JP2015164380A - Operation method for independent distributed power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、独立型分散電源システムの運転方法に関する。 The present invention relates to a method for operating a stand-alone distributed power supply system.
近年、太陽光発電や燃料電池、蓄電池などを組み合わせた分散型電力システムが提唱され、制御法の研究や実証試験が現在さかんに行われている(例えば、非特許文献1参照)。図1に、非特許文献1の電源システムの構成を示す。図1の電源システム100は、太陽光発電装置102(PV:photovoltaics)と燃料電池装置104(FC:Fuel cell)と蓄電池108(Batt:Battery)とを備える。
In recent years, distributed power systems combining solar power generation, fuel cells, storage batteries, and the like have been proposed, and research and demonstration tests of control methods are currently being conducted (see, for example, Non-Patent Document 1). FIG. 1 shows the configuration of the power supply system of Non-Patent
太陽光発電装置102(PV:photovoltaics)は、最大出力電力を調整する最大出力電制御装置(MPPT:Maximum Power Point Tracker)112を有し、MPPTを介して電力バスに接続されている。 The photovoltaic power generation device 102 (PV: photovoltaics) has a maximum output power control device (MPPT: Maximum Power Point Tracker) 112 that adjusts the maximum output power, and is connected to the power bus via the MPPT.
燃料電池装置104は、ダイオード116を介して電力バスに接続されている。これにより、MPPT112の出力電圧範囲は燃料電池装置104のそれよりも高く設定されており、MPPT112側が燃料電池装置104に対して優先的に電力が供給される。また、燃料電池装置104には、燃料を供給するLPGボンベ106が接続されている。
The
蓄電池108は、ダイオード122を介して電力バスに接続されている。DC/DC変換器118の出力電圧範囲は蓄電池108のそれよりも高く設定されており、DC/DC変換器118側が蓄電池108に対して優先的に電力が供給される。また、蓄電池108には、電力バスから電力を引き込み蓄電池108の充電を制御するチャージャ120が接続されている。
The
電力バスには、DC/DC変換器118が備えられている。
The power bus is provided with a DC /
これらの分散した電源、すなわち、太陽光発電装置102、燃料電池装置104および蓄電池108は、電源システム100において電力バスに接続され、この電力バスに接続された負荷110(Load)へ電力が供給される。例えば、太陽光発電装置が発電する電力が負荷110により消費される電力よりも小さいとき、電力バスの電圧が低下する。この電力バスの低下に応答してダイオード(116,122)に接続された燃料電池104や蓄電池108からの電力が負荷110へ供給される。このように、太陽光発電装置は、化石燃料を消費しないため、なるべく太陽光発電装置による電力を有効利用するのが望ましい。
These distributed power sources, that is, the photovoltaic
しかしながら、図1に示す電源システムで一定負荷に定常的に電力を供給しようとするとき、図3に示すように、天候により太陽光発電装置の出力電力(発電電力)が負荷の要求出力(消費)に満たないことがある。このとき、上述したように他の電源より不足分の電力を供給する必要がある。例えば、燃料電池装置でこの不足分の電力を供給する方法が考えられる。 However, when the power supply system shown in FIG. 1 tries to steadily supply power to a constant load, as shown in FIG. 3, the output power (generated power) of the photovoltaic power generation device depends on the required output (consumption) ) May not be met. At this time, as described above, it is necessary to supply insufficient power from other power sources. For example, a method of supplying this shortage of power with a fuel cell device is conceivable.
しかしながら、燃料電池装置で消費する燃料の供給を、太陽光発電装置の出力変動を予測して追随させることは難しいため、予想される最大の要求出力電力を見越して予め相応の燃料を供給しておく必要がある。図2に示すように、燃料電池装置は、発電効率の出力依存性が大きい。このために、非定常出力のとき、および定格出力でないときは、時間平均の発電効率が低くなり、備蓄燃料を効率的に電力に変換できない課題があった。たとえば、図3に示すような太陽光発電装置の電力の不足分を燃料電池装置の電力で補てんする場合、燃料電池の30分間の平均発電効率は3%と低くなる。 However, since it is difficult to follow the supply of fuel consumed by the fuel cell device by predicting the output fluctuation of the photovoltaic power generation device, supply the corresponding fuel in advance in anticipation of the expected maximum required output power. It is necessary to keep. As shown in FIG. 2, the fuel cell device has a large output dependency of the power generation efficiency. For this reason, when the output is unsteady and when it is not the rated output, there is a problem that the time-average power generation efficiency is low and the stored fuel cannot be efficiently converted into electric power. For example, when the shortage of the power of the solar power generation device as shown in FIG. 3 is supplemented with the power of the fuel cell device, the average power generation efficiency for 30 minutes of the fuel cell is as low as 3%.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、太陽光発電装置と燃料電池装置と蓄電池とを備えた電源装置における、燃料電池装置の発電効率の高い運転方法を提供することにある。これにより、備蓄燃料をより効率的に電力に変換し、電源装置のより長時間の運転を実現しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to operate the fuel cell device with high power generation efficiency in a power supply device including a solar power generation device, a fuel cell device, and a storage battery. It is to provide a method. Thereby, the stored fuel is more efficiently converted into electric power, and the operation of the power supply apparatus is realized for a longer time.
本発明の一態様は、太陽光発電装置と燃料電池装置と蓄電池とを備えた独立型分散電源システムの運転方法である。蓄電池の充電率(SOC : State of Charge)が一定以下の場合に、燃料電池装置を発電効率の高い出力領域で継続的に運転することを特徴とする。たとえば、燃料電池装置における発電効率の高い出力領域は、燃料電池装置の定格出力に近い領域である。また、太陽光発電装置と燃料電池装置が発電した電力の和の内、負荷が消費する電力より大きな余剰電力が発生した場合には、この余剰電力を蓄電池に充電することを特徴とする。これにより、より長い時間燃料電池を高効率で運転することを可能とする。 One embodiment of the present invention is a method for operating a stand-alone distributed power supply system including a solar power generation device, a fuel cell device, and a storage battery. When the state of charge (SOC) of the storage battery is below a certain level, the fuel cell device is continuously operated in an output region with high power generation efficiency. For example, the output region with high power generation efficiency in the fuel cell device is a region close to the rated output of the fuel cell device. Further, when surplus power larger than the power consumed by the load is generated in the sum of the power generated by the solar power generation device and the fuel cell device, the surplus power is charged in the storage battery. As a result, the fuel cell can be operated with high efficiency for a longer time.
以上説明したように、本発明によれば、太陽光発電装置、燃料電池装置および蓄電池を備えた独立型分散電源において、燃料電池装置の発電効率の高い運転方法を提供することができる。これにより、災害による長時間停電の際などにより長い時間の電力供給を可能とする。 As described above, according to the present invention, an operation method with high power generation efficiency of a fuel cell device can be provided in an independent distributed power source including a solar power generation device, a fuel cell device, and a storage battery. As a result, it is possible to supply power for a longer period of time due to a long-time power outage due to a disaster.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
図4は、本発明の実施形態の運転方法により運転される独立型分散電源システムの構成を示す図である。図4の電源システム400は、太陽光発電装置(PV)102と燃料電池装置(FC)104と蓄電池(Batt)108と備える。蓄電池108の容量は十分に大きく、かつ蓄電池の充電器(チャージャ)120の容量は負荷110の最大消費電力程度に大きいものを用いる。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an independent distributed power supply system operated by the operation method of the embodiment of the present invention. The
燃料電池装置(FC)104とダイオード116との間に遮断スイッチS1(405)が設けられている。
A cutoff switch S1 (405) is provided between the fuel cell device (FC) 104 and the
電源システム400は、記憶装置404を有する制御部404を備える。記憶装置404には、運転制御に関するプログラムやデータが記憶されている。
The
蓄電装置108には、充電率を計測する充電率計測装置408が設けられている。計測された蓄電装置の充電率の値は、制御部404へ供給される。また、電源システム400は、負荷110の消費電力を計測する負荷電力計測装置410を備える。計測された負荷110の消費電力の値は、制御部404へ供給される。
The
チャージャ120の容量は、このシステム内で生じる出力変動の量と同程度の大きさを有する。チャージャ120の入力端には、遮断スイッチ(S2)406が設けられている。スイッチS2(406)は、スイッチS1(405)と共に、本実施形態の運用方法に従って、開閉する。
The capacity of the
本実施形態の運転方法では、蓄電池の充電率SOCが所定の値以下である場合に、燃料電池装置104からの出力が定格出力に近い状態(発電効率の高い出力領域)で継続的に該燃料電池装置を運転し、太陽光発電装置と燃料電池装置が発電した電力の和から負荷が消費する電力を差し引いた余剰電力が発生した場合には、この余剰電力を蓄電池に充電する。蓄電池の充電率SOCにおける所定の値は、負荷の消費電力に応じて予め定められた値である。例えば、負荷の消費電力が大きい程、充電率についての所定の値は小さい。
In the operation method of the present embodiment, when the charge rate SOC of the storage battery is equal to or lower than a predetermined value, the fuel is continuously output in a state where the output from the
これにより負荷110の消費電力や太陽光発電装置102の発電電力にかかわらず燃料電池装置104を発電効率の高い出力領域で運転することが可能となり、一定の燃料でより長時間発電を継続することが可能となる。
This makes it possible to operate the
以下、表1に示すように運転モード1〜6を説明する。負荷の消費電力Xと蓄電池の充電率Z(負荷の消費電力に応じて異なる)にしたがって、スイッチ(S1)405、スイッチ(S2)406、燃料電池装置104の運転(発電量)が制御される。
Hereinafter, the
負荷による消費電力Xの最大値は360W、太陽光発電装置102の発電量Yの最大値は190W、燃料電池装置の出力Bの最大値(定格電力)は360W、燃料電池装置の消費熱量の最小値を900ジュール/秒、燃料電池装置の消費熱量の最大値(定格電力出力時)は1100ジュール/秒である。このような特性を有する試作した電源システムで、負荷出力360Wに対して晴天時に30分間連続発電させたこところ、30分間の燃料電池装置の発電効率Dは28%となった。発電効率Dの28%という値は、従来の動作方法(発電効率3%)と比べて非常に高い値であり、燃料の電力変換効率が高められた結果を示すものである。
The maximum value of the power consumption X by the load is 360 W, the maximum value of the power generation amount Y of the photovoltaic
(モード1)
運転モード1は、太陽光発電装置102の電力Yが負荷の消費電力Xよりも小さい場合に適用される運転モードである。制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、負荷110の消費電力Xが比較的小さい(予め定められた値以下であり)という条件と、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値以下であるという条件とが満たされるかどうかを決定する。これらの2つの条件の双方が満たされる場合には、スイッチS1(405)とスイッチS2(406)をオンに切替え、出力Bが最大(定格電力値)となるように燃料電池装置104を運転し、太陽光発電装置102の出力を補償するとともに、チャージャ120を介して蓄電池408を充電する。このとき燃料電池装置104の発電効率は28%となる。
(Mode 1)
The
(モード2)
運転モード2は、太陽光発電装置102の電力Yが負荷の消費電力Xよりも大きい場合に適用される運転モードである。制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、モード1に示した2つの条件の双方が満たされるかどうかを決定する。充電率Zに関する条件のみが満たされない場合には、制御装置402は、スイッチS1(405)をオンに切替え、スイッチS2(406)をオンに切替え、燃料電池装置104を待機状態で運転する。太陽光発電装置102の出力は、負荷とチャージャ120へ供給される。また、太陽光発電装置102の出力の余剰分は、太陽光発電装置102のMPTT内部で消費される。燃料電池装置104が待機状態(出力が0W)であるのにスイッチS1(405)をオンにするのは、太陽光発電装置102の電力Yが負荷110の消費電力Xよりも大きい状態が保たれるか、曇るなどして太陽光発電装置102の電力Yが低下するかの予測ができず、かつ、蓄電池108の充電率Zが予め定められた値以下であるためである。太陽光発電装置102の電力Yや蓄電池108の放電電力が短時間で低下する場合に備えて、スイッチS1(405)をオンにして燃料電池装置104を電力バス接続しておくのが望ましい。
(Mode 2)
The operation mode 2 is an operation mode applied when the electric power Y of the photovoltaic
(モード3)
運転モード3は、太陽光発電装置102の電力Yが負荷の消費電力Xよりも小さい場合に適用される運転モードである。制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、モード1に示した2つの条件が満たされるかどうかを決定する。制御装置402は、負荷110の消費電力Xが比較的小さいが、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値より大きいと決定した場合、スイッチS1(405)およびスイッチS2(406)をオフに切替え、燃料電池装置104を待機状態で運転する。この場合、電力バスの電圧が低下するため、蓄電池120に蓄えられた電力が放電され、太陽光発電装置102の出力とともに負荷110へ供給される。
(Mode 3)
The operation mode 3 is an operation mode applied when the electric power Y of the photovoltaic
(モード4)
運転モード4は、太陽光発電装置102の電力Yが負荷の消費電力Xよりも大きい場合に適用される運転モードである。制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、モード1に示した2つの条件が満たされるかどうかを決定する。制御装置402は、負荷110の消費電力Xが比較的小さいが、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値より大きいと決定した場合、スイッチS1(405)およびスイッチS2(406)をオフに切替え、燃料電池装置104を待機状態で運転する。太陽光発電装置102の出力は、負荷110のみへ供給される。また、太陽光発電装置102の出力の余剰分は、太陽光発電装置102のMPTT内部で消費される。
(Mode 4)
The operation mode 4 is an operation mode applied when the electric power Y of the photovoltaic
(モード5)
運転モード5は、負荷110の消費電力Xが比較的大きい(モード1で説明した予め定められた値よりも大きい)場合に適用される運転モードである。
(Mode 5)
The operation mode 5 is an operation mode that is applied when the power consumption X of the
制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、負荷110の消費電力Xが比較的大きい(モード1〜4における値より大きい)という条件と、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値(モード1〜4における値よりも小さい値)以下であるという条件とが満たされるかどうかを決定する。これらの2つの条件の双方が満たされる場合には、スイッチS1(405)とスイッチS2(406)をオンに切替え、出力Bが最大(定格電力値)となるように燃料電池装置104を運転し、太陽光発電装置102の出力を補償するとともに、チャージャ120を介して蓄電池408を充電する。このとき燃料電池装置104の発電効率は28%となる。このように、負荷110の消費電力Xが大きい場合でも充電率がある程度(例えば、50%)となるように蓄電池が充電される。
Based on the values supplied from the load
(モード6)
モード6は、モード5と同様に、負荷110の消費電力Xが比較的大きい(モード1で説明した予め定められた値よりも大きい)場合に適用される運転モードである。
(Mode 6)
Mode 6 is an operation mode applied when the power consumption X of the
制御装置402は、負荷電力計測装置410および充電率計測装置408から供給される値に基づいて、負荷110の消費電力Xが比較的大きい(モード1〜4における値より大きい)という条件と、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値(モード1〜4における値よりも小さい値)以下であるという条件とが満たされるかどうかを決定する。制御装置402は、負荷110の消費電力Xが比較的大きいが、当該消費電力Xに対応する蓄電池の充電率Zが予め定められた値より大きいと決定した場合、スイッチS1(405)をオンに切替え、スイッチS2(406)をオフに切替え、燃料電池装置104を運転し、太陽光発電装置102の出力を補償する。(燃料電池装置104の出力Bと燃料電池装置104の出力Yの和が負荷による消費電力Xとなるように、燃料電池装置104を運転する。)このように、負荷110の消費電力Xが大きい場合、消費電力Xが小さくなるときに備えて蓄電池の空き容量を確保する。
Based on the values supplied from the load
以上、具体的な数値を例示して、本願発明を説明したが、本願発明はこれらの数値に限定されるものではない。 The present invention has been described above by exemplifying specific numerical values, but the present invention is not limited to these numerical values.
本願発明によれば、燃料電池装置の発電効率の高い運転方法を提供され、長い時間燃料電池を高効率で運転することが可能となる。 According to the present invention, an operation method with high power generation efficiency of the fuel cell device is provided, and the fuel cell can be operated with high efficiency for a long time.
100,400 独立型分散電源システム
102 太陽光発電装置
104 燃料電池装置
106 LPガスボンベ
108 蓄電池
110 負荷
112 最大出力電制御装置
116 ダイオード
405,406 スイッチ
118 DC/DC変換器
120 チャージャ
402 制御部
404 記億装置
408 充電率計測装置
410 負荷電力計測装置
100,400 Independent distributed
Claims (5)
前記蓄電池の充電率が所定値以下の場合に、前記燃料電池装置を発電効率の高い出力領域で継続的に運転し、前記太陽光発電装置が発電した電力と前記燃料電池装置が発電した電力の和から前記独立分散電源システムに接続された負荷が消費する電力を差し引いた余剰電力が発生した場合には、この余剰電力を前記蓄電池の充電のための電力とすることを特徴とする独立型分散電源システムの運転方法。 An operation method of a stand-alone distributed power supply system including a solar power generation device, a fuel cell device, and a storage battery,
When the charge rate of the storage battery is less than or equal to a predetermined value, the fuel cell device is continuously operated in an output region with high power generation efficiency, and the power generated by the solar power generation device and the power generated by the fuel cell device are When surplus power is generated by subtracting power consumed by a load connected to the independent distributed power supply system from the sum, the surplus power is used as power for charging the storage battery. How to operate the power system.
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JP2014039584A JP2015164380A (en) | 2014-02-28 | 2014-02-28 | Operation method for independent distributed power supply system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110048400A (en) * | 2019-05-14 | 2019-07-23 | 上海电力学院 | The full DC micro-electric network control method of house based on photovoltaic power generation, fuel cell |
WO2024095629A1 (en) * | 2022-11-02 | 2024-05-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power system operating method, and power system control device |
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2014
- 2014-02-28 JP JP2014039584A patent/JP2015164380A/en active Pending
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