JP6757265B2 - 逆潮流制御システム - Google Patents

Description

本発明は、コージェネレーションシステムを利用する逆潮流制御システムに関するものであり、特に燃料電池を用いて発電した場合の余剰電力を逆潮させる逆潮流制御システムに関する。

環境意識の高まりに伴い、排熱の有効利用を図ることができるコージェネレーションシステムが分散型電源として注目されており、特に、燃料電池システムは、その発電効率の高さから注目されている。

それに伴い、燃料電池で発電した際の化学反応等によって生じる熱を用いて給湯することのできるコージェネレーションシステムが家庭等の様々な施設にも普及しつつある（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００７−２７４８２１号公報 特開２００７−２７０７３５号公報 特開２００６−２１４６０７号公報

一方、電気事業者は、他の電気事業者から電力の融通を受けたり、自ら所有する発電所で電力を発電したりすることで、電力供給サービスを契約した各契約者に対して電力を供給する。

しかし、各契約者における電力需要の合計が電気事業者で供給することのできる電力の最大値に近づいた場合には、電気事業者における電力の供給予備率が低下するため、電気事業者は電力の安定供給を図るため、更に電力を調達する必要がある。

したがって、コージェネレーションシステム（熱電供給装置ともいう。以下、燃料電池を用いて発電及び熱供給を行う「燃料電池装置」を例にして説明する）において発電された電力のうち、燃料電池装置が設置された施設（以下、「需要家」という）における電力需要を超えて発電された電力を余剰電力として電気事業者が買い取る余剰電力買取事業が開始されつつある。

この場合、電気事業者は、電力の調達計画及び契約者の電力需要予想に基づいて買い取り可能な電力量（以下、「許容電力」という）を設定して、各需要家から燃料電池装置の余剰電力を買い取ることになる。しかしながら、各需要家における燃料電池装置の余剰電力の合計が許容電力を超える場合、何れの燃料電池装置から出力される余剰電力を優先的に買い取れば、燃料電池装置での発電に伴い発生する熱を無駄にせず、必要な電力を調達することができるかについては、これまで検討が進められていない。

本発明は上記事実を鑑みてなされたものであり、無作為に選択した熱電供給装置から余剰電力を逆潮させる場合と比較して、熱電供給装置が発電する際に環境に与える影響を抑制した上で、必要な電力を熱電供給装置から逆潮させる逆潮流制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の逆潮流制御システムは、発電部、及び前記発電部での発電により発生した熱を利用する熱利用部を有する複数の熱電供給装置と、前記熱電供給装置の各々を連続して出力可能な最大出力で発電させた場合の全ての余剰電力を配電網に逆潮させることができない場合に、前記熱電供給装置の各々が設置された各需要家における熱需要に応じて前記熱電供給装置を発電させる熱主電従運転を行った場合の前記熱電供給装置毎の余剰電力の合計値である合計余剰電力を試算する試算部と、前記配電網を通じて電気事業者が買い取ることができる許容電力と前記試算部で試算した前記合計余剰電力との比較結果に応じて、前記熱電供給装置の各々から余剰電力を前記配電網に逆潮させる前記熱電供給装置を選択する選択部と、前記選択部で選択した前記熱電供給装置から余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記熱電供給装置を制御する制御部と、を有する逆潮制御装置と、を備える。

本発明の逆潮流制御システムによれば、無作為に選択した熱電供給装置から余剰電力を逆潮させる場合と比較して、熱電供給装置が発電する際に環境に与える影響を抑制した上で、必要な電力を熱電供給装置から逆潮させることができる。

逆潮流制御システムの構成例を示す図である。 燃料電池装置の構成例を示す図である。 燃料電池装置における発電の出力と発電効率との関係の一例を示す図である。 逆潮制御装置の構成例を示す図である。 コンピュータを用いて制御装置を実現する場合の構成例を示す図である。 コンピュータを用いて逆潮制御装置を実現する場合の構成例を示す図である。 逆潮制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 逆潮制御処理の流れの変形例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、機能及び作用が同じ部材及び処理には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る逆潮流制御システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、逆潮流制御システム１は、燃料電池を用いて熱及び電力を需要家に供給する熱電供給装置の一例である複数の燃料電池装置２、及び燃料電池装置２の各々における運転モードを制御すると共に、燃料電池装置２の各々で発生する余剰電力を電気事業者の配電網（図示せず）に逆潮させる制御を行う逆潮制御装置３を含む。

燃料電池装置２の各々は、例えば各需要家の敷地内に設置されており、燃料電池装置２の各々は、逆潮制御装置３と通信回線４で接続されている。

逆潮制御装置３は、例えば各々の燃料電池装置２の運転モード、燃料電池装置２から供給される電力量（以降、「出力」という）、稼働状況及び燃料電池装置２が設置された需要家の電力需要、すなわち実負荷等を監視し、電気事業者における電力の需給状況に応じて、燃料電池装置２の各々で発生する余剰電力を電気事業者の配電網に逆潮させる制御を行う。

なお、燃料電池装置２の運転モードについては後ほど説明する。

図２は、燃料電池装置２の構成例を示す図である。燃料電池装置２は、燃料電池ユニット１０、貯湯ユニット２０、バックアップ熱源機３０及び分電盤４０を含み、燃料電池ユニット１０で発電された電力が分電盤４０を介して、燃料電池装置２が設置された需要家の負荷５０に供給される。なお、燃料電池装置２に分電盤４０は必ずしも必須ではなく、既に分電盤４０が設置されている場合には、当該設置された分電盤４０を用いるようにしてもよい。

このうち、燃料電池ユニット１０には、燃料処理装置１１、空気供給装置１２、セルスタック１３、パワーコンディショナー（Power Conditioning System：ＰＣＳ）１４、熱回収装置１５、制御装置１６、操作装置１７及び通信装置１８が含まれる。

燃料処理装置１１は、ガスに含まれるメタンなどに水を反応させてメタンなどを水素に改質する水蒸気改質法を用いて、ガスから水素を生成する装置である。生成された水素はセルスタック１３に供給される。

空気供給装置１２は、空気を取り込み、空気中に含まれる酸素をセルスタック１３に供給する。

セルスタック１３は、酸化イオン導電性セラミックを用いた電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成された複数のセルを直列に接続した、いわゆるＰＥＦＣ(Polymer Electrolyte Fuel Cell)型の燃料電池デバイスである。セルの燃料極に燃料処理装置１１で生成された水素が供給され、セルの空気極に空気供給装置１２から送られた空気に含まれる酸素が供給されると、セルの電気化学反応によりセルスタック１３で発電が行われる。

なお、セルスタック１３で発電された電気は直流であるため、ＰＣＳ１４で交流に変換されてから、分電盤４０に供給される。

分電盤４０は、燃料電池ユニット１０で発電された電力を電気事業者が供給する商用電力に連系させる系統連系を行い、テレビやエアコンといった電力を消費する機器（以降、「負荷５０」という）に系統連系した電力を供給する。また、分電盤４０は、燃料電池ユニット１０で発電された電力のうち、負荷５０だけでは消費できない電力を余剰電力として電気事業者の配電網に逆潮させ、電気事業者に対して売電を行う。

したがって、分電盤４０は、例えばスマートメーター等の電力計を用いて、燃料電池ユニット１０で発電された電力、負荷５０で消費される消費電力、すなわち実負荷、電気事業者から購入した購入電力及び電気事業者へ売電した売電電力を記録する。

一方、熱回収装置１５は、セルスタック１３での発電の際に行われる電気化学反応によって発生した熱や図示しないアノードオフガスの燃焼反応によって発生した熱を回収し、回収した熱を貯湯ユニット２０に供給する。

貯湯ユニット２０は、熱回収装置１５から供給された熱を用いて、図示しない熱交換器で水を温め、その結果得られた予め定めた温度のお湯を図示しないタンクに貯湯する。そして、貯湯ユニット２０は、需要家内に設置された蛇口等の給湯設備へ給湯し、需要家内で使用される１日あたりの給湯量Ｈを日毎に記録する。なお、給湯量Ｈの記録期間は一例であり、例えば１時間あたりの給湯量Ｈ等、日単位以外の期間における給湯量Ｈを記録するようにしてもよい。

需要家でのお湯の使用量が、セルスタック１３の発電による熱によって得られるお湯の量より多くなる場合には、分電盤４０から供給された電力をバックアップ熱源機３０に含まれるヒータ等の図示しない加熱器に供給して水を加熱し、バックアップ熱源機３０で生成したお湯を貯湯ユニット２０の図示しないタンクに貯湯する。

なお、上述した燃料電池ユニット１０の各処理は、制御装置１６によって制御される。また、ここでは熱回収装置１５で回収した熱を利用してお湯を生成する例を示したが、例えば熱回収装置１５で回収した熱を冷暖房等の空調に用いてもよいし、給湯及び空調の両方に用いてもよい。また、ボイラの予熱など、熱を用いる用途であれば、使途は限定されない。以降では、熱回収装置１５で回収した熱を利用してお湯を生成する場合を例にして、本発明の説明を行う。

操作装置１７は、例えば需要家内の部屋等に設置され、制御装置１６と接続される。制御装置１６は、操作装置１７を介してユーザが設定した指示を受け付けると、ユーザの指示に従った処理を行うように燃料電池ユニット１０の各装置を制御する。また、制御装置１６は、燃料電池装置２内の各装置の動作状況に関する情報、並びに、後ほど説明する燃料電池ユニット１０の定格出力、需要家内の実負荷及び熱需要等の動作属性（以降、「稼動情報」という）を収集し、収集した稼動情報を操作装置１７に通知する。

燃料電池ユニット１０の稼動情報を受け付けた操作装置１７は、受け付けた稼動情報を、例えば操作装置１７に設けられた液晶モニタ及びスピーカといった出力デバイスを介してユーザに報知する。

なお、燃料電池ユニット１０における運転モードには、「電主熱従モード」及び「熱主電従モード」と呼ばれる２つの形態が存在する。電主熱従モードは、開示の技術における電主熱従運転の一例であり、熱主電従モードは、開示の技術における熱主電従運転の一例である。

電主熱従モードとは、需要家内における実負荷を分電盤４０から取得し、燃料電池ユニット１０の定格出力Ｐ_Vの範囲内において、取得した実負荷にあわせて発電する発電形態である。例えば、需要家内の実負荷が燃料電池ユニット１０の定格出力Ｐ_Vより少ない値、例えば０．５ｋＷであれば、電主熱従モードで運転中の燃料電池ユニット１０は、需要家内の実負荷に追従して０．５ｋＷの電力を発電する。

ここで、燃料電池ユニット１０における定格出力Ｐ_Vの設定に関して、図３を用いて説明する。図３は、燃料電池ユニット１０における発電の出力と発電効率との関係の一例を示す図である。なお、燃料電池ユニット１０における発電効率とは、ガスから供給される熱量のうち、電力に変換された熱量の割合をいう。

火力発電所等で用いられるタービン式発電機の場合、一般的に、出力が大きくなるにつれて発電効率も上昇する傾向が見られる。しかし、燃料電池を用いて発電する燃料電池ユニット１０の場合、図３に示すように、燃料電池ユニット１０における出力と発電効率との関係は、縦軸に発電効率、横軸に出力をとった場合、極大値を有するグラフ２１によって表される。すなわち、燃料電池ユニット１０では、出力が規定値に達するまでは出力が大きくなるにつれて発電効率も上昇するが、出力が規定値を超えると発電効率が低下し始める特性を有する。

したがって、多くの場合、発電効率が最高となる出力や、予め設定した効率（目標効率）を上回る範囲内での最高出力を燃料電池ユニット１０の定格出力Ｐ_Vとして設定するが、定格出力の設定方法に制限はなく、発電効率が最高となる出力とは異なる出力を定格出力Ｐ_Vとしてもよい。本実施の形態に係る燃料電池ユニット１０では、一例として発電効率が最高となる出力を定格出力Ｐ_Vに設定している。

なお、燃料電池ユニット１０の耐久性能は、例えば、定格出力Ｐ_Vで常時出力を行っても、予め定めた期間（例えば、製品保証期間）における故障率が予め定めた値以下となるように設計されることもある。したがって、燃料電池ユニット１０の定格出力Ｐ_Vとは、燃料電池ユニット１０で連続して出力することができる最大出力ということもできる。

一方、熱主電従モードとは、例えば需要家内で使用される単位期間あたり（例えば１日あたり）の給湯量、すなわち、需要家における給湯需要を例えば貯湯ユニット２０から取得し、燃料電池ユニット１０の定格出力Ｐ_Vの範囲内において、取得した給湯需要に対応した量のお湯を生成する熱が得られるような出力で発電する発電形態である。例えば需要家内において、１日あたり６０℃のお湯を１００Ｌ使用する場合、燃料電池ユニット１０は、当該給湯量をまかなうことができる熱を排出する出力にあわせて発電する。

通信装置１８は、通信回線４及び制御装置１６に接続され、逆潮制御装置３と燃料電池装置２との間で、燃料電池装置２における運転モードの指示や燃料電池装置２の稼動情報等を送受信する。

制御装置１６は、例えば操作装置１７を介してユーザから指示された運転モード、或いは通信回線４を介して逆潮制御装置３から指示された運転モードで燃料電池ユニット１０を発電させるように、燃料電池ユニット１０の各装置を制御する。

また、制御装置１６は、燃料電池ユニット１０が電主熱従モードで発電している場合に、需要家内の熱需要に基づいて、仮に熱主電従モードで発電を行った場合に負荷５０に供給することができる出力、すなわち熱需要出力を試算する。

制御装置１６は、試算した熱需要出力及び燃料電池装置２の稼動情報を、通信装置１８を介して逆潮制御装置３に送信する。

なお、給湯需要は、開示の技術における熱需要の一例であり、セルスタック１３は、開示の技術に係る発電部の一例であり、熱回収装置１５は、開示の技術に係る熱利用部の一例である。

一方、図４は、逆潮制御装置３の構成例を示す図である。逆潮制御装置３は、通信部３１、試算部３２、選択部３３及び制御部３４を含む。

通信部３１は、例えば通信回線４、試算部３２及び制御部３４に接続され、燃料電池装置２に運転モードの指示を送信すると共に、燃料電池装置２から燃料電池装置２の稼動情報等を受信する。通信部３１は、受信した燃料電池装置２の稼動情報等を試算部３２及び制御部３４に通知する。

試算部３２は、通信部３１から受け付けた燃料電池装置２の稼動情報等を用いて、逆潮流制御システム１に含まれる全ての燃料電池装置２を定格出力で発電したと仮定した場合の、各々の燃料電池装置２における余剰電力（以降、「定格発電余剰電力」という）の合計を試算する。

また、試算部３２は、試算した定格発電余剰電力が電気事業者で買い取ることのできる許容電力を超えてしまい、逆潮流制御システム１に含まれる全ての燃料電池装置２から定格発電余剰電力を買い取ることができない場合には、逆潮流制御システム１に含まれる全ての燃料電池装置２を熱主電従モードで発電したと仮定した場合の、各々の燃料電池装置２における余剰電力（以降、「熱需要余剰電力」という）の合計を試算する。なお、熱需要余剰電力の合計は、開示の技術における合計余剰電力の一例であり、熱需要余剰電力は、開示の技術における余剰電力の一例である。

試算部３２は、試算した定格発電余剰電力の合計及び試算した熱需要余剰電力の合計の少なくとも一方を、選択部３３に通知する。

選択部３３は、試算部３２から受け付けた定格発電余剰電力の合計と許容電力との比較結果、及び試算部３２から受け付けた熱需要余剰電力の合計と許容電力との比較結果に応じて、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２を、熱主電従モードで発電する燃料電池装置２と、電主熱従モードで発電する燃料電池装置２と、に分類し、余剰電力を配電網に逆潮させる燃料電池装置２を選択する。そして、選択部３３は、選択した燃料電池装置２を制御部３４に通知する。

制御部３４は、選択された燃料電池装置２に対して、運転モード及び出力の指示を送信し、指示した運転モード及び指定した出力で発電した場合に燃料電池装置２で発生する余剰電力を配電網に逆潮させるように、選択された燃料電池装置２を制御する。

上記に説明した燃料電池装置２を制御する制御装置１６は、例えばコンピュータを用いて実現することができる。図５は、コンピュータ１００を用いて制御装置１６を実現する場合の構成例を示す図である。

コンピュータ１００は、プログラムを処理するＣＰＵ(Central Processing Unit)１０２、ＣＰＵ１０２によるプログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ(Random Access Memory)１０４、プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ(Read Only Memory)１０６、コンピュータ１００と外部装置等を接続するインターフェースであるＩ／Ｏ１０８及びバス１１０を含む。

バス１１０には、ＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０６及びＩ／Ｏ１０８が接続され、各種データの転送が行われる。

また、Ｉ／Ｏ１０８には、空気ブロア５、燃料ブロア６、水ポンプ７、ＰＣＳ１４、熱回収装置１５、操作装置１７、通信装置１８及び分電盤４０が接続されている。

ここで、空気ブロア５は空気を空気供給装置１２に送り込む装置であり、燃料ブロア６はガス等の燃料を燃料処理装置１１に送り込む装置である。また、水ポンプ７は、燃料処理装置１１に水を送り込む装置である。

ＣＰＵ１０２は、ＰＣＳ１４が検出したセルスタック１３の電流に基づいて、空気ブロア５、燃料ブロア６及び水ポンプ７を制御して、燃料電池ユニット１０の発電量を制御する。なお、図２及び図５では、ＰＣＳ１４と制御装置１６とを異なる装置として記載したが、制御装置１６とＰＣＳ１４との機能を一体化させて構成してもよい。

なお、Ｉ／Ｏ１０８に接続される装置等は一例であり、図示しない他の装置等が接続される場合があることは言うまでもない。また、例えば需要家内に既に設置された分電盤がある場合、当該分電盤を分電盤４０として利用してもよい。

逆潮制御装置３も例えばコンピュータを用いて実現することができる。図６は、コンピュータ２００を用いて逆潮制御装置３を実現する場合の構成例を示す図である。

コンピュータ２００は、図５に示したコンピュータ１００と同様に、ＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０６、Ｉ／Ｏ２０８及びバス２１０を含む。なお、ＣＰＵ２０２は、開示の技術における試算部３２、選択部３３及び制御部３４の一例である。

バス２１０には、ＣＰＵ２０２、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０６及びＩ／Ｏ２０８が接続され、各種データの転送が行われる。

また、Ｉ／Ｏ２０８には、通信回線４でデータを送受信するための通信プロトコルを含み、通信部３１の機能を実現する通信装置３５が接続されている。

なお、Ｉ／Ｏ２０８に接続される装置等は一例であり、例えば、キーボード及びマウス等の入力装置、或いは液晶ディスプレイ等の表示装置といった他の装置を接続してもよい。

次に、図７を参照して、逆潮流制御システム１の作用について説明する。図７は、燃料電池装置２の各々が電主熱従モードで発電している場合に、逆潮制御装置３のＣＰＵ２０２によって実行される逆潮制御プログラムに基づく逆潮制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０において、制御部３４は通信部３１を制御して、逆潮流制御システム１に含まれる燃料電池装置２の各々から、燃料電池装置２毎に予め定められている定格出力及び燃料電池装置２が設置されている需要家内の実負荷を取得する。

制御部３４は、取得した定格出力及び実負荷を燃料電池装置２毎に対応付けて、ＲＡＭ２０４の予め定めた領域に記憶する。

ステップＳ２０において、試算部３２は、ステップＳ１０で取得した定格出力から実負荷を差し引いて、燃料電池装置２毎に定格発電余剰電力を試算する。そして、試算部３２は、燃料電池装置２毎の定格発電余剰電力を合計した定格発電総余剰電力を試算する。

ここで、定格発電総余剰電力は、逆潮流制御システム１に含まれる燃料電池装置２の各々から配電網に逆潮させることのできる余剰電力の最大値を示す。

なお、各々の燃料電池装置２の定格出力は固定値であることから、燃料電池装置２毎の定格出力を、燃料電池装置２を特定する識別コードと対応付けてＲＯＭ２０６に予め記憶しておき、ステップＳ１０で各々の燃料電池装置２から定格出力の代わりに識別コードを取得することで、識別コードに対応した燃料電池装置２の定格出力をＲＯＭ２０６から取得することができる。

ステップＳ３０において、選択部３３は、ステップＳ２０で試算された定格発電総余剰電力が許容電力以下であるか否かを判定し、ステップＳ３０の判定処理が肯定判定の場合にはステップＳ４０に移行する。

なお、許容電力は、電気事業者における電力の調達計画及び契約者の電力需要予想に基づいて公知の手法により試算部３２で試算される値である。

既に説明したように、許容電力とは電気事業者が買い取り可能な電力量である。すなわち、ステップＳ３０の判定処理が肯定判定ということは、電気事業者は、燃料電池装置２の各々を定格出力で発電させることによって発生する全ての定格発電余剰電力を買い取ることができる。

したがって、ステップＳ４０において、選択部３３は、逆潮流制御システム１に含まれる全ての燃料電池装置２を電主熱従モードで発電させるグループ（以降、「電主熱従グループ」という）として選択する。

制御部３４は、電主熱従グループに選択された燃料電池装置２の各々が実負荷に応じて発電することを止めて、燃料電池装置２毎に予め定められた定格出力で発電するように指定した指示を生成する。そして、制御部３４は、生成した指示を燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３からステップＳ４０で生成された指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、電主熱従モードのまま燃料電池装置２の出力を定格出力まで上昇する制御が行われることになる。

そして、ステップＳ５０において、制御部３４は、余剰電力を配電網に逆潮するように指定した指示を燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３からステップＳ５０で生成された指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、各々の燃料電池装置２における定格発電余剰電力が分電盤４０から配線網に逆潮されることになる。

すなわち、定格発電総余剰電力が許容電力以下である場合には、逆潮流制御システム１は、各々の燃料電池装置２を常時出力可能な最大出力で発電させ、各々の燃料電池装置２が生成することができる最大量の余剰電力を全て買い取ることで、電気事業者における電力の供給予備率を上昇させ、電力の安定供給を図る。

一方、ステップＳ３０の判定処理が否定判定の場合にはステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０において、制御部３４は通信部３１を制御して、逆潮流制御システム１に含まれる燃料電池装置２の各々から、それぞれの燃料電池装置２で試算された熱需要出力を取得する。

制御部３４は、取得した熱需要出力を送信元の燃料電池装置２と対応付けて、ＲＡＭ２０４の予め定めた領域に記憶する。

ステップＳ７０において、試算部３２は、ステップＳ６０で取得した熱需要出力からステップＳ１０で取得した実負荷を差し引いて、燃料電池装置２毎に熱需要余剰電力を試算する。そして、試算部３２は、各々の燃料電池装置２における熱需要余剰電力のうち、熱需要余剰電力が正値となる燃料電池装置２の熱需要余剰電力を合計した熱需要総余剰電力を試算する。

なお、熱需要総余剰電力は、逆潮流制御システム１に含まれる燃料電池装置２の各々を熱主電従モードで発電させた場合に、配電網に逆潮させることのできる余剰電力の最大値を示す。

ステップＳ８０において、選択部３３は、ステップＳ７０で試算された熱需要総余剰電力が許容電力以下であるか否かを判定し、ステップＳ８０の判定処理が肯定判定の場合にはステップＳ９０に移行する。

ステップＳ８０の判定処理が肯定判定ということは、電気事業者は、熱主電従モードで発電した際に熱需要余剰電力を発生する全ての燃料電池装置２から、発生する熱需要余剰電力を買い取ることができる。

したがって、ステップＳ９０において、選択部３３は、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２の中から、熱主電従モードで発電した際に熱需要余剰電力が正値となる燃料電池装置２を、熱主電従モードで発電させるグループ（以降、「熱主電従グループ」という）として選択する。

制御部３４は、選択部３３で選択された熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々が、熱主電従モードで発電するように指定した指示を生成する。そして、制御部３４は、生成した指示を熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３からステップＳ９０で生成された指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、運転モードが電主熱従モードから熱主電従モードに切り替えられる。

そして、ステップＳ１００において、制御部３４は、余剰電力を配電網に逆潮するように指定した指示を、熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３からステップＳ１００で生成された指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、各々の燃料電池装置２における熱需要余剰電力が分電盤４０から配線網に逆潮されることになる。

すなわち、熱需要総余剰電力が許容電力以下である場合には、逆潮流制御システム１は、熱主電従モードで発電させた際に熱需要余剰電力が発生する全ての燃料電池装置２を熱主電従モードで発電させ、発生する熱需要余剰電力を全て買い取ることで、電気事業者における電力の供給予備率を上昇させ、電力の安定供給を図る。

しかもこの場合、熱主電従モードで発電した際に得られる熱は、例えばラジエータ等から排出されることなく需要家における給湯等に全て利用される。すなわち、実負荷より出力を上昇させた際に得られる熱も有効利用されるため、需要家内における熱需要を考慮せずに、実負荷より出力を上昇させた燃料電池装置２から配電網に逆潮させる場合と比較して、環境に与える影響を抑制することができる。

一方、ステップＳ８０の判定処理が否定判定の場合にはステップＳ１１０に移行する。

この場合、熱主電従モードで発電した際に熱需要余剰電力が発生する全ての燃料電池装置２から熱需要余剰電力を買い取ると、電気事業者で買い取り可能な許容電力を超えてしまうことになる。

したがって、ステップＳ１１０において、選択部３３は、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２の中から、実負荷より出力を上昇させることによって余剰電力を発生させても、出力の上昇に伴って生じる環境への負荷ができるだけ抑制されるような燃料電池装置２を選択する。この際、選択部３３は、燃料電池装置２の運転モードについても指定する。

そして、制御部３４は、選択部３３で選択された燃料電池装置２を指定された運転モードで発電させ、発電に伴う余剰電力を配電網に逆潮させる制御を行う。

具体的には、選択部３３は、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２の中から、熱主電従モードで発電した際に熱需要余剰電力が正値となる燃料電池装置２を選択する。更に、選択部３３は、熱需要余剰電力が正値となる燃料電池装置２のうち、各燃料電池装置２の熱需要余剰電力の合計が許容電力に達するまで、熱需要余剰電力が大きい燃料電池装置２から順に選択した燃料電池装置２の各々を、熱主電従グループとして選択する。

制御部３４は、選択部３３で選択された熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々が、熱主電従モードで発電するように指定した指示を生成する。そして、制御部３４は、生成した指示を熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３から当該指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、運転モードが電主熱従モードから熱主電従モードに切り替えられる。

そして、制御部３４は、余剰電力を配電網に逆潮するように指定した指示を、熱主電従グループに含まれる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３から当該指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、熱主電従グループに含まれる各々の燃料電池装置２の熱需要余剰電力が分電盤４０から配線網に逆潮されることになる。

このように、各燃料電池装置２の熱需要余剰電力の合計が許容電力に達するまで、熱需要余剰電力が大きい燃料電池装置２から順に選択した燃料電池装置２の各々を熱主電従モードで発電させ、得られる熱需要余剰電力を配電網に逆潮させることで、電気事業者は、電力の安定供給に必要な電力量を確保することができる上、燃料電池装置２で実負荷より出力を上昇させた際に得られる熱も有効利用されるため、需要家内における熱需要を考慮せずに、実負荷より出力を上昇させた燃料電池装置２から配電網に逆潮させる場合と比較して、環境に与える影響を抑制することができる。

また、ステップＳ１１０における他の例として、選択部３３は、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２を電主熱従グループとして選択してもよい。

制御部３４は、選択部３３で選択された電主熱従グループに含まれる燃料電池装置２の各々が、電主熱従モードで発電するように指定した指示を生成する。そして、制御部３４は、生成した指示を電主熱従グループに含まれる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３から当該指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、運転モードが電主熱従モードに設定される。

なお、本実施形態における逆潮流制御システム１に含まれる燃料電池装置２の各々は、予め電主熱従モードで発電を行っているため、この場合には、制御部３４は、電主熱従モードで発電するように指定した指示を燃料電池装置２の各々に送信しなくてもよい。

そして、制御部３４は、各燃料電池装置２における余剰電力の合計が許容電力に達するまで、定格出力に対する需要家内の実負荷に応じた出力の比率、すなわち定格出力に対する電主熱従モードで発電される出力の比率（以降、「出力比率」という）が小さい方の燃料電池装置２から順に優先して定格出力を上限として出力を上昇させるように指定した指示を生成する。そして、制御部３４は、生成した指示を、出力を上昇させる燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３から当該指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、実負荷を超える出力が発電されることになる。

そして、制御部３４は、余剰電力を配電網に逆潮するように指定した指示を、出力を上昇させた燃料電池装置２の各々に送信するように通信部３１を制御する。

逆潮制御装置３から当該指示を受信した各々の燃料電池装置２では、指示を受け付けた制御装置１６の制御によって、余剰電力が分電盤４０から配線網に逆潮されることになる。

すなわち、逆潮流制御システム１は、各燃料電池装置２の余剰電力の合計が許容電力に達するまで、出力比率が低い燃料電池装置２から順に優先して定格出力を上限として出力を上昇させ、出力を上昇させたことによって得られる余剰電力を買い取ることで、電気事業者における電力の供給予備率を上昇させ、電力の安定供給を図る。

更に、図３に示したように、燃料電池装置２の発電効率は、定格出力に近づくほど高くなるため、単位量あたりの電力を発電するために使用されるガスの容量が低下するため、出力比率が低い燃料電池装置２から順に優先して出力を上昇させることで、燃料電池装置２の発電効率を考慮せずに選択した燃料電池装置２の出力を上昇させる場合と比較して、環境に与える影響を抑制することができる。

また、ステップＳ１１０における他の例として、選択部３３は、選択した燃料電池装置２における余剰電力の合計が許容電力に達するまで、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２の中から、熱主電従モードで発電させる燃料電池装置２と電主熱従モードで発電させる燃料電池装置２とを組み合わせて選択してもよい。

具体的には、選択部３３は、上述したＳ１１０における２つの例を組み合わせ、熱需要余剰電力が正値となる燃料電池装置２のうち、熱需要余剰電力が大きい燃料電池装置２から順に選択した燃料電池装置２の熱需要余剰電力の合計と、出力比率が小さい方の燃料電池装置２から順に選択した燃料電池装置２の各々を電主熱従モードで運転させ、定格出力を上限として出力を上昇させた場合に得られる余剰電力の合計とが、許容電力以下となるように、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２の組み合わせを選択する。

当該燃料電池装置２の組み合わせとしては、例えば需要家における電気代及びガス代をあわせた光熱費ができるだけ少なくなるように選択してもよいし、逆潮流制御システム１全体における熱利用率ができるだけ高くなるように選択してもよい。

なお、逆潮流制御システム１全体における熱利用率とは、例えば逆潮流制御システム１に含まれる全ての燃料電池装置２が発生した熱の総量に対して、ラジエータ等で排出されず給湯等に利用される熱の総量の割合をいう。

以上により、図７に示した逆潮制御処理を終了する。

なお、本実施形態では、逆潮流制御システム１に含まれる各々の燃料電池装置２で熱需要出力を試算する例について説明したが、例えば、図７のステップＳ６０において、燃料電池装置２の各々から熱需要出力の代わりに熱需要を表す値を取得し、逆潮制御装置３で、取得した熱需要を表す値を用いて各々の燃料電池装置２の熱需要出力を試算するようにしてもよい。この場合、熱需要出力の試算に係る燃料電池装置２の負担を低減することができる。

このように第１実施形態に係る逆潮流制御システム１によれば、各々の燃料電池装置２を定格出力で発電させた際の全ての余剰電力を配電網に逆潮させることができない場合、各々の燃料電池装置２を熱主電従モードで発電させた場合に得られる熱需要総余剰電力を試算し、許容電力と熱需要総余剰電力の比較結果に基づいて、逆潮流制御システム１全体の熱利用率ができるだけ高くなるように、配電網に逆潮させる燃料電池装置２を選択する。

したがって、燃料電池装置２が発電することによって環境に与える影響を抑制した上で、電力の安定供給に必要な電力量を確保することができる。

＜第１実施形態の変形例＞
図７に示した逆潮制御処理において、ステップＳ８０の判定処理が肯定判定の場合、逆潮制御装置３は、熱主電従モードで発電した際に熱需要余剰電力を発生する燃料電池装置２の各々を熱主電従モードで発電させ、発生する全ての熱需要余剰電力を配電網に逆潮させるようにした。

しかし、許容電力が、熱主電従モードで発電する燃料電池装置２の熱需要総余剰電力より大きい場合、電気事業者は、発生する全ての熱需要余剰電力を配電網に逆潮させても、必要な量の電力を調達できないことになる。

したがって、逆潮制御装置３は、図７に示した逆潮制御処理のステップＳ１００の処理の後に、ステップＳ１２０を追加した図８に示す逆潮制御処理を実行するようにしてもよい。

図８のステップＳ１２０において、制御部３４は、ステップＳ９０で熱主電従グループに選択しなかった燃料電池装置２、すなわち電主熱従モードで発電している燃料電池装置２のうち、出力比率が小さい方の燃料電池装置２から順に選択した燃料電池装置２の各々の出力を、定格出力を上限として上昇させた場合に得られる余剰電力と、ステップＳ１００で配電網に逆潮させた熱需要総余剰電力と、の合計が許容電力に達するまで、電主熱従モードで発電している燃料電池装置２の各々の出力を、出力比率が小さい方から優先して上昇させる制御を行う。

このようにステップＳ１２０を実行することによって、電主熱従モードで発電する燃料電池装置２の発電効率を向上させつつ、燃料電池装置２から配電網に逆潮させる余剰電力の合計を許容電力に近づけることができる。

上述した実施形態では、ＰＥＦＣ型の燃料電池デバイスを用いた燃料電池装置２を例にして開示の技術を説明したが、燃料電池装置２は、その他のタイプの燃料電池デバイスを用いてもよい。

例えば、電解質にりん酸水溶液を用いた、ＰＡＦＣ(Phosphoric Acid Fuel Cell)型の燃料電池デバイス、電解質に溶融した炭酸塩を用いた、ＭＣＦＣ(Molten Carbonate Fuel Cell)型の燃料電池デバイスや、セラミックスを用いたＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell）型の燃料電池デバイスを用いてもよい。

ＭＣＦＣ型の燃料電池デバイスは、動作温度が約６００℃〜約７００℃であり、ＳＯＦＣ型の燃料電池デバイスは、動作温度が約７００℃〜約１０００℃である。いずれも、発電効率が約４０％〜約６５％であるため、火力発電所等の発電設備の代替に使用することができる。

また、上述した実施形態では、熱電供給装置の一例として、燃料電池を用いて発電する燃料電池装置２を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は、燃料電池装置２以外の熱電供給装置にも適用することができる。例えば、本発明は、ガスエンジン又はガスタービンを用いて発電及び熱供給を行う熱電供給システムにも適用することができる。

なお、セルスタック１３での発電の際に排出される熱を利用して給湯を行うコージェネーションシステムにおいては、発電効率が高い機器のほうが、高出力運転を行っても、貯湯ユニット２０がお湯で満たされ（満蓄状態）、発電が継続できなくなるまでの時間が長くなるので、開示の逆潮制御処理に対してより好適である。また、コージェネレーションシステムが熱を外部に放出するラジエータなどの機器を備えている場合、満蓄状態に伴い発電が停止するといった制約がなくなるため、より望ましい。

以上、実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該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る。例えば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で処理の順序を変更してもよい。

また、上述した実施形態では、一例として逆潮制御装置３における逆潮制御処理をソフトウエアで実現する形態について説明したが、図７及び図８に示したフローチャートと同等の処理をハードウエアで処理させるようにしてもよい。この場合、逆潮制御処理をソフトウエアで実現する場合に比べて、処理の高速化が図られる。

また、上述した実施形態では、逆潮制御プログラムがＲＯＭ２０６にインストールされている形態を説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る逆潮制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録した形態で提供することも可能である。例えば、本発明に係る逆潮制御プログラムを、ＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスクに記録した形態で提供してもよいし、ＵＳＢメモリ及びフラッシュメモリ等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。また、逆潮制御装置３は、通信回線４に接続された図示しない他の装置から逆潮制御プログラムをダウンロードして、ＲＯＭ２０６に格納するようにしてもよい。

１・・・逆潮流制御システム、２・・・燃料電池装置、３・・・逆潮制御装置、４・・・通信回線、１０・・・燃料電池ユニット、１１・・・燃料処理装置、１２・・・空気供給装置、１３・・・セルスタック、１４・・・ＰＣＳ、１５・・・熱回収装置、１６・・・制御装置、１７・・・操作装置、１８（３５）・・・通信装置、２０・・・貯湯ユニット、３０・・・バックアップ熱源機、３１・・・通信部、３２・・・試算部、３３・・・選択部、３４・・・制御部、４０・・・分電盤、５０・・・負荷、１００（２００）・・・コンピュータ、１０２（２０２）・・・ＣＰＵ、１０４（２０４）・・・ＲＡＭ、１０６（２０６）・・・ＲＯＭ

Claims (8)

1. 発電部、及び前記発電部での発電により発生した熱を利用する熱利用部を有する複数の熱電供給装置と、
   前記熱電供給装置の各々を連続して出力可能な最大出力で発電させた場合の全ての余剰電力を配電網に逆潮させることができない場合に、前記熱電供給装置の各々が設置された各需要家における熱需要に応じて前記熱電供給装置を発電させる熱主電従運転を行った場合の前記熱電供給装置毎の余剰電力の合計値である合計余剰電力を試算する試算部と、前記配電網を通じて電気事業者が買い取ることができる許容電力と前記試算部で試算した前記合計余剰電力との比較結果に応じて、前記熱電供給装置の各々から余剰電力を前記配電網に逆潮させる前記熱電供給装置を選択する選択部と、前記選択部で選択した前記熱電供給装置から余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記熱電供給装置を制御する制御部と、を有する逆潮制御装置と、
   を備えた逆潮流制御システム。
2. 前記熱電供給装置における前記発電部が、燃料電池を用いて発電を行う
   請求項１記載の逆潮流制御システム。
3. 前記合計余剰電力が前記許容電力以下である場合、前記選択部は、前記熱電供給装置の各々から、前記熱主電従運転を行った場合に余剰電力が発生する全ての前記熱電供給装置をそれぞれ第１熱電供給装置として選択し、
   前記制御部は、前記選択部で選択された前記第１熱電供給装置の各々を前記熱主電従運転で発電させ、前記第１熱電供給装置の各々で発生する余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記第１熱電供給装置の各々を制御する
   請求項１又は請求項２記載の逆潮流制御システム。
4. 前記選択部は、前記熱電供給装置の各々から、前記第１熱電供給装置として選択しなかった前記熱電供給装置の各々を、それぞれの需要家の実負荷に応じて発電する電主熱従運転を行う第２熱電供給装置として選択し、
   前記制御部は、前記選択部で選択された前記第２熱電供給装置の各々を前記電主熱従運転で発電させると共に、前記第２熱電供給装置の各々のうち、前記第２熱電供給装置の定格出力に対する需要家の実負荷に応じた出力の比率が小さい方から順に、前記第１熱電供給装置の各々で発生する余剰電力とあわせた余剰電力の合計が前記許容電力に達するまで出力を上昇させ、出力を上昇させた前記第２熱電供給装置の各々で発生する余剰電力を更に前記配電網に逆潮させるように前記第２熱電供給装置の各々を制御する
   請求項３記載の逆潮流制御システム。
5. 前記合計余剰電力が前記許容電力より大きい場合、前記選択部は、前記熱電供給装置の各々から、前記熱主電従運転を行った場合に余剰電力が発生する第１熱電供給装置、及びそれぞれの需要家の実負荷に応じて発電する電主熱従運転で発電される出力より大きい電力を出力させて余剰電力を供給する第２熱電供給装置の少なくとも一方を選択し、
   前記制御部は、前記選択部で選択した前記第１熱電供給装置の各々及び前記選択部で選択した前記第２熱電供給装置の各々の少なくとも一方から余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記熱電供給装置の各々を制御する
   請求項１又は請求項２記載の逆潮流制御システム。
6. 前記選択部は、各余剰電力の合計が前記許容電力に達するまで、前記熱主電従運転を行った場合に発生する余剰電力が大きい前記熱電供給装置から順に前記第１熱電供給装置として選択し、
   前記制御部は、前記選択部で選択された前記第１熱電供給装置の各々を前記熱主電従運転で発電させ、前記第１熱電供給装置の各々から余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記第１熱電供給装置の各々を制御する
   請求項５記載の逆潮流制御システム。
7. 前記選択部は、前記熱電供給装置の各々を前記第２熱電供給装置として選択し、
   前記制御部は、前記選択部で選択された前記第２熱電供給装置の各々を、それぞれ各需要家の実負荷に応じて発電する電主熱従運転で発電させると共に、各余剰電力の合計が前記許容電力に達するまで、前記第２熱電供給装置の各々のうち、定格出力に対する需要家の実負荷に応じた出力の比率が小さい方から順に出力を上昇させ、出力を上昇させた前記第２熱電供給装置の各々で発生する余剰電力を前記配電網に逆潮させるように前記第２熱電供給装置の各々を制御する
   請求項５記載の逆潮流制御システム。
8. 前記選択部は、前記第１熱電供給装置の各々と前記第２熱電供給装置の各々との各余剰電力の合計が前記許容電力に達するまで、前記熱電供給装置の各々から、前記熱主電従運転を行った場合に発生する余剰電力が大きい方から順に選択した前記第１熱電供給装置と、前記熱電供給装置の定格出力に対する需要家の実負荷に応じた出力の比率が小さい方から順に選択した前記第２熱電供給装置と、の組み合わせを生成し
   前記制御部は、前記選択部で選択された前記第１熱電供給装置の各々を前記熱主電従運転で発電させると共に、前記選択部で選択された前記第２熱電供給装置の各々を前記電主熱従運転のまま需要家の実負荷より大きな出力で発電させ、前記第１熱電供給装置の各々の余剰電力と、前記第２熱電供給装置の各々の余剰電力と、を前記配電網に逆潮させるように前記第１熱電供給装置の各々及び第２熱電供給装置の各々を制御する
   請求項５記載の逆潮流制御システム。