JP6105476B2 - Power generation system, control device, and power control method - Google Patents
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Description
本発明は発電システムに関し、詳細には、発電ユニットの出力電力を制御する制御装置及び電力制御方法に関する。 The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a control device and a power control method for controlling output power of a power generation unit.
近年、電力の需要家において、商用電力系統の補助電源として、例えば燃料電池を含む発電ユニットの普及が進んでいる。燃料電池は、ガスから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電する発電装置である(例えば特許文献1参照)。燃料電池と電力変換装置(パワーコンディショナ)とによって燃料電池ユニットが構成される。 2. Description of the Related Art In recent years, power generation units including fuel cells, for example, have been widely used as an auxiliary power source for commercial power systems in power consumers. A fuel cell is a power generation device that generates power by a chemical reaction between hydrogen extracted from gas and oxygen in the air (see, for example, Patent Document 1). A fuel cell unit is constituted by the fuel cell and the power converter (power conditioner).
燃料電池ユニットの出力電力は制御可能であるため、需要家に設けられた負荷の消費電力の増減に合わせて、燃料電池ユニットの出力電力を増減する「負荷追従運転」を適用することが一般的である。 Since the output power of the fuel cell unit can be controlled, it is common to apply “load following operation” that increases or decreases the output power of the fuel cell unit in accordance with the increase or decrease of the power consumption of the load provided to the consumer. It is.
また、燃料電池ユニットにおける発電の際に発生する排熱を回収して貯湯ユニットに湯を貯え、貯湯ユニット内の貯湯を給湯に供する燃料電池システム(いわゆる、コジェネレーションシステム)も普及している。このような燃料電池システムは、ガスから得られた電気エネルギーだけでなく、熱エネルギーも利用できるため、ガスを効率的に利用できる。 In addition, fuel cell systems (so-called cogeneration systems) that collect exhaust heat generated during power generation in the fuel cell unit, store hot water in the hot water storage unit, and use the hot water stored in the hot water storage unit for hot water supply are also widespread. Since such a fuel cell system can use not only electric energy obtained from gas but also thermal energy, gas can be used efficiently.
例えば、給湯需要が小さい夏場においては、燃料電池ユニットが負荷追従運転を行う結果、貯湯ユニット内の貯湯が余ることが多い。貯湯量が最大湯量に達すると、燃料電池ユニットの排熱は回収されずに捨てられることとなるため、ガスを効率的に利用できない問題がある。 For example, in summer when the demand for hot water supply is small, the fuel cell unit performs load following operation, and as a result, hot water storage in the hot water storage unit often remains. When the hot water storage amount reaches the maximum hot water amount, the exhaust heat of the fuel cell unit is discarded without being recovered, and there is a problem that the gas cannot be used efficiently.
そこで、本発明は、発電ユニットの発電効率を考慮しつつ、排熱利用効率を極力担保することのできる発電システム、制御装置、及び電力制御方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power generation system, a control device, and a power control method that can ensure exhaust heat utilization efficiency as much as possible while considering the power generation efficiency of the power generation unit.
本発明の特徴によれば、燃料を用いた発電ユニットと、前記発電ユニットが負荷追従運転を行うように前記発電ユニットの出力電力を制御する制御装置と、を有する発電システムであって、前記制御装置は、前記負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの出力電力が、前記発電ユニットの最大出力可能電力よりも小さい値に設定された第1の閾値を超える場合に、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう制御する発電システムが提供される。 According to a feature of the present invention, there is provided a power generation system comprising: a power generation unit using fuel; and a control device that controls output power of the power generation unit so that the power generation unit performs a load following operation. When the output power of the power generation unit required for performing the load following operation exceeds a first threshold set to a value smaller than the maximum output possible power of the power generation unit, the load A power generation system that controls to perform a suppression operation that suppresses the output power of the power generation unit to a constant value is provided instead of the follow-up operation.
本発明の他の特徴によれば、前記制御装置は、前記発電ユニットからの排熱の回収が不要な場合に前記抑制運転を行う。 According to another feature of the invention, the control device performs the suppression operation when exhaust heat recovery from the power generation unit is unnecessary.
本発明の他の特徴によれば、前記制御装置は、前記発電ユニットからの排熱を利用する装置から、排熱回収の要否を判断するための排熱回収情報を受信する。 According to another feature of the invention, the control device receives exhaust heat recovery information for determining whether or not exhaust heat recovery is necessary from a device that uses exhaust heat from the power generation unit.
本発明の他の特徴によれば、前記発電ユニットは、商用電力系統に連系されている。 According to another feature of the invention, the power generation unit is linked to a commercial power system.
本発明の他の特徴によれば、前記制御装置は、前記負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの仮目標出力電力を計算し、前記仮目標出力電力が前記第1の閾値以下である場合には、前記仮目標出力電力を前記目標出力電力として設定し、前記仮目標出力電力が前記第1の閾値を超える場合には、前記一定値を前記目標出力電力として設定する。 According to another feature of the invention, the control device calculates a temporary target output power of the power generation unit that is required to perform the load following operation, and the temporary target output power is the first threshold value. In the following cases, the temporary target output power is set as the target output power, and when the temporary target output power exceeds the first threshold, the constant value is set as the target output power.
本発明の他の特徴によれば、前記第1の閾値は、前記発電ユニットの発電効率が第3の閾値以下になる前記発電ユニットの出力電力、又は、前記発電ユニットの発電効率が第4の閾値以上になる前記発電ユニットの出力電力に応じて、設定される。 According to another feature of the invention, the first threshold value is the output power of the power generation unit at which the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or lower than a third threshold value, or the power generation efficiency of the power generation unit is fourth. It is set according to the output power of the power generation unit that is greater than or equal to the threshold value.
本発明の他の特徴によれば、前記第3の閾値又は前記第4の閾値は、1日以上の学習に基づいて更新される。 According to another feature of the invention, the third threshold or the fourth threshold is updated based on learning for one day or more.
本発明の他の特徴によれば、前記発電ユニットの排熱を回収して得られた湯を貯える貯湯ユニットをさらに有し、前記制御装置は、前記貯湯ユニットの貯湯量又は貯熱量が第2の閾値を超える場合で、前記仮目標出力電力が前記第1の閾値を超える場合に、前記一定値を前記目標出力電力として設定する。 According to another aspect of the present invention, it further includes a hot water storage unit that stores hot water obtained by recovering exhaust heat of the power generation unit, and the control device has a second hot water storage amount or a second heat storage amount. If the temporary target output power exceeds the first threshold, the constant value is set as the target output power.
本発明の他の特徴によれば、前記第2の閾値は、予測される給湯需要パターン、予測される電力負荷パターン、予測される外気温、予測される水温、のうち少なくとも1つに応じて、設定される。 According to another feature of the invention, the second threshold value depends on at least one of a predicted hot water supply demand pattern, a predicted power load pattern, a predicted outside air temperature, and a predicted water temperature. Is set.
本発明の他の特徴によれば、前記第2の閾値は、1日以上の学習に基づいて更新される。 According to another feature of the invention, the second threshold is updated based on learning for one day or more.
本発明の他の特徴によれば、商用電力系統に連系されている他の発電ユニットをさらに有し、前記仮目標出力電力が前記第1の閾値を超える場合であっても、前記仮目標出力電力を前記目標出力電力として設定すれば前記他の発電ユニットの出力電力を前記商用電力系統に売電することが可能である場合で、且つ、前記売電の単価が前記発電ユニットの発電単価よりも高い場合には、前記制御装置は、前記仮目標出力電力を前記目標出力電力として設定する。 According to another feature of the present invention, the provisional target further includes another power generation unit linked to a commercial power system, and the provisional target output power is exceeded even when the provisional target output power exceeds the first threshold. If the output power is set as the target output power, it is possible to sell the output power of the other power generation unit to the commercial power system, and the unit price of the power sale is the power generation unit price of the power generation unit. If higher, the control device sets the temporary target output power as the target output power.
本発明の他の特徴によれば、前記発電ユニットは、燃料電池を用いた発電ユニットである。 According to another feature of the invention, the power generation unit is a power generation unit using a fuel cell.
本発明の特徴によれば、発電ユニットが負荷追従運転を行うように、前記発電ユニットの出力電力を制御する制御装置であって、前記負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの出力電力が、前記発電ユニットの最大出力可能電力よりも小さい値に設定された第1の閾値を超える場合に、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう制御する制御装置が提供される。 According to a feature of the present invention, a control device for controlling the output power of the power generation unit so that the power generation unit performs load following operation, the power generation unit of the power generation unit required for performing the load following operation. Suppression to suppress the output power of the power generation unit to a constant value instead of the load following operation when the output power exceeds a first threshold value set to a value smaller than the maximum output possible power of the power generation unit A control device is provided for controlling the operation.
本発明の特徴によれば、発電ユニットが負荷追従運転を行うように、前記発電ユニットの出力電力を制御するステップと、前記負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの出力電力が、前記発電ユニットの最大出力可能電力よりも小さい値に設定された第1の閾値を超える場合に、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう制御するステップと、を有する電力制御方法が提供される。 According to the characteristics of the present invention, the step of controlling the output power of the power generation unit so that the power generation unit performs load following operation, and the output power of the power generation unit required for performing the load following operation When the first threshold set to a value smaller than the maximum output power of the power generation unit is exceeded, instead of the load following operation, a suppression operation is performed to suppress the output power of the power generation unit to a constant value. And a power control method is provided.
本発明によれば、発電ユニットの発電効率を考慮しつつ、排熱利用効率を極力担保することのできる発電システム、制御装置、及び電力制御方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a power generation system, a control device, and a power control method that can ensure exhaust heat utilization efficiency as much as possible while considering the power generation efficiency of the power generation unit.
図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings according to the following embodiments, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
図1は、本実施形態に係る発電システムのブロック図である。図1において、太線は電力ラインを示し、破線は制御ラインを示す。制御ラインは無線としてもよい。 FIG. 1 is a block diagram of a power generation system according to the present embodiment. In FIG. 1, a thick line shows a power line, and a broken line shows a control line. The control line may be wireless.
図1に示すように、本実施形態に係る発電システムは、固体酸化物形燃料電池(SOFC)ユニット100、SOFCコントローラ140、貯湯ユニット150、分電盤300、1又は複数の負荷400、及び住宅エネルギー管理システム(HEMS)500を有する。SOFCユニット100、SOFCコントローラ140、貯湯ユニット150、分電盤300、負荷400、及びHEMS500は、商用電力系統(以下、「系統」)10から交流(AC)電力の供給を受ける需要家に設けられる。本実施形態において、SOFCユニット100は、系統10に連系されている燃料電池ユニットであり、発電ユニットの一例に相当する。また、SOFCコントローラ140は、SOFCユニット100が負荷追従運転を行うように、SOFCユニット100の出力電力(以下、「SOFC出力電力P」と称する)を制御する制御装置に相当する。SOFCユニット100、SOFCコントローラ140、及び貯湯ユニット150は、発電システムの一例としての燃料電池システムを構成する。
As shown in FIG. 1, the power generation system according to the present embodiment includes a solid oxide fuel cell (SOFC)
SOFCユニット100は、SOFC110、SOFCパワーコンディショナ(PCS)120、及び熱交換器130を含む。SOFC110は、燃料電池の一種であり、例えば天然ガスから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行い、発電した直流(DC)電力を出力する。SOFC110の発電量は、SOFC110に入力されるガス及び空気の量に応じて変化する。ガス及び空気の量は、SOFCコントローラ140によって制御される。SOFC PCS120は、SOFC110が出力するDC電力が入力され、当該入力されたDC電力をAC電力に変換し、SOFC電力ライン12を介して当該AC電力を分電盤300に出力する。また、SOFC PCS120は、SOFC出力電力Pを定期的にSOFCコントローラ140に通知する。熱交換器130は、貯湯ユニット150から水が供給され、SOFC110での発電(化学反応)の際に発生する熱を熱交換により湯にして、貯湯ユニット150に出力する。
The SOFC
SOFCコントローラ140は、基本的には、負荷追従運転を行うための制御を行う。本実施形態では、SOFCコントローラ140は、負荷追従運転を行うための制御として、系統10からの買電電力を示す計測値が所定値(例えばゼロ)になるように、SOFCユニット100の目標出力電力(以下、「SOFC目標出力電力Pt」と称する)を設定し、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtなるようにSOFC110を制御する。あるいは、SOFCコントローラ140は、負荷400の総消費電力を示す計測値を取得し、当該総消費電力を示す計測値と等しいSOFC目標出力電力Ptを設定し、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtになるようにSOFC110を制御してもよい。SOFCコントローラ140の動作の詳細については後述する。SOFCコントローラ140は、SOFCユニット100とは異なる筐体に収納されていてもよく、SOFCユニット100と同一の筐体に収納されていてもよい。
The SOFC
貯湯ユニット150は、SOFCユニット100に設けられた熱交換器130と連結された貯湯槽151を含む。貯湯槽151は、熱交換器130から出力される湯を貯えるものであり、貯湯槽151内の貯湯は需要家1における給湯に供される。貯湯ユニット150は、貯湯槽151の貯湯量Vを定期的にSOFCコントローラ140に通知する。あるいは、貯湯ユニット150は、貯湯槽151の貯湯量Vを、SOFCコントローラ140から設定される第2の閾値Vth(詳細については後述)と比較し、比較結果に関する情報を定期的にSOFCコントローラ140に通知する。「貯湯量V」とは、温度換算の値(すなわち、貯熱量)であってもよい。
The hot
分電盤300は、系統電力ライン11、SOFC電力ライン12、及び負荷電力ライン14が接続される。分電盤300は、系統10から系統電力ライン11を介して入力される買電電力と、SOFCユニット100からSOFC電力ライン12を介して入力されるSOFC出力電力Pと、を負荷400に分配する。本実施形態では、分電盤300は、系統10からの買電電力を定期的に計測する計測部310を含む。計測部310は、買電電力を示す計測値を、SOFCコントローラ140との間の制御ラインを介して定期的にSOFCコントローラ140に通知する。計測部310は系統10からの買電電力を定期的に計測することができればよく、分電盤300外に別個に設けられていてもよい。
The
負荷400は、分電盤300から負荷電力ライン14を介してAC電力が入力され、当該入力されたAC電力を消費して動作する。負荷400は、例えば、照明、エアコン、冷蔵庫、テレビ等の家電機器である。
The
HEMS500は、需要家1における電力管理を行うためのものである。HEMS500は、負荷400の消費電力を管理して表示したり、省電力のための制御を負荷400に対して行ったりする。HEMS500は、1日以上の学習、又は外部ネットワークから得られる情報により、需要家1における給湯需要パターン、電力負荷パターン、外気温の変化パターン、水温の変化パターン、のうち少なくとも1つを記憶・管理してもよい。
The
次に、SOFCコントローラ140の構成を説明する。図2は、SOFCコントローラ140のブロック図である。
Next, the configuration of the
図2に示すように、SOFCコントローラ140は、通信部141、記憶部142、及び制御部143を含む。通信部141は、SOFCユニット100、貯湯ユニット150、計測部310との通信を行う。また、通信部141は、需要家1に設けられた各機器との通信を行う。
As shown in FIG. 2, the
記憶部142は、例えばメモリにより構成されており、制御部143における制御に使用される各種情報を記憶する。記憶部142は、SOFCユニット100の定格出力電力(以下、「SOFC定格出力電力Pm」と称する)と、第1の閾値Pth及び第2の閾値Vthと、を記憶する。SOFC定格出力電力Pmは、SOFCユニット100の最大発電可能電力に相当する。記憶部142は、系統10からの買電単価及びSOFCユニット100の発電単価を記憶してもよい。SOFCユニット100の発電単価は、例えば、SOFC110が発電するためにSOFCユニット100に入力されるガスの購入単価とすることができる。
The
第1の閾値Pthは、負荷追従運転と抑制運転との切り替え判断に使用される閾値である。第2の閾値Vthは、SOFCユニット100の排熱回収の要否判断に使用される閾値である。制御部143は、貯湯量Vが第2の閾値Vthを超える場合に、最大排熱回収不要、つまり、負荷追従運転によって最大限得られる排熱の回収が不要であると判断する。また、制御部143は、最大排熱回収不要である場合で、負荷追従運転を行うために必要なSOFC出力電力(以下、「SOFC仮目標出力電力Px」と称する)が第1の閾値Pthを超える場合に、負荷追従運転ではなく抑制運転を行うよう制御する。抑制運転とは、SOFC出力電力Pを一定値に抑制する運転モードである。本実施形態では、当該一定値は、第1の閾値Pthと等しい値である。第1の閾値Pthは、SOFC定格出力電力Pmよりも小さい値に設定される。
The first threshold value Pth is a threshold value used for determination of switching between the load following operation and the suppression operation. The second threshold value Vth is a threshold value used for determining whether the exhaust heat recovery of the
ここで、第1の閾値Pthについて説明する。図3は、SOFC出力電力Pに対する発電効率及び排熱回収効率の一例を示す図である。図3において、排熱回収効率はSOFC出力電力Pに対してほぼ一定とみなしている。 Here, the first threshold value Pth will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of power generation efficiency and exhaust heat recovery efficiency with respect to SOFC output power P. In FIG. 3, the exhaust heat recovery efficiency is considered to be substantially constant with respect to the SOFC output power P.
図3に示すように、SOFC出力電力Pが小さい状態では、SOFC110が消費するガス量のうち、補機類を動作させるために消費するガス量の占める割合が大きいため発電効率が低い。さらに、SOFC出力電力Pが小さい状態ではモジュール温度が低くなり、内部抵抗が高くなるため、この観点でも発電効率が低い。
As shown in FIG. 3, when the SOFC output power P is small, the power generation efficiency is low because the proportion of the amount of gas consumed to operate the auxiliary machinery is large in the amount of gas consumed by the
これに対し、SOFC出力電力Pがある程度の値に達すると、発電効率はあまり変化しなくなる。つまり、高出力領域であれば発電効率は一定に近いため、SOFC出力電力Pの減少はガスの減少量にほぼ比例する。 On the other hand, when the SOFC output power P reaches a certain value, the power generation efficiency does not change much. That is, since the power generation efficiency is nearly constant in the high output region, the decrease in SOFC output power P is substantially proportional to the amount of gas decrease.
このため、不要な排熱回収量を減らしたい場合、高出力領域であれば、ガス量を減少したとしても、出力電力Pが下がり過ぎてしまうことが無い。しかし、低出力領域では発電効率が低いため、ガス量を減少すると、その減少量以上にSOFC出力電力Pが減少してしまう。すなわち、低出力領域で不要な排熱回収量を減らすためにガス量を減少させる場合には、高出力領域で不要な排熱回収量を減らすためにガス量を減少させる場合と比較して電力が不足しがちになり、買電電力が増加することとなる。したがって、図3における発電効率の傾きが第3の閾値以下になるようなSOFC出力電力P、又は、図3における発電効率が第4の閾値以上になるSOFC出力電力Pを、第1の閾値Pthとして設定する。第1の閾値Pthは、基本的には固定的に設定されるが、適応的に(動的に)設定されてもよい。例えば、制御部143は、1日以上の学習に応じて、第3の閾値及び/又は第4の閾値を設定し、当該第3の閾値及び/又は第4の閾値を用いて第1の閾値Pthを自動で設定してもよい。この場合、制御部143は、例えば、ある第3の閾値に応じて設定した第1の閾値Pthにより出力抑制を行ったが、例えばラジエータが動作するなどして排熱が捨てられた場合、当該第3の閾値をさらに下げる。
For this reason, when it is desired to reduce the amount of unnecessary exhaust heat recovery, in the high output region, the output power P does not decrease too much even if the gas amount is reduced. However, since the power generation efficiency is low in the low output region, if the gas amount is reduced, the SOFC output power P is reduced more than the reduction amount. That is, when reducing the amount of gas to reduce the amount of unnecessary exhaust heat recovered in the low output region, the power is reduced compared to reducing the amount of gas to reduce the amount of unnecessary exhaust heat recovery in the high output region. Will tend to be insufficient, and power purchase will increase. Therefore, the SOFC output power P in which the slope of the power generation efficiency in FIG. 3 is equal to or lower than the third threshold, or the SOFC output power P in which the power generation efficiency in FIG. 3 is equal to or higher than the fourth threshold is set to the first threshold Pth. Set as. The first threshold value Pth is basically fixedly set, but may be set adaptively (dynamically). For example, the
次に、第2の閾値Vthについて説明する。上述したように、貯湯量Vが第2の閾値Vthを超えた場合には、排熱回収が不要であると判断され、例えばラジエータが動作するなどして放熱する。すなわち、第2の閾値Vthは、貯湯量Vが十分であるか否かの基準を定めるものである。第2の閾値Vthは、最大貯湯量Vmよりも小さい値に設定される。また、第2の閾値Vthは、基本的には固定的に設定されるが、適応的に(動的に)設定されてもよい。例えば、制御部143は、通信部141がHEMS500と通信し、予測される給湯需要パターン(給湯需要がどのように発生するかの情報)、予測される電力負荷パターン(消費電力がどのように発生するかの情報)、予測される外気温(外気温がどのように推移するかの情報)、予測される水温(水温がどのように推移するかの情報)、のうち少なくとも1つをHEMS500から取得する。そして、制御部143は、予測される給湯需要パターン、予測される電力負荷パターン、予測される外気温、予測される水温、のうち少なくとも1つに応じて、第2の閾値Vthを設定する。例えば、現在以降の所定期間にわたって第1の閾値Pthを適用した場合に、現時点で必要な貯湯量を第2の閾値Vthとして設定する。つまり、現在からの24時間以内の全ての時刻tにおいて、電力負荷パターンから期待される湯の沸きあげ量と給湯需要パターンから期待される湯の使用量とから算出した貯湯量V(t)が0以上を担保するために、現時点で必要な貯湯量を第2の閾値Vthとして設定する。また、第1の閾値Pthと同様に、1日以上の学習に応じて第2の閾値Vthを設定してもよい。
Next, the second threshold value Vth will be described. As described above, when the hot water storage amount V exceeds the second threshold value Vth, it is determined that exhaust heat recovery is unnecessary, and heat is radiated, for example, by operating a radiator. That is, the second threshold value Vth defines a criterion for determining whether or not the hot water storage amount V is sufficient. The second threshold value Vth is set to a value smaller than the maximum hot water storage amount Vm. The second threshold value Vth is basically fixedly set, but may be set adaptively (dynamically). For example, the
制御部143は、例えばプロセッサにより構成されており、SOFCコントローラ140の各種機能を制御する。
The
第1に、制御部143は、通信部141が受信する各種の計測値の通知を取得する。本実施形態では、制御部143は、計測部310から通知された買電電力を示す計測値と、SOFC PCS120から通知されたSOFC出力電力Pを示す計測値と、貯湯ユニット150から通知された貯湯量Vを示す計測値(又は、当該計測値と第2の閾値Vthとの比較結果の情報)と、を取得する。
First, the
第2に、制御部143は、計測部310から通知された買電電力を示す計測値と、貯湯ユニット150から通知された貯湯量Vを示す計測値(又は、当該計測値と第2の閾値Vthとの比較結果の情報)と、記憶部142に記憶されているSOFC定格出力電力Pmと、記憶部142に記憶されている第1の閾値Pth(及び第2の閾値Vth)と、に基づいて、負荷追従運転及び抑制運転の何れの運転モードを適用するかを判断する。そして、制御部143は、適用する運転モードに応じて、SOFC目標出力電力Ptを設定する。SOFC目標出力電力Ptの設定動作については後述する。
Secondly, the
第3に、制御部143は、設定したSOFC目標出力電力Ptと、SOFC出力電力Pを示す計測値と、に基づいて、SOFC出力電力PがSOFC目標出力電力Ptになるように、SOFCユニット100を制御する。詳細には、制御部143は、SOFCユニット100を制御するための制御指令を送信するよう通信部141を制御する。
Third, the
次に、SOFCコントローラ140によるSOFC目標出力電力Ptの設定動作を説明する。図4は、SOFC目標出力電力Ptの設定動作の動作フロー図である。本動作フローでは、貯湯量Vを示す計測値と第2の閾値Vthとの比較結果の情報が排熱回収要求情報(排熱回収情報)として貯湯ユニット150からSOFCコントローラ140に通知されるケースを説明する。貯湯量Vを示す計測値が第2の閾値Vthを超える場合には、排熱回収要求情報は排熱回収不要を示し、貯湯量Vを示す計測値が第2の閾値Vthを超えない場合には、排熱回収要求情報は排熱回収要を示す。図4のフローは定期的に実行される。
Next, the setting operation of the SOFC target output power Pt by the
図4に示すように、ステップS101において、制御部143は、計測部310から通知された買電電力を示す計測値に基づいて、SOFC仮目標出力電力Pxを計算する。詳細には、制御部143は、買電電力が所定値PrになるようにSOFC仮目標出力電力Pxを計算する。所定値Prは、例えばゼロである。この場合、系統10から電力の供給を受けず、SOFCユニット100からの出力電力で負荷400の消費電力を賄う。SOFC仮目標出力電力Pxを計算すると、処理がステップS102に進む。
As illustrated in FIG. 4, in step S <b> 101, the
ステップS102において、制御部143は、通信部141が貯湯ユニット150から受信した排熱回収要求情報に基づいて、排熱回収が必要であるか否かを判定する。詳細には、制御部143は、排熱回収要求情報が排熱回収要を示すか排熱回収不要を示すかを確認する。例えば、排熱回収要求情報は、排熱回収要である場合は“1”、排熱回収不要である場合は“0”となる1ビットのフラグとして構成される。排熱回収要求情報が排熱回収要を示す場合(ステップS102;YES)、処理がステップS103に進む。これに対し、排熱回収要求情報が排熱回収不要を示す場合(ステップS102;NO)、処理がステップS106に進む。
In step S <b> 102, the
ステップS103において、制御部143は、ステップS101で計算したSOFC仮目標出力電力Pxを、記憶部142に記憶されているSOFC定格出力電力Pmと比較する。SOFC仮目標出力電力PxがSOFC定格出力電力Pmを超える場合(ステップS103;YES)、処理がステップS104に進む。これに対し、SOFC仮目標出力電力PxがSOFC定格出力電力Pmを超えない場合(ステップS103;NO)、処理がステップS105に進む。
In step S103, the
ステップS104において、制御部143は、SOFC定格出力電力PmをSOFC目標出力電力Ptとして設定する。制御部143は、SOFC定格出力電力PmをSOFC目標出力電力Ptとして設定すると、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtになるようにSOFCユニット100への制御指令を送信する。
In step S104, the
ステップS105において、制御部143は、ステップS101で計算したSOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定する。制御部143は、当該SOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定すると、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtになるようにSOFCユニット100への制御指令を送信する。
In step S105, the
このように、制御部143は、排熱回収要求情報が排熱回収要を示す場合(ステップS102;YES)、ステップS103〜S105において、通常通りの負荷追従運転のための制御を行う。
As described above, when the exhaust heat recovery request information indicates that exhaust heat recovery is required (step S102; YES), the
一方、排熱回収要求情報が排熱回収不要を示す場合(ステップS102;NO)、ステップS106において、制御部143は、ステップS101で計算したSOFC仮目標出力電力Pxを、記憶部142に記憶されている第1の閾値Pthと比較する。SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超える場合(ステップS106;YES)、処理がステップS107に進む。これに対し、SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超えない場合(ステップS106;NO)、処理がステップS108に進む。
On the other hand, when the exhaust heat recovery request information indicates that exhaust heat recovery is not required (step S102; NO), in step S106, the
ステップS107において、制御部143は、第1の閾値Pthと等しい値をSOFC目標出力電力Ptとして設定する。制御部143は、第1の閾値Pthと等しい値をSOFC目標出力電力Ptとして設定すると、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtになるようにSOFCユニット100への制御指令を送信する。
In step S107, the
ステップS108において、制御部143は、ステップS101で計算したSOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定する。制御部143は、当該SOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定すると、SOFC出力電力Pが当該SOFC目標出力電力PtになるようにSOFCユニット100への制御指令を送信する。
In step S108, the
このように、制御部143は、排熱回収要求情報が排熱回収不要を示す場合(ステップS102;NO)で、SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超えない場合(ステップS106;NO)、ステップS108において、通常通りの負荷追従運転のための制御を行う。これに対し、SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超える場合(ステップS106;YES)に、ステップS107において、第1の閾値Pthと等しい値をSOFC目標出力電力Ptとして設定することで、負荷追従運転に代えて抑制運転を行うよう制御する。
As described above, the
SOFCユニット100が抑制運転を行う場合、負荷400の消費電力のSOFCユニット100の出力電力からの超過分(すなわち、Px−Pt)は、系統10からの買電電力によって賄われる。ここで、排熱回収要求情報が排熱回収不要を示す場合で、SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超える場合であっても、系統10からの買電単価がSOFCユニット100の発電単価よりも高い場合には、通常通りの負荷追従運転のための制御を行ってもよい。
When the
本実施形態において、制御部143は、負荷追従運転を行うために必要とされるSOFC出力電力P(すなわち、SOFC仮目標出力電力Px)を計算する負荷追従出力計算手段に相当する。また、制御部143は、SOFC目標出力電力Ptを設定する目標出力設定手段に相当する。
In the present embodiment, the
以上説明したように、系統10に連系されているSOFCユニット100と、SOFCユニット100が負荷追従運転を行うようにSOFC出力電力Pを制御するSOFCコントローラ140と、を有する燃料電池システムにおいて、SOFCコントローラ140は、排熱回収が不要である場合で、負荷追従運転を行うために必要とされるSOFC出力電力P(すなわち、SOFC仮目標出力電力Px)が第1の閾値Pthを超える場合に、負荷追従運転に代えて、SOFC出力電力Pを一定値に抑制する抑制運転を行うよう制御する。
As described above, in the fuel cell system having the
SOFCユニット100は、出力電力が小さい状態では発電効率が低いという性質があるため、負荷の消費電力が小さい状況では、負荷追従運転を行うことで、可能な限り発電効率を高める。また、SOFCユニット100は、ある程度の出力電力に達すると、発電効率はあまり変化しなくなるという性質があるため、負荷の消費電力が大きい状況では、抑制運転を行うことで、発電効率が高い状態を維持しつつ、貯湯量Vの増加を抑制できる。したがって、本実施形態によれば、SOFCユニット100の発電効率の低下を抑制しつつ、貯湯量Vの増加を抑制できる。
Since the
[変更例]
図5は、上述した実施形態の変更例に係る発電システムのブロック図である。[Example of change]
FIG. 5 is a block diagram of a power generation system according to a modified example of the above-described embodiment.
図5に示すように、本変更例に係る発電システムは、SOFCユニット100以外の発電ユニットとして、系統10に連系されている太陽電池(PV)ユニット200をさらに有する。本変更例において、SOFCユニット100、SOFCコントローラ140、PVユニット200、及び貯湯ユニット150は、発電システムの一例としての燃料電池システムを構成する。
As shown in FIG. 5, the power generation system according to this modification further includes a solar cell (PV)
PVユニット200は、PV210及びPV PCS220を含む。PV210は、太陽光を受けて発電を行い、発電したDC電力を出力する。PV210の発電量は、PV210に照射される日射量に応じて変化する。PV PCS220は、PV210が出力するDC電力が入力され、当該入力されたDC電力をAC電力に変換し、PV電力ライン13を介して当該AC電力を分電盤300に出力する。
The
PVユニット200の出力電力(以下、「PV出力電力」と称する)を系統10に売電できる場合で、売電の単価がSOFCユニット100の発電単価よりも高い場合には、PV出力電力は負荷400に供給するのではなく、できる限り系統10に売電することが好ましい。
When the output power of the PV unit 200 (hereinafter referred to as “PV output power”) can be sold to the
そこで、本変更例では、記憶部142は、さらに、PV出力電力の売電の単価と、SOFCユニット100の発電単価と、を記憶する。また、制御部143は、上述した実施形態に係る制御に加えて、計測部310が計測する売電電力を示す計測値と、記憶部142が記憶している単価情報と、に基づいた制御を行う。
Therefore, in the present modification example, the
詳細には、制御部143は、排熱回収が不要である場合で、且つ、SOFC仮目標出力電力Pxが第1の閾値Pthを超える場合であっても、SOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定すればPV出力電力を系統10に売電することが可能である場合(すなわち、PV出力電力をPp、負荷400の消費電力をPlとして、Pp+Px−Pl>0の場合)で、且つ、売電の単価がSOFCユニット100の発電単価よりも高い場合には、SOFC仮目標出力電力PxをSOFC目標出力電力Ptとして設定する。これにより、売電料金を増やすことができ、その分、光熱費を削減できる。
Specifically, the
[その他の実施形態]
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。[Other Embodiments]
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
上述した実施形態及びその変更例では、本発明に係る電力制御方法をSOFCコントローラ140が実施する、すなわち、本発明に係る制御装置の一例としてのSOFCコントローラ140を説明したが、本発明に係る電力制御方法をHEMS500が実施してもよい。この場合、HEMS500は、本発明に係る制御装置に相当する。あるいは、本発明に係る電力制御方法をSOFCコントローラ140及びHEMS500で分担して実施してもよい。この場合、SOFCコントローラ140及びHEMS500は、本発明に係る制御装置に相当する。これらの場合、系統10からの買電単価及びSOFCユニット100の発電単価については、SOFCコントローラ140(記憶部142)側よりもむしろHEMS500側にて記憶することが好ましい。
In the above-described embodiment and its modification, the
また、SOFCユニットを例に説明を行ったが、コジェネレーションシステムであれば良く、例えばPEFCなどの他の方式の燃料電池、あるいはガスタービンエンジンを用いたガス発電機などでもよい。すなわち、燃料の量を調整するなどによって発電量を意図的に制御でき、なおかつ排熱回収機能を有する発電装置であればSOFCユニットに限らずとも本発明は適用可能である。 Further, the SOFC unit has been described as an example. However, any cogeneration system may be used. For example, another type of fuel cell such as PEFC, or a gas generator using a gas turbine engine may be used. That is, the present invention can be applied to any power generation apparatus that can intentionally control the power generation amount by adjusting the amount of fuel and that has an exhaust heat recovery function, without being limited to the SOFC unit.
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein.
なお、日本国特許出願第2011−213579号(2011年9月28日出願)の全内容が、参照により、本願に組み込まれている。 Note that the entire contents of Japanese Patent Application No. 2011-213579 (filed on Sep. 28, 2011) are incorporated herein by reference.
本発明によれば、発電ユニットの発電効率を考慮しつつ、排熱利用効率を極力担保することのできる発電システム、制御装置、及び電力制御方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power generation system, a control device, and a power control method that can ensure exhaust heat utilization efficiency as much as possible while considering the power generation efficiency of the power generation unit.
Claims (10)
前記発電ユニットの出力電力を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの目標電力が第1の閾値を超える場合には、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう前記発電ユニットを制御し、
前記目標電力が前記第1の閾値を超えない場合には、前記負荷追従運転を行うよう前記発電ユニットを制御し、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの最大出力可能電力の値よりも小さい値であって、前記発電ユニットの発電効率に基づいて設定される値であり、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの発電効率の傾きが第3の閾値以下になる前記発電ユニットの出力電力、又は、前記発電ユニットの発電効率が第4の閾値以上になる前記発電ユニットの出力電力に応じて設定されることを特徴とする発電システム。 A power generation unit using fuel,
A control device for controlling the output power of the power generation unit;
Have
The controller is
When the target power of the power generation unit required for performing the load following operation exceeds a first threshold value, instead of the load following operation, a suppression operation that suppresses the output power of the power generation unit to a constant value. Controlling the power generation unit to perform
If the target power does not exceed the first threshold, the power generation unit is controlled to perform the load following operation,
The first threshold is a value smaller than the maximum value of the output power of the power generation unit, Ri value der set based on the power generation efficiency of the power generation unit,
The first threshold is the output power of the power generation unit at which the slope of the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or less than a third threshold, or the power generation unit of the power generation unit where the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or greater than a fourth threshold. A power generation system that is set according to output power .
前記制御装置は、前記貯湯ユニットの貯湯量又は貯熱量が第2の閾値を超える場合であって、かつ、前記目標電力が前記第1の閾値を超える場合に、前記抑制運転を行うよう前記発電ユニットを制御することを特徴とする請求項1に記載の発電システム。 A hot water storage unit for storing hot water obtained by recovering the exhaust heat of the power generation unit;
The control device is configured to perform the suppression operation when the hot water storage amount or the heat storage amount of the hot water storage unit exceeds a second threshold value and the target power exceeds the first threshold value. The power generation system according to claim 1, wherein the unit is controlled.
前記制御装置は、前記目標電力が前記第1の閾値を超える場合であっても、前記商用電力系統に対する前記他の発電ユニットの出力電力の売電が可能であり、かつ、前記売電の単価が前記発電ユニットの発電単価よりも高い場合には、前記負荷追従運転を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の発電システム。 It further has another power generation unit linked to the commercial power system,
The control device is capable of selling the output power of the other power generation unit to the commercial power system even when the target power exceeds the first threshold, and the unit price of the power sale The power generation system according to any one of claims 1 to 6 , wherein the load following operation is performed when the power generation unit price is higher than a power generation unit price of the power generation unit.
負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの目標電力が第1の閾値を超える場合には、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう前記発電ユニットを制御し、
前記目標電力が前記第1の閾値を超えない場合には、前記負荷追従運転を行うよう前記発電ユニットを制御し、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの最大出力可能電力の値よりも小さい値であって、前記発電ユニットの発電効率に基づいて設定される値であり、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの発電効率の傾きが第3の閾値以下になる前記発電ユニットの出力電力、又は、前記発電ユニットの発電効率が第4の閾値以上になる前記発電ユニットの出力電力に応じて設定されることを特徴とする制御装置。 A control device for controlling output power of a power generation unit using fuel,
When the target power of the power generation unit required for performing the load following operation exceeds a first threshold value, instead of the load following operation, a suppression operation that suppresses the output power of the power generation unit to a constant value. Controlling the power generation unit to perform
If the target power does not exceed the first threshold, the power generation unit is controlled to perform the load following operation,
The first threshold is a value smaller than the maximum value of the output power of the power generation unit, Ri value der set based on the power generation efficiency of the power generation unit,
The first threshold is the output power of the power generation unit at which the slope of the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or less than a third threshold, or the power generation unit of the power generation unit where the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or greater than a fourth threshold. A control device that is set according to output power .
負荷追従運転を行うために必要とされる前記発電ユニットの目標電力が第1の閾値を超える場合には、前記負荷追従運転に代えて、前記発電ユニットの出力電力を一定値に抑制する抑制運転を行うよう前記発電ユニットを制御するステップと、
前記目標電力が前記第1の閾値を超えない場合には、前記負荷追従運転を行うよう前記発電ユニットを制御するステップとを有し、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの最大出力可能電力の値よりも小さい値であって、前記発電ユニットの発電効率に基づいて設定される値であり、
前記第1の閾値は、前記発電ユニットの発電効率の傾きが第3の閾値以下になる前記発電ユニットの出力電力、又は、前記発電ユニットの発電効率が第4の閾値以上になる前記発電ユニットの出力電力に応じて設定されることを特徴とする電力制御方法。 A power control method for controlling the output power of a power generation unit using fuel,
When the target power of the power generation unit required for performing the load following operation exceeds a first threshold value, instead of the load following operation, a suppression operation that suppresses the output power of the power generation unit to a constant value. Controlling the power generation unit to perform:
If the target power does not exceed the first threshold, the power generation unit is controlled to perform the load following operation,
The first threshold is a value smaller than the maximum value of the output power of the power generation unit, Ri value der set based on the power generation efficiency of the power generation unit,
The first threshold is the output power of the power generation unit at which the slope of the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or less than a third threshold, or the power generation unit of the power generation unit where the power generation efficiency of the power generation unit is equal to or greater than a fourth threshold. A power control method that is set according to output power .
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