JP6503060B2 - 発電装置、発電システム、および発電システムの制御方法 - Google Patents

発電装置、発電システム、および発電システムの制御方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、日本国特許出願２０１５−１０６７１０号（２０１５年５月２６日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
本発明は、発電装置、発電システム、および発電システムの制御方法に関するものである。より詳細には、本発明は、他の発電装置と接続して使用する燃料電池のような発電装置、このような発電装置を複数含む発電システム、および、このような発電システムの制御方法に関するものである。
近年、燃料電池のような複数の分散型電源を発電装置として接続し、これらの発電装置が出力する電力を供給するシステムが研究されている。このような分散型電源として用いられる発電装置の燃料電池には、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）および固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）などがある。
燃料電池には、水素および空気中の酸素から電力を発電し、副次的に発生する熱を蒸気または温水として利用できるものがある（コジェネレーション（以下、「コジェネ」と略記する））。コジェネ型の燃料電池は、発電と共に発生する熱を有効利用することで、エネルギーの総合効率を高めることができる。
一方、燃料電池には、発電する際に発生する熱が利用できるように構成されていないものもある（モノジェネレーション（以下、「モノジェネ」と略記する））。例えば米国などでは、モノジェネ型の燃料電池の導入が進みつつある。
特開２００４−２１４１６９号公報
本開示の発電システムは、第１の発電装置と、第２の発電装置と、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置うち一の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置のうち他の発電装置に供給する。
また、本開示の発電システムの制御方法は、第１の発電装置および第２の発電装置を含む発電システムの制御方法である。前記発電システムの制御方法は、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置のうち一の発電装置が発電する発電ステップと、前記発電ステップにおいて前記一の発電装置の発電に伴い熱を発生する熱発生ステップと、前記熱発生ステップにおいて発生した熱を、他の発電装置に供給する熱供給ステップと、を含む。
本開示の一実施形態に係る発電システムを概略的に示す機能ブロック図である。 本開示の一実施形態に係る発電システムにおける一方の発電装置の立下げ時の動作例を説明するフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る発電システムにおける一方の発電装置の立下げ時の動作例を説明する概念図である。 本開示の一実施形態に係る発電システムにおける一方の発電装置の立上げ時の動作例を説明するフローチャートである。 本開示の一実施形態に係る発電システムにおける一方の発電装置の立上げ時の動作例を説明する概念図である。
一般に、モノジェネ型の燃料電池は、発電する際に発生する熱を利用できるように構成されていない。したがって、複数の燃料電池を含むシステムを運転する際、モノジェネ型の燃料電池が発電する際に発生する熱は、有効利用することはできない。また、コジェネ型の燃料電池が発電する際に発生する熱も、例えば給湯などが適切に利用される環境でなければ、有効利用することはできない。これに対して、本開示の発電装置、発電システム、および発電システムの制御方法によれば、発電に伴って発生するする熱を有効利用することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、実線は主に電力の経路を示し、破線は主に制御信号または各種情報を通信する信号の経路を示す。以下の説明において、従来よく知られている要素および機能部については、適宜、説明を簡略化または省略する。
図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂを含んで構成される。本実施形態において、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂは、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、および固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などで構成される燃料電池ユニットとすることができる。以下、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂは、ＳＯＦＣまたはＰＥＦＣのような燃料電池ユニットを想定して説明するが、本実施形態に係る第１の発電装置および第２の発電装置は、このような燃料電池に限定されるものではない。
また、本実施形態において、第１の発電装置５Ａはモノジェネ型の燃料電池として、第２の発電装置５Ｂはコジェネ型の燃料電池として説明する。しかしながら、本実施形態に係る第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂは、このような構成に限定されず、例えば双方ともに同様のタイプの燃料電池等としてもよい。
図１において、発電システム１は、複数の分散型電源として、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの２つの発電装置を含む例を示してある。しかしながら、本実施形態に係る発電システム１は、任意の複数の分散型電源を含んで構成することができる。すなわち、本実施形態に係る発電システム１は、最小限の構成としては、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのような２つの発電装置のみを分散型電源として含んで構成することができる。また、例えば、発電システム１は、１つの発電電力が７００Ｗの発電ユニットを４つ接続して、システム全体として約３ｋＷの出力を達成するように構成することもできる。他の構成として、本実施形態に係る発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの他にも、他の燃料電池、太陽電池、および蓄電池のような任意の分散型電源を、任意の個数含んで構成することができる。以下、本実施形態に係る発電システム１は、説明の便宜上、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの２つの発電装置を含むものとして説明する。
図１に示すように、発電システム１において、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの出力は、それぞれ接続された上で、さらに、負荷１００および系統２００に接続される。このような構成により、発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂが発電する電力を、系統２００に連系して、負荷１００に供給する。
まず、本実施形態に係る第１の発電装置５Ａについて説明する。
本実施形態に係る第１の発電装置５Ａは、図１に示すように、制御部１０Ａ、セルスタック２０Ａ、インバータ（パワーコンディショナ）３０Ａ、および補機４０Ａを備えている。図１に示すように、第１の発電装置５Ａは、セルスタック２０Ａが発電する電力を、インバータ３０Ａを介して、負荷１００に供給する。このため、セルスタック２０Ａはインバータ３０Ａに接続され、インバータ３０Ａは負荷１００に接続される。また、インバータ３０Ａは、系統連系するため、系統２００にも接続される。系統２００は、一般的な商用電力系統（グリッド）とすることができる。このような構成により、第１の発電装置５Ａは、セルスタック２０Ａから出力される電力を制御して、負荷１００に供給する。負荷１００は、発電システム１から電力が供給される、ユーザが使用する家電製品などの各種の機器とすることができる。図１においては、負荷１００は１つの部材として示してあるが、１つの部材には限定されず任意の個数の各種機器とすることができる。
制御部１０Ａは、第１の発電装置５Ａを構成する各機能部をはじめとして第１の発電装置５Ａの全体を制御および管理する。特に、本実施形態において、制御部１０Ａは、セルスタック２０Ａ、インバータ３０Ａ、および補機４０Ａに対して、各種の制御を行う。制御部１０は、例えばマイコンまたは所定のプログラムを実行するプロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）などで構成することができる。また、制御部１０Ａは、各種プログラムおよび種々の情報を記憶するメモリも備えるものとして、以下説明する。
特に、本実施形態において、制御部１０Ａは、セルスタック２０Ａの発電を制御して、例えば、セルスタック２０Ａの起動、立ち上げ、出力の増大、出力の低減、立ち下げ、出力の停止などを行う。また、制御部１０Ａは、インバータ３０Ａを制御して、インバータ３０Ａに入力される電力の電圧を昇圧または降圧などを行う。また、制御部１０Ａは、補機４０Ａを制御して、セルスタック２０Ａの発電に伴って発生する熱（排熱）の出力を制御する。補機４０Ａによる排熱については、後述する。
セルスタック２０Ａは、例えばセラミックスなどの高耐熱性の材料で作られた複数の発電セルを積層して構成される。燃料電池を構成するセルスタック２０Ａは、水素と酸素から電気化学反応によって直流電力を発生させる。したがって、セルスタック２０Ａは、発電を行うために、ガス燃料の供給を受ける必要がある。図１においては、セルスタック２０Ａに対するガス燃料の供給については図示を省略してある。また、セルスタック２０Ａは、一般的に知られた燃料電池のセルスタックと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。セルスタック２０Ａは、補機４０Ａが動作を開始して、発電条件が整うと発電を開始する。
インバータ３０Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを備え、セルスタック２０Ａから出力される電力を昇圧または降圧するなど適切な電圧に変換した上で、第１の発電装置５Ａから出力する。インバータ３０Ａは、一般的に知られたインバータと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。
補機４０Ａは、セルスタック２０Ａが発電を行うために必要な装置、例えば、水素や酸素などのガスを供給するためのブロワ、水素や酸素を暖めるためのヒータなどを備えている。このため、補機４０Ａは、セルスタック２０Ａの発電に伴って熱を発生する。
次に、本実施形態に係る第２の発電装置５Ｂについて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る第２の発電装置５Ｂは、制御部１０Ｂ、セルスタック２０Ｂ、インバータ（パワーコンディショナ）３０Ｂ、および補機４０Ｂを備えている。第２の発電装置５Ｂを構成する機能部のうち、制御部１０Ｂ、セルスタック２０Ｂ、およびインバータ３０Ｂは、それぞれ上述した制御部１０Ａ、セルスタック２０Ａ、およびインバータ３０Ａと、同様に構成することができる。したがって、これらの各機能部の詳細な説明は省略する。
補機４０Ｂは、セルスタック２０Ｂが発電を行うために必要な装置、例えば、水素や酸素などのガスを供給するためのブロワ、水素や酸素を暖めるためのヒータなどを備える点においては、補機４０Ａと同様である。
第１の発電装置５Ａはモノジェネであるため、セルスタック２０Ａの発電に伴い発生する熱は、補機４０Ａから排熱される。一方、第２の発電装置５Ｂはコジェネであるため、セルスタック２０Ｂの発電に伴い発生する熱は、補機４０Ｂにおいて給湯される温水を加熱することができる。補機４０Ｂは、このようにセルスタック２０Ｂの発電に伴って発生する熱により給湯を実現するのに必要な機能を備えるものとする。
本実施形態に係る発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂを当初から含めた構成として設計することができる。また、本実施形態に係る発電システム１は、第１の発電装置５Ａが従来式の燃料電池ユニットとして予め備え付けられた環境において、本実施形態に係る第２の発電装置５Ｂを後から設置するような構成として実現することもできる。
図１に示すように、第１の発電装置５Ａのセルスタック２０Ａには、熱交換部５０Ａが設置される。この熱交換部５０Ａは、第２の発電装置５Ｂの補機４０Ｂに、熱伝導部６０によって接続される。熱伝導部６０は、内部の液体または気体などを熱伝導媒体として作用させて、一方から他方に熱を伝導する。第２の発電装置５Ｂはコジェネであり、セルスタック２０Ｂの発電に伴って温水が生成されるため、熱伝導部６０は、生成された温水を通過させることで、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱を伝導することができる。熱交換部５０Ａは、熱伝導部６０を伝導する熱伝導媒体が有する熱を、セルスタック２０Ａに移動させる。この熱交換部５０Ａは、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させる機能を有する。熱交換部５０Ａは、保有する熱エネルギーの異なる２つの流体間で熱エネルギーを交換する任意の熱交換部で構成することができる。熱交換部５０Ａおよび熱伝導部６０は、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱を伝導することができれば、上述の構成に限定されず任意の構成とすることができる。なお、補機４０Ｂは、制御部１０Ｂによる制御に基づいて、セルスタック２０Ｂの発電に伴って生じる熱が第１の発電装置５Ａに伝導する量を調整することができる。セルスタック２０Ｂの発電に伴って生じる熱のうち第１の発電装置５Ａに伝導されない熱は、例えば補機４０Ｂから排熱することができる。
また、第２の発電装置５Ｂのセルスタック２０Ｂには、熱交換部５０Ｂが設置される。この熱交換部５０Ｂは、第１の発電装置５Ａの補機４０Ａに、熱伝導部７０によって接続される。熱伝導部７０も、内部の液体または気体などを熱伝導媒体として作用させて、一方から他方に熱を伝導する。第１の発電装置５Ａはモノジェネであり、セルスタック２０Ａの発電に伴って発生する熱は排気となるため、熱伝導部７０は、その排気を通過させることで、第１の発電装置５Ａから第２の発電装置５Ｂに熱を伝導することができる。熱交換部５０Ｂも、保有する熱エネルギーの異なる２つの流体間で熱エネルギーを交換する任意の熱交換部で構成することができる。熱交換部５０Ｂおよび熱伝導部７０は、第１の発電装置５Ａから第２の発電装置５Ｂに熱を伝導することができれば、上述の構成に限定されず任意の構成とすることができる。なお、補機４０Ａは、制御部１０Ａによる制御に基づいて、セルスタック２０Ａの発電に伴って生じる熱が第２の発電装置５Ｂに伝導する量を調整することができる。セルスタック２０Ａの発電に伴って生じる熱のうち第２の発電装置５Ｂに伝導されない熱は、例えば補機４０Ａから排熱することができる。
図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１は、電流センサ８０および９０を備えている。電流センサ８０は、系統２００と負荷１００との間に流れる電流を検出する。電流センサ８０は、第２の発電装置５Ｂの制御部１０Ｂに接続され、検出した電流の情報を制御部１０Ｂに伝える。電流センサ９０は、第１の発電装置５Ａのインバータ３０Ａと負荷１００との間に流れる電流を検出する。電流センサ９０は、第２の発電装置５Ｂの制御部１０Ｂに接続され、検出した電流の情報を制御部１０Ｂに伝える。電流センサ８０，９０は、例えば、ＣＴ（Current Transformer：変流器）とすることができるが、電流を検出することができる要素であれば、任意のものを採用することができる。
さらに、図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１において、第１の発電装置５Ａの制御部１０Ａと、第２の発電装置５Ｂの制御部１０Ｂとは、有線または無線により、相互に接続される。この接続により、例えば制御部１０Ａおよび制御部１０Ｂの一方をマスターとし他方をスレーブとする等して協働させることができる。したがって、本実施形態に係る発電システム１は、例えば制御部１０Ａおよび制御部１０Ｂの一方のみ（例えば制御部１０Ｂ）に指示することによって、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂを含む発電システム１の全体を制御することができる。
次に、本実施形態に係る発電システム１の動作について説明する。
本実施形態に係る発電システム１においては、第１の発電装置５Ａ（モノジェネ）および第２の発電装置５Ｂ（コジェネ）のように、異なる種類の燃料電池を併用している。したがって、本実施形態において、例えば、第１の発電装置５Ａ（モノジェネ）の発電に伴う排熱を、第２の発電装置５Ｂ（コジェネ）のセルスタック２０Ｂに供給する。例えば、制御部１０Ｂは、制御部１０Ａに指示を出し、制御部１０Ａがセルスタック２０Ａおよび補機４０Ａを制御することにより、第２の発電装置５Ｂに熱を供給することができる。また、制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂが必要とする熱が供給されるように、セルスタック２０Ａおよび補機４０Ａを制御するように制御部１０Ａに指示を出してもよい。
また、本実施形態において、例えば、第２の発電装置５Ｂ（コジェネ）の発電に伴う排熱を、第１の発電装置５Ａ（モノジェネ）のセルスタック２０Ａに供給する。例えば、制御部１０Ｂは、セルスタック２０Ｂおよび補機４０Ｂを制御することにより、第１の発電装置５Ａに熱を供給することができる。また、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａが必要とする熱が供給されるように、セルスタック２０Ｂおよび補機４０Ｂを制御してもよい。この時、制御部１０Ｂは、電流センサ８０および９０が検出する電流から、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂが出力する電力量を取得することにより、この電力量に基づいて、それぞれ供給する熱の熱量を制御することができる。
特に、本実施形態においては、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのうち稼働中の方の発電装置の熱が、セルスタックが停止している方の発電装置に供給されるようにするのがよい。このような制御によって、本実施形態に係る発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの間で熱を融通し合うことにより、互いのセル温度を保つことができる。したがって、本実施形態によれば、双方の発電装置の燃料電池の寿命を延ばすことができるとともに、発電に伴う熱を有効利用することができる。よって、本実施形態によれば、熱を生成するためのコスト、および二酸化炭素の使用量を削減することができる。
このように、本実施形態の発電システム１は、第１の発電装置５Ａ（例えばモノジェネ）および第２の発電装置５Ｂ（例えばコジェネ）を含む。また、発電システム１は、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂうち一方の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのうち他方の発電装置に供給可能に構成される。ここで、第２の発電装置５Ｂは、第１発電装置５Ａと第２の発電装置５Ｂとの間で熱を伝達する熱伝導部６０または４０をさらに備えてもよい。そして、制御部１０Ｂが、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのうち一方の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのうち他方の発電装置に供給するように制御してもよい。
また、本実施形態の発電装置（第２の発電装置）５Ｂは、他の発電装置（第１の発電装置）５Ａ（例えばモノジェネ）とともに負荷１００に供給する電力を発電する。また、本実施形態の発電装置５Ｂは、他の発電装置５Ａおよび発電装置５Ｂのうち一方の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、他の発電装置５Ａおよび発電装置５Ｂのうち他方の発電装置に供給可能に構成される。
上述したように、コジェネ型の燃料電池は、内部でガスを燃焼させる等してコストをかけて熱を生成するが、モノジェネ型の燃料電池は、稼働中の熱を排気してしまう。しかしながら、本実施形態によれば、既に設置されたモノジェネ型の燃料電池に対してコジェネ型の燃料電池を追加することにより、双方の熱の供給を連携させて相乗効果を上げることができる。したがって、本実施形態によれば、例えば既にモノジェネ型の燃料電池の導入が進んでいる状況においても、さらにコジェネ型の燃料電池を普及させることも期待できる。
次に、本実施形態に係る発電システム１の動作について、さらに説明する。
まず、発電システム１において、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの双方が稼働中である状況から、第１の発電装置５Ａのみの運転を停止させる動作について説明する。図２は、このような動作を説明するフローチャートである。
図２に示すように、発電システム１の動作が開始した時点で、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの双方が運転中であるものとする（ステップＳ１０）。
第１の発電装置５Ａの運転を停止させようとして、セルスタック２０Ａの出力を低下させると、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａの立ち下げを検出する（ステップＳ１２）。第１の発電装置５Ａの立ち下げの検出においては、例えば、電流センサ９０が検出する電流に基づいて、制御部１０Ｂは、セルスタック２０Ａの発電する電力量が低下したと判定することができる。
ステップＳ１２において第１の発電装置５Ａが立ち下げを開始した時点では、図３（Ａ）に示すように、第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂの双方が発電に伴う熱を排熱している。図３においては、第１の発電装置５Ａが出力する電力を電流センサ９０が検出して第２の発電装置５Ｂに通知される様子を、「電力情報」として示してある。この電力情報により、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａが立ち下げを検出することができる。
ステップＳ１２において第１の発電装置５Ａが立ち下げを開始した後は、第１の発電装置５Ａの出力は徐々に低下していく。また、第１の発電装置５Ａの出力の低下に伴って、第１の発電装置５Ａのセルスタック２０Ａの発電に伴う熱の発生も低下してくる。したがって、制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給を開始するように制御する（ステップＳ１４）。また、ステップＳ１４において、制御部１０Ｂは、セルスタック２０Ａが発生する熱が低下するにつれて、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給を増大させるように制御する。
ステップＳ１４においては、図３（Ｂ）に示すように、排熱していた第２の発電装置５Ｂが発生する熱は、第１の発電装置５Ａに供給される。ここでも、制御部１０Ｂは、電力情報により、第１の発電装置５Ａの出力が徐々に低下することを把握して、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給を増大させるように制御する。第１の発電装置５Ａの出力が低下するにつれて、セルスタック２０Ａが自ら発生する熱量も低下するが、第２の発電装置５Ｂから供給される熱によって、セルスタック２０Ａのセル温度を高く保持することができる。
ステップＳ１４において第１の発電装置５Ａの出力が徐々に低下した後は、やがて、第１の発電装置５Ａの発電は停止する。第１の発電装置５Ａの発電が停止すると、第１の発電装置５Ａのセルスタック２０Ａの発電に伴う熱の発生も停止する。一方で、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａの発電が停止した後も、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給を継続するように制御する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６においては、図３（Ｃ）に示すように、第１の発電装置５Ａの発電が停止しているが、第２の発電装置５Ｂが発生する熱は、第１の発電装置５Ａに継続して供給される。第１の発電装置５Ａの発電が停止すると、セルスタック２０Ａが自ら生成する熱も発生しなくなる、第２の発電装置５Ｂから供給される熱によって、セルスタック２０Ａのセル温度を高く保持することができる。このような制御により、第１の発電装置５Ａのセルスタック２０Ａのセル寿命を延ばすことができる。
次に、発電システム１において、第１の発電装置５Ａの運転が停止していて第２の発電装置５Ｂが稼働中である状況から、第１の発電装置５Ａの運転を開始させる動作について説明する。図４は、このような動作を説明するフローチャートである。
図４に示すように、発電システム１の動作が開始した時点で、第１の発電装置５Ａの運転は停止していて、第２の発電装置５Ｂは運転中であるものとする（ステップＳ２０）。なお、第１の発電装置５Ａの運転が停止していても、図２のステップＳ１６および図３（Ｃ）で説明したように、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給が継続されるようにする。
第１の発電装置５Ａの運転を開始させようとして、セルスタック２０Ａを始動させると、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａの立ち上げを検出する（ステップＳ２２）。第１の発電装置５Ａの立ち上げの検出においては、第２の発電装置５Ｂの制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂが発電する電力量と、発電システム１全体が系統２００から買電する電力量を監視する。具体的には、制御部１０Ｂは、電流センサ８０および９０が検出する電流に基づいて、第２の発電装置５Ｂが発電する電力量と、発電システム１全体が系統２００から買電する電力量を監視することができる。そして、制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂが発電する電力量から、発電システム１全体が系統２００から買電する電力量を引いた値が、第１の発電装置５Ａの起動開始の閾値を超えたとき、第１の発電装置５Ａが立ち上がったと判定することができる。ここで、第１の発電装置５Ａの起動開始の閾値は、適当な任意の値とすることができる。
ステップＳ２２において第１の発電装置５Ａが立ち上げを開始した時点では、図５（Ａ）に示すように、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに熱の供給が継続されている。図５においても、第１の発電装置５Ａが出力する電力を電流センサ９０が検出して第２の発電装置５Ｂに通知される様子を、「電力情報」として示してある。この電力情報に基づいて、制御部１０Ｂは、第１の発電装置５Ａが立ち上げを検出することができる。
ステップＳ２２において第１の発電装置５Ａが立ち上げを開始した後は、第１の発電装置５Ａのセルスタック２０Ａの温度が上昇する。したがって、制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに対する熱の供給量を低下させるように制御する（ステップＳ２４）。また、ステップＳ２４において、制御部１０Ｂは、セルスタック２０Ａの温度が上昇するにつれて、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに対する熱の供給量を低下させるように制御する。この時、第１の発電装置５Ａの発電量はまだゼロの状態であり、実質的に発電を開始していない。
ステップＳ２４においては、図５（Ｂ）に示すように、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに供給される熱の供給量は、図５（Ａ）に示した時点に比べて低下している。
ステップＳ２４において第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａへの熱の供給量を低下させた後、やがて、セルスタック２０Ａの温度が高くなり、第１の発電装置５Ａが発電を開始することが可能になる。第１の発電装置５Ａが発電を開始すると、制御部１０Ｂは、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに対する熱の供給を停止するように制御する（ステップＳ２６）。
ステップＳ２６においては、図５（Ｃ）に示すように、第２の発電装置５Ｂから第１の発電装置５Ａに対する熱の供給は停止し、第２の発電装置５Ｂの発電に伴って発生する熱は、排熱される。このような制御により、第１の発電装置５Ａを再び運転させる時に発電開始までに要する時間（例えば起動時間）を短縮することができる。
このように、本実施形態において、制御部１０Ｂは、発電装置５Ｂの発電中に他の発電装置５Ａを立ち下げる際、他の発電装置５Ａが発電する電力の低下に応じて、発電装置５Ｂが発生する熱の供給を増大させるように制御してもよい。また、制御部１０Ｂは、発電装置５Ｂの発電中に他の発電装置５Ａを立ち上げる際、発電装置５Ｂが発電する電力量および系統２００から供給される電力量に応じて、発電装置５Ｂが発生する熱の供給を低下させるように制御してもよい。ここで、制御部１０Ｂは、他の発電装置５Ａが発電する電力の情報に基づいて、発電装置５Ｂが発生する熱の供給を増大または低下させるように制御してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、一方の発電装置の排熱を、他方の発電装置のセルスタックの加熱または加温のために有効に利用することができる。
本実施形態を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本実施形態の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本実施形態の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。
本明細書において、各発電装置およびセルスタックは、運転開始時、起動してから発電を開始して、運転終了時、発電を停止した後当該発電を完全に停止（終了）するものとして説明した。しかしながら、本実施形態は、これらのような用語が厳密に意味する内容に限定されるものではない。例えば、各発電ユニットの「起動」は、いわゆる「立ち上げ」等としてもよいし、また、「発電の停止」は、いわゆる「立ち下げ」等としてもよい。
同様に、本明細書において、本実施形態に係る装置およびシステムの発電の「開始」とは、電力供給に関する動作または運転の開始、またはこれらに係る制御または処理の開始などとしてもよい。また、このような「発電の開始」を適宜「起動」としてもよい。また、本実施形態に係る装置およびシステムにおける発電の「終了」とは、動作または運転の終了、またはこれらに係る制御または処理などの終了などとしてもよい。また、このような「終了」を適宜「停止」または「完了」としてもよい。
また、本実施形態は、上述したような発電システム１の制御方法として実施することもできる。この場合、当該方法は、
（１）第１の発電装置５Ａおよび第２の発電装置５Ｂのうち一の発電装置が発電する発電ステップと、
（２）発電ステップにおいて一の発電装置の発電に伴い熱を発生する熱発生ステップと、
（３）熱発生ステップにおいて発生した熱を、他の発電装置に供給する熱供給ステップと、を含む。
上述した実施形態においては、主として制御部１０Ｂが発電システム１全体の制御を行う例について説明した。しかしながら、他の実施形態においては、上述のような制御を制御部１０Ａが行ってもよいし、制御部１０Ａおよび制御部１０Ｂが協働することにより上述のような制御を行ってもよい。
本開示内容の制御は、プログラム命令を実行可能なコンピュータシステムその他のハードウェアによって実行される、一連の動作として示される。コンピュータシステムその他のハードウェアには、例えば、汎用コンピュータ、ＰＣ（Personal Computer）、専用コンピュータ、ワークステーション、又はその他のプログラム可能なデータ処理装置が含まれる。各実施形態では、種々の動作は、プログラム命令（ソフトウェア）で実装された専用回路（例えば、特定機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート）や、１つ以上のプロセッサによって実行される論理ブロックやプログラムモジュール等によって実行されることに留意されたい。論理ブロックやプログラムモジュール等を実行する一以上のプロセッサには、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、コントローラ、マイクロコントローラ、電子機器、ここに記載する機能を実行可能に設計されたその他の装置、及び／又は、これらいずれかの組合せが含まれる。ここに示す実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード又はこれらいずれかの組合せによって実装される。
１ 発電システム
５Ａ 第１の発電装置
５Ｂ 第２の発電装置
１０Ａ，１０Ｂ 制御部
２０Ａ，２０Ｂ セルスタック
３０Ａ，３０Ｂ インバータ（パワーコンディショナ）
４０Ａ，４０Ｂ 補機
５０Ａ，５０Ｂ 熱交換部
６０，７０ 熱伝導部
８０，９０ 電流センサ
１００ 負荷
２００ 系統

Claims (7)

  1. 第１の発電装置と、
    第２の発電装置と、
    前記第１の発電装置から前記第２の発電装置に熱を伝導する第１の熱伝導部と、
    前記第２の発電装置から前記第１の発電装置に熱を伝導する第２の熱伝導部と、
    前記第１の発電装置および前記第２の発電装置の少なくとも一方を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置のうち一の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、前記第１の発電装置および前記第２の発電装置のうち他の発電装置に供給し、
    前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置は、前記第１の熱伝導部および前記第２の熱伝導部を介して、互いに熱を伝導可能な、発電システムであって、
    前記制御部は、
    前記一の発電装置の発電中に前記他の発電装置が停止する場合、前記他の発電装置が発電する電力の低下に応じて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を増大させる、
    発電システム。
  2. 前記制御部は、
    前記一の発電装置の発電中に前記他の発電装置を動作開始する場合、前記他の発電装置が発電することになる電力量に応じて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を低下させる、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記制御部は、
    前記他の発電装置を動作開始する時に前記一の発電装置が発電している電力量および系統から供給されている電力量に基づいて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を低下させる、請求項２に記載の発電システム。
  4. 前記第１の発電装置がモノジェネレーション型、前記第２の発電装置がコジェネレーション型である場合において、
    前記制御部は、前記第１の発電装置が発電するに伴って発生する熱を、前記第２の発電装置に供給する、請求項１から３のいずれか一項に記載の発電システム。
  5. 第１の発電装置と、第２の発電装置と、前記第１の発電装置から前記第２の発電装置に熱を伝導する第１の熱伝導部と、前記第２の発電装置から前記第１の発電装置に熱を伝導する第２の熱伝導部と、を含み、前記第１の発電装置及び前記第２の発電装置は、前記第１の熱伝導部および前記第２の熱伝導部を介して、互いに熱を伝導可能な発電システムの制御方法であって、
    前記第１の発電装置および前記第２の発電装置のうち一の発電装置が発電する発電ステップと、
    前記発電ステップにおいて前記一の発電装置の発電に伴い熱を発生する熱発生ステップと、
    前記熱発生ステップにおいて発生した熱を、他の発電装置に供給する熱供給ステップと、
    前記一の発電装置の発電中に前記他の発電装置が停止する場合、前記他の発電装置が発電する電力の低下に応じて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を増大させるステップと、
    を含む発電システムの制御方法。
  6. 前記一の発電装置の発電中に前記他の発電装置を動作開始する場合、前記他の発電装置が発電することになる電力量に応じて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を低下させるステップをさらに含む、請求項５に記載の発電システムの制御方法。
  7. 前記他の発電装置を動作開始する時に前記一の発電装置が発電している電力量および系統から供給されている電力量に基づいて、前記一の発電装置が発生する熱の供給を低下させるステップと
    をさらに含む、請求項６に記載の発電システムの制御方法。
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