JP2017526149A - 燃料電池と充電可能なバッテリとを備えるエネルギ生成システム、およびそのようなシステムを実現する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガスネットワーク（２）によって供給される燃料電池（７１）と、充電可能なエネルギ貯蔵システム（７２）とを含む、低電力エネルギを生成するためのシステム（１）に関する。また、本発明は、そのようなエネルギ生成システムを実現するエネルギ生成方法およびエネルギ管理方法に関する。

Description

本発明は、電子システムに電気エネルギを供給するためのエネルギハーベスティングシステムの分野に関する。

より特定的には、本発明は、燃料電池を備えるエネルギ生成システムに関する。また、本発明は、そのような装置を実現するエネルギ生成方法およびエネルギ管理方法に関する。

産業環境に存在する電子システム、特に測定システム（またはセンサ）は、ますますエネルギ消費が少なくなってきており、ますます無線周波数システムによって通信を行うようになってきている。これらの要因を考えると、これらの電子システムのエネルギオートノミーは、ますます注目を集めるようになっている問題である。最近では、それらの電力供給は、電源または電気化学電池（酸化還元反応）によって確保されている。これらの電力供給解決策は、コストがかかり、エネルギレベルが限定され、技術展開面で制約がある。

今日の目的は、人間の介入なしに長期にわたって機能する能力を電子システムに与えることである。設置される製品は全て、「インストールアンドフォーゲット（設置したら忘れてしまっても構わない）」という表現で形容される同一の原理の方を好み、「インストールアンドフォーゲット」は、マルチメディア周辺装置における「プラグアンドプレイ（plug and play）」の等価物である。通信および電力供給の観点から、これらのシステムは、設置時から、それらの環境に組み込まれなければならない。

電子システムの問題点は、それらの主要な機能（センサ、アクチュエータ）に加えて、環境内に存在するエネルギを発見することによって電力供給に関連するコストをいかにして最小化するかということである。

現在、電子システムの環境は、必ずしも高エネルギであるとは限らず、このエネルギ源の制約が電子システムの機能を制限している。

現在のところ、電子システムにエネルギを供給するための解決策は、以下の３つである：
・電力供給されるべきシステムまでケーブルを持っていくことが物理的および金銭的に可能である場合に電源によって供給される電力
・酸化還元電池による電力供給
・環境に存在するエネルギを得るエネルギハーベスティングシステムによる電力供給。このエネルギ源は、放射性のものであってもよく、熱によるものであってもよく、機械的なものであってもよく、または化学的なものであってもよい。２つのメンテナンス期間の間の時間間隔を増加させるために、変換器によって周囲環境から得られるエネルギにより充電されるバッテリによる電力供給の解決策を検討することができる。

電源によって電力供給される電子システムの場合、この解決策は、以下の欠点を示す：
・物理的欠点：アクセスが困難な位置に配置されたシステムは、システムに電力供給するためのケーブルを設置することができない
・金銭的欠点：システムが電気ネットワークから遠く離れている場合、そのような電力供給のコストは非常に高くなる。

電池による電子システムへの電力供給の解決策も、特に以下の欠点を示す：
・システムの寿命は、メンテナンスを行わなければ電池の寿命に依存し、当該電池の寿命は、電池の技術、電子システムの消費量に応じた電池の容量、利用可能なスペースが減少した場合に電池の設置を妨げる電池の体積、および電池の重量に関連する
・電子システムのライフサイクル中に電池を繰返し交換することを必要とするメンテナンスのコスト。

放射エネルギ、機械的エネルギおよび熱エネルギを得るタイプのエネルギハーベスティング解決策も、特に以下の欠点を示す：
・利用可能なエネルギは、環境に依存する
・環境に存在するエネルギは、必ずしも十分であるとは限らない
・エネルギ量は、最大電力の点で制限される場合がある
・利用可能なエネルギの評価および予測は、時として複雑である場合がある。

ガス供給ネットワークは、ガス供給ネットワークが輸送するガスによって、これらのネットワークに設置されたセンサのための無限のエネルギの供給源を表わす。天然ガスで動作する燃料電池解決策が存在する。それらは、小さな電子システムに電力供給するための解決策に適しておらず、大抵高温で動作し、限られた動作寿命期間を有する。ここでは、問題は以下の３点にある：
・これら全てのコンポーネントを用いて天然ガスで動作する燃料電池を有することの難しさ
・昨今ではガスネットワークで連続的に動作するのに技術的に十分でない燃料電池、特に固体酸化物燃料電池（一般にＳＯＦＣという頭字語で表現される）の寿命
・天然ガス中に硫黄元素が存在することに関連するＳＯＦＣタイプの燃料電池の動作の問題。

電子システムにエネルギを供給するための上記の３つの解決策のうち、第３のエネルギハーベスティングタイプの解決策が、現在のところ、ロジスティックスおよびコストの点で、電子システムに電力供給するために最も関心を引いている。放射エネルギ、機械的エネルギおよび熱エネルギの制約は、依然として、環境内で利用可能なエネルギである。

天然ガスネットワークに存在する電子システムの電力供給の文脈では、大量かつ無限の量で存在するパイプラインの環境における利用可能なエネルギ源は、依然として天然ガスである。

しかし、それを利用することは問題がある。なぜなら、燃料電池は、限られた寿命期間を有し、第三者によるエネルギ入力（電気的接続）がなければ低温で動作することがしばしば複雑である高温改質システムを要求するからである。

上記の欠陥および欠点を解決するために、出願人は、燃料電池と充電可能なバッテリとを組み合わせたエネルギ生成システムを開発し、燃料電池は、標準的なガスネットワークで使用されるガスで動作し、大気からの酸素を供給されることができる。そのような装置により、測定システム（センサ）、無線通信システム、アクチュエータ、機械的、音または光警報システムなどの電子システムなどのエネルギ消費機器に連続的に電力供給するこが可能になる。

エネルギ消費機器に連続的に電力供給することは、本願の意味の範囲内で、電流による連続的な電力供給ではなく、電力供給における供給の潜在的中断または中断のないエネルギ消費機器の電力供給を意味するよう理解されるべきである。

ガスネットワークは、本願の意味の範囲内で、ガス分配ネットワークを意味するが、民間または産業施設の内部のガスネットワーク、ガス輸送ネットワーク、ガス貯蔵施設、液化天然ガス（liquefied natural gas：ＬＮＧ）供給システム、ならびにオイルおよびガス抽出プラットフォームも意味するよう理解されるべきである。

燃料電池と電気エネルギ貯蔵装置との組み合わせは、先行技術から公知である。
したがって、特に国際公開第２００７／１４２１６９号には、電気エネルギを蓄えるためのキャパシタを備える燃料電池、および上記電池を使用する方法が記載されている。しかし、この特許には、本発明の場合のような別のシステムに電力供給するためではなく、電池自体に蓄えられる電気エネルギの使用が記載されている。さらに、国際公開第２００７／１４２１６９号には、電池／バッテリ対の定格および定格と関連するその動作については記載されていない。

したがって、本発明の主題は、ガスネットワークに接続されるよう意図されるエネルギ生成システムであり、上記生成システムは、
上記ネットワークから上記エネルギ生成システムへのガス取入れダクトと、
排出物排出ダクト（システム、ガスネットワークまたは第三者を危険にさらすことのない排出物であるＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＯ_２）と、
燃料電池を備えるエネルギ生成ユニットとを備え、上記燃料電池は、
上記取入れダクトに接続された分岐接続部によってガスを供給され、分岐接続部におけるガスは、ポンプを用いて圧力差によって、または自然に存在する圧力勾配によって移動させることができ、上記燃料電池はさらに、
空気取入れダクトによって酸素を供給され、
上記生成システムはさらに、
上記燃料電池のための管理装置を備える管理モジュールを備え、
上記システムは、燃料電池が固体酸化物燃料電池（通常ＳＯＦＣという頭字語によって表現される）であることを特徴とし、
上記システムは、エネルギ生成ユニットが、上記燃料電池に関連付けられる充電可能な電気エネルギ貯蔵システム（例えば充電可能なバッテリ）も備え、管理モジュールが、電気エネルギ貯蔵システムの充電を制御するための電気貯蔵システムのための管理装置も備えることを特徴とする。

有利には、エネルギ生成システムは、平均して１〜１００ｍＷのエネルギを消費するエネルギ消費機器に連続的に供給することに適している。

本発明に係るエネルギ生成システムは、周囲エネルギハーベスティング解決策である。なぜなら、それは、貯蔵エネルギの使用を回避することを可能にし、そのためメンテナンスまたは充電動作を制限するからである。したがって、本発明に係るエネルギ生成システムにはガス貯蔵装置がない。

さらに、本発明に係るエネルギ生成システムは、エネルギ消費機器に連続的に電力供給することに適しているが、このシステムにおける燃料電池は、連続的でなく断続的に、すなわち電気貯蔵システム（通常バッテリ）を充電するようにのみ動作し、この充電の頻度は、電力供給される電子システムの消費量によっては数時間〜１年であることができる。したがって、貯蔵エネルギは、この期間の終了時に所望の放電レベルに達するような定格にされる。事実上、燃料電池は、以下の２つの現象により限られた寿命期間を有する：
・オン／オフサイクルの回数
・動作時間。

一方、燃料電池は、カレンダ寿命を持たない。このことは、燃料電池が、理論上は、１０年後には動作していないかもしれず、新品の場合と同一のオン／オフサイクルの回数および同一の動作時間を有していないかもしれないことを意味する。

燃料電池の寿命は、１０００時間から最も効率的な場合には１０００００時間であってもよいが、一般に、燃料電池の寿命は、約５０００時間である。１年に８７６０時間あると考えると、５０００時間の動作寿命を有する燃料電池は、連続して１年よりも長く動作することはできない。

ＳＯＦＣ燃料電池とバッテリなどの電気エネルギ貯蔵システムとを組み合わせた本発明に係るエネルギ生成システムにより、永久的にエネルギを供給する必要なしに生成されたエネルギを貯蔵することが可能である。

さらに、単独で使用される燃料電池は、センサに電力供給するために必要な電流ピークとの関連で長すぎる（一般に数秒）の反応時間を有する。本発明に係るエネルギ生成システムにおいて燃料電池と（バッテリなどの）電気エネルギ貯蔵システムとを組み合わせることにより、センサが要求するエネルギの量と燃料電池が出力することができるエネルギとの間にバッファを設けることが可能になる。

本発明に係るエネルギ生成システムにおいて、燃料電池は、固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣであり、さまざまなタイプの炭化水素で動作し、水素でも動作することを可能にする。燃料電池は、炭化水素を水素に変換するための改質システムを備える。

エネルギ生成ユニットに供給されるガスは、天然ガス、液化天然ガス、ＬＮＧに由来する蒸発ガス、都市ガス、バイオガス、バイオメタン、代替天然ガス、または水素であってもよい。

バイオガスは、本願の意味の範囲内で、バイオマスのメタン化に由来するガスまたは第二世代バイオガスを意味するよう理解されるべきである。

燃料電池を取入れダクトに接続する分岐接続部は、アクチュエータまたは浸透によって制御されてもよい。この分岐接続システムにより、パイプライン内の酸化性物質を回収することが可能になる。

有利には、本発明に係るエネルギ生成システムの固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣは、断熱システムによって熱的に断熱されてもよく、加熱システムを備えてもよい（温度は、電子加熱または化学的加熱（上記燃料電池を加熱するための燃焼）によって上昇および維持される）。

そのために、固体酸化物燃料電池は、好ましくは、管の形態のシステムで構成される管状構造または微小管状構造を備える。この構成は、材料の熱膨張および関連する機械的応力に対してより耐性があり、そのため、これらの熱膨張現象に関連付けられる経年変化の加速を回避することを可能にする。しかし、他の構成が本発明から除外されるものではない。

有利には、電気エネルギ貯蔵システムのための管理装置は、燃料電池のためのエネルギ供給を管理するための電子装置であってもよい。

有利には、本発明に係るエネルギ生成システムは、ガス取入れダクトの入力部であって燃料電池の上流に、燃料電池の動作にとって有害な、ガス中に存在する硫黄分子を除去することを可能にする受動脱硫フィルタを備えてもよい。

有利には、本発明に係るエネルギ生成システムは、燃料電池によって生成される排出物（ＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＯ_２）のための排出システムまたは処理システムも備えてもよい。排出物排出システムにより、第三者またはガスネットワークにとって有害であろう排出物廃棄物を回避することが可能になる。

また、本発明の別の主題は、ガスネットワークに接続されるよう意図されるエネルギ生成システムを実現するエネルギ管理方法であり、上記エネルギ生成システムは、
上記ネットワークから上記エネルギ生成システムへのガス取入れダクトと、
排出物排出ダクトと、
固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣを備えるエネルギ生成ユニットとを備え、上記燃料電池は、
上記取入れダクトに接続された分岐接続部によってガスを供給され、
空気取入れダクトによって酸素を供給され、
上記エネルギ生成システムはさらに、
上記燃料電池に関連付けられる充電可能な電気エネルギ貯蔵システムと、
管理モジュールとを備え、上記管理モジュールは、上記燃料電池のための管理装置と、上記電気エネルギ貯蔵システムの充電を制御するための上記電気貯蔵システムのための管理装置とを備え、
上記方法は、０．１Ｗｈ〜１００Ｗｈのエネルギを有する電気エネルギ貯蔵システムが、エネルギ生成ユニットの所望の寿命に応じて予め定められた閾値まで放電されると、管理モジュールが燃料電池を起動させることを特徴とする。

有利には、エネルギ管理方法において、電気エネルギ貯蔵システムが、５年〜２０年の電力供給期間中に貯蔵容量の６０〜９９％、好ましくは貯蔵容量の７０〜９０％の閾値まで放電されると、管理モジュールは燃料電池を起動させてもよい。

また、本発明の別の主題は、ガスネットワークに接続されるよう意図されるエネルギ生成システムを実現するエネルギ生成方法であり、上記エネルギ生成システムは、
上記ネットワークから上記エネルギ生成システムへのガス取入れダクトと、
排出物排出ダクトと、
固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣを備えるエネルギ生成ユニットとを備え、上記燃料電池は、
上記取入れダクトに接続された分岐接続部によってガスを供給され、
空気取入れダクトによって酸素を供給され、
上記エネルギ生成システムはさらに、
上記燃料電池に関連付けられる充電可能な電気エネルギ貯蔵システムと、
管理モジュールとを備え、上記管理モジュールは、上記燃料電池のための管理装置と、上記電気エネルギ貯蔵システムの充電を制御するための上記電気貯蔵システムのための管理装置とを備え、
上記方法は、燃料電池が、平均して１ｍＷ〜１Ｗのエネルギを消費するエネルギ消費機器に連続的に供給することを特徴とする。

本発明に係るエネルギ生成方法において、エネルギ貯蔵システムは、燃料電池をオンに切替え、必要であれば燃料電池をオンに再び切替えることにも使用されてもよい。

好ましくは、本発明に係るエネルギ生成方法において、燃料電池は、平均して１ｍＷ〜１００ｍＷのエネルギを消費するエネルギ消費機器に連続的に供給してもよい。１ｍＷを下回ると、本発明に係るエネルギ生成システムによる電力供給の解決策はもはや経済的に競争力がなく、１００ｍＷを上回ると、技術的制約が大きくなり過ぎる。

本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、燃料電池は、有利には、断熱システムと、上記燃料電池を加熱するための加熱システムとを備えてもよい。

そのために、固体酸化物燃料電池は、好ましくは、管の形態のシステムで構成される管状構造または微小管状構造を備えることができるであろう。この構成は、材料の熱膨張および関連する機械的応力に対してより耐性があり、そのため、これらの熱膨張現象に関連付けられる経年変化の加速を回避することを可能にする。電気エネルギ貯蔵システムの容量が５年〜２０年の電力供給期間中に貯蔵容量の６０〜９９％、好ましくは貯蔵容量の７０〜９０％の閾値まで放電されると、燃料。

有利には、貯蔵装置は、燃料電池技術および上記電気貯蔵システムの性能基準に従って電力供給期間を最適化するような定格にされ、最小定格は、以下の式に従う。

Ｄは、動作電力Ｐ_ｆｃｔによる電池のカレンダ寿命であり、
ｄは、消費機器にとって所望の電力供給期間であり、
Ｃ_ｍｉｎは、バッテリの最小容量であり、
Ｐは、必要な連続電力であり、
Ｎ_ＰａＣは、燃料電池のサイクルの回数であり、
Ｎ_{ｓｔｏｃｋ}は、貯蔵システムのサイクルの回数であり、
Ｎ_ｍｉｎ＝ｍｉｎ（Ｎ_ＰａＣ，Ｎ_{ｓｔｏｃｋ}）であり、
燃料電池のサイクル性が貯蔵システムのサイクル性よりも大きい場合、
α（％として）は、バッテリ技術に従ったトリガ閾値であり、
Ｅ_ｐｉｌｅは、電池が生成することができる合計エネルギであるとすると、
（１）Ｅ_ｐｉｌｅ＝Ｄ×Ｐ_ｆｃｔ
（２）Ｅ_ｐｉｌｅ＞ｄ×Ｐ
（３）Ｃ_ｍｉｎ＝α×Ｅ_ｐｉｌｅ／Ｎ_ｍｉｎであり、
要素αは、使用される電気貯蔵技術に関連し、
要素αは、
本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、電気エネルギ貯蔵システムのための電子管理装置が、燃料電池のための流体の供給および電気消費機器（例えばセンサ）のための電気エネルギの供給も管理することができ、
電気エネルギ貯蔵システムの容量が５年〜２０年の電力供給期間中に予め定められた閾値まで放電されると、電子管理装置は燃料電池の起動を引き起こす、ということを考慮に入れなければならない。

有利には、電子管理装置は、電池の起動を引き起こしてもよい：
・電気貯蔵システムの自己放電
・動作温度に応じた電気貯蔵容量
・電気貯蔵システムのカレンダ寿命
・時間に応じた電気貯蔵システムの容量の減少
・電力需要のための電流ピークを供給するための電気貯蔵システムの容量。

貯蔵の種類によって、αは、１．５〜３の値を有してもよい。
本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、エネルギ生成システムは、燃料電池の上流に、ガス中に存在する硫黄分子を除去することを可能にする受動脱硫フィルタも備えてもよい。

本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、エネルギ生成システムは、燃料電池によって生成される排出物のための排出システムまたは処理システムも備えてもよい。

本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、ガスは、天然ガス、液化天然ガス、ＬＮＧに由来する蒸発ガス、都市ガス、バイオガス、バイオメタン、代替天然ガス、または水素であってもよい。

本発明の他の利点および特定の特徴は、添付の図面を参照して、非限定的な例として考えられる以下の説明から得られるであろう。

本発明に係るエネルギ生成システムの概略理論図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第１の例示的な実施形態の断面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第１の例示的な実施形態の側面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第２の例示的な実施形態の側面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第２の例示的な実施形態の断面図を示す。 固体燃料電池が微小管状構造を有する、本発明の第２の変形実施形態に係るエネルギ生成システムの概略断面図を示す。 図４の燃料電池の一組の微小管の概略斜視図を示す。

図１〜図４に示される同一の要素は、同一の参照数字によって特定される。
図１には、標準的なガスネットワーク２に接続された本発明に係るエネルギ生成システム１の概略理論図が示されている。図１は、ネットワーク２からのガスが、ガスネットワーク２に接続されたガス取入れダクト４を介して、エネルギ生成システム１に導入されることを示している。取入れダクト４は、エネルギ生成システム１内でガスを固体酸化物燃料電池７１（ＳＯＦＣ）に供給する分岐接続部４１に接続されている。燃料電池７１は、空気取入れダクトによって酸素も供給される。燃料電池によって生成された排出物（ＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＯ_２）は、排出物排出ダクト５を介してエネルギ生成システムから除去される。燃料電池７１の動作は、管理モジュール９の管理装置９１によって管理される。エネルギ生成システム１では、燃料電池７１は、エネルギ生成ユニット７内で、充電可能な電気エネルギ貯蔵システム７２と組み合わせられ、当該充電可能な電気エネルギ貯蔵システム７２は、やはり管理モジュール９の一部を構成する特定の管理装置９２によって管理される。この管理装置９２により、電気貯蔵システム７２の充電を制御することが可能になる。図１は、燃料電池７１の周囲に断熱システム１４が配置され、断熱システム１４の上に電気抵抗器１１が配置されることも示している。

燃料電池の管状構造は、図２ａ〜図２ｄにより詳細に示されている。
図２ａおよび図２ｂは、それぞれ、この管状構造の第１の例示的な実施形態の断面図（図２ａ）および側面図を示し、当該管状構造は、外側が外側カソード層７１１０でコーティングされ、内側が薄いアノード層７１１２でコーティングされた、（特にセラミック製の）厚い電解質支持管７１１１で構成されている。

図２ｃおよび図２ｄは、それぞれ、この管状構造の第２の例示的な実施形態の側面図（図２ｃ）および断面図（図２ｄ）を示し、当該管状構造は、管から連続して電解質の層７１１１、次いで外側カソード層７１１０でコーティングされた厚いアノード支持管７１１２で構成されている。

図３は、本発明の第２の変形実施形態に係るエネルギ生成システム１の概略断面図を示し、固体燃料電池７１は、微小管状構造を備え、当該微小管状構造は、図４に示されるように、分離器７１３によって互いに分離された微小管７１２の列で構成されている。図３は、燃料電池７１の周囲に断熱システム１４が配置され、断熱システム１４の上に電気抵抗器１１が配置されることも示している。

以下の実施例は、本発明を説明しているが、その範囲を限定するものではない。
実施例
実施例１：エネルギ面で独立したガスモニタリングシステム（圧力、流量、温度）のための電力供給
本発明に係るシステムは、通常ＲＴＵ（遠隔端末ユニット）という頭字語で表現されるガスを追跡するための産業プログラマブルロジック制御システムにエネルギを供給することに使用され、当該産業プログラマブルロジック制御システムは、測定に関連する情報を配線または電波によって送信する。当該システムのための電力供給は、２２０Ｖネットワークを介して行われ、可能でない場合には電池が使用される。

電池による電力供給が選択されると、データの送信が無線周波数波によって行われ、エネルギオートノミーは、ＲＴＵの使用および電池の容量に依存する。

拡張ステーションに設置されたＲＴＵの文脈では、目標オートノミーは２年であり、平均消費量は２０ｍＷである。本発明によれば、燃料電池による電力供給解決策は、取得コストがＲＴＵの２倍であるが運転コストがＲＴＵの４分の１であることを提案する。投資利益率は、悲観的な想定であるこれらの想定のもとで４年であると推定される。例えば、平均して２０ｍＷを消費し、Ｎ_ｍｉｎが２５０であり、α係数が１．５である電気消費機器は、バッテリが２週間ごとに充電されて１０年の寿命を有する場合、１８Ｗｈバッテリを必要とする。

この実施例は、本発明に係るシステムを使用することにより、経済的観点から節約が可能になることを示している。

実施例２：本発明に係るエネルギ生成システムの定格の例
本発明に係るエネルギ生成システムの定格では、選択される使用事例は、消費量およびセンサの寿命に関して直面し得る要件を可能な限り表わすよう試みる：
・燃料電池の動作寿命は、５０００時間である
・バッテリによって電力供給されるセンサは、３．３Ｖで平均１０ｍＡ、または３３ｍＷの電力を消費する。

２つのメンテナンス局面間の期間は、１０年、１５年または２０年である。
以下の表１は、本実施例に記載されている使用事例のエネルギニーズを満たす燃料電池を評価するために取られるアプローチを示す。左側の列は、対処しなければならない問題を順番に示す一方、右側の列は、メンテナンスを行わない３つの異なる期間（１０年、１５年および２０年）中にこれらの問題に対処する３つの異なる方法を示す。

この表によれば、動作寿命が５０００時間であり電力が２Ｗの燃料電池は、２０年にわたって（２５０時間／年動作する）３．３Ｖで平均１０ｍＡを消費するシステムに電力を供給する（センサに電力を供給するバッテリを充電する）ことができる。

そのために、固体酸化物燃料電池は、好ましくは、管の形態のシステムで構成される管状構造または微小管状構造を備えることができるであろう。この構成は、材料の熱膨張および関連する機械的応力に対してより耐性があり、そのため、これらの熱膨張現象に関連付けられる経年変化の加速を回避することを可能にする。有利には、電気エネルギ貯蔵システムの容量が５年〜２０年の電力供給期間中に貯蔵容量の６０〜９９％、好ましくは貯蔵容量の７０〜９０％の閾値まで放電されると、電気管理装置は、燃料電池の起動を引き起こす。

Ｄは、動作電力Ｐ_ｆｃｔによる電池のカレンダ寿命であり、
ｄは、消費機器にとって所望の電力供給期間であり、
Ｃ_ｍｉｎは、バッテリの最小容量であり、
Ｐは、必要な連続電力であり、
Ｎ_ＰａＣは、燃料電池のサイクルの回数であり、
Ｎ_{ｓｔｏｃｋ}は、貯蔵システムのサイクルの回数であり、
Ｎ_ｍｉｎ＝ｍｉｎ（Ｎ_ＰａＣ，Ｎ_{ｓｔｏｃｋ}）であり、
燃料電池のサイクル性が貯蔵システムのサイクル性よりも大きい場合、
α（％として）は、バッテリ技術に従ったトリガ閾値であり、
Ｅ_ｐｉｌｅは、電池が生成することができる合計エネルギであるとすると、
（１）Ｅ_ｐｉｌｅ＝Ｄ×Ｐ_ｆｃｔ
（２）Ｅ_ｐｉｌｅ＞ｄ×Ｐ
（３）Ｃ_ｍｉｎ＝α×Ｅ_ｐｉｌｅ／Ｎ_ｍｉｎであり、
要素αは、使用される電気貯蔵技術に関連し、
要素αは、
・電気貯蔵システムの自己放電
・動作温度に応じた電気貯蔵容量
・電気貯蔵システムのカレンダ寿命
・時間に応じた電気貯蔵システムの容量の減少
・電力需要のための電流ピークを供給するための電気貯蔵システムの容量。
貯蔵の種類によって、αは、１．５〜３の値を有してもよい。
本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、電気エネルギ貯蔵システムのための電子管理装置が、燃料電池のための流体の供給および電気消費機器（例えばセンサ）のための電気エネルギの供給も管理することができ、
電気エネルギ貯蔵システムの容量が５年〜２０年の電力供給期間中に予め定められた閾値まで放電されると、電子管理装置は燃料電池の起動を引き起こす、ということを考慮に入れなければならない。

本発明に係るエネルギ管理方法であろうと本発明に係るエネルギ生成方法であろうと、エネルギ生成システムは、燃料電池の上流に、ガス中に存在する硫黄分子を除去することを可能にする受動脱硫フィルタも備えてもよい。

本発明に係るエネルギ生成システムの概略理論図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第１の例示的な実施形態の断面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第１の例示的な実施形態の側面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第２の例示的な実施形態の側面図を示す。 管状構造を有する燃料電池の第２の例示的な実施形態の断面図を示す。 固体燃料電池が微小管状構造を有する、本発明の第２の変形実施形態に係るエネルギ生成システムの概略断面図を示す。 図３の燃料電池の一組の微小管の概略斜視図を示す。

Claims (11)

1. ガスネットワーク（２）に接続されるよう意図されるエネルギ生成システム（１）を実現するエネルギ管理方法であって、前記エネルギ生成システム（１）は、
   前記ネットワーク（２）から前記エネルギ生成システム（１）へのガス取入れダクト（４）と、
   排出物排出ダクト（５）と、
   固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣ（７１）を備えるエネルギ生成ユニット（７）とを備え、前記燃料電池（７１）は、
   前記取入れダクト（４）に接続された分岐接続部（４１）によってガスを供給され、
   空気取入れダクト（８）によって酸素を供給され、
   前記エネルギ生成システム（１）はさらに、
   前記燃料電池（７１）に関連付けられる充電可能な電気エネルギ貯蔵システム（７２）と、
   管理モジュール（９）とを備え、前記管理モジュール（９）は、前記燃料電池（７１）のための管理装置（９１）と、前記電気エネルギ貯蔵システム（７２）の充電を制御するための前記電気貯蔵システム（７２）のための管理装置（９２）とを備え、
   前記方法は、０．１Ｗｈ〜１００Ｗｈのエネルギを有する前記電気エネルギ貯蔵システム（７２）が、前記エネルギ生成ユニット（７１）の所望の寿命に応じて予め定められた閾値まで放電されると、前記管理モジュール（９）が前記燃料電池（７１）を起動させることを特徴とする、方法。
2. 前記電気エネルギ貯蔵システム（７２）が、５年〜２０年の電力供給期間中に貯蔵容量の６０〜９９％、好ましくは貯蔵容量の７０〜９０％の閾値まで放電されると、前記管理モジュール（９）は前記燃料電池（７１）を起動させる、請求項１に記載の方法。
3. ガスネットワーク（２）に接続されるよう意図されるエネルギ生成システム（１）を実現するエネルギ生成方法であって、前記エネルギ生成システム（１）は、
   前記ネットワーク（２）から前記エネルギ生成システム（１）へのガス取入れダクト（４）と、
   排出物排出ダクト（５）と、
   固体酸化物燃料電池ＳＯＦＣ（７１）を備えるエネルギ生成ユニット（７）とを備え、前記燃料電池（７１）は、
   前記取入れダクト（４）に接続された分岐接続部（４１）によってガスを供給され、
   空気取入れダクト（８）によって酸素を供給され、
   前記エネルギ生成システム（１）はさらに、
   前記燃料電池（７１）に関連付けられる充電可能な電気エネルギ貯蔵システム（７２）と、
   管理モジュール（９）とを備え、前記管理モジュール（９）は、前記燃料電池（７１）のための管理装置（９１）と、前記電気エネルギ貯蔵システム（７２）の充電を制御するための前記電気貯蔵システム（７２）のための管理装置（９２）とを備え、
   前記方法は、前記燃料電池（７１）が、平均して１ｍＷ〜１Ｗのエネルギを消費するエネルギ消費機器に連続的に供給することを特徴とする、方法。
4. 前記燃料電池（７１）は、平均して１ｍＷ〜１００ｍＷのエネルギを消費するエネルギ消費機器に連続的に供給する、請求項３に記載の方法。
5. 前記燃料電池（７１）は、断熱システム（１４）と、前記燃料電池（７１）を加熱するための加熱システム（１１）とを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記燃料電池（７１）は、管状構造（７１１）または微小管状構造（７１２）を備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記電気エネルギ貯蔵システム（７２）のための前記電子管理装置（９２）は、前記燃料電池（７１）のための流体の供給および前記電気消費機器のための電気エネルギの供給も管理し、
   前記管理は、前記電気エネルギ貯蔵システムの容量が５年〜２０年の電力供給期間中に予め定められた閾値まで放電されると、前記電子管理装置（９２）が前記燃料電池（７１）の起動を引き起こす、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記電気エネルギ貯蔵システムの前記容量が５年〜２０年の電力供給期間中に貯蔵容量の６０〜９９％、好ましくは貯蔵容量の７０〜９０％の閾値まで放電されると、前記電子管理装置（９２）は、前記燃料電池（７１）の起動を引き起こす、請求項７に記載の方法。
9. 前記エネルギ生成システム（１）は、前記燃料電池（７１）の上流に、前記ガス中に存在する硫黄分子を除去することを可能にする受動脱硫フィルタ（１０）も備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記エネルギ生成システム（１）は、前記燃料電池によって生成される排出物のための排出システムまたは処理システムも備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ガスは、天然ガス、液化天然ガス、ＬＮＧに由来する蒸発ガス、都市ガス、バイオガス、バイオメタン、代替天然ガス、または水素であり得る、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法（１）。