JP6699599B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
制御装置には、負荷において使用された温水に関する温水使用量、再生可能エネルギー発電装置の発電量、燃料電池の発電量、水素貯蔵装置が貯蔵している水素の貯蔵量、及び燃料電池で加熱されて貯蔵された温水の貯蔵量等のデータD1が入力される。そして、電力系統の電力供給量(データD2)が入力される。さらに、負荷の電力使用量(データD3,電力需要量)が入力される。制御装置は、選択された一の運転モードを電力供給システムが実行するように、入力されたデータD1,D2,D3に基づいて各部の動作を制御する。
運転モードにおいて燃料電池から負荷へ電力を供給するか否かは、上述のデータに基づき、複雑な条件を満たすか否かにより判定される。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る電力供給システム1を示すブロック図である。
電力供給システム1は、水素発生ブロック、水素貯蔵ブロック、発電ブロック、EMS(Energy Management System)10、電流検出部11、電圧検出部12、電力線18、及び接続点19を備える。電流検出部11としては、例えばCT(Current Transformer:変流器)等が挙げられる。電力線18には、系統電源13及び負荷14が接続されている。
PV2は太陽光を太陽電池で受光し、光電変換を行うことにより発電を行う。
PCS3は、PV2が出力した直流電力が所定の電圧幅になるように調整し、調整された直流電力を交流電力に変換する。また、PCS3は、PV2が出力する電力を常に最大値に維持するMPPT(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従)方式の制御を行う。
水電解セル62は、PV2により生じた電力を用いて純水に電圧を印加し、水を水素と酸素とに電気分解する。
FC8は、例えば固体高分子形燃料電池(Polymer electrolyte fuel cell)である。
FC8は、水素及び酸素を反応させて発電するスタック81を備える。スタック81は、例えば固体高分子電解質膜を負極と陽極とで両側から挟んで膜電極接合体を形成し、この膜電極接合体の両側に一対のセパレータを配置して平板部状の単位セルを構成し、この単位セルを複数積層してパッケージ化したものである。FC8は水素タンク7から導入された水素を用いて発電を行い、生じた電力をPCS9へ出力する。
FC8のスタック81での発電は発熱反応であるので、水道16から排水管22を介して水を導入し、スタック81内を通流させて冷却する。スタック81から熱を伝導された水は貯湯タンク15へ送られ、貯湯される。水素タンク7がMHボンベである場合、貯湯タンク15内の温水はMHボンベを加熱して水素を放出するために用いられる。
電力線18は、PV2と系統電源13とを接続し、系統電源13とPV2との間に設けた接続点19を介し負荷14を接続し、負荷14と接続点19との間にFC8を接続するように設けられている。電力線18を流れる電流は交流電流であり、電力線18は2本の線からなる。
EMS10は、電流検出部11から電流値を取得し、電圧検出部12から電圧値を取得して、系統電源13からの電力(以下、系統電力という)の潮流方向を検出する。EMS10は、検出した潮流方向に基づいて、水素発生器6及びFC8等の動作を制御する。
図2はEMS10による電力供給のアルゴリズムを説明するための説明図、表1は該アルゴリズムを説明するための表である。
EMS10は、所定の間隔で、電流検出部11及び電圧検出部12から電流値及び電圧値を取得する。EMS10は、取得した電流値及び電圧値に基づいて、系統電源13からの電力の潮流方向を検出する。
EMS10は、潮流方向の正負を有効電力の正負により判定する。EMS10は、電圧を基準にして電流との位相差が±90度以内であれば、電力は正であり、即ち系統電力の潮流方向は正であると判定する。位相差が±90度以内でない場合、系統電力の潮流方向は負であると判定する。なお、潮流方向の判定方法は、この場合に限定されない。
EMS10は、電流検出部11から取得した電流値I、及び電圧検出部12から取得した電圧値Vを乗算して電力Wを求める。電力Wは正又は負の数値として表される。即ち電力Wが正の数である場合、潮流方向は正であり、電力Wが負の数である場合、潮流方向は負である。
FC8で生じた直流電流はPCS9により交流電流に変換され、FC8で生じた電力は負荷14へ供給される。これにより、電力の不足分がFC8により補われることになる。
EMS10は、電力Wが0と閾値Xとの間になるように、水素タンク7からの水素の放出量を三方弁20の開閉量により調整し、FC8の発電量を制御する。
EMS10は、水素発生器6の動作を停止し、水素タンク7からFC8への水素の放出を三方弁20により閉止し、FC8の作動を停止する。
EMS10は、PV2から電力を水素発生器6へ送り、水素発生器6において水素を発生させる。EMS10は、現時点の電力Wに基づいて水素発生器6の水電解セル62へ流す電流の電流値を指令し、水電解セル62で発生する水素量を、取得する電力Wが0以上閾値X未満の範囲内に収まるように調整する。
EMS10は水素発生器6により生じた水素を、三方弁20を介して水素タンク7へ送り、水素を貯蔵する。
EMS10はFC8の作動を停止する。
図3は、実施形態2に係る電力供給システム50を示すブロック図である。
電力供給システム50は、電流検出部11及び電圧検出部12の代わりに電力検出部17を備えること以外は、実施形態1に係る電力供給システム1と同様の構成を有する。
電力検出部17は、電流検出部11及び電圧検出部12と比較して高価であるので、電力供給システムのコストダウンを図る場合、上述の実施形態1に示すように電流検出部11及び電圧検出部12を使用することにしてもよい。
本発明においては、電力の潮流方向に基づき、燃料電池及び水素発生部のいずれを作動させるかを容易に判定することができ、燃料電池及び水素発生部の作動を容易に制御することができる。
検出部が電力計を含む場合、電力が正負のいずれの値であるかを判定することにより、潮流方向を判定することができる。
制御部は電力の大きさに基づいて、電力供給システムの各部の動作を制御することができる。
電力が正の場合、燃料電池を作動させ、負の場合、水素発生部を作動させることにすると、0の場合には燃料電池及び水素発生部が同時に作動することになり、燃料電池で発電した電力で水素を発生するという無駄な動作をしてしまうことになり、無駄にエネルギーを消費することになる。本発明においては、これを回避することができる。
例えば実施形態においては、再生可能エネルギー発電部としてPV2を挙げているが、これに限定されず、風力等の再生可能エネルギーを用いて発電する装置であってもよい。
また、再生可能エネルギー発電部は電力供給システムに備えられるものであってもよく、外部装置であってもよい。
2 PV
3、9 PCS
6 水素発生器(水素発生部)
61 純水製造装置
62 水電解セル
7 水素タンク(水素貯蔵部)
8 FC(燃料電池)
81 スタック
10 EMS(制御部)
11 電流検出部(検出部)
12 電圧検出部(検出部)
13 系統電源
14 負荷
17 電力検出部(検出部)
18 電力線
19 接続点
Claims (4)
- 再生可能エネルギーを受けて発電する再生可能エネルギー発電部が発電した電力により水素を発生する水素発生部と、
該水素発生部により発生した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
該水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて発電する燃料電池と、
系統電源と前記再生可能エネルギー発電部とを接続し、前記系統電源と前記再生可能エネルギー発電部との間に設けた接続点を介し負荷を接続し、該負荷と前記接続点との間に前記燃料電池を接続してある電力線と、
前記系統電源と前記接続点との間に設けられ、電流計及び電圧計を含み、又は電力計を含み、前記系統電源からの電力を検出する検出部と、
該検出部が検出した電力に基づいて、前記水素発生部又は前記燃料電池の作動を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記電力が正の閾値以上である場合に前記燃料電池を発電させ、前記電力が負である場合に前記水素発生部を作動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、前記電力が所定範囲内に収まるように、前記水素発生部又は前記燃料電池の作動を制御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。
- 前記制御部は、前記電力に基づいて、前記水素発生部の水素発生量を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力供給システム。
- 前記制御部は、前記電力が正である場合に前記水素発生部を停止させることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の電力供給システム。
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