JP2021141716A - 制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】商用電力系統が使用不可時の周辺地域へのエネルギー供給が可能な制御装置、エネルギー供給システム、制御方法及び制御プログラムを提供する。【解決手段】燃料ガスの供給により発電する複数のＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）１０ａ〜１０ｈと、ＳＯＦＣによって発電された電力が供給される電力負荷２と、を備えるエネルギー供給システム１の制御を行う制御装置５０であって、エネルギー供給システムは、商用電力系統６から独立したシステムであり、エネルギー供給システムの周辺地域５において商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数のＳＯＦＣの一部をエネルギー供給システムから解列させ、周辺地域の系統へ接続し周辺地域５の系統へ電力を供給するよう制御する。【選択図】図６

Description

本開示は、制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムに関するものである。

ＩＣＴの進展により、データの管理を行うデータセンターは重要な役割を果たしている。データセンターは災害などの非常時においても稼働が継続可能なように、例えば商用電力系統が停止し停電となった場合でも電力供給を可能とするため非常用発電機等が設置されている。

また、データセンターに設置されるサーバは高発熱で密度の高い状態で設置されており、熱による故障などを防ぐため空調機による冷却を行う必要がある。よって、データセンターの空調機に対しても非常時を含め常時電力供給可能な状態とされている。

上述のように、非常時の電源喪失に備えるために非常用発電機を設置すると、その分のコストがかかり、また点検など保守も必要である。これに対し、データセンターなどの特定設備に対して燃料電池を用いた自立系統のエネルギー供給システムが提案されている。例えば、特許文献１には、燃料電池と燃料電池の排熱によって駆動する吸収式冷凍機から成る自己完結型熱電供給システムが開示されている。特許文献１のシステムはさらに蓄電池を備え、余剰電力が生じた場合はシステム内の蓄電池に蓄えられ、電力が不足した時に蓄電池に蓄えられた電力が補給される。

燃料ガスと酸化性ガスとを化学反応させることにより発電する燃料電池は、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このうち、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、及び炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガス等のガスなどを燃料ガスとして供給して、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気で反応させて発電を行っている。

特許第３７６９１１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、自己完結型熱電供給システムであるため、外部への熱電供給についての検討がなされていないという問題があった。自己完結型熱電供給システムの周辺地域において災害発生などの非常時に商用電力系統が停止し、電力供給が停止する事象が発生する場合がある。この時自己完結型熱電供給システムは、商用電力系統から独立しているため電力供給が停止することはないが、地域との共生の観点から周辺地域へのエネルギー供給が求められつつある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、商用電力系統が使用不可時の周辺地域へのエネルギー供給が可能な制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラ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に、本開示の制御装置は、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御を行う制御装置であって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するよう制御する。

また本開示のエネルギー供給システムは、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、前述の制御装置とを備え、商用電力系統から独立したシステムである。

また本開示の制御方法は、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御を行う制御方法であって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給する工程を有する。

また本開示の制御プログラムは、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御に用いられる制御プログラムであって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するステップを有する。

本開示によれば、エネルギー供給システムの周辺地域において商用電力系統が使用できない場合に部分的に燃料電池を解列して周辺地域の系統へ接続するので、周辺地域の系統へ電力を供給することができる。

本開示のセルスタックの一態様を示すものである。 本開示のＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。 本開示のＳＯＦＣカートリッジの断面の一態様を示すものである。 本開示の発電システムの一態様を示すものである。 本開示のターボチャージャを用いた発電システムの一態様のターボチャージャ周りの主系統を示すものである。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示のＳＯＦＣの発電効率と出力との関係を示すグラフである。 本開示のエネルギー供給システムの制御装置の処理を示すフローチャートである。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示の冷凍機を用いたエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示の直流供給される冷凍機を用いたエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示のエネルギー供給システムの制御装置の処理を示すフローチャートである。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示の吸収冷温水機を用いたエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示のエネルギー供給システムの制御装置の処理を示すフローチャートである。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。 本開示のエネルギー供給システムの概略構成図である。

以下に、本開示に係る制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。また、本実施形態では、上下方向と水平方向で同様な効果を得られるものは、紙面における上下方向が必ずしも鉛直上下方向に限定することなく、例えば鉛直方向に直交する水平方向に対応してもよい。
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）（燃料電池）のセルスタックとして円筒形（筒状）を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。基体上に燃料電池セルを形成するが、基体ではなく電極（燃料極もしくは空気極）が厚く形成されて、基体を兼用したものでも良い。

図１乃至５を参照して本開示に係る燃料電池について説明する。
まず、図１を参照して本実施形態に係る一例として、基体管を用いる円筒形セルスタックについて説明する。基体管を用いない場合は、例えば燃料極を厚く形成して基体管を兼用してもよく、基体管の使用に限定されることはない。また、本実施形態での基体管は円筒形状を用いたもので説明するが、基体管は筒状であればよく、必ずしも断面が円形に限定されなく、例えば楕円形状でもよい。円筒の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒（Ｆｌａｔ ｔｕｂｕｌａｒ）等のセルスタックでもよい。ここで、図１は、実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック１０１は、一例として円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質膜１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料極１０９に電気的に接続されたリード膜１１５を備える。

基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。

燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料極１０９の厚さは５０μｍ〜２５０μｍであり、燃料極１０９はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質膜１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質膜１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
固体酸化物形燃料電池の燃料極１０９に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、及び石炭などの炭素含有原料をガス化設備により製造したガス化ガスなどが挙げられる。

固体電解質膜１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質膜１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させるものである。燃料極１０９の表面上に位置する固体電解質膜１１１の膜厚は１０μｍ〜１００μｍであり固体電解質膜１１１はスラリーをスクリーン印刷して形成されてもよい。

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成され、空気極１１３はスラリーをスクリーン印刷またはディスペンサを用いて塗布される。この空気極１１３は、固体電解質膜１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。
空気極１１３は２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質膜１１１側の空気極層（空気極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層（空気極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
酸化性ガスとは，酸素を略１５％〜３０％含むガス であり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。

インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、スラリーをスクリーン印刷する。インターコネクタ１０７は、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。

リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材やＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。

次に、図２と図３とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図２は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。また、図３は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図を示すものである。

ＳＯＦＣモジュール（燃料電池モジュール）２０１は、図２に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ（燃料電池カートリッジ）２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。なお、図２には円筒形のＳＯＦＣのセルスタック１０１を例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを備える。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。

燃料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。

燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。

圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約３ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。

ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。

ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図３に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給ヘッダ２１７と、燃料ガス排出ヘッダ２１９と、酸化性ガス（空気）供給ヘッダ２２１と、酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを備える。また、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給ヘッダ２１７と燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とが図３のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタック１０１の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。

発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、温度計測部（温度センサや熱電対など）で監視され、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。

燃料ガス供給ヘッダ２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料ガス供給ヘッダ２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。

燃料ガス排出ヘッダ２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、図示しない燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。また、複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料ガス排出ヘッダ２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。

ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給ヘッダ２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。

酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出ヘッダ２２３は、発電室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くものである。

上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材２３７ａ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給ヘッダ２１７と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを隔離するものである。

上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。

この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出ヘッダ２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に導くものである。

本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出ヘッダ２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室２１５に供給することができる。

下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材２３７ｂ及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出ヘッダ２１９と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを隔離するものである。

下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。

この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給ヘッダ２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給ヘッダ２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。

本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出ヘッダ２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。

発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された直流電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先（例えば、負荷設備や電力系統）へと供給される。

本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る複合発電システム（以下「発電システム」という。）３１０の概略構成を示した概略構成図である。図４に示すように、発電システム３１０は、マイクロガスタービン（以下「ＭＧＴ」という。）３１１、発電機３１２、及びＳＯＦＣ（燃料電池）３１３を備えている。ＳＯＦＣ３１３は、図示しないＳＯＦＣモジュールが１つまたは複数が組み合わされて構成され、以降は単に「ＳＯＦＣ」と記載する。この発電システム３１０は、ＭＧＴ３１１による発電と、ＳＯＦＣ３１３による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成されている。

ＭＧＴ３１１は、圧縮機３２１、燃焼器３２２、タービン３２３を備えており、圧縮機３２１とタービン３２３とは回転軸３２４により一体回転可能に連結されている。後述するタービン３２３が回転することで圧縮機３２１が回転駆動する。本実施形態は酸化性ガスとして空気を用いた例であり、圧縮機３２１は、空気取り込みライン３２５から取り込んだ空気Ａを圧縮する。
燃焼器３２２には、第１酸化性ガス供給ライン３２６を介して圧縮機３２１からの空気Ａの少なくとも一部である圧縮空気Ａ１が供給されるとともに、第１燃料ガス供給ライン３５１を介して燃料ガスＬ１が供給される。第１酸化性ガス供給ライン３２６には、燃焼器３２２へ供給する空気Ａ１の空気量を調整するための制御弁３２７が設けられ、第１燃料ガス供給ライン３５１には、燃焼器３２２へ供給する燃料ガス流量を調整するための制御弁３５２が設けられている。更に、燃焼器３２２には、後述するＳＯＦＣ３１３の燃料ガス再循環ライン３４９を循環する排燃料ガスＬ３の一部が排燃料ガス供給ライン３４５を通じて供給される。排燃料ガス供給ライン３４５には、燃焼器３２２に供給する排燃料ガス量を調整するための制御弁３４７が設けられている。更に、燃焼器３２２には、後述する排酸化性ガス供給ライン３３４を通じてＳＯＦＣ３１３の空気極１１３で用いられた排空気Ａ３の一部が供給される。

燃焼器３２２は、燃料ガスＬ１、空気Ａの一部（空気Ａ１）、排燃料ガスＬ３、及び排空気Ａ３を混合して燃焼させ、燃焼ガスＧを生成する。燃焼ガスＧは燃焼ガス供給ライン３２８を通じてタービン３２３に供給される。タービン３２３は、燃焼ガスＧが断熱膨張することにより回転し、排ガスが燃焼排ガスライン３２９から排出される。発電機３１２は、タービン３２３と同軸上に設けられており、タービン３２３が回転駆動することで発電する。

燃焼器３２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２は可燃性ガスであり、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を気化させたガスあるいは天然ガス、都市ガス、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素ガス、及び炭素質原料（石油や石炭等）のガス化設備により製造されたガス等が用いられる。燃料ガスとは、予め発熱量が略一定に調整された燃料ガスを意味する。

熱交換器３３０は、タービン３２３から排出された排ガスと圧縮機３２１から供給される空気Ａとの間で熱交換を行う。排ガスは、空気Ａとの熱交換で冷却された後に、図示しない煙突を通して外部に放出される。

ＳＯＦＣ３１３は、還元剤として燃料ガスＬ２と、酸化剤として空気Ａ２とが供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行う。このＳＯＦＣ３１３は、図示しないＳＯＦＣモジュールから構成され、ＳＯＦＣモジュールの圧力容器内に設けた複数のセルスタックの集合体が収容されており、図示しないセルスタックには、燃料極１０９と空気極１１３と固体電解質膜１１１を備えている。
ＳＯＦＣ３１３は、空気極１１３に空気Ａ２が供給され、燃料極１０９に燃料ガスＬ２が供給されることで発電して、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換される。
本実施形態では、ＳＯＦＣ３１３に供給される酸化性ガスとして、圧縮機３２１によって圧縮された空気Ａの少なくとも一部（空気Ａ２）を採用する場合を例示して説明する。

ＳＯＦＣ３１３には、第１酸化性ガス供給ライン３２６から分岐した第２酸化性ガス供給ライン３３１を通じて酸化性ガスとして空気Ａ２が空気極１１３の図示しない酸化性ガス導入部に供給される。この第２酸化性ガス供給ライン３３１には、供給する空気Ａ２の流量を調整するための制御弁３３５が設けられている。また、第１酸化性ガス供給ライン３２６において、第２酸化性ガス供給ライン３３１の分岐点よりも空気Ａ２の上流側（換言すると、圧縮機３２１側）には、熱交換器３３０が設けられている。熱交換器３３０において、空気Ａは、燃焼排ガスライン３２９から排出される排ガスとの間で熱交換されて昇温される。更に、第２酸化性ガス供給ライン３３１には、熱交換器３３０をバイパスするバイパスライン３３２が設けられている。バイパスライン３３２には、制御弁３３６が設けられ、空気Ａのバイパス流量が調整可能とされている。制御弁３３５、３３６の開度が後述する燃料電池制御装置３８０によって制御されることで、熱交換器３３０を通過する空気Ａと熱交換器３３０をバイパスする空気Ａとの流量割合が調整され、空気Ａの一部である第２酸化性ガス供給ライン３３１を通じてＳＯＦＣ３１３に供給される空気Ａ２の温度が調整される。ＳＯＦＣ３１３に供給される空気Ａ２の温度は、ＳＯＦＣ３１３を構成する図示しないＳＯＦＣモジュール内部の各構成機器の材料に損傷を与えないよう温度の上限が制限されている。

更に、第２酸化性ガス供給ライン３３１には、可燃性ガスとして燃料ガスＬ２を供給する空気極燃料供給ライン３７１が接続されている。空気極燃料供給ライン３７１には、第２酸化性ガス供給ライン３３１へ供給する燃料ガス量を調整するための制御弁３７２が設けられている。制御弁３７２の弁開度が後述する燃料電池制御装置３８０によって制御されることにより、空気Ａ２に添加される燃料ガスＬ２の供給量が調整される。空気Ａ２に添加される燃料ガスＬ２の量は、可燃限界濃度以下で供給され、より好ましくは３体積％以下で供給される。

ＳＯＦＣ３１３には、空気極１１３で用いられた排空気Ａ３を排出する排酸化性ガス排出ライン３３３が接続されている。この排酸化性ガス排出ライン３３３には、燃焼器３２２に排酸化性ガスＡ３を供給するための排酸化性ガス供給ライン３３４が接続されている。排酸化性ガス供給ライン３３４には、ＳＯＦＣ３１３とＭＧＴ３１１との間の系統を切り離すための遮断弁３３８が設けられている。
また、排酸化性ガス排出ライン３３３には、空気極１１３で用いられた排空気Ａ３を系統外へ排出する排酸化性ガス量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）３３７が設けられている。

ＳＯＦＣ３１３には、更に、燃料ガスＬ２を燃料極１０９の図示しない燃料ガス導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン３４１と、燃料極１０９で反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ガスライン３４３とが接続されている。第２燃料ガス供給ライン３４１には、燃料極１０９に供給する燃料ガスＬ２の流量を調整するための制御弁３４２が設けられ、排燃料ガスライン３４３には燃料極１０９で反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３を系統外へ排出する排燃料ガス量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）３４６が設けられている。排燃料ガスライン３４３の制御弁３４６と、排酸化性ガス排出ライン３３３の制御弁３３７を制御することにより、排燃料ガスＬ３もしくは排空気Ａ３を系外に排出することで過剰になった圧力を素早く調整することができる。また、ＳＯＦＣ３１３の燃料極１０９と空気極１１３の差圧（以下、燃料空気差圧）は、燃料極１０９側が所定の圧力範囲で高くなるように、制御弁３４７により制御する。また、排燃料ガスライン３４３には、排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ３１３の燃料極１０９の燃料ガス導入部へと再循環させるための燃料ガス再循環ライン３４９が接続されている。燃料ガス再循環ライン３４９には、排燃料ガスＬ３を再循環させるための再循環ブロワ３４８が設けられている。

更に、燃料ガス再循環ライン３４９には、燃料極１０９に燃料ガスＬ２を改質するための純水を供給する純水供給ライン３６１が設けられている。純水供給ライン３６１にはポンプ３６２が設けられている。ポンプ３６２の吐出流量が燃料電池制御装置３８０によって制御されることにより、燃料極１０９に供給される純水量が調整される。

前述の構成において、酸化性ガス（空気）を圧縮して送風する回転機器は、圧縮機３２１、燃焼器３２２、タービン３２３を備えたマイクロガスタービン（ＭＧＴ）３１１であったが、本実施形態では、ターボチャージャで構成されてもよい。
図５は、本発明の一実施形態に係る発電システムであり、本実施形態では、ターボチャージャ４１１を構成する圧縮機４２１に酸化性ガスとして空気Ａを取り込んで圧縮して供給し、圧縮された空気ＡをＳＯＦＣの空気極１１３へと供給する。ＳＯＦＣで発電のための化学反応に用いられた後の排酸化性ガスＡ３は、排酸化性ガス排出ライン３３３から排酸化性ガス供給ライン３３４を介して触媒燃焼器４２２へ、及びＳＯＦＣで発電のための化学反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３の一部は、排燃料ガス供給ライン３４５を介して触媒燃焼器４２２へ送られる。触媒燃焼器４２２で燃焼により高温化した燃焼ガスＧは、ターボチャージャ４１１を構成するタービン４２３に送られ、タービン４２３を回転させて回転動力が発生する。この回転動力で圧縮機４２１を駆動することで、圧縮空気が発生する。この実施形態によれば、酸化性ガス（空気）を圧縮して送風する回転機器の動力をターボチャージャ４１１で発生させることができるため、所要動力を低減して発電システムの発電効率を向上できる。

以下、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムについて、図６乃至図９を用いて説明する。
図６には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
図６に示されるように、エネルギー供給システム１は、電力負荷（第１負荷）２と、ＳＯＦＣ（燃料電池）１０と、スイッチ１５と、制御装置５０とを主な構成として備えている。
電力負荷２は、エネルギー供給システム１においてエネルギーのうち電力が供給される負荷である。本開示では、電力負荷２はデータセンターであるとする。データセンターは、その施設内に複数台のサーバが設置されており、一般的にサーバは密に設置されている。エネルギー供給システム１における電力負荷２への電力供給は、後述するＳＯＦＣ１０から行われる。電力負荷２は、後述する周辺地域５の系統に接続される負荷（図示せず）とは異なる。
ＳＯＦＣ１０は、上述した様に都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池であり、マイクロガスタービン（以下、「ＭＧＴ」とも呼ぶ）やターボチャージャ等の内燃機関と組み合わせて複合発電システムを構築している。よって、ＳＯＦＣ１０は、商用電力系統６からの電力供給を必要とせず、非常時ではない通常時は、商用電力系統６から独立した自立型の運転を行っている。
スイッチ１５は、エネルギー供給システム１の一部のＳＯＦＣ１０の電力供給先をエネルギー供給システム１側と商用電力系統６に接続した周辺地域５の系統側とに切り替える。
制御装置５０は、エネルギー供給システム１の制御を行う。

制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図６に示されるように、エネルギー供給システム１は、さらにＵＰＳ（無停電電源装置）２０と、冷凍機（熱源機、第１熱源機）３とを備えてもよい。
ＵＰＳ２０は、電力変動に対する応答に遅れが生じるＳＯＦＣ１０の稼働において、瞬時変動等に対応するように、電力を安定化させるための蓄電装置として備えられる。
冷凍機３は、電力負荷２の運転において発生する熱の調整のために用いられる。例えば、電力負荷２がデータセンターである場合は、データセンター内の複数のサーバによる熱が発生する。サーバの周囲温度が高温となることは、サーバの故障や誤作動の原因となる。データセンターの高温化を防ぎ安定稼働を行うために、冷凍機３が設置される。

図６では、電力負荷２に対して４機以上の複数機のＳＯＦＣ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄと２機のＵＰＳ２０ａ及び２０ｃが接続され、冷凍機３に対して４機以上の複数機のＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ及び１０ｈと２機のＵＰＳ２０ｅ及び２０ｇが接続された例を例示しているが、設置機数は複数であればよく、任意に決定することができる。

以下の説明において、各ＳＯＦＣ１０を区別する場合は、末尾にａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇまたはｈのいずれかを付し、各ＳＯＦＣ１０を区別しない場合は、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇまたはｈを省略する。また、各ＵＰＳ２０を区別する場合は、末尾にａ、ｃ、ｅまたはｇのいずれかを付し、各ＵＰＳ２０を区別しない場合は、ａ、ｃ、ｅまたはｇを省略する。また、各スイッチ１５を区別する場合は、末尾にａまたはｅのいずれかを付し、各スイッチ１５を区別しない場合は、ａまたはｅを省略する。

図６に示されるように、電力負荷２には、ＳＯＦＣ１０ｃ及び１０ｄとＵＰＳ２０ｃ、またスイッチ１５ａを介してＳＯＦＣ１０ａ及び１０ｂとＵＰＳ２０ａが接続されている。冷凍機３には、ＳＯＦＣ１０ｇ及び１０ｈとＵＰＳ２０ｇ、またスイッチ１５ｅを介してＳＯＦＣ１０ｅ及び１０ｆとＵＰＳ２０ｅが接続されている。非常時ではない通常時、ＳＯＦＣ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄのグループは、電力負荷２に対し電力を供給し、ＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ及び１０ｈのグループは、冷凍機３に対し電力を供給する。

図７には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
災害などの非常時に、商用電力系統６の電力供給が停止する場合がある。この時、周辺地域５の系統へは商用電力系統６からの電力供給が行われないこととなる。本開示のエネルギー供給システム１では、エネルギー供給システム１の周辺地域５において商用電力系統６が使用できない場合に、周辺地域５に対して電力を供給可能とする。

図７に示されるように、商用電力系統６の電力供給が停止した場合、制御装置５０はスイッチ１５ａ及び１５ｅを制御し、それぞれ周辺地域５の系統側に接続するようにスイッチ１５ａ及び１５ｅを切り替える。

スイッチ１５ａが周辺地域５の系統側に接続するように切り替えられると、電力負荷２に対し電力を供給するグループのＳＯＦＣ１０ａ及び１０ｂとＵＰＳ２０ａが解列され、周辺地域５の系統側に接続される。同様にスイッチ１５ｂが周辺地域５の系統側に接続するように切り替えられると、冷凍機３に対し電力を供給するグループのＳＯＦＣ１０ｅ及び１０ｆとＵＰＳ２０ｅがエネルギー供給システム１から解列され、周辺地域５の系統側に接続される。

図７に示されるように、本開示のエネルギー供給システム１では、スイッチ１５を用いて、常に電力負荷２または冷凍機３に接続されるＳＯＦＣ１０の組と、非常時にはエネルギー供給システム１から解列し周辺地域５の系統などの外部へ接続されるＳＯＦＣの組とに分ける。常に電力負荷２または冷凍機３に接続されるＳＯＦＣ１０の組を内部給電用ＳＯＦＣ１０、非常時にエネルギー供給システム１から解列し外部へ接続されるＳＯＦＣ１０の組を外部給電用ＳＯＦＣ１０とする。なお、ＳＯＦＣ１０の電力供給先は電力負荷２及び冷凍機３が優先されることから、外部給電用ＳＯＦＣ１０よりも内部給電用ＳＯＦＣ１０の総電力量が大きい、または機数が多い。本態様の実施形態では、電力負荷２または冷凍機３に対応する外部給電用ＳＯＦＣ１０はそれぞれ２機（例えばＳＯＦＣ１０ａ及び１０ｂ、ＳＯＦＣ１０ｅ及び１０ｆ）、内部給電用ＳＯＦＣ１０は２機以上の複数機、例えば１０機（例えばＳＯＦＣ１０ｃ及び１０ｄを含む１０機、ＳＯＦＣ１０ｇ及び１０ｈを含む１０機）であるとする。

このように、複数のＳＯＦＣ１０のうち、一部のＳＯＦＣ１０が外部給電用ＳＯＦＣ１０としてエネルギー供給システム１から解列され外部へ接続されると、電力負荷２または冷凍機３へ電力を供給するＳＯＦＣ１０の数が減り、電力供給が足りなくなる可能性がある。ここで、ＳＯＦＣ１０は、電力負荷２または冷凍機３に対する電力供給を優先的に行い電力供給を継続するとし、解列されるＳＯＦＣ１０を除く内部給電用ＳＯＦＣ１０のみで電力負荷２または冷凍機３が必要な供給電力量を賄えるように外部給電用ＳＯＦＣ１０とするＳＯＦＣ１０の数を決定してもよい。あるいは、解列されるＳＯＦＣ１０を除く内部給電用ＳＯＦＣ１０が定格出力以上の出力を行った場合に電力負荷２または冷凍機３が必要な供給電力量を賄えるように外部給電用ＳＯＦＣ１０とするＳＯＦＣ１０の数を決定してもよい。ＳＯＦＣ１０の定格出力以上の出力とは、例えば定格出力を１００％とすると、１２０％程度の出力である。ＳＯＦＣ１０が定格出力以上の出力を行うには、ＳＯＦＣ１０の発電効率を調整する。

図８には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムのＳＯＦＣの発電効率と出力との関係がグラフに示されている。
図８の縦軸はＳＯＦＣ１０の発電効率であり、横軸はＳＯＦＣ１０の出力である。図８に示されるように、出力が１００％以下で１００％近傍の場合は、発電効率は一定である。１００％を超える出力とする場合、発電効率を下げることで、出力を上げることができる。

図９には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの制御装置の処理がフローチャートに示されている。
エネルギー供給システム１の制御装置５０は、外部からエネルギー供給システム１の周辺地域５における商用電力系統６の運転／停止情報を取得しているものとする。運転／停止情報の取得は、ネットワークを介した通知、電圧／周波数低下リレー、ユーザによる入力などが挙げられるが、制御装置５０が商用電力系統６の運転／停止情報を検知できるのであればその方法は問わない。

制御装置５０は、取得した運転／停止情報から商用電力系統６が使用不可か否かを判定する（Ｓ９０１）。
エネルギー供給システム１の周辺地域５における商用電力系統６が使用不可であると判定された場合はステップＳ９０２へ遷移する。一方、商用電力系統６が使用不可でない、すなわち使用可であると判定された場合は、例えば所定時間後に再度ステップＳ９０１の判定を行う。

ステップＳ９０１において商用電力系統６が使用不可であると判定された場合は、エネルギー供給システム１の周辺地域５において電力供給が停止しているとして、スイッチ１５を切り替え、ＳＯＦＣ１０の一部である外部給電用ＳＯＦＣ１０（本態様の場合、ＳＯＦＣ１０ａ、１０ｂ、１０ｅ及び１０ｆ）をエネルギー供給システム１から解列し、周辺地域５の系統へ接続する（Ｓ９０２）。これにより、外部給電用ＳＯＦＣ１０は周辺地域５の系統へ電力を供給し、内部給電用ＳＯＦＣ１０（本態様の場合、ＳＯＦＣ１０ｃ、１０ｄ、１０ｇ及び１０ｈ）は引き続き電力負荷２または冷凍機３へ電力を供給する。外部給電用ＳＯＦＣ１０とともに解列されるＵＰＳ２０（本態様の場合、ＵＰＳ２０ａ及び２０ｅ）があってもよい。

次に、内部給電用ＳＯＦＣ１０、外部給電用ＳＯＦＣ１０のいずれも、出力が足りない場合は出力を上げていく。この時、電力負荷２または冷凍機３の電力供給要求に対して内部給電用ＳＯＦＣ１０の応答が遅く遅れが生じていることが検知されると、内部給電用ＳＯＦＣ１０に接続されたＵＰＳ２０（本態様の場合、ＵＰＳ２０ｃまたはＵＰＳ２０ｇ）が不足分の電力を供給する。ここで不足分の電力とは、内部給電用ＳＯＦＣ１０の出力と電力負荷２または冷凍機３の電力供給要求との差分である。また周辺地域５の系統の電力供給要求に対して外部給電用ＳＯＦＣ１０の応答が遅く遅れが生じていることが検知されると、外部給電用ＳＯＦＣ１０に接続されたＵＰＳ２０が不足分の電力を供給する。ここで不足分の電力とは、外部給電用ＳＯＦＣ１０の出力と周辺地域５の系統の電力供給要求との差分である。内部給電用ＳＯＦＣ１０及び外部給電用ＳＯＦＣ１０は、それぞれＵＰＳ２０の出力値が０に近づくように制御装置５０によって出力が調整される（Ｓ９０３）。

次に、制御装置５０は、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態であるか否かの判定を行う（Ｓ９０４）。ステップＳ９０４において、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態であると判定された場合はステップＳ９０５へ遷移する。一方、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態でないと判定された場合は、ステップＳ９０６へ遷移する。ＵＰＳ２０は、蓄電装置として充電及び放電のいずれも可能なように、常に約５０％程度のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、電池容量に対する充電量の相対比率、充電率）とされることが望ましい。ＵＰＳ２０から電力負荷２や周辺地域５の系統へ電力が供給されることにより、ＵＰＳ２０の蓄電電力は減少する。よって、ＵＰＳ２０のＳＯＣが５０％未満となると、制御装置５０は、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態であると判定するものとする。

ステップＳ９０４においてＵＰＳ２０が充電が必要な状態であると判定されると、制御装置５０は、ＵＰＳ２０を充電するようにＳＯＦＣ１０の出力を調整する（Ｓ９０５）。これにより、ＵＰＳ２０の充電が行われ、再度ステップＳ９０４の判定が行われる。

ステップＳ９０４においてＵＰＳ２０が充電が必要な状態でない、すなわち充電を必要としないと判定されると、次に、制御装置５０は、商用電力系統６が使用可能か否かを判定する（Ｓ９０６）。ステップＳ９０６において、商用電力系統６が使用可能であると判定された場合は、ステップＳ９０７へ遷移する。一方、商用電力系統６が使用可能でない、すなわち使用不可であると判定された場合は、ステップＳ９０３へ戻り、ＳＯＦＣ１０から電力負荷２及び周辺地域５の系統への電力供給を継続する。

ステップＳ９０６において商用電力系統６が使用可能であると判定されると、商用電力系統６から周辺地域５の系統への電力供給が可能であることから、制御装置５０は、スイッチ１５を周辺地域５の系統側からエネルギー供給システム１側へ切り替え、外部給電用ＳＯＦＣ１０を内部給電に切り替える（Ｓ９０７）。

次に、制御装置５０は、ＵＰＳ２０の出力値が０に近づくようにＳＯＦＣ１０の出力を調整する（Ｓ９０８）。

次に制御装置５０は、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態であるか否かの判定を行う（Ｓ９０９）。ステップＳ９０４において、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態であると判定された場合はステップＳ９１０へ遷移する。一方、ＵＰＳ２０が充電が必要な状態でないと判定された場合は、ステップＳ９０１へ戻る。

ステップＳ９０９においてＵＰＳ２０が充電が必要な状態であると判定されると、制御装置５０は、ＵＰＳ２０を充電するようにＳＯＦＣ１０の出力を調整する（Ｓ９１０）。これにより、ＵＰＳ２０の充電が行われ、再度ステップＳ９０９の判定が行われる。

以上説明した本実施形態に係る制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムが奏する作用および効果について説明する。
商用電力系統６から独立したエネルギー供給システム１において、通常は、ＳＯＦＣ１０は電力負荷２へ電力を供給している。本開示の制御装置５０によれば、非常時に周辺地域５で商用電力系統６が使用できなくなった場合に、電力負荷２への電力供給を優先的に行いながら、周辺地域５へ余剰電力の供給を行うことができる。商用電力系統６の使用可否にかかわらずエネルギー供給システム１は稼働継続可能であり、電力負荷２の電力供給に影響を与えることなく、周辺地域５へ電力を供給することができる。よって周辺地域５における電力喪失を抑制することが可能である。

また本開示の制御装置５０によれば、ＳＯＦＣ１０が定格出力以上の出力、例えば１２０％程度の出力を行うことにより、電力に余剰を持たせ、周辺地域５へ供給可能な電力を増加させることができる。ＳＯＦＣ１０は、発電効率を下げることで定格出力以上の出力を行う。

ＳＯＦＣ１０は、電力変動に対する応答性において遅れが生じるが、本開示の制御装置５０によれば、ＳＯＦＣ１０の出力と電力負荷２及び周辺地域５の電力供給要求との差、すなわち応答性の遅れをＵＰＳ２０を用いて低減することができる。ＳＯＦＣ１０の出力が電力負荷２及び周辺地域５の電力供給要求よりも小さい場合は、ＵＰＳ２０は放電を行って電力負荷２及び周辺地域５に対し不足する出力をまかなう。一方、ＳＯＦＣ１０の出力が電力負荷２及び周辺地域５の電力供給要求よりも大きい場合は、ＵＰＳ２０は余剰電力を充電する。これにより、エネルギー供給システム１全体の電力の安定化を図ることができる。また、ＳＯＦＣ１０は、ＵＰＳ２０の放電の出力または充電の出力値がゼロに近づくように出力が調整されるように制御されるため、特にＵＰＳ２０が放電を行っている場合に、ＵＰＳ２０による電力供給からＳＯＦＣ１０による電力供給への移行をスムーズに行うことができる。

本開示の制御装置５０によれば、ＳＯＦＣ１０が電力負荷２に電力を供給するＳＯＦＣ１０のグループと、冷凍機３に電力を供給するＳＯＦＣ１０のグループとに分けられ、電力負荷２及び冷凍機３への電力供給を行いながら各グループの一以上のＳＯＦＣ１０を解列して周辺地域５の系統へ電力を供給することができる。また電力負荷２に電力を供給するＳＯＦＣ１０のグループと、冷凍機３に電力を供給するグループとに分けられることから、電力負荷２及び冷凍機３への電力供給をそれぞれ独立させ、電力負荷２への電力供給の安定化を図ることができる。

以下、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムについて、図１０乃至１３を用いて説明する。
上記した態様の実施形態ではエネルギー供給システム１の電力を周辺地域５の系統へ供給したが、本態様の実施形態では電力に加えてエネルギー供給システム１の冷熱を周辺地域５へ供給するものである。その他の点については上記した態様の実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。

図１０には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
図１０に示されるように、エネルギー供給システム１は、冷凍機切替弁（第１熱源機切替弁）３０と、冷却塔６０と、廃熱切替弁６１とをさらに備えている。また本態様の熱源機は、冷凍機（第１熱源機）３であるとする。図１０において、破線は冷熱の系統を表し、一点鎖線はＳＯＦＣ１０の廃熱の系統を表すものとする。

冷凍機３は、非常時ではない通常時、冷凍機切替弁３０の制御により電力負荷２へのみ冷熱供給を行う。冷凍機３へは、ＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよびＵＰＳ２０ｅ、２０ｇから電力が供給される。
冷却塔６０は、非常時ではない通常時、廃熱切替弁６１の制御によりＳＯＦＣ１０の廃熱を回収し、冷却して大気へ放出を行う。冷却塔６０は必須の構成ではなく、回収した廃熱をそのまま大気放出するとしてもよい。
また廃熱切替弁６１により、ＳＯＦＣ１０の廃熱を温熱（温水、温風）として周辺地域５に供給しても良い。

図１１には、本開示の冷凍機を用いたエネルギー供給システムの概略構成が示されている。
図１１に示されるように、エネルギー供給システム１は、変換器７０と、冷凍機切替弁３１及び冷凍機切替弁３２とをさらに備えている。図１１において、破線は冷熱の系統を表し、一点鎖線はＳＯＦＣ１０の廃熱の系統を表すものとする。

変換器７０は、ＳＯＦＣ１０から出力される直流電力を交流電力に変換し変圧して冷凍機３へ供給する。
冷凍機切替弁３１は、冷凍機３に回収される廃熱を電力負荷２の廃熱及び周辺地域５の廃熱との間で切替を行う。
冷凍機切替弁３２は、冷凍機３が供給する冷熱を電力負荷２への冷熱及び周辺地域５への冷熱との間で切替を行う。
冷凍機切替弁３１は、非常時ではない通常時、電力負荷２の廃熱のみを冷凍機３に回収する。また冷凍機切替弁３２は、非常時ではない通常時、冷凍機３からの冷熱を電力負荷２へのみ供給する。なお冷凍機切替弁３１及び３２は、流量調整機能があってもよい。

エネルギー供給システム１において、ＳＯＦＣ１０から電力負荷２への電力供給は、直流で供給される。本態様の実施形態では、例えばＤＣ３８０Ｖで電力供給が行われる。またＳＯＦＣ１０から冷凍機３への電力供給は、ＳＯＦＣ１０から直流で供給された電力が変換器７０において交流に変換され、冷凍機３に交流で供給され冷凍機３内部で変換される。本態様の実施形態では、変換器７０と冷凍機３との間は例えばＡＣ４００ＶまたはＡＣ２００Ｖで電力供給が行われる。このように変換器７０を介した電力供給が行われる場合、変換器７０及び冷凍機３内部の変換にてそれぞれ９５乃至９７％程度に電力ロスが発生する。

図１２には、本開示の直流供給される冷凍機を用いたエネルギー供給システムの概略構成が示されている。
図１２に示されるように、冷凍機３は、直流電力の供給が可能な冷凍機３である。これにより、ＳＯＦＣ１０からの電力供給が直流電力でよいため、図１１に示された変換器７０が省略可能である。よって、変換器７０及び冷凍機３内部の変換における電力ロスを低減することができる。図１２において、破線は冷熱の系統を表し、一点鎖線はＳＯＦＣ１０の廃熱の系統を表すものとする。

図１３には、本開示のエネルギー供給システムの制御装置の処理を示すフローチャートが示されている。
制御装置５０は、周辺地域５から冷熱の供給要求が発生しているか否かを判定する（Ｓ１３１）。
周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していると判定された場合はステップＳ１３２へ遷移する。一方、周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していないと判定された場合は、例えば所定時間後に再度ステップＳ１３１の判定を行う。

周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していると判定された場合、制御装置５０は、周辺地域５からの冷熱の供給要求量に応じてＳＯＦＣ１０の廃熱を供給するように廃熱切替弁６１の切替えの調整を行う（Ｓ１３２）。

次に、制御装置５０は、冷凍機３の冷凍機切替弁３０のうち冷凍機切替弁３１を操作し、周辺地域５からの廃熱と電力負荷２の廃熱とを合わせて冷凍機３に入力するよう制御を行う（Ｓ１３３）。これにより、電力負荷２の廃熱のみであった冷凍機３への入力は、周辺地域５からの廃熱が加わることとなる。

次に、制御装置５０は、冷凍機３の冷凍機切替弁３０のうち冷凍機切替弁３２を操作し、冷凍機３の出力である冷熱の一部を周辺地域５へ供給するように、内部である電力負荷２と外部である周辺地域５とに分配する（Ｓ１３４）。ここで、冷凍機３の出力である冷熱は、電力負荷２の冷熱供給要求を満たすように冷凍機切替弁３２を操作して電力負荷２へ優先的に出力される。

次に、制御装置５０は、周辺地域５から冷熱の供給要求が停止しているか否かを判定する（Ｓ１３５）。
周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していると判定された場合はステップＳ１３６へ遷移する。一方、周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していない、すなわち供給要求が継続していると判定された場合は、ステップＳ１３４へ戻る。

周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していると判定された場合は、制御装置５０は冷凍機３の冷凍機切替弁３０（冷凍機切替弁３１及び冷凍機切替弁３２）を操作し、外部である周辺地域５への冷熱供給及び周辺地域５からの廃熱回収を停止する（Ｓ１３６）。

次に、制御装置５０は、廃熱切替弁６１を操作し、周辺地域５へのＳＯＦＣ１０の廃熱の供給を停止する（Ｓ１３７）。ステップＳ１３７の処理後、ステップＳ１３１へ戻る。

以上説明した本実施形態に係る制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムが奏する作用および効果について説明する。
本開示の制御装置５０によれば、エネルギー供給システム１の周辺地域５において冷熱供給要求が発生すると、電力負荷２への冷熱供給を優先的に行いながら、周辺地域５へ余剰分の冷熱を供給することができる。商用電力系統６の使用可否にかかわらずエネルギー供給システム１のＳＯＦＣ１０および冷凍機３は稼働継続可能であり、電力負荷２への電力供給および冷熱供給に影響を与えることなく、周辺地域５へ冷熱を供給することができる。よって周辺地域５における冷熱不足の解消が見込める。

また本開示の制御装置５０によれば、ＳＯＦＣ１０の発電時に発生する廃熱を周辺地域５の冷熱供給要求に応じて周辺地域５へ供給することができる。よって周辺地域５における冷熱不足の解消が見込める。また廃熱を再利用することにより、エネルギー利用の無駄を削減できる。

一般的に、ＳＯＦＣ１０から冷凍機３への電力供給においては、直流から交流への変換が行われるが、本開示のエネルギー供給システム１によれば、これをＳＯＦＣ１０から冷凍機３へ直流のまま供給されるため、変換時の電力ロスを低減し、消費電力を削減することができる。

以下、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムについて、図１４乃至１６を用いて説明する。
上記した態様の実施形態ではエネルギー供給システム１の電力及び冷凍機３の冷熱を周辺地域５の系統へ供給したが、本態様の実施形態では冷凍機３に代えて吸収冷温水機４の冷熱を周辺地域５へ供給するものである。その他の点については上記した態様の実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。

図１４には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
図１４に示されるように、エネルギー供給システム１は、吸収冷温水機（第２熱源機）４と、吸収冷温水機切替弁（第２熱源機切替弁）４０とをさらに備えている。図１４において、破線は冷熱の系統を表し、一点鎖線はＳＯＦＣ１０の廃熱の系統を表すものとする。

吸収冷温水機４は、排熱回収型吸収冷温水機とも呼ばれる装置であり、本実施形態ではＳＯＦＣ１０から発生する廃熱を有効に利用して冷温水を供給する。吸収冷温水機４は「ジェネリンク」とも称される。吸収冷温水機４では、ＳＯＦＣ１０の廃熱が不足する場合、燃料（例えば水素、天然ガスなど）による追い焚き（加熱）が行われる。吸収冷温水機４は、非常時ではない通常時、吸収冷温水機切替弁４０の制御により電力負荷２へのみ冷熱供給を行う。吸収冷温水機４へは、ＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよびＵＰＳ２０ｅ、２０ｇから電力が供給される。

図１５には、本開示の吸収冷温水機を用いたエネルギー供給システムの概略構成が示されている。
図１５に示されるように、エネルギー供給システム１は、吸収冷温水機切替弁４１及び吸収冷温水機切替弁４２をさらに備えている。図１５において、破線は冷熱の系統を表し、一点鎖線はＳＯＦＣ１０の廃熱の系統を表すものとする。

吸収冷温水機切替弁４１は、吸収冷温水機４に回収される廃熱を電力負荷２の廃熱及び周辺地域５の廃熱との間で切替を行う。
吸収冷温水機切替弁４２は、吸収冷温水機４が供給する冷熱を電力負荷２への冷熱及び周辺地域５への冷熱との間で切替を行う。
吸収冷温水機切替弁４１は、非常時ではない通常時、電力負荷２の廃熱のみを冷凍機３に回収する。また吸収冷温水機切替弁４２は、非常時ではない通常時、吸収冷温水機４からの冷熱を電力負荷２へのみ供給する。なお吸収冷温水機切替弁４１及び４２は、流量調整機能があってもよい。

吸収冷温水機４は、ＳＯＦＣ１０の廃熱を回収し、これを利用して冷温水を電力負荷２へ供給する。ＳＯＦＣ１０の出力が大きくなると、ＳＯＦＣ１０の廃熱も増加する。

図１６には、本開示のエネルギー供給システムの制御装置の処理を示すフローチャートが示されている。
制御装置５０は、周辺地域５から冷熱の供給要求が発生しているか否かを判定する（Ｓ１６１）。
周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していると判定された場合はステップＳ１６２へ遷移する。一方、周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していないと判定された場合は、例えば所定時間後に再度ステップＳ１６１の判定を行う。

周辺地域５から冷熱の供給要求が発生していると判定された場合、制御装置５０は、吸収冷温水機４の吸収冷温水機切替弁４０のうち吸収冷温水機切替弁４２を操作し、吸収冷温水機４の出力である冷熱の一部を周辺地域５へ供給するように内部である電力負荷２と外部である周辺地域５とに分配する。これとともに制御装置５０は、吸収冷温水機４の吸収冷温水機切替弁４０のうち吸収冷温水機切替弁４１を操作し、周辺地域５からの廃熱と電力負荷２の廃熱とを合わせて吸収冷温水機４に入力するよう制御を行う（Ｓ１６２）。ここで、吸収冷温水機４の出力である冷熱は、電力負荷２の冷熱供給要求を満たすように吸収冷温水機切替弁４２を操作して電力負荷２へ優先的に出力される。

次に、制御装置５０は、ステップＳ１６２の処理による吸収冷温水機４への廃熱の供給量の増加に伴い、吸収冷温水機４の加熱用に投入される燃料を削減する（Ｓ１６３）。

次に、制御装置５０は、周辺地域５から冷熱の供給要求が変動しているか否かを判定する（Ｓ１６４）。
周辺地域５からの冷熱の供給要求が変動していると判定された場合はステップＳ１６５へ遷移する。一方、周辺地域５からの冷熱の供給要求が変動していないと判定された場合は、ステップＳ１６４へ戻り、再度判定を行う。

周辺地域５からの冷熱の供給要求が変動していると判定された場合は、制御装置５０は吸収冷温水機４の加熱用に用いられる燃料の投入量の調整を行い、吸収冷温水機４の出力調整を行う（Ｓ１６５）。

次に、制御装置５０は、周辺地域５から冷熱の供給要求が停止しているか否かを判定する（Ｓ１６６）。
周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していると判定された場合はステップＳ１６７へ遷移する。一方、周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していない、すなわち供給要求が継続していると判定された場合は、ステップＳ１６４へ戻り、再度判定を行う。

周辺地域５からの冷熱の供給要求が停止していると判定された場合は、制御装置５０は吸収冷温水機４の吸収冷温水機切替弁４２を操作し、吸収冷温水機４の出力である冷熱の周辺地域５への分配を停止し、内部である電力負荷２のみに供給する。これとともに制御装置５０は、吸収冷温水機４の吸収冷温水機切替弁４１を操作し、周辺地域５からの廃熱の回収を停止し、電力負荷２の廃熱のみを回収し吸収冷温水機４に入力するよう制御を行う（Ｓ１６７）。

次に、制御装置５０は、内部の電力負荷２の廃熱と、ＳＯＦＣ１０の廃熱量とに応じて、吸収冷温水機４の加熱用に用いられる燃料の投入量の調整を行い、吸収冷温水機４の出力調整を行う（Ｓ１６８）。ステップＳ１６８の処理後、ステップＳ１６１へ戻る。

以上説明した本実施形態に係る制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムが奏する作用および効果について説明する。
本開示の制御装置５０によれば、エネルギー供給システム１の周辺地域５において冷熱供給要求が発生すると、電力負荷２への冷熱供給を優先的に行いながら、周辺地域５へ余剰分の冷熱を供給することができる。商用電力系統６の使用可否にかかわらずエネルギー供給システム１のＳＯＦＣ１０および吸収冷温水機４は稼働継続可能であり、電力負荷２への電力供給および冷熱供給に影響を与えることなく、周辺地域５へ冷熱を供給することができる。よって周辺地域５における冷熱不足の解消が見込める。また、エネルギー供給システム１全体の電力使用量が上がることで、ＳＯＦＣ１０の発電時に発生する廃熱が増加するため、吸収冷温水機４への廃熱供給量が増加する。これにより、吸収冷温水機４において冷熱生成時に投入される追加の燃料を削減することができる。よって、吸収冷温水機４の稼働コストを抑えることができる。

以下、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムについて、図１７及び１８を用いて説明する。
上記した態様の実施形態ではエネルギー供給システム１の外部給電用ＳＯＦＣ１０と周辺地域５の系統との間にスイッチ１５を設けていたが、本態様の実施形態ではそれに加えて周辺地域５と商用電力系統６との間にスイッチ１６を設けるものである。その他の点については上記した態様の実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。

図１７には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
図１７に示されるように、電力負荷２には、ＳＯＦＣ１０ｃ及び１０ｄとＵＰＳ２０ｃ、またスイッチ１５ａを介してＳＯＦＣ１０ａ及び１０ｂとＵＰＳ２０ａが接続されている。冷凍機３には、ＳＯＦＣ１０ｇ及び１０ｈとＵＰＳ２０ｇ、またスイッチ１５ｅを介してＳＯＦＣ１０ｅ及び１０ｆとＵＰＳ２０ｅが接続されている。非常時ではない通常時、ＳＯＦＣ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄは、電力負荷２に対し電力を供給し、ＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ及び１０ｈは、冷凍機３に対し電力を供給する。
また周辺地域５の系統と商用電力系統６との間に設けられたスイッチ１６は、周辺地域５の系統と商用電力系統６とを接続し、エネルギー供給システム１とは切断されている。

図１８には、本開示の幾つかの実施形態に係るエネルギー供給システムの一態様の概略構成が示されている。
災害などの非常時に、商用電力系統６の電力供給が停止する場合がある。この時、周辺地域５の系統へは商用電力系統６からの電力供給が行われないこととなる。本開示のエネルギー供給システム１では、エネルギー供給システム１の周辺地域５において商用電力系統６が使用できない場合に、周辺地域５に対して電力を供給可能とする。

図１８に示されるように、商用電力系統６の電力供給が停止した場合、制御装置５０はスイッチ１６を制御し、周辺地域５の系統と商用電力系統６との接続を切断し、周辺地域５の系統とエネルギー供給システム１の外部給電用ＳＯＦＣ１０との接続に切り替えられる。また制御装置５０はスイッチ１６の制御と同時にスイッチ１５ａ及び１５ｅを制御し、それぞれ周辺地域５の系統側に接続するようにスイッチ１５ａ及び１５ｅを切り替える。これにより、ＳＯＦＣ１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈおよびＵＰＳ２０ｅ、２０ｇが周辺地域５の系統に接続され、電力が供給される。

以上説明した本実施形態に係る制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムが奏する作用および効果について説明する。
本開示の制御装置５０によれば、ＳＯＦＣ１０をエネルギー供給システム１から解列すると同時に周辺地域５の系統を商用電力系統６から解列するため、周辺地域５の系統の電力の安定化を図ることができる。

以上説明した各実施形態に記載の制御装置、エネルギー供給システム、制御方法、及び制御プログラムは例えば以下のように把握される。

本開示に係る制御装置（５０）は、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池（１０）と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷（２）と、を備えるエネルギー供給システム（１）の制御を行う制御装置であって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統（６）から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域（５）において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するよう制御する。

商用電力系統から独立したエネルギー供給システムにおいて、通常は、燃料電池は第１負荷へ電力を供給している。本開示の制御装置によれば、非常時に周辺地域で商用電力系統が使用できなくなった場合に、第１負荷への電力供給を行いながら、周辺地域へ余剰電力の供給を行うことができる。商用電力系統の使用可否にかかわらずエネルギー供給システムは稼働継続可能であり、第１負荷の電力供給に影響を与えることなく、周辺地域へ電力を供給することができる。よって周辺地域における電力喪失を抑制することが可能である。

本開示に係る制御装置は、エネルギー供給システムは、前記燃料電池によって発電された電力が供給され、前記第１負荷に冷熱を供給する熱源機である第１熱源機（３）を備え、前記第１熱源機は、前記冷熱を前記第１負荷と前記周辺地域とに分配する第１熱源機切替弁（３０）を備え、前記周辺地域において冷熱供給要求が発生したことを検知すると、前記第１熱源機から供給される前記冷熱の一部を、前記周辺地域へ分配するように前記第１熱源機切替弁を制御する。

本開示の制御装置によれば、エネルギー供給システムの周辺地域において冷熱供給要求が発生すると、第１負荷への冷熱供給を行いながら、周辺地域へ余剰分の冷熱を供給することができる。商用電力系統の使用可否にかかわらずエネルギー供給システムの燃料電池および第１熱源機は稼働継続可能であり、第１負荷への電力供給および冷熱供給に影響を与えることなく、周辺地域へ冷熱を供給することができる。よって周辺地域における冷熱不足の解消が見込める。

本開示に係る制御装置は、前記周辺地域において熱供給要求が発生したことを検知すると、前記燃料電池の発電時に発生する廃熱を前記周辺地域へ供給する。

本開示の制御装置によれば、燃料電池の発電時に発生する廃熱を周辺地域の熱供給要求に応じて周辺地域へ供給することができる。よって周辺地域における熱不足の解消が見込める。また廃熱を再利用することにより、エネルギー利用の無駄を削減できる。

本開示に係る制御装置は、エネルギー供給システムは、前記燃料電池の発電時に発生する廃熱を熱源とし、前記第１負荷に冷熱を供給する熱源機である第２熱源機（４）を備え、前記第２熱源機は、前記冷熱を前記第１負荷と前記周辺地域とに分配する第２熱源機切替弁（４０）を備え、前記周辺地域において、冷熱供給要求が発生したことを検知すると、前記第２熱源機から供給される前記冷熱の一部を、前記周辺地域へ分配するように前記第２熱源機切替弁を制御する。

本開示の制御装置によれば、エネルギー供給システムの周辺地域において冷熱供給要求が発生すると、第１負荷への冷熱供給を行いながら、周辺地域へ余剰分の冷熱を供給することができる。商用電力系統の使用可否にかかわらずエネルギー供給システムの燃料電池および第２熱源機は稼働継続可能であり、第１負荷への電力供給および冷熱供給に影響を与えることなく、周辺地域へ冷熱を供給することができる。よって周辺地域における冷熱不足の解消が見込める。また、エネルギー供給システム全体の電力使用量が上がることで、燃料電池の発電時に発生する廃熱が増加するため、第２熱源機への廃熱供給量が増加する。これにより、第２熱源機において冷熱生成時に投入される追加の燃料を削減することができる。よって、第２熱源機の稼働コストを抑えることができる。

本開示に係る制御装置は、前記エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させるとともに、前記第１負荷の要求する電力を供給するように前記燃料電池が発電する電力を制御する。

本開示の制御装置によれば、非常時に周辺地域で商用電力系統が使用できなくなった場合に、解列した一部の燃料電池から周辺地域へ電力の供給を行いながら、解列されていない燃料電池は第１負荷の要求する電力を供給することができる。商用電力系統の使用可否にかかわらずエネルギー供給システムは稼働継続可能であり、第１負荷の電力供給に影響を与えることがない。

本開示に係る制御装置は、前記燃料電池が定格出力以上の出力を行うように前記燃料電池の発電効率を調整する。

本開示の制御装置によれば、燃料電池が定格出力以上の出力、例えば１２０％程度の出力を行うことにより、電力に余剰を持たせ、周辺地域へ供給可能な電力を増加させることができる。制御装置は、燃料電池の発電効率を下げることで定格出力以上の出力を行う。

本開示に係る制御装置は、前記エネルギー供給システムは、無停電電源装置（２０）を備え、前記燃料電池の出力が前記エネルギー供給システムまたは前記周辺地域の系統の電力供給要求と一致しないことを検知すると、前記燃料電池の出力と前記電力供給要求との差分に応じて前記無停電電源装置を放電または充電させ、前記無停電電源装置の放電または充電の出力値がゼロに近づくように前記燃料電池の出力を制御する。

燃料電池は、電力変動に対する応答性において遅れが生じるが、本開示の制御装置によれば、燃料電池の出力と第１負荷及び周辺地域の電力供給要求との差、すなわち応答性の遅れを無停電電源装置を用いて低減することができる。燃料電池の出力が第１負荷及び周辺地域の電力供給要求よりも小さい場合は、無停電電源装置は放電を行って第１負荷及び周辺地域に対し不足する出力をまかなう。一方燃料電池の出力が第１負荷及び周辺地域の電力供給よりも大きい場合は、無停電電源装置は余剰電力を充電する。これにより、エネルギー供給システム全体の電力の安定化を図ることができる。また、燃料電池は、無停電電源装置の放電の出力または充電の出力値がゼロに近づくように出力が調整されるように制御されるため、特に無停電電源装置が放電を行っている場合に、無停電電源装置による電力供給から燃料電池による電力供給への移行をスムーズに行うことができる。

本開示に係る制御装置は、複数の前記燃料電池は、前記第１負荷に電力を供給するグループと、熱源機に電力を供給するグループとに分けられ、前記エネルギー供給システムの前記周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、各前記グループの複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するよう制御する。

本開示の制御装置によれば、燃料電池が第１負荷に電力を供給する燃料電池のグループと、熱源機に電力を供給する燃料電池のグループとに分けられ、第１負荷及び熱源機への電力供給を行いながら各グループの燃料電池の一部を解列して周辺地域の系統へ電力を供給することができる。また第１負荷に電力を供給する燃料電池のグループと、熱源機に電力を供給するグループとに分けられることから、第１負荷及び熱源機への電力供給をそれぞれ独立させ、第１負荷への電力供給の安定化を図ることができる。

本開示に係る制御装置は、前記エネルギー供給システムの前記周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部の前記エネルギー供給システムからの解列と同時に前記周辺地域の系統を前記商用電力系統から解列させるよう制御する。

本開示の制御装置によれば、燃料電池をエネルギー供給システムから解列すると同時に周辺地域の系統を商用電力系統から解列するため、周辺地域の系統の電力の安定化を図ることができる。

本開示に係るエネルギー供給システムは、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、上述の制御装置とを備え、商用電力系統から独立したシステムである。

本開示に係るエネルギー供給システムは、前記燃料電池によって発電された電力が供給され、前記第１負荷に冷熱を供給する熱源機である第１熱源機を備え、前記燃料電池の出力は直流であり、第１熱源機の入力は直流である。

一般的に、燃料電池から第１熱源機への電力供給においては、直流から交流への変換が行われるが、本開示のエネルギー供給システムによれば、これを燃料電池から第１熱源機へ直流のまま供給されるため、変換時の電力ロスを低減し、消費電力を削減することができる。

本開示に係る制御方法は、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御を行う制御方法であって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給する工程を有する。

本開示に係る制御プログラムは、燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御に用いられる制御プログラムであって、前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するステップを有する。

１ エネルギー供給システム
２ 電力負荷（負荷）
３ 冷凍機（熱源機、第１熱源機）
４ 吸収冷温水機（熱源機、第２熱源機）
５ 周辺地域
６ 商用電力系統
１０，３１３ ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）（燃料電池）
１５，１６ スイッチ
２０ ＵＰＳ（無停電電源装置）
３０，３１，３２ 冷凍機切替弁（第１熱源機切替弁）
４０，４１，４２ 吸収冷温水機切替弁（第２熱源機切替弁）
５０ 制御装置
６０ 冷却塔
６１ 廃熱切替弁
７０ 変換器
１０１ セルスタック
１０３ 基体管
１０５ 燃料電池セル
１０７ インターコネクタ
１０９ 燃料極
１１１ 固体電解質膜
１１３ 空気極
１１５ リード膜
２０１ 燃料電池モジュール
２０３ 燃料電池カートリッジ
２０７ 燃料ガス供給管
２０９ 燃料ガス排出管
２１５ 発電室／発電部
２１７ 燃料ガス供給ヘッダ
２１９ 燃料ガス排出ヘッダ
２２５ａ 上部管板
２２５ｂ 下部管板
３１０ 複合発電システム（燃料電池・ガスタービン発電システム）
３１１ ＭＧＴ（マイクロガスタービン）
３２１、４２１ 圧縮機
３２２ 燃焼器
３２７、３３５、３３６、３３７、３４２、３４７、３５２、３７２ 制御弁
３４１ 燃料ガス供給ライン（第２燃料ガス供給ライン）
３７１ 空気極燃料供給ライン
３８０ 燃料電池制御装置
４１１ ターボチャージャ
４２２ 触媒燃焼器
４２３ タービン

Claims (13)

1. 燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、
   前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御を行う制御装置であって、
   前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、
   該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するよう制御する制御装置。
2. 前記エネルギー供給システムは、前記燃料電池によって発電された電力が供給され、前記第１負荷に冷熱を供給する熱源機である第１熱源機を備え、
   前記第１熱源機は、前記冷熱を前記第１負荷と前記周辺地域とに分配する第１熱源機切替弁を備え、
   前記周辺地域において、冷熱供給要求が発生したことを検知すると、前記第１熱源機から供給される前記冷熱の一部を、前記周辺地域へ分配するように前記第１熱源機切替弁を制御する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記周辺地域において、熱供給要求が発生したことを検知すると、前記燃料電池の発電時に発生する廃熱を前記周辺地域へ供給する請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 前記エネルギー供給システムは、前記燃料電池の発電時に発生する廃熱を熱源とし、前記第１負荷に冷熱を供給する熱源機である第２熱源機を備え、
   前記第２熱源機は、前記冷熱を前記第１負荷と前記周辺地域とに分配する第２熱源機切替弁を備え、
   前記周辺地域において、冷熱供給要求が発生したことを検知すると、前記第２熱源機から供給される前記冷熱の一部を、前記周辺地域へ分配するように前記第２熱源機切替弁を制御する請求項１に記載の制御装置。
5. 前記エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させるとともに、前記第１負荷の要求する電力を供給するように前記燃料電池が発電する電力を制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記燃料電池が定格出力以上の出力を行うように前記燃料電池の発電効率を調整する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記エネルギー供給システムは、無停電電源装置を備え、
   前記燃料電池の出力が前記エネルギー供給システムまたは前記周辺地域の系統の電力供給要求と一致しないことを検知すると、前記燃料電池の出力と前記電力供給要求との差分に応じて前記無停電電源装置を放電または充電させ、
   前記無停電電源装置の放電または充電の出力値がゼロに近づくように前記燃料電池の出力を制御する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 複数の前記燃料電池は、前記第１負荷に電力を供給するグループと、熱源機に電力を供給するグループとに分けられ、
   前記エネルギー供給システムの前記周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、各前記グループの複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するよう制御する請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 前記エネルギー供給システムの前記周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部の前記エネルギー供給システムからの解列と同時に前記周辺地域の系統を前記商用電力系統から解列させるよう制御する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の制御装置。
10. 燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、
    前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の制御装置と
    を備え、商用電力系統から独立したシステムであるエネルギー供給システム。
11. 前記燃料電池の出力は直流であり、第１熱源機の入力は直流である請求項９に記載のエネルギー供給システム。
12. 燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、
    前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御を行う制御方法であって、
    前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、
    該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給する工程を有する制御方法。
13. 燃料ガスの供給により発電する複数の燃料電池と、
    前記燃料電池によって発電された電力が供給される第１負荷と、を備えるエネルギー供給システムの制御に用いられる制御プログラムであって、
    前記エネルギー供給システムは、商用電力系統から独立したシステムであり、
    該エネルギー供給システムの周辺地域において前記商用電力系統から電力が供給されていないことを検知すると、複数の前記燃料電池の一部を前記エネルギー供給システムから解列させ、前記周辺地域の系統へ接続し該周辺地域の系統へ電力を供給するステップを有する制御プログラム。
    

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