(57)【要約】【課題】分散型電源装置が主たる電源である電力供給システムにおいて、分散型電源装置が停止した状況に応じて負荷に対して安定的に電力を供給できるようにする。【解決手段】分散型電源装置と、分散型電源装置から出力される電力を第１種負荷に供給する第１電力経路と、商用電源から出力される電力を第１種負荷に供給する第２電力経路とが接続され、分散型電源装置から電力が出力されているときには、第１電力経路から第１種負荷に電力が供給されるようにし、分散型電源装置から電力が出力されていないときには、第２電力経路から第１種負荷に電力が供給されるようにする電力切替装置とを備えて電力供給システムを構成する。【選択図】図１
2017073857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源装置と、
前記分散型電源装置から出力される電力を第１種負荷に供給する第１電力経路と、商用電源から出力される電力を前記第１種負荷に供給する第２電力経路とが接続され、前記分散型電源装置から電力が出力されているときには、前記第１電力経路から前記第１種負荷に電力が供給されるようにし、前記分散型電源装置から電力が出力されていないときには、前記第２電力経路から前記第１種負荷に電力が供給されるようにする電力切替装置とを備える
電力供給システム。
【請求項２】
前記電力切替装置は、
前記第１種負荷としての機器の動作が停止しないように前記第１電力経路と前記第２電力経路との間での切り替えを行うように構成される
請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記電力切替装置により前記第２電力経路が前記第１種負荷に接続されているときに、前記商用電源から出力される電力の供給を受ける１以上の第２種負荷のうち、所定の第２種負荷への電力の供給が停止されるように制御する電力供給制御装置をさらに備える
請求項１または２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記分散型電源装置が発電のために利用する媒体を供給する供給設備から前記分散型電源装置に媒体を供給する第１供給経路と、前記媒体を備蓄する備蓄装置から前記分散型電源装置に媒体を供給する第２供給経路とが接続され、
第１供給経路から媒体が供給されているときには、前記第１供給経路から前記分散型電源装置に媒体が供給されるようにし、第１供給経路から媒体が供給されていないときには、前記第２供給経路から前記分散型電源装置に媒体が供給されるようにする媒体切替装置をさらに備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型電源装置の１つとして燃料電池を備える電力供給システムが知られている。このような電力供給システムとして、以下のように自立運転を図る構成が知られている。つまり、電力供給システムは、商用電源が停止した際には、商用電源を電源系統から遮断する。そのうえで、電力供給システムは、１つの蓄電池の電力を電源系統に供給し、燃料電池や太陽電池などの分散型電源装置により発電される電力を蓄電池の電力と系統連系するように電源系統に供給し、他の蓄電池に電源系統から供給される電力を蓄電する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、環境などを考慮して、データセンターが消費する電力を燃料電池により供給するようにされた電力供給システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、燃料電池が発電のために利用する水素を、ガス供給設備（ガスインフラストラクチャ）により供給されるガスから取り出すようにされた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６２６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８１０６３号公報
【特許文献３】特開２０１２−７９６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２と特許文献３の技術に基づけば、ガス供給設備からガスの供給を受けて発電する燃料電池をデータセンターの電力源として利用する電力供給システムを構築することが考えられる。この場合、データセンターにとっては燃料電池により発電される電力が主たる電源となる。
このように燃料電池が主たる電源として利用される電力供給システムにおいては、例えば燃料電池自体の不具合やガス供給設備の不具合などにより燃料電池の発電が停止してもデータセンターに電力が供給されるようにすることが必要になる。
しかしながら、例えば特許文献１は、商用電源を主たる電源とした電力供給システムにおいて商用電源が停止した場合に応じて電源をバックアップしようとする構成である。このため、特許文献１によっては、燃料電池のような分散型電源装置が主たる電源である場合において、分散型電源装置の停止に応じて負荷に安定して電力を供給できるようにすることは困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、分散型電源装置が主たる電源である電力供給システムにおいて、分散型電源装置が停止した状況に応じて負荷に対して安定的に電力を供給できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の一態様は、分散型電源装置と、前記分散型電源装置から出力される電力を第１種負荷に供給する第１電力経路と、商用電源から出力される電力を前記第１種負荷に供給する第２電力経路とが接続され、前記分散型電源装置から電力が出力されているときには、前記第１電力経路から前記第１種負荷に電力が供給されるようにし、前記分散型電源装置から電力が出力されていないときには、前記第２電力経路から前記第１種負荷に電力が供給されるようにする電力切替装置とを備える電力供給システムである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、分散型電源装置が主たる電源である電力供給システムにおいて、分散型電源装置が停止した状況に応じて負荷に対して安定的に電力を供給できるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における電力供給システムの構成例を示す図である。
【図２】第２実施形態における燃料電池へのガス供給の切り替えに関する構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態による電力供給システムについて図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態における電力供給システムの構成例を示す図である。本実施形態における電力供給システムは、サーバ群を備えるデータセンターに電力を供給する。
同図の電力供給システムは、燃料電池１０、ガス供給設備２０、商用電源３０、サーバ群４０（第１種負荷の一例）、電力切替装置５０、一般負荷６０−１〜６０−ｎ（第２種負荷の一例）、開閉器７０及び電力供給制御装置１００を備える。
【００１１】
燃料電池１０は、ガス供給設備２０から供給されるガス（媒体の一例）から取り出される水素と、空気中から取り込んだ酸素とを利用して発電を行う発電装置である。本実施形態において、燃料電池１０は、サーバ群４０を備えるデータセンターにおいて備えられて電力供給を行う。即ち、燃料電池１０は分散型電源装置の１つである。なお、燃料電池１０からは交流による電力が出力される。
【００１２】
ガス供給設備２０は、例えば中圧ガスもしくは低圧ガスを供給するインフラストラクチャである。
【００１３】
燃料電池１０の発電により得られた電力を出力する経路は、電力切替装置５０における２つの入力のうちの一方と接続される。また、燃料電池１０の発電により得られた電力を出力するもう１つの経路は商用電源３０に対して接続されている。
電力切替装置５０の他方の入力は、商用電源３０からの電力が出力される経路と接続される。
電力切替装置５０の出力は、サーバ群４０に対して接続される。
【００１４】
サーバ群４０は、例えばデータセンターにおけるサーバルームに備えられる１以上のサーバを一括して示している。従って、電力切替装置５０の出力は、サーバ群４０に含まれるサーバとしての機器のそれぞれと接続される。
【００１５】
商用電源３０から出力される電力の経路は、上記のように電力切替装置５０の一方の入力と接続されている。また、商用電源３０から出力される電力の経路は、開閉器７０を介して一般負荷６０−１と接続されているとともに、開閉器７０を介さずに一般負荷６０−ｎ〜６０−ｎと接続されている。
ここで、一般負荷６０−１〜６０−ｎは、例えばデータセンターにおけるサーバ以外の負荷であり、例えばデータセンターにおける照明、空調機などである。なお、以降の説明にあたり、一般負荷６０−１〜６０−ｎについて特に区別しない場合には、一般負荷６０と記載する。
【００１６】
開閉器７０は、電力供給制御装置１００の制御に応じて開閉を行う。開閉器７０が閉状態のとき、商用電源３０から出力される電力が一般負荷６０−１に供給され、開閉器７０が開状態のとき、商用電源３０から出力される電力の一般負荷６０−１への供給が遮断される。
【００１７】
電力供給制御装置１００は、電力切替装置５０の電力経路の切替状態に応じて開閉器７０の開閉を制御する。
【００１８】
続いて、上記のように構成される電力供給システムの動作について説明する。
上記の説明から理解されるように、電力切替装置５０には、燃料電池１０から出力される電力をサーバ群４０に供給する経路（第１電力経路）と、商用電源３０から出力される電力をサーバ群４０に供給する経路（第２電力経路）とが接続される。即ち、電力切替装置５０には、燃料電池１０から出力される電力と商用電源３０から出力される電力とが入力される。
そのうえで、電力切替装置５０は、燃料電池１０から電力が出力されているときには、第１電力経路からサーバ群４０に電力が供給されるようにする。つまり、電力切替装置５０は、燃料電池１０が正常に動作して発電を行っている正常状態のときには、燃料電池１０から出力される電力をサーバ群４０に供給するように電力経路を形成する。
【００１９】
上記のように、電力切替装置５０は、正常状態においては燃料電池１０から出力される電力がサーバ群４０に供給されるようにしている。この際、電力供給制御装置１００は、電力切替装置５０が燃料電池１０の電力をサーバ群４０に供給するように電力経路を形成している状態にあることを検出している。つまり、正常状態にあることを検出している。
電力供給制御装置１００は、正常状態にあることを検出しているときには、開閉器７０について閉状態とするように制御する。
これにより、正常状態においては、サーバ群４０に対して燃料電池１０の電力が供給され、一般負荷６０−１〜６０−ｎのそれぞれに対して商用電源３０の電力が供給されている状態が得られる。
【００２０】
また、燃料電池１０は、一般には、負荷電力に追随した動作をさせるのではなく、定格による出力電力を安定的に出力することが好ましいとされている。そこで、燃料電池１０について定格により安定的に電力を出力させるようにした場合、サーバ群４０の負荷電力が小さい場合には、燃料電池１０が出力する電力に余剰が生じることになる。そこで、本実施形態においては、燃料電池１０から出力される電力に余剰が生じた場合には、余剰電力を系統連系によって商用電源３０に供給可能なように構成される。これにより、燃料電池１０から出力される電力の余剰分を例えば売電に利用するなどして有効に利用することができる。
【００２１】
このように、本実施形態におけるデータセンターでは、正常状態において、サーバ群４０に対して燃料電池１０の電力が定常的に供給され、サーバ以外の一般負荷６０に対して商用電源３０の電力が供給される。即ち、本実施形態における電力供給システムでは、燃料電池１０が主たる電源となり、商用電源３０が補助的な電源となる。
【００２２】
上記の正常状態に対して、例えば燃料電池１０自体の不具合またはガス供給設備２０の不具合が発生した場合には、燃料電池１０が発電を停止するため燃料電池１０から電力が出力されなくなる異常状態が発生する。
このように異常状態が発生した場合、電力切替装置５０は、第２電力経路からサーバ群４０に電力が供給されるようにする。つまり、電力切替装置５０は、燃料電池１０からの電力が入力されなくなると、商用電源３０から出力されている電力がサーバ群４０に供給されるように電力経路の切り替えを行う。
【００２３】
上記のように電力切替装置５０は、燃料電池１０から商用電源３０に電力を切り替えるにあたって、サーバ群４０にて瞬断を生じさせることなく切り替えを行うように構成される。即ち、本実施形態の電力切替装置５０は、無瞬断による高速な電力切り替えが可能なように構成される。
このように、本実施形態の電力切替装置５０は、サーバ群４０におけるサーバ（第１種負荷としての機器の一例）の動作が停止しないように第１電力経路と第２電力経路との間での切り替えを行う。これにより、燃料電池１０と商用電源３０とで電力の切り替えが行われる際に、サーバ群４０におけるサーバの動作が停止することがないため、サーバの正常な運用を維持することができる。
なお、電力切替装置５０は、燃料電池１０が正常動作に復帰して電力を出力する状態となったことに応じて、正常状態とするために商用電源３０から燃料電池１０への切り替えを行う際にも、無瞬断による電力切り替えを行う。
【００２４】
ここで、本実施形態のデータセンターは、商用電源３０の供給元である電力会社とデマンド契約を結んでいる。デマンド契約では、需要家と電力会社とで最大需要電力（デマンド）が予め取り決められ、電力使用料金はデマンドに応じて決定される。使用電力がデマンドを越えた場合には、契約超過金の支払いや契約料金の値上げなどが発生する。そして、需要家は、デマンドを越えることがないように電力を使用する。
【００２５】
しかしながら、異常状態が発生して上記のようにサーバ群４０に対して商用電源３０の電力が供給される状態に切り替わった場合、商用電源３０がデータセンターに供給する電力は、サーバ群４０に供給される電力に応じて増加する。
異常状態となったことに応じてサーバ群４０に対して商用電源３０の電力を供給した場合、商用電源３０の使用電力がデマンドを越える可能性がある。そこで、本実施形態においては、異常状態に応じてサーバ群４０に対して商用電源３０の電力を供給する状態となったことに応じて、一般負荷６０−１への電力の供給を停止するようにされる。
【００２６】
一般負荷６０−１への電力の供給停止は、電力供給制御装置１００が開閉器７０を制御することによって行われる。即ち、電力供給制御装置１００は、電力切替装置５０の状態が、燃料電池１０の電力を出力する状態から商用電源３０の電力を出力する状態に切り替わったことを検出すると、異常状態が発生したものとして検出する。電力供給制御装置１００は、異常状態の発生を検出すると、これまで閉状態であった開閉器７０を開状態とするように制御する。これにより、異常状態により商用電源３０の電力がサーバ群４０に供給される状態となったことに応じて、一般負荷６０−１への商用電源３０の電力供給が停止される。
【００２７】
一般負荷６０−１としては、一般負荷６０のうちで、サーバ群４０に商用電源３０の電力を供給する状態となったことに応じて動作を停止させた場合に、デマンドの超過を確実に回避することのできる電力削減量に相当する負荷電力を有するものが選択対象となる。この場合において、一般負荷６０−１は、デマンドの超過が確実に回避されるようにするにあたり、電力の削減量が必要最小限となるような負荷電力のものであることが好ましい。さらに、一般負荷６０−１は、動作を停止させたとしても、データセンターの環境の低下に対する影響ができるだけ少ないものであることが好ましい。
また、異常状態において電源供給が停止される一般負荷６０−１としての機器は、複数であってもよく、これに伴って、開閉器７０も一般負荷６０−１としての複数の機器ごとに応じて複数が設けられてよい。
このような構成によって、本実施形態においては、データセンターにおける著しい環境の低下を防ぎつつ、商用電源３０の使用電力がデマンドを超過しないようにすることができる。
【００２８】
このように、本実施形態においては、分散型電源装置である燃料電池１０が主たる電源である電力供給システムにおいて、燃料電池１０が停止する状況に応じて負荷に対して安定的に電力を供給することができる。
【００２９】
なお、本実施形態において、開閉器７０の開閉は、例えば電力切替装置５０によって直接的に制御されるようにしてもよい。一例として、電力切替装置５０は、サーバ群４０に燃料電池１０の電力を供給している正常状態では、開閉器７０に通電を行い、サーバ群４０に商用電源３０の電力を供給している異常状態では開閉器７０に通電を行わないようにする。そして、開閉器７０は、通電の状態では閉状態となり、通電していない状態では開状態となるように動作する。このような構成であっても、電力切替装置５０の状態に連動して開閉器７０を適切に開閉させることができる。このような構成の場合、電力供給制御装置としての機能を電力切替装置５０が有することになるので、電力供給制御装置１００は省略されてよい。
【００３０】
［第２実施形態］
続いて第２実施形態について説明する。先の第１実施形態においては、燃料電池１０が発電に利用する水素は、ガス供給設備２０から供給されるガスから取り出すようにされていた。しかしながら、ガス供給設備２０が何らかの障害によって燃料電池１０にガスを供給することができなくなった場合、これに伴ってそのまま燃料電池１０は発電不能の状態となる。
そこで、本実施形態においては、ガス供給設備２０によるガスの供給が停止した場合であっても、燃料電池１０に対してガスの供給が可能なように構成される。
【００３１】
図２は、本実施形態としての燃料電池１０に対するガス供給に関する構成の部位を抜き出して示している。同図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。また、図１に示される部位のうちで同図において図示されていない、商用電源３０、サーバ群４０、電力切替装置５０、一般負荷６０−１〜６０−ｎ、開閉器７０及び電力供給制御装置１００などについては、図１と同様の構成でよい。
【００３２】
同図においては、ガス備蓄タンク８０とガス切替装置９０がさらに設けられている。
ガス備蓄タンク８０は、ガスを備蓄する設備であり、データセンターもしくはデータセンター近傍において設置される。
【００３３】
ガス切替装置９０は、燃料電池１０に供給するガスを、ガス供給設備２０から供給されるガスと、ガス備蓄タンク８０から供給されるガスとで切り替える装置である。
ガス切替装置９０には、ガス供給設備２０から燃料電池１０にガスを供給する第１供給経路と、ガスを備蓄するガス備蓄タンク（媒体備蓄装置の一例）から燃料電池１０にガスを供給する第２供給経路とが接続される。そして、ガス切替装置９０は、第１供給経路からガスが供給されているときには、第１供給経路から燃料電池１０に供給されるようにし、第１供給経路から媒体が供給されていないときには、第２供給経路から燃料電池１０にガスが供給されるようにする。
つまり、ガス切替装置９０は、ガス供給設備２０からガスが供給されている正常状態のときには、ガス供給設備２０から燃料電池１０にガスが供給されるようにガスの供給経路を形成している。これに対して、何らかの障害によりガス供給設備２０からガスが供給されない異常状態が発生した場合、ガス切替装置９０は、ガス備蓄タンク８０から燃料電池１０にガスが供給されるようにガスの供給経路の切り替えを行う。
【００３４】
ガス切替装置９０としての構成は特に限定されるものではないが、例えば、ガス供給設備２０から供給されるガスの圧力と、ガス備蓄タンク８０から供給されるガスとの圧力を利用してガス供給経路の切り替えを行うようにした構成とすることができる。
つまり、ガス切替装置９０は、ガス供給設備２０からガスが供給されていることによるガスの圧力が得られている状態では、ガス供給設備２０から燃料電池１０にガスを供給する経路を形成する。一方、ガス供給設備２０からのガスの供給が停止してガス供給設備２０からのガスの圧力が低下し、ガス備蓄タンク８０からのガスの圧力が高くなると、ガス切替装置９０は、ガス備蓄タンク８０から燃料電池１０にガスが供給されるように経路を形成する。
【００３５】
このようにガス切替装置９０によりガスの供給経路の切り替えが行われることで、ガス供給設備２０からガスが供給されない状況に陥ったとしても、ガス備蓄タンク８０にガスが蓄積されている限りは、燃料電池１０に対して安定的にガスを供給することが可能となる。これにより、燃料電池１０の正常な動作をより強固に維持することができる。
【００３６】
なお、上記各実施形態においては、サーバを備えるデータセンターに電力を供給する場合を例に挙げている。しかしながら、本実施形態における電力供給システムが電力供給の対象とする施設はデータセンターに限定されない。例えば、本実施形態の電力供給システムの構成は学校、病院などをはじめとする他の施設などにも適用することができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、商用電源３０の電力をサーバ群４０に供給するように電力経路の切り替えを行った際に電力供給を停止させる一般負荷６０−１については、予め固定的に選定されていた。
しかしながら、例えば、商用電源３０の電力をサーバ群４０に供給する電力経路の切り替えが行われるごとに、例えばそのときの各一般負荷６０の電力の使用状況に応じて、電力供給を停止させる一般負荷６０を選定するようにしてもよい。
このためには、例えば一般負荷６０のそれぞれにおける使用電力を電力供給制御装置１００が監視できるように構成する。そのうえで、商用電源３０の電力をサーバ群４０に供給するように電力経路の切り替えが行われた際には、電力供給制御装置１００は、一般負荷６０のうちで、必要最小限の範囲でデマンドを超過しないようにすることのできる使用電力の状態となっている一般負荷６０を選定する。この際、電力供給を停止する一般負荷６０としては、必要最小限の範囲でデマンドを超過しないようにされているのであれば、複数が選定されてよい。
この際、電力供給制御装置１００は、例えば過去の使用電力の実績に基づいて、商用電源３０の電力をサーバ群４０に供給するように電力経路を切り替えた後の各一般負荷６０の使用電力を推定し、推定した使用電力に基づいて一般負荷６０を選定するようにしてもよい。
また、必要最小限の範囲でデマンドを超過しないようにすることのできる使用電力の状態となっている一般負荷６０として複数の候補が選定された場合には、例えば、一般負荷６０について予め定められた重要度に基づき、重要度の低いものから選定するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記の第２実施形態は、図１に示される電力供給システムにおける燃料電池１０へのガス供給のための構成の他の例として説明した。しかしながら、第２実施形態としての図２の構成は、図１の電力供給システムに備えられる燃料電池１０以外に、ガスの供給を受けて発電する燃料電池全般に適用されてよい。この場合、燃料電池から出力される電力の供給を受ける負荷としての機器はサーバ以外であってもよく、特に限定されるものではない。
【００３９】
また、上記各実施形態においては分散型電源装置が燃料電池１０である場合を例に挙げているが、例えば設備から供給される媒体を取り込んで発電を行うことのできる発電装置などであれば、本実施形態の分散型電源装置として使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  燃料電池、２０  ガス供給設備、３０  商用電源、４０  サーバ群、５０  電力切替装置、６０−１〜６０−ｎ  一般負荷、７０  開閉器、８０  ガス備蓄タンク、９０  ガス切替装置、１００  電力供給制御装置
【図１】
2017073857.tif 000003
【図２】
2017073857.tif 000004