JP2007128785A

JP2007128785A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2007128785A
Application number: JP2005321390A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kitagawa; 隆北川
Original assignee: Kawamura Electric Inc
Current assignee: Kawamura Electric Inc
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】域内での需要電力は域内の燃料電池発電装置群の発電で賄うようにして、商用電力系統に逆潮流させたり買電する電力を少なくし、燃料電池発電装置群全体の発電効率を高く維持する。
【解決手段】商用電力系統８と電力線網６の間の電流の方向及び大きさを検出し、その検出情報を基に燃料電池発電装置４の群を制御するシステム制御装置を設けた。このシステム制御装置により、電力線網６から商用電力系統８へ電力が流れ出したら燃料電池発電装置４の群全体の発電電力を減少させ、逆に商用電力系統８から電力線網６に電力を供給する受電状態となったら燃料電池発電装置４の群全体の発電電力を増加させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を用いた発電システムに関し、特に複数の住戸に設置された燃料電池を連系させた燃料電池発電システムに関する。

家庭で使用される燃料電池発電装置は、燃料電池による発電をインバータにより交流電力に変換して商用電力系統に連系して運転され、また燃料電池の発熱を利用して湯水を供給する給湯タンクを備えた構成となっている。一般住宅で消費される電力は一定ではなく、時間帯によって大きく異なるため、上記の如く構成することで燃料電池発電装置の発電量を超える大量の電力を必要とする場合は自動的に商用電力系統から買電がなされる。また、需要電力が小さい場合は、発電効率の低下を招いていた。

このような家庭用の燃料電池発電装置は、複数家庭の装置を連結して連系運転することで発電効率を上げることができるため、例えば特許文献１に示すようなシステムが提案されている。これは、複数の住宅で構成する住宅群の夫々に燃料電池発電装置及び燃料電池の排熱を各住宅の給湯に利用するための給湯タンクを設置し、各燃料電池発電装置を域内電力線網で接続して連系運転する第２連系手段と、域内電力線網を商用電力系統に接続して商用電力系統と連系運転する第１連系手段とを備えて構成されている。

この構成により、住宅群の中の一住宅において燃料電池の発電電力に不足が生じた場合には、第２連系手段を介して住宅群の中の他の燃料電池の余剰電力で賄われるし、住宅群の総需要電力が住宅群内の燃料電池の総発電電力量を超えた時には、第１連系手段を介して電力線網に商用電力系統からの電力が供給され、買電がなされる。また、域内の総発電電力が需要電力を越えた時は、第１連系手段を介して商用電力系統に対して余剰電力が逆潮流され、売電がなされる。
特開２００４−３２７１４４号公報

しかし、現状では燃料電池で発電された電力を商用電力系統へ逆潮流させる行為は技術面・手続き等から制限されているため、余剰電力を売電することで発電コストを下げることは難しい。また、逆に買電を頻繁に行うことは燃料電池発電装置の効率的な運転にはならないし電力コストの上昇を招いてしまう。
一方で、上記従来のシステムは燃料電池発電装置の出力制御は個々の住戸毎に実施されているため、連系させた住宅群全体で見た場合の発電効率は単独運転に比べて大きく改善されるようなことはなかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、域内での需要電力は域内の燃料電池発電装置群の発電で賄うようにして、商用電力系統に逆潮流させたり買電する電力を少なくでき、而も燃料電池発電装置群全体の発電効率を高く維持できる燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、個々の住戸が燃料電池と燃料電池により発電した電力を交流電力に変換するインバータとを有する燃料電池発電装置を備えた住戸群を電力線網で連結して、住戸群の中で前記燃料電池発電装置による発電電力の送受を可能とすると共に、前記電力線網が商用電力系統に連系されてなる燃料電池発電システムであって、商用電力系統と前記電力線網の間の電流の方向及び大きさを検出し、その検出情報を基に前記燃料電池発電装置の群を制御するシステム制御装置を有し、前記システム制御装置は、前記電力線網から商用電力系統へ電流が流れ出す逆潮流が発生したら燃料電池発電装置の群全体の発電電力を減少させる制御を実施し、逆に商用電力系統から前記電力線網に電力を供給する受電状態となったら燃料電池発電装置の群全体の発電電力を増加させる制御を実施することを特徴とする。
この構成により、商用電力系統への売電を抑制すると共に商用電力系統からの買電も抑制するので、住戸群全体での電力コストを削減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、システム制御装置は、個々の燃料電池発電装置の発電電力を監視すると共に、個々の燃料電池発電装置の最低発電電力情報を有し、燃料電池発電装置が前記最低発電電力を下回ったらその燃料電池発電装置の発電を停止させ、その住戸の需要電力は他の住戸の燃料電池発電装置の発電電力により賄われることを特徴とする。
この構成により、発電効率が低下した燃料電池発電装置は停止するので、燃料電池発電装置群全体の発電効率が低下するのを防ぐことができる。

本発明によれば、燃料電池発電装置群と商用電力系統との間での電力の送受を最小限に抑えることができると共に、燃料電池発電装置群の発電電力を効率よく燃料電池発電装置を連系させたエリア内で消費することができる。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電システムの一例を示す構成図であり、４世帯型集合住宅に設置した燃料電池発電システムを示している。各住戸には燃料電池１、燃料電池１の発熱を利用して加熱した温水を貯湯する貯湯タンク２、燃料電池１により発電した直流電力を交流に変換するインバータ３を備えた燃料電池発電装置４が設置され、各インバータ３は連系運転され、その出力は積算電力計５を介して各住戸に配設された電力線網６に接続されている。そして、電力線網６はシステム制御装置７を介して商用電力系統８に連結されている。

システム制御装置７は、商用電力系統８と電力線網６との間に流れる電流の大きさ及び方向を監視する連系電流検知手段（図示せず）、及び個々の燃料電池発電装置４の発電電力を監視する発電電力検知手段（図示せず）を有し、これらの電流情報を基に各燃料電池発電装置４を制御する。

上記燃料電池発電システムは、次のように動作する。通常、夫々の住戸において需要される電力はその住戸に設置された燃料電池発電装置４の発電電力で賄われる。そして、需要電力がその住戸内の燃料電池発電装置４の発電電力を上回ったら、電力線網６を介して他の住戸の余裕のある燃料電池発電装置４から電力の供給を受ける。供給された電力量は各住戸に設置された積算電力計５で知ることができる。

そしてシステム制御装置７は、夫々の燃料電池発電装置４を次のように制御する。各燃料電池発電装置４，４・・の総発電電力が集合住宅の総需要量を上回ったら、電力線網６から商用電力系統８へ余剰電力が流れ出る売電状態になるが、この状態は連系電流検知手段で検知され、各住戸の燃料電池発電装置４に対して速やかに出力電力量（発電電力）を減少させる発電量制御信号Ｓ１を出力する。その結果、各燃料電池発電装置４の発電量は一律に削減される。

逆に集合住宅の総需要電力が各燃料電池発電装置４，４・・の総発電電力を上回ったら、商用電力系統８から不足分の電力が補われる買電状態となる。この状態は連系電流検知手段で検知され、各住戸の燃料電池発電装置４に対して速やかに出力電力量（発電電力）を増加させる発電量制御信号Ｓ２を出力する。その結果、各燃料電池発電装置４の発電量は一律に増加する。尚、各燃料電池発電装置の制御量は、連系電流検知手段が検出した電流値に応じて決定される。

また、発電量が所定値以下になった燃料電池発電装置４がある場合は、発電電流検知手段がそれを検知し、その燃料電池発電装置４を停止させる。この場合、システム制御装置７の制御により他の燃料電池発電装置４の発電電力が一律に増加し、停止した住戸の需要電力は他の住戸の燃料電池発電装置４の発電電力で全て賄われる。

このように、システム制御装置の制御により、燃料電池発電装置群と商用電力系統との間での電力の送受を最小限に抑えるので、商用電力系統への売電及び商用電力系統からの買電も抑制でき、住戸群全体での電力コストを削減できる。
また、発電電力が小さく発電効率が低下した燃料電池発電装置は発電を停止するので、燃料電池発電装置群全体の発電効率が低下するのを防ぐことができる。
そして、需要電力の小さな住戸の余剰電力を他の需要電力の多い住戸へ融通することで燃料電池発電装置群の発電電力を無駄なく連系させたエリア内で消費することができるし、個々の住戸の過大な負荷に対しても住戸群全体の燃料電池発電装置で負担を分担するので、急激な電圧変動を無くすことができ、燃料電池が過負荷状態に陥るのを回避できる。

尚、上記実施形態は世帯数が４の場合について説明したが、更に多い世帯の場合も同様に実施できるし、複数階から成る大規模世帯の場合は各フロア毎に商用電力系統と連系させてもよい。また、集合住宅ではない戸建住宅であっても容易に適用でき、特定のエリア内の複数に住戸の燃料電池発電装置を連系させてもよい。

本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態の一例を示す構成図である。

符号の説明

１・・燃料電池、２・・貯湯タンク、３・・インバータ、４・・燃料電池発電装置、６・・電力線網、７・・システム制御装置、８・・商用電力計系統。

Claims

個々の住戸が燃料電池と燃料電池により発電した電力を交流電力に変換するインバータとを有する燃料電池発電装置を備えた住戸群を電力線網で連結して、住戸群の中で前記燃料電池発電装置による発電電力の送受を可能とすると共に、前記電力線網が商用電力系統に連系されてなる燃料電池発電システムであって、
商用電力系統と前記電力線網の間の電流の方向及び大きさを検出し、その検出情報を基に前記燃料電池発電装置の群を制御するシステム制御装置を有し、
前記システム制御装置は、前記電力線網から商用電力系統へ電流が流れ出す逆潮流が発生したら燃料電池発電装置の群全体の発電電力を減少させる制御を実施し、逆に商用電力系統から前記電力線網に電力を供給する受電状態となったら燃料電池発電装置の群全体の発電電力を増加させる制御を実施することを特徴とする燃料電池発電システム。
システム制御装置は、個々の燃料電池発電装置の発電電力を監視すると共に、個々の燃料電池発電装置の最低発電電力情報を有し、燃料電池発電装置が前記最低発電電力を下回ったらその燃料電池発電装置の発電を停止させ、その住戸の需要電力は他の住戸の燃料電池発電装置の発電電力により賄われる請求項１記載の燃料電池発電システム。