JP2017027707A - 燃料電池制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】天気予報及び複数の燃料電池の各々の稼働状況に基づいて複数の燃料電池の再起動の日程を決定し、各々の燃料電池の再起動の制御をする。【解決手段】CEMCサーバ92は、天気予報サーバ90から取得した現時点から7日間の天気予報の降水確率が所定の閾値以下の日をSOFC70A〜70Dが再起動可能な日とし、建物10A〜10Dの各々のHEMS30A〜30Dから取得したSOFC70A〜70Dの連続稼働時間が長いSOFCから優先的に再起動可能な日に割り当ててSOFC70A〜70Dの再起動の日程を設定する。HEMS30A〜30Dは、設定された日程に従ってSOFC70A〜70Dの再起動を実行する。【選択図】図1

Description

本発明は、建物に電力を供給する燃料電池を制御する燃料電池制御システムに関する。
固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)は燃料電池の中でも高い発電効率を有するが、安定的に発電するには燃料電池の動作温度が700〜1000℃に達する必要がある。したがって、燃料電池を停止させて温度が低下した後に燃料電池を再起動した場合は動作温度が安定した発電が可能な域に達するまでに時間がかかる。
このようなSOFCの特性から、SOFCによって自家発電を行う場合には、いったん装置を稼働させたら、燃料である都市ガス又はLPG(液化石油ガス)の供給が続く限り装置の稼働を継続することが一般的である。ただし、住宅に供給されるガスを制御するガスメータは、所定の時間以上連続したガスの供給を検知すると、ガス漏れなどの異常事態の蓋然性があるとして住宅へのガスの供給を遮断する制御を行うので、ガスの供給が遮断される前にSOFCを停止させ再起動する必要がある。SOFCを停止させると住宅に供給される電力が不足するので、太陽光発電装置によって燃料電池の発電能力を補填することも行われている。
例えば、特許文献1では、天気予報の情報とSOFCが稼働を開始した時からの経過時間とに基づいて、太陽光発電装置による発電が可能な時期をSOFCを再起動する時期として決定し、決定した時期にSOFCを再起動する自家発電システムが提案されている。
特開2014−179169号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、太陽光発電装置を共有し、かつ各々がSOFCを備える複数戸の住宅が存在する場合に、太陽光発電装置による発電が可能な時期に複数戸の住宅で同時にSOFCを再起動のために停止させると、太陽光発電装置から供給される電力が不足するおそれがあった。
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、天気予報及び複数の燃料電池の各々の稼働状況に基づいて複数の燃料電池の再起動の日程を決定し、各々の燃料電池の再起動の制御をする燃料電池制御システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための第1の態様は、可燃性のガスを燃料とする燃料電池、及び該燃料電池を制御すると共に該燃料電池の連続稼働時間を記憶する燃料電池制御部を各々備えた複数の建物と、太陽光を受けて発電した電力を前記複数の建物の各々に供給する太陽光発電部と、現時点から所定日数の間の天気予報の降水確率が所定の閾値以下の日を前記燃料電池が再起動可能な日とし、前記複数の建物の各々の燃料電池制御部から取得した各々の燃料電池の連続稼働時間が長い燃料電池から優先的に前記再起動可能な日に割り当てて前記燃料電池の再起動の日程を設定し、該設定した日程で前記複数の建物の燃料電池制御部の各々に燃料電池の再起動を実行させる統括制御部と、を備える。
第1の態様によれば、取得した所定日数の天気予報の情報から燃料電池が再起動可能な日を決定し、連続稼働時間が長い燃料電池から優先的に再起動可能な日に割り当てることにより、複数の燃料電池の再起動の日程を決定することができる。
第2の態様は、請求項1に記載の発明において、前記統括制御部は、降水確率が前記所定の閾値以下の日での前記太陽光発電部の発電量に基づいて1日で再起動可能な燃料電池の台数を算出すると共に、現時点から前記所定日数が経過するまでに前記連続稼働時間が所定の規定時間を超える燃料電池を再起動を要する燃料電池とし、再起動を要する燃料電池の台数が、降水確率が所定の閾値以下の日と前記1日で再起動可能な燃料電池の台数との積を超える場合には、前記所定の閾値を引き上げて前記燃料電池を再起動する日程を決定する。
第2の態様によれば、再起動を要する燃料電池の台数が、降水確率が所定の閾値以下の日に割り当てきれない場合には、降水確率の所定の閾値を引き上げて燃料電池を再起動する日程を決定することができる。
以上説明したように、本発明に係る燃料電池制御システムは、天気予報及び複数の燃料電池の各々の稼働状況に基づいて複数の燃料電池の再起動の日程を決定し、各々の燃料電池の再起動の制御をするという効果を有する。
本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システムの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システムにおけるHEMSの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る燃料電池制御システムのCEMSサーバにおいて日毎に行われるSOFCの再起動制御の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システムにおける停止期限表の一例である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システムにおける降水確率表の一例である。 降水確率閾値が10%引き上げられた場合の降水確率表の一例である。 最低降水確率が50%以上の場合の降水確率表の一例である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システムにおける緊急用割当処理の一例を示したフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池制御システム100の一例を示す概略図である。
本実施の形態では、系統電力12及び太陽光発電装置16からの電力が、複数の建物10A,10B,10C,10Dの各々の分電盤14A,14B,14C,14Dに供給されている。図1では、便宜上、建物10A〜10Dの4戸が記載されているが、太陽光発電装置16は4戸以上の建物で共有できる。なお、太陽光発電装置16には、太陽電池パネルが発電した直流を交流(例えば、100V、50Hz)に変換可能なインバータ等の変換手段が設けられている。図1に示した建物10A〜10Dは、一地域に複数の建物が立地し、電力、水、ガス等の供給が統合的に管理された、いわゆるスマートコミュニティを構成しているが、建物10A〜10Dをマンション等の集合住宅の各戸とみなしてもよい。
また、分電盤14A,14B,14C,14Dには、SOFC70A,70B,70C,70Dが発電した電力が各々供給されている。SOFC70A〜70Dは、SOFC70A〜70Dが各々発電した直流を交流(例えば、100V、50Hz)に変換可能なインバータ等の変換手段(図示せず)が設けられている。
本実施の形態では、建物10A,10B,10C,10Dは基本的にはSOFC70A,70B,70C,70Dが発電した電力を消費し、不足分は太陽光発電装置16の電力で補填し、さらに電力が不足する場合には系統電力12から供給される電力で補填する。
SOFC70A〜70Dには、燃料である可燃性のガスが供給されており、SOFC70A,70B,70C,70Dに供給されるガスの流量はガスメータ72A,72B,72C,72Dによって計測される。ガスメータ72A,72B,72C,72Dは開閉可能な電磁弁(図示せず)を含み、ガスメータ72A,72B,72C,72Dは、長期間ガスが使用され続けているような場合に、電磁弁を制御してSOFC70A,70B,70C,70Dへのガスの供給を停止する。
SOFC70A,70B,70C,70Dは、建物内のエネルギーの管理や制御を行うHEMS(Home Energy Management System)30A,30B,30C,30Dに各々接続され、SOFC70A,70B,70C,70DはHEMS30A,30B,30C,30Dによって各々制御される。例えば、SOFC70A,70B,70C,70Dは、各々HEMS30A,30B,30C,30Dからの指令によって、稼働開始及び稼働停止すると共に、一時的に稼働を停止した後に稼働を再開する再起動をする。また、HEMS30A,30B,30C,30Dは各々、SOFC70A,70B,70C,70Dの稼働開始(再起動)の年月日時、稼働開始後(再起動後)からの連続稼働時間等の制御の履歴を記憶する。
HEMS30A,30B,30C,30Dにはガスメータ72A,72B,72C,72Dが各々接続されている。ガスメータ72A,72B,72C,72DからはSOFC70A,70B,70C,70Dが各々起動したことによりガスの供給を開始した年月日時、ガスの流量等の情報がHEMS30A,30B,30C,30Dに各々送信される。
HEMS30A,30B,30C,30Dはインターネット等のネットワーク80に接続されている。HEMS30A,30B,30C,30Dはネットワーク80を介して、天気予報サーバ90と通信可能に構成されている。
天気予報サーバ90は、気象庁等の気象情報を扱う機関に設置されたサーバであり、ネットワーク80を介して天気予報等の気象情報を配信する。
また、HEMS30A,30B,30C,30Dは、ネットワーク80を介して建物10A〜10Dを含む地域のエネルギーを包括的に管理するCEMS(Community Energy Management System)サーバ92に接続されている。後述するように、本実施の形態では、CEMSサーバ92が、天気予報サーバ90から取得した情報に基づいてSOFC70A,70B,70C,70Dの再起動が可能な日を予測すると共に、HEMS30A,30B,30C,30Dから取得したSOFC70A,70B,70C,70Dの連続稼働時間からSOFC70A,70B,70C,70Dの各々の再起動の優先順位を決定する。
なお、本実施の形態で、建物10A,10B,10C,10Dの戸数の上限は、太陽光発電装置16の定格出力に影響される。上述のように建物10A,10B,10C,10Dは基本的にはSOFC70A,70B,70C,70Dが発電した電力を消費し、不足分は太陽光発電装置16の電力で補填するので、SOFC70A,70B,70C,70Dが停止した場合の電力の不足分は太陽光発電装置16の電力で補填する。
したがって、降水確率が所定の閾値以下の日での太陽光発電装置16の発電量に基づいて1日で再起動可能なSOFC70A,70B,70C,70Dの台数を決定する必要がある。本実施の形態では、下記の式(1)に示したように、降水確率0%の日での太陽光発電装置16の定格出力に基づく1日の発電量と建物10A,10B,10C,10Dの平均消費電力量の1日分との商を、1日で再起動が可能なSOFC70A,70B,70C,70Dの台数とする。
[SOFC再起動可能台数/日]
=[太陽光発電装置発電量/日]÷[各建物の平均消費電力量/日] …(1)
さらに、ガスメータ72A,72B,72C,72Dが連続してガスを供給できる日数のうち、太陽光発電装置16の発電量が再起動で停止するSOFC70A,70B,70C,70Dの発電量を補填できる日を再起動可能日として算出する。再起動可能日は、過去の気象統計から太陽光発電装置16が十分に稼働できる日を抽出して算出する。なお、ガスメータ72A,72B,72C,72Dが連続してガスを供給できる規定時間である日数は、ガスメータ72A,72B,72C,72Dの仕様によって異なるが、本実施の形態では26日である。
以上より、建物10A,10B,10C,10Dの戸数の上限は、下記の式(2)に示したように、SOFC再起動可能台数/日と再起動可能日との積で算出される。
[建物の戸数の上限]
=[SOFC再起動可能台数/日]×[再起動可能日] …(2)
図2は、本実施の形態に係る燃料電池制御システム10におけるHEMS30Aの概略構成を示すブロック図である。HEMS30B,30C,30Dも、概略構成はHEMS30Aと同様なので、代表例としてHEMS30Aの概略構成を示し、HEMS30B,30C,30Dについては詳細な説明は省略する。
HEMS30Aは、CPU(Central Processing Unit)32と、HDD(Hard Disk Drive)34と、RAM(Random Access Memory)36と、ネットワークI/F部38と、ROM(Read Only Memory)40とを含む。また、HEMS30Aは表示部42と、操作入力部44と、バス46とを含んでおり、情報を入力する端末と情報を表示する端末との機能を有している。
CPU32は、HEMS30Aの全体の動作を司るものである。HDD34はSOFC70Aの制御のプログラム、天気予報サーバ90及びCEMSサーバ92との通信プログラム、OS(Operating System)及び各プログラムの実行に供するデータ等が記録される不揮発性の記憶装置である。また、HDD34には、SOFC70Aの稼働開始(再起動)の年月日時、稼働開始後(再起動後)からの連続稼働時間等の制御の履歴も記憶される。RAM36は、OS、プログラム又はデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークI/F部38は、ネットワーク80に接続するためのものであり、NIC(Network Interface Card)やそのドライバで構成される。ROM40は、HEMS30Aの起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部42は、SOFC70A等に関する情報をユーザに表示するものである。操作入力部44は、ユーザがSOFC70Aを操作する等の場合に用いられるものであり、一例としてタッチパネル、キーボード等の入力装置及びトラックボール、ペンタブレット又はマウス等のポインティングデバイスが含まれる。バス46は、情報のやりとりが行われる際に使用される。
図3は、本実施の形態に係る燃料電池制御システム100のCEMSサーバ92において日毎に行われるSOFC70A〜70Jの再起動制御の一例を示したフローチャートである。ステップ700では、図4に示した停止期限表を更新し、現時点から所定日数が経過するまでに連続稼働時間が所定の規定時間を超える燃料電池を再起動を要する燃料電池として抽出する。本実施の形態では、所定日数は週間天気予報の情報を用いるため7日間であり、所定の規定時間はガスメータ72A〜72Jが連続してガスを供給できる日数であり、本実施の形態では26日である。したがって、本実施の形態では、ステップ700で連続稼働時間が所定の規定時間を超えるまでの期限が1週間以内の件数Aをカウントする。
図4は、停止期限表の一例である。図4において、建物10A〜10Jまでの10戸が存在し、各建物には、SOFC70A〜70Jが各々設けられているとする。図4に示したように、再起動期限までの残日数が1週間以内の建物は建物10A,10B,10Cである。ステップ700では、これら3件を件数Aとしてカウントする。なお、停止期限表の残日数は、CEMSサーバ92が建物10A〜10JのHEMS30A〜30JからSOFC70A〜70Jの制御の履歴を取得し、当該履歴の記載に基づいて更新する。
ステップ702では、図5に示した降水確率表を更新する。図5は、本実施の形態に係る燃料電池制御システム100における降水確率表の一例である。図5に示した降水確率表は、現時点から1週間の降水確率が記載されている。降水確率表は、天気予報サーバ90から天気予報のデータを取得して更新される。降水確率表が1週間の降水確率を記載しているのは、上述のように1週間の天気を予測した週間天気予報の情報を援用しているためである。したがって、例えば、現時点から10日間の天気予報を取得可能であれば、所定日数は上述のような7日間には限定されない。
ステップ704では、更新した降水確率表からSOFC70A〜70Jの再起動が可能な日であるSOFC停止割当の日の数Bを抽出する。SOFC停止割当の日は、降水確率が0%の日である。図5に示したように、降水確率が0%の日には「割当可否」の欄に○印が記載されている。本実施の形態では、便宜上、SOFC70A〜70Jの再起動が可能な日に1台のSOFC70A〜70Jを割り当てている。しかしながら、上述のように、降水確率が所定の閾値以下の日での太陽光発電装置16の発電量に基づいて算出した1日で再起動可能な燃料電池の台数が複数台の場合には、再起動が可能な日に複数台のSOFC70A〜70Jを割り当てることができる。
ステップ706では、再起動までの期限が1週間以内の件数AよりもSOFC停止割当の日の数Bが多いか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ708で降水確率表の割当可の日に再起動の期限が短い順に仮割当をする。図5において、「割当宅」の欄にはA(建物10A、SOFC70A),B(建物10B、SOFC70B),C(建物10C、SOFC70C),D(建物10D、SOFC70D)が、各々降水確率が0%の日に割り当てられている。
なお、上述のように、再起動が可能な日に複数台のSOFC70A〜70Jを割り当てることができる場合には、ステップ706では、再起動までの期限が1週間以内の件数Aよりも、降水確率が所定の閾値以下である停止割当の日の数Bと1日で再起動可能なSOFC70A〜70Jの台数との積の方が大きいか否かを判定する。
ステップ710では、各建物においてSOFCの再起動の期限を遵守して居るか否かを判定し、肯定判定の場合には処理をリターンする。その後は、再起動日を割り当てられた建物のHEMSによって当該建物が備えるSOFCが再起動される。SOFC70A〜70Jを再起動する場合には、HEMS30A〜70Jの表示部42に再起動する予定日、再起動を行うこと、再起動によりSOFCが停止中であること、再起動が完了したことを各々表示する。
ステップ706で否定判定の場合には、ステップ712で0%だった降水確率閾値を10%引き上げる。図6は、降水確率閾値が10%引き上げられた場合の降水確率表の一例である。降水確率閾値が10%に引き上げられたことで、A(建物10A、SOFC70A),B(建物10B、SOFC70B),C(建物10C、SOFC70C)が1週間以内に再起動が可能になる。降水確率閾値を引き上げると、再起動時に太陽光発電装置16の発電量が不足するおそれがあるが、不足分は系統電力12によって補填する。
ステップ714では、降水確率表で最も低い降水確率が50%以上か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ716で緊急用割当処理を行って処理をリターンする。ステップ714で否定判定の場合には、手順をステップ704に戻し、SOFC停止割当の日の数Bを再抽出する。
図7は、最低降水確率が50%以上の場合の降水確率表の一例である。降水確率表が図7に示したような場合には、図8に示した緊急用割当処理を行う。
ステップ800では、降水確率閾値を50%として、降水確率表からSOFC70A〜70Jの再起動が可能な日であるSOFC停止割当の日の数Cを抽出する。図7に示したように、降水確率が50%の日には「割当可否」の欄に○印が記載されている。
ステップ802では、再起動までの期限が1週間以内の件数AよりもSOFC停止割当の日の数Cが多いか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ804で降水確率表の割当可の日に再起動の期限が短い順に割り当てて処理をリターンする。
ステップ802で否定判定の場合には、降水確率表の割当可の日に2軒まで割り当てる。図7に示されたのは、降水確率が50%の日は0日後と5日後の2日しかないが、1週間以内にA(建物10A、SOFC70A),B(建物10B、SOFC70B),C(建物10C、SOFC70C)が再起動を要する場合である。かかる場合には、例えば、0日後にA,Bを割り当て、5日後にCを割り当てる。
ステップ808では、1週間以内に再起動を要するSOFCの全てが割り当てられたか否かを判定し、肯定判定の場合には処理をリターンする。ステップ808で否定判定の場合には、ステップ810で降水確率表において降水確率が低い日から再起動が必要なSOFCを割り当て、処理をリターンする。
以上説明したように、本実施の形態によれば、天気予報及び複数の燃料電池の各々の稼働状況に基づいて複数の燃料電池の再起動の日程を決定し、各々の燃料電池の再起動の制御をすることが可能となる。
なお、特許請求の範囲に記載の統括制御部は、本実施形態のCEMSサーバ90に相当し、特許請求の範囲に記載の燃料電池制御部は、本実施形態のHEMS30A,30B,30C,30Dに相当する。
10 燃料電池制御システム
10A,10B,10C,10D 建物
16 太陽光発電装置
30A,30B,30C,30D HEMS
32 CPU
34 HDD
36 RAM
38 ネットワークI/F部
40 ROM
42 表示部
44 操作入力部
46 バス
70A,70b,70c,70d SOFC
80 ネットワーク
90 天気予報サーバ
92 CEMSサーバ
100 燃料電池制御システム

Claims (2)

  1. 可燃性のガスを燃料とする燃料電池、及び該燃料電池を制御すると共に該燃料電池の連続稼働時間を記憶する燃料電池制御部を各々備えた複数の建物と、
    太陽光を受けて発電した電力を前記複数の建物の各々に供給する太陽光発電部と、
    現時点から所定日数の間の天気予報の降水確率が所定の閾値以下の日を前記燃料電池が再起動可能な日とし、前記複数の建物の各々の燃料電池制御部から取得した各々の燃料電池の連続稼働時間が長い燃料電池から優先的に前記再起動可能な日に割り当てて前記燃料電池の再起動の日程を設定し、該設定した日程で前記複数の建物の燃料電池制御部の各々に燃料電池の再起動を実行させる統括制御部と、
    を備えた燃料電池制御システム。
  2. 前記統括制御部は、降水確率が前記所定の閾値以下の日での前記太陽光発電部の発電量に基づいて1日で再起動可能な燃料電池の台数を算出すると共に、現時点から前記所定日数が経過するまでに前記連続稼働時間が所定の規定時間を超える燃料電池を再起動を要する燃料電池とし、再起動を要する燃料電池の台数が、降水確率が所定の閾値以下の日と前記1日で再起動可能な燃料電池の台数との積を超える場合には、前記所定の閾値を引き上げて前記燃料電池を再起動する日程を決定する請求項1記載の燃料電池制御システム。
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