定値以上か否かを判断する工程（Ｓ４３２）とは逆であってもよい。このような条件により起動判断をすることで、予測に反して電力需要が少ない場合や給湯需要が予測よりも少なく予定よりも貯湯量が多い場合などに所定の基準から乖離するような起動を避けることができる。
【００８７】
図１２（ｂ）は、燃料電池１５が運転状態にあるときの所定の条件の具備を判断するフローチャートである。この場合は、まず、実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を下回っている状態が一定時間継続していたか否かを判断する（Ｓ４７１）。実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を下回っている状態が一定時間継続している場合は、条件を具備していると判断し（Ｓ４７４）、燃料電池１５を停止する工程（Ｓ４８、図１１参照）に進む。他方、実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を下回っている状態が一定時間継続していない場合は、貯湯タンク３１の冷却可能量が設定値以下か否かを判断する（Ｓ４７２）。設定値以下であれば条件を具備していると判断し（Ｓ４７４）、燃料電池１５を停止する工程（Ｓ４８、図１１参照）に進む。逆に設定値以上でなければ条件を具備していないと判断し（Ｓ４７３）、燃料電池１５が運転している状態を維持する工程（Ｓ４９、図１１参照）に進む。なお、実際の電力負荷が、最低発電量Ｅｓと負荷余裕分αとの和を下回っている状態が一定時間継続していたか否かを判断する工程（Ｓ４７１）と、貯湯タンク３１の冷却可能量が設定値以下か否かを判断する工程（Ｓ４７２）とは逆であってもよい。このような条件により停止判断をすることで、予測に反して電力需要・給湯需要が大きく運転を継続すべきときに所定の基準から乖離するような停止を避けることができる。
【００８８】
このような制御とすることにより、選定した運転計画に基づきつつ実際の電力負荷に追随し、また負荷予測値が外れた場合でもそのときの状況により適切な起動停止動作を行うような、燃料電池１５の運転が可能となる。このような制御は、制御装置５０が行う。なお、予測の精度が高い場合は、選定した運転計画に従って燃料電池１５の制御を行うようにしてもよい。また、温熱抑制制御や運転時間上限設定等を優先的に行うように設定してもよい。
【００８９】
通常の場合は、上述の方法で燃料電池１５の運転をすると省エネルギー等所定の基準に適う運転となることが多いが、例えば一般家庭において旅行に出かける等で例外的に予測に反して電力需要及び熱需要が存在しない場合に、予測に従った燃料電池１５の起動・運転を行うと無駄な起動、運転となることが生じうる。そこで、燃料電池１５の無駄な運転を回避するため、以下に説明する無駄運転回避制御を行うとよい。
【００９０】
無駄運転回避制御は、選定した運転計画の電力需要の予測値よりも実際の消費電力の方が第３の所定時間に渡って第１の所定の値以上小さくなっているとき、又は選定した運転計画の熱需要の予測値よりも実際の消費熱量の方が第４の所定時間に渡って第２の所定の値以上小さくなっているときに、燃料電池１５の運転を停止し、所定期間運転禁止にする。このようにすると、需要予測に反して電力又は熱の消費がない状態で燃料電池を運転するという無駄を防止することができる。第１の所定の値及び第２の所定の値は、典型的には、需要の予測値からみて、需要が発生していないと判断できる値である。第３の所定時間及び第４の所定時間は、典型的には、それまでの運転実績からみてその後の需要の発生も生じないと予測できる時間であり、第３の所定時間と第４の所定時間は同じ時間でも異なる時間でもよい。第３の所定時間及び第４の所定時間は、制御装置５０が過去の運転実績から適宜設定するようにしてもよく、ユーザーが入力するようにしてもよい。また、燃料電池１５の運転を停止した後、運転禁止にする所定期間は、例えば２４時間にするとよい。このようにすると、１日単位のサイクルで繰り返されることが多い電力需要や熱需要の、例外的な日の燃料電池１５の運転を回避して、再び通常の制御により燃料電池１５の運転を行うことができる。無駄運転回避制御が働いた後、所定期間経過前に通常の制御に戻したい場合のために、無駄運転回避制御をリセットすることができるようにしてもよい。
【００９１】
運転計画の電力需要の予測値よりも実際の消費電力の方が小さいことは、逆潮ヒータ２４の消費電力の有無で検出してもよい。逆潮ヒータ２４は、主として電力需要が燃料電池１５の最低発電量を下回ったときに系統電力への逆潮流を防ぐ目的で使用される。そのため、逆潮ヒータ２４の消費電力が運転計画から算出可能な所定の値よりも大きい場合に所定期間燃料電池１５の運転を禁止することで、無駄な運転を回避することができる。所定期間燃料電池１５の運転を禁止するための、逆潮ヒータ２４の消費電力の所定の値の閾値としては、運転計画を作成する際にシミュレーションによって算出された値（図５のＳ３０２参照）に余裕分を加えた値を用いるとよい。また、予め定められた所定の値を設定値としてもよい。
【００９２】
また、運転計画の熱需要の予測値よりも実際の消費熱量の方が小さいことは、ラジエータ２８の作動の有無で検出してもよい。熱需要がないと燃料電池１５で発生した熱が余剰熱となる場合があるが、このようにすると、ラジエータ２８を有するシステムにおいて、既存の装置で消費熱量が小さいことを検出することができる。所定期間燃料電池１５の運転を禁止するための、ラジエータ２８の放熱量の所定の値の閾値としては、運転計画を作成する際にシミュレーションによって算出された値（図５のＳ３０９参照）に余裕分を加えた値を用いるとよい。また、予め定められた所定の値を設定値としてもよい。
【００９３】
以上の説明では、燃料電池１５は固体高分子型燃料電池として説明したが、固体高分子型燃料電池の他、りん酸型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、他の種類の燃料電池も用いることができる。しかしながら、固体高分子型燃料電池とすると、比較的低温で運転でき、また装置が小型化できるので、家庭用、小規模集合住宅あるいは小規模事業所用に用いるのに好適である。また、燃料電池の燃料極には改質ガスｇを導入することとしたが、水素を直接導入する純水素タイプの燃料電池としてもよい。純水素タイプの燃料電池とした場合は、改質器１１が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを説明する系統図である。
【図２】燃料電池システムの運転方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】１つのパターンの運転計画を作成する手順を説明するフローチャートである。
【図４】上限運転時間の設定例を示すテーブルの概念図である。
【図５】比較基準値を算出する計算手順を説明するフローチャートである。
【図６】作成された運転計画を例示する図である。
【図７】現在の燃料電池の状態が停止中の場合の運転計画を例示する図である。（ａ）は１時間後から発電を開始するパターン、（ｂ）は６時間後から発電を開始するパターン、（ｃ）は２１時間後から発電を開始するパターンの運転計画を示している。
【図８】現在の燃料電池の状態が運転中の場合の運転計画を例示する図である。（ａ）は現時点で燃料電池の運転を停止させずにそのまま運転を継続するパターン、（ｂ）は現時点で燃料電池の運転を直ちに停止させてその３時間後から発電を開始するパターンの運転計画を示している。
【図９】温熱抑制制御により上限発電量を決定するフローチャートである。
【図１０】冷却可能量の算出について説明する図である。（ａ）はすべての蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用することが可能な場合、（ｂ）はすべての蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用できない場合、（ｃ）は一部の蓄熱媒体量を燃料電池の冷却に利用することが可能な場合、（ｄ）は貯湯タンクの冷却可能量の例を示す図である。
【図１１】運転計画に基づいた燃料電池の制御を説明するフローチャートである。
【図１２】図１１に示すフローチャートにおける所定の条件具備の判断手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１５  燃料電池
２１  熱交換器
２４  逆潮ヒータ
２８  ラジエータ
３１  貯湯タンク（蓄熱槽）
３８  温度検出器
５０  制御装置
１００  燃料電池システム
【図１】
2007280650.tif 000004
【図２】
2007280650.tif 000005
【図３】
2007280650.tif 000006
【図４】
2007280650.tif 000007
【図５】
2007280650.tif 000008
【図６】
2007280650.tif 000009
【図７】
2007280650.tif 000010
【図８】
2007280650.tif 000011
【図９】
2007280650.tif 000012
【図１０】
2007280650.tif 000013
【図１１】
2007280650.tif 000014
【図１２】
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