JP4034194B2 - 電力供給システム、および、集合住宅 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の負荷に電力を供給する電力供給システム、電力供給システムを備える集合住宅、及び電力供給システムを機能させるプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電力を供給するべき負荷に応じて電源を分散して配置する分散型電力供給システムがある。このような分散型電力供給システムにおいては、それぞれの電源は対応する負荷にのみ電力を供給している。
また、本願発明に関連する発明として下記の文献が発見されている。
文献1 安芸裕久,近藤潤次,石井格,「分散型電源の需要家側における協調運用に関する基礎検討」,電気学会研究会資料(電力技術電力系統技術合同研究会),PE−02−78/PSE−02−88,(2002.09.05),電気学会,p.19−24 文献2 国際公開WO02/103830号パンフレット
文献3 特開2002−358991号公報
文献4 特開2002−231287号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の分散型電力供給システムにおいて、それぞれの電源が対応する負荷のみに電力を供給するため、それぞれの電源が故障又はメンテナンス等によって停止した場合、対応する負荷に電力を供給することができなかった。また、このような電力の供給停止を防ぐために、それぞれの負荷を商用電源等の電力系統(以下、系統と呼ぶ)に常時接続した場合、設備等のコストが増大してしまう。特に、山間部や離島等の負荷に電力を供給する場合、系統に接続するコストが更に増大してしまう。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態においては、複数の負荷に電力を供給する電力供給システムであって、複数の負荷に対応して設けられ、それぞれ対応する負荷に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池と接続され、それぞれの燃料電池が発電する電力のうち、対応する負荷に供給する電力以外の余剰電力を受け取り、電力が不足する負荷に供給する電力ネットワークと、それぞれの負荷に供給するべき電力量が予め定められた第1閾値より小さい場合、負荷に対応する燃料電池の発電を停止させ、負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させる制御部とを備えることを特徴とする電力供給システムを提供する。
【0005】
制御部は、発電を停止させた燃料電池に対応する負荷に電力ネットワークから供給される余剰電力が、第1閾値より大きい第2閾値より大きくなった場合に、発電を停止させた燃料電池に、当該負荷に供給するべき電力を発電させ、他の燃料電池に余剰電力の発電を停止させてよい。
【0006】
また、制御部は、それぞれの負荷の起動時に必要な電力を、既に起動している負荷に対応する燃料電池に余剰電力として発電させてよい。この場合、制御部は、それぞれの負荷の起動から予め定められた時間が経過してから、対応する燃料電池に当該負荷に供給するべき電力を発電させ、他の燃料電池における余剰電力の発電を停止させることが好ましい。
【0007】
また、制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの負荷が消費した消費電力の平均値が、第1閾値より小さい場合に、当該負荷に対応する燃料電池の発電を停止させ、当該負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させてもよい。
【0008】
また、制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの負荷の消費電力の平均値より、対応する燃料電池の発電量が所定の値以上大きい場合に、当該燃料電池の発電量を減少させてよい。また、制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの負荷が電力ネットワークから受け取る電力の平均値が、所定の値より大きい場合に、当該負荷に対応する燃料電池の発電量を増加させてよい。
【0009】
また、電力供給システムは、電力ネットワークに供給された余剰電力のうち、負荷に供給されない電力を蓄電し、複数の負荷の総需要電力が複数の燃料電池が発電できる総発電量を上回った場合に、蓄電した電力を複数の負荷に供給する蓄電装置を更に備え、制御部は、蓄電装置が蓄電している電力が所定の値を下回った場合に、複数の燃料電池の発電量を増加させてよい。
【0010】
本発明の第2の形態においては、電力供給システムから複数の負荷に電力を供給させるためのプログラムであって、電力供給システムを、複数の負荷に対応して設けられ、それぞれ対応する負荷に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池と接続され、それぞれの燃料電池が発電する電力のうち、対応する負荷に供給する電力以外の余剰電力を受け取り、電力が不足する負荷に供給する電力ネットワークと、それぞれの負荷に供給するべき電力量が予め定められた第1閾値より小さい場合、当該負荷に対応する燃料電池の発電を停止させ、当該負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させる制御部として機能させることを特徴とするプログラムを提供する。
【0011】
本発明の第3の形態においては、複数の居住部を備える集合住宅であって、複数の居住部に対応して設けられ、それぞれ対応する居住部に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池と接続され、それぞれの燃料電池が発電する電力のうち、対応する居住部に供給する電力以外の余剰電力を受け取り、電力が不足する居住部に供給する電力ネットワークと、それぞれの居住部に供給するべき電力量が予め定められた第1閾値より小さい場合、当該居住部に対応する燃料電池の発電を停止させ、当該居住部に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させる制御部とを更に備えることを特徴とする集合住宅を提供する。
【0012】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0014】
図1は、本発明の実施形態に係る集合住宅100の構成の一例を示す。集合住宅100は、複数の居住部(60a〜60c)及び電力供給システム10を備える。電力供給システム10は、複数の居住部(60a〜60c)に設けられた複数の負荷(40a〜40c)に電力を供給する。
【0015】
電力供給システム10は、複数の燃料電池(30a〜30c)、電力ネットワーク20、及び制御部50を備える。複数の燃料電池(30a〜30c)は、をれぞれ複数の負荷(40a〜40c)に対応して設けられ、対応する負荷(40a〜40c)に供給するべき電力を発電して供給する。それぞれの燃料電池(30a〜30c)は、対応する負荷(40a〜40c)が消費する消費電力に応じた電力を発電してよく、また予め定められた電力を発電してもよい。
【0016】
電力ネットワーク20は、複数の燃料電池(30a〜30c)と接続され、それぞれの燃料電池(30a〜30c)が発電する電力のうち、対応する負荷(40a〜40c)に供給する電力以外の余剰電力を受け取る。また、電力ネットワーク20は、受け取った余剰電力を、電力が不足する負荷(40a〜40c)に供給する。つまり、電力ネットワーク20は、対応する負荷(40a〜40c)が消費する電力より大きい電力を発電する燃料電池(30a〜30b)から余剰電力を受け取り、対応する燃料電池(30a〜30b)が発電する電力より大きい電力を消費する負荷(40a〜40c)に電力を供給する。
【0017】
また、制御部50は、それぞれの燃料電池(30a〜30c)における発電効率が高くなるように、それぞれの燃料電池(30a〜30c)の発電量を制御する。制御部50の詳細については後述する。
【0018】
このような構成により、それぞれの負荷(40a〜40c)に対して複数の燃料電池(30a〜30b)に電力を供給することができ、電力供給の信頼性を向上させることができる。例えば、いずれかの燃料電池(30a〜30b)が故障又はメンテナンス等により発電できない場合であっても、当該燃料電池に対応する負荷(40a〜40c)に対して電力を供給することができる。
【0019】
また、それぞれの負荷(40a〜40c)が同時に最大の電力(ピーク電力)を必要とする事は極めてまれであるため、一つの負荷(40a〜40c)がピーク電力を消費する瞬間には、他の負荷(40a〜40c)に対応する燃料電池(30a〜30c)から当該負荷に電力を補えばよい。このため、それぞれの燃料電池(30a〜30c)が、対応する負荷(40a〜40c)の消費電力のピーク値を発電する能力を有さなくとも、電力を安定して供給することができる。このように本例によれば、複数の燃料電池(30a〜30c)を相互に接続することにより、複数の燃料電池(30a〜30c)総発電能力を低減することができる。このため、系統に接続せずとも電力供給の信頼性が高く、且つ安価な電力供給システムを提供することができる。このため、例えば離島等の地理的に系統に接続することが困難、又は系統に接続するコストが高いような場所であっても、信頼性が高く安価な電力供給システムを提供することができる。
【0020】
また、燃料電池(30a〜30c)のそれぞれの発電能力をC、設置台数をNとした場合、複数の燃料電池(30a〜30c)の総発電能力は、C×Nで与えられる。燃料電池(30a〜30c)の故障確率をRとし、複数の負荷(40a〜40c)の総消費電力の最大値をΣM(N)とすると、電力供給が不足する確率は、ΣM(N)>C×N×(1−R)となる確率である。本例においては、電力供給が不足する確率が、系統が停電する確率より小さくなるような発電能力、及び設置台数の燃料電池(30a〜30c)を設けることが好ましい。これにより、系統と同等以上の電力供給の信頼性を有することができる。
【0021】
図2は、燃料電池(30a〜30c)の発電効率の一例を示す。図2において、横軸は燃料電池の発電量を示し、縦軸は燃料電池の発電効率を示す。図2に示すように、発電効率は発電量に応じて上昇する。このため、制御部50は、それぞれの燃料電池(30a〜30c)が所定の発電量より大きい電力を発電するように制御することが好ましい。
【0022】
図3は、負荷(40a〜40c)の消費電力の一例を示す。燃料電池(30a〜30c)は、対応する負荷(40a〜40c)の消費電力に応じた電力を発電するが、図2に示したように、燃料電池(40a〜40c)は、発電量が低い領域では発電効率が低い。
【0023】
図3(a)に示すように、制御部50は、それぞれの負荷(40a〜40c)に供給するべき電力量即ちそれぞれの負荷(40a〜40c)が消費する消費電力が、予め定められた第1閾値より小さい場合、当該負荷40aに対応する燃料電池30aの発電を停止させ、当該負荷40aに供給するべき電力を他の燃料電池(30b〜30c)に余剰電力として発電させる。この場合、制御部50は、他の燃料電池(30b〜30b)のうち、発電量が大きいものから順に当該電力を発電できる数の燃料電池を選択し、発電させてよい。これにより、燃料電池(30a〜30c)が効率の低い領域で発電することを防ぎ、燃料電池(30a〜30c)全体の発電効率を向上させることができる。
【0024】
また、図3(b)に示すように、制御部50は、発電を停止させた燃料電池30aに対応する負荷40aに電力ネットワーク20から供給される余剰電力即ち消費電力が、第1閾値より大きい第2閾値より大きくなった場合に、発電を停止させた燃料電池30aに、負荷40aに供給するべき電力を発電させ、他の燃料電池(30b〜30c)に余剰電力の発電を停止させてよい。例えば、第1閾値付近の消費電力で駆動する負荷に電力を供給する場合に、燃料電池の発電の停止/開始の判定を第1閾値のみで判定すると、燃料電池の発電の停止/開始が頻繁に繰り返され、燃料電池の発電効率が低下する。図3において説明した例によれば、燃料電池(30a〜30c)の発電の停止/開始の繰り返しを低減し、燃料電池(30a〜30c)の発電効率を向上させることができる。
【0025】
また、制御部50は、過去の所定の時間内における、それぞれの負荷(40a〜40c)が消費した消費電力の平均値が、第1閾値より小さい場合に、当該負荷に対応する燃料電池(40a〜40c)の発電を停止させ、当該負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池(40a〜40c)に余剰電力として発電させてもよい。また、制御部50は、過去の所定の時間内における、発電を停止させた燃料電池30aに対応する負荷40aに電力ネットワーク20から供給される余剰電力の平均値が、第1閾値より大きくなった場合に、発電を停止させた燃料電池30aに、負荷40aに供給するべき電力を発電させ、他の燃料電池(30b〜30c)に余剰電力の発電を停止させてもよい。これによっても、燃料電池(30a〜30c)の発電の停止/開始の繰り返しを低減し、発電効率を向上させることができる。
【0026】
また、燃料電池は、消費電力の変化に対するレスポンスが遅い。特に、負荷の起動時における消費電力の変化に対するレスポンスが遅い場合がある。そこで、制御部50は、それぞれの負荷(40a〜40b)の起動時に必要な電力を、既に起動している負荷(40a〜40b)に対応する燃料電池(30a〜30b)に余剰電力として発電させてもよい。この場合、制御部50は、それぞれの負荷(40a〜40c)の起動から予め定められた時間が経過してから、対応する燃料電池(30a〜30c)に当該負荷に供給するべき電力を発電させ、他の燃料電池(30a〜30c)における余剰電力の発電を停止させてよい。このような制御により、電力供給のレスポンスを向上させることができる。
【0027】
また、制御部50は、過去の所定の時間内において、それぞれの負荷(40a〜40c)の消費電力より、対応する燃料電池(30a〜30c)の発電量が所定の値以上大きい場合に、当該燃料電池の発電量を減少させてよい。また、制御部50は、過去の所定の時間内における、それぞれの負荷(40a〜40c)が電力ネットワーク20から受け取る電力の平均値が、所定の値より大きい場合に、当該負荷に対応する燃料電池(30a〜30c)の発電量を増加させてよい。このように、過去の所定の時間内における消費電力の平均値に基づいて燃料電池(30a〜30c)の発電量の制御を行うことにより、燃料電池(30a〜30c)の発電量の変動を抑制し、安定した発電を行うことができる。
【0028】
また、制御部50は、複数の負荷(40a〜40c)における総消費電力を、発電できる数の燃料電池(30a〜30c)を選択し、選択した燃料電池(30a〜30c)に、当該総消費電力を発電させてもよい。つまり、燃料電池(30a〜30c)が最大効率で発電した場合に、総消費電力を発電できる数の燃料電池(30a〜30c)を選択する。このような制御によっても、燃料電池(30a〜30c)全体の発電効率を向上させることができる。
【0029】
図4は、電力供給システム10の他の形態を示す図である。本例において、電力供給システム10の電力ネットワーク20は、外部の電力源と接続される。電力ネットワーク20は、複数の負荷(40a〜40c)の総消費電力が、複数の燃料電池(30a〜30c)の総発電能力を上回った場合、外部の電力源から不足する電力を受け取り、負荷(40a〜40c)に供給する。
【0030】
ここで、外部の電力源は、他の電力供給システム10であってよく、蓄電装置であってもよい。外部の電力源が他の電力供給システム10である場合、それぞれの電力ネットワーク20が互いに接続され、電力の受け渡しを行う。このように、他の電力供給システム10と接続することにより、更に電力供給の信頼性を向上させることができる。
【0031】
また、外部の電力源が蓄電装置である場合、当該蓄電装置は、燃料電池(30a〜30c)から電力ネットワーク20に供給された余剰電力のうち、負荷(40a〜40c)に供給されない電力を蓄電し、複数の負荷(40a〜40c)の総需要電力が複数の燃料電池(30a〜30c)が発電できる総発電量を上回った場合に、蓄電した電力を複数の負荷(40a〜40c)に供給する。このような構成によっても、更に電力供給の信頼性を向上させることができる。この場合、制御部50は、蓄電装置が蓄電している電力が所定の値を下回った場合に、複数の燃料電池(30a〜30c)の発電量を増加させ、蓄電装置を充電させることが好ましい。制御部50は、過去の所定の時間内における、複数の燃料電池(30a〜30c)の総発電量と、複数の負荷(40a〜40c)に供給された総電力量とに基づいて、蓄電装置の蓄電量を算出してもよい。
【0032】
図5は、電力供給システム10を制御するためのコンピュータ200の構成の一例を示す。本例において、コンピュータ200は、電力供給システム10を図1から図4において説明したように機能させるプログラムを格納する。コンピュータ200は、CPU700と、ROM702と、RAM704と、通信インターフェース706と、ハードディスクドライブ710と、FDディスクドライブ712と、CD−ROMドライブ716とを備える。CPU700は、ROM702、RAM704、ハードディスク710、FDディスク714、及び/又はCD−ROM718に格納されたプログラムに基づいて動作する。
【0033】
例えば、電力供給システム10を機能させるプログラムは、電力供給システム10を、図1から図4において説明した電力ネットワーク20、複数の燃料電池(30a〜30c)、及び制御部50として機能させる。また、コンピュータ200は、当該プログラムに基づいて、制御部50として機能してもよい。
【0034】
通信インターフェース706は、例えば電力供給システム10と通信する。格納装置の一例としてのハードディスクドライブ710は、設定情報、CPU700を動作させるプログラムを格納する。ROM702、RAM704、及び/又はハードディスクドライブ710は、電力供給システム10を図1から図4に関連して説明した電力供給システム10として機能させるためのプログラムを格納する。また、当該プログラムは、フレキシブルディスク720、CD−ROM722、ハードディスクドライブ710等に格納されていてもよい。
【0035】
FDドライブ712はフレキシブルディスク714からプログラムを読み取りCPU700に提供する。CD−ROMドライブ716はCD−ROM718からプログラムを読み取りCPU700に提供する。
【0036】
また、プログラムは記録媒体から直接RAMに読み出されて実行されても、一旦ハードディスクドライブにインストールされた後にRAMに読み出されて実行されても良い。更に、上記プログラムは単一の記録媒体に格納されても複数の記録媒体に格納されても良い。また記録媒体に格納されるプログラムは、オペレーティングシステムとの共同によってそれぞれの機能を提供してもよい。例えば、プログラムは、機能の一部または全部を行うことをオペレーティングシステムに依頼し、オペレーティングシステムからの応答に基づいて機能を提供するものであってもよい。
【0037】
プログラムを格納する記録媒体としては、フレキシブルディスク、CD−ROMの他にも、DVD、PD等の光学記録媒体、MD等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ICカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリー等を用いることができる。又、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の格納装置を記録媒体として使用してもよい。
【0038】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、系統に接続せずに、電力供給の信頼性が高く、且つ安価な電力供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る集合住宅100の構成の一例を示す図でうある。
【図2】 燃料電池(30a〜30c)の発電効率の一例を示す図である。
【図3】 負荷(40a〜40c)の消費電力の一例を示す。図3(a)は、消費電力及び発電量の一例を示し、図3(b)は、消費電力及び発電量の他の例を示す。
【図4】 電力供給システム10の他の形態を示す図である。
【図5】 電力供給システム10を制御するためのコンピュータ200の構成の一例を示す。
【符号の説明】
10・・・電力供給システム、20・・・電力ネットワーク、30・・・燃料電池、40・・・負荷、50・・・制御部、60・・・居住部、100・・・集合住宅、200・・・コンピュータ、700・・・CPU、702・・・ROM、704・・・RAM、706・・・通信I/F、710・・・ハードディスクドライブ、712・・・FDドライブ、714・・・CD−ROMドライブ、720・・・フレキシブルディスク、722・・・CD−ROM
Claims (9)
- 複数の居住部のそれぞれに設けられた負荷に電力を供給する電力供給システムであって、
それぞれの前記居住部の前記負荷に対応して設けられ、対応する負荷に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池と接続され、それぞれの前記燃料電池が発電する電力のうち、対応する前記負荷に供給する電力以外の余剰電力を受け取り、電力が不足する前記負荷に供給する電力ネットワークと、
それぞれの前記負荷に供給するべき電力量が予め定められた第1閾値より小さい場合、当該負荷に対応する前記燃料電池の発電を停止させ、当該負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池に前記余剰電力として発電させる制御部と
を備え、
前記制御部は、それぞれの前記負荷の起動時に必要な電力を、既に起動している前記負荷に対応する前記燃料電池に前記余剰電力として発電させ、それぞれの前記負荷の起動から予め定められた時間が経過してから、当該負荷に対応する前記燃料電池に当該負荷に供給するべき電力を発電させ、他の前記燃料電池における前記余剰電力の発電を停止させる
ことを特徴とする電力供給システム。 - 前記制御部は、前記発電を停止させた燃料電池に対応する負荷に前記電力ネットワークから供給される余剰電力が、前記第1閾値より大きい第2閾値より大きくなった場合に、前記発電を停止させた燃料電池に、当該負荷に供給するべき電力を発電させ、前記他の燃料電池に前記余剰電力の発電を停止させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの前記負荷が消費した消費電力の平均値が、前記第1閾値より小さい場合に、当該負荷に対応する前記燃料電池の発電を停止させ、当該負荷に供給するべき電力を、他の燃料電池に前記余剰電力として発電させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの前記負荷の消費電力の平均値より、対応する前記燃料電池の発電量が所定の値以上大きい場合に、当該燃料電池の発電量を減少させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記制御部は、過去の所定の時間内における、それぞれの前記負荷が前記電力ネットワークから受け取る電力の平均値が、所定の値より大きい場合に、当該負荷に対応する前記燃料電池の発電量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記電力ネットワークに供給された前記余剰電力のうち、前記負荷に供給されない電力を蓄電し、前記複数の負荷の総需要電力が前記複数の燃料電池が発電できる総発電量を上回った場合に、蓄電した電力を前記複数の負荷に供給する蓄電装置を更に備え、
前記制御部は、前記蓄電装置が蓄電している電力が所定の値を下回った場合に、前記複数の燃料電池の発電量を増加させることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 - 複数の居住部を備える集合住宅であって、
前記複数の居住部のそれぞれに設けられ、対応する居住部に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池と接続され、それぞれの前記燃料電池が発電する電力のうち、対応する前記居住部に供給する電力以外の余剰電力を受け取り、電力が不足する前記居住部に供給する電力ネットワークと、
それぞれの前記居住部に供給するべき電力量が予め定められた第1閾値より小さい場合、当該居住部に対応する前記燃料電池の発電を停止させ、当該居住部に供給するべき電力を、他の燃料電池に前記余剰電力として発電させる制御部と
を更に備え、
前記制御部は、それぞれの前記負荷の起動時に必要な電力を、既に起動している前記負荷に対応する前記燃料電池に前記余剰電力として発電させ、それぞれの前記負荷の起動から予め定められた時間が経過してから、当該負荷に対応する前記燃料電池に当該負荷に供給するべき電力を発電させ、他の前記燃料電池における前記余剰電力の発電を停止させる
ことを特徴とする集合住宅。 - 前記複数の燃料電池の発電効率は、発電量に応じて上昇することを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記複数の燃料電池の発電効率は、発電量に応じて上昇することを特徴とする請求項7に記載の集合住宅。
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