JP7417557B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年の環境意識の高まりにより、炭素排出量が小さい発電技術へのニーズが高まっている。マイクログリッドは、比較的小規模な電源設備を分散配置することにより、エネルギーを地産地消させることができる技術として、注目されている。マイクログリッドを構成する電源設備としては、燃料電池がその候補の１つである。

燃料電池の燃料として、バイオ燃料がある。バイオ燃料は、植物などの生物資源に由来する燃料であり、例えばメタンやエタノールなどの形態で燃料電池に対して燃料ガスとして供給することができる。食品バリューチェーンのなかで廃棄される有機廃棄物は、バイオ燃料として再利用することができる。これにより、エネルギー事業者としては安価なバイオ燃料を利用し、食品事業者としては有機廃棄物由来のバイオ燃料を売却して安価な電力を購入できるので、有用である。

下記特許文献１は、『燃料電池に供給する原燃料の組成が既知である場合はもちろん、それが未知であっても、またそれが未知でしかも変動しても、燃料電池を安全且つ安定して燃料利用率が適正ないし最大になるように運転制御する方法及びそのためのシステムを得る。』ことを課題として、『原燃料を改質した燃料を用いる燃料電池の運転制御方法であって、燃料電池のアノードへの燃料導入部に酸素センサを配置してアノードへ導入する燃料中の酸素分圧を測定し、その酸素分圧値から燃料組成を予測して燃料利用率が適正ないし最適になるように原燃料の流量を制御することを特徴とする燃料電池の運転制御方法及びそのためのシステム。』という技術を開示している（要約参照）。

特開２００６－１４０１０３号公報

燃料電池に対して供給する燃料ガスとしては、バイオ燃料のほかに、ガス供給事業者（例：都市ガス事業者）が供給する供給ガス、燃料電池が出力する排ガスから分離したリサイクルガス（例：二酸化炭素ガス）、などが挙げられる。これらのうち２以上を混合した混合ガスを燃料電池に対して供給することにより、二酸化炭素ガス削減や発電効率などの観点から、様々な運用形態を構築することが可能である。

バイオ燃料は、ガス組成が安定していないのが一般的であるので、バイオ燃料を燃料電池の燃料ガスとして供給すると、燃料電池の運転状態（例えば燃料利用率）が不安定となる可能性がある。特許文献１記載の技術は、原燃料（バイオ燃料を含む）の組成が未知の場合や変動する場合であっても、燃料電池を安定運用する技術を記載している。しかし同文献においては、バイオ燃料ガスに加えて上述のリサイクルガスや供給ガスを混合した混合ガスを燃料ガスとして用いる場合においては、燃料電池をどのように運用制御すればよいか明らかではない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、バイオ燃料ガスに加えてリサイクルガスと供給ガスを燃料ガスとして用いる燃料電池を効果的に運用することができる技術を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、供給ガスとバイオ燃料ガスの第１ガス組成を計測するとともにリサイクルガスの第２ガス組成を計測し、前記第１ガス組成と前記第２ガス組成に基づいて燃料ガスのガス混合比を算出し、前記算出したガス混合比に基づいて、燃料電池が必要とする燃料利用率を算出する。

本発明に係る燃料電池システムによれば、バイオ燃料ガスに加えてリサイクルガスと供給ガスを燃料ガスとして用いる燃料電池を効果的に運用することができる。

実施形態１に係る燃料電池システム１とその周辺設備の概略構成図である。 燃料電池システム１の周辺における情報フローを説明する図である。 燃料電池システム１の詳細構成図である。 燃料電池システム１の各機能部の入出力と処理内容を説明する図である。 燃料電池システム１の各機能部の入出力と処理内容を説明する図である。 燃料ガスの組成が経時変動したときにおける制御手順を説明する図である。 電力需要が経時変動したときにおける制御手順を説明する図である。 燃料電池システム１が提供するユーザインターフェースの別例である。 燃料ガスの組成比と温度の関係を計算した結果を示す。 ある組成比の燃料ガスを用いたときにおける発電効率と温度の関係を、燃料利用率ごとに計算した結果を示す。 改質器１３における燃料ガス組成と発電効率の関係を計算した結果を示す。 燃料ガスに対して投入する二酸化炭素の比率ごとに、（左軸）発電効率、（右軸）電力当たりの二酸化炭素排出量、をそれぞれ計算した結果を示す。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料電池システム１とその周辺設備の概略構成図である。本実施形態においては、エネルギー事業者が燃料電池システム１を運用する形態を想定する。燃料電池システム１は、マイクログリッドの電源設備として用いることを想定したものである。

燃料電池システム１は、燃料ガスを用いて電力と熱を生成し、需要家（図１においては食品加工業者と市街区）へ提供する。燃料ガスとしては、（ａ）食品加工業者が提供するバイオ燃料ガス（例：メタンまたはエタノールのうち少なくともいずれか）、（ｂ）都市ガス事業者が提供する供給ガス、（ｃ）後述する排気ガスからのリサイクルガス、などを用いることができる。

燃料電池システム１の発電過程において生じる排気ガスは、後述するリサイクルガスを除去した後、雑燃料ガスとして用いることができる。雑燃料ガスは、燃料電池が燃料として用いることができるガスであり、例えば一酸化炭素ガス、水素ガス、水蒸気、などである。雑燃料ガスを貯蔵設備２に貯蔵しておき、燃料需要に応じて燃料電池システム１へ再提供することもできる。

図２は、燃料電池システム１の周辺における情報フローを説明する図である。エネルギーマネジメントシステム３は、例えばエネルギー事業者が運用するシステムであり、燃料電池システム１やその他の電源設備（例えばマイクログリッドの一部を構成する太陽電池や２次電池）を管制するシステムである。エネルギーマネジメントシステム３は、自身が管理する範囲内における熱・電力需要の経時変動をモニタリングし、燃料電池システム１へ適時通知する。

燃料電池システム１は、燃料ガスの提供を受けて発電する。燃料ガスのうち特にバイオ燃料ガスは供給量の経時変動が大きく、したがって燃料ガス組成は大きく経時変動する。このような不安定なバイオ燃料ガスと供給ガスとリサイクルガスの混合ガスを燃料ガスとして用いるとき、燃料電池システム１を効果的に運用することが、本発明の目的の１つである。

燃料電池システム１は、発電量（発電電力の経時変化）と発電効率の経時変化をそれぞれ出力する。燃料電池システム１はさらに、燃料ガスを組成する各成分の消費実績を出力する。燃料電池システム１は、これらの値をユーザインターフェース上で提示することができる。ユーザインターフェースは、例えばこれらの値の経時変動をグラフ表示する画面インターフェースとして構成することができる。その他適当なユーザインターフェースを用いてもよい。

図３は、燃料電池システム１の詳細構成図である。燃料電池システム１は、燃料組成計測部１１、調整器１２、改質器１３、燃料電池セル１４、分離器１５、リサイクルガス計測部１６、燃料電池制御部１７、電力制御部１８、を備える。

燃料組成計測部１１は、燃料ガスとして供給されるバイオ燃料ガスと供給ガスのガス組成を計測する。調整器１２は、燃料電池セル１４に対して供給する燃料ガスの混合比（バイオ燃料ガス、供給ガス、リサイクルガスの混合比）を調整する。改質器１３は、混合ガスを例えば水素ガスなどのように燃料電池セル１４が発電のために用いるガスに変換する。燃料電池セル１４は、供給されたガスを用いて発電する発電セルによって構成されている。分離器１５は、燃料電池セル１４が出力する排気ガスから、燃料ガスとして再利用することができるリサイクルガス（例えば二酸化炭素ガス）を分離し、残成分を雑燃料ガスとして貯蔵設備２へ格納する。リサイクルガス計測部１６は、分離器１５が出力するリサイクルガスの組成を計測する。燃料電池制御部１７は、調整器１２に対してガス混合比を指示する。電力制御部１８は、燃料電池セル１４が出力する電流と電圧を制御する。これら制御部の詳細動作については後述する。

燃料電池制御部１７は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することによって構成することもできる。電力制御部１８は、例えばパワーコンディショナなどのような、燃料電池セル１４が出力する電流／電圧／電力を制御するデバイスによって構成することができる。電力制御部１８は、例えばスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御により燃料電池セル１４の出力を制御する。燃料電池セル１４自体が出力調整機能を備えている場合は、その出力調整機能に対して出力値を指示するデバイスとして構成することもできる。電力制御部１８は、燃料電池セル１４からの出力（電流／電圧／電力）を、需要網に対して供給する。

図４Ａ～図４Ｂは、燃料電池システム１の各機能部の入出力と処理内容を説明する図である。以下これら図面を参照しながら、各機能部の詳細動作について説明する。

調整器１２は、燃料電池制御部１７から、混合ガスのガス混合比を指示する指令を受け取る。調整器１２は、各ガスの流量と圧力を調整することにより、燃料電池セル１４に対して供給する混合ガスのガス混合比を、指令にしたがって調整する。

リサイクルガス計測部１６は、リサイクルガスのガス組成、リサイクルガスの流量、リサイクルガスの圧力を計測し、計測結果を燃料電池制御部１７に対して定期的に報告する。燃料組成計測部１１は、バイオ燃料ガスと供給ガスのガス組成、これらガスの流量、これらガスの圧力を計測し、計測結果を燃料電池制御部１７に対して定期的に報告する。

燃料電池セル１４は、電力制御部１８から、出力電流と出力電圧についての指令値を受け取り、その指令値にしたがって発電することにより、指示された出力電流と出力電圧を出力する。あるいは、電力制御部１８が燃料電池セル１４から取り出す出力電流と出力電圧を制御することにより、燃料電池セル１４からの出力が制御される。燃料電池セル１４は、燃料利用率、電池温度、出力電流、出力電圧を、燃料電池制御部１７に対して定期的に報告する。

エネルギーマネジメントシステム３は、管理範囲内におけるエネルギー需要の経時変動をモニタリングする。エネルギーマネジメントシステム３は、燃料電池制御部１７に対して、予定発電量（燃料電池セル１４の発電量の指示値）を通知する。エネルギーマネジメントシステム３は、電力制御部１８に対して、燃料電池システム１以外の電源設備の発電状態（換言すると燃料電池システム１が負担すべき発電量）を通知する。

燃料電池制御部１７は、エネルギーマネジメントシステム３から、予定発電量の通知を受け取る。燃料電池制御部１７は、リサイクルガスのガス組成をリサイクルガス計測部１６から受け取り、燃料ガスのガス組成を燃料組成計測部１１から受け取る。燃料電池制御部１７は、燃料電池セル１４から現在の状態（出力電流、出力電圧、燃料利用率などの状態）を受け取る。

燃料電池制御部１７は、予定発電量と現状態を比較することにより、燃料電池セル１４が予定発電量を発電可能か否か判断し、その結果をエネルギーマネジメントシステム３へ通知する。発電可能である場合、燃料電池制御部１７は、以下の情報を出力する：（ａ）調整器１２に対して、予定発電量を実現することができるガス混合比（各ガスの流量と圧力）を指示する；（ｂ）電力制御部１８に対して、予定発電量に対応する出力電流と出力電圧を燃料電池セル１４から取り出すように指示する。燃料電池セル１４の発電能力が予定発電量に満たない場合、電力制御部１８に対して、可能発電量以下の電力を燃料電池セル１４から取り出すように指示する。

燃料電池セル１４は、燃料利用率が上限値以上の状態で長時間発電を継続すると、破損する可能性が高まる。この上限値（またはその前後の閾値範囲）は、燃料電池セル１４の発電能力の上限とみなすことができる。燃料電池制御部１７は、これにしたがって、予定発電量を発電可能か否か判断することができる。

燃料電池セル１４は、ガス混合比が急峻に変動すると、ダメージを受ける可能性がある。そこで燃料電池制御部１７は、ガス混合比の調整速度（各ガスの流量と圧力の変化速度）を、調整器１２に対して指示してもよい。例えば燃料電池セル１４に対して与えるダメージが閾値未満となる調整速度をあらかじめ把握しておき、その調整速度未満を調整器１２に対して指示する。

電力制御部１８は、燃料電池システム１以外の電源設備の発電状態に基づき、燃料電池システム１から取り出す発電量（燃料電池セル１４の出力電流と出力電圧）を制御する。電力制御部１８は、燃料電池セル１４の現在の出力（電流、電圧、電力）を、燃料電池制御部１７に対して定期的に報告する。

図５Ａは、燃料ガスの組成が経時変動したときにおける制御手順を説明する図である。燃料電池セル１４が用いる燃料ガスのなかで、特にバイオ燃料ガスは、その組成が安定しておらず、経時変動が大きいのが一般的である。そこで燃料電池制御部１７は、図４で説明した制御手順に加えて、燃料ガス組成が変動した時、以下の制御を実施する。

従来の燃料電池システムにおいては、バイオ燃料ガスの組成が変動したとき、燃料電池セルの出力電流のみを制御することによって、燃料電池セルの発電量を制御する。出力電流を抑制することは、本来の発電能力よりも小さい発電量を出力することに相当する。したがってこれにより燃料電池セルの発電効率が低下する場合がある。

本実施形態において、燃料電池制御部１７は、燃料組成計測部１１が計測した燃料ガス組成が変動したとき、燃料電池セル１４の発電電力と発電効率それぞれの変動を抑制することができるような、燃料ガス組成と出力電流と出力電圧を計算する。燃料電池制御部１７は、計算した燃料ガス組成を調整器１２に対して指示するとともに、計算した出力電流と出力電圧を電力制御部１８へ指示する。電力制御部１８は、その出力電流と出力電圧を燃料電池セル１４から取り出す。これにより、燃料電池セル１４は発電電力と発電効率それぞれの変動を抑制するように動作し、かつ燃料電池セル１４に対して供給される燃料ガス組成はこれを実現できるようにあらかじめ調整されている。したがって、燃料電池セル１４は発電電力と発電効率それぞれの変動を抑制することができる。

図５Ａにおいて、従来の制御手法と本発明における制御手法の違いを考察する。従来は燃料ガス組成が変動したとき、その変動をそのまま受け入れつつ、出力側の制御（すなわち燃料電池セルから取り出す出力電流の制御）によって、変動に追従するように制御していた。これに対して本発明においては、燃料ガス組成が変動した場合、調整器１２を制御することにより、燃料電池セル１４に対して供給する燃料ガス組成を動的に調整する。発電効率は燃料利用率によって影響されるので、所望の発電量を維持することができる燃料ガス組成を与えることにより、燃料利用率を維持する（すなわち発電効率を維持する）ことができる。

図５Ｂは、電力需要が経時変動したときにおける制御手順を説明する図である。電力需要は経時変動するので、燃料電池システム１に対して求められる発電量も経時変動することになる。そこで燃料電池制御部１７は、図４で説明した制御手順に加えて、電力需要が変動した時、以下の制御を実施する。

従来の燃料電池システムにおいては、電力需要が変動したとき、燃料利用率を制御することによって出力を調整するのが通常である。例えば電力需要が下がったときは、燃料利用率を意図的に下げることにより、燃料電池セルの出力を下げる。これによって、燃料電池セルの発電効率が低下することが課題となる。

本実施形態において、燃料電池制御部１７は、電力需要が変動したとき、まず燃料電池セル１４の発電電力が目標電力（変動した需要にしたがってエネルギーマネジメントシステム３から受け取った予定発電量）となるような、燃料ガス組成と出力電流と出力電圧を計算する。このとき、発電効率の変動を最小化することを目的関数として、目標電力を達成できるような燃料ガス組成と出力電流と出力電圧の組み合わせを探索する。燃料電池制御部１７は、計算した燃料ガス組成を調整器１２に対して指示するとともに、計算した出力電流と出力電圧を電力制御部１８へ指示する。電力制御部１８は、その出力電流と出力電圧を燃料電池セル１４から取り出す。これにより、燃料電池セル１４は電力需要を満たしつつ発電効率の変動を抑制するように動作し、かつ燃料電池セル１４に対して供給される燃料ガス組成はこれを実現できるようにあらかじめ調整されている。したがって、燃料電池セル１４は発電効率の変動を抑制することができる。

図５Ｂにおいて、従来の制御手法と本発明における制御手法の違いを考察する。従来は電力需要が変動したとき、燃料利用率を調整することによって、需要に追従していた。燃料利用率を維持しないということは、発電効率も維持されないことにつながるので、従来は発電効率の変動を抑制することは困難であった。これに対して本発明においては、電力需要が変動した場合、その電力需要に追従しつつ発電効率を維持できる燃料ガス組成を、調整器１２に対して指示する。これにより、電力需要へ追従することと発電効率を両立することができる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る燃料電池システム１は、供給ガスとバイオ燃料ガスの混合ガスの第１組成比を計測するとともに、リサイクルガスの第２組成比を計測し、これら組成比に基づいて、燃料電池セル１４に対して供給すべき燃料ガスのガス混合比を計算する。これにより、供給ガスとバイオ燃料ガスとリサイクルガスの混合燃料ガスのうちバイオ燃料ガスの供給量が安定しない場合であっても、燃料電池セル１４の発電量を適切に制御することができる。

本実施形態１に係る燃料電池システム１は、燃料ガスの組成比が変動したとき、出力電力と発電効率それぞれの変動を抑制することができるガス混合比を算出し、そのガス混合比にしたがって燃料電池セル１４に対して燃料ガスを供給する。これにより、燃料ガスの組成比が変動した場合であっても、発電効率を犠牲にすることなく出力電力を維持することができる。

本実施形態１に係る燃料電池システム１は、電力需要が変動したとき、その電力需要に追従するとともに発電効率の変動を抑制することができるガス混合比を算出し、そのガス混合比にしたがって燃料電池セル１４に対して燃料ガスを供給する。これにより、電力需要が変動した場合であっても、発電効率を犠牲にすることなく出力電力を維持することができる。

本実施形態１に係る燃料電池システム１の上記構成により：（ａ）エネルギー事業者は、安価なバイオ燃料を利用するとともに、売電価格を維持することによって電力の低炭素化に貢献できる；（ｂ）食品セクタはバイオ燃料の販売によって利益を得ることができる：（ｃ）マイクログリッドの利用者（例：自治体）は低炭素エネルギーの利用によって倫理的メリットを得ることができる。

＜実施の形態２＞
図６は、燃料電池システム１が提供するユーザインターフェースの別例である。説明の便宜上、図２で説明した２つのユーザインターフェース例を併記した。燃料電池システム１は、以下に説明するユーザインターフェースをさらに提供してもよい。燃料電池システム１のその他構成は実施形態１と同様である。

エネルギー事業者（例：発電事業者）が燃料電池システム１を運用していると仮定する。エネルギー事業者は、なるべく安く燃料ガスを仕入れたいので、燃料電池システム１は過去の履歴を含めた各ガスの仕入れ価格をユーザインターフェース上に表示する。エネルギー事業者は、発電実績とガス消費実績を仕入れ価格と対比しながら、最適な仕入れ価格で燃料ガスを仕入れることができる。

発電実績とガス消費実績と仕入れ価格の間の対応関係は、過去の履歴からある程度予測することができる。例えばこれらの経時変動をニューラルネットワークなどの学習器に学習させておき、燃料ガスの組成比（あるいは電力需要）を変動させたとき各ガスの仕入れ価格がどのように変動するかを、学習器の出力として得ることができる。エネルギー事業者は、その予測結果にしたがって、燃料組成と仕入れ価格を予測しながら燃料電池システム１を運用することができる。

燃料ガスの組成比によって、燃料電池セル１４が排出するＣＯ２量は変動する。さらに分離器１５がリサイクルするＣＯ２量によっても、燃料電池システム１が排出するＣＯ２量は変動する。これらの排出量は、組成比と排出量の関係およびリサイクル量と排出量の関係をあらかじめ把握しておくことにより、計算可能である。そこで燃料電池システム１の発電電力当たりのＣＯ２排出量を計算し、その結果をユーザインターフェース上で提示する。例えばマイクログリッドの利用者（例：自治体）に対してそのユーザインターフェースを提示することにより、利用者はＣＯ２削減に対して貢献していることを実感することができる。

＜実施の形態３＞
本発明の実施形態３では、燃料電池システム１を運用する際の具体的なパラメータを計算した結果について説明する。燃料電池システム１の構成は実施形態１～２と同様であるので、以下ではパラメータ例について主に説明する。

図７は、燃料ガスの組成比と温度の関係を計算した結果を示す。低温度時はメタンと水素ガスが概ね１：４の割合で混合されている。燃料ガスの温度が概ね７００℃に達するとメタンがほぼなくなり、一酸化炭素と二酸化炭素と水素の割合が多くなることが分かる。

図８は、ある組成比の燃料ガスを用いたときにおける発電効率と温度の関係を、燃料利用率ごとに計算した結果を示す。いずれの燃料利用率においても、７００℃近辺で発電効率が最大となることが分かる。

図９は、改質器１３における燃料ガス組成と発電効率の関係を計算した結果を示す。図９の計算結果を記述したデータを燃料電池制御部１７があらかじめ保持しておき、このデータにしたがって、所望する発電効率に対応する燃料組成を得ることができる。例えば図５Ａや図５Ｂにおける所望の発電効率を得るために必要な燃料ガス組成を、このデータにしたがって得ることができる。

図１０は、燃料ガスに対して投入する二酸化炭素の比率ごとに、（左軸）発電効率、（右軸）電力当たりの二酸化炭素排出量、をそれぞれ計算した結果を示す。燃料に対して投入するＣＯ２の割合が増えると、（左軸）ＣＯ２は燃料電池システム１によって再利用されるので排出が減り、（右軸）燃料電池セル１４の発電効率が上がる、ことが分かる。

＜実施の形態４＞
以上の実施形態において、混合ガスは、例えばメタンガスと水素ガスに加えて、混合ガスのうち３から４０重量パーセントを占めるエタノール水を混合したガスによって構成することができる。リサイクルガスは、例えば二酸化炭素ガスと水蒸気の混合ガス：一酸化炭素ガスと水素ガスの混合ガス（体積比）が、９：１から０：１０の範囲で変動するガスによって構成することができる。より望ましくは、リサイクルガスの上記比が８：２から３：７の範囲で変動するガスによって構成することができる。この比率は、後述する燃料利用率の範囲に準じたものである。

以上の実施形態において、発明者による実験の結果、混合ガスとリサイクルガスは、（ａ）エタノール水のモル流量ｘに対する水素ガスのモル流量ｙの比ｙ／ｘ≧３であり、かつ、（ｂ）メタンガスのモル流量ａに対する水蒸気のモル流量ｂの比ｂ／ａ≧１である、ことが同時に成立するようなガス混合比を有することが望ましい。さらに、ｙ／ｘ≦８またはｂ／ａ≦６．５のいずれかが成立することが望ましい。

以上の実施形態において、燃料利用率は０．０から０．９であることが望ましく、燃料電池に流れる電流密度と燃料電池セルが出力する電圧はこれに準じて規定される。例えば燃料電池に流れる電流密度は、０．０Ａ／ｃｍ^２から０．５５Ａ／ｃｍ^２であり、１つの燃料電池セルが出力する電圧は、１．１Ｖから０．８Ｖである。この場合、燃料利用率の最低値はガスコジェネと燃料電池を併用することを前提としたものであり、燃料利用率の最大値はＳＯＦＣセルの限界値（０．６Ａ／ｃｍ^２程度）を超えないようにしたものである。

より望ましくは、燃料利用率は０．３から０．８であり、燃料電池に流れる電流密度は、０．１５Ａ／ｃｍ^２から０．５５Ａ／ｃｍ^２であり、１つの燃料電池セルが出力する電圧は、１．０Ｖから０．８５Ｖである。この場合、燃料利用率の最低値はＳＯＦＣ単独で熱収支を維持するために必要な発熱量から算出したものであり、燃料利用率の最大値はＩＶ曲線における濃度分極に差し掛からない最大値を実験によって得たものである。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

実施形態２において、ユーザインターフェースの例を説明したが、ユーザインターフェースは必ずしも画面によって提供しなくともよい。例えば実施形態２において説明したユーザインターフェースと同等の内容を記述したデータを出力することによって、ユーザに対して同等の情報を提示できるので、これをもってユーザインターフェースとして用いることができる。その他の出力形式を用いてもよい。

１：燃料電池システム
１１：燃料組成計測部
１２：調整器
１３：改質器
１４：燃料電池セル
１５：分離器
１６：リサイクルガス計測部
１７：燃料電池制御部
１８：電力制御部
２：貯蔵設備
３：エネルギーマネジメントシステム

Claims (14)

1. 燃料電池システムであって、
   ガス供給者から供給される供給ガスとバイオ燃料ガスが混合した混合ガスの第１ガス組成を計測する燃料組成計測部、
   前記混合ガスを用いて発電する燃料電池が排出した排出ガスからリサイクルガスを分離する分離器が出力する前記リサイクルガスの第２ガス組成を計測するリサイクルガス計測部、
   前記第１ガス組成と前記第２ガス組成に基づいて、調整器が前記供給ガスと前記バイオ燃料ガスと前記リサイクルガスを混合する際のガス混合比を算出し、前記算出したガス混合比に基づいて、前記燃料電池が必要とする燃料利用率を算出する燃料電池制御部、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池システムはさらに、前記燃料利用率に基づいて、前記燃料電池が出力する電流値と前記燃料電池が出力する電圧値を制御する電力制御部を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池制御部は、前記燃料電池が出力する電力値と前記燃料電池の発電効率を取得し、
   前記燃料電池制御部は、前記電力値の時間変動と前記発電効率の時間変動をともに閾値範囲内に収めることができる前記ガス混合比を算出し、
   前記燃料電池制御部は、前記算出したガス混合比を前記調整器に対して指示することにより、前記電力値の時間変動と前記発電効率の時間変動をともに前記閾値範囲内に収める ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池システムはさらに、前記燃料電池が出力する電流値と前記燃料電池が出力する電圧値を制御する電力制御部を備え、
   前記燃料電池制御部は、前記燃料電池が出力する電力を目標電力に近づける前記電流値と前記電圧値を前記燃料電池から出力させるように、前記電力制御部を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池制御部は、前記燃料電池が出力する目標電力を指示する目標電力指示を受け取り、
   前記燃料電池制御部は、前記燃料電池が出力する電力を前記目標電力に近づけるとともに前記燃料電池の発電効率の時間変動を閾値範囲内に収めることができる前記ガス混合比を、前記調整器に対して指示する
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池システムはさらに、前記燃料電池が出力する電流値と前記燃料電池が出力する電圧値を制御する電力制御部を備え、
   前記燃料電池制御部は、前記燃料電池が出力する電力を前記目標電力に近づける前記電流値と前記電圧値を前記燃料電池から出力させるように、前記電力制御部を制御する
   ことを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池制御部は、前記調整器が前記ガス混合比を調整する調整速度を前記調整器に対して指示するように構成されており、
   前記燃料電池制御部は、前記燃料電池に対して与えるダメージが閾値未満となるような前記調整速度を前記調整器に対して指示する
   請求項１記載の燃料電池システム。
8. 前記分離器は、前記排出ガスから前記リサイクルガスを分離した後に残る雑燃料ガスを貯蔵設備へ格納する
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
9. 前記バイオ燃料ガスは、メタンまたはエタノールのうち少なくともいずれかを含み、
   前記リサイクルガスは、二酸化炭素ガスであり、
   前記燃料電池は、ガス供給事業者が供給するガスを前記供給ガスの少なくとも一部として受け取る
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
10. 前記燃料電池システムはさらに、
    前記燃料電池が発電した電力量、
    前記燃料電池の発電効率、
    前記燃料電池が消費した前記供給ガスと前記バイオ燃料ガスと前記リサイクルガスそれぞれの量、
    のうち少なくともいずれかを提示するインターフェースを備える
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
11. 前記燃料電池システムはさらに、
    前記燃料電池が発電するために使用する燃料ガスの仕入れ価格、
    前記燃料電池が出力する電力によって変動する前記仕入れ価格の予測値、
    前記燃料電池が発電することによって変動する二酸化炭素ガスの排気量、
    のうち少なくともいずれかを提示するインターフェースを備える
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
12. 前記混合ガスは、メタンガスと水素ガスに加えて、前記混合ガスのうち３から４０重量パーセントを占めるエタノール水を混合したガスであり、
    前記リサイクルガスは、二酸化炭素ガスと水蒸気の混合ガス：一酸化炭素ガスと水素ガスの混合ガスが、９：１から０：１０の範囲で変動するガスである
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
13. 前記混合ガスと前記リサイクルガスは、
    エタノール水のモル流量ｘに対する水素ガスのモル流量ｙの比ｙ／ｘ≧３であり、
    かつ、
    メタンガスのモル流量ａに対する水蒸気のモル流量ｂの比ｂ／ａ≧１である
    ことが同時に成立するようなガス混合比を有し、
    前記ｙ／ｘ≦８または前記ｂ／ａ≦６．５のいずれかが成立する
    ことを特徴とする請求項１２記載の燃料電池システム。
14. 前記燃料利用率は、０．０から０．９であり、
    前記燃料電池に流れる電流密度は、０．０Ａ／ｃｍ²から０．５５Ａ／ｃｍ²であり、 １セルの前記燃料電池が出力する電圧は、１．１Ｖから０．８Ｖである
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。

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