JP2003257458A - 自然エネルギー発電装置と燃料電池を有する発電システム、発電システムの運用方法、発電システムの運用計画作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力会社から調達する買電電力を抑制し、電
力需要期間に対応して水素の貯蔵及び放出を行い燃料電
池から発電する自然エネルギー発電装置と燃料電池を有
する発電システムを提供する。 【解決手段】 自然エネルギー発電装置３２と、水素発
生装置３８と、燃料電池４６と、水素ガス４２を貯蔵す
る水素貯蔵タンク４８と、小電力需要期間に、自然エネ
ルギー発電装置３２から電力グリッドとしての電力需要
系統５０へ電力を供給しながら、余剰電力を水素発生装
置３８へ供給して水素ガス４２を生成させ水素貯蔵タン
ク４８へ貯蔵すると共に、大電力需要期間に、水素貯蔵
タンク４８から水素ガス４２を取り出して燃料電池４６
へ水素ガス４２を供給し、燃料電池４６から発電する電
力を電力グリッドとしての電力需要系統５０へ供給させ
る最適運用制御コントローラ５８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自然エネルギー発電
装置と燃料電池を有する発電システムに係り、特に、電
力需要に対応して発電量を制御する発電システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水素発生装置から水素ガスの供給
を受ける燃料電池発電システムは、例えば、図１０に示
すように、自然エネルギー発電装置３２、水素発生装置
３８、水素貯蔵タンク４８、燃料電池４６、制御装置１
から構成されている。

【０００３】水素発生装置３８は、電解用電源として自
然エネルギー発電装置３２の直流電力により水を電気分
解して陰極から水素４２を発生させていた。

【０００４】水素貯蔵タンク４８は、水素発生装置３８
から送出される水素４２を一時的に貯蔵し、燃料電池４
６へ燃料としての水素を供給していた。

【０００５】燃料電池４６は、酸化剤ガス４０と燃料と
しての水素４２との電気化学的反応により直流電気を発
電し、電力需要系統５０へインバータを介して交流電力
を供給していた。

【０００６】燃料電池４６で発電した電力は、水素発生
装置３８内に設けられた電解槽の電力の一部として用
い、電解槽の陰極から発生する水素を電解用電源の燃料
として利用していた。また電解用電源は商用系統から供
給される交流電力を整流して直流電圧を電解槽へ供給し
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水素発生装置と燃料電池を組み合わせた発電システムで
は、自然エネルギーとしての太陽や風力の条件が変動す
るため、自然エネルギー発電による電力に依存していた
のでは電力需要に合致した発電システムを運用すること
が困難であった。

【０００８】また、燃料電池と自然エネルギー発電装置
を組み合わせた分散型発電システムを導入する目的とし
て、自家発電量を増加させて電力会社から購入する買電
量を低減させることにあるが、自家発電量が気候に左右
される発電システムでは全時間帯において必要な電力需
要を安定に賄えるか決定することが困難であり、電力会
社から購入する買電量を飛躍的に低減することができな
いという課題も存在していた。

【０００９】さらに、電力需要期間に対応して水素の貯
蔵及び放出を行い燃料電池から発電するように運用する
ことが困難であった。

【００１０】本発明は、斯かる実情に鑑み、電力需要に
対応する自然エネルギー発電装置と燃料電池を有する発
電システムを提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる発明による発電システムは、例え
ば、図１に示すように、自然エネルギー発電装置３２か
ら電力を供給して水素発生装置３８から得られた水素ガ
ス４２を一時的に貯蔵する水素貯蔵装置としての水素貯
蔵タンク４８を設置し、制御装置としての最適運用制御
コントローラ５８の指令により水素発生装置３８から水
素ガス４２を取り出して燃料電池４６へ水素ガス４２を
燃料として供給し、酸化剤ガス４０との電気化学的反応
により発電するものである。

【００１２】このように構成すると、水素貯蔵タンク４
８が電力需要のバッファとして機能し、電力需要の増減
に追従するように水素ガス４２を製造、貯蔵、及び、放
出サイクルを繰り返し発電システムを効率的に運用させ
ることができる。

【００１３】上記目的を達成するために、請求項２にか
かる発明による発電システムの運用方法は、例えば、図
１又は図３に示すように、商用電力を電力需要の変動に
関らず所定の買電量８４まで電力グリッドとしての電力
需要系統５０へ供給し、電力需要が所定の買電量８４以
下の時には、自然エネルギー発電装置３２の出力電力に
より水素発生装置３８から生成する水素ガス４２を水素
貯蔵装置としての水素貯蔵タンク４８に貯蔵し、電力需
要が買電外電力量８８の時には、自然エネルギー発電装
置３２から発電する第１の補充電力９２と水素貯蔵装置
としての水素貯蔵タンク４８から燃料電池４６へ水素ガ
ス４２を供給して発電する第２の補充電力９４とを電力
グリッドとしての電力需要系統５０へ供給すると共に、
第１の補充電力９２の一部を水素発生装置３８へ供給し
て生成する水素ガス４２を水素貯蔵装置としての水素貯
蔵タンク４８に貯蔵し、電力需要がピーク１０２の時に
は、第１の補充電力９２の全量と第２の補充電力９４と
を電力グリッドとしての電力需要系統５０へ供給するよ
うに構成する。

【００１４】このように構成すると、電力需要のピーク
時には自然エネルギー発電装置３２と燃料電池４６の全
発電量を電力グリッドへ供給するので、所定の買電量８
４を抑制することができ、ピーク時以外には余剰電力で
水素発生装置３８から生成する水素ガス４２を燃料電池
４６の燃料として貯蔵するように発電システムを運用す
ることができる。

【００１５】上記目的を達成するために、請求項３にか
かる発明による発電システムの運用計画作成装置は、例
えば、図１又は図８に示すように、記憶装置２０２から
電力の負荷予測データを読み出して経時的に変化する電
力需要量を各時間帯毎に演算する電力需要量演算装置２
０４と、電力供給時刻と設定時刻との間で所定の買電量
２０５を超える買電外電力需要総量を演算する買電外電
力需要総量演算装置２０６と、記憶装置２０８から電力
供給時刻の水素貯蔵量を読み出して、買電外電力需要総
量が水素貯蔵量に基づく燃料電池４６の総発電量を超え
るか否かを判定し、判定結果が是のときは、水素貯蔵装
置としての水素貯蔵タンク４８から燃料電池４６へ水素
ガスを放出する水素放出時間帯を決定し、判定結果が否
ときは、自然エネルギー発電装置３２から水素発生装置
３８へ電力を供給し生成した水素ガス４２を水素貯蔵装
置としての水素貯蔵タンク４８へ貯蔵する水素貯蔵時間
帯を決定する水素貯蔵及び放出時間帯決定装置２１０
と、水素貯蔵及び水素放出時間帯並びに水素貯蔵量を記
憶装置２０８に記憶し、設定時刻まで、電力供給時刻を
各時間帯毎に順次再設定し、各時間帯毎の発電システム
の運用計画を作成する運用計画作成装置２１２と、を備
える。

【００１６】このように構成すると、買電外電力需要総
量を燃料電池４６の総発電量により供給できるときは、
自然エネルギー発電装置３２から水素発生装置３８へ電
力を供給し、水素ガスを生成して水素ガスを貯蔵し、自
然エネルギー発電装置３２の余剰電力により水素ガスを
生成して貯蔵する。一方、買電外電力需要総量に対して
燃料電池４６の総発電量が不足する場合には、貯蔵して
いる水素ガスを燃料電池４６へ放出して燃料電池発電を
開始するように発電システムを運用するコンピュータに
より処理する運用計画作成装置を提供することができ
る。

【００１７】上記目的を達成するために、請求項４にか
かる発明による請求項３に記載の発電システムを運用す
る運用計画作成装置は、例えば、図１又は図９に示すよ
うに、水素放出時間帯に、電力供給時刻の買電外電力需
要が燃料電池４６の発電能力２１８を超えるか否かを判
定し、判定結果が否のときは、燃料電池４６の出力電力
を電力グリッドとしての電力需要系統５０へ供給する燃
料電池発電時間帯を決定し、判定結果が是のときは、燃
料電池４６と自然エネルギー発電装置３２の出力電力の
全量を電力グリッドとしての電力需要系統５０へ供給す
るピーク発電時間帯を決定する水素放出時発電時間帯決
定装置２１６と、水素貯蔵時間帯に、電力供給時刻の電
力需要量が買電量を超えるときは、自然エネルギー発電
装置３２の出力電力の一部を電力グリッドとしての電力
需要系統５０へ供給し、引き続き、水素発生装置３８に
必要な電力が不足する場合には、水素貯蔵装置としての
水素貯蔵タンク４８から燃料電池４６へ水素ガスを供給
して燃料電池４６の出力電力を電力グリッドとしての電
力需要系統５０へ供給する時間帯を決定する水素貯蔵時
発電時間帯決定装置２１６と、をさらに備える。

【００１８】このように構成すると、水素放出時間帯及
び水素貯蔵時間帯の各々の時間帯に、自然エネルギー発
電装置３２と燃料電池４６の出力電力を電力グリッド又
は水素発生装置３８へ効率良く分配することができ、ピ
ーク発電時間帯には自然エネルギー発電装置３２と燃料
電池４６の出力電力の全電力を電力グリッドへ供給する
ように発電システムを運用するコンピュータにより処理
する運用計画作成装置を提供することができる。

【００１９】上記目的を達成するために、請求項５にか
かる発明による請求項３又は４に記載の発電システムを
運用する運用計画作成装置は、例えば、図１又は図８に
示すように、電力需要量演算装置２０４は、記憶装置２
１４から電力需要補正データを読み出して電力供給時刻
当日の気候又は天候並びに前年同日の電力需要実績デー
タに基づき、各時間毎の電力需要量を演算するものであ
る。

【００２０】このように構成すると、電力供給時刻当日
の気候又は天候並びに前年同日の電力需要実績データに
基づき、各時間毎の電力需要量を演算する発電システム
を運用するコンピュータにより処理する運用計画作成装
置を提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。図１から図９は発明を実施する形態
の一例であって、図中、図と同一または類似の符号を付
した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明
は省略する。

【００２２】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある自然エネルギー発電装置と燃料電池を有する発電シ
ステムのブロック図である。発電システム３０は、自然
エネルギー発電装置３２と、自然エネルギー発電装置３
２と切替装置５６を介して接続される水素発生装置３８
と、水素発生装置３８に接続される水素貯蔵タンク４８
と、水素貯蔵タンク４８に接続される燃料電池４６と、
切替装置５６、水素発生装置３８、水素貯蔵タンク４
８、燃料電池４６、及び、電力需要系統５０を制御信号
により制御する最適運用制御コントローラ５８と、を備
える。

【００２３】ここで、自然エネルギー発電装置３２は、
太陽光発電装置や風力発電装置や潮力発電装置のような
自然界に存在するエネルギーを電気エネルギーに変換す
るものである。太陽光発電装置は日中に半導体ソーラセ
ルから電力を発生し、風力発電装置は昼夜を問わないが
風がプロペラを回転させ同軸の直流発電機により電力を
発生し、潮力発電装置は２４時間波浪の変化を機械的な
運動エネルギーに変換して直流発電機により電力を発生
する。

【００２４】切替装置５６は、最適運用制御コントロー
ラ５８の第１の指令を制御信号線５９を介して受信し、
自然エネルギー発電装置３２の出力電力をライン５３を
経由して電力需要系統５０へ供給し直流電圧をインバー
タを用いて交流電圧に変換する。また、自然エネルギー
発電装置３２の余剰電力をライン５４を経由して水素発
生装置３８に供給する。さらに、最適運用制御コントロ
ーラ５８の第２の指令を制御信号線５９を介して受信
し、自然エネルギー発電装置３２の全出力電力をライン
５３を経由して電力需要系統５０へ供給する。

【００２５】水素発生装置３８は特に限定はなく、水素
を発生する電解槽として例えば、隔膜電解槽、無隔膜電
解槽、単一電解槽、あるいは多段電解槽等の陰極で発生
する水素ガスを回収出来る構造であれば、副生成物とし
ての酸素を生成する何れの装置を選択してももよい。

【００２６】例えば、単一隔膜電解槽を用いる場合には
陰極で発生した水素ガスを気体として回収する構造を有
する。また、多段無隔膜電解槽の場合には、各単位電解
槽を仕切る隔壁と各単位電解槽内には少なくとも一対の
陽極と陰極を内装した電解槽構成になっており、外電解
槽上部は各単位電解槽が連通した空隙を有し水素ガスを
分離し回収する。

【００２７】上記単位電解槽内には、中央部から対象な
位置に分離された陽極と陰極が配置される。陽極は陽極
触媒層が被覆されたチタン板が用いられる。電極の形状
はすだれ状，ラス下降網目状或いは多孔質な形に加工し
て用いられ、陰極反応を加速するために表面積を大き
く、濃度分極が極力小さくなるように電解液流れを考慮
した構造を選択するとよい。

【００２８】水素を燃料とする燃料電池４６にはアルカ
リ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、及び固
体高分子型の燃料電池があるが、比較的小型であり、オ
ンサイト型でメインテナンスが容易なリン酸型燃料電池
や固体高分子型燃料電池が望ましい。

【００２９】何れの燃料電池４６も酸化剤ガス４０には
酸素或いは空気を用い、燃料としての水素ガス４２との
電気化学的反応により電力を出力する。酸化剤ガス４０
は上述した水素発生装置３８から副生成物として生成さ
れる酸素を使用することもできる。

【００３０】燃料電池４６は常圧から３気圧程度で運転
され、運転温度は固体高分子型は室温から８０℃、リン
酸型は室温から１９０℃乃至２２０℃であり、固体高分
子型は室温近傍での運転で操作及び保守が容易であるの
に対してリン酸型は比較的高温であるため燃料電池の排
熱のレベルが１７０℃と高い。

【００３１】燃料電池４６は、水素ガス４２を水素発生
装置３８から直接供給することもできるが、水素発生装
置３８から水素貯蔵タンク４８を介して燃料電池４６へ
水素ガス４２を供給することもできる。この場合、水素
貯蔵タンク４８は水素ガス４２の蓄積と放出のバランス
を保つバッファとして機能する。

【００３２】水素貯蔵タンク４８は、水素ガスタンクや
水素ガス吸収合金を使用することができ、水素ガス吸収
合金としては、例えば、ＴｉＦｅ系、ＭｍＮｉ5系、若
しくは、ＺｒＮｉ合金をベースとしてＺｒおよびＮｉの
一部を他元素で置換した３元系以上の組成からなり、そ
の結晶構造はＣｒＢ構造からなる水素ガス吸収合金を用
いることができる。

【００３３】最適運用制御コントローラ５８は、大電力
需要期間設定装置７２に接続され、ピーク電力時刻とし
ての大電力需要期間を大電力需要期間設定装置７２のキ
ーボード７４から開始時刻の「１」、「３」、「０」、
「０」の数値を連続入力し、入力された時刻を大電力需
要期間設定装置７２のＬＣＤパネルの液晶ディスプレイ
７６に開始時刻を「１３：００」のように表示する。

【００３４】引き続き、キーボード７４から終了時刻の
「１」、「６」、「０」、「０」の数値を連続入力し
て、入力された時刻を液晶ディスプレイ７６に終了時刻
を「１６：００」のように表示させ、大電力需要期間を
設定することができる。また、本実施の形態では大電力
需要期間を設定することで自動的に小電力需要期間が
「１６：０１」から翌日の「１２：５９」まで設定する
ことができるが、マニュアル入力で小電力需要期間を設
定することもできる。

【００３５】上記実施の形態では、大電力需要期間設定
装置７２により、大電力需要期間を設定して自動的に小
電力需要期間を設定したが、小電力需要期間をマニュア
ル入力することにより大電力需要期間を自動設定するよ
うに構成してもよい。

【００３６】水素発生装置３８は、水素発生制御装置６
６が併設され、最適運用制御コントローラ５８の指令を
制御信号線６０を介して受信し、水素発生装置３８の運
転及び停止が制御される。生成した水素ガス４２は、水
素貯蔵タンク４８へライン４３を介して送出される。

【００３７】水素貯蔵タンク４８は、水素量検出器６４
が併設され、水素貯蔵タンク４８内の水素残量をライン
６１を経由して最適運用制御コントローラ５８へ送信す
る。水素残量は水素貯蔵タンク４８の圧力Ｐを検出して
もよく。水素吸蔵合金の水素吸着量を検出してもよい。

【００３８】燃料電池４６は、燃料電池制御装置７０が
併設され、最適運用制御コントローラ５８の指令を制御
信号線６２を介して受信し、燃料電池４６の運転及び停
止が制御される。発電した直流電力は、電力需要系統５
０へライン７１を介して供給する。

【００３９】本実施の形態を例示すると、午後４時１分
から翌日の午後１２時５９分までの予め設定された小電
力需要期間に、最適運用制御コントローラ５８からの制
御信号により切替装置５６を切替えて、自然エネルギー
発電装置３２から電力グリッドとしての電力需要系統５
０へ電力を供給しながら、その余剰電力を水素発生装置
３８へ供給して水素ガス４２を生成させ、生成した水素
ガス４２を水素貯蔵装置としての水素貯蔵タンク４８へ
貯蔵する。

【００４０】また、当日の午後１時から午後４時までの
予め設定された大電力需要期間に、最適運用制御コント
ローラ５８からの制御信号により、水素貯蔵タンク４８
から水素ガス４２を取り出して水素貯蔵タンク４８のバ
ルブを開放し燃料電池４６へ水素ガス４２を供給し、燃
料電池４６から発電する電力を電力グリッドとしての電
力需要系統５０へ供給させ、直流電圧をインバータを用
いて交流電圧に変換することができる。

【００４１】図２は、本発明による第２の実施の形態で
ある自然エネルギー発電装置と燃料電池を有する発電シ
ステムのピークカット運転のモデル図である。発電シス
テム３０は、例えば午前零時の電力供給時刻１０４と翌
日の午前零時の設定時刻１０６との間に、経時的に変化
をする電力グリッド９６の電力需要を小電力需要期間１
０８と大電力需要期間１１０に区分けし、大電力需要期
間１１０に自然エネルギー発電と燃料電池発電の全電力
を電力グリッド９６へ供給し、直流電圧をインバータを
用いて交流電圧に変換する。

【００４２】電力グリッド９６の電力需要は、深夜及び
早朝に亘り低く、昼過ぎから夕方の４時頃まで高くその
後深夜に至るまで低いという、所謂山形の曲線を持った
カーブで描くことができる。例えば、午前零時から午後
１２時５９分までの小電力需要期間１０８では、電力会
社の買電８２の電力を電力グリッド９６へ供給し、自然
エネルギー発電としての太陽電池発電や風力発電による
水素製造工程８６により水素ガスを貯蔵する。

【００４３】また、午後１時から午後４時までの大電力
需要期間１１０では、自然エネルギー発電装置３２から
供給する第１の補充電力９２と、貯蔵した水素ガスを燃
料として消費する燃料電池４６から供給する第２の補充
電力９４とを買電８２の電力と併用することで、大電力
需要期間１１０の買電８２の電力量を減少させることが
できる。従って、電力会社や他の買電業者にとっては大
電力需要期間１１０のピーク時間帯削減電力量１１２に
相当する発電設備規模を他の需要者に分配することがで
きるので、電力購入契約料を低減させることが期待でき
る。

【００４４】さらに、午後４時１分から翌日の午前零時
までの小電力需要期間１０８では、電力会社の買電８２
の電力を電力グリッド９６へ供給し、自然エネルギー発
電としての太陽電池発電や風力発電による水素製造工程
８６により水素ガスを貯蔵するので、発電システムの発
電電力の無駄を削減することができる。

【００４５】本実施の形態によるピークカット運転１１
０は、自然エネルギー発電装置３２から供給する第１の
補充電力９２と燃料電池４６から供給する第２の補充電
力９４によりピーク時間帯削減電力量１１２を補うの
で、電力会社の発電キャパシティを他の電力需要者へ配
分することができる。

【００４６】図３は、本発明による第３の実施の形態で
ある自然エネルギー発電装置と燃料電池を有する発電シ
ステムのピークシフト運転のモデル図である。発電シス
テム３０は、電力グリッド９６の電力需要の変動に関わ
らず所定の買電量としての設定最大買電量８４まで電力
会社から商用電力を電力グリッド９６へ供給する。

【００４７】電力グリッド９６の電力需要が所定の買電
量としての設定最大買電量８４以下の時には、自然エネ
ルギー発電装置３２の出力電力により水素発生装置３８
から生成する水素ガス４２を水素貯蔵タンク４８に貯蔵
する。

【００４８】電力グリッド９６の電力需要が買電外電力
量８８に達した期間９８には、自然エネルギー発電装置
３２から発電する第１の補充電力９２と水素貯蔵タンク
４８から燃料電池４６へ水素ガス４２を供給して発電す
る第２の補充電力９４とを電力グリッド９６へ供給する
と共に、第１の補充電力９２の一部を水素発生装置３８
へ供給して生成する水素ガス４２を水素貯蔵タンク４８
に貯蔵する。すなわち、太陽電池や風力発電の余剰電力
により水素を製造する工程８６を付加したものである。

【００４９】電力グリッド９６の電力需要がピーク時１
０２に達した期間は、第１の補充電力９２の全量と第２
の補充電力９４とを電力グリッド９６へ供給する。この
場合、第１の補充電力の一部を使用して水素ガス４２を
生成することができないが、ピーク時１０２の３時間程
度の水素ガス４２は水素貯蔵タンク４８から供給するこ
とができる。従って、電力会社や他の買電業者にとって
はピーク時１０２の買電外電力量８８に相当する発電設
備規模を他の需要者に分配することができるので、電力
購入契約料を低減させることが期待できる。

【００５０】電力グリッド９６の電力需要がピーク時１
０２から買電外電力量８８に達した期間１００には、自
然エネルギー発電装置３２から発電する第１の補充電力
９２と水素貯蔵タンク４８から燃料電池４６へ水素ガス
４２を供給して発電する第２の補充電力９４とを電力グ
リッド９６へ供給すると共に、第１の補充電力９２の一
部を水素発生装置３８へ供給して生成する水素ガス４２
を水素貯蔵タンク４８に貯蔵する。上述の如く、太陽電
池や風力発電の余剰電力により水素を製造する工程８６
を付加したものであり、余剰電力を無駄にせず水素を貯
蔵することができる。

【００５１】本実施の形態では、ピークシフト運転８０
を導入する前に電力会社と契約していた購入電力量を目
安に第１の補充電力９２と第２の補充電力９４並びに買
電８２の電力を併用して電力グリッド９６へ電力を供給
することができる。

【００５２】また、買電外電力量８８が予想に反して増
大した場合に備えて、買電外電力量を補うためのガード
バンド９０を設定することができる。ガードバンド９０
は例えば、従前の電力会社との契約電力量の約１０％の
電力量を確保することが望ましい。これにより、発電シ
ステム３０は不測の電力需要増化に対処することがで
き、電力グリッド９６上の電力の質を担保することがで
き、電力会社との買電契約を履行することができる。

【００５３】例えば、ガードバンド９０は、電力の需給
バランスが急激に変動した場合に迅速に対応できるよう
にする構成であり、電力会社から調達する電力をできる
限り少なくするとともに、発電システムから電力の供給
過剰によって無駄になってしまう電力をできる限り少な
くする機能を発揮する。

【００５４】図４は、本発明による第４の実施の形態で
ある発電システムの運用計画作成装置のフローを示す流
れ図である。発電システムの運用計画作成装置は、処理
開始工程１２０でシステムは初期化される。

【００５５】ステップ１２２は、記憶装置１２４から電
力の負荷予測データを読み出して経時的に変化する電力
需要量を各時間帯毎、例えば、１時間毎、３０分毎に今
後の２４時間の電力需要を演算する。電力の負荷予測デ
ータは、個々の需要者毎の特性を数値化して予測演算に
用いる。例えば、電力需要者が商店の場合には売場面
積、営業日か休業日か、過去の売上げ実績や入店者数、
イベントの有無の情報、もしくは、空調や照明設備等の
運転時間を電力需要予測データに反映することができ
る。

【００５６】次に、ステップ１２８は、電力供給時刻１
２６と設定時刻１３０との間で所定の買電量を超える買
電外電力需要総量、すなわち、設定最大買電量より大き
な電力分を合計する積分値Ａを演算し、買電外電力需要
総量を記憶装置１２４へ記憶する。電力供給時刻１２６
は例えば午前零時であり、設定時刻１３０は例えば翌日
の午前零時を指定することができる。

【００５７】引き続き、記憶装置１２４から電力供給時
刻１２６の水素貯蔵量１３２を読み出してから、電力供
給時刻１２６のカウントアップステップ１３４により電
力供給時刻１２６を１時間毎に再設定する。

【００５８】さらに、ステップ１３６は、買電外電力需
要総量Ａが水素貯蔵量１３２に基づく燃料電池の総発電
量を超えるか否かを判定し、判定結果が是（ＹＥＳ）の
ときは、水素貯蔵装置から燃料電池へ水素ガスを放出す
る水素放出時間帯を決定し、判定結果が否（ＮＯ）とき
は、自然エネルギー発電装置から水素発生装置へ電力を
供給し生成した水素ガスを水素貯蔵装置へ貯蔵する水素
貯蔵時間帯を決定する。

【００５９】ステップ１３６の判定処理により水素製造
モード１４０と水素放出モード１３８の何れか一方に分
岐した後に、水素貯蔵及び水素放出の時間帯１４２、１
４４並びに水素貯蔵量を記憶装置１２４に記憶してか
ら、ターミナルＡ又はＢを経由して次の処理へ移行する
こともできるが、処理を上述のステップ１３４に戻し、
設定時刻１３０としての翌日の午前零時まで、電力供給
時刻１２６を例えば１時間という各時間帯毎に順次再設
定し、各時間帯毎の発電システムの運用計画を作成し、
ターミナルＤへ分岐し処理を終了させることもできる。

【００６０】上記各ステップはコンピュータにより処理
し、作成した発電システムの運用計画に基づきコーディ
ングされたプログラムを図１の最適運用制御コントロー
ラ５８上で実行することができる。

【００６１】図５は、本発明による第５の実施の形態で
ある発電システムの運用計画作成装置のフローを示す流
れ図である。発電システムの運用計画作成装置は、図４
のターミナルＡ又はＢから引き継ぐ処理をコンピュータ
により実行する。

【００６２】ステップ１４８は、上述の水素放出時間帯
としての水素放出モード１３８に、電力供給時刻１２６
の買電外電力需要Ａが燃料電池の発電能力を超えるか否
かを判定し、判定結果が否（ＮＯ）のときは、ステップ
１５０で燃料電池の出力電力を電力グリッドへ供給する
燃料電池発電時間帯を決定し、判定結果が是（ＹＥＳ）
のときは、ステップ１５２で燃料電池と自然エネルギー
発電装置の出力電力の全量を電力グリッドへ供給するピ
ーク発電時間帯を決定する。

【００６３】また、ステップ１５４は、水素貯蔵時間帯
としての水素製造モード１４０に、電力供給時刻１２６
の電力需要量が買電量を超えるときは、ステップ１５６
で自然エネルギー発電装置の出力電力の一部を電力グリ
ッドへ供給するよう決定し、引き続き、ステップ１５８
で水素発生装置に必要な電力が不足するか否かを判定し
不足する場合は、ステップ１６０で水素貯蔵装置から燃
料電池へ水素ガスを供給して燃料電池の出力電力を電力
グリッドへ供給する時間帯を決定する。一方、ステップ
１５４において、電力供給時刻１２６の電力需要量が買
電量を下回るときは、現在の太陽光又は風力の自然エネ
ルギー発電により水素を発生させる時間帯を決定する。

【００６４】さらに、処理はライン１６８へ集約され、
自然エネルギー発電時間帯、燃料電池発電時間帯、及
び、水素貯蔵量を各々記憶装置１２４へ記憶し、ターミ
ナルＣを経由して図４のステップ１３４へ戻り、電力供
給時刻１２６のカウントアップ処理を遂行し電力供給時
刻１２６が所定の設定時刻１３０になるまでステップ１
３６からステップ１６８までの処理を繰り返す。発電シ
ステムの運用計画が電力供給時刻１２６から設定時刻１
３０まで演算し終えた段階で、分岐点１７０を経由し処
理終了ステップ１７２により発電システムの運用計画作
成処理は終了する。

【００６５】上記実施の形態は、電力負荷予測データに
基づいて買電外電力需要を算出していたが、図６に示す
ように、過去の電力需要実績や当日の天候や気候による
電力需要の変動を補正することができる。

【００６６】発電システムの運用計画作成装置は、処理
開始工程１２０でシステムを初期化し、ステップ１２２
で、記憶装置１２４から電力の負荷予測データを読み出
して経時的に変化する電力需要量を各時間帯毎、例え
ば、１時間毎、３０分毎に今後の２４時間の電力需要を
演算する。

【００６７】また、発電システムの運用計画は、年間、
月間、週間、翌日のそれぞれについて作成する。発電シ
ステムの運用計画を作成する場合には、個々の発電所
の、各時間毎の最大送電出力及び最小送電出力、追随可
能な最大負荷変化率、電力購入価格（￥／kWh）によ
り、電力調達の総合計金額が最小になるように運用する
することができる。

【００６８】次に、ステップ１７４は、実績データ使用
の是非を判定し、実績データ１７６を使用するときはス
テップ１７８へ分岐し、実績データ１７６を使用しない
通常の処理を実行する場合は分岐点１８０へ分岐する。

【００６９】ステップ１７８は、記憶装置１２４から電
力需要補正データとしての実績データ１７６を読み出し
て電力供給時刻当日の気候又は天候並びに前年同日の電
力需要実績データに基づき、各時間毎の電力需要量を演
算し、電力需要量を補正する。

【００７０】例えば、現在の負荷に対応する直近の電力
需要に基づき蓄積した電力負荷予測データと実績データ
との間に差が生じた場合には、先ず当日の天候を優先し
て電力需要を補正する。次に気候に基づき当日の天気が
平年並か否かの判定により電力需要を補正する。さら
に、前年同日の電力需要実績と比較して電力需要を補正
するが、電力負荷は電気機器の省エネルギー化により減
少し、電気機器の増設により増加するため、前年の電力
負荷状況と直近の電力負荷状況が近似している場合に電
力需要を補正することが望ましい。

【００７１】図７は、本発明による第６の実施の形態で
ある発電システムの運用計画作成装置のブロック図であ
る。発電システムの運用計画作成装置は、中央処理装置
ＣＰＵ１８２と、記憶装置１２４と、メインメモリ１９
４と、キーボード１８４と、ディスプレイ１８８を備
え、各部材はバス１９２、Ｉ／Ｏ１８６、及び、Ｉ／Ｏ
１９０を介して接続されている。

【００７２】中央処理装置ＣＰＵ１８２は、記憶装置１
２４に記憶した電力需要予測データ、水素貯蔵量、水素
放出量、水素製造量、第１の補充電力量、第２の補充電
力量等の各種データをバス１９２を介してメインメモリ
１９４へ転送しながら、逐次的に電力需要を演算処理す
る。例えば、シングルチップのパーソナルコンピュータ
を使用することができる。

【００７３】また、コンピュータに対し、ソフトウェア
のプログラムコードを供給し、コンピュータのＣＰＵ若
しくはＭＰＵに格納されたプログラムに従って、記憶装
置１２４、キーボード１８４、ディスプレイ１８８等の
各種デバイスを動作させることによって発電システムの
運用計画を作成することができる。

【００７４】さらに、プログラムコードをコンピュータ
に供給するための手段は、例えばプログラムコードを格
納した記憶装置１２４としては、例えばフレキシブルデ
ィスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディス
ク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、磁気テープ、不揮発
性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

【００７５】図８は、本発明による第７の実施の形態で
ある発電システムの運用計画作成装置のブロック図であ
る。発電システムの運用計画作成装置は、記憶装置内の
複数のデータベース２０２、２０５、２０８、２１４
と、電力需要量演算装置２０４と、買電外電力需要総量
演算装置２０６と、水素貯蔵及び放出時間帯決定装置２
１０と、各時間帯毎の発電システムの運用計画を作成す
る運用計画作成装置２１２とを備える。

【００７６】電力需要量演算装置２０４は、負荷予測デ
ータデータベース２０２から電力の負荷予測データを読
み出して経時的に変化する電力需要量を各時間帯毎に演
算する。

【００７７】買電外電力需要総量演算装置２０６は、買
電量データベース２０５から買電量を読み出して電力供
給時刻と設定時刻との間で所定の買電量を超える買電外
電力需要総量を演算する。

【００７８】水素貯蔵及び放出時間帯決定装置２１０
は、水素貯蔵量データベース２０８から電力供給時刻の
水素貯蔵量を読み出して、買電外電力需要総量が水素貯
蔵量に基づく燃料電池の総発電量を超えるか否かを判定
する。

【００７９】言い換えれば、午前零時を電力供給時刻と
した場合、現在の水素貯蔵量が２４時間後の翌日の午前
零時まで燃料電池から買電外電力需要総量を供給できる
程度の水素を貯蔵しているか否かを判定する。

【００８０】判定結果が是のときは、水素貯蔵装置から
燃料電池へ水素ガスを放出する水素放出時間帯を決定す
る。すなわち、現在の水素貯蔵量で買電外電力需要総量
を供給できるので、水素放出時間帯として例えば水素貯
蔵量データベース２０８へ記録する。

【００８１】一方、判定結果が否ときは、自然エネルギ
ー発電装置から水素発生装置へ電力を供給し生成した水
素ガスを水素貯蔵装置へ貯蔵する水素貯蔵時間帯を決定
する。すなわち、現在の水素貯蔵量では買電外電力需要
総量を供給しきれないために、追加の水素を貯蔵するた
めの時間を水素貯蔵時間帯として例えば水素貯蔵量デー
タベース２０８へ記憶する。

【００８２】発電システムの運用計画を作成する手段２
１２は、水素貯蔵及び水素放出時間帯並びに水素貯蔵量
を記憶装置としての水素貯蔵量データベース２０８に記
憶し、例えば、翌日の午前零時の設定時刻まで、電力供
給時刻を１時間や３０分の各時間帯毎に順次再設定し、
各時間帯毎の発電システムの運用計画を作成し例えば水
素貯蔵量データベース２０８へ記憶する。

【００８３】図９は、本発明による第８の実施の形態で
ある発電システムの運用計画作成装置のブロック図であ
る。発電システムの運用計画作成装置は、記憶装置内の
複数のデータベース２０２、２０８、２１８、２１４
と、電力需要量演算装置２０４と、水素貯蔵及び放出時
間帯決定装置２１０と、発電時間帯決定装置２１６とを
備える。

【００８４】水素貯蔵及び放出時間帯決定装置２１０
は、水素放出時間帯に、電力供給時刻の買電外電力需要
が燃料電池の発電能力を超えるか否かを判定する。

【００８５】判定結果が否のときは、燃料電池の出力電
力を電力グリッドへ供給する燃料電池発電時間帯を決定
する。一方、判定結果が是のときは、燃料電池と自然エ
ネルギー発電装置の出力電力の全量を電力グリッドへ供
給するピーク発電時間帯を決定する。これら燃料電池発
電時間帯とピーク発電時間帯は、例えば水素貯蔵量デー
タベース２０８へ記憶する。

【００８６】発電時間帯決定装置２１６は、水素貯蔵時
間帯に、電力供給時刻の電力需要量が買電量を超えると
きは、自然エネルギー発電装置の出力電力の一部を電力
グリッドへ供給する。

【００８７】引き続き、水素発生装置に必要な電力が不
足する場合には、水素貯蔵装置から燃料電池へ水素ガス
を供給して燃料電池の出力電力を電力グリッドへ供給す
る時間帯を決定する。この電力グリッドへ供給する時間
帯は、例えば水素貯蔵量データベース２０８へ記憶す
る。

【００８８】本実施の形態によれば、電力会社又は他の
売電事業者から買電電力を調達し、電力需要量を予め予
測し、予測した電力需要量に基づいて発電計画を作成し
て自然エネルギー発電装置又は燃料電池により発電する
ようにしたので、電力の需給バランスを良好に保持する
ことができる。

【００８９】尚、本発明の自然エネルギー発電装置と燃
料電池を有する発電システムは、上述の図示例にのみ限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００９０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の請求項１
乃至５記載の自然エネルギー発電装置と燃料電池を有す
る発電システムによれば、電力需要者に供給するピーク
電力を自然エネルギー発電又は燃料電池から補充するこ
とにより、電力会社から調達する買電の電力量を低減さ
せることができる。

【００９１】また、高価な電力の購入量を大幅に押さえ
ることができ、安定かつ効率的な電力需給制御を行うこ
とができ、電力を調達するコストを大幅に低減すること
ができる、という優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態である発電システムのブロッ
ク図である。

【図２】第２の実施の形態である発電システムのピーク
カット運転のモデル図である。

【図３】第３の実施の形態である発電システムのピーク
シフト運転のモデル図である。

【図４】第４の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置の流れ図である。

【図５】第５の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置の流れ図である。

【図６】第５の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置の流れ図である。

【図７】第６の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置のブロック図である。

【図８】第７の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置のブロック図である。

【図９】第８の実施の形態である発電システムの運用計
画作成装置のブロック図である。

【図１０】従来の発電システムのブロック図である。

【符号の説明】

３０ 発電システム ３２ 自然エネルギー発電装置 ３８ 水素発生装置 ４０ 酸化剤ガス ４２ 水素ガス ４６ 燃料電池 ４８ 水素貯蔵タンク ５０ 電力需要系統 ５６ 切替装置 ５８ 最適運用制御コントローラ ６４ 水素量検出器 ６６ 水素発生制御装置 ７０ 燃料電池制御装置 ７２ 大電力需要期間設定装置 ７４ キーボード ７６ 液晶ディスプレイ ８０ ピークシフト運転 ８２ 買電 ８４ 設定最大買電量 ８６ 水素製造工程 ８８ 買電外電力量 ９０ ガードバンド ９２ 第１の補充電力 ９４ 第２の補充電力 ９６ 電力グリッド １０２ ピーク時 １０４ 電力供給時刻 １０６ 設定時刻 １０８ 小電力需要期間 １１０ ピークカット運転 １１０ 大電力需要期間 １１２ ピーク時間帯削減電力量 １２０ 処理開始工程 １２４ 記憶装置 １２６ 電力供給時刻 １３０ 設定時刻 １３２ 水素貯蔵量 １３４ カウントアップステップ １３８ 水素放出モード １４０ 水素製造モード １７２ 処理終了ステップ １８４ キーボード １８８ ディスプレイ １９２ バス １９４ メインメモリ ２０２ 負荷予測データデータベース ２０４ 電力需要量演算装置 ２０５ 買電量データベース ２０６ 買電外電力需要総量演算装置 ２０８ 水素貯蔵量データベース ２１０ 水素貯蔵及び放出時間帯決定装置 ２１２ 運用計画作成装置 ２１４ 記憶装置 ２１６ 発電時間帯決定装置 ２１８ 発電能力データベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 正克 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 藤井 正史 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA13 DD01 MM26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自然エネルギー発電装置と燃料電池を有
   する発電システムであって、前記自然エネルギー発電装
   置から電力を供給して水素発生装置から得られた水素ガ
   スを一時的に貯蔵する水素貯蔵装置を設置し、制御装置
   の指令により前記水素発生装置から水素ガスを取り出し
   て前記燃料電池へ水素ガスを燃料として供給し、酸化剤
   ガスとの電気化学的反応により発電する発電システム。
2. 【請求項２】 発電システムの運用方法であって、 商用電力を前記電力需要の変動に関らず所定の買電量ま
   で電力グリッドへ供給し；前記電力需要が前記所定の買
   電量以下の時には、前記自然エネルギー発電装置の出力
   電力により前記水素発生装置から生成する水素ガスを水
   素貯蔵装置に貯蔵し；前記電力需要が買電外電力量の時
   には、前記自然エネルギー発電装置から発電する第１の
   補充電力と前記水素貯蔵装置から前記燃料電池へ水素ガ
   スを供給して発電する第２の補充電力とを前記電力グリ
   ッドへ供給すると共に、前記第１の補充電力の一部を前
   記水素発生装置へ供給して生成する水素ガスを前記水素
   貯蔵装置に貯蔵し；電力需要がピークの時には、前記第
   １の補充電力の全量と前記第２の補充電力とを前記電力
   グリッドへ供給する発電システムの運用方法。
3. 【請求項３】 発電システムの運用計画作成装置であっ
   て、 記憶装置から電力の負荷予測データを読み出して経時的
   に変化する電力需要量を各時間帯毎に演算する電力需要
   量演算装置と；電力供給時刻と設定時刻との間で所定の
   買電量を超える買電外電力需要総量を演算する買電外電
   力需要総量演算装置と；前記記憶装置から前記電力供給
   時刻の水素貯蔵量を読み出して、前記買電外電力需要総
   量が前記水素貯蔵量に基づく燃料電池の総発電量を超え
   るか否かを判定し、判定結果が是のときは、水素貯蔵装
   置から前記燃料電池へ水素ガスを放出する水素放出時間
   帯を決定し、判定結果が否ときは、自然エネルギー発電
   装置から水素発生装置へ電力を供給し生成した水素ガス
   を水素貯蔵装置へ貯蔵する水素貯蔵時間帯を決定する水
   素貯蔵及び放出時間帯決定装置と；前記水素貯蔵及び水
   素放出時間帯並びに水素貯蔵量を前記記憶装置に記憶
   し、前記設定時刻まで、前記電力供給時刻を前記各時間
   帯毎に順次再設定し、前記各時間帯毎の発電システムの
   運用計画を作成する手段と；を備えるコンピュータによ
   り処理する発電システムの運用計画作成装置。
4. 【請求項４】 前記水素放出時間帯に、前記電力供給時
   刻の買電外電力需要が前記燃料電池の発電能力を超える
   か否かを判定し、判定結果が否のときは、前記燃料電池
   の出力電力を電力グリッドへ供給する燃料電池発電時間
   帯を決定し、判定結果が是のときは、前記燃料電池と前
   記自然エネルギー発電装置の出力電力の全量を前記電力
   グリッドへ供給するピーク発電時間帯を決定する水素放
   出時発電時間帯決定装置と；前記水素貯蔵時間帯に、前
   記電力供給時刻の前記電力需要量が前記買電量を超える
   ときは、前記自然エネルギー発電装置の出力電力の一部
   を前記電力グリッドへ供給し、引き続き、前記水素発生
   装置に必要な電力が不足する場合には、前記水素貯蔵装
   置から前記燃料電池へ水素ガスを供給して前記燃料電池
   の出力電力を前記電力グリッドへ供給する時間帯を決定
   する水素貯蔵時発電時間帯決定装置と；をさらに備える
   請求項３に記載のコンピュータにより処理する発電シス
   テムの運用計画作成装置。
5. 【請求項５】 前記電力需要量演算装置は、前記記憶装
   置から電力需要補正データを読み出して前記電力供給時
   刻当日の気候又は天候並びに前年同日の電力需要実績デ
   ータに基づき、各時間毎の前記電力需要量を演算する請
   求項３又は４に記載のコンピュータにより処理する発電
   システムの運用計画作成装置。