JP7086652B2 - 発電システム - Google Patents

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    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation

Description

本発明は、燃料の供給を受けて発電する発電装置を備えるとともに、前記発電装置により発電した電力を電力消費者に供給可能に構成される分散型発電設備と、
複数の前記分散型発電設備を管理する管理サーバとを備えて構成され、
前記分散型発電設備にメンテナンスが必要となった場合に、エラーを前記管理サーバに報知する報知手段と、前記分散型発電設備のメンテナンスを実施するに際して当該分散型発電設備の運転を停止する運転停止手段とを備えた発電システムに関する。
このような発電システムに関する先行技術として特許文献1に開示の技術を挙げることができる。この文献に記載の保守システムが本発明における「発電システム」に相当し、分散発電システムが本発明における「分散型発電設備」に相当する。
特許文献1は、当該分散発電システムの保守体制を整備するための保守システム(ビジネスモデルとされている)を提案するものであり、当該明細書の図1に保守システムの全体構成が示されている。さらに、図5に管理会社に備えられる管理装置(本発明の「管理サーバ」に相当)の構成が示されており、図9に保守会社に備えられる業者端末(本発明の「業者サーバ」に相当)が示されている。
この保守システムでは、各分散発電システム12がインターネット16を介して管理装置20に接続され、管理装置20が各分散発電システム12の稼動状況を逐次取得し、その状態を監視する。そして、メンテナンスが必要になると、その程度に応じて、分散発電システム12の制御パラメータ又はシーケンスプログラムを直接変更する、或いは、保守会社24へ分散発電システム12のメンテナンスを依頼する。
従って、この保守システムでは、適切なメンテナンス経路が選択され、作業の高速化、効率化を図ることができるとされている。
さて、本明細書の図1に基づいて説明を進めると、特許文献1に開示の保守システムは、分散型発電設備101が設置される電力消費者10、管理サーバ102を備えた管理会社20及び業者サーバ104を備えた保守会社40との三者間で成立しているが、今日、これら三者に加えて、所謂、コールセンター30を備え、電力消費者10と三者(管理会社20、コールセンター30、保守会社40)との間で、システムの円滑な運用が図られている。
この種の分散型発電設備101にあっては、設備101を構成する一の機器が故障した場合、保守会社40から保守作業員104bが現地を訪問し、機器のメンテナンスを行う必要が生じる。このような故障が発生すると、設備101は自働停止する。この状態は、本発明で言う「エラー」に相当し、分散型発電設備101に備えられる報知手段(図4のc2)が働き、その設備101がエラー状態となっていることを管理サーバ102aに報知する。このエラーの報知は、管理サーバ102からセンターサーバ103a、業者サーバ104aへと転送される。そして、管理会社20側での故障解析により、現地でのメンテナンスが必要とされた場合は、保守作業員104bが現地を訪問してメンテナンスを行う。
このように、エラーが分散型発電設備101から管理サーバ102aに報知されるケースとしては、設備101を構成する機器に定期メンテナンス期間が到来する場合もある。定期メンテナンスが必要となる状況では、分散型発電設備101の運転は継続されるが、所定の日時に保守作業員104bが現地を訪問し、メンテナンスを行う段階で、設備101は停止され、所要のメンテナンスが行われる。
以下、本発明の理解を容易とするため、設備に故障が発生した場合を例にとって説明する。
故障発生に伴う処理シーケンス
1 分散型発電設備において何らかの故障が発生した場合、設備の運転が停止され、当該分散型発電設備からエラーが管理サーバに報知される。このエラーの報知は、センターサーバ、業者サーバに転送される。
2 エラーの報知を受けた側の対処
a 管理会社では、エラーを報知した分散型発電設備を担当する担当者が、管理サーバからその設備のこれまでの運転履歴を取出し、故障解析を行う。
b 故障解析において、保守作業員が訪問してメンテナンスを行う必要があると判断した場合には、管理会社から保守会社にメンテナンスが依頼される。
c コールセンターは、電力消費者と連絡を取り、保守作業員が訪問しメンテナンスを行うことが必要との旨をお知らせし、保守作業員から電力消費者に連絡が入るので、都合の良いメンテナンス日時を調整して欲しい旨等を連絡する。
d その後、電力消費者と保守作業員との間の連絡により、メンテナンスの日時が決定され、保守作業員が現地を訪問しメンテナンス作業を行う。通常、メンテナンスを行う場合には、分散型発電設備は自動停止しているか、又はメンテナンス作業開始前に停止される。
以上説明したエラーであって、保守作業員が現地を訪問してメンテナンスを行っているときに報知されるエラーとしては以下のようなエラーがある。
イ 分散型発電設備が対を成すユニットから構成されており、その片方のユニットの電源をOFFした状態でメンテナンスを行おうとした場合に、ユニット間で相互通信が行われないため、通信エラーとなる。
ロ メンテナンスに伴って、電源・通信等のハーネスを外すが、メンテナンスの完了に際して、それをつなぎ忘れた場合、ハーネスが属する機器について、補機動作エラー、センサエラー、基板エラーとなる。
ハ 分散型発電設備に備えられる発電装置の燃料栓(都市ガス栓)を開け忘れた場合、燃料圧(ガス圧)低エラー或は着火エラーとなる。
二 分散型発電設備に備えられる発電装置で必要となる水栓を開け忘れた場合、断水エラーとなる。
これらエラーは、図2、図3で示す分散型発電設備でエラーとされる具体例であり、本発明は、エラーをこれらの例に限定するものではない。即ち、本発明では、分散型発電設備において、報知手段がエラーとして管理サーバに報知し、この報知に伴って、保守作業員が現地を訪問し、分散型発電設備を停止してメンテナンスを行う必要のある事象が、全て本発明におけるエラーとなる。これらエラーは、発電システムの運用に関連して、予め管理者、保守者側、設備側で定められている。
特開2002-324566号公報
さて、従来、分散型発電設備に所定のエラーが発生した場合、報知手段は常にエラーを管理サーバに報知する。このエラーの報知は、保守作業員が現地でメンテナンスを行っている場合においても自動的に行われる。管理サーバからコールセンター及び保守会社への転送も同様である。
このような運用を採る場合、以下のような様々な問題が発生する。
a エラーを転送されたコールセンターや保守会社は、エラーを報知した分散型発電設備が現在メンテナンス中かどうかを確認するため、保守作業員の出動履歴等と照合する必要がある。
b コールセンターや保守会社での混乱を避けるため、現地の保守作業員は、保守時に誤って分散型発電設備が所定のエラー要件を充足する状態になった場合、報知手段が働き、その設備がエラーを報知してしまう前に、エラーとされる事象を解除する必要がある。
上記の実情に鑑み、本発明の主たる課題は、分散型発電設備が、予め設定されたエラーを報知する必要がある状態となっても、不必要にエラーが報知されたり、転送されることがない無駄のない電力システムを提供する点にある。
上記目的を達成するための、
燃料の供給を受けて発電する発電装置を備えるとともに、前記発電装置により発電した電力を電力消費者に供給可能に構成される分散型発電設備と、
複数の前記分散型発電設備を管理する管理サーバとを備えて構成され、
前記分散型発電設備にメンテナンスが必要となった場合に、エラーを前記管理サーバに報知する報知手段と、前記分散型発電設備のメンテナンスを実施するに際して当該分散型発電設備の運転を停止する運転停止手段とを、前記分散型発電設備に備えた発電システムにおける、本発明の第1の特徴構成は、
前記管理サーバに、
前記運転停止手段が働いて前記分散型発電設備が運転を停止している運転停止状態で、前記報知手段からの報知を無効とする報知無効化手段を備えるとともに、
前記メンテナンスの完了に伴い、予め設定された報知無効化解除条件が満たされた場合に、前記報知無効化手段による報知の無効化を解除し、前記報知手段による報知を有効とする報知有効化手段を備え、
前記報知が有効とされる状態で、前記報知手段から報知されるエラーを外部組織サーバに転送する転送手段を備え、
前記分散型発電設備に燃料電池及び改質装置を含み、
前記運転停止状態から運転を再開する場合に、試運転を行う構成で、
前記報知無効化解除条件に、エラー報知対象とされる補器の交換が完了し前記試運転が開始可能となっていること、前記試運転を開始し前記改質装置の昇温が確認されたこと、前記試運転を開始し前記燃料電池の発電開始がされたことの何れかを含む点にある。
本発明に係る発電システムは、分散型発電設備(以下、単に「設備」と呼ぶことがある)、管理サーバを備えて構成され、さらに、報知手段、運転停止手段報知無効化手段、報知有効化手段及び転送手段を備え、報知無効化解除条件として、様々な条件を備えて構成されている。ここで、分散型発電設備には燃料電池及び改質装置が含まれる。また、報知無効化手段、報知有効化手段及び転送手段は管理サーバに備える。
そこで、これらの手段を備えた機能構成を〔共通構成〕として先ず説明し、以下、個々の〔報知無効化解除条件〕に関して説明する。
〔共通構成〕によれば、設備に対してメンテナンスを実施するために、運転停止手段が働き設備が運転停止状態にあると、報知無効化手段が報知手段のエラーの報知に対してオーバライドする形態で働き、エラーの報知を無効化する。
従って、現地で設備を停止してメンテナンスが実施しているにも関わらず、エラーの報知が有効とみなされることはない。結果、先に本発明が解決すべき課題の項目で説明した課題が起こることはない。
一方、この報知無効化手段による無効化は、報知有効化手段により、予め設定される報知無効化解除条件が満たされた場合に解除され、報知手段によるエラーの報知が有効とされる。従って、例えば、メンテナンスを完了して、設備が発電を再開したタイミング以降においては、報知手段によるエラーの報知が行われ、正常な運用を確保できる。
上記の第1の特徴構成では、前記〔共通構成〕に加えて、
前記運転停止状態から運転を再開する場合に、試運転を行う構成で、
前記報知無効化解除条件に、エラー報知対象とされる補器の交換が完了し前記試運転が開始可能となっていること、前記試運転を開始し前記改質装置の昇温が確認されたこと、前記試運転を開始し前記燃料電池の発電開始がされたことの何れかを含む。
本構成によれば、発電装置を備えた分散型発電設備においては、メンテナンスを行った場合、試運転工程を経て通常運転に入ることとなるが、このような試運転の開始(開始可能となっている、実際に開始した両方を含む)は、保守作業員によるメンテナンスの完了とみなしても差支えない場合が多い。
そこで、本構成によれば、試運転が開始可能となっている、実際に試運転を開始したことをメンテナンスの完了とみなして、通常の運転状態に戻ることができる。
本発明の第2の特徴構成は、前記〔共通構成〕に加えて、
前記報知無効化解除条件に、前記改質装置の昇温が確認されたことを含む、分散型発電設備を構成する主要装置が安定的に動作する安定動作状態 に入ったことを条件として含む点にある。
この種の分散型発電設備は、多数の機能装置を備えて構成さ、設備が運転に入る段階で、順次、主要装置が立ち上がってゆく。
そこで、設備を構成する主要装置、即ち、分散型発電設備が改質装置と燃料電池とを備える場合、前記改質装置の昇温が確認されたことを含めて、これら主要な装置がその安定動作状態に入るということは、メンテナンス作業を良好に完了し、設備が発電動作に入ろうとしていることを意味し、保守作業員による補助をもはや必要としていない場合が多い。
そこで、本構成によれば、主要装置が安定動作状態に入ったことをメンテナンスの完了とみなして、通常の運転状態に戻ることができる。
本発明の第3の特徴構成は、前記〔共通構成〕に加えて、
前記報知無効化解除条件に、エラー報知対象とされる補器の交換が完了し、前記改質装置の昇温が完了し、前記発電装置としての燃料電池が発電を開始したことを条件として含む点にある。
本構成にあっては、メンテナンスの実施に際して発電を停止した設備が発電を再開することをメンテナンスの完了とみなして、通常の運転状態に戻ることができる。
今日、燃料電池としては、例えば比較的低温で作動するPEFCや比較的高温で作動するSOFCが良く知られているが、これら燃料電池の発電再開に要する時間は大きく異なっている。PEFCの場合1時間程度であるが、SOFCでは3時間を要する。
さらに、メンテナンスの完了まで保守作業員が現地に留まる必要があるとすると、後者の燃料電池の例では、かなりの長時間となり、保守作業員の時間に無駄が生じる。
そこで、例えば設置される燃料電池の種類に応じて、メンテナンスの完了と看做すタイミングを発電開始としたり、改質装置の着火確認とすることで、適切な運用形態を確保できる。
本発明の第4の特徴構成は、第1~第3の何れかの特徴構成を備えた発電システムにおいて、
前記報知無効化解除条件に、前記メンテナンスが必要とされる機器又は装置に関して機器又は装置の個別メンテナンスが完了したことを条件として含む点にある。
本構成は、主に個別機器又は装置に対するメンテナンスが必要とされている場合に対応する。そして、本構成によれば、実際に問題となっている機器又は装置のメンテナンスの完了した時点で設備に係るメンテナンスの完了とみなして、通常の運転状態に戻ることができる。
さて、本発明にあっては、報知無効化解除条件として、設備の構成、エラーの種類等に対応して、様々な条件を設定することを可能としている。
そして、本発明に係る発電システムは、管理会社、保守会社等が適切と考える報知無効化解除条件の下に、システムの適切且つ無駄のない運用を図ることができる。
上記の段落〔0028〕で説明した事情から、
前記報知無効化解除条件が、前記発電装置としての燃料電池の種類によって異ならせてあることが好ましい。これが、本発明の第5の特徴構成である。
さらに、本発明の第6の特徴構成は、
前記報知無効化解除条件として、複数の報知無効化解除条件から特定の報知無効化解除条件を選択設定可能に構成されている点にある。
この構成により、メンテナンスの完了を適切な条件に選択設定して、管理会社、保守会社等が適切と考える報知解除条件の下に、設備の適切且つ無駄のない運用を図ることができる。
本発明の第7の特徴構成は、
前記報知無効化解除条件に、前記発電装置の運転期間、累積発電量、設置期間あるいは発売後の期間によって異なる条件を含む点ある。
この構成により、発電装置の運転期間、累積発電量、設置期間あるいは発売後の期間に基づいた適切な運用を図ることができる。
例えば、設置期間について述べれば、発電装置の運転期間が一年を過ぎた場合、発電設備は充分安定した運転(運転開始を含む)を行えるため、メンテナンス完了を比較的短時間とする甘い側の条件とすることが可能であるし、設置期間は長いが、その運転期間が短い等の何らかの事情がある場合、始動時の安定性も考慮して比較的厳しい側の条件(先に示した発電開始等)とすることもできる。発売後の期間に関しても同様である。運転期間には実際に発電を行っていない期間も含まれるが、機器のメンテナンスは実際の累積発電量に大きく依存するため、累積発電量を基準としてもよい。
本発明の第8の特徴構成は、
前記報知手段による前記管理サーバへのエラーの報知に連動して、前記運転停止手段が前記分散型発電設備の運転を自動停止する点にある。
本発明において報知手段により報知されるエラーには、主には機器の故障に起因するエラーと、正常に作動している機器がそのメンテナンスの時期を迎え、作業員が現地に出向き作業を行う必要がある場合が含まれるが、前者のエラーの場合、エラー報知に伴って、運転停止手段が設備の運転を自動停止することにより、機器の損傷が進む等の問題を解消でき、信頼性を保つことができる。
本発明の第9の特徴構成は、
前記運転停止手段による運転停止において、前記分散型発電設備が運転停止移行操作を経て運転停止される点にある。
分散型発電設備を備えた発電システムでは、その運転停止に際して、機器、設備さらにはシステムを順次、所定の手順で停止することが必要とされるが、運転停止手段が働く運転停止操作において、運転停止移行操作を経ることで良好に、発電設 備を構成する機器、発電設備自体、さらには発電システムを停止できる。
本発明の第10の特徴構成は、
記報知無効化手段が、前記転送手段による転送を停止する転送停止手段であり、
前記報知有効化手段が、前記転送手段による転送を再開する転送再開手段である点ある。
本構成は、管理サーバに転送手段を備える構成に対応するが、
報知無効化手段を転送停止手段とし、報知有効化手段を転送再開手段とすることで、管理サーバから外部組織サーバ(例えば、コールセンターサーバ、業者サーバ)に転送されるのを防止することができる。
発電システムの概略構成を示す図 分散型発電設備の概略構成を示す図 貯湯ユニットの概略構成を示す図 分散型発電設備を構成する設備制御部及び管理サーバの詳細を示す図 分散型発電設備及び構成主要機器の動作と転送禁止及び転送再開の対応関係を示す説明図 管理サーバに記憶される分散型発電設備の過去ログの形態を示す図 転送停止期間Tnと転送再開期間Tpとの関係を示す図
以下、図面に基づいて、本発明に係る発電システム100に関して説明する。
図1にも示すように、発電システム100は、多数の分散型発電設備101と、これら多数の分散型発電設備101を統括管理する管理サーバ102、センターサーバ103、業者サーバ104とから、それら4者101、102、103、104をインターネットIにより情報通信可能に接続して構築されている。
分散型発電設備101は、電力消費者10の所在地(例えば、各家庭宅或は事業所で、これまで説明してきた現地)に各々設置され、図2に示すように、都市ガスといった燃料f(CH)及び水道水といった水wの供給を受けて発電動作を実行する。
この実施形態では、発電装置として燃料電池U1aを備えたものであり、燃料電池U1aは燃料fの改質により得られる水素H及び水wの供給を受けるとともに、空気aといった酸化剤を吸引して電力pを発生する。発生した電力pは、電力消費者10が有する電力負荷11に供給される。発生された電力pの余剰分は商用電力系統(図示省略)を経て売電可能とされるとともに、電力pが不足する場合は当該商用電力系統から買電することも可能となっている。
図1に戻って、各電力消費者10の所在地には電力消費者端末101aが備えられており、この端末101aを使用して電力消費者10が希望する分散型発電設備101の運転条件を指定する、さらには、インターネットIを介して接続される各端末(図1に示す管理者端末102a、センター端末103a、業者端末104a等)と通信可能とされている。
管理サーバ102は、管理会社20により直接管理されており、管理対象とする全ての分散型発電設備101からその運転に関連する情報が集積される。管理サーバ102内に記憶される情報の参照、入出力、修正等の操作は管理者端末102aを介して行うことができる。
管理サーバ102における各分散型発電設備101の管理形態例を、図6に示した。
同図は、(a)と(b)との例を示しているが、メンテナンスに伴う作業の記載状態が異なるのみである。
これらの同図からも判明するように、この例では、分散型発電設備101を、その機種情報d1、製造番号情報d2、設置場所情報(住所)d3、電力消費者情報(氏名)d4、顧客番号情報d5、機器状態情報d6等で管理している。
機器状態情報d6は、(a)に示す形態では、所定の機器状態に対して、その機器がどのような「対応状況」にあるかを示している。
一方、(b)に示す形態では、所定のエラー発生に対して、どのような状態に機器があるかを示している。
ここでは機器状態情報d6として説明しているが、装置全体、設備全体も、その括りに従って、状態情報としての管理の対象とされる。
図6(b)に示す機器状態情報d6は、管理対象となる分散型発電設備101に発生した事象をタイムスタンプとともに記憶する情報データであり、所謂、過去ログである。
同図には、「エラー発生」「試運転開始」「改質バーナ着火」「発電開始」「発電中」等を示している。
「エラー発生」は、分散型発電設備101から管理サーバ102にエラーが報知されたことを示している。
機器状態情報d6に関して、機器状態1、機器状態2と記載しているのは、メンテナンスが必要となるエラーに関して、その起点となる「エラー発生」と、実質的にメンテナンスを完了したと擬制してよい事象(「試運転開始」「改質バーナ着火」「発電開始」)を対応させて示しているためである。
同図において、下から2段目に示す設備101は、「エラー発生」の後、何ら対応が採られていない、もしくは対応しているがメンテナンス中であることを示しており、最下段に示す設備101は、エラーが発生することなく、正常な発電運転を継続している状態(「発電中」)を示している。
図6(a)(b)の最も右側の欄は、本発明に係るエラーを転送するかどうかを示す欄である。この転送処理に関しては、図5に示すケースに対応させて、後に説明する。
図1に戻って、管理サーバ102は、インターネットIを介して、センターサーバ103、業者サーバ104に接続されており、それらに備えられる端末103a,104aからもアクセス可能とされている。従って、コールセンター30の担当者、保守会社40の担当者は、担当の分散型発電設備101に関連する現状及び過去の機器状態を的確に把握できる。
本発明では、分散型発電設備101に、その運転上障害となる故障等のエラーが発生した場合に、そのエラーを管理サーバ102に報知するが、原則として、この報知は、管理サーバ102に備えられる転送手段c0により管理サーバ102からセンターサーバ103、業者サーバ104に転送される構成が採用されている。結果、コールセンター30及び保守会社40においても、管理会社20が特定の分散型発電設備101に発生したエラーを把握すると同時に、エラーの発生を把握することができる。
コールセンター30の主な業務は、電力消費者10からの問い合わせに対する対応、エラーの発生に伴って必要となる作業手順の電力消費者10への説明、保守会社40との取り次ぎ等のサービス業務となる。
保守会社40は、管理会社20から個々の分散型発電設備101の保守委託を受ける業者であり、業者サーバ104を備える。エラーが発生した分散型発電設備101の保守業務を委託されると、保守会社40では保守作業員104bが決定され、この保守作業員104bが電力消費者10と連絡を取り合って、保守日時を決定し、その日に訪問して保守を行う形態で作業が進む。
以上の運用形態で、分散型発電設備101の現地での保守が始まることとなるが、以下、分散型発電設備101及びその制御部U1c,U2c、Cの構成について、図2、図3、図4を参照して説明する。
図2に、分散型発電設備101の構成例を模式的に示した。
同図に示すように、この例では、分散型発電設備101は、所謂、コジェネレーション設備(熱電併供給設備)とされており、燃料電池U1aを備え、この燃料電池U1aにより発電される電力pを電力消費者10の負荷11に供給可能に構成されるとともに、発電に伴って発生する熱を湯の形態で回収することで、湯を給湯・暖房・風呂追焚き等の所定の熱利用に用いることができる。
分散型発電設備101を、家庭に設置する場合は、発電電力で家庭内の電力消費を賄うとともに、生成される湯を、給湯・暖房・風呂追焚き等の用に供することとなる。
この例では、分散型発電設備101は発電ユニットU1と貯湯ユニットU2とを備えて構成され、発電ユニットU1は内部に燃料電池U1aを備え、燃料f及び水wの供給を受けて電力pを発生する。そして、燃料電池U1aで発生する熱は、湯として回収される。
貯湯ユニットU2は、その主要な装置として貯湯タンクU2aを備えて構成され、発電ユニットU1からその排熱を湯として回収するとともに、貯湯タンクU2aに貯められた湯を、その湯を給湯等の用に供する。
各ユニットU1,U2は、それぞれユニット独自の制御部(発電ユニット制御部U1c、貯湯ユニット制御部U2c)を備えて構成されるとともに、これら制御部U1c,U2cからの情報に従って、必要に応じて外部(具体的には、先に説明した管理サーバ102)に所定の情報を報知する設備制御部Cを備えている。ユニットU1,U2間の通信が確立しているかどうかも設備制御部Cにより管理されている。所定の情報には、管理サーバ102にログ形態で記憶される機器状態情報d6が含まれる。この機器状態情報d6には、設備101に故障(設備101の運転に関して障害となるエラーの一種)が発生した場合に報知されるエラー及びこのエラーに対する処理が完了した場合の機器状態が含まれる。
発電ユニットU1
発電ユニットU1を構成する主要な機器は、燃料電池U1a、改質装置U1b、熱回収装置U1d、電力変換装置U1eである。
改質装置U1bは、この例では燃料fとしての都市ガスと水wとの供給を受けて、都市ガスの主成分であるメタン(CH)から水蒸気改質により水素(H)を生成する。改質反応は所定の高温域で起こる反応であるため、改質装置U1bには燃料fを燃焼させで、改質部b2を昇温する改質用バーナb1を備えている。改質装置U1bには、この改質用バーナb1の着火を確認するための着火センサs1が備えられるとともに、改質部b2の昇温上体を確認するための温度センサs2も備えられている。
燃料電池U1aは、改質装置U1bから水素の供給を受けるとともに、酸化剤としての空気aを受け入れて公知の電池反応により電力pを発生する。発電に伴い水が生成されるが、生成した水は所定の図示しない水処理回路を経て、再利用できるように構成されている。この回路には、水の循環に供するポンプが設けられる。
電力変換装置U1eは、燃料電池U1aにより発生される電力pを交流に変換し出力する。
熱回収装置U1dは、燃料電池U1aにより発生する排熱を、貯湯ユニットU2から送られてくる水wに受熱させ、湯として回収する。従って、図3にも示すように、この熱回収装置U1dは、燃料電池U1aから熱を回収する発電ユニット側回収用循環路L1に備えられる給熱側熱交換部L1aと、当該給熱側熱交換部L1aと熱交換可能に構成される受熱側熱交換部L2aと貯湯タンクU2aとの間に設けられた貯湯ユニット側回収用循環路L2を備えている。これら循環路L1,L2にも、循環量を検出する流量センサs4、温度センサs5が設けられるとともに、循環用ポンプPがそれぞれ設けられている。図3に、貯湯ユニット側回収用循環路L2に設けられるもののみを示した。
図示するように、貯湯ユニット側回収用循環路L2は、貯湯タンクU2aの下部から比較的低温の水wを引き出し、受熱側熱交換部L2aで受熱後、貯湯タンクU2aの上部に比較的高温の水w(湯)を戻す循環回路である。
貯湯ユニットU2は貯湯タンクU2aを中核として構成されており、この貯湯タンクU2aに熱回収装置U1dから回収された熱を湯の形態で貯めることができる。
一方、図2に模式的に示すように、この貯湯タンクU2aの上部から湯を払い出し可能に構成され、給湯、暖房、さらには追焚き等の熱利用の用に供することができる。
図3は、貯湯ユニットU2の具体的構成例を回路線図で示したものであり、貯湯タンクU2aから湯の払い出しを行って給湯の用に供するほか、湯の循環回路に設けられた熱交換器U2dを利用して、所定の熱利用先(追焚き・暖房)で熱を利用することが可能に構成されている。
これらの運転目的から、貯湯ユニットU2にも循環用のポンプP、弁V1、V2,V3,V4、所定部位の水温(湯温)を検出するための温度センサs5、s7が備えられるとともに、その回路を流れる水量を検出するための流量センサs6等が設けられている。従って、これら機器及び装置が本発明における補機となり、メンテナンスの対象となる。
以上が、分散型発電設備101のハード側の構成の概要である。
以下、本発明の特徴に関わる構成に関して、図4、図5を参照して説明する。
図4は、分散型発電設備101を統括的に制御する設備制御部C及び管理サーバ102の機能構成を示しており、内部に記載された「手段」は、本発明に関連する所定の機能を果たす目的で、コンピュータとそれに収納されるソフトウエア及び関連機器で構築される所定の機能手段部である。
一方、図5は、横軸を時間とし、故障の発生に伴って発電が停止される(この事象に伴いエラーの報知が行われる)ときから発電再開までに分散型発電設備101に発生する事象を経時的に示すととともに、事象のタイムチャートの下に、本発明における報知無効化解除条件が異なる代表的な各ケースに関して、転送停止期間Tnと転送再開期間Tpとの関係を示したものである。
事象のタイムチャートは「設備全体」に関連する事象と、「改質装置」に関する事象とを別に記載している。
「設備全体」に関連する事象としては、メンテナンスモード、ユニット間通信チェック、初期動作セルフチェック、試運転開始、改質水注入、カソード空気投入、発電開始、定格出力等を示した。ここで、改質水注入は、改質装置U1bにも関連するが、発電開始の目的でカソード空気投入と対となるため、「設備全体」側に記載した。
「改質装置」に関連する事象としては、改質用バーナb1に対する燃料投入のための燃料弁開、着火、昇温ヒータ作動、昇温確認等がある。
図4に示すように、分散型発電設備101夫々に備わる設備制御部Cには、機能手段として、運転停止手段c1、報知手段c2が備えられており、管理サーバ102には、報知無効化手段c3及び報知有効化手段c4が備えられている。
設備101に何らかの故障が発生した場合の各機能手段c1、c2、c3、c4の働きに関して説明すると、運転停止手段c1は、故障(エラーの一種)の発生に伴って設備101の運転を停止する。本発明にあっては、設備101の運転停止は、運転停止移行操作を経た停止となる(図7参照)。この運転停止移行操作は、設備101を完全停止する場合に必須となる操作であり、本発明では、運転停止状態に、この操作期間が含められる。ここで、運転停止移行操作においては、発電設備において、外部への電力の供給を停止して、機器が降温操作される等の状態を意味する。
発電に関連する主要装置における運転停止としては、改質装置U1bの停止、燃料電池U1aの停止を伴い、燃料電池U1aから電力消費側への電力pの供給が停止される。従って、改質装置U1bでは、燃料f及び水wの受入が停止され、改質部b2の温度は常温まで低下する。一方、燃料電池U1aに関しても、同様であり、改質装置U1bからの水素の受入、空気aの受入を停止し、常温まで降温することとなる。結果、熱回収装置U1dを使用しての排熱回収も停止する。
熱利用に関連する機能部位における運転停止は、この排熱回収機能の停止となる。
報知手段c2は、故障の検知に伴い、この事象をエラーとして管理サーバ102に報知する。このエラーの報知を管理サーバ102が受信することで、下記する報知無効化手段c3が働かない状況で、転送手段c0が働き、エラーが転送され、エラーの報知を行った分散型発電設備101が故障状態にあることが、管理会社20、コールセンター30及び保守会社40で共通認識される。
報知無効化手段c3は、運転停止手段c1が働いて分散型発電設備101が停止している運転停止状態で、報知手段c2からの報知を無効とする。即ち、設備101が、一旦運転停止状態に入ると、報知手段c2によりエラーが報知されてきても、管理サーバ30ではエラーの報知を無効と見なして、センターサーバ103a、管理サーバ104aに転送することはない。即ち、報知無効化手段c3は、転送手段による転送を停止する転送停止手段として働く。
図5においては、この期間を転送停止期間Tnと記載している。対して、エラーの報知を有効とする期間を転送再開期間Tpとしている。同図には示していないが、転送停止期間Tnの前には、転送は当然に行われている。
さらに、図7に、これら転送停止期間Tnと転送再開期間Tpとの関係を示した。各期間Tn、Tpの意味はこれまで説明したとおりであるが、図7(a)に示すように、故障に伴ってエラーが報知された場合は、エラーの報知に伴って転送禁止期間Tnに入り、所定の報知無効化解除条件が充足された後、転送再開期間Tpに入る。一方、図7(b)に示すように、例えば特定の補機に関してメンテナンス期間が到来するとのエラーの報知がされた場合は、分散型発電設備101はエラーの報知に拘わらず運転を続け、保守作業員が分散型発電設備101を訪れて設備101を停止した時点で転送停止期間Tnに入り、所定の報知無効化解除条件が満たされた後、転送再開期間Tpに入ることとなる。
報知有効化手段c4は、メンテナンスの完了に伴い、予め設定された報知無効化解除条件が満たされた場合に、報知無効化手段c3による報知の無効化を解除し、報知手段c2による報知を有効とする。
即ち、この報知有効化手段c4が備えられることで、報知無効化手段c3による報知無効化が解消され、センターサーバ103a、管理サーバ104aに転送が再開される。即ち、報知有効化手段c4は、転送手段による転送を再開する転送再開手段として働くのである。
本発明に係る発電システム100は、この解消条件として、機器(装置・設備)に関連した様々な報知無効化解除条件を設定できるように構成されている。
本発明に係る発電システム100では、報知無効化解除条件として、複数の報知無効化解除条件から特定の報知無効化解除条件を選択設定可能に構成されている。
即ち、上述様々な事象発生のタイミングで報知無効化解除を可能としている。
そこで、図4に示すように、管理サーバ102に付属する形態で、様々な報知無効化解除条件を記憶したデータベースDBが備えられ、管理会社20或いは保守会社40の管理意図に従って、各分散型発電設備101に適した報知無効化解除条件を選択設定した運用ができるように構成されている。
以下、図5に基づいて、この報知無効化解除条件に関して説明する。
この図は、先に説明したように、横軸を時間とし、故障(エラーの報知)から発電再開に到るまでの間に分散型発電設備101に発生する事象を経時的に示したものである。
分散型発電設備全体に関わる事象に関しては、報知無効化解除条件として、ケース1~3を例示的に示した。
改質装置U1bに関わる事象に関しても、同じく、報知無効化解除条件として、ケース4,ケース5を例示的に示した。
分散型発電設備101が発電を再開したことを報知無効化解除条件とするのが、ケース6である。
補機の交換を要するケースがケース7である。
図5では、後に示すように、補機が故障して停止される場合と、補機のメンテナンス期間が到来することをエラーとして報知し、その後実際に保守作業員104bが現地を訪問してメンテナンスである補機交換を行う場合を記載した。
以下、順に説明する。
分散型発電設備全体に関係する報知無効化解除条件
図5の上部のタイムチャートで示すように、発電状態にある分散型発電設備101は、故障の発生に伴い、運転停止手段c1の働きにより設備101を停止(発電を停止)するとともに、報知手段c2が働き、管理サーバ102にエラーを報知する。
設備101の停止は、これまで説明した管理会社20での故障原因の究明、コールセンター30、電力消費者10、保守会社40との間の遣り取りを伴い、保守日時の調整が行われ、保守作業員104bが分散型発電設備101の設置される現地に赴くこととなる。
現地での保守作業は、2段目のタイムチャートに示すように、原則として、メンテナンスモード、初期動作セルフチェック、ユニット間通信チェック、試運転、発電の順に進む。
ここで、メンテナンスモードは補機を単独で動作可能とするモードであり、補機の交換・再起動・確認・エラーリセットを経て、このモードが終了する(ケース1及びケース7参照)。
初期動作セルフチェックは、試運転に入るに際して、設備101の起動前に行われるチェックであり、電源投入・通電状態の確認、各種補機の単時間駆動を自動確認するために行うチェックである。
ユニット間通信チェックは、発電ユニットU1と貯湯ユニットU2との間で通信が正常に行われているかを確認するためのチェックである。
その後、試運転が開始され発電・貯湯を実際に行うこととなるが、燃料電池ユニットU1側では、改質装置U1bによる改質、燃料電池U1aへの改質後燃料の供給、発電、電力の出力の順に進む。
この改質装置U1bの運転は、図5中段に、そのタイムチャートで示すように、装置U1bに燃料f及び水wを受入れ、改質用バーナb1を着火・燃焼させて水蒸気を発生するとともに、改質に必要な温度に改質部b2を昇温することとなる。
以下、図5において影付けで示す転送停止期間Tnについて、それぞれ説明する。
後述するケース7を除いて、報知無効化手段c3が働き外部へのエラーの転送が停止されるタイミングは、故障発生し、エラーを管理サーバ102に報知した後、タイミングとして全てのケースで同一としている。
報知無効化解除条件 ケース1
この解除条件は、設備101に備えられる単独動作可能機器(これまで説明してきた補機)を単独で動作させるメンテナンスモードが解除されたことを条件とする。
報知無効化解除条件 ケース2
この解除条件は、初期動作セルフチェックが完了したことを条件とする。
この初期動作セルフチェックの完了は、試運転が開始可能となっていることの一例である。
報知無効化解除条件 ケース3
この解除条件は、試運転を開始したことを条件とする。
報知無効化解除条件 ケース4
この解除条件は、改質装置U1bに備えられる改質用バーナb1の着火を確認したことを条件とする。
報知無効化解除条件 ケース5
この解除条件は、改質装置U1bが所定温度まで昇温したことを条件とする。
改質装置U1bの昇温確認は、主要装置が安定動作状態に入ったことの一例である。
報知無効化解除条件 ケース6
この解除条件は、発電装置としての燃料電池U1aが発電を開始したことを条件とする。
報知無効化解除条件 ケース7(7-1、7-2)
この解除条件は、設備101に備えられ交換が必要とされる交換必要機器(補機等)の交換を完了し、当該交換に伴うリセット操作が行われたことを条件とする。
このケースにおいて、補機が故障して停止される場合(7-1)には、故障発生(エラーの報知)から補機交換を完了しエラーリセットされるまでが、転送停止期間Tnとなる。このケース7-1は、先に図7(a)で説明した状況である。
一方、補機のメンテナンス期間が到来することをエラーとして報知されるが、この場合(7-2)、実際に保守作業員104bが現地を訪問して補機交換を行う補機交換開始から当該補機に関するエラーリセットまでが転送停止期間Tnとなる。先に図7(b)で説明した状況である。
図6(a)に示す設備101の機器状態では、最も上段に記載の「メンテ対応中」は、故障による自動停止が行われた場合、保守作業員が現地でメンテナンスを行う必要があり、報知無効化解除条件が満たされることはなく、転送を行わない。同様に、メンテナンス期間が到来し、保守作業員が現地で補機の交換等のメンテナンスを行っている場合には、保守作業員が設備の停止操作を行った後、メンテナンス作業を行っているため転送を行わないこととなる。これより下に示す状態は、全て、正常な運転状態であるため、転送を行う。
一方、図6(b)示す機器状態に関しては、機器状態1(エラー発生)から機器状態2(試運転開始、改質バーナ着火、発電開始)に機器状態(運転状態)が切換わることを示しているが、例えば、ケース6に示す発電開始が報知無効化解除条件として設定されている場合は、一段、二段目の状態では転送が行われることはなく、三断目の状態で転送が行われる。
図6(b)に示す4段目の状態では、エラーが発生してはいるが、まだメンテナンスが完了していないため、転送を行うことはない。
最下段に記載の状態では、正常に発電が継続されているため、転送が行われる。
〔別実施形態〕
(1)上記の実施形態では、エラーが故障に起因する場合について主に説明したが、エラーは故障に限定されるものではない。正常な運転において障害となり、設備101を停止してのメンテナンスが必要となる事象が含まれ、先にも説明したように、保守作業員104b誤ったメンテナンス処理、不完全な作業等が含まれる。
(2)さらに、先のケース7で示したように、機器・装置等が正常な状態の設備101であるが、定期メンテナンスの期間が到来する等を報知するためのエラーの報知があり、保守作業員104bが現地を訪問して設備101を停止してメンテナンスを行う必要がある場合も、エラーに含まれる。このような定期メンテナンスに際しては、現地に着いた保守作業員104bが設備101を停止するため、この設備停止操作において操作される機器が運転停止手段c1となる。
(3)上記の実施形態では、コールセンター30が発電システム100に設けられている例を示したが、必ずしも設けられている必要はない。
(4)上記の実施形態では、設備101が複数のユニットU1,U2で構成されている例を示したが、分散型発電設備101が単数のユニット構成とされているものであってもいっこうに差し支えない。
(5)上記の実施形態では、図5に示したケース1~7に基づいて、外部報知禁止期間Tnの開始を、故障の発生を伴ったエラーを管理サーバ102に報知した後のタイミングとしたが、エラー報知後、分散型発電設備101が冷却工程を経る等して待機状態になったタイミングや、現地にて保守作業員がメンテナンス作業を開始することを設備に入力したタイミングとしてもよい。
(6)報知禁止解除条件は、これまで説明してきた例に限定されるものではなく、メンテナンスが必要とされる機器又は装置に関して、それら機器又は装置の個別メンテナンスが完了したことを条件としても良いし、試運転が開始可能となっていること、又は前記試運転を開始したことを条件としても良い。さらに、設備101を構成する主要装置が安定的に動作する安定動作状態に入ったことを条件として含んでも良い。
報知無効化解除条件は、燃料電池の種類によって異ならせることができる。
例えば、PEFCの場合は発電開始を報知無効化解除条件とし(ケース6)、SOFCの場合は改質バーナb1の着火を報知無効化条件と(ケース4)とできる。これによりPEFCは発電まで保守作業員が現地で確認するが、SOFCは無駄な時間を省くため着火まで保守作業員は現地で確認しないこととなる。このようにすることで、適切なタイミングで報知無効化を解除できる。
また、報知無効化解除条件は、発電装置U1aの運転期間、累積発電量、設置期間あるいは発売後の期間によって異ならせることもできる。
例えば、発売後の一年間は市場での運転実績が乏しいため、メンテナンス後、発電開始まで確認し、一年経過以降は、市場での実績に基づいて改質バーナ着火まで現地で確認すれば良いといったように運用を切替えることも可能である。これにより保守作業員の現地での拘束時間を低減できる。ここで、運転実績の代わりに累積発電量を使用することもできる。
このような報知無効化解除条件は、特定の分散型発電設備101に一つ指定することとなるが、これまで紹介した複数の報知無効化解除条件(ケース1~7)から特定の報知無効化解除条件(いずれか一の報知無効化解除条件)を選択して、機種、運転期間、累積発電量、設置場所等の条件を、管理会社20、保守会社40で適宜選択して設定することとなる。
このように設定する場合に、エラーが故障に起因した自動停止を伴ったエラーか、メンテナンス期間の到来に基づくエラーかの種別に応じて、異なった報知無効化解除条件を設定とすることともできる。
10 電力消費者
20 管理会社
100 発電システム
101 分散型発電設備
102 管理サーバ
U1a 燃料電池(発電装置)
c0 転送手段
c1 運転停止手段
c2 報知手段
c3 報知無効化手段(転送禁止手段)
c4 報知有効化手段(転送再開手段)
f 燃料

Claims (10)

  1. 燃料の供給を受けて発電する発電装置を備えるとともに、前記発電装置により発電した電力を電力消費者に供給可能に構成される分散型発電設備と、
    複数の前記分散型発電設備を管理する管理サーバとを備えて構成され、
    前記分散型発電設備にメンテナンスが必要となった場合に、エラーを前記管理サーバに報知する報知手段と、前記分散型発電設備のメンテナンスを実施するに際して当該分散型発電設備の運転を停止する運転停止手段とを、前記分散型発電設備に備えた発電システムであって、
    前記管理サーバに、
    前記運転停止手段が働いて前記分散型発電設備が運転を停止している運転停止状態で、前記報知手段からの報知を無効とする報知無効化手段を備えるとともに、
    前記メンテナンスの完了に伴い、予め設定された報知無効化解除条件が満たされた場合に、前記報知無効化手段による報知の無効化を解除し、前記報知手段による報知を有効とする報知有効化手段を備え、
    前記報知が有効とされる状態で、前記報知手段から報知されるエラーを外部組織サーバに転送する転送手段を備え、
    前記分散型発電設備に燃料電池及び改質装置を含み、
    前記運転停止状態から運転を再開する場合に、試運転を行う構成で、
    前記報知無効化解除条件に、エラー報知対象とされる補器の交換が完了し前記試運転が開始可能となっていること、前記試運転を開始し前記改質装置の昇温が確認されたこと、前記試運転を開始し前記燃料電池の発電開始がされたことの何れかを含む発電システム。
  2. 燃料の供給を受けて発電する発電装置を備えるとともに、前記発電装置により発電した電力を電力消費者に供給可能に構成される分散型発電設備と、
    複数の前記分散型発電設備を管理する管理サーバとを備えて構成され、
    前記分散型発電設備にメンテナンスが必要となった場合に、エラーを前記管理サーバに報知する報知手段と、前記分散型発電設備のメンテナンスを実施するに際して当該分散型発電設備の運転を停止する運転停止手段とを、前記分散型発電設備に備えた発電システムであって、
    前記管理サーバに、
    前記運転停止手段が働いて前記分散型発電設備が運転を停止している運転停止状態で、前記報知手段からの報知を無効とする報知無効化手段を備えるとともに、
    前記メンテナンスの完了に伴い、予め設定された報知無効化解除条件が満たされた場合に、前記報知無効化手段による報知の無効化を解除し、前記報知手段による報知を有効とする報知有効化手段を備え、
    前記報知が有効とされる状態で、前記報知手段から報知されるエラーを外部組織サーバに転送する転送手段を備え、
    前記分散型発電設備に燃料電池及び改質装置を含み、
    前記報知無効化解除条件に、前記改質装置の昇温が確認されたことを含む、分散型発電設備を構成する主要装置が安定的に動作する安定動作状態に入ったことを条件として含む発電システム。
  3. 燃料の供給を受けて発電する発電装置を備えるとともに、前記発電装置により発電した電力を電力消費者に供給可能に構成される分散型発電設備と、
    複数の前記分散型発電設備を管理する管理サーバとを備えて構成され、
    前記分散型発電設備にメンテナンスが必要となった場合に、エラーを前記管理サーバに報知する報知手段と、前記分散型発電設備のメンテナンスを実施するに際して当該分散型発電設備の運転を停止する運転停止手段とを備えた発電システムであって、
    前記管理サーバに、
    前記運転停止手段が働いて前記分散型発電設備が運転を停止している運転停止状態で、前記報知手段からの報知を無効とする報知無効化手段を備えるとともに、
    前記メンテナンスの完了に伴い、予め設定された報知無効化解除条件が満たされた場合に、前記報知無効化手段による報知の無効化を解除し、前記報知手段による報知を有効とする報知有効化手段を備え、
    前記報知が有効とされる状態で、前記報知手段から報知されるエラーを外部組織サーバに転送する転送手段を備え、
    前記分散型発電設備に燃料電池及び改質装置を含み、
    前記報知無効化解除条件に、エラー報知対象とされる補器の交換が完了し、前記改質装置の昇温が完了し、前記発電装置としての燃料電池が発電を開始したことを条件として含む発電システム。
  4. 前記報知無効化解除条件に、前記メンテナンスが必要とされる機器又は装置に関して機器又は装置の個別メンテナンスが完了したことを条件として含む請求項1~3の何れか一項記載の発電システム。
  5. 前記報知無効化解除条件が、前記発電装置としての燃料電池の種類によって異ならせてある請求項1~4の何れか一項記載の発電システム。
  6. 前記報知無効化解除条件として、複数の報知無効化解除条件から特定の報知無効化解除条件を選択設定可能に構成されている請求項1~5の何れか一項記載の発電システム。
  7. 前記報知無効化解除条件に、前記発電装置の運転時間、累積発電量、設置期間及び発売後の期間の何れか一つによって異なる条件を含む請求項1~6の何れか一項記載の発電システム。
  8. 前記報知手段による前記管理サーバへのエラーの報知に連動して、前記運転停止手段が前記分散型発電設備の運転を自動停止する請求項1~7の何れか一項記載の発電システム。
  9. 前記運転停止手段による運転停止において、前記分散型発電設備が運転停止移行操作を経て運転停止される請求項1~8の何れか一項記載の発電システム。
  10. 記報知無効化手段が、前記転送手段による転送を停止する転送停止手段であり、
    前記報知有効化手段が、前記転送手段による転送を再開する転送再開手段である請求項1~9の何れか一項記載の発電システム。
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