JP2016167380A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】停電が発生しても、一次エネルギーの削減量が減少することを防止可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニット１００と、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段２と、電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベース３と、データベースに保存された停電時を除く電力需要データに基づき燃料電池ユニット１００を運転する制御手段とを備えることにより、停電時に、非停電時には使用していない電気機器を急に使用する場合や、非停電時に使っている電気機器を使用しない場合などの特異な電力需要データを除いた電力需要データを基に燃料電池ユニットを運転することができ、停電が発生した場合でも、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスを用いて電力を供給する燃料電池システムに関するものである。

従来、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、発電時に発生する熱を温水として利用する給湯機器とからなる燃料電池システムが知られている。

燃料電池システムの供給する電力と温水とを無駄なく利用してエネルギー効率を向上させるためには、燃料電池ユニットが発電する電力が電気機器で使用される電力と同等であることが望ましい。また、同時に発生する温水も給湯機器で使用される温水量と同等であることが望ましい。

そのため、従来の燃料電池システムでは、家庭ごとの使用電力や使用温水量を計測管理し、燃料電池ユニットの発電電力を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、図７を参照しながら、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを説明する。

各家庭において生活パターンはそれぞれ異なり、家庭毎に所定時刻における電力消費量及び給湯消費量は異なる。そのため、従来の燃料電池システム２００は、電力需要計測手段２により電気機器１が使用する時刻毎の電力消費量の推移を計測し、未来の所定時刻における電力消費量を予測する。また、給湯需要計測手段８により給湯機器７が使用する時刻毎の給湯消費量の推移を計測し、未来の所定時刻における給湯消費量を予測する。

これらの電力消費予測値と給湯消費予測値に基づき、制御手段４は、燃料電池システム２００を効率的に運転するようにしている。

この構成により、家庭毎に異なる所定時刻における電力消費量及び給湯消費量に応じて燃料電池システムを効率的に運転させることができ、家庭での一次エネルギー消費量を削減することができる。

特許第５０２０６３４号公報

上記従来の構成では、停電中に発電する燃料電池システムにおいて、停電時の所定時刻における電力消費量及び給湯消費量を用いて、未来の所定時刻における給湯消費量を予測し、電力消費予測値と給湯消費予測値に基づき、燃料電池システムを運転していた。

しかしながら、各家庭では、停電時と非停電時で異なるパターンで生活するため、停電時の所定時刻における電力消費量及び給湯消費量を用いて、電力消費量及び給湯消費量を予測すると、非停電時とは異なる予測を行ってしまうため、燃料電池システムを非停電時の生活パターンに適した運転を行うことができない。そのため、燃料電池システムにより各家庭で消費する一次エネルギーの削減量が減少するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、停電が発生しても、一次エネルギーの削
減量が減少することを防止可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、データベースに保存された停電時を除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段とを備える。

これによって、停電中に発電する燃料電池システムにおいて、データベースに保存された停電時における電力需要データを除いた電力需要データを基に燃料電池ユニットの運転制御を行うことができる。

本発明の燃料電池システムによれば、停電が発生した場合でも、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート 従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図

第１の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、データベースに保存された停電時を除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

停電時は、燃料電池ユニットから供給される電力を用いて、非停電時には使用していない電気機器を使用することや、非停電時に使っている電気機器を使用しないことがあると想定され、停電時の電力需要データは、非停電時の電力需要データとは異なる。

上記構成の第１の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、データベースに保存された停電時を除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しなかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第２の発明は、特に、第１の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電時を除く電力需要データから電力需要予測値を演算し、電力需要予測値を基に燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値の演算に、停電時の電力需要データを用いないの
で、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

第３の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

計画停電などで事前に停電が発生することが分かっている場合は、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間は、例えば、予め洗濯機を回しておくなど、家庭で非停電時に使用している時間帯以外に電気機器を利用することがあると想定され、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間の電力需要データは、非停電時の電力需要データとは異なる。

上記構成の第３の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しなかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第４の発明は、特に、第３の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データから電力需要予測値を演算し、電力需要予測値を基に燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値の演算に、停電が発生する所定時間前から停電発生までの電力需要データを用いないので、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

第５の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの間は、停電が終了したことにより、例えば、エアコンや電気暖房機器など、家庭で非停電時に使用している以上に過渡的に電気機器を使用することがあると想定され、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの間の電力需要データは、非停電時の電力需要データとは異なる。

上記構成の第５の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データに基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しなかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第６の発明は、特に、第５の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データから電力需要予測値を演算し、電力需要予測値を基に燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値の演算に、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの電力需要データを用いないので、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

第７の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データと熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、データベースに保存された停電時を除く電力需要データと、データベースに保存された停電時を除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

停電時は、燃料電池ユニットから供給される電力または熱のいずれかを用いて、非停電時には使用していない電気機器または熱利用機器を急に使用することや、非停電時に使っている電気機器または熱利用機器を使用しないことがあると想定され、停電時の電力需要データと熱需要データのいずれかの需要データは、非停電時の電力需要データと熱需要データのいずれかの需要データとは異なる。

上記構成の第７の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、停電時を除く電力需要データと、データベースに保存された停電時を除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データと熱需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しなかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第８の発明は、特に、第７の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電時を除く電力需要データとから電力需要予測値を演算し、データベースに保存された停電時を除く熱需要データから熱需要予測値を演算し、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方の需要予測値の演算に、停電時の電力需要データまたは熱需要データを用いないので、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

第９の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データと熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

計画停電などで事前に停電が発生することが分かっている場合は、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間は、例えば、事前にシャワーを利用したり、予め暖房機器を用いて部屋を温めることがあると想定され、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間の電力需要データと熱需要データのうち少なくとも一方の需要データは、非停電時の電力需要データと熱需要データのうち少なくとも一方の需要データとは異なる。

上記構成の第９の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データと熱需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生し
なかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第１０の発明は、特に、第９の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データとから電力需要予測値を演算し、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データから熱需要予測値を演算し、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方の需要予測値の演算に、停電が発生する所定時間前から停電発生までの電力需要データまたは熱需要データを用いないので、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

第１１の発明の燃料電池システムは、燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、電力需要計測手段から得た電力需要データと熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転する制御手段と、を備える。

停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの間は、停電が終了したことにより、例えば、エアコンを急に使用したり、お風呂のお湯を非停電時とは異なる時間帯に溜めることがあると想定され、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの間の電力需要データと熱需要データのうち少なくとも一方の需要データは、非停電時の電力需要データと熱需要データのうち少なくとも一方の需要データとは異なる。

上記構成の第１１の発明の燃料電池システムでは、制御手段が、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データと、データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニットを運転するので、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニットの運転に利用する電力需要データと熱需要データの信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しなかった場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することができる。

第１２の発明は、特に、第１１の本発明における、制御手段が、データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く電力需要データとから電力需要予測値を演算し、データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までを除く熱需要データから熱需要予測値を演算し、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニットの運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニットを運転するものであり、運転計画の基になる電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方の需要予測値の演算に、停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過までの電力需要データまたは熱需要データを用いないので、燃料電池ユニットをより効率的に運転することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図１において、燃料電池システム２００は、燃料電池ユニット１００と、電気機器１と、電力需要計測手段２と、データベース３と、制御手段４とを備える。

家庭内の電力系統には、系統電源、燃料電池ユニット１００、電気機器１が接続されている。電気機器１は、例えば冷蔵庫や洗濯機などの家電機器であり、電気を使用する様々な機器が含まれ、停電の場合に自立運転を行う燃料電池ユニット１００から供給される交流電力を消費する機器であればよい。

電力需要計測手段２は、電気機器１によって消費される時刻毎の電力量を測定する。電力需要計測手段２は、データベース３に接続されており、電力需要計測手段２が測定した時刻毎の電力量の電力需要データは、データベース３に保存される。

データベース３は、電力需要計測手段２が測定した電力需要データを保存する。データベース３は、データを保存する機能を有するものであればよく、メモリーが例示される。

制御手段４は、データベース３に保存された電力需要データを基に燃料電池ユニット１００を制御する。また、制御手段４は、集中制御を行う単独の制御手段で構成されるが、これに限らず、互いに協働して分散制御を行う複数の制御手段で構成されていてもよい。

使用する電力需要データの期間は、４週間（２８日間）とし、データベース３に保存された電力需要データのうち最新４週間を使用して、順次処理を行う。なお、季節によるパターンの変動を考慮して使用する電力需要データの期間を４週間としているが、本発明はこれに限るものではない。

制御手段４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。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。演算処理部では、データベース３に保存された電力需要データを基に、未来の電力需要のパターンを予測して燃料電池ユニット１００の運転計画を策定する。

燃料電池ユニット１００は、都市ガスなどの燃料から得られる水素を空気中の酸素と反応させることで、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。具体的には、改質部（図示せず）及び燃料電池（図示せず）を備える。

改質部は、原料ガス及び水蒸気を用いた水蒸気改質反応により、水素含有ガスを生成する。改質部は、水蒸気改質反応に限らず、原料ガスを用いる改質反応であれば、いずれの種類であっても良く、オートサーマル反応、及び部分酸化反応等が例示される。

原料ガスは、具体的には、都市ガス等の炭化水素、及びメタノール等のアルコールであるが、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスであればよく、天然ガス、ＬＰＧ、及び、ＬＮＧでもよい。

燃料電池は、改質部で生成された水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池としては、高分子電解質形燃料電池を用いるが、いずれの種類であっても良く、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等でもよい。燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成される。

燃料電池ユニット１００は、直流電力を発生する燃料電池と、この直流電力を交流電力に変換する回路と共に、系統電源側の停電を検出して燃料電池ユニット１００を解列する
ための回路などで構成されるパワーコンディショナ（図示せず）を備えている。

そして、系統電源が正常の場合は燃料電池が発電した電力を系統電源からの電力と合わせ（連系モード）、電気機器１へ供給し、系統電源が停電の場合は、自立運転し（自立運転モード）、パワーコンディショナで回路の切り替えを行い、停電時に使用可能な電気機器１に電力を供給する。

燃料電池システム２００は、停電時に発電することができるシステムである。なお、起動用電源を用いて停電時に起動することができる燃料電池システム２００でもよい。

以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を、図２を参照しながら説明する。

図２は、本実施の形態１の燃料電池システム２００の運転方法を示すフローチャートである。この動作は制御手段４の制御によって実行される。

図２に示すように、制御手段４は、例えば、燃料電池システム２００に電源が投入された時点をスタートとし、常時以下の動作を行う。なお、これに限らず、燃料電池ユニット１００が発電を開始した時点をスタートとしてもよい。

まず、制御手段４は、停電発生の有無を確認する（Ｓ１０１）。燃料電池システム２００が停電発生の有無を確認する例としては、燃料電池ユニット１００を解列するための回路などで構成されるパワーコンディショナにおいて停電を検出し、燃料電池ユニット１００の運転モードが連系モードから自立運転モードへ切替わった場合が挙げられる。

Ｓ１０１で制御手段４が停電発生を確認した場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）には、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２では、制御手段４は、データベース３に保存された停電時を除く電力需要データに基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ１０１に戻る。

停電は、非日常の出来事であり、家庭において通常時には使用していない電気機器１を急に使用する場合や、非停電時使っている電気機器１を使用しない場合があり、消費される電力量のパターンも、非日常となる。つまりこの停電時の電力需要データは、停電時のみの特異なデータを含んでいる。

Ｓ１０２からＳ１０１に戻る周期は、例えば、１秒とするが、これに限らず、Ｓ１０２からＳ１０１に戻る周期は、制御手段４が電力需要データに基づいて燃料電池ユニット１００の運転を決定するのに要する時間よりも十分に長い周期で動かす必要があるため１秒以上、停電発生による特異な電力量のパターンを確実に除くことができるように、６０秒以内にすると良い。なお、用いる燃料電池システム２００によって、適切な周期は異なるため、それぞれの機器に応じて、周期は設定すればよい。

Ｓ１０１で制御手段４が停電発生が無いことを確認した場合（Ｓ１０１でＮｏ）には、Ｓ１０３に進み、制御手段４は、データベース３に保存された電力需要データに基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ１０１に戻る。

Ｓ１０３からＳ１０１に戻る周期は、例えば、１秒とするが、これに限らず、制御手段４が電力需要データに基づいて燃料電池ユニット１００の運転を決定するのに要する時間よりも十分に長い周期で動かす必要があるため１秒以上、停電発生による特異な電力量のパターンを確実に除くことができるように、６０秒以内にすると良い。なお、用いる燃料電池システム２００によって、適切な周期は異なるため、それぞれの機器に応じて、周期
は設定すればよい。

これら、Ｓ１０１からＳ１０３を繰り返していく。

以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、停電時の特異な電力需要データを除いた電力需要データを基に燃料電池システム２００を運転することができる。停電時の特異な電力需要データを除いた電力需要データを基に燃料電池ユニット１００を運転することができる。これにより、停電が発生した場合でも、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システム２００による一次エネルギー削減効果を維持することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における燃料電池システム２００を構成する各機器は、実施の形態１と同様であるため、実施の形態１と同様の構成要素については同一符号を付与し、重複する説明は省略する。

実施の形態２における燃料電池システム２００は、制御手段４が、データベース３に保存された停電終了直後から所定時間経過までの電力需要データを除いた電力需要データから電力需要の予測値を演算し、電力需要予測値に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転する点で実施の形態１と異なっている。

電力需要の予測値の演算は、例えば、一定期間における時刻毎における電力需要データから、時刻毎の電力需要の傾向を把握し、未来の電力需要を予測する。一定期間は、例えば、季節による電力需要の変動を考慮し、４週間とするが、これに限らない。燃料電池ユニット１００の運転計画は、電力需要予測値に基づき策定され、例えば、電気機器１の電力需要を最も優先させる運転計画がある。

以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を、図３を参照しながら説明する。

図３は、本実施の形態２の燃料電池システム２００の運転方法を示すフローチャートである。この動作は制御手段４の制御によって実行される。

図３に示すように、制御手段４は、例えば、燃料電池システム２００に電源が投入された時点をスタートとし、常時以下の動作を行う。なお、これに限らず、燃料電池ユニット１００が発電を開始した時点をスタートとしてもよい。

まず、制御手段４は、停電発生の有無を確認する（Ｓ２０１）。

Ｓ２０１で制御手段４が停電発生を確認した場合（Ｓ２０１でＹｅｓ）には、Ｓ２０２に進む。

Ｓ２０２では、制御手段４は、データベース３に保存された停電終了直後から所定時間経過までの電力需要データを除いた電力需要データから電力需要の予測値を演算し、Ｓ２０３へ進む。停電終了直後から所定時間経過までの間は、停電が終了したことにより、エアコンや電気暖房機器など、家庭で非停電時に使用している以上に過渡的に電気機器１を使用する可能性がある。

そのため、停電終了直後から所定時間経過までの間に消費される電力量のパターンも、
非日常のパターンとなり、この停電終了直後から所定時間経過の間の電力需要データは、特異なデータを含んでいることになる。なお、所定時間とは、例えば、１時間であり、これに限らず、特異な電力需要が想定される時間であればよい。

Ｓ２０３では、制御手段４は、電力需要の予測値に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定する。

次に、Ｓ２０４で制御手段４は、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ２０１に戻る。Ｓ２０４からＳ２０１に戻る周期は、１秒とする。

Ｓ２０１で制御手段４が停電発生が無いことを確認した場合（Ｓ２０１でＮｏ）には、Ｓ２０５に進み、制御手段４は、データベース３に保存された電力需要データに基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ２０３へ進む。

以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、停電終了直後から所定時間経過までの特異な電力需要データを除いた電力需要データから電力需要の予測値を演算し、電力需要予測値に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転することができる。

これにより、停電が発生した場合でも、燃料電池ユニット１００の運転計画に用いる電力需要予測値の精度を高めることができるため、燃料電池ユニット１００を効率的に運転することができ、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システム２００による一次エネルギー削減効果をより確実に維持することができる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜２と同様の構成要素については同一符号を付与し、重複する説明は省略する。

図４に示す燃料電池システム２００においては、燃料電池ユニット１００で発生する熱を利用する熱利用機器５と、熱利用機器５の熱消費量を計測する熱需要計測手段６が設けられている点で実施の形態２と異なっている。

また、データベース３は、電力需要計測手段２から得た電力需要データと熱需要計測手段６から得た熱需要データとを保存する。

熱利用機器５は、燃料電池ユニット１００で発生する熱を利用する機器である。熱利用機器５は、例えば、風呂、シャワー、洗面及び床暖房など熱を使用する場合の給湯機器や暖房機器であり、給湯機器の場合は、燃料電池ユニット１００で発生する熱を貯湯タンク（図示せず）に蓄えて給湯する。

家庭内の給湯系統には、燃料電池ユニット１００、貯湯タンク、バックアップボイラ、熱利用機器５が接続されている。この時、貯湯タンクに湯がない場合はバックアップボイラが湯を生成し熱利用機器５に提供する。貯湯タンクに湯がなくなる理由としては、電気機器１で使用される電力が少なく燃料電池ユニット１００の発電電力が少ない場合や、熱利用機器５で使用される使用給湯熱量が非常に多い場合が考えられる。

熱需要計測手段６は、熱利用機器５の時刻毎の熱消費量を計測する。熱利用機器５が給湯機器の場合は、給湯機器で使用する給湯負荷の時刻毎の熱量を測定する。測定された時刻毎の熱消費量の熱需要データはデータベース３に保存される。

なお、本実施の形態における熱利用機器５は給湯機器を例としているが、これに限らない。

以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を、図５を参照しながら説明する。

図５は、本実施の形態３の燃料電池システム２００の運転方法を示すフローチャートである。この動作は制御手段４の制御によって実行される。

図５に示すように、制御手段４は、例えば、燃料電池システム２００に電源が投入された時点をスタートとし、常時以下の動作を行う。なお、これに限らず、燃料電池ユニット１００が発電を開始した時点をスタートとしてもよい。

まず、制御手段４は、停電発生の有無を確認する（Ｓ３０１）。Ｓ３０１で制御手段４が停電発生を確認した場合（Ｓ３０１でＹｅｓ）には、Ｓ３０２に進む。

Ｓ３０２では、制御手段４は、データベース３に保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く電力需要データと、停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ３０１に戻る。

計画停電などで事前に停電が発生することが燃料電池システム２００の利用者が分かっている時、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間は、事前にお風呂にお湯を溜めたり、予め洗濯機を回しておくなど、家庭で非停電時に使用している以上に過渡的に電気機器１や熱利用機器５を使用したりする可能性がある。

そのため、停電が発生する所定時間前から停電発生までの間に消費される電力量のパターンや熱消費量のパターンが日常とは異なり、この停電が発生する所定時間前から停電発生までの間の電力需要データや熱需要データは、特異なデータを含んでいることになる。

なお、所定時間とは、例えば、１時間であり、これに限らず、特異な電力需要や熱需要が想定される時間であればよい。Ｓ３０２からＳ３０１に戻る周期は、１秒とする。

Ｓ３０１で制御手段４が停電発生が無いことを確認した場合（Ｓ３０１でＮｏ）には、Ｓ３０３に進み、制御手段４は、データベース３に保存された電力需要データと、熱需要データのうち少なくとも一方に基づきに燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ３０１へ戻る。Ｓ３０３からＳ３０１に戻る周期は、例えば、１秒とする。

以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００によれば、停電が発生する所定時間前から停電発生までの特異な電力需要データを除いた電力需要データと、停電が発生する所定時間前から停電発生までの特異な熱需要データを除いた熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニット１００を運転することができる。

これにより、停電が発生した場合でも燃料電池ユニット１００の運転に用いる電力需要データと熱需要データのうち少なくとも一方の信頼性を高めることができ、結果として、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システム２００による一次エネルギー削減効果をより確実に維持することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における燃料電池システム２００を構成する各機器は、実施の形態３と同様であるため実施の形態３と同様の構成要素については同一符号を付与し、重複する説明は省略する。

実施の形態４における燃料電池システム２００は、制御手段４が、データベース３に保存された停電期間を含む停電期間の所定時間前後の電力需要データを除いた電力需要データから電力需要の予測値を演算し、停電発生の所定時間前から所定時間後の熱需要データを除いた熱需要データから熱需要の予測値を演算し、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転する点で実施の形態３と異なっている。

電力需要の予測値の演算は、例えば、一定期間における時刻毎における電力需要データから、時刻毎の電力需要の傾向を把握し、未来の電力需要を予測する。熱需要の予測値の演算は、例えば、一定期間における時刻毎における湯使用量から、時刻毎の湯使用量の傾向を把握し、未来の湯使用量を予測する。一定期間は、例えば、季節による電力需要の変動を考慮し、４週間とするが、これに限らない。

燃料電池ユニット１００の運転計画は、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、策定される。例えば、燃料電池ユニット１００の供給する電力と熱を無駄なく利用してエネルギー効率を向上させる運転計画や、電気機器１の電力需要を最も優先させる運転計画などがある。

以上のように構成された燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を、図６を参照しながら説明する。

図６は、本実施の形態４の燃料電池システム２００の運転方法を示すフローチャートである。この動作は制御手段４の制御によって実行される。

図６に示すように、制御手段４は、例えば、燃料電池システム２００に電源が投入された時点をスタートとし、常時以下の動作を行う。なお、これに限らず、燃料電池ユニット１００が発電を開始した時点をスタートとしてもよい。

まず、制御手段４は、停電発生の有無を確認する（Ｓ４０１）。Ｓ４０１で制御手段４が停電発生を確認した場合（Ｓ４０１でＹｅｓ）には、Ｓ４０２に進む。

Ｓ４０２では、制御手段４は、データベース３に保存された停電期間を含む停電期間の所定時間前後の電力需要データを除いた電力需要データから電力需要の予測値を演算し、停電期間を含む停電期間の所定時間前後の熱需要データを除いた熱需要データから熱需要の予測値を演算し、Ｓ４０３へ進む。

停電期間を含む停電期間の所定時間前後の間において、計画停電などで事前に停電が発生することが燃料電池システム２００の利用者が分かっている時、停電が発生する所定時間前には、事前にシャワーを使用したり、停電期間中には、非停電時よりも電気機器１を使用しないように努めたり、停電終了直後から所定時間の間は、急いでＩＨの調理機器を使用したりと、家庭で非停電時に使用していないパターンで給湯機器や電気機器１を使用する可能性がある。

そのため、停電期間を含む停電期間の所定時間前後までの間に消費される電力量のパターンと熱消費量のパターンのうち少なくともどちらか一方は、非日常となり、この停電期間を含む停電期間の所定時間前後の間の電力需要データと熱需要データのうち少なくとも
どちらか一方は、特異なデータを含んでいることになる。

なお、所定時間前後とは、例えば、停電開始前１時間から停電終了直後から１時間とする。これに限らず、特異な電力需要や熱需要が想定される時間であればよい。

Ｓ４０３では、制御手段４は、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定し、Ｓ４０４へ移動する。

なお、Ｓ４０２では、制御手段４は、電力需要の予測値と、熱需要の予測値の両方を演算しているが、これに限らず、Ｓ４０３で運転計画策定に用いる電力需要、熱需要のどちらか一方の予測値のみを演算してもよい。

次に、Ｓ４０４で制御手段４は、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ４０１に戻る。Ｓ４０４からＳ４０１に戻る周期は、１秒とする。

Ｓ４０１で制御手段４が停電発生が無いことを確認した場合（Ｓ４０１でＮｏ）には、Ｓ４０５に進む。

Ｓ４０５で制御手段４は、データベース３に保存された電力需要データと、熱需要データのうち少なくとも一方に基づき燃料電池ユニット１００を運転し、Ｓ４０３へ進む。

以上のように、本実施の形態における燃料電池システム２００の構成をとると、停電期間を含む停電期間の所定時間前後の特異な電力需要データを除く電力需要データから、電力需要の予測値を演算し、停電期間を含む停電期間の所定時間前後の特異な熱需要データを除いた熱需要データから、熱需要の予測値を演算し、電力需要予測値と熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、燃料電池ユニット１００の運転計画を策定し、運転計画に基づき燃料電池ユニット１００を運転することができる。

これにより、停電が発生した場合でも、電力需要予測値と電力需要予測値の精度を高めることができるため、燃料電池ユニット１００を効率的に運転することができ、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システム２００による一次エネルギー削減効果を維持することができる。

以上のように、本発明に係る燃料電池システムは、停電時が発生した場合でも、停電が発生しない場合と同等の燃料電池システムによる一次エネルギー削減効果を維持することが可能となるので、家庭用燃料電池システムに好適である。

１ 電気機器
２ 電力需要計測手段
３ データベース
４ 制御手段
５ 熱利用機器
６ 熱需要計測手段
７ 給湯機器
８ 給湯需要計測手段
１００ 燃料電池ユニット
２００ 燃料電池システム

Claims (12)

1. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
   前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
   前記電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存された停電時を除く前記電力需要データに基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電時を除く前記電力需要データから電力需要予測値を演算し、前記電力需要予測値を基に、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
   前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
   前記電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記電力需要データに基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
4. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記電力需要データから電力需要予測値を演算し、前記電力需要予測値を基に、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
   請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
   前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
   前記電力需要計測手段から得た電力需要データを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記電力需要データに基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記電力需要データから電力需要予測値を演算し、前記電力需要予測値を基に、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
   請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、
   前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
   前記熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、
   前記電力需要計測手段から得た電力需要データと前記熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存された停電時を除く前記電力需要データと、前記データベースに保存された停電時を除く前記熱需要データのうち少なくとも一方に基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
8. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電時を除く前記電力需要データとから電力需要予測値を演算し、前記データベースに保存された停電時を除く前記熱需要データから熱需要予測値を演算し、前記電力需要予測値と前記熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
   請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、
   前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
   前記熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、
   前記電力需要計測手段から得た電力需要データと前記熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、
   前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記電力需要データと、前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記熱需要データのうち少なくとも一方に基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
10. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記電力需要データとから電力需要予測値を演算し、前記データベースに保存された停電が発生する所定時間前から停電発生までを除く前記熱需要データから熱需要予測値を演算し、前記電力需要予測値と前記熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
    請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 燃料を用いて電気機器に供給する電力を発電する燃料電池ユニットと、
    前記燃料電池ユニットで発生する熱を利用する熱利用機器と、
    前記電気機器の電力消費量を計測する電力需要計測手段と、
    前記熱利用機器の熱消費量を計測する熱需要計測手段と、
    前記電力需要計測手段から得た電力需要データと前記熱需要計測手段から得た熱需要データとを保存するデータベースと、
    前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記電力需要データと、前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記熱需要データのうち少なくとも一方に基づき前記燃料電池ユニットを運転する制御手段と、
    を備えることを特徴とする燃料電池システム。
12. 前記制御手段は、前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記電力需要データとから電力需要予測値を演算し、前記データベースに保存された停電終了時を起点とする停電終了から所定時間経過後までを除く前記熱需要データから熱需要予測値を演算し、前記電力需要予測値と前記熱需要予測値のうち少なくとも一方に基づき、前記燃料電池ユニットの運転計画を策定し、前記運転計画に基づき前記燃料電池ユニットを運転する、
    請求項１１に記載の燃料電池システム。

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