JPH08306379A - 燃料電池発電システムおよびその運転方法 - Google Patents
燃料電池発電システムおよびその運転方法Info
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- JPH08306379A JPH08306379A JP7112732A JP11273295A JPH08306379A JP H08306379 A JPH08306379 A JP H08306379A JP 7112732 A JP7112732 A JP 7112732A JP 11273295 A JP11273295 A JP 11273295A JP H08306379 A JPH08306379 A JP H08306379A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】「待機運転」，「低負荷運転時」などで燃料電
池を「必要最低出力」で自立運転する際に、その出力の
余剰分を有効に活用して原燃料消費量の節減，並びに燃
料電池の低酸素利用率運転を可能にした燃料電池発電シ
ステム，およびその運転方法を提供する。 【構成】原燃料の改質装置１，燃料電池２，電力変換装
置３からなる燃料電池発電システムにおいて、当該シス
テム内に燃料電池の余剰出力で水を電気分解する水電解
装置４を装備し、負荷６が燃料電池の「必要最低出力」
以下である「低負荷運転」，「待機運転」時に水電解装
置を負荷として投入し、該水電解装置で生成した水素，
および酸素をそれぞれ改質ガス，空気に加えて燃料電池
の水素電極，空気電極に供給する。
池を「必要最低出力」で自立運転する際に、その出力の
余剰分を有効に活用して原燃料消費量の節減，並びに燃
料電池の低酸素利用率運転を可能にした燃料電池発電シ
ステム，およびその運転方法を提供する。 【構成】原燃料の改質装置１，燃料電池２，電力変換装
置３からなる燃料電池発電システムにおいて、当該シス
テム内に燃料電池の余剰出力で水を電気分解する水電解
装置４を装備し、負荷６が燃料電池の「必要最低出力」
以下である「低負荷運転」，「待機運転」時に水電解装
置を負荷として投入し、該水電解装置で生成した水素，
および酸素をそれぞれ改質ガス，空気に加えて燃料電池
の水素電極，空気電極に供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オンサイト用に好適な
燃料電池発電システム，およびその運転方法に関する。
燃料電池発電システム，およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように燃料電池発電システムは改
質装置と、燃料電池と、電力変換装置から構成されてい
る。ここで、改質装置は天然ガスなどの原燃料を水素リ
ッチなガスに改質し、燃料電池は改質ガス，および空気
を反応ガスとした電気化学的反応により発電し、燃料電
池の発生電力（直流）を電力変換装置で交流に変換して
負荷に給電する。
質装置と、燃料電池と、電力変換装置から構成されてい
る。ここで、改質装置は天然ガスなどの原燃料を水素リ
ッチなガスに改質し、燃料電池は改質ガス，および空気
を反応ガスとした電気化学的反応により発電し、燃料電
池の発生電力（直流）を電力変換装置で交流に変換して
負荷に給電する。
【０００３】また、燃料電池発電システムの運転モード
には「起動」，「運転」，「停止」があり、かつ「運
転」モードは「待機運転」，「負荷運転」に分けられ、
さらに「負荷運転」には「単独運転」（燃料電池単独で
負荷に給電する）と「連系運転」（電力系統と連係して
負荷に給電する）がある。ここで「待機運転」とは「起
動」から自立運転に移行して、いつでも外部に電気出力
を送り出せる状態を指し、例えばオフイスビルなどに据
付けて使用するオンサイト用燃料電池発電システムで
は、深夜などの電力需要の少ない時間帯は燃料電池を停
止（燃料電池を一旦「停止」にすると「起動」には数時
間を要する）させずに「待機運転」モードで運転を継続
するようにしている。
には「起動」，「運転」，「停止」があり、かつ「運
転」モードは「待機運転」，「負荷運転」に分けられ、
さらに「負荷運転」には「単独運転」（燃料電池単独で
負荷に給電する）と「連系運転」（電力系統と連係して
負荷に給電する）がある。ここで「待機運転」とは「起
動」から自立運転に移行して、いつでも外部に電気出力
を送り出せる状態を指し、例えばオフイスビルなどに据
付けて使用するオンサイト用燃料電池発電システムで
は、深夜などの電力需要の少ない時間帯は燃料電池を停
止（燃料電池を一旦「停止」にすると「起動」には数時
間を要する）させずに「待機運転」モードで運転を継続
するようにしている。
【０００４】一方、燃料電池には電池電圧の上昇による
電極触媒の劣化（白金触媒の凝集，シンタリングによる
活性化の低下）の問題があり、この触媒劣化を防ぐため
に燃料電池の自立運転状態では外部負荷に関係なく常に
一定値以上の出力を発生させる必要がある。これを「必
要最低出力」と定義し、「必要最低出力」は通常は定格
出力の２５〜３０％程度としている。つまり、前記した
「待機運転」、および負荷が「必要最低出力」以下であ
る「低負荷運転」時でも、燃料電池は「必要最低出力」
を維持させるように原燃料を供給する必要がある。
電極触媒の劣化（白金触媒の凝集，シンタリングによる
活性化の低下）の問題があり、この触媒劣化を防ぐため
に燃料電池の自立運転状態では外部負荷に関係なく常に
一定値以上の出力を発生させる必要がある。これを「必
要最低出力」と定義し、「必要最低出力」は通常は定格
出力の２５〜３０％程度としている。つまり、前記した
「待機運転」、および負荷が「必要最低出力」以下であ
る「低負荷運転」時でも、燃料電池は「必要最低出力」
を維持させるように原燃料を供給する必要がある。
【０００５】その具体例として、例えば「待機運転」時
には、定格出力の２５〜３０％程度で発電を行い、その
出力を所内の動力補機，および水蒸気分離器などに設け
た電気ヒータ（ダミー負荷）で消費させて外部への電気
出力は零とするように運転制御を行っている。この運転
状態を図２の燃料電池の電流−電圧特性図で示すと、図
中のＩ1,Ｖ1 は定格出力時の電流密度, 電池電圧、Ｉ2,
Ｖ2 は「待機運転」時の自立運転維持に必要な「必要最
低出力」に対応した電流密度, 電池電圧であり、特性は
電流の減少に伴って電池電圧が増加するような垂下特性
を示す。
には、定格出力の２５〜３０％程度で発電を行い、その
出力を所内の動力補機，および水蒸気分離器などに設け
た電気ヒータ（ダミー負荷）で消費させて外部への電気
出力は零とするように運転制御を行っている。この運転
状態を図２の燃料電池の電流−電圧特性図で示すと、図
中のＩ1,Ｖ1 は定格出力時の電流密度, 電池電圧、Ｉ2,
Ｖ2 は「待機運転」時の自立運転維持に必要な「必要最
低出力」に対応した電流密度, 電池電圧であり、特性は
電流の減少に伴って電池電圧が増加するような垂下特性
を示す。
【０００６】また、図３は負荷と燃料消費量との関係を
表し、負荷Ｌ1 が前記した「必要最低出力」以下，ある
いは「待機運転」モードでの運転時には、燃料電池を
「必要最低出力」の運転状態に維持するために、燃料量
Ｇ1 に相当する原燃料を消費することになる。なお、こ
の場合に、「待機運転」では燃料電池の出力の一部を補
機に給電し、残り分をダミー負荷（水蒸気分離器の電気
ヒータなど）に消費させて熱に変換し、その排熱を熱交
換器を通じて熱回収するか、あるいは冷却塔から大気中
に放熱している。
表し、負荷Ｌ1 が前記した「必要最低出力」以下，ある
いは「待機運転」モードでの運転時には、燃料電池を
「必要最低出力」の運転状態に維持するために、燃料量
Ｇ1 に相当する原燃料を消費することになる。なお、こ
の場合に、「待機運転」では燃料電池の出力の一部を補
機に給電し、残り分をダミー負荷（水蒸気分離器の電気
ヒータなど）に消費させて熱に変換し、その排熱を熱交
換器を通じて熱回収するか、あるいは冷却塔から大気中
に放熱している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の燃
料電池発電システムでは、「待機運転」，あるいは「低
負荷運転」時に発電する燃料電池の「必要最低出力」
は、その大半をダミー負荷に消費させて熱に変えた上で
その排熱を熱回収するか、そのまま外部に捨てている。
この場合に、熱回収した熱を所内の冷房，暖房などに利
用すれば「待機運転」時の排熱を有効活用してコジェネ
レーション化が図れるものの、このような熱需要のない
サイトでは燃料電池の余剰出力を有効に利用できずにそ
のまま捨てるために燃料利用効率が低下する。しかも、
大容量の燃料電池発電システムでは、前記の廃熱処理の
ためのに大規模な冷却設備が必要となる問題もある。
料電池発電システムでは、「待機運転」，あるいは「低
負荷運転」時に発電する燃料電池の「必要最低出力」
は、その大半をダミー負荷に消費させて熱に変えた上で
その排熱を熱回収するか、そのまま外部に捨てている。
この場合に、熱回収した熱を所内の冷房，暖房などに利
用すれば「待機運転」時の排熱を有効活用してコジェネ
レーション化が図れるものの、このような熱需要のない
サイトでは燃料電池の余剰出力を有効に利用できずにそ
のまま捨てるために燃料利用効率が低下する。しかも、
大容量の燃料電池発電システムでは、前記の廃熱処理の
ためのに大規模な冷却設備が必要となる問題もある。
【０００８】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は「待機運転」，「低負荷運転」時な
どで燃料電池を「必要最低出力」で運転する際に、その
出力の余剰分を有効に活用して原燃料消費量の節減化，
並びに燃料電池の低酸素利用率運転を可能にした燃料電
池発電システム，およびその運転方法を提供することに
ある。
であり、その目的は「待機運転」，「低負荷運転」時な
どで燃料電池を「必要最低出力」で運転する際に、その
出力の余剰分を有効に活用して原燃料消費量の節減化，
並びに燃料電池の低酸素利用率運転を可能にした燃料電
池発電システム，およびその運転方法を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、システム内に燃料電池の余剰出力で
水を電気分解する水電解装置を装備し、該水電解装置で
生成した水素，および酸素をそれぞれ改質ガス，空気に
加えて燃料電池の水素電極，空気電極に供給するように
し、ここで負荷が燃料電池の自立運転に必要な「必要最
低出力」以下である「低負荷運転」，「待機運転」時に
水電解装置を負荷として投入し、燃料電池の余剰出力を
水電解装置で消費させるものとする。
に本発明によれば、システム内に燃料電池の余剰出力で
水を電気分解する水電解装置を装備し、該水電解装置で
生成した水素，および酸素をそれぞれ改質ガス，空気に
加えて燃料電池の水素電極，空気電極に供給するように
し、ここで負荷が燃料電池の自立運転に必要な「必要最
低出力」以下である「低負荷運転」，「待機運転」時に
水電解装置を負荷として投入し、燃料電池の余剰出力を
水電解装置で消費させるものとする。
【００１０】
【作用】上記のように燃料電池発電システム内に水電解
装置を装備し、負荷が燃料電池の自立運転に必要な「必
要最低出力」以下である「低負荷運転」，「待機運転」
時に水電解装置を負荷として投入し、燃料電池の余剰出
力を水電解装置で消費させることにより、電極触媒の劣
化防止に必要な最低出力を維持しつつ、同時に水電解装
置で生成した水素，酸素を燃料電池の反応ガスとして利
用することにより、その分だけ原燃料消費量を節減でる
ほか、反応空気の酸素濃度が増すことから燃料電池の酸
素利用率が低くなって電池特性が向上する。
装置を装備し、負荷が燃料電池の自立運転に必要な「必
要最低出力」以下である「低負荷運転」，「待機運転」
時に水電解装置を負荷として投入し、燃料電池の余剰出
力を水電解装置で消費させることにより、電極触媒の劣
化防止に必要な最低出力を維持しつつ、同時に水電解装
置で生成した水素，酸素を燃料電池の反応ガスとして利
用することにより、その分だけ原燃料消費量を節減でる
ほか、反応空気の酸素濃度が増すことから燃料電池の酸
素利用率が低くなって電池特性が向上する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、燃料電池発電システムは改質装置
１，燃料電池２，電力変換装置３に加えて、燃料電池２
を電源として水を電気分解して水素，酸素を生成する水
電解装置４を含めて構成されている。また、水電解装置
４で生成した水素，酸素はそれぞれ燃料電池２に供給す
る改質ガス供給ライン，および空気供給ラインに加える
ようにしている。なお、５は空気ブロア、６は外部負
荷、７は電力系統、８は水電解装置４の投入用開閉器、
９，１０は水電解装置４で生成した水素，酸素を改質ガ
ス供給ライン，空気供給ラインに送り込むための開閉弁
である。
する。図１において、燃料電池発電システムは改質装置
１，燃料電池２，電力変換装置３に加えて、燃料電池２
を電源として水を電気分解して水素，酸素を生成する水
電解装置４を含めて構成されている。また、水電解装置
４で生成した水素，酸素はそれぞれ燃料電池２に供給す
る改質ガス供給ライン，および空気供給ラインに加える
ようにしている。なお、５は空気ブロア、６は外部負
荷、７は電力系統、８は水電解装置４の投入用開閉器、
９，１０は水電解装置４で生成した水素，酸素を改質ガ
ス供給ライン，空気供給ラインに送り込むための開閉弁
である。
【００１２】かかる構成で、定常の「負荷運転」時に
は、水電解装置４は系統から切り離した状態で、「単独
運転」，ないしは電力系統７との「連系運転」で負荷６
に給電する。一方、負荷６への給電を行わない「待機運
転」，あるいは負荷６が燃料電池の自立運転に必要な
「必要最低出力」以下である場合には、燃料電池２の出
力側に水電解装置４を負荷として投入し、燃料電池の余
剰出力で水電解装置４を運転しする。すなわち、「待機
運転」時には「必要最低出力」からシステム内の補機で
消費する電力分を差し引いた余剰出力で水電解装置４に
給電して消費し、ここで水素，酸素を生成するととも
に、ここで生成した水素，酸素をそれぞれ燃料改質系で
得た改質ガス，およびブロア５で送気する空気に加えて
燃料電池２の水素電極，空気電極に供給する。この場合
に、特に燃料改質系に供給する原燃料ガス量を水電解装
置４で得た水素発生量に見合った分だけ減量するように
原燃料ガス量を制御するものとする。
は、水電解装置４は系統から切り離した状態で、「単独
運転」，ないしは電力系統７との「連系運転」で負荷６
に給電する。一方、負荷６への給電を行わない「待機運
転」，あるいは負荷６が燃料電池の自立運転に必要な
「必要最低出力」以下である場合には、燃料電池２の出
力側に水電解装置４を負荷として投入し、燃料電池の余
剰出力で水電解装置４を運転しする。すなわち、「待機
運転」時には「必要最低出力」からシステム内の補機で
消費する電力分を差し引いた余剰出力で水電解装置４に
給電して消費し、ここで水素，酸素を生成するととも
に、ここで生成した水素，酸素をそれぞれ燃料改質系で
得た改質ガス，およびブロア５で送気する空気に加えて
燃料電池２の水素電極，空気電極に供給する。この場合
に、特に燃料改質系に供給する原燃料ガス量を水電解装
置４で得た水素発生量に見合った分だけ減量するように
原燃料ガス量を制御するものとする。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、
「待機運転」，「低負荷運転」時における燃料電池の余
剰出力をシステム内に装備した水電解装置で消費させ、
ここで生成した水素，酸素を燃料電池の反応ガスとして
利用することにより、次記の効果が得られる。
「待機運転」，「低負荷運転」時における燃料電池の余
剰出力をシステム内に装備した水電解装置で消費させ、
ここで生成した水素，酸素を燃料電池の反応ガスとして
利用することにより、次記の効果が得られる。
【００１４】１）「必要最低出力」での自立運転を行い
つつ、水電解装置で生成した水素発生量に見合う分だけ
燃料電池発電システムへ供給する原燃料の消費量の節減
化が図れる。 ２）水電解装置で生成した酸素を反応空気に加えて燃料
電池の空気電極に供給することにより、燃料電池での酸
素利用率が低くなって燃料電池の出力特性が向上する。
つつ、水電解装置で生成した水素発生量に見合う分だけ
燃料電池発電システムへ供給する原燃料の消費量の節減
化が図れる。 ２）水電解装置で生成した酸素を反応空気に加えて燃料
電池の空気電極に供給することにより、燃料電池での酸
素利用率が低くなって燃料電池の出力特性が向上する。
【００１５】３）燃料電池の余剰出力をダミー負荷に消
費させてその排熱を系外に捨てていた従来方式（熱需要
のないサイト）と比べて、発電システムの燃料効率が改
善される。
費させてその排熱を系外に捨てていた従来方式（熱需要
のないサイト）と比べて、発電システムの燃料効率が改
善される。
【図１】本発明の実施例による燃料電池発電システムの
系統図
系統図
【図２】燃料電池の電流−電圧特性図
【図３】負荷と燃料消費量との関係を表す図
１ 改質装置 ２ 燃料電池 ３ 電力変換装置 ４ 水電解装置 ６ 負荷 ７ 電力系統
Claims (2)
- 【請求項１】原燃料の改質装置と、燃料電池と、電力変
換装置からなる燃料電池発電システムにおいて、当該シ
ステム内に燃料電池の余剰出力で水を電気分解する水電
解装置を装備し、該水電解装置で生成した水素，および
酸素をそれぞれ改質ガス，空気に加えて燃料電池の水素
電極，空気電極に供給することを特徴とする燃料電池発
電システム。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池発電システムに対
して、負荷が燃料電池の自立運転に必要な最低出力以下
である低負荷運転，待機運転時に水電解装置を負荷とし
て投入し、燃料電池の余剰出力を水電解装置で消費させ
ることを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112732A JPH08306379A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112732A JPH08306379A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306379A true JPH08306379A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14594164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7112732A Pending JPH08306379A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 燃料電池発電システムおよびその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08306379A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003109642A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Kurita Water Ind Ltd | 水処理装置 |
| US6670061B2 (en) | 2000-12-04 | 2003-12-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell power plant |
| WO2005081347A3 (en) * | 2004-02-12 | 2006-07-13 | Proton Energy Sys Inc | Regenerative fuel cell system and method of operation thereof |
| DE102004026227A1 (de) * | 2004-05-28 | 2007-02-01 | Airbus Deutschland Gmbh | Elektrochemischer Raktor für Luftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben des elektrochemischen Reaktors |
| EP1600374A3 (de) * | 2004-05-28 | 2007-09-05 | Airbus Deutschland GmbH | Elektrochemischer Reaktor für Luftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben des elektrochemischen Reaktors |
| US7316242B2 (en) | 2004-02-12 | 2008-01-08 | Proton Energy Systems, Inc | Hydrogen storage system and method of operation thereof |
| KR100802748B1 (ko) * | 2006-11-21 | 2008-02-12 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 활성화를 위한 수소 및 산소 공급장치 |
| JP2009164086A (ja) * | 2008-01-10 | 2009-07-23 | Toyota Motor Corp | 燃料電池検査用の放電システム |
| WO2013046727A1 (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-04 | 京セラ株式会社 | 給電システムおよび給電システムの制御方法 |
-
1995
- 1995-05-11 JP JP7112732A patent/JPH08306379A/ja active Pending
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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