JP2012104394A - 発電システム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の発電システムでは、電力系統から供給される電力の上限値（例えば、契約電力）を超えるおそれがあるような、外部電力負荷の消費電力が大きい状態が継続すると、発電システムは、その間、起動できない。
【解決手段】 外部電力負荷５に電力を供給する発電システム１００であって、発電システム１００の起動電力と外部電力負荷５の消費電力との合計が電力系統１０１から受電可能な上限電力を超える場合に、発電システム１００の起動電力を制限する起動動作を実行する制御器３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池、ガスエンジン等の発電システム及びその運転方法に関する。

従来、燃料電池やガスエンジン等に例示される発電システムにおいて、発電システムの起動に必要となる起動電力と発電システムの外部電力負荷の消費電力が、契約電力を超えてしまうとブレーカーが落ちてしまい、結局、発電システムの起動停止を余儀なくされる。このような発電システムの起動時にブレーカーが落ちることを抑制するため、発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力の合計が契約電力を超えてしまう場合には、起動を実行しない発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０１９１６９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載に開示されている発電システムでは、発電システムを起動すると電力系統から供給される電力の上限値（例えば、契約電力）を超えるおそれがあるような、外部電力負荷の消費電力が大きい状態が継続すると、発電システムは、その間、起動できないという第１の課題がある。

また、上記従来の発電システムにおいて、発電システムの起動前に電力系統からの上限電力を超えるおそれがないと判断して、発電システムの起動を開始しても、その後、外部電力負荷の消費電力量が増加して上限電力を超えてしまった場合、発電システムの起動が停止されるという第２の課題がある。

本発明は、前記従来の第１の課題及び第２の課題の少なくともいずれか一方を解決するもので、従来よりも起動性が向上する電力供給システム及び電力供給システム制御装置を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の発電システムは、外部電力負荷に電力を供給する発電システムであって、前記発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超える場合に、前記発電システムの起動電力を制限する起動動作を実行する制御器とを備える。

また、本発明の発電システムの運転方法は、外部電力負荷に電力を供給する発電システムの運転方法であって、前記発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超える場合に、前記発電システムの起動電力を制限する起動動作を実行することを特徴とする。

本発明の発電システム及び発電システムの運転方法によれば、従来の発電システムに比して起動性を向上しながら、電力系統からの上限電力を超えることが抑制される。

実施の形態１の発電システムの概略構成の一例を示すブロック図 実施例１の発電システムの概略構成の一例を示すブロック図 実施例１の発電システムの動作を示すフロー図 実施例２の発電システムの動作を示すフロー図 実施例２の発電システムの動作を示すフロー図

（実施の形態１）
実施の形態１の発電システムは、外部電力負荷に電力を供給する発電システムであって、前記発電システムが起動するときに、前記発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、前記発電システムの起動電力を制限する起動処理を実行する制御器とを備える。

かかる構成により、従来の発電システムに比べて起動性を向上しながら、電力系統からの上限電力を超えることが抑制される。

ここで、発電システムが起動するときとは、発電システムの起動を控えているとき、及び発電システムの起動動作を行っているときの少なくともいずれか一方を意味する。

制御器は、上限電力を超えると予測されると、相対的に起動電力が小さい第２の起動モードで起動動作を実行し、上限電力を超えないと予測されると、相対的に起動電力が大きい第１の起動モードで起動動作を実行してもよい。

上記発電システムは、上記上限電力を超えた場合に、電力系統からの電力供給が遮断される形態もしくは電力系統からの電力供給が遮断されず、上限電力以下の範囲で継続的に電力系統から電力供給が継続される形態のいずれに適用してもよい。

次に、本実施の形態の発電システム１００の詳細について説明する。

図１は、実施の形態１の発電システム１００の概略構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態の発電システム１００は、発電機１、内部電力負荷２、制御器３、及び電力検知器６を備える。

発電機１は、電力を発生する機器であり、その形態は任意である。例えば、発電機１としては、ガスエンジン発電機、及び燃料電池等が挙げられる。内部電力負荷２は、発電システム１００を起動させるために動作する。内部電力負荷２としては、ガスエンジン、燃料電池または改質器を加熱する燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給器、ガスエンジンまたは燃料電池に空気を供給する空気供給器、燃料電池を冷却する冷却水を加熱するヒーター、及び燃料電池に水素を供給する水素生成装置内の反応器（例えば、変成器）を加熱するヒーター等が例示される。

制御器３は、発電システム１００を制御する。制御器３は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。そして、記憶部に格納された所定のソフトウェアによって、予測器３ａが実現されている。予測器３ａは、発電システムを起動するときに、発電システムの起動電力及び外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えるか否かを予測する。予測の形態としては、例えば、過去の使用履歴からの予測等が挙げられるが、どのような態様であってもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器３は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

電力検知器６は、発電システム１００と電力系統１０１が連系する連系点よりも電力系統１０１側の電路に設けられている。電力検知器６は、外部電力負荷５及び発電システム１００の内部電力負荷２の少なくともいずれか一方に供給される電流値を検知する。なお、外部電力負荷５としては、例えば、家庭で使用する電気機器が挙げられる。

発電システム１００は、上記外部電力負荷５に発電した電力を供給する。

次に、発電システム１００の実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１の発電システムは、制御器は、起動を控えているときに発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、相対的に起動電力が小さい第２の起動モードで起動動作を実行する。

また、制御器は、起動を控えているときに上記合計が上記上限電力を超えないと予測されると、相対的に起動電力が大きい第１の起動モードで起動動作を実行する。

図２は、実施例１の発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

図２に示すように、発電システム１００は、燃料電池システムである。燃料電池システムは、水素生成装置１０、酸化剤ガス供給器１５、燃料電池１６、冷媒流路１８、及び電気ヒーター１７を備える。また、水素生成装置１０は、水素を含む水素含有ガスを生成する機器であり、改質器１１、ＣＯ低減器１２、及び電気ヒーター１３を備える。改質器１１は原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成し、ＣＯ低減器１２は、水素含有ガス中の一酸化炭素を低減し、電気ヒーター１３は、ＣＯ低減器１２を加熱する。

ＣＯ低減器１２は、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器、及び酸化反応により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器の少なくともいずれか一方である。

酸化剤ガス供給器１５は、酸化剤ガスを燃料電池１６に供給するための機器であり、例えば、ブロア、ファン等で構成される。本実施例では、酸化剤ガス供給器１６は、酸化剤ガスとして空気を供給する。燃料電池１６は、水素生成装置１０から供給される水素含有ガスと酸化剤ガス供給器１６から供給される酸化剤ガスを用いて発電する。

冷媒流路１８は、燃料電池１６の発電に伴う排熱を回収する冷媒が流れる流路である。冷媒としては、水、不凍液等が例示される。電気ヒーター１７は、冷媒流路１８に設けられ、冷媒を加熱する。

ここで、電気ヒーター１３及び電気ヒーター１７は、内部電力負荷２に含まれる。
次に、発電システム１００の起動を控えているときの動作の一例について説明する。

図３は、本実施例の発電システム１００の動作を示すフロー図である。
図３に示すように、まず、発電システム１００の起動を控えているとき、制御器３は、電力検知器６から外部電力負荷５で使用されている電力（消費電力）を取得する（ステップＳ２０１）。

ここで、発電システム１００の起動を控えているときとは、発電システム１０１の起動要求が発生したとき及び起動予定を控えているときの少なくともいずれか一方を意味する。また、起動要求が発生した場合とは、例えば、予め設定された発電システム１０１の起動開始時刻になった場合や使用者がリモコン（図示せず）を操作して発電システム１０１の起動開始を指示したような場合等が挙げられる。さらに、起動予定を控えている場合とは、例えば、予め設定された発電システム１００の起動開始時刻が近づいている場合等が挙げられる。

例えば、起動開始時刻の所定時間前（例えば、１分前）になると、電力検知器６から外部電力負荷５で使用されている消費電力を取得する。上記所定時間は、起動を開始した時の外部電力負荷５の消費電力が予測可能な時間として設定される。

次に、予測器３ａは、ステップＳ２０２で取得した外部電力負荷５の消費電力と発電システム１００の起動電力との合計が、電力系統１０１からの使用可能な上限電力Ｐ１を超えるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ここで、起動電力とは、発電システム１００を第１の起動モードで起動したときに必要な電力を意味する。具体的には、第１の起動モードにおける内部電力負荷２の消費電力であり、その値は、適宜設定される。起動電力は、例えば、第１の起動モードにおける内部電力負荷２の最大消費電力であってもよく、第１の起動モードの起動初期に動作する内部電力負荷２の消費電力であってもよい。また、上限電力Ｐ１としては、例えば、電力会社との契約上使用できる最大電力である契約電力であってもよく、また、ブレーカー契約により設定されたブレーカーが落ちる電力であってもよい。

消費電力と起動電力の合計が、上限電力Ｐ１を超える場合（ステップＳ２０２でＹｅｓ）には、ステップＳ２０４に進み、上限電力Ｐ１以下である場合（ステップＳ２０２でＮｏ）には、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、制御器３は、第１の起動モードを選択し、発電システムの起動を開始する（ステップＳ２０５）。一方、ステップＳ２０４では、制御器３は、第２の起動モードを選択し、発電システムの起動を開始する（ステップＳ２０５）。ここで、第１の起動モードとは、発電システム１００の起動電力が相対的に大きい発電システム１００の起動モード（起動方法）をいい、第２の起動モードとは、発電システム１００の起動電力が相対的に小さい発電システム１００の起動モード（起動方法）をいう。例えば、第１の起動モードは、第２の起動モードに比べて、内部電力負荷２に供給する電力を大きく、より速やかに発電システム１０１の起動動作が完了する起動モードである。

発電システム１００は、起動動作において電気ヒーター１３が動作して、ＣＯ低減器１２を昇温するよう構成されている。また、起動動作において電気ヒーター１７が動作するとともに、冷媒流路１８内の冷媒が循環して、燃料電池１６を昇温する。

制御器３は、内部電力負荷２のうち少なくとも電気ヒーター１３及び１７の出力を、第２の起動モードの方が第１の起動モードよりも小さくなるよう制御して、起動動作を実行する。このため、本実施例の発電システム１０１は、起動時に昇温動作を必要としない発電システムに比べ、電力供給システム１００の制御装置１１０の制御により得られる起動性向上の効果が、特に顕著となる。

［実施例２］
実施例２の発電システムは、制御器は、起動動作を行っているときに発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、相対的に起動電力が小さい第２の起動モードで起動動作を実行する。

また、制御器は、起動動作を行っているときに上記合計が上記上限電力を超えないと予測されると、相対的に起動電力が大きい第１の起動モードで起動動作を実行する。

本実施例の発電システム１００の概略構成は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。

次に、発電システム１００の起動動作を行っているときの動作の一例について説明する。

図４は、本実施例の発電システム１００が第１の起動モードで起動動作を行っているときのフロー図である。

図４に示すように、まず、発電システム１００が第１の起動モードでの起動動作中において、制御器３は、電力検知器６から発電システム１００及び外部電力負荷５で使用されている電力（消費電力）を取得する（ステップＳ３０１）。

次に、発電システム１００の起動動作中において、外部電力負荷５の消費電力と発電システム１００の消費電力（具体的には、内部電力負荷２の消費電力）との合計値が電力閾値Ｐ２以上であるか否かを判定し（ステップＳ３０２）、上記合計値が、電力閾値Ｐ２未満である場合（ステップＳ３０２でＮｏ）、制御器３は、相対的に起動電力の大きい第１の起動モードでの起動動作を継続する（ステップＳ３０３）。一方、上記合計値がＰ２以上であると判定された場合（ステップＳ３０２でＹｅｓ）、制御器３は、相対的に起動電力の小さい第２の起動モードに変更して、起動動作を実行する（ステップＳ３０４）。

ここで、電力系統１０１からの電力供給が上限電力Ｐ１を超えると、電力系統１０１からの電力供給が遮断されるのであれば、上限電力Ｐ２は、発電システム１００の起動動作を中断させない（継続させる）観点から、上限電力Ｐ１よりも低い電力であることが好ましい。

一方、電力系統１０１から受電する電力が上限電力Ｐ１を超えても、電力系統１０１からの電力供給が遮断されないのであれば、上限電力Ｐ２は、ステップＳ３０２の閾値として上限電力Ｐ１と同じ値を設定してもよいし、これより小さい値を設定しても構わない。
図５は、本実施例の発電システム１００が第２の起動モードで起動動作を行っているときのフロー図である。

図５に示すように、まず、発電システム１００が第２の起動モードでの起動動作中において、制御器３は、外部電力負荷５で使用されている電力（消費電力）の値を取得する（ステップＳ５０１）。ここで、外部電力負荷５の消費電力は、電力検知器６より取得された消費電力から発電システム１００の消費電力（具体的には、内部電力負荷２の消費電力）を減算して求める。内部電力負荷２の消費電力の把握の方法は任意である。例えば、制御器３が、自身が内部電力負荷２へ出力する制御値に基づき内部電力負荷２の消費電力を算定する形態であってもよい。また、制御器３が、図示されない電力検知器から内部電力負荷２への入力電力を取得する形態であってもよい。

次に、発電システム１００の起動動作中において、外部電力負荷５の消費電力と起動電力との合計値が上限電力Ｐ１を超えるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。ここで、上限電力Ｐ１と起動電力の定義は、実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
上記合計値が、上限電力Ｐ１以下である場合（ステップＳ４０２でＮｏ）、制御器３は、相対的に起動電力の大きい第１の起動モードに変更して、起動動作を実行する（ステップＳ４０３）。一方、上記合計値が上限電力Ｐ１を超えると判定された場合（ステップＳ４０２でＹｅｓ）、制御器３は、相対的に起動電力の小さい第２の起動モードでの起動動作を継続する（ステップＳ４０４）。なお、本実施例の発電システム１００も、実施例１と同様に、制御器３が、内部電力負荷２のうち少なくとも電気ヒーター１３及び１７の出力を、第２の起動モードの方が第１の起動モードよりも小さくなるよう制御して、起動動作を実行する。

［実施例３］
実施例３の発電システム１００の概略構成は、実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

次に、発電システム１００の起動動作を行っているときの動作の一例について説明する。

本実施例の発電システムは、実施例１の発電システム１００の上記動作と実施例２の発電システム１００の上記起動動作を共に実行するよう構成されている。

かかる構成により、実施例１及び実施例２の発電システムに比べ、より起動性を向上しながら、電力系統からの上限電力を超えることが抑制される。

具体的には、発電システム１００が起動を控えているときに、発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、制御器は、発電システムの起動電力を制限する起動処理を実行する。

また、発電システム１００が起動動作を行っているときに、発電システム及び外部電力負荷の消費電力が、電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、制御器は、発電システムの起動電力を制限する起動処理を実行する。

具体的な動作については、実施例１及び実施例２と同様であるので、その説明を省略する。

実施例１−３に記載の発電システムは、燃料電池システムであったが、例示であって、これに限定されるものではなく、いずれの発電システムであってもよい。例えば、ガスエンジン発電システム等であってもよい。

実施例１−３に記載の発電システムは、第２の起動モードにおいて、第１の起動モードよりも供給電力を低減する内部電力負荷２として、電気ヒーター１３及び１７を挙げたが、例示であって、これに限定されるものではなく、いずれの内部電力負荷であってもよい。

例えば、第２の起動モードにおいて、供給電力を低減する内部電力負荷は、ガスエンジン、燃料電池または改質器を加熱する燃焼器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給器、ガスエンジンまたは燃料電池に空気を供給する空気供給器等であってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

本発明にかかる発電システムは、従来の発電システムに比べて起動性を向上しながら、電力系統からの上限電力を超えることが抑制され、例えば、ガスエンジン、燃料電池等の発電システム等として有用である。

１ 発電機
２ 内部電力負荷
３ 制御器
３ａ 予測器
５ 外部電力負荷
６ 電力検知器
１００ 発電システム
１０１ 電力系統

Claims (6)

1. 外部電力負荷に電力を供給する発電システムであって、
   前記発電システムが起動するときに、前記発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、前記発電システムの起動電力を制限する起動動作を実行する制御器を備える発電システム。
2. 前記制御器は、前記上限電力を超えると予測されると、相対的に起動電力が小さい第２の起動モードで起動動作を実行し、前記上限電力を超えないと予測されると、相対的に起動電力が大きい第１の起動モードで起動動作を実行する、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記発電システムの起動するために動作する内部電力負荷を備え、前記制御器は、前記第２の起動モードにおいて前記第１の起動モードよりも前記内部電力負荷への供給電力を低減するよう制御する請求項２に記載の発電システム。
4. 前記発電システムは、燃料電池システムであり、前記内部電力負荷は、起動時に発電運転可能な温度に前記燃料電池システムの構成機器を昇温するための電気ヒーターであり、前記制御器は、前記第２の起動モードにおいて前記第１の起動モードよりも前記電気ヒーターへの供給電力を低減するよう制御する請求項１−３のいずれかに記載の発電システム。
5. 前記構成機器は、燃料電池に水素を含む水素含有ガスを生成する水素生成装置内の反応器である、請求項４に記載の発電システム。
6. 外部電力負荷に電力を供給する発電システムの運転方法であって、
   前記発電システムが起動するときに、前記発電システムの起動電力と外部電力負荷の消費電力との合計が電力系統から受電可能な上限電力を超えると予測されると、前記発電システムの起動電力を制限する起動動作を実行する発電システムの運転方法。

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