JP6152498B2

JP6152498B2 - 電力管理システム、電力管理方法、電力管理装置及び燃料電池装置

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Publication number: JP6152498B2
Application number: JP2017018174A
Authority: JP
Inventors: 一尊中村
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Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: JP2017085891A

Description

本発明は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する電力管理システム、電力管理方法、電力管理装置及び燃料電池装置に関する。

近年、複数の機器と、複数の機器を制御する制御装置とを有する電力管理システムが提案されている（例えば、特許文献１）。複数の機器は、例えば、エアーコンディショナー、照明装置などの家電機器、及び、太陽電池、蓄電池、燃料電池装置などの分散電源である。制御装置は、例えば、ＨＥＭＳ（ＨｏｍｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、ＳＥＭＳ（ＳｔｏｒｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、ＢＥＭＳ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、ＦＥＭＳ（ＦａｃｔｏｒｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、ＣＥＭＳ（Ｃｌｕｓｔｅｒ／ＣｏｍｍｕｎｉｔｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）などと称される。

上述した管理システムの普及には、複数の機器と制御装置との間のメッセージフォーマットを共通化することが効果的であり、このようなメッセージフォーマットの共通化が試みられている。

特開２０１０−１２８８１０号公報

上述したメッセージフォーマットの共通化は端緒についたばかりであり、機器を適切に制御するためのメッセージフォーマットについては、様々な検討が必要である。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、機器を適切に制御することを可能とする管理システム及び管理方法、制御装置及び燃料電池装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る管理システムは、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する。前記制御装置は、前記燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。

第１の特徴において、前記制御装置は、前記ステータスを示すメッセージの受信に先立って、前記ステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを受信する。

第１の特徴において、前記ステータスは、前記燃料電池装置が停止しているステータス及び前記燃料電池装置が発電しているステータスのいずれかを含む。

第１の特徴において、前記ステータスは、前記燃料電池装置が停止している状態から前記燃料電池装置が発電している状態に至るまでの複数の段階のいずれかを含む。

第１の特徴において、前記ステータスは、前記燃料電池装置が発電している状態から前記燃料電池装置が停止している状態に至るまでの複数の段階のいずれかを含む。

第１の特徴において、前記燃料電池装置は、ラジエータを有する。前記ステータスは、ラジエータを使用しているか否かを含む。

第１の特徴において、前記燃料電池装置は、セルスタックを有する。前記ステータスは、前記セルスタックの温度を含む。

第２の特徴に係る管理システムは、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と貯湯装置とを有する給湯ユニットと、前記給湯ユニットと通信を行う制御装置とを有する。管理システムは、前記制御装置は、前記燃料電池装置と前記貯湯装置との少なくとも一方が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。

第３の特徴に係る管理方法は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する管理システムで用いる方法である。管理方法は、前記燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを前記制御装置が受信するステップを備える。

第４の特徴に係る制御装置は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と通信を行う。制御装置は、前記燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する受信部を備える。

第５の特徴に係る燃料電池装置は、燃料を用いて電力を発電する。燃料電池装置は、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置に対して、前記燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを送信する送信部を備える。

本発明によれば、機器を適切に制御することを可能とする管理システム、管理方法、制御装置及び給湯システムを提供することができる。

図１は、第１実施形態に係るエネルギー管理システム１００を示す図である。図２は、第１実施形態に係る需要家１０を示す図である。図３は、第１実施形態に係る燃料電池装置１５０を示す図である。図４は、第１実施形態に係るネットワーク構成を示す図である。図５は、第１実施形態に係るＥＭＳ２００を示す図である。図６は、第１実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。図７は、第１実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。図８は、第１実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。図９は、第１実施形態に係る管理方法を示すフロー図である。

以下において、本発明の実施形態に係る管理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［実施形態の概要］
実施形態に係る管理システムは、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する。前記制御装置は、前記燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。

実施形態では、制御装置は、燃料電池装置に異常が生じたときのエラーではなくて、燃料電池装置が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。これによって、制御装置は、燃料電池装置の発電量等を把握することが可能であり、他の機器（負荷、貯湯装置など）を適切に制御することができる。

［第１実施形態］
（エネルギー管理システム）
以下において、第１実施形態に係るエネルギー管理システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係るエネルギー管理システム１００を示す図である。

図１に示すように、エネルギー管理システム１００は、需要家１０と、ＣＥＭＳ２０と、変電所３０と、スマートサーバ４０と、発電所５０とを有する。なお、需要家１０、ＣＥＭＳ２０、変電所３０及びスマートサーバ４０は、ネットワーク６０によって接続されている。

需要家１０は、例えば、発電装置及び蓄電装置を有する。発電装置は、例えば、燃料電池のように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。蓄電装置は、例えば、二次電池などのように、電力を蓄積する装置である。

需要家１０は、一戸建ての住宅であってもよく、マンションなどの集合住宅であってもよい。或いは、需要家１０は、コンビニエンスストア又はスーパーマーケットなどの店舗であってもよく、ビルなどの商用施設であってもよく、工場であってもよい。

第１実施形態では、複数の需要家１０によって、需要家群１０Ａ及び需要家群１０Ｂが構成されている。需要家群１０Ａ及び需要家群１０Ｂは、例えば、地理的な地域によって分類される。

ＣＥＭＳ２０は、複数の需要家１０と電力系統との間の連系を制御する。なお、ＣＥＭＳ２０は、複数の需要家１０を管理するため、ＣＥＭＳ（Ｃｌｕｓｔｅｒ／ＣｏｍｍｕｎｉｔｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）と称されることもある。具体的には、ＣＥＭＳ２０は、停電時などにおいて、複数の需要家１０と電力系統との間を解列する。一方で、ＣＥＭＳ２０は、復電時などにおいて、複数の需要家１０と電力系統との間を連系する。

第１実施形態では、ＣＥＭＳ２０Ａ及びＣＥＭＳ２０Ｂが設けられている。ＣＥＭＳ２０Ａは、例えば、需要家群１０Ａに含まれる需要家１０と電力系統との間の連系を制御する。ＣＥＭＳ２０Ｂは、例えば、需要家群１０Ｂに含まれる需要家１０と電力系統との間の連系を制御する。

変電所３０は、複数の需要家１０に対して、配電線３１を介して電力を供給する。具体的には、変電所３０は、発電所５０から供給を受ける電圧を降圧する。

第１実施形態では、変電所３０Ａ及び変電所３０Ｂが設けられている。変電所３０Ａは、例えば、需要家群１０Ａに含まれる需要家１０に対して、配電線３１Ａを介して電力を供給する。変電所３０Ｂは、例えば、需要家群１０Ｂに含まれる需要家１０に対して、配電線３１Ｂを介して電力を供給する。

スマートサーバ４０は、複数のＣＥＭＳ２０（ここでは、ＣＥＭＳ２０Ａ及びＣＥＭＳ２０Ｂ）を管理する。また、スマートサーバ４０は、複数の変電所３０（ここでは、変電所３０Ａ及び変電所３０Ｂ）を管理する。言い換えると、スマートサーバ４０は、需要家群１０Ａ及び需要家群１０Ｂに含まれる需要家１０を統括的に管理する。スマートサーバ４０は、例えば、需要家群１０Ａに供給すべき電力と需要家群１０Ｂに供給すべき電力とのバランスを取る機能を有する。

発電所５０は、火力、風力、水力、原子力などによって発電を行う。発電所５０は、複数の変電所３０（ここでは、変電所３０Ａ及び変電所３０Ｂ）に対して、送電線５１を介して電力を供給する。

ネットワーク６０は、信号線を介して各装置に接続される。ネットワーク６０は、例えば、インターネット、広域回線網、狭域回線網、携帯電話網などである。

（需要家）
以下において、第１実施形態に係る需要家について説明する。図２は、第１実施形態に係る需要家１０の詳細を示す図である。

図２に示すように、需要家１０は、分電盤１１０と、負荷１２０と、ＰＶ装置１３０と、蓄電池装置１４０と、燃料電池装置１５０と、貯湯装置１６０と、ＥＭＳ２００とを有する。

第１実施形態において、需要家１０は、電流計１８０を有する。電流計１８０は、燃料電池装置１５０の負荷追従制御に用いられる。電流計１８０は、蓄電池装置１４０及び燃料電池装置１５０と系統とを接続する電力線上において、蓄電池装置１４０と電力線との接続点よりも下流（系統から離れた側）、かつ、燃料電池装置１５０と電力線との接続点よりも上流（系統に近い側）に設けられる。電流計１８０が負荷１２０と電力線との接続点よりも上流（系統に近い側）に設けられることは勿論である。

第１実施形態において、各機器は、系統に近い順から見て、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び負荷１２０の順で電力線に接続されていることに留意すべきである。

分電盤１１０は、配電線３１（系統）に接続されている。分電盤１１０は、電力線を介して、負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０及び燃料電池装置１５０に接続されている。

負荷１２０は、電力線を介して供給を受ける電力を消費する装置である。例えば、負荷１２０は、冷蔵庫、冷凍庫、照明、エアコンなどの装置を含む。

ＰＶ装置１３０は、ＰＶ１３１と、ＰＣＳ１３２とを有する。ＰＶ１３１は、発電装置の一例であり、太陽光の受光に応じて発電を行う太陽光発電装置である。ＰＶ１３１は、発電されたＤＣ電力を出力する。ＰＶ１３１の発電量は、ＰＶ１３１に照射される日射量に応じて変化する。ＰＣＳ１３２は、ＰＶ１３１から出力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する装置（ＰｏｗｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）である。ＰＣＳ１３２は、電力線を介してＡＣ電力を分電盤１１０に出力する。

第１実施形態において、ＰＶ装置１３０は、ＰＶ１３１に照射される日射量を測定する日射計を有していてもよい。

ＰＶ装置１３０は、ＭＰＰＴ（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）法によって制御される。詳細には、ＰＶ装置１３０は、ＰＶ１３１の動作点（動作点電圧値及び電力値によって定まる点、又は、動作点電圧値と電流値とによって定まる点）を最適化する。

蓄電池装置１４０は、蓄電池１４１と、ＰＣＳ１４２とを有する。蓄電池１４１は、電力を蓄積する装置である。ＰＣＳ１４２は、配電線３１（系統）から供給を受けるＡＣ電力をＤＣ電力に変換する装置（ＰｏｗｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）である。また、ＰＣＳ１４２は、蓄電池１４１から出力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。

燃料電池装置１５０は、燃料電池１５１と、ＰＣＳ１５２とを有する。燃料電池１５１は、発電装置の一例であり、燃料（ガス）を用いて電力を発電する装置である。ＰＣＳ１５２は、燃料電池１５１から出力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する装置（ＰｏｗｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）である。

燃料電池装置１５０は、負荷追従制御によって動作する。詳細には、燃料電池装置１５０は、燃料電池１５１から出力する電力が負荷追従制御の目標電力となるように燃料電池１５１を制御する。言い換えると、燃料電池装置１５０は、電流計１８０によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池１５１から出力する電力を制御する。

貯湯装置１６０は、燃料（ガス）を用いて湯を生成或いは水温を維持する装置である。具体的には、貯湯装置１６０は、貯湯槽を有しており、燃料（ガス）の燃焼によって生じる熱又は燃料電池１５１の運転（発電）によって生じる排熱によって、貯湯槽から供給される水を温める。詳細には、貯湯装置１６０は、貯湯槽から供給される水を温めて、温められた湯を貯湯槽に還流する。

実施形態において、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０は、給湯ユニット１７０（給湯システム）を構成することに留意すべきである。

ＥＭＳ２００は、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を制御する装置（ＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）である。具体的には、ＥＭＳ２００は、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０に信号線を介して接続されており、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を制御する。また、ＥＭＳ２００は、負荷１２０の動作モードを制御することによって、負荷１２０の消費電力を制御する。

また、ＥＭＳ２００は、ネットワーク６０を介して各種サーバと接続される。各種サーバは、例えば、系統から供給を受ける電力の購入単価、系統から供給を受ける電力の売却単価、燃料ガスの購入単価などの情報（以下、エネルギー料金情報）を格納する。

或いは、各種サーバは、例えば、負荷１２０の消費電力を予測するための情報（以下、消費エネルギー予測情報）を格納する。消費エネルギー予測情報は、例えば、過去の負荷１２０の消費電力の実績値に基づいて生成されてもよい。或いは、消費エネルギー予測情報は、負荷１２０の消費電力のモデルであってもよい。

或いは、各種サーバは、例えば、ＰＶ１３１の発電量を予測するための情報（以下、ＰＶ発電量予測情報）を格納する。ＰＶ発電予測情報は、ＰＶ１３１に照射される日射量の予測値であってもよい。或いは、ＰＶ発電予測情報は、天気予報、季節、日照時間などであってもよい。

（燃料電池装置）
以下において、第１実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図３は、第１実施形態に係る燃料電池装置１５０を示す図である。

図３に示すように、燃料電池装置１５０は、燃料電池１５１と、ＰＣＳ１５２と、ブロワ１５３と、脱硫器１５４と、着火ヒータ１５５と、ラジエータ１５６と、制御基板１５７とを有する。

燃料電池１５１は、上述したように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。具体的には、燃料電池１５１は、改質器１５１Ａと、セルスタック１５１Ｂとを有する。

改質器１５１Ａは、後述する脱硫器１５４によって付臭剤が除去された燃料ガスから改質ガスを生成する。改質ガスは、水素及び一酸化炭素によって構成されるガスである。

セルスタック１５１Ｂは、後述するブロワ１５３から供給される空気（酸素）と改質ガスとの化学反応によって発電する。具体的には、セルスタック１５１Ｂは、複数のセルがスタックされた構造を有する。各セルは、燃料極と空気極との間に電解質が挟み込まれた構造を有する。燃料極には、改質ガス（水素）が供給され、空気極には、空気（酸素）が供給される。電解質において改質ガス（水素）及び空気（酸素）の化学反応が生じて、電力（ＤＣ電力）及び熱が生成される。

ＰＣＳ１５２は、上述したように、燃料電池１５１から出力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する装置である。

ブロワ１５３は、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）に空気を供給する。ブロワ１５３は、例えば、ファンによって構成される。

脱硫器１５４は、外部から供給される燃料ガスに含まれる付臭剤を除去する。燃料ガスは、都市ガスであってもよく、プロパンガスであってもよい。

着火ヒータ１５５は、セルスタック１５１Ｂで化学反応しなかった燃料（以下、未反応燃料）に着火し、セルスタック１５１Ｂの温度を高温に維持するヒータである。すなわち、着火ヒータ１５５は、セルスタック１５１Ｂを構成する各セルの開口から漏れる未反応燃料に着火する。着火ヒータ１５５は、未反応燃料が燃焼していないケース（例えば、燃料電池装置１５０の起動時）において、未反応燃料に着火すればよいことに留意すべきである。そして、一旦着火すれば、その後は、セルスタック１５１Ｂから僅かずつ溢れ出る未反応燃料が燃焼し続けることによって、セルスタック１５１Ｂの温度が高温に維持される。

ラジエータ１５６は、セルスタック１５１Ｂの温度が許容温度の上限を超えないように、セルスタック１５１Ｂを冷却する。例えば、セルスタック１５１Ｂの熱を貯湯装置１６０で利用したとしても、セルスタック１５１Ｂの温度が許容温度の上限を超えるケースにおいて、ラジエータ１５６は、セルスタック１５１Ｂを冷却する。ラジエータ１５６を使用している状態は、セルスタック１５１Ｂの熱が有効に利用されていないため、燃料電池装置１５０の運転効率が低下している状態であることに留意すべきである。

制御基板１５７は、燃料電池１５１、ＰＣＳ１５２、ブロワ１５３、脱硫器１５４、着火ヒータ１５５及び制御基板１５７を制御する回路を搭載する基板である。

第１実施形態において、セルスタック１５１Ｂは、化学反応によって発電する発電部の一例である。改質器１５１Ａ、ブロワ１５３、脱硫器１５４、着火ヒータ１５５及び制御基板１５７は、セルスタック１５１Ｂの動作を補助する補器の一例である。また、ＰＣＳ１５２の一部を補器として扱ってもよい。

第１実施形態において、燃料電池装置１５０の動作モードとして、発電モード、アイドリングモード、温度維持モードが設けられる。

発電モードは、燃料電池装置１５０に接続された負荷１２０の消費電力に追従するように燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電力が制御される動作モード（負荷追従制御）である。詳細には、発電モードでは、電流計１８０によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池１５１から出力する電力が制御される。ここで、燃料電池装置１５０が電流計１８０よりも下流に設けられているため、補器の消費電力についても、燃料電池１５１から出力する電力によって賄われることに留意すべきである。

ここで、発電モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼によって、発電温度として６５０〜１０００℃（７００℃程度）に維持される。このような発電温度は、すなわち、改質ガス（水素）及び空気（酸素）を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。

ところで、燃料電池装置１５０は、完全停止させることも可能である。例えば、長期間使用しない場合などにおいては完全停止させてもよい。しかしながら、完全停止させた場合には、補器類も停止して燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）の温度が低いものとなるため、発電可能な程の温度まで上昇するために長い時間を要することとなり、負荷追従性が低いということには留意すべきである。このため、第１実施形態においては完全停止を極力回避するため、運転モードにアイドリングモードと温度維持モードとを設ける。

アイドリングモードは、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電力によって補器の消費電力を賄う動作モードである。但し、アイドリングモードでは、負荷１２０の消費電力については、燃料電池１５１から出力する電力によって賄われないことに留意すべきである。

ここで、アイドリングモードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼により、発電モードと同様の発電温度（例えば、７００℃程度）に維持される。すなわち、アイドリングモードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度についても、発電モードと同様、改質ガス（水素）及び空気（酸素）を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。アイドリングモードは、例えば、停電が生じた場合に適用される動作モードである。

温度維持モードは、補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄うとともに、セルスタック１５１Ｂを所定温度域に維持する動作モードである。温度維持モードにおいて、補器の消費電力は、系統から供給される電力によって賄われてもよく、ＰＶ１３１又は蓄電池１４１から供給される電力によって賄われてもよい。温度維持モードにおいて、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電力は、少なくとも、補器の消費電力よりも小さく、アイドリングモードのように、補器を動作させるには若干及ばない程度となる。例えば、温度維持モードにおいて、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から電力が出力されない。

ここで、温度維持モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、主として、未反応ガスの燃焼によって維持される。また、温度維持モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、発電モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度よりも低い。同様に、温度維持モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、アイドリングモードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度よりも低い。しかしながら、未反応ガスの燃焼により、温度維持モードにおけるセルスタック１５１Ｂの温度は、ある程度の高温（所定温度域）で維持される。

第１実施形態において、所定温度域は、発電温度よりも若干低く、例えば、４５０℃〜６００℃程度であって、改質ガス（水素）及び空気（酸素）を得ても、充分な化学反応が生じにくい温度域である。セルスタック１５１Ｂの温度が所定温度域である場合に、化学反応の反応スピードが不足するため、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電圧は、定格電圧（２００Ｖ）よりも低い。温度維持モードでは、化学反応が全く生じていなくてもよく、若干の化学反応が生じていてもよい。ただし、所定温度域は、常温よりは明らかに高い温度で維持することとなるため、発電を行う必要が生じた際にも、完全停止している状態に比して化学反応を積極的に生じさせる温度に到達するまでの時間が短く済み、必要電力を出力するまでの時間を短くする（負荷追従性が高い）こととなる。

また、温度維持モードにおいて燃料電池装置１５０に供給される燃料ガス量は、発電モードにおいて燃料電池装置１５０に供給される燃料ガス量よりも少ない。

（ネットワーク構成）
以下において、第１実施形態に係るネットワーク構成について説明する。図４は、第１実施形態に係るネットワーク構成を示す図である。

図４に示すように、ネットワークは、負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０、貯湯装置１６０、ＥＭＳ２００及びユーザ端末３００によって構成される。ユーザ端末３００は、ユーザ端末３１０及びユーザ端末３２０を含む。

ユーザ端末３１０は、ＥＭＳ２００と接続されており、各機器（負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０、貯湯装置１６０）の消費エネルギーを可視化するための情報（以下、可視化情報）をウェブブラウザによって表示する。このようなケースにおいて、ＥＭＳ２００は、ＨＴＭＬ等の形式で可視化情報を生成して、生成された可視化情報をユーザ端末３１０に送信する。ユーザ端末３１０とＥＭＳ２００との間の接続形式は、有線であってもよく、無線であってもよい。

ユーザ端末３２０は、ＥＭＳ２００と接続されており、可視化情報をアプリケーションによって表示する。このようなケースにおいて、ＥＭＳ２００は、各機器の消費エネルギーを示す情報をユーザ端末３２０に送信する。ユーザ端末３２０のアプリケーションは、ＥＭＳ２００から受信する情報に基づいて可視化情報を生成して、生成された可視化情報を表示する。ユーザ端末３２０とＥＭＳ２００との間の接続形式は、有線であってもよく、無線であってもよい。

上述したように、第１実施形態では、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０が給湯ユニット１７０を構成する。従って、貯湯装置１６０は、ＥＭＳ２００と通信を行う機能を有していなくてもよい。このようなケースでは、燃料電池装置１５０は、貯湯装置１６０を代理して、貯湯装置１６０に関するメッセージの通信をＥＭＳ２００と行う。

第１実施形態において、ＥＭＳ２００と各機器（負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０、貯湯装置１６０）との間の通信は、所定のプロトコルに従って方式で行われる。所定のプロトコルとしては、例えば、“ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅ”又は“ＥＣＨＯＮＥＴ”と呼ばれるプロトコルが挙げられる。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではなく、所定のプロトコルは、“ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅ”又は“ＥＣＨＯＮＥＴ”以外のプロトコルであってもよい。

（ＥＭＳの構成）
以下において、第１実施形態に係るＥＭＳについて説明する。図５は、第１実施形態に係るＥＭＳ２００を示すブロック図である。

図５に示すように、ＥＭＳ２００は、受信部２１０と、送信部２２０と、制御部２３０とを有する。

受信部２１０は、信号線を介して接続された装置から各種信号を受信する。例えば、受信部２１０は、ＰＶ１３１の発電量を示す情報をＰＶ装置１３０から受信してもよい。受信部２１０は、蓄電池１４１の蓄電量を示す情報を蓄電池装置１４０から受信してもよい。受信部２１０は、燃料電池１５１の発電量を示す情報を燃料電池装置１５０から受信してもよい。受信部２１０は、貯湯装置１６０の貯湯量を示す情報を貯湯装置１６０から受信してもよい。

第１実施形態において、受信部２１０は、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びＰＶ発電量予測情報を、ネットワーク６０を介して各種サーバから受信してもよい。但し、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びＰＶ発電量予測情報は、予めＥＭＳ２００に記憶されていてもよい。

第１実施形態において、受信部２１０は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージ、又は、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージを給湯ユニット１７０（実施形態では、燃料電池装置１５０の制御基板１５７）から受信する。言い換えると、燃料電池装置１５０の制御基板１５７は、上述したメッセージを送信する送信部を構成する。

ここで、燃料電池装置１５０の種別は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ：ＰｈｏｓｐｈｏｒｉｃＡｃｉｄＦｕｅｌＣｅｌｌ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：ＭｏｌｔｅｎＣａｒｂｏｎａｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）及びガスエンジン型発電装置のいずれかを含む。

燃料電池装置１５０のステータスは、燃料電池装置１５０に異常が生じたときのエラーではなくて、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときのステータスを示すことに留意すべきである。

例えば、燃料電池装置１５０のステータスは、燃料電池装置１５０が停止しているステータス及び燃料電池装置１５０が発電しているステータスのいずれかを含む。燃料電池装置１５０の種別がＳＯＦＣ、ＰＥＦＣ、ＰＡＦＣ、ＭＣＦＣである場合には、継続的な燃料（ガス）の使用が生じやすい機器である。そのため、いくつかの理由により、ガス消費があまりに長期間連続しないよう、ある程度の期間で強制的に停止するような構成がとられていることが有る。このような、停止は、決して故障などのエラーに起因した停止ではく、なおかつ停止から復帰して以後再運転しても、再度期間が経過すると停止することになる。例えば、燃料電池装置１５０の中でも特にＳＯＦCの場合には、ガスメーターがガス漏れと判断する一定期間（例えば、２７日間）に達するタイミングよりも前において、燃料電池装置１５０を停止することが望ましいとされている。一方、ＰＥＦＣの場合には、例えば１日１回１時間停止する。このような対応の差は、同じ燃料電池といえども化学変化を誘発するための構成が異なることから、発電部の反応温度の差などから停止から動作状態に至るまでの時間の長短、などに起因している。そこで、このような運転中、停止中、停止中であればその期間、あるいは今後の停止予定日などもステータスに含め、ステータスを示すメッセージをＥＭＳ２００が受信する。このようにステータスを示すメッセージをＥＭＳ２００が受信することによって、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の種別を把握し、その上で種別ごとの運転停止の期間、停止となる周期などの条件を把握することができ、これら条件内における停止は計画的停止であり、故障ではないことを判断する。逆に、燃料電池装置１５０の種別ごとの停止計画とが一致しない場合には何らかのエラーが生じたとして警告情報を生成してユーザに通知してもよい。さらにＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０のこのような燃料電池装置１５０の種別ごとの計画的停止の情報を受信し、停止計画をも把握することで今後の発電量の予測精度をさらに高精度なものとし、他の機器（負荷１２０など）を適切に制御することができる。

また、燃料電池装置１５０のステータスは、燃料電池装置１５０が発電している状態から燃料電池装置１５０が停止している状態に至るまでの複数の段階のいずれかを含む。ここで、燃料電池装置１５０の種別がＳＯＦＣである場合には、燃料電池装置１５０が発電している状態から燃料電池装置１５０が停止している状態に至るまでに１日程度の時間を要する。従って、このようなステータスを示すメッセージをＥＭＳ２００が受信することによって、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の発電量を把握して、他の機器（負荷１２０など）を適切に制御することができる。または、前記ステータスメッセージは、停止までに要する時間または停止時間であってもよい。

或いは、燃料電池装置１５０のステータスは、ラジエータ１５６を使用しているか否かを含む。上述したように、ラジエータ１５６を使用している状態では、排熱を全て貯湯装置１６０で回収できておらず、空気中に放熱している状態であり、すなわち燃料電池装置１５０の運転効率が低下している状態であると言える。従って、このようなステータスを示すメッセージをＥＭＳ２００が受信することによって、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の運転効率を把握して、他の機器（貯湯装置１６０など）を適切に制御することができる。例えば、ラジエータ１５６などの放熱部の使用が生じている状態であれば、湯の使用量が少なく、貯湯装置１６０の貯湯量が増大した状態であり、貯湯装置１６０での排熱利用が低下している状態である。このため、たとえば貯湯装置１６０で予め設定された湯温よりもさらに設定温度を上げる、あるいは貯湯量の設定量を上げることなどによって、排熱回収率を向上するよう制御してもよい。あるいは排熱が利用できていないことからエネルギー利用効率を計算し、貯湯装置１６０の貯湯量が減少するまでは燃料電池装置１５０の積極的な利用を控えてアイドリングモードあるいは温度維持モードに遷移させてもよい。さらには、このような燃料電池装置１５０の出力低下に伴う供給電力の低下に相当する分、需要家内の負荷機器の消費電力を低下させるように制御してもよい。すなわち、ラジエータ１５６の使用の有無により、ＥＭＳ２００は貯湯装置１６０の設定変更、あるいは燃料電池装置の運転モードの変更、さらには負荷機器の運転状態を制御することにより、よりエネルギー効率の向上を図ることができる。

或いは、燃料電池装置１５０のステータスは、セルスタック１５１Ｂ（発電部）の温度を含む。ここで、燃料電池装置１５０の種別がＳＯＦＣである場合には、セルスタック１５１Ｂの温度によって燃料電池装置１５０の発電量が大きく変動する。従って、このようなステータスを示すメッセージをＥＭＳ２００が受信することによって、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の発電量を把握して、他の機器（負荷１２０など）を適切に制御することができる。セルスタック１５１Ｂの温度によって、燃料電池装置１５０が発電している状態と燃料電池装置１５０が停止している状態との間の段階を把握することも可能である。

第１実施形態において、受信部２１０は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを給湯ユニット１７０から受信する。或いは、受信部２１０は、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを給湯ユニット１７０から受信する。本実施形態では、ラジエータ１５６が燃料電池装置１５０に設置される形態を示したが、ラジエータ１５６は、貯湯装置１６０に設けられてもよい。貯湯装置１６０に貯められたお湯の温度が許容温度の上限を超えるケースにおいて、ラジエータ１５６お湯を冷却する。上記ラジエータ１５６のステータスを示すメッセージがＥＭＳ２００に送られてもよい。

送信部２２０は、信号線を介して接続された装置に各種信号を送信する。例えば、送信部２２０は、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を制御するための信号を各装置に送信する。送信部２２０は、負荷１２０を制御するための制御信号を負荷１２０に送信する。

第１実施形態において、送信部２２０は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージ、又は、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット１７０（実施形態では、燃料電池装置１５０の制御基板１５７）に送信する。

第１実施形態において、送信部２２０は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット１７０に送信する。或いは、送信部２２０は、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット１７０に送信する。

制御部２３０は、負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を制御する。

第１実施形態において、制御部２３０は、燃料電池装置１５０の動作モードを燃料電池装置１５０に指示する。第１実施形態において、燃料電池装置１５０の動作モードは、上述したように、発電モード（負荷追従制御）、アイドリングモード及び温度維持モードを含む。

燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電力が所定閾値を上回る場合に、制御部２３０は、燃料電池装置１５０を発電モードで運転するよう制御する。一方、制御部２３０は、例えば、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）から出力する電力が所定閾値を下回る場合に、温度維持モードで運転するよう燃料電池装置１５０を制御する。また、制御部２３０は、例えば、停電が生じた場合には、アイドリングモードで運転するよう燃料電池装置１５０を制御する。

（メッセージフォーマット）
以下において、第１実施形態に係るメッセージフォーマットについて説明する。図６〜図８は、第１実施形態のメッセージフォーマットの一例を示す図である。

例えば、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージは、図６に示すフォーマットを有する。図６に示すように、メッセージは、メッセージ種別のフィールド及び種別のフィールドを有する。

メッセージ種別のフィールドは、メッセージの種別を示しており、第１実施形態では、メッセージが燃料電池装置１５０の種別を含むことを示している。メッセージ種別のフィールドは、各メッセージに共通している。

種別のフィールドは、燃料電池装置１５０の種別を示す。例えば、燃料電池装置１５０の種別は、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、ガスエンジン型などである。

燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージは、図７に示すフォーマットを有する。図７に示すように、メッセージは、メッセージ種別のフィールド及びステータスのフィールドを有する。

メッセージ種別のフィールドは、メッセージの種別を示しており、第１実施形態では、メッセージが燃料電池装置１５０のステータスを含むことを示している。メッセージ種別のフィールドは、各メッセージに共通している。

ステータスのフィールドは、燃料電池装置１５０のステータスを示す。図７に示すケースでは、燃料電池装置１５０のステータスは、燃料電池装置１５０の種別毎に異なるコード空間を用いて表される。従って、ＥＭＳ２００は、ステータスのフィールドのコード空間を参照することによって、燃料電池装置１５０の種別を特定することができる。

或いは、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージは、図８に示すフォーマットを有する。図８に示すように、メッセージは、種別のフィールド、メッセージ種別のフィールド及びステータスのフィールドを有する。

ステータスのフィールドは、燃料電池装置１５０のステータスを示す。ステータスのフィールドのコード空間は、各メッセージに共通している。

（管理方法）
以下において、第１実施形態に係る管理方法について説明する。図９は、第１実施形態の管理方法を示すシーケンス図である。

図９に示すように、ステップ１０において、ＥＭＳ２００は、給湯ユニット１７０に対して、給湯ユニット１７０が対応するコード群を要求するメッセージ（コード群要求）を送信する。コード群要求は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージの一例である。或いは、コード群要求は、燃料電池装置１５０および貯湯装置１６０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０および貯湯装置１６０のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージの一例である。

ステップ２０において、給湯ユニット１７０は、ＥＭＳ２００に対して、給湯ユニット１７０が対応するコード群を示すメッセージ（コード群応答）を送信する。コード群応答は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージの一例である。或いは、コード群応答は、燃料電池装置１５０および貯湯装置１６０が正常に運転しているときの燃料電池装置１５０および貯湯装置１６０のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージの一例である。

ステップ３０において、ＥＭＳ２００は、給湯ユニット１７０に対して、燃料電池装置１５０の種別を要求するメッセージ（種別要求）を送信する。

ステップ４０において、給湯ユニット１７０は、ＥＭＳ２００に対して、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージ（種別応答）を送信する。

ステップ５０において、ＥＭＳ２００は、給湯ユニット１７０に対して、給湯ユニット１７０が正常に運転しているときの給湯ユニット１７０のステータスを要求するメッセージ（ステータス要求）を送信する。

ステップ６０において、燃料電池装置１５０は、ＥＭＳ２００に対して、給湯ユニット１７０が正常に運転しているときの給湯ユニット１７０のステータスを示すメッセージ（ステータス応答）を送信する。

以上説明したように、第1実施形態では、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の種別を示すメッセージを受信するため、燃料電池装置１５０を適切に制御することができる。

第1実施形態では、ＥＭＳ２００は、給湯ユニット１７０に異常が生じたときのエラーではなくて、給湯ユニット１７０が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。これによって、ＥＭＳ２００は、燃料電池装置１５０の発電量等を把握することが可能であり、他の機器（負荷、貯湯装置など）を適切に制御することができる。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、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ろう。

例えば、系統停電中にはアイドリングモードで運転するとしたが、仮に負荷での電力需要があるならば、補器についての電力供給を燃料電池１５１自身で行うだけでなく、燃料電池装置１５０に接続された負荷での需要に見合う出力電力が得られるよう燃料電池１５１の出力を上げる自立運転モードとしてもよい。すなわち、自立運転モードとアイドリングモードとは、発電電力の外部出力を行うか否かという点では相違するものの、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄うという点では共通する。このため、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄う２つのモードのことを便宜上、自給モードと呼んでもよい。

また、温度維持モードでは系統からの電力供給により補器類の消費電力を賄うとしたが、ＰＶ装置１３０か蓄電池装置１４０などの出力から賄ってもよい。

ＥＭＳ２００は、ＨＥＭＳ（ＨｏｍｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）であってもよく、ＳＥＭＳ（ＳｔｏｒｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）であってもよく、ＢＥＭＳ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）であってもよく、ＦＥＭＳ（ＦａｃｔｏｒｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）であってもよい。

実施形態では、需要家１０は、負荷１２０、ＰＶ装置１３０、蓄電池装置１４０、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を有する。しかしながら、需要家１０は、少なくとも、燃料電池装置１５０及び貯湯装置１６０を有していればよい。

実施形態では、燃料電池装置１５０のステータスを示すメッセージは、燃料電池装置１５０が正常に運転しているときのステータスを含むが、燃料電池装置１５０に異常が生じたときのエラーを示すステータスを含んでもよい。

実施形態では特に触れていないが、燃料電池装置１５０の初期設定を行うタイミング、停電から復旧したタイミング、燃料電池装置１５０の電源が投入されたタイミング、ＥＭＳ２００の電源が投入されたタイミング、燃料電池装置１５０の設定を確認する必要が生じたタイミングにおいて、コード群要求及びコード群応答の送受信が行われることが好ましい。

１０…需要家、２０…ＣＥＭＳ、３０…変電所、３１…配電線、４０…スマートサーバ、５０…発電所、５１…送電線、６０…ネットワーク、１００…エネルギー管理システム、１１０…分電盤、１２０…負荷、１３０…ＰＶユニット、１３１…ＰＶ、１３２…ＰＣＳ、１４０…蓄電池ユニット、１４１…蓄電池、１４２…ＰＣＳ、１５０…燃料電池ユニット、１５１…燃料電池、１５１Ａ…改質器、１５１Ｂ…セルスタック、１５２…ＰＣＳ、１５３…ブロワ、１５４…脱硫器、１５５…着火ヒータ、１５６…制御基板、１６０…貯湯ユニット、１７０…給湯ユニット、１８０…電流計、２００…ＥＭＳ、２１０…受信部、２２０…送信部、２３０…制御部、３００、３１０、３２０…ユーザ端末

Claims

燃料電池装置と、
前記燃料電池装置との間で予め定められた所定フォーマットを有するメッセージを受信する電力管理装置とを備え、
前記電力管理装置は、前記所定フォーマットを有するメッセージとして、前記燃料電池装置の発電中、停止中、起動中及び停止動作中を少なくとも識別可能な態様で前記燃料電池装置の状態である発電動作状態を示すメッセージを前記燃料電池装置から受信することを特徴とする電力管理システム。
前記燃料電池装置の停止中は、エラーに起因する停止を除くものであることを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
前記起動中は、前記燃料電池装置が停止している状態から前記燃料電池装置が発電している状態に至るまでの状態であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力管理システム。
前記停止動作中は、前記燃料電池装置が発電している状態から前記燃料電池装置が停止している状態に至るまでの状態であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力管理システム。
前記発電動作状態は、前記燃料電池装置が正常に運転している場合の状態であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電力管理システム。
前記電力管理装置は、前記発電動作状態を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを前記燃料電池装置から受信することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電力管理システム。
前記電力管理装置は、前記発電動作状態を示すメッセージの送信を前記燃料電池装置に要求する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電力管理システム。
燃料電池装置との間で予め定められた所定フォーマットを有するメッセージを電力管理装置が受信するステップＡを備え、
前記ステップＡは、前記電力管理装置が、前記所定フォーマットを有するメッセージとして、前記燃料電池装置の発電中、停止中、起動中及び停止動作中を少なくとも識別可能な態様で前記燃料電池装置の状態である発電動作状態を示すメッセージを前記燃料電池装置から受信するステップを含むことを特徴とする電力管理方法。
燃料電池装置との間で予め定められた所定フォーマットを有するメッセージを受信する受信部を備え、
前記受信部は、前記所定フォーマットを有するメッセージとして、前記燃料電池装置の発電中、停止中、起動中及び停止動作中を少なくとも識別可能な態様で前記燃料電池装置の状態である発電動作状態を示すメッセージを前記燃料電池装置から受信することを特徴とする電力管理装置。
燃料電池装置であって、
電力管理装置との間で予め定められた所定フォーマットを有するメッセージを送信する送信部を備え、
前記送信部は、前記所定フォーマットを有するメッセージとして、前記燃料電池装置の発電中、停止中、起動中及び停止動作中を少なくとも識別可能な態様で前記燃料電池装置の状態である発電動作状態を示すメッセージを前記電力管理装置に送信することを特徴とする燃料電池装置。