JP2014010924A - Controller, fuel cell unit and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電部及び補器を備える燃料電池ユニットを制御する制御装置、燃料電池ユニット及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device, a fuel cell unit, and a control method for controlling a fuel cell unit including a power generation unit and an auxiliary device.
近年、化学反応によって発電する発電部と発電部の動作を補助する補器とを備える燃料電池ユニットが知られている(例えば、特許文献1)。通常動作において、燃料電池ユニットの出力電力(発電電力)は、系統と燃料電池ユニットとを接続する電力線上に設けられる負荷の消費電力に追従するように制御される(負荷追従制御)。 In recent years, a fuel cell unit including a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit is known (for example, Patent Document 1). In normal operation, the output power (generated power) of the fuel cell unit is controlled to follow the power consumption of the load provided on the power line connecting the system and the fuel cell unit (load following control).
ところで、燃料電池ユニットの動作モードとしては、発電部の出力電力によって補器の消費電力を賄う動作モード(以下、アイドリングモード)が知られている(例えば、特許文献2、非特許文献1)。詳細には、アイドリングモードでは、発電部の出力電力が補器の消費電力と同程度となるように発電部の出力電力が制御される。例えば、負荷における電力需要が一時的に低い場合などにおいて燃料電池ユニットの運転を継続するためのモードである。 By the way, as an operation mode of the fuel cell unit, an operation mode (hereinafter referred to as an idling mode) in which the power consumption of the auxiliary device is covered by the output power of the power generation unit is known (for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1). Specifically, in the idling mode, the output power of the power generation unit is controlled so that the output power of the power generation unit is approximately the same as the power consumption of the auxiliary device. For example, this is a mode for continuing the operation of the fuel cell unit when the power demand at the load is temporarily low.
しかしながら、上述したアイドリングモードでは、発電部の出力電力によって補器の消費電力を賄うため、発電部によって発電可能な程度に燃料(ガス等)を燃料電池ユニットに供給する必要があり、燃料を十分に節約することができない。 However, in the idling mode described above, since the power consumption of the auxiliary device is covered by the output power of the power generation unit, it is necessary to supply fuel (gas, etc.) to the fuel cell unit to the extent that power generation by the power generation unit is possible. Can not save on.
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料を十分に節約することを可能とする制御装置、燃料電池ユニット及び制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a control device, a fuel cell unit, and a control method that can sufficiently save fuel.
第1の特徴に係る制御装置は、化学反応によって発電する発電部及び前記発電部の動作を補助する補器を備える燃料電池ユニットを制御する。制御装置は、前記燃料電池ユニットに対し、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄う制御及び前記発電部の温度を所定温度域に維持する制御を行う温度維持モードを動作モードの一つとして指示する制御部を備える。前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さい。 A control device according to a first feature controls a fuel cell unit including a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit. The control device has a temperature maintenance mode in which the fuel cell unit performs power control of the auxiliary device with power supplied from outside and control to maintain the temperature of the power generation unit in a predetermined temperature range. A control unit for instructing one is provided. In the temperature maintenance mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
第1の特徴において、前記所定温度域は、前記発電部にて発電を行う際の発電温度よりも低い温度域である。 1st characteristic WHEREIN: The said predetermined temperature range is a temperature range lower than the electric power generation temperature at the time of generating electric power in the said electric power generation part.
第1の特徴において、前記制御部は、前記燃料電池ユニットに接続された負荷の消費電力に追従するように前記発電部から出力する電力を制御させる発電モードを動作モードの一つとして指示する。前記制御部は、前記発電モードにおいて前記発電部にて出力する電力が所定閾値を下回る場合に、前記燃料電池ユニットの動作モードを前記温度維持モードとするように指示する。 In the first feature, the control unit instructs a power generation mode for controlling power output from the power generation unit to follow the power consumption of a load connected to the fuel cell unit as one of operation modes. The control unit instructs the operation mode of the fuel cell unit to be the temperature maintenance mode when the power output from the power generation unit is below a predetermined threshold in the power generation mode.
第1の特徴において、前記制御部は、前記発電部から出力する電力によって前記補器の消費電力を賄う自給モードを動作モードの一つとして指示する。 1st characteristic WHEREIN: The said control part instruct | indicates the self-sufficiency mode which covers the power consumption of the said auxiliary device with the electric power output from the said electric power generation part as one of operation modes.
第1の特徴において、前記制御部は、停電が生じた場合に、前記燃料電池ユニットの動作モードを前記自給モードとするように指示する。 In the first feature, the control unit instructs the operation mode of the fuel cell unit to be the self-sufficiency mode when a power failure occurs.
第1の特徴において、前記所定温度域は、前記発電モードにおける前記発電部の温度よりも低い。 In the first feature, the predetermined temperature range is lower than the temperature of the power generation unit in the power generation mode.
第1の特徴において、前記所定温度域は、前記自給モードにおける前記発電部の温度よりも低い。 In the first feature, the predetermined temperature range is lower than the temperature of the power generation unit in the self-sufficiency mode.
第1の特徴において、前記燃料電池ユニットは、SOFC方式の燃料電池を有する。 In the first feature, the fuel cell unit includes a SOFC type fuel cell.
第1の特徴において、前記発電温度は、650℃〜1000℃であり、前記所定温度域は、450℃〜600℃である。 In the first feature, the power generation temperature is 650 ° C. to 1000 ° C., and the predetermined temperature range is 450 ° C. to 600 ° C.
第1の特徴において、前記温度維持モードにおいて前記燃料電池ユニットに供給されるガス量は、前記発電モードにおいて前記燃料電池ユニットに供給されるガス量よりも少ない。 In the first feature, the amount of gas supplied to the fuel cell unit in the temperature maintenance mode is smaller than the amount of gas supplied to the fuel cell unit in the power generation mode.
第2の特徴に係る燃料電池ユニットは、化学反応によって発電する発電部及び前記発電部の動作を補助する補器を備える。燃料電池ユニットは、前記発電部による発電を積極的に行う発電モードと、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄うとともに前記発電部の温度を所定温度域に維持する温度維持モードと、を含む複数の動作モードにより自己の運転を制御する制御部を備える。前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さい。 The fuel cell unit according to the second feature includes a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit. The fuel cell unit includes a power generation mode in which power generation by the power generation unit is actively performed, and a temperature maintenance mode in which the power consumption of the auxiliary device is covered by power supplied from outside and the temperature of the power generation unit is maintained in a predetermined temperature range And a control unit that controls its own operation in a plurality of operation modes. In the temperature maintenance mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
第3の特徴に係る制御方法は、化学反応によって発電する発電部及び前記発電部の動作を補助する補器を備える燃料電池ユニットを制御する方法である。制御方法は、前記燃料電池ユニットに対し、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄う制御及び前記発電部の温度を所定温度域に維持する制御を行う温度維持モードを動作モードの一つとして指示するステップを備える。前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さい。 A control method according to a third feature is a method of controlling a fuel cell unit including a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit. The control method includes a temperature maintenance mode for controlling the fuel cell unit to control the power consumption of the auxiliary device by power supplied from the outside and the temperature maintaining mode for maintaining the temperature of the power generation unit in a predetermined temperature range. A step of indicating as one. In the temperature maintenance mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
本発明によれば、燃料を十分に節約することを可能とする制御装置及び制御方法を提供する制御装置、燃料電池ユニット及び制御方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a control device, a fuel cell unit, and a control method that provide a control device and a control method that can sufficiently save fuel.
以下において、本発明の実施形態に係る制御装置及び制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。 Hereinafter, a control device and a control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[実施形態の概要]
実施形態に係る制御装置は、化学反応によって発電する発電部及び前記発電部の動作を補助する補器を備える燃料電池ユニットを制御する。制御装置は、前記燃料電池ユニットに対し、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄う制御及び前記発電部の温度を所定温度域に維持する制御を行う温度維持モードを動作モードの一つとして指示する制御部を備える。前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さい。
[Outline of Embodiment]
The control apparatus which concerns on embodiment controls a fuel cell unit provided with the electric power generation part which generate | occur | produces by chemical reaction, and the auxiliary device which assists operation | movement of the said electric power generation part. The control device has a temperature maintenance mode in which the fuel cell unit performs power control of the auxiliary device with power supplied from outside and control to maintain the temperature of the power generation unit in a predetermined temperature range. A control unit for instructing one is provided. In the temperature maintenance mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
実施形態では、温度維持モードを含む複数の運転モードが導入される。これによって、負荷追従性を確保するために極力、完全には燃料電池ユニットを停止させないようにした場合であっても、温度維持モードでは、燃料電池ユニットに供給される燃料ガスを節約することができる。 In the embodiment, a plurality of operation modes including a temperature maintenance mode are introduced. As a result, even if the fuel cell unit is not completely stopped in order to ensure load followability, the fuel gas supplied to the fuel cell unit can be saved in the temperature maintenance mode. it can.
[第1実施形態]
(エネルギー管理システム)
以下において、第1実施形態に係るエネルギー管理システムについて説明する。図1は、第1実施形態に係るエネルギー管理システム100を示す図である。
[First Embodiment]
(Energy management system)
Hereinafter, the energy management system according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an
図1に示すように、エネルギー管理システム100は、需要家10と、CEMS20と、変電所30と、スマートサーバ40と、発電所50とを有する。なお、需要家10、CEMS20、変電所30及びスマートサーバ40は、ネットワーク60によって接続されている。
As shown in FIG. 1, the
需要家10は、例えば、発電装置及び蓄電装置を有する。発電装置は、例えば、燃料電池のように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。蓄電装置は、例えば、二次電池などのように、電力を蓄積する装置である。
The
需要家10は、一戸建ての住宅であってもよく、マンションなどの集合住宅であってもよい。或いは、需要家10は、コンビニエンスストア又はスーパーマーケットなどの店舗であってもよく、ビルなどの商用施設であってもよく、工場であってもよい。
The
第1実施形態では、複数の需要家10によって、需要家群10A及び需要家群10Bが構成されている。需要家群10A及び需要家群10Bは、例えば、地理的な地域によって分類される。
In the first embodiment, a
CEMS20は、複数の需要家10と電力系統との間の連系を制御する。なお、CEMS20は、複数の需要家10を管理するため、CEMS(Cluster/Community Energy Management System)と称されることもある。具体的には、CEMS20は、停電時などにおいて、複数の需要家10と電力系統との間を解列する。一方で、CEMS20は、復電時などにおいて、複数の需要家10と電力系統との間を連系する。
The CEMS 20 controls interconnection between the plurality of
第1実施形態では、CEMS20A及びCEMS20Bが設けられている。CEMS20Aは、例えば、需要家群10Aに含まれる需要家10と電力系統との間の連系を制御する。CEMS20Bは、例えば、需要家群10Bに含まれる需要家10と電力系統との間の連系を制御する。
In the first embodiment, a
変電所30は、複数の需要家10に対して、配電線31を介して電力を供給する。具体的には、変電所30は、発電所50から供給を受ける電圧を降圧する。
The substation 30 supplies electric power to the plurality of
第1実施形態では、変電所30A及び変電所30Bが設けられている。変電所30Aは、例えば、需要家群10Aに含まれる需要家10に対して、配電線31Aを介して電力を供給する。変電所30Bは、例えば、需要家群10Bに含まれる需要家10に対して、配電線31Bを介して電力を供給する。
In the first embodiment, a
スマートサーバ40は、複数のCEMS20(ここでは、CEMS20A及びCEMS20B)を管理する。また、スマートサーバ40は、複数の変電所30(ここでは、変電所30A及び変電所30B)を管理する。言い換えると、スマートサーバ40は、需要家群10A及び需要家群10Bに含まれる需要家10を統括的に管理する。スマートサーバ40は、例えば、需要家群10Aに供給すべき電力と需要家群10Bに供給すべき電力とのバランスを取る機能を有する。
The
発電所50は、火力、風力、水力、原子力などによって発電を行う。発電所50は、複数の変電所30(ここでは、変電所30A及び変電所30B)に対して、送電線51を介して電力を供給する。
The
ネットワーク60は、信号線を介して各装置に接続される。ネットワーク60は、例えば、インターネット、広域回線網、狭域回線網、携帯電話網などである。
The
(需要家)
以下において、第1実施形態に係る需要家について説明する。図2は、第1実施形態に係る需要家10の詳細を示す図である。
(Customer)
Below, the consumer which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a diagram illustrating details of the
図2に示すように、需要家10は、分電盤110と、負荷120と、PVユニット130と、蓄電池ユニット140と、燃料電池ユニット150と、貯湯ユニット160と、EMS200とを有する。
As shown in FIG. 2, the
第1実施形態において、需要家10は、電流計180を有する。電流計180は、燃料電池ユニット150の負荷追従制御に用いられる。電流計180は、蓄電池ユニット140及び燃料電池ユニット150と系統とを接続する電力線上において、蓄電池ユニット140と電力線との接続点よりも下流(系統から離れた側)、かつ、燃料電池ユニット150と電力線との接続点よりも上流(系統に近い側)に設けられる。電流計180が負荷120と電力線との接続点よりも上流(系統に近い側)に設けられることは勿論である。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、各機器は、系統に近い順から見て、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び負荷120の順で電力線に接続されていることに留意すべきである。
In the first embodiment, it should be noted that each device is connected to the power line in the order of the
分電盤110は、配電線31(系統)に接続されている。分電盤110は、電力線を介して、負荷120、PVユニット130、蓄電池ユニット140及び燃料電池ユニット150に接続されている。
負荷120は、電力線を介して供給を受ける電力を消費する装置である。例えば、負荷120は、冷蔵庫、冷凍庫、照明、エアコンなどの装置を含む。
The
PVユニット130は、PV131と、PCS132とを有する。PV131は、発電装置の一例であり、太陽光の受光に応じて発電を行う太陽光発電装置である。PV131は、発電されたDC電力を出力する。PV131の発電量は、PV131に照射される日射量に応じて変化する。PCS132は、PV131から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。PCS132は、電力線を介してAC電力を分電盤110に出力する。
The
第1実施形態において、PVユニット130は、PV131に照射される日射量を測定する日射計を有していてもよい。
In the first embodiment, the
PVユニット130は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法によって制御される。詳細には、PVユニット130は、PV131の動作点(動作点電圧値及び電力値によって定まる点、又は、動作点電圧値と電流値とによって定まる点)を最適化する。
The
蓄電池ユニット140は、蓄電池141と、PCS142とを有する。蓄電池141は、電力を蓄積する装置である。PCS142は、配電線31(系統)から供給を受けるAC電力をDC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。また、PCS142は、蓄電池141から出力されたDC電力をAC電力に変換する。
The
燃料電池ユニット150は、燃料電池151と、PCS152とを有する。燃料電池151は、発電装置の一例であり、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。PCS152は、燃料電池151から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。
The
燃料電池ユニット150は、負荷追従制御によって動作する。詳細には、燃料電池ユニット150は、燃料電池151から出力する電力が負荷追従制御の目標電力となるように燃料電池151を制御する。言い換えると、燃料電池ユニット150は、電流計180によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池151から出力する電力を制御する。
The
貯湯ユニット160は、電力を熱に変換し、変換された熱を湯として蓄積したり、燃料電池ユニット150等のコージェネレーション機器が発生する熱を湯として蓄えたりする蓄熱装置の一例である。具体的には、貯湯ユニット160は、貯湯槽を有しており、燃料電池151の運転(発電)によって生じる排熱によって、貯湯槽から供給される水を温める。詳細には、貯湯ユニット160は、貯湯槽から供給される水を温めて、温められた湯を貯湯槽に還流する。
The hot
EMS200は、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160を制御する装置(Energy Management System)である。具体的には、EMS200は、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160に信号線を介して接続されており、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160を制御する。また、EMS200は、負荷120の動作モードを制御することによって、負荷120の消費電力を制御する。
The
また、EMS200は、ネットワーク60を介して各種サーバと接続される。各種サーバは、例えば、系統から供給を受ける電力の購入単価、系統から供給を受ける電力の売却単価、燃料ガスの購入単価などの情報(以下、エネルギー料金情報)を格納する。
The
或いは、各種サーバは、例えば、負荷120の消費電力を予測するための情報(以下、消費エネルギー予測情報)を格納する。消費エネルギー予測情報は、例えば、過去の負荷120の消費電力の実績値に基づいて生成されてもよい。或いは、消費エネルギー予測情報は、負荷120の消費電力のモデルであってもよい。
Or various servers store the information (henceforth energy consumption prediction information) for predicting the power consumption of the
或いは、各種サーバは、例えば、PV131の発電量を予測するための情報(以下、PV発電量予測情報)を格納する。PV発電予測情報は、PV131に照射される日射量の予測値であってもよい。或いは、PV発電予測情報は、天気予報、季節、日照時間などであってもよい。
Or various servers store the information (henceforth PV power generation amount prediction information) for predicting the power generation amount of PV131, for example. The PV power generation prediction information may be a predicted value of the amount of solar radiation irradiated on the
(燃料電池ユニット)
以下において、第1実施形態に係る燃料電池ユニットについて説明する。図3は、第1実施形態に係る燃料電池ユニット150を示す図である。
(Fuel cell unit)
Hereinafter, the fuel cell unit according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a view showing the
図3に示すように、燃料電池ユニット150は、燃料電池151と、PCS152と、ブロワ153と、脱硫器154と、着火ヒータ155と、制御基板156とを有する。
As shown in FIG. 3, the
燃料電池151は、上述したように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。具体的には、燃料電池151は、改質器151Aと、セルスタック151Bとを有する。
As described above, the
改質器151Aは、後述する脱硫器154によって付臭剤が除去された燃料ガスから改質ガスを生成する。改質ガスは、水素及び一酸化炭素によって構成されるガスである。
The
セルスタック151Bは、後述するブロワ153から供給される空気(酸素)と改質ガスとの化学反応によって発電する。具体的には、セルスタック151Bは、複数のセルがスタックされた構造を有する。各セルは、燃料極と空気極との間に電解質が挟み込まれた構造を有する。燃料極には、改質ガス(水素)が供給され、空気極には、空気(酸素)が供給される。電解質において改質ガス(水素)及び空気(酸素)の化学反応が生じて、電力(DC電力)及び熱が生成される。
The
PCS152は、上述したように、燃料電池151から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置である。
As described above, the
ブロワ153は、燃料電池151(セルスタック151B)に空気を供給する。ブロワ153は、例えば、ファンによって構成される。
The
脱硫器154は、外部から供給される燃料ガスに含まれる付臭剤を除去する。燃料ガスは、都市ガスであってもよく、プロパンガスであってもよい。
The
着火ヒータ155は、セルスタック151Bで化学反応しなかった燃料(以下、未反応燃料)に着火し、セルスタック151Bの温度を高温に維持するヒータである。すなわち、着火ヒータ155は、セルスタック151Bを構成する各セルの開口から漏れる未反応燃料に着火する。着火ヒータ155は、未反応燃料が燃焼していないケース(例えば、燃料電池ユニット150の起動時)において、未反応燃料に着火すればよいことに留意すべきである。そして、一旦着火すれば、その後は、セルスタック151Bから僅かずつ溢れ出る未反応燃料が燃焼し続けることによって、セルスタック151Bの温度が高温に維持される。
The
制御基板156は、燃料電池151、PCS152、ブロワ153、脱硫器154、着火ヒータ155及び制御基板156を制御する回路を搭載する基板である。
The
第1実施形態において、セルスタック151Bは、化学反応によって発電する発電部発電部の一例である。改質器151A、ブロワ153、脱硫器154、着火ヒータ155及び制御基板156は、セルスタック151B(発電部)の動作を補助する補器の一例である。また、PCS152の一部を補器として扱ってもよい。
In the first embodiment, the
第1実施形態において、燃料電池ユニット150の動作モードとして、発電モード、アイドリングモード、温度維持モードが設けられる。
In the first embodiment, as the operation mode of the
発電モードは、燃料電池ユニット150に接続された負荷120の消費電力に追従するように燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が制御される動作モード(負荷追従制御)である。詳細には、発電モードでは、電流計180によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池151から出力する電力が制御される。ここで、燃料電池ユニット150が電流計180よりも下流に設けられているため、補器の消費電力についても、燃料電池151から出力する電力によって賄われることに留意すべきである。
The power generation mode is an operation mode (load following control) in which the power output from the fuel cell 151 (
ここで、発電モードにおけるセルスタック151Bの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼によって、発電温度として650〜1000℃(700℃程度)に維持される。このような発電温度は、すなわち、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。
Here, the temperature of the
ところで、燃料電池ユニット150は、完全停止させることも可能である。例えば、長期間使用しない場合などにおいては完全停止させてもよい。しかしながら、完全停止させた場合には、補器類も停止して燃料電池151(セルスタック151B)の温度が低いものとなるため、発電可能な程の温度まで上昇するために長い時間を要することとなり、負荷追従性が低いということには留意すべきである。このため、第1実施形態においては完全停止を極力回避するため、運転モードにアイドリングモードと温度維持モードとを設ける。
Incidentally, the
アイドリングモードは、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力によって補器の消費電力を賄う動作モードである。但し、アイドリングモードでは、負荷120の消費電力については、燃料電池151から出力する電力によって賄われないことに留意すべきである。
The idling mode is an operation mode in which the power consumed by the auxiliary device is covered by the power output from the fuel cell 151 (
ここで、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼により、発電モードと同様の発電温度(例えば、700℃程度)に維持される。すなわち、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度についても、発電モードと同様、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。アイドリングモードは、例えば、停電が生じた場合に適用される動作モードである。
Here, the temperature of the
温度維持モードは、補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄うとともに、セルスタック151Bを所定温度域に維持する動作モードである。温度維持モードにおいて、補器の消費電力は、系統から供給される電力によって賄われてもよく、PV131又は蓄電池141から供給される電力によって賄われてもよい。温度維持モードにおいて、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力は、少なくとも、補器の消費電力よりも小さく、アイドリングモードのように、補器を動作させるには若干及ばない程度となる。例えば、温度維持モードにおいて、燃料電池151(セルスタック151B)から電力が出力されない。
The temperature maintenance mode is an operation mode in which the power consumption of the auxiliary device is covered by power supplied from the outside and the
ここで、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、主として、未反応ガスの燃焼によって維持される。また、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、発電モードにおけるセルスタック151Bの温度よりも低い。同様に、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度よりも低い。しかしながら、未反応ガスの燃焼により、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、ある程度の高温(所定温度域)で維持される。
Here, the temperature of the
第1実施形態において、所定温度域は、発電温度よりも若干低く、例えば、450℃〜600℃程度であって、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得ても、充分な化学反応が生じにくい温度域である。セルスタック151Bの温度が所定温度域である場合に、化学反応の反応スピードが不足するため、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電圧は、定格電圧(200V)よりも低い。温度維持モードでは、化学反応が全く生じていなくてもよく、若干の化学反応が生じていてもよい。ただし、所定温度域は、常温よりは明らかに高い温度で維持することとなるため、発電を行う必要が生じた際にも、完全停止している状態に比して化学反応を積極的に生じさせる温度に到達するまでの時間が短く済み、必要電力を出力するまでの時間を短くする(負荷追従性が高い)こととなる。
In the first embodiment, the predetermined temperature range is slightly lower than the power generation temperature, for example, about 450 ° C. to 600 ° C. Even if the reformed gas (hydrogen) and air (oxygen) are obtained, a sufficient chemical reaction is achieved. This is the temperature range where it is difficult to occur. When the temperature of the
また、温度維持モードにおいて燃料電池ユニット150に供給される燃料ガス量は、発電モードにおいて燃料電池ユニット150に供給される燃料ガス量よりも少ない。
Further, the amount of fuel gas supplied to the
(EMSの構成)
以下において、第1実施形態のEMSについて説明する。図4は、第1実施形態のEMS200を示すブロック図である。
(Configuration of EMS)
Hereinafter, the EMS of the first embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the
図4に示すように、EMS200は、受信部210と、送信部220と、制御部230とを有する。
As illustrated in FIG. 4, the
受信部210は、信号線を介して接続された装置から各種信号を受信する。例えば、受信部210は、PV131の発電量を示す情報をPVユニット130から受信してもよい。受信部210は、蓄電池141の蓄電量を示す情報を蓄電池ユニット140から受信してもよい。受信部210は、燃料電池151の発電量を示す情報を燃料電池ユニット150から受信してもよい。受信部210は、貯湯ユニット160の貯湯量を示す情報を貯湯ユニット160から受信してもよい。
The receiving
第1実施形態において、受信部210は、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びPV発電量予測情報を、ネットワーク60を介して各種サーバから受信してもよい。但し、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びPV発電量予測情報は、予めEMS200に記憶されていてもよい。
In the first embodiment, the
送信部220は、信号線を介して接続された装置に各種信号を送信する。例えば、送信部220は、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160を制御するための信号を各装置に送信する。送信部220は、負荷120を制御するための制御信号を負荷120に送信する。
The
制御部230は、負荷120、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160を制御する。
The
第1実施形態において、制御部230は、燃料電池ユニット150の動作モードを燃料電池ユニット150に指示する。第1実施形態において、燃料電池ユニット150の動作モードは、上述したように、発電モード(負荷追従制御)、アイドリングモード及び温度維持モードを含む。
In the first embodiment, the
燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が所定閾値を上回る場合に、制御部230は、燃料電池ユニット150を発電モードで運転するよう制御する。一方、制御部230は、例えば、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が所定閾値を下回る場合に、温度維持モードで運転するよう燃料電池ユニット150を制御する。また、制御部230は、例えば、停電が生じた場合には、アイドリングモードで運転するよう燃料電池ユニット150を制御する。
When the power output from the fuel cell 151 (
(制御方法)
以下において、第1実施形態に係る制御方法について説明する。図5は、第1実施形態に係る制御方法を示すフロー図である。
(Control method)
Hereinafter, a control method according to the first embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the control method according to the first embodiment.
図5に示すように、ステップ10において、EMS200は、現在の状態が停電状態であるか否かを判定する。判定結果が”YES”であり、系統の停電状態が検出されると即座に、ステップ30の処理が行われる。判定結果が”NO”である場合には、ステップ20の処理が行われる。
As shown in FIG. 5, in
ステップ20において、EMS200は、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が所定閾値を下回っているか否かを判定する。判定結果が”YES”である場合には、ステップ40の処理が行われる。判定結果が”NO”である場合には、ステップ50の処理が行われる。
In step 20, the
ステップ30において、EMS200は、アイドリングモードで運転するよう燃料電池ユニット150を制御する。これにより、系統が停電状態であって系統からの電力供給が受けられない場合となっても、運転を継続することができる。系統が停電状態となり、補器類に系統からの電力供給を受けることができなくなったとしても、燃料電池151(セルスタック151B)における発電は化学反応であるために即座に停止するわけではない。つまり、停電が生じ、補器への系統からの電力供給が無くなったとしても、しばらくは補器の消費電力を賄える程度は化学反応が継続する。このため、停電を検出しても即座に補器への電力供給元を系統から自己の発電電力に変更することで運転を継続することができる。このようにして上述したように、アイドリングモードでは、燃料電池151から出力される電力が補器へ供給されるが、負荷120へは基本的に電力供給を行わない。
In step 30, the
ステップ40において、EMS200は、温度維持モードで運転するよう燃料電池ユニット150を制御する。上述したように、温度維持モードでは、外部から出力する電力によって補器の消費電力が賄われており、セルスタック151Bの温度が所定温度域に維持される。温度維持モードでは、燃料電池151から出力する電力は、少なくとも、補器の消費電力よりも小く、ゼロでもよい。
In
ステップ50において、EMS200は、通常モードで運転するよう燃料電池ユニット150を制御する。通常モードでは、燃料電池ユニット150に接続された負荷120の消費電力に追従するように補器類を制御して、燃料電池151からの出力を調整する。
In
以上説明したように、第1実施形態では、温度維持モードを含む複数の運転モードが導入される。これによって、負荷追従性を確保するために極力、完全には燃料電池ユニット150を停止させないようにした場合であっても、温度維持モードでは、燃料電池ユニット150に供給される燃料ガスを節約することができる。
As described above, in the first embodiment, a plurality of operation modes including the temperature maintenance mode are introduced. This saves the fuel gas supplied to the
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[Other Embodiments]
Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、系統停電中にはアイドリングモードで運転するとしたが、仮に負荷での電力需要があるならば、補器についての電力供給を燃料電池151自身で行うだけでなく、燃料電池ユニット150に接続された負荷での需要に見合う出力電力が得られるよう燃料電池151の出力を上げる自立運転モードとしてもよい。すなわち、自立運転モードとアイドリングモードとは、発電電力の外部出力を行うか否かという点では相違するものの、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄うという点では共通する。このため、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄う2つのモードのことを便宜上、自給モードと呼んでもよい。
For example, the system is operated in the idling mode during a system power failure. However, if there is power demand at the load, not only the power supply for the auxiliary device is performed by the
また、温度維持モードでは系統からの電力供給により補器類の消費電力を賄うとしたが、PVユニット130か蓄電池ユニット140などの出力から賄ってもよい。
Further, in the temperature maintenance mode, the power consumption of the auxiliary devices is covered by the power supply from the system, but it may be covered by the output of the
実施形態において、制御装置は、EMS200であるが、実施形態はこれに限定されるものではない。EMS200は、PCS152又は制御基板156であってもよい。
In the embodiment, the control device is the
EMS200は、HEMS(Home Energy Management System)であってもよく、SEMS(Store Energy Management System)であってもよく、BEMS(Building Energy Management System)であってもよく、FEMS(Factory Energy Management System)であってもよく、SEMS(Store Energy Management System)であってもよい。
The
実施形態では、需要家10は、負荷120、PVユニット130、蓄電池ユニット140、燃料電池ユニット150及び貯湯ユニット160を有する。しかしながら、需要家10は、少なくとも、負荷120及び燃料電池ユニット150を有していればよい。
In the embodiment, the
10…需要家、20…CEMS、30…変電所、31…配電線、40…スマートサーバ、50…発電所、51…送電線、60…ネットワーク、100…エネルギー管理システム、110…分電盤、120…負荷、130…PVユニット、131…PV、132…PCS、140…蓄電池ユニット、141…蓄電池、142…PCS、150…燃料電池ユニット、151…燃料電池、151A…改質器、151B…セルスタック、152…PCS、153…ブロワ、154…脱硫器、155…着火ヒータ、156…制御基板、160…貯湯ユニット、180…電流計、200…EMS、210…受信部、220…送信部、230…制御部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記燃料電池ユニットに対し、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄う制御及び前記発電部の温度を所定温度域に維持する制御を行う温度維持モードを動作モードの一つとして指示する制御部を備え、
前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さいことを特徴とする制御装置。 A control device that controls a fuel cell unit including a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit,
The fuel cell unit is instructed as one of the operation modes a temperature maintenance mode in which the power consumption of the auxiliary device is covered by power supplied from outside and the temperature of the power generation unit is maintained in a predetermined temperature range. Control unit
In the temperature maintaining mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
前記制御部は、前記発電モードにおいて前記発電部にて出力する電力が所定閾値を下回る場合に、前記燃料電池ユニットの動作モードを前記温度維持モードとするように指示することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制御装置。 The control unit instructs a power generation mode for controlling power output from the power generation unit to follow the power consumption of a load connected to the fuel cell unit as one of operation modes.
The control unit instructs the operation mode of the fuel cell unit to be the temperature maintenance mode when power output from the power generation unit is below a predetermined threshold in the power generation mode. The control device according to claim 1 or 2.
前記発電部による発電を積極的に行う発電モードと、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄うとともに前記発電部の温度を所定温度域に維持する温度維持モードと、を含む複数の動作モードにより自己の運転を制御する制御部を備え、
前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さいことを特徴とする燃料電池ユニット。 A fuel cell unit comprising a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit,
A plurality of power generation modes in which power generation by the power generation unit is actively performed, and a temperature maintenance mode in which the power consumption of the auxiliary device is covered by power supplied from outside and the temperature of the power generation unit is maintained in a predetermined temperature range It has a control unit that controls its own operation according to the operation mode of
In the temperature maintaining mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
前記燃料電池ユニットに対し、前記補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄う制御及び前記発電部の温度を所定温度域に維持する制御を行う温度維持モードを動作モードの一つとして指示するステップを備え、
前記温度維持モードにおいて、前記発電部から出力する電力は、少なくとも、前記補器の消費電力よりも小さいことを特徴とする制御方法。 A control method for controlling a fuel cell unit including a power generation unit that generates power by a chemical reaction and an auxiliary device that assists the operation of the power generation unit,
The fuel cell unit is instructed as one of the operation modes a temperature maintenance mode in which the power consumption of the auxiliary device is covered by power supplied from outside and the temperature of the power generation unit is maintained in a predetermined temperature range. Comprising the steps of
In the temperature maintenance mode, the power output from the power generation unit is at least smaller than the power consumption of the auxiliary device.
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