JP2016096151A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統から電力供給を受けられない場合であっても、自立運転を行うことが可能であり、電力を供給する電力供給システムを提供する。
【解決手段】実施形態の電力供給システムは、電力系統から負荷部への電力供給が行われている平常時において、自然エネルギー発電装置が発電した電力量が予め定めた量よりも多いときには、燃料電池発電装置の運転を停止する。そして、平常時において、自然エネルギー発電装置が発電した電力量が予め定めた量よりも少ないときには、燃料電池発電装置の運転を行うように制御する。これによって、電力系統から負荷部への電力供給が停止した異常時に備えて水素貯蔵装置に水素を確保する。これと共に、燃料電池発電装置での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部において使用される温水の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置で得た温水を貯水装置に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力供給システムに関する。

災害が発生したときには、非常用の小型電源を用いて、停電が発生した災害地域に電力を供給する。たとえば、小型のディーゼルエンジンを用いた発電機、蓄電池などを、非常用の小型電源として使用する。

ディーゼルエンジンを用いた発電機は、外部から燃料を供給する必要があるため、燃料の調達ができないときには、電力を供給することができない。このため、特に、燃料を十分に備蓄していない場合や、災害によって交通網が途絶えて燃料の供給が困難な場合においては、電力の供給が十分でなく、迅速に復旧することが困難になる。

また、蓄電池は、電力を供給可能な時間が短く、放電が起こるので、平常時に充電を維持することが必要になる。

その他、燃料電池を非常用の電源として使用することが考えられるが、燃料電池の場合においても、水素などの燃料の調達ができないときには、電力を十分に供給することができない。

このため、上記の場合には、災害時に、長期に渡って電力を供給することが容易でない。

特開２００５−２９０９０８号公報

"水素・燃料電池について"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２５年１２月、総合エネルギー調査会、［平成２６年１１月６日検索］、インターネット＜URL: http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy/suiso_nenryodenchi/pdf/001_04_00.pdf＞

本発明が解決しようとする課題は、電力系統から電力供給を受けられない場合であっても自立運転を行うことが可能であり、電力を供給することができる、電力供給システムを提供することである。

実施形態の電力供給システムは、貯水装置と水素発生装置と水素貯蔵装置と燃料電池発電装置と制御装置とを有し、電力を負荷部に供給する。貯水装置は、水を貯蔵する。水素発生装置は、自然エネルギーを利用して発電された電力を用いて、貯水装置から供給された水から水素を生成する。水素貯蔵装置は、水素発生装置によって生成された水素を貯蔵する。燃料電池発電装置は、水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、その発電によって発生した電力を前記負荷部に出力する。これと共に、燃料電池発電装置は、発電で生じた熱を用いて、貯水装置から供給された水を加熱し、その加熱により得た温水を負荷部に供給する。制御装置は、負荷部において使用される電力の使用量および前記負荷部において使用される温水の使用量に応じて、電力供給システムの動作を制御する。ここでは、制御装置は、電力系統から負荷部への電力供給が行われている平常時において、自然エネルギー発電装置が発電した電力量が予め定めた量よりも多いときには、燃料電池発電装置の運転を停止する。そして、平常時において、自然エネルギー発電装置が発電した電力量が予め定めた量よりも少ないときには、燃料電池発電装置の運転を行うように制御する。これによって、電力系統から負荷部への電力供給が停止した異常時に備えて水素貯蔵装置に水素を確保する。これと共に、制御装置は、燃料電池発電装置での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部において使用される温水の使用量よりも多いときに、燃料電池発電装置で得た温水を貯水装置に戻す。

実施形態に係る電力供給システムの全体構成を模式的に示すブロック図である。 実施形態に係る電力供給システムを構成する部材の要部を示すブロック図である。 実施形態に係る電力供給システムを構成する部材の要部を示すブロック図である。 実施形態に係る電力供給システムを構成する部材の要部を示すブロック図である。 実施形態に係る電力供給システムを構成する部材の要部を示すブロック図である。 実施形態に係る電力供給システムの動作について具体的内容を示す図である。 実施形態に係る電力供給システムの動作の一部を示すフロー図である。

［１］電力供給システム１の構成
図１は、実施形態に係る電力供給システムの全体構成を模式的に示すブロック図である。図１においては、実線の矢印が電力の流れを示し、破線の矢印が水素の流れを示している。また、一点鎖線の矢印が水の流れを示しており、二点鎖線が信号の流れを示している。

図１に示すように、実施形態の電力供給システム１は、自然エネルギー発電装置１０とパワーコンディショナ装置２０と貯水装置３０と水素発生装置４０と水素貯蔵装置５０と燃料電池発電装置６０と制御装置７０とを備えている。

電力供給システム１は、電気機器を備えた負荷部３に電力を供給するように構成されている（実線の矢印参照）。また、詳細については後述するが、電力供給システム１は、水を加熱することによって温水を作り、温水利用機器を備えた負荷部３に温水（熱媒）を供給するように構成されている（一点鎖線の矢印参照）。

図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、および、図３Ｂは、実施形態に係る電力供給システムを構成する部材の要部を示すブロック図である。図２Ａは、パワーコンディショナ装置２０の要部を示し、図２Ｂは、水素発生装置４０の要部を示している。そして、図３Ａは、水素貯蔵装置５０の要部を示し、図３Ｂは、燃料電池発電装置６０の要部を示している。

電力供給システム１を構成する各部について、各図を用いて、順次、説明する。

［１−１］自然エネルギー発電装置１０
電力供給システム１において、自然エネルギー発電装置１０は、自然エネルギーを利用して発電を行う発電装置である。自然エネルギー発電装置１０は、たとえば、太陽光発電（ＰＶ）装置であって、太陽電池（図示省略）を含み太陽光を太陽電池で受光し、太陽電池において光電変換を行うことによって、発電を行う。

［１−２］パワーコンディショナ装置２０
電力供給システム１において、パワーコンディショナ装置２０は、自然エネルギー発電装置１０が自然エネルギーを利用して発電した電力を調整するように構成されている。ここでは、パワーコンディショナ装置２０は、図１に示すように、自然エネルギー発電装置１０から電力が供給され、その供給された電力を、電力系統２（商用電源）から供給された電力と同様に、負荷部３において利用可能な電力に変換する。パワーコンディショナ装置２０は、図２Ａに示すように、第１コンバータ２０１ａとインバータ２０１とを含み、自然エネルギー発電装置１０（図１参照）から電力線を介して供給された直流電力を第１コンバータ２０１ａが所定の電圧幅内になるように調整し、その調整された直流電流をインバータ２０１が交流電力に変換する。自然エネルギー発電装置１０で発電された電力は、パワーコンディショナ装置２０を介して、水素発生装置４０および負荷部３に供給される。

また、パワーコンディショナ装置２０は、図２Ａに示すように、第２コンバータ２０２ａと蓄電池２０２とを含み、インバータ２０１で変換された電力を第２コンバータ２０２ａが所定の電圧幅内になるように調整し、その調整された電力を蓄電池２０２が蓄電する。つまり、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力を蓄電池２０２が蓄電する。蓄電池２０２は、たとえば、リチウムイオン二次電池であって、パワーコンディショナ装置２０は、蓄電池２０２に蓄電された電力が負荷部３に供給されるように構成されている（図１参照）。蓄電池２０２に蓄電された電力は、第２コンバータ２０２ａとインバータ２０１とを介してパワーコンディショナ装置２０から出力される。また、パワーコンディショナ装置２０は、燃料電池発電装置６０で発電された電力が供給され、その供給された電力を蓄電池２０２が蓄電するように構成されている（図１参照）。さらに、パワーコンディショナ装置２０では、電力系統２（商用電源）から電力が供給され、その供給された電力を用いて動作するように構成されている（図１参照）。

本実施形態では、パワーコンディショナ装置２０は、個別にパッケージ化されたものであって、運搬可能である。ここでは、パワーコンディショナ装置２０は、図２Ａに示すように、コンテナ２００の内部に構成部品（インバータ２０１、蓄電池２０２等）が収容されることによってパッケージ化されており、トレーラなどの車両を用いて運搬することが可能な大きさである。

［１−３］貯水装置３０
電力供給システム１において、貯水装置３０は、図１に示すように、水を貯蔵し、その貯蔵した水を水素発生装置４０へ供給するように構成されている。また、貯水装置３０は、その貯蔵した水を燃料電池発電装置６０に水を供給するように構成されている。この他に、貯水装置３０は、燃料電池発電装置６０において加熱された水が流入し、貯蔵するように構成されている。

具体的には、貯水装置３０は、たとえば、給水タンク（図示省略）を含み、水道を介して供給された水を給水タンクで貯蔵する。そして、貯水装置３０においては、貯蔵された水が、水素発生装置４０と燃料電池発電装置６０とのそれぞれに、ポンプ（図示省略）を介して供給される。ポンプを用いずに、水頭圧によって、水の供給を行ってもよい。また、貯水装置３０は、燃料電池発電装置６０に供給した水が燃料電池発電装置６０において加熱され、温水（熱媒）として貯水装置３０に戻されたときには、その温水（熱媒）を給水タンクで貯蔵する。

［１−４］水素発生装置４０
電力供給システム１において、水素発生装置４０は、図１に示すように、水素を生成するように構成されている。ここでは、水素発生装置４０は、図２Ｂに示すように、たとえば、純水製造装置４０１ａと水電解装置４０１とを含み、純水製造装置４０１ａで不純物が除去された水（純水）を水電解装置４０１で電気分解することによって、水素を生成する。水電解装置４０１は、たとえば、固体高分子（ＰＥＭ）水電解である。本実施形態では、水素発生装置４０は、貯水装置３０（図１参照）から水が供給され、水電解装置４０１においてその供給された水に電圧を印加することによって、水を水素と酸素に分解する。水電解装置４０１において生成された水素は、水素貯蔵装置５０に供給され、貯蔵される。そして、水電解装置４０１において生成された酸素は、たとえば、大気に放出される。

水素発生装置４０においては、図１に示すように、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力がパワーコンディショナ装置２０を介して供給されると共に、電力系統２から電力が供給されるように構成されている。水素発生装置４０は、自然エネルギー発電装置１０が自然エネルギーを利用して発電した電力と、電力系統２から供給された電力との少なくとも一方を用いて、水電解装置４０１（図２Ｂ参照）において水の電気分解を生じさせて、水素を生成する。

また、水素発生装置４０は、図２Ｂに示すように、水電解装置４０１の他に、コンプレッサ４０２とチラーユニット４０３とを含む。コンプレッサ４０２は、たとえば、空気を圧縮して、水電解装置４０１に供給する。そして、チラーユニット４０３は、たとえば、冷却水を水電解装置４０１に供給する。

水素発生装置４０は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器（図示省略）を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置７０へ出力される。

水素発生装置４０は、パワーコンディショナ装置２０と同様に、個別にパッケージ化されたものであって、運搬可能である。つまり、水素発生装置４０は、図２Ｂに示すように、コンテナ４００に構成部品（水電解装置４０１、コンプレッサ４０２、チラーユニット４０３等）が収容されることによってパッケージ化されており、トレーラなどの車両を用いて運搬することが可能な大きさである。

［１−５］水素貯蔵装置５０
電力供給システム１において、水素貯蔵装置５０は、図１に示すように、水素発生装置４０によって生成された水素を水素貯蔵タンクで貯蔵するように構成されている。ここでは、水素貯蔵装置５０は、図３Ａに示すように、たとえば、水素貯蔵タンク５０１と電磁弁５０２とを含み、水素発生装置４０によって生成された水素が電磁弁５０２を介して水素貯蔵タンク５０１に供給され、その供給された水素を水素貯蔵タンク５０１で貯蔵する。

水素貯蔵装置５０は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器（図示省略）を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置７０へ出力される。

水素貯蔵装置５０は、パワーコンディショナ装置２０および水素発生装置４０と同様に、個別にパッケージ化されたものであって、運搬可能である。つまり、水素貯蔵装置５０は、図３Ａに示すように、コンテナ５００に構成部品（水素貯蔵タンク５０１、電磁弁５０２など）が収容されることによってパッケージ化されており、トレーラなどの車両を用いて運搬することが可能な大きさである。

［１−６］燃料電池発電装置６０
電力供給システム１において、燃料電池発電装置６０は、図１に示すように、水素貯蔵装置５０で貯蔵された水素を用いて発電を行い、その発電によって発生した電力を負荷部３に出力するように構成されている。

具体的には、燃料電池発電装置６０は、図３に示すように、燃料電池６０１を含み、その燃料電池６０１において水素を用いて発電が行われる。燃料電池６０１は、たとえば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）である。また、燃料電池発電装置６０は、インバータ６０２を含み、インバータ６０２が、燃料電池６０１で発電された電力を、電力系統２から供給された電力と同様に、負荷部３で利用可能な電力に変換する。

上記の他に、燃料電池発電装置６０は、図１に示すように、発電で生じた熱を用いて、貯水装置３０から供給された水を加熱し、その加熱により得た温水を負荷部３（温水消費先）に供給する。ここでは、燃料電池発電装置６０は、図３に示すように、貯湯タンク６０３を含み、貯湯タンク６０３で貯蔵された温水が負荷部３に供給される。

燃料電池発電装置６０は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器（図示省略）を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置７０へ出力される。

燃料電池発電装置６０は、水素発生装置４０および水素貯蔵装置５０と同様に、個別にパッケージ化されたものであって、運搬可能である。つまり、燃料電池発電装置６０は、図３Ｂに示すように、コンテナ６００に構成部品（燃料電池６０１、インバータ６０２、貯湯タンク６０３等）が収容されることによってパッケージ化されており、トレーラなどの車両を用いて運搬することが可能な大きさである。

［１−７］制御装置７０
電力供給システム１において、制御装置７０は、図１に示すように、電力供給システム１を構成する各部を制御するように構成されている。制御装置７０は、演算器（図示省略）とメモリ（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、各部の制御を行う。

制御装置７０は、各部の状態について計測機器（図示省略）が計測して得たデータがデータ信号として入力される。ここでは、制御装置７０は、負荷部３において使用される電力の使用量がデータ信号として入力される。たとえば、予め定めた時間（たとえば、３０分間）において負荷部３で使用された電力量のデータ信号が、制御装置７０に入力される。また、制御装置７０は、たとえば、電力系統２から供給される電力量、負荷部３において使用される温水の使用量、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力量、パワーコンディショナ装置２０に含まれる蓄電池２０２の蓄電量、燃料電池発電装置６０が出力する電力量、貯水装置３０が貯蔵している水の貯蔵量、水素貯蔵装置５０が貯蔵している水素の貯蔵量、燃料電池発電装置６０において加熱されて貯蔵された温水の量などが、データ信号として入力される。そして、制御装置７０は、その入力されたデータ信号に応じた制御信号を演算し、電力供給システム１の各部に出力することによって、各部の動作を制御する。

制御装置７０は、電力系統２から負荷部３へ電力が供給される平常時であっても、たとえば、負荷部３で使用されている電力の使用量が予め定めた値よりも多いときに、電力供給システム１から負荷部３に電力を供給する。このとき、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力量、燃料電池発電装置６０が出力する電力量、パワーコンディショナ装置２０に含まれる蓄電池２０２の蓄電量などに応じて、各部から電力を配分して負荷部３に供給する。また、制御装置７０は、負荷部３で使用されている温水の使用量に応じて燃料電池発電装置６０から温水を負荷部３に供給する。

これに対して、災害等によって停電が発生して電力系統２から負荷部３へ電力が供給されない異常時には、制御装置７０は、電力供給システム１から負荷部３へ電力を供給する。この場合には、制御装置７０は、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力を用いて水素発生装置４０が水素を生成して、燃料電池発電装置６０が発電を行うように制御を行う。そして、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力量、燃料電池発電装置６０が出力する電力量、パワーコンディショナ装置２０に含まれる蓄電池２０２の蓄電量などに応じて、各部から電力を配分して負荷部３に供給する。また、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０から負荷部３に温水の供給を開始する。

上記の他に、制御装置７０は、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の量に応じて、水素発生装置４０が水素を生成する動作を制御する。また、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０で発電された電力を含む電力供給量が、負荷部３において使用される電力の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置６０で発電された電力をパワーコンディショナ装置２０の蓄電池２０２に蓄電させる。また、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部３において使用される温水の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置６０で得た温水を貯水装置３０に戻すように、制御を行う。更に、制御装置は、自然エネルギーを利用して発電された電力が電力供給システム１に供給された量に応じて、電力供給システム１の動作を制御する。

［２］電力供給システム１の動作
上述した電力供給システム１の動作について、更に具体的に説明する。

図４は、実施形態に係る電力供給システムの動作について具体的内容を示す図である。図４は、平常時の動作と、異常時（災害時など）の動作とのそれぞれについて示している。図４では、電力供給システムの各部について発電または運転を実施する場合に関して「ＯＮ」と表記し、電力供給システムの各部について発電または運転を停止する場合に関して「ＯＦＦ」と表記している。

［２−１］平常時の動作
平常時であって、時間帯が昼であると共に天候が晴れであるときには、図４に示すように、電力供給システム１では、太陽光発電装置である自然エネルギー発電装置１０において発電を行う。自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、水素発生装置４０へ供給され、水素発生装置４０において水素の製造に利用される。また、自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、負荷部３へ供給される。ここでは、自然エネルギー発電装置１０で発電した電力が、水素の製造で必要な電力よりも多い場合に、負荷部３に供給される。また、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力が、蓄電池２０２において充電される。これに対して、自然エネルギー発電装置１０で発電した電力が、水素の製造で必要な電力よりも少ない場合には、蓄電池２０２で蓄電された電力が、水素発生装置４０に放電され、水素の製造に補助的に利用される。燃料電池発電装置６０については、発電動作が停止される。図示を省略しているが、燃料電池発電装置６０から温水を供給する動作も停止される。

平常時であって、時間帯が昼であると共に天候が曇り又は雨であるときには、太陽光発電装置である自然エネルギー発電装置１０で発電される電力の量は、晴れの場合よりも少ない。このため、図４に示すように、自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、天候が晴れである場合と異なり、水素発生装置４０に供給されずに、水素発生装置４０では、水素の製造が停止される。自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、負荷部３に供給されて利用されると共に、蓄電池２０２において充電される。蓄電池２０２で蓄電された電力は、水素発生装置４０での水素の製造が停止されているので、水素発生装置４０に放電されない。上記の点を除いて、天候が曇り又は雨であるときには、天候が晴れであるときと同様に、電力供給システム１の動作が行われる。

平常時であって、時間帯が夜であるときには、図４に示すように、自然エネルギー発電装置１０での発電が停止される。このため、自然エネルギー発電装置１０から水素発生装置４０および負荷部３へ電力が供給されない。また、蓄電池２０２では、充電が停止される。これに対して、蓄電池２０２では放電が実施される。ここでは、蓄電池２０２で蓄電された電力が、負荷部３に供給されて利用される。たとえば、照明設備などの特定な負荷部３に対して、蓄電池２０２から電力の供給が行われる。また、燃料電池発電装置６０については運転が開始され、発電が実施される。燃料電池発電装置６０では、時間帯が昼である場合と異なり、発電が行われる。燃料電池発電装置６０においては、水素貯蔵装置５０で貯蔵された水素を用いて発電が行われ、発電された電力が負荷部３に供給される。図示を省略しているが、燃料電池発電装置６０から温水を供給する動作も実施される。なお、上述した蓄電池２０２から負荷部３への電力供給は、燃料電池発電装置６０から負荷部３への電力供給を補助するために行われる。

このように、平常時の場合には、電力供給システム１は、太陽光発電装置である自然エネルギー発電装置１０で発電された電力を用いて水素を製造することによって水素の貯蔵量を確保する。これと共に、電力供給システム１は、太陽光発電装置である自然エネルギー発電装置１０で発電された電力の余剰分と、燃料電池発電装置６０で水素を用いて発電した電力とを効率的に負荷部３に供給する。

したがって、本実施形態では、平常時に、電力系統２から負荷部３へ供給される電力量のピーク値について低減することができる。つまり、ピークカットを効果的に実現することができる。

［２−２］異常時（災害など等）の動作
異常時（災害時など）であって、時間帯が昼であると共に天候が晴れであるときには、図４に示すように、電力供給システム１では、平常時の場合と同様に、自然エネルギー発電装置１０、水素発生装置４０、および、蓄電池２０２のそれぞれが制御される。つまり、電力供給システム１では、太陽光発電装置である自然エネルギー発電装置１０において発電を行い、その発電された電力が水素発生装置４０および負荷部３へ適宜供給される。また、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力が、蓄電池２０２において充電されると共に、その蓄電池２０２で蓄電された電力が、水素発生装置４０に放電され、水素の製造に補助的に利用される。しかし、異常時（災害時など）の場合には、平常時の場合と異なり、燃料電池発電装置６０において発電動作が実施され、その発電された電力が負荷部３に供給される。図示を省略しているが、温水の供給も同様に実施される。

異常時（災害時など）であって、時間帯が昼であると共に天候が曇り又は雨であるときには、図４に示すように、天候が晴れである場合と異なり、自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、水素発生装置４０に供給されず、水素発生装置４０では、水素の製造が停止される（平常時と同様）。自然エネルギー発電装置１０で発電した電力は、負荷部３に供給されて利用されると共に、蓄電池２０２において充電される（平常時と同様）。しかし、異常時（災害時など）の場合には、平常時の場合と異なり、燃料電池発電装置６０において発電動作が実施され、その発電された電力が負荷部３に供給される。また、蓄電池２０２で蓄電された電力は、平常時の場合と異なり、負荷部３に供給されて利用される。ここでは、たとえば、照明設備などの特定な負荷部３に対して、電力の供給が行われる。

異常時（災害時など）であって、時間帯が夜であるときには、図４に示すように、平常時と同様に、自然エネルギー発電装置１０での発電が停止され、自然エネルギー発電装置１０から水素発生装置４０および負荷部３へ電力が供給されない。また、蓄電池２０２では、充電が停止される。蓄電池２０２では放電が実施される。ここでは、蓄電池２０２で蓄電された電力が、負荷部３に供給されて利用される。たとえば、照明設備などの特定な負荷部３に対して、蓄電池２０２から電力が供給される。そして、燃料電池発電装置６０では、発電が実施される。燃料電池発電装置６０においては、水素貯蔵装置５０で貯蔵された水素を用いて発電が行われ、その発電された電力が負荷部３に供給される。ここでは、たとえば、照明設備などの特定な負荷部３に対して、燃料電池発電装置６０から電力が供給される。図示を省略しているが、燃料電池発電装置６０から温水の供給も同様に実施される。なお、上述した蓄電池２０２から負荷部３への電力供給は、燃料電池発電装置６０から負荷部３への電力供給を補助するために行われる。

このように、異常時（災害時など）の場合には、電力供給システム１は、時間帯に関わらずに、貯蔵された水素を用いて燃料電池発電装置６０が発電を行い、その発電された電力を負荷部３に供給する。

したがって、本実施形態では、異常時（災害時など）に、電力を安定的に供給することができる。

なお、本実施形態の電力供給システム１において、制御装置７０は、電力系統２から供給される電力量をモニターすることによって得たデータ信号に基づいて、平常時であるか、異常時（災害時など）であるかを判断する。ここでは、電力系統２から電力が供給された状態であるには、平常時であると判断して、電力系統２と電力供給システム１との間の接続を保持する。この一方で、電力系統２から電力へ供給されずに電力供給が停止した状態であるときには、災害時などの異常時であると判断して、電力系統２と電力供給システム１との間の接続を遮断する。また、制御装置７０は、たとえば、時刻のデータに基づいて、時間帯が昼であるか、夜であるかを判断する。そして、制御装置７０は、たとえば、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力量のデータに基づいて、天候を判断する。制御装置７０は、たとえば、時間帯が昼の場合において、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力量が予め定めた量よりも多いときには天候が晴れであると判断し、予め定めた量以下であるときには天候が曇り又は雨であると判断する。その後、制御装置７０は、各判断結果に応じて、上述した動作を各部が行うように制御する。

［２−３］その他の動作
図５は、実施形態に係る電力供給システムの動作の一部を示すフロー図である。図５では、水素発生装置４０の動作に関して示している。

図５に示すように、水素貯蔵量が予め定めた値よりも少ないか否かを判断し（ＳＴ１）、少ない場合（Ｙｅｓのとき）には水素製造が実施され（ＳＴ２ａ）、少なくない場合（ＮＯのとき）には水素製造が停止される（ＳＴ２ｂ）。

本実施形態の電力供給システム１において、上記の動作は、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の量に応じて、制御装置７０が水素発生装置４０の制御することによって行われる。

具体的には、制御装置７０は、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の貯蔵量の計測データが入力され、その計測データに基づいて、水素貯蔵量が予め定めた値よりも多いか否かを判断する比較処理を行う。たとえば、水素貯蔵装置５０において計測された圧力の値に基づいて、上記の判断を行う（ＳＴ１）。

そして、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の量が予め定めた値よりも少ないと判断した場合（Ｙｅｓのとき）には、水素発生装置４０が水素を生成する動作を実施するように制御装置７０が水素発生装置４０を制御することによって、水素貯蔵装置５０に水素が供給される（ＳＴ２ａ）。これに対して、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の量が予め定めた値以上であると判断した場合（Ｎｏのとき）には、水素発生装置４０が水素を生成する動作を停止するように制御装置７０が水素発生装置４０を制御する（ＳＴ２ｂ）。

これにより、本実施形態では、水素貯蔵装置５０において適正量の水素を容易に貯蔵することができる。

また、本実施形態では、電力供給システム１で発電された電力に余剰があるときには、その余剰の電力をパワーコンディショナ装置２０の蓄電池２０２で蓄電するように動作する。ここでは、電力供給システム１で発電された電力と電力系統２が供給する電力との合計量が、電力供給システム１および負荷部３において使用される電力の使用量よりも多い否かを、各データ信号に基づいて制御装置７０が随時判断する。そして、多いと判断したときには、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０で発電された電力を、負荷部３へ出力せずに、パワーコンディショナ装置２０の蓄電池２０２に出力して蓄電させる。これにより、本実施形態では、電力供給システム１で発電された電力を効果的に利用することができる。

さらに、本実施形態の電力供給システム１では、燃料電池発電装置６０での加熱によって得た温水に余剰があるときには、その余剰の温水を貯水装置３０に戻すように動作する。ここでは、たとえば、電力供給システム１の燃料電池発電装置６０で貯蔵された温水の貯蔵量が予め定めた値よりも多いか否かを、各データ信号に基づいて制御装置７０が随時判断する。そして、多いと判断したときには、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０から温水を負荷部３へ供給せずに、貯水装置３０に戻す。これにより、貯水装置３０から水素発生装置４０へ供給する水の確保を更に効果的に実現することができる。

［３］まとめ
以上のように、本実施形態の電力供給システム１では、自然エネルギー発電装置１０が自然エネルギーを利用して発電した電力を用いて、水素発生装置４０が水素を生成する。そして、その水素発生装置４０によって生成された水素が、水素貯蔵装置５０で貯蔵される。そして、その水素貯蔵装置５０で貯蔵された水素を用いて、燃料電池発電装置６０が発電を行い、その発電によって発生した電力が負荷部３に供給される。このため、本実施形態では、災害などによって停電が発生して電力系統２から電力が供給されない異常時であっても、外部から燃料を調達せずに、長期間に渡って自立運転を行うことが可能であって、電力を安定的に供給することができる。

本実施形態の電力供給システム１は、負荷部３で使用される電力の使用量に応じて、制御装置７０が動作を制御する。また、制御装置７０は、水素貯蔵装置５０に貯蔵された水素の量に応じて、水素発生装置４０が水素を生成する動作を制御する。このため、本実施形態では、水素貯蔵装置５０において適正量の水素を容易に貯蔵することができる。

本実施形態の電力供給システム１では、平常時であって、自然エネルギー発電装置１０での発電が停止しているときに、電力系統２から供給された電力を用いて水素発生装置４０が水素を生成する。このため、本実施形態では、水素貯蔵装置５０に適正量の水素を容易に貯蔵することができる。

本実施形態の電力供給システム１は、自然エネルギー発電装置１０が自然エネルギーを利用して発電した電力をパワーコンディショナ装置２０が調整し、そのパワーコンディショナ装置２０を介して供給された電力を用いて水素発生装置４０が水素を生成する。パワーコンディショナ装置２０は、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力を負荷部３に供給する。このため、本実施形態では、自然エネルギー発電装置１０で発電された電力を効果的に利用することができる。

本実施形態の電力供給システム１において、パワーコンディショナ装置２０と水素発生装置４０と水素貯蔵装置５０と燃料電池発電装置６０とのそれぞれは、個別にパッケージ化されたものであって、運搬可能である。このため、たとえば、災害時において、電力供給システム１を被災地域に迅速に設置することができる。

本実施形態の電力供給システム１において、パワーコンディショナ装置２０は、蓄電池２０２を含み、蓄電池２０２が燃料電池発電装置６０で発電された電力を蓄電するように構成されている。ここでは、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０で発電された電力を含む電力供給量が、負荷部３において使用される電力の使用量よりも多いときに、燃料電池発電装置６０で発電された電力を蓄電池２０２に蓄電させる。このため、本実施形態では、燃料電池発電装置６０で発電された電力を効果的に利用することができる。

本実施形態の電力供給システム１は、貯水装置３０を有し、水素発生装置４０へ供給する水を貯水装置３０が貯蔵する。そして、水素発生装置４０は、貯水装置３０から水が供給され、その供給された水から水素を生成する。このため、本実施形態では、必要に応じて、水素発生装置４０において水から水素を生成し、燃料電池発電装置６０で水素を用いて発電を行うことができる。

本実施形態の電力供給システム１において、貯水装置３０は、燃料電池発電装置６０に水を供給する。そして、燃料電池発電装置６０は、発電で生じた熱を用いて、その貯水装置３０から供給された水を加熱し、その加熱により得た温水を負荷部３に供給する。制御装置７０は、負荷部３において使用される温水の使用量に応じて、温水の供給を制御する。具体的には、制御装置７０は、燃料電池発電装置６０での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部３において使用される温水の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置６０で得た温水を貯水装置３０に戻す。このため、本実施形態では、貯水装置３０において効果的に水を確保することができる。

本実施形態の電力供給システム１において、制御装置は、自然エネルギーを利用して自然エネルギー発電装置１０が発電した電力量に応じて、電力供給システムの動作を制御する。たとえば、平常時において、自然エネルギー発電装置１０が発電した電力量が予め定めた量よりも多いとき（時間帯が昼など）には、燃料電池発電装置６０の運転を停止し、自然エネルギー発電装置１０が発電した電力量がその予め定めた量よりも少ないとき（時間帯が夜など）には、燃料電池発電装置６０の運転を行う。このため、本実施形態では、燃料電池発電装置６０の発電が必要なときに、水素貯蔵装置５０が貯蔵する水素を燃料電池発電装置６０が用いる。その結果、本実施形態では、災害などの異常時に備えて、水素貯蔵装置５０において水素を効果的に確保することができる。

本実施形態の電力供給システム１は、災害などによって停電が発生して電力系統２から負荷部３への電力供給が停止された状態になったときであっても、外部から燃料を調達せずに、長期間に渡って自立運転を行って電力を安定に供給することが可能である。

［４］変形例
上記の実施形態において、電力供給システム１は、既に設置されている自然エネルギー発電装置１０において自然エネルギーを利用して発電された電力を用いて、水素発生装置４０の運転が行われるように構成されていてもよい。

上記の実施形態では、自然エネルギー発電装置１０は、太陽光発電装置である場合について説明したが、これに限らない。自然エネルギー発電装置１０は、太陽光以外に、風力、太陽熱、地熱、バイオマスなどの他の自然エネルギーを用いて発電を行う発電装置であってもよい。

上記の実施形態では、電力供給システム１は、パワーコンディショナ装置２０を備える場合について説明したが、これに限らない。パワーコンディショナ装置２０を備えていなくてもよい。パワーコンディショナ装置２０は、自然エネルギー発電装置１０が出力する電力の特性、および、水素発生装置４０が運転するときに必要な電力の特性に応じて、必要な場合に設置すればよい。同様に、パワーコンディショナ装置２０においては、蓄電池２０２を備えていなくてもよい。その他、パワーコンディショナ装置２０のインバータ２０１を備えずに、蓄電池２０２を別途設けてもよい。

上記の実施形態において、電力供給システム１は、貯水装置３０を備える場合について説明したが、これに限らない。電力供給システム１は、貯水装置３０を備えていなくてもよい。電力供給システム１は、貯水装置３０を介在せずに、水素発生装置４０と燃料電池発電装置６０とのそれぞれに、たとえば、水道から直接的に水が供給されるように構成されていてもよい。

上記の実施形態では、水素発生装置４０の水電解装置４０１は、固体高分子（ＰＥＭ）水電解について説明したが、アルカリ水電解やＳＯＥＣ（Solid Oxide Electrolysis Cell）による高温水蒸気電解で構成されていてもよい。

上記の実施形態では、水素発生装置４０は、水の電気分解によって水素を発生する場合について説明したが、これに限らない。水素発生装置４０は、有機ハイドライドについて脱水素反応が生じさせることによって水素を発生するように、構成されていてもよい。また、触媒反応、光触媒や熱分解で水素を発生するように、構成されていてもよい。

上記の実施形態では、水素貯蔵装置５０は、水素貯蔵タンク５０１を含む場合について説明したが、これに限らない。水素貯蔵装置５０は、水素吸蔵合金を用いて水素を貯蔵するように構成されていてもよい。

上記の実施形態では、燃料電池発電装置６０において発電された電力がパワーコンディショナ装置２０の蓄電池２０２に供給されて充電される場合について示したが、これに限らない。また、燃料電池発電装置６０においては、発電によって生じた熱を用いて水を加熱することによって温水を作る場合について説明したが、これに限らない。

上記の実施形態では、電力供給システム１は、電力系統２（商用電源）に連系され、電力系統２から電力が供給されるように構成されているが、これに限らない。電力供給システム１は、電力系統２から電力が供給されなくてもよい。

上記の実施形態において、電力供給システム１は、パワーコンディショナ装置２０と水素発生装置４０と水素貯蔵装置５０と燃料電池発電装置６０とのそれぞれが個別にパッケージ化されたものである場合について説明したが、これに限らず、それぞれがパッケージ化されていなくてもよい。たとえば、パワーコンディショナ装置２０においては、インバータ２０１と蓄電池２０２とが同一のコンテナ２００に収容されているが、両者が同一のコンテナ２００に収容されていなくてもよい。

また、自然エネルギー発電装置１０は、コンテナ上に設置して自然エネルギー発電装置１０も運搬可能としてもよい。たとえば、太陽光発電（ＰＶ）装置がコンテナ２００、４００、６００の上に設置されていてもよい。

また、電力供給システム１は、複数の燃料電池発電装置６０を備え、その複数の燃料電池発電装置６０のそれぞれが、電力および温水を負荷部３に供給するように構成されていてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力系統から電力供給を受けられない場合であっても、自立運転を行うことが可能であり、電力を供給することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電力供給システム、２…電力系統、３…負荷部、１０…自然エネルギー発電装置、２０…パワーコンディショナ装置、３０…貯水装置、４０…水素発生装置、５０…水素貯蔵装置、６０…燃料電池発電装置、７０…制御装置、２０１ａ…第１コンバータ、２００…コンテナ、２０１…インバータ、２０２ａ……第２コンバータ、２０２…蓄電池、４００…コンテナ、４０１ａ…純水製造装置、４０１…水電解装置、４０２…コンプレッサ、４０３…チラーユニット、５００…コンテナ、５０１…水素貯蔵タンク、５０２…電磁弁、６００…コンテナ、６０１…燃料電池、６０２…インバータ、６０３…貯湯タンク

Claims (1)

1. 電力を負荷部に供給する電力供給システムであって、
   水を貯蔵する貯水装置と、
   自然エネルギー発電装置が自然エネルギーを利用して発電した電力と電力系統から供給された電力との少なくとも一方の電力を用いて、前記貯水装置から供給された水から水素を生成する水素発生装置と、
   前記水素発生装置によって生成された水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
   前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を前記負荷部に出力すると共に、当該発電で生じた熱を用いて、前記貯水装置から供給された水を加熱し、当該加熱により得た温水を前記負荷部に供給する燃料電池発電装置と、
   前記負荷部において使用される電力の使用量および前記負荷部において使用される温水の使用量に応じて、当該電力供給システムの動作を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記電力系統から前記負荷部への電力供給が行われている平常時において、前記自然エネルギー発電装置が発電した電力量が予め定めた量よりも多いときには、前記燃料電池発電装置の運転を停止し、
   前記平常時において、前記自然エネルギー発電装置が発電した電力量が当該予め定めた量よりも少ないときには、前記燃料電池発電装置の運転を行うように制御することによって、
   前記電力系統から前記負荷部への電力供給が停止した異常時に備えて前記水素貯蔵装置に水素を確保すると共に、
   前記燃料電池発電装置での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、前記負荷部において使用される温水の使用量よりも多いときに、前記燃料電池発電装置で得た温水を前記貯水装置に戻す、
   電力供給システム。

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