JPWO2017017734A1 - 電力供給システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
実施形態における電力供給システムは、水素吸蔵合金タンク(501)に水素を貯蔵する水素貯蔵装置(50)と、前記水素貯蔵装置(50)で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置(60)と、前記燃料電池発電装置(60)による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンク(30)と、前記貯湯タンク(30)に貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンク(501)に供給されるように制御する制御手段(70)とを有する。
Description
本発明の実施形態は、電力供給システムおよびその制御方法に関する。
近年、ビルや住宅の電力エネルギー源として燃料電池発電装置を用いることが検討されている。燃料電池発電装置は、周知のように、酸素と水素とを化学反応させることで生じる起電力を利用するものであり、化学エネルギーが直接的に電気エネルギーに変換されるので優れた変換効率が得られる。燃料電池発電装置の水素源としては都市ガスやLPガスを改質器で改質した改質ガスや、水の電気分解で製造された水素等が使用される。
また、太陽電池と組み合わせた燃料電池システムも提案されている。このようなシステムでは、例えば、電気負荷に対する電力供給は、太陽電池パネルから調整器を経た電力供給と、燃料電池発電装置による電力供給とがある。太陽電池パネルからの電力が余剰となる場合には、この電力が電力制御器を経て水電解槽に供給される。この水電解槽で水を電気分解すると純粋水素と純粋酸素とが生成されるので、この純粋水素を水素吸蔵合金に貯蔵し、純粋酸素を酸素タンクに貯蔵する。また、太陽電池パネルからの電力が不足する場合には、上記の貯蔵された水素と酸素とが取り出されて燃料電池発電装置に供給され、この燃料電池発電装置から電気負荷に対して電力供給がなされる。
上記の燃料電池発電装置からは電力が発生するとともに低温排熱も発生する。しかし、燃料電池発電装置から発生する電力の需要に比べて、この燃料電池発電装置から発生する低温排熱は一般的に需要が少ない傾向にあり、熱エネルギーが十分に利用できないため、燃料電池発電装置を用いた電力供給システムのエネルギー効率の低下の要因となっている。
本発明が解決しようとする課題は、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することが可能な電力供給システムおよびその制御方法を提供することである。
実施形態における電力供給システムは、水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段とを有する。
<第1の実施形態>
[1]構成
図1は、第1の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図1では、実線の矢印が電力の流れを示し、破線の矢印が水素の流れを示している。また、図1では、一点鎖線の矢印が水の流れを示しており、二点鎖線が信号の流れを示している。
[1]構成
図1は、第1の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図1では、実線の矢印が電力の流れを示し、破線の矢印が水素の流れを示している。また、図1では、一点鎖線の矢印が水の流れを示しており、二点鎖線が信号の流れを示している。
図1に示すように、電力供給システム1は、自然エネルギー発電装置10と、パワーコンディショナ装置20と、貯湯タンク30と、貯水タンク31と、水素発生装置40と、水素貯蔵装置50と、燃料電池発電装置60と、制御装置70とを備えており、電気負荷(電気機器など)を備えた負荷部3に電力を供給するように構成されている(実線の矢印参照)。また、詳細については後述するが、電力供給システム1は、水を加熱することによって温水を作り、熱負荷(温水利用機器など)を備えた負荷部3に温水(熱媒)を供給するように構成されている(一点鎖線の矢印参照)。
また、貯湯タンク30から水素貯蔵装置50への水路にはバルブ101が設けられる。また、貯湯タンク30とバルブ101への水路と、貯水タンク31から貯湯タンク30への間の水路との間には、バルブ102を有する水路が設けられる。また、貯湯タンク30から負荷部3への水路にはバルブ103が設けられる。
電力供給システム1を構成する各部について、順次、説明する。
[1−1]自然エネルギー発電装置10
自然エネルギー発電装置10は、自然エネルギーを利用して発電を行う発電装置である。自然エネルギー発電装置10は、太陽光発電(PV)装置であって、太陽電池(図示省略)を含み、太陽光を太陽電池で受光し光電変換を行うことによって、発電を行う。また、自然エネルギー発電装置10は、風力発電装置であってもよい。
[1−1]自然エネルギー発電装置10
自然エネルギー発電装置10は、自然エネルギーを利用して発電を行う発電装置である。自然エネルギー発電装置10は、太陽光発電(PV)装置であって、太陽電池(図示省略)を含み、太陽光を太陽電池で受光し光電変換を行うことによって、発電を行う。また、自然エネルギー発電装置10は、風力発電装置であってもよい。
[1−2]パワーコンディショナ装置20
パワーコンディショナ装置20は、図1に示すように、自然エネルギー発電装置10が自然エネルギーを利用して発電した電力を調整するように構成されている。ここでは、パワーコンディショナ装置20は、自然エネルギー発電装置10から電力が供給され、その供給された電力を、電力系統2(商用電源)から供給された電力と同様に、負荷部3において利用可能な電力に変換する。
パワーコンディショナ装置20は、図1に示すように、自然エネルギー発電装置10が自然エネルギーを利用して発電した電力を調整するように構成されている。ここでは、パワーコンディショナ装置20は、自然エネルギー発電装置10から電力が供給され、その供給された電力を、電力系統2(商用電源)から供給された電力と同様に、負荷部3において利用可能な電力に変換する。
図2は、第1の実施形態における電力供給システムのパワーコンディショナ装置20の構成例を示すブロック図である。図2に示すように、パワーコンディショナ装置20は、第1コンバータ201aとインバータ201と第2コンバータ202aと蓄電池202とを含む。
パワーコンディショナ装置20は、自然エネルギー発電装置10(図1参照)から電力線を介して供給された直流電力を第1コンバータ201aが所定の電圧幅内になるように調整し、その調整された直流電力をインバータ201が交流電力に変換する。自然エネルギー発電装置10で発電された電力は、パワーコンディショナ装置20を介して、水素発生装置40および負荷部3に供給される。また、パワーコンディショナ装置20は、インバータ201で変換された電力を第2コンバータ202aが所定の電圧幅内になるように調整し、その調整された電力を蓄電池202が蓄電する。つまり、自然エネルギー発電装置10で発電された電力を蓄電池202が蓄電する。蓄電池202は、例えばリチウムイオン二次電池であって、パワーコンディショナ装置20は、蓄電池202に蓄電された電力が負荷部3に供給されるように構成されている(図1参照)。蓄電池202に蓄電された電力は、第2コンバータ202aとインバータ201とを介してパワーコンディショナ装置20から出力される。
この他に、パワーコンディショナ装置20には、燃料電池発電装置60で発電された電力が供給され、その供給された電力を蓄電池202が蓄電するように構成されている(図1参照)。また、パワーコンディショナ装置20では、電力系統2から電力が供給され、その供給された電力を用いて動作するように構成されている(図1参照)。
[1−3]貯湯タンク30および貯水タンク31
貯水タンク31は、図1に示すように、水道を介して供給された水を貯蔵し、その貯蔵した水を水素発生装置40へ供給するように構成されている。
貯湯タンク30は、貯水タンク31で貯蔵された水を得て、この水を燃料電池発電装置60に供給する。
貯水タンク31は、図1に示すように、水道を介して供給された水を貯蔵し、その貯蔵した水を水素発生装置40へ供給するように構成されている。
貯湯タンク30は、貯水タンク31で貯蔵された水を得て、この水を燃料電池発電装置60に供給する。
この他に、貯湯タンク30は、燃料電池発電装置60に供給した水が、この燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱によって加熱され、温水(熱媒)として当該貯湯タンク30に戻されたときには、この温水(熱媒)を貯蔵するように構成してもよい。つまり、貯湯タンク30は、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を温水として貯蔵することができる。
[1−4]水素発生装置40
水素発生装置40は、図1に示すように、水素を生成するように構成されている。ここでは、水素発生装置40には、パワーコンディショナ装置20を介して電力が供給される。水素発生装置40は、自然エネルギー発電装置10が自然エネルギーを利用して発電した電力と、電力系統2から供給された電力との少なくとも一方を用いて、水の電気分解を生じさせ、水素を生成する。
水素発生装置40は、図1に示すように、水素を生成するように構成されている。ここでは、水素発生装置40には、パワーコンディショナ装置20を介して電力が供給される。水素発生装置40は、自然エネルギー発電装置10が自然エネルギーを利用して発電した電力と、電力系統2から供給された電力との少なくとも一方を用いて、水の電気分解を生じさせ、水素を生成する。
図3は、第1の実施形態における電力供給システムの水素発生装置40の構成例を示すブロック図である。図3に示すように、水素発生装置40は、純水製造装置401aと水電解装置401とを含み、純水製造装置401aで不純物が除去された水(純水)を水電解装置401で電気分解することによって、水素を生成する。水電解装置401は、例えば固体高分子型(PEM)水電解装置である。本実施形態では、水素発生装置40は、貯水タンク31(図1参照)から水が供給され、水電解装置401において、その供給された水に電流を流すことによって、水を水素と酸素とに分解する。水電解装置401において生成された水素は、水素貯蔵装置50に供給され、貯蔵される。水電解装置401において生成された酸素は、大気に放出される。
また、水素発生装置40は、図3に示すように、上記の他に、コンプレッサ402とチラー(chiler)ユニット403とを含む。コンプレッサ402は、空気を圧縮して、水電解装置401に供給する。チラーユニット403は、冷却水を水電解装置401に供給する。
水素発生装置40は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器(図示省略)を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置70へ出力される。
[1−5]水素貯蔵装置50
水素貯蔵装置50は、図1に示すように、水素発生装置40によって生成された水素を貯蔵するように構成されている。
図4は、第1の実施形態における電力供給システムの水素貯蔵装置50の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、水素貯蔵装置50は、水素吸蔵合金を用いて水素を貯蔵する水素吸蔵合金タンク501と電磁弁502と安全弁503とを含む。水素貯蔵装置50は、水素発生装置40によって生成された水素が電磁弁502を介して水素吸蔵合金タンク501に供給され、その供給された水素を水素吸蔵合金タンク501で貯蔵する。なお、水素は、低温および高圧の条件下で水素吸蔵合金タンク501の貯蔵および発熱(排熱)が促進され、この貯蔵された水素は、高温および低圧の条件下で水素吸蔵合金タンク501からの放出および吸熱が促進される。
水素貯蔵装置50は、図1に示すように、水素発生装置40によって生成された水素を貯蔵するように構成されている。
図4は、第1の実施形態における電力供給システムの水素貯蔵装置50の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、水素貯蔵装置50は、水素吸蔵合金を用いて水素を貯蔵する水素吸蔵合金タンク501と電磁弁502と安全弁503とを含む。水素貯蔵装置50は、水素発生装置40によって生成された水素が電磁弁502を介して水素吸蔵合金タンク501に供給され、その供給された水素を水素吸蔵合金タンク501で貯蔵する。なお、水素は、低温および高圧の条件下で水素吸蔵合金タンク501の貯蔵および発熱(排熱)が促進され、この貯蔵された水素は、高温および低圧の条件下で水素吸蔵合金タンク501からの放出および吸熱が促進される。
水素貯蔵装置50は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器(図示省略)を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置70へ出力される。
[1−6]燃料電池発電装置60
燃料電池発電装置60は、図1に示すように、水素貯蔵装置50で貯蔵された水素を用いて発電を行い、その発電によって発生した電力を負荷部3の電気負荷に出力するように構成されている。この他に、燃料電池発電装置60は、貯湯タンク30に供給された水を、発電で生じた熱を用いて加熱し、この加熱により得た温水を貯湯タンク30を介して負荷部3の熱負荷(温水消費先)に供給するように構成されている。
燃料電池発電装置60は、図1に示すように、水素貯蔵装置50で貯蔵された水素を用いて発電を行い、その発電によって発生した電力を負荷部3の電気負荷に出力するように構成されている。この他に、燃料電池発電装置60は、貯湯タンク30に供給された水を、発電で生じた熱を用いて加熱し、この加熱により得た温水を貯湯タンク30を介して負荷部3の熱負荷(温水消費先)に供給するように構成されている。
図5は、第1の実施形態における燃料電池発電装置60の構成例を示すブロック図である。図5に示すように、燃料電池発電装置60は、燃料電池601とインバータ602と貯湯タンク603とラジエータ604とを含む。燃料電池発電装置60において、燃料電池601は、固体高分子形燃料電池(PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell))であって、水素を用いて発電を行う。そして、インバータ602は、燃料電池601で発電された電力を、電力系統2から供給された電力と同様に、負荷部3の電気負荷で利用可能な電力に変換する。貯湯タンク603は、燃料電池601の発電で生じた熱を用いて加熱された温水を貯蔵し、その貯蔵された温水を貯湯タンク30に供給する。燃料電池601の発電で生じた熱を用いて加熱された温水を含む温水供給量が、負荷部3の熱負荷において使用される温水の使用量よりも多くなるときは、ラジエータ604は、燃料電池601の発電で生じた熱を放熱する。なお、本実施形態ではラジエータ604を備えた構成について説明するが、ラジエータ604は必須の構成ではない。
燃料電池発電装置60は、ガスセンサ、圧力計、流量計などの計測機器(図示省略)を含み、その計測機器によって計測されたデータがデータ信号として、制御装置70へ出力される。
[1−7]制御装置70
制御装置70は、図1に示すように、電力供給システム1を構成する各部を制御するように構成されている。制御装置70は、演算器(図示省略)とメモリ(図示省略)とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、各部の制御を行う。
制御装置70は、図1に示すように、電力供給システム1を構成する各部を制御するように構成されている。制御装置70は、演算器(図示省略)とメモリ(図示省略)とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、各部の制御を行う。
制御装置70は、各部の状態について計測機器(図示省略)が計測して得たデータをデータ信号として入力する。ここでは、制御装置70は、負荷部3の電気負荷において使用される電力の使用量がデータ信号として入力される。たとえば、予め定めた時間(30分間)において負荷部3の電気負荷で使用された電力量のデータ信号が、制御装置70に入力される。また、制御装置70は、電力系統2から供給される電力量、負荷部3の熱負荷において使用される温水の使用量、自然エネルギー発電装置10が出力する電力量、パワーコンディショナ装置20内の蓄電池202の蓄電量、燃料電池発電装置60が出力する電力量、貯湯タンク30や貯水タンク31が貯蔵している水の貯蔵量、水素貯蔵装置50が貯蔵している水素の貯蔵量、燃料電池発電装置60において加熱されて貯湯タンク30に貯蔵された温水の量などのデータを、データ信号として入力する。そして、制御装置70は、その入力されたデータ信号に応じた制御信号を演算し、電力供給システム1の各部に出力することによって、各部の動作を制御する。制御装置70は、電気および水素の使用量や、電気および水素の貯蔵量を監視し、最適な運転となるように制御を行う。
制御装置70は、電力系統2から負荷部3の電気負荷へ電力が供給される平常時であっても、負荷部3で使用されている電力の使用量が予め定めた値よりも多いときには、電力供給システム1から負荷部3の電気負荷に電力を供給するように制御を行なう。このとき、自然エネルギー発電装置10が出力する電力量、燃料電池発電装置60が出力する電力量、パワーコンディショナ装置20内の蓄電池202の蓄電量などに応じて、制御装置70は、各部から電力を配分して負荷部3の電気負荷に電力を供給するように制御を行なう。また、制御装置70は、負荷部3の熱負荷で使用されている温水の使用量に応じて燃料電池発電装置60から貯湯タンク30を介して温水を負荷部3の熱負荷に供給するように制御を行なう。
これに対して、災害等によって停電が発生して電力系統2から負荷部3の電気負荷へ電力が供給されない異常時には、制御装置70は、電力供給システム1から負荷部3の電気負荷へ電力を供給するように制御を行なう。この場合には、制御装置70は、自然エネルギー発電装置10で発電された電力を用いて水素発生装置40が水素を生成して、燃料電池発電装置60が発電をするように制御を行う。そして、制御装置70は、自然エネルギー発電装置10が出力する電力量、燃料電池発電装置60が出力する電力量、パワーコンディショナ装置20内の蓄電池202の蓄電量などに応じて、各部から電力を配分して負荷部3の電気負荷に供給するように制御を行なう。また、制御装置70は、燃料電池発電装置60から貯湯タンク30を介して負荷部3の熱負荷に温水の供給を開始するように制御を行なう。
上記の他に、制御装置70は、水素貯蔵装置50に貯蔵された水素の量に応じて、水素発生装置40が水素を生成する動作を制御する。また、制御装置70は、燃料電池発電装置60で発電された電力を含む電力供給量が、負荷部3の電気負荷において使用される電力の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置60で発電された電力のうち負荷部3の電気負荷において使用される電力の使用量を超える分をパワーコンディショナ装置20内の蓄電池202に蓄電させる。また、制御装置70は、燃料電池発電装置60での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部3の熱負荷において使用される温水の使用量よりも多いときには、燃料電池発電装置60で得た温水のうち負荷部3の熱負荷において使用される温水の使用量を超える分が貯湯タンク30を介して負荷部3の熱負荷に供給されないように、バルブ103の制御を行う。更に、制御装置70は、自然エネルギーを利用して発電された電力が電力供給システム1に供給された量に応じて、電力供給システム1の動作を制御する。なお、燃料電池発電装置60での加熱によって得た温水を含む温水供給量が、負荷部3の熱負荷において使用される温水の使用量よりも多くなるときは、制御装置70は、燃料電池発電装置60の発電で生じた熱をラジエータ604で放熱するように制御を行なう。
[2]電力供給システム1の動作
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
図6は、第1の実施形態における、燃料電池発電装置による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置の水素吸蔵合金タンクからの水素放出のための吸熱源として用いるための制御の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S11)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S12)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S13)。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S11)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S12)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S13)。
この時、負荷部3の熱負荷の熱量(熱負荷へ供給する熱量)が貯湯タンク30の保有熱量以上であれば(S14のYES)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、燃料電池発電装置60から貯湯タンク30に送られた排熱の全量を負荷部3の熱負荷へ供給させる(S15)。
一方で、負荷部3の熱負荷の熱量が貯湯タンク30の保有熱量未満であれば(S14のNO)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を温水として水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501に供給させ、残りの保有熱量の少なくとも一部を温水として負荷部3の熱負荷へ供給させる。これにより、上記の貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源に利用することができる(S16)。この水素吸蔵合金タンク501で熱を奪われた、貯湯タンク30からの温水は温度が下がり、貯湯タンク30へ戻される(S17)。
この時、貯湯タンク30の温水温度が水素吸蔵合金タンク501からの水素放出に必要な温水温度よりも高い場合には(S18のYES)、制御装置70は、バルブ102の弁開度を調整して貯水タンク31から貯湯タンク30への水の少なくとも一部を貯湯タンク30の温水に含ませることで、貯湯タンク30から水素吸蔵合金タンク501への温水の温度を、水素吸蔵合金タンク501に必要な温水の温度より高くならないように調整して、この温水の熱を水素吸蔵合金タンク501に供給する(S19)。
このように制御装置70は、負荷部3の電気負荷や熱負荷に応じて、燃料電池発電装置60の発電出力や水路の各種バルブの弁開度を制御する。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
そのため、制御装置70は、負荷部3の電気負荷や熱負荷の負荷予測や本システムの遅れ定数などをもとに、貯湯タンク30の保有熱量の供給配分の制御を行なう。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
そのため、制御装置70は、負荷部3の電気負荷や熱負荷の負荷予測や本システムの遅れ定数などをもとに、貯湯タンク30の保有熱量の供給配分の制御を行なう。
以上のように、第1の実施形態では燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源として用いる構成としたので、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することができる。
[3]変形例について
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。
上記の第1の実施形態では、必要時に、貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を温水として水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501に供給させたが、この変形例では、貯湯タンク30と水素貯蔵装置50との間の熱交換器111と、ヒートポンプ112とを新たに設けることで、貯湯タンク30の温水の温度の制御と流量の制御を独立して制御しすることで、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501の温度を管理しやすくするものである。
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。
上記の第1の実施形態では、必要時に、貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を温水として水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501に供給させたが、この変形例では、貯湯タンク30と水素貯蔵装置50との間の熱交換器111と、ヒートポンプ112とを新たに設けることで、貯湯タンク30の温水の温度の制御と流量の制御を独立して制御しすることで、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501の温度を管理しやすくするものである。
図7、図8、図9は、第1の実施形態における電力供給システムの構成の変形例を示す図である。ここでは、図1に示した構成に対する異なる部分について説明し、図1に示した構成と共通する部分の説明は省略する。図7、図8、図9における二重線は、水路における水の循環が停止している箇所を示す。
図7に示すように、この変形例では、貯湯タンク30からの水路は、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ115を介して熱交換器111の一次側に入る。
そして、熱交換器111の一次側から出た水路は、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ114を通った先から2つに分岐して、1つは貯湯タンク30に戻り、もう1つはヒートポンプ112に入る。ヒートポンプ112内から出た水路はポンプ115と熱交換器111の一次側との間の水路に合流する。
図7に示すように、この変形例では、貯湯タンク30からの水路は、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ115を介して熱交換器111の一次側に入る。
そして、熱交換器111の一次側から出た水路は、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ114を通った先から2つに分岐して、1つは貯湯タンク30に戻り、もう1つはヒートポンプ112に入る。ヒートポンプ112内から出た水路はポンプ115と熱交換器111の一次側との間の水路に合流する。
また、熱交換器111の二次側と、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501との間の水路には、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ113が設けられる。
また、貯水タンク31と燃料電池発電装置60との間には、これらの間で熱交換を行うための水路が設けられ、この水路には、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ116が設けられる。
貯水タンク31と負荷部3の熱負荷との間の水路には、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ117が設けられる。また、貯水タンク31と貯湯タンク30との間の水路には、当該水路における水の循環のオンオフを切り替えるためのポンプ118が設けられる。
次に、図7を参照して、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出時における、温水の循環の第1の例について説明する。
燃料電池発電装置60による発電のための、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出を要する場合(水素吸蔵合金タンク501へ供給する水を高温とする必要がある場合)で、かつ、貯湯タンク30に貯蔵される水量が一定以上で(湯を熱負荷に供給しても湯が余る)、水温が一定以上の場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間のポンプ114を閉じ、他は開状態とする。
燃料電池発電装置60による発電のための、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出を要する場合(水素吸蔵合金タンク501へ供給する水を高温とする必要がある場合)で、かつ、貯湯タンク30に貯蔵される水量が一定以上で(湯を熱負荷に供給しても湯が余る)、水温が一定以上の場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間のポンプ114を閉じ、他は開状態とする。
すると、貯湯タンク30から負荷部3の熱負荷へ温水が流れるとともに、貯湯タンク30から熱交換器111の一次側へ温水が流れる。貯湯タンク30から熱交換器111の一次側へ流れた温水は、温度が低下して貯湯タンク30に戻る。なお、ヒートポンプ112内における水の循環は停止する。
そして、熱交換器111の二次側から水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501へ流れた温水は、水素を放出した水素吸蔵合金タンク501における吸熱により温度が低下し、熱交換器111の二次側に戻る。
これにより、貯湯タンク30から熱交換器111の一次側への温水を利用して、水素吸蔵合金タンク501に対して、水素放出のための熱を供給することができる。
これにより、貯湯タンク30から熱交換器111の一次側への温水を利用して、水素吸蔵合金タンク501に対して、水素放出のための熱を供給することができる。
次に、図8を参照して、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出時における、温水の循環の第2の例について説明する。
燃料電池発電装置60による発電のための、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出を要する場合(水素吸蔵合金タンク501へ供給する水を高温とする必要がある場合)で、かつ、貯湯タンク30に貯蔵される水量が一定未満(湯を概ね使い切っている)で、水温が一定未満の場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、貯湯タンク30と熱交換器111の一次側と間のポンプ115を閉じ、他は開状態とする。
燃料電池発電装置60による発電のための、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出を要する場合(水素吸蔵合金タンク501へ供給する水を高温とする必要がある場合)で、かつ、貯湯タンク30に貯蔵される水量が一定未満(湯を概ね使い切っている)で、水温が一定未満の場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、貯湯タンク30と熱交換器111の一次側と間のポンプ115を閉じ、他は開状態とする。
すると、貯湯タンク30から負荷部3の熱負荷へ温水が流れる一方で、貯湯タンク30と熱交換器111の一次側との間の温水の循環は停止し、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間で温水が循環する。
ここで、制御装置70は、ヒートポンプ112を加熱モードとして動作させることで、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間で循環する温水を加熱して熱交換器111の一次側に供給する。
そして、熱交換器111の二次側から水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501へ流れた温水は、水素を放出した水素吸蔵合金タンク501における吸熱により温度が低下し、熱交換器111の二次側に戻る。
これにより、貯湯タンク30に貯蔵される湯を熱交換器111の一次側へ供給できないときも、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間の加熱された温水を利用して、水素吸蔵合金タンク501に対して、水素放出のための熱を供給することができる。
次に、図9を参照して、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501への水素の吸収時における、水の循環について説明する。
水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501への水素の吸収を要する場合、つまり、水素吸蔵合金タンク501へ供給される水を低温とする必要がある場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、ヒートポンプ112と熱交換器111の一次側との間のポンプ114と、熱交換器111の二次側と水素貯蔵装置50との間のポンプ113とを開状態とし、他を閉状態とする。
水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501への水素の吸収を要する場合、つまり、水素吸蔵合金タンク501へ供給される水を低温とする必要がある場合、制御装置70は、ポンプ113ないし118のうち、ヒートポンプ112と熱交換器111の一次側との間のポンプ114と、熱交換器111の二次側と水素貯蔵装置50との間のポンプ113とを開状態とし、他を閉状態とする。
すると、貯湯タンク30から負荷部3の熱負荷へ温水の流れと、貯水タンク30から貯湯タンク30への水の流れが止まり、貯湯タンク30と熱交換器111の一次側との間の温水の循環は停止する。
ここで、制御装置70は、ヒートポンプ112を冷却モードとして動作させることで、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間で循環する水を冷却して熱交換器111の一次側に供給する。
そして、熱交換器111の二次側から水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501へ流れた水は、水素を吸収した水素吸蔵合金タンク501における発熱により温度が上昇し、熱交換器111の二次側に戻る。
これにより、熱交換器111の一次側とヒートポンプ112との間の水を冷却し、この冷却した水を利用して、水素吸蔵合金タンク501による水素吸収を促進させることができる。
<第2の実施形態>
[1]構成
図10は、第2の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、第2の実施形態では、第1の実施形態の場合(図1参照)と異なり、負荷部3は、電気負荷および低温熱負荷を含む。また、電力供給システム1は、ヒートポンプ120とバルブ121を有する。バルブ121は、バルブ103と負荷部3の低温熱負荷との間の水路から分岐して貯湯タンク30に至る水路に設けられる。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第1実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
[1]構成
図10は、第2の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、第2の実施形態では、第1の実施形態の場合(図1参照)と異なり、負荷部3は、電気負荷および低温熱負荷を含む。また、電力供給システム1は、ヒートポンプ120とバルブ121を有する。バルブ121は、バルブ103と負荷部3の低温熱負荷との間の水路から分岐して貯湯タンク30に至る水路に設けられる。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第1実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
[1−1]ヒートポンプ120
ヒートポンプ120は、貯湯タンク30から負荷部3の低温熱負荷へ供給される温水の熱の少なくとも一部と、燃料電池発電装置60から負荷部3の電気負荷に供給される発電電力の少なくとも一部とを利用して高温水を生成し、この高温水の熱を外部の高温熱負荷130に供給する。つまり、第2の実施形態では、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源だけでなく、ヒートポンプ120による高温水の生成のための熱源として用いることができる。高温熱負荷130は、例えば食品工場や寒冷地の栽培ハウスが挙げられる。
ヒートポンプ120は、貯湯タンク30から負荷部3の低温熱負荷へ供給される温水の熱の少なくとも一部と、燃料電池発電装置60から負荷部3の電気負荷に供給される発電電力の少なくとも一部とを利用して高温水を生成し、この高温水の熱を外部の高温熱負荷130に供給する。つまり、第2の実施形態では、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源だけでなく、ヒートポンプ120による高温水の生成のための熱源として用いることができる。高温熱負荷130は、例えば食品工場や寒冷地の栽培ハウスが挙げられる。
[2]電力供給システム1の動作
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプ120による高温水の生成のための熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプ120による高温水の生成のための熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
図11は、第2の実施形態における、燃料電池発電装置による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置の水素吸蔵合金タンクからの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプの熱源として用いるための制御の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S21)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S22)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は、貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S23)。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S21)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S22)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は、貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S23)。
この時、負荷部3の低温熱負荷の熱量(低温熱負荷に供給する熱量)が貯湯タンク30の保有熱量以上であれば(S24のYES)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、貯湯タンク30の保有熱量の全てを温水として負荷部3の低温熱負荷へ供給させる。つまり、燃料電池発電装置60から貯湯タンク30に送られた排熱の全量を負荷部3の低温熱負荷へ供給させる(S25)。
一方で、負荷部3の低温熱負荷の熱量が貯湯タンク30の保有熱量未満であれば(S24のNO)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を温水として水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501に供給させ、残りの保有熱量の少なくとも一部を温水として負荷部3の低温熱負荷へ供給させる。これにより、第1の実施形態と同様に、上記の貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源に利用することができる(S26)。
この水素吸蔵合金タンク501で熱を奪われた、貯湯タンク30からの温水は温度が下がり、貯湯タンク30へ戻される(S27)。
この水素吸蔵合金タンク501で熱を奪われた、貯湯タンク30からの温水は温度が下がり、貯湯タンク30へ戻される(S27)。
この時、貯湯タンク30の温水温度が水素吸蔵合金タンク501からの水素放出に必要な温水温度よりも高い場合には(S28のYES)、制御装置70は、バルブ102の弁開度を調整して貯水タンク31から貯湯タンク30への水の少なくとも一部を貯湯タンク30の温水に含ませることで、貯湯タンク30から水素吸蔵合金タンク501への温水の温度を、水素吸蔵合金タンク501に必要な温水の温度より高くならないように調整して、この温水の熱を水素吸蔵合金タンク501に供給する(S29)。
S29の後、または、S28で「NO」とされた後、負荷部3の低温熱負荷の熱量と、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出に必要な熱量との双方が所定の条件を満たして小さい上に、高温熱負荷130の熱量(高温熱負荷130に供給する熱量)が所定の条件を満たして大きい場合には(S30のYES)、制御装置70は、バルブ101,102,103,121の弁開度を制御して、貯湯タンク30の保有熱量、つまり貯湯タンク30から負荷部3の低温熱負荷に供給される熱の少なくとも一部をヒートポンプ120へ供給させ、かつ燃料電池発電装置60による発電電力の少なくとも一部をヒートポンプ120に供給させることで、このヒートポンプ120により高温水を生成させて(S31)、この高温水を高温熱負荷130に供給させる(S32)。
このように制御装置70は、負荷部3の電気負荷や低温熱負荷、および高温熱負荷130に応じて、燃料電池発電装置60の発電出力や各種バルブの弁開度を制御する。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
そのため、制御装置70は、負荷部3の電気負荷や低温熱負荷、および高温熱負荷130の負荷予測や本システムの遅れ定数などをもとに、貯湯タンク30の保有熱量の供給配分の制御を行なう。
以上のように、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することができる。また、第2の実施形態では、貯湯タンク30から負荷部3の低温熱負荷に供給される熱の少なくとも一部をヒートポンプ120へ供給させ、かつ燃料電池発電装置60による発電電力の少なくとも一部をヒートポンプ120に供給させることで、このヒートポンプ120により高温水を生成させて、この高温水を高温熱負荷130に供給させる構成としたので、燃料電池発電装置から発生する排熱をより有効に利用することができる。
<第3の実施形態>
[1]構成
図12は、第3の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、第3の実施形態では、第2の実施形態の場合(図10参照)と異なり、負荷部3は、電気負荷および温熱負荷を含む。また、第3の実施形態では、第2の実施形態で説明した高温熱負荷130に代えて、冷熱負荷140を有する。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第2実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の第2の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
[1]構成
図12は、第3の実施形態における電力供給システムの構成例を示すブロック図である。図10に示すように、第3の実施形態では、第2の実施形態の場合(図10参照)と異なり、負荷部3は、電気負荷および温熱負荷を含む。また、第3の実施形態では、第2の実施形態で説明した高温熱負荷130に代えて、冷熱負荷140を有する。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第2実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の第2の実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
[1−1]ヒートポンプ120
第3の実施形態におけるヒートポンプ120は、貯湯タンク30から負荷部3の温熱負荷へ供給される温水の熱の少なくとも一部と、燃料電池発電装置60から負荷部3の電気負荷に供給される発電電力の少なくとも一部とを利用して冷水を生成し、この冷水の熱を外部の冷熱負荷140に供給する。つまり、第3の実施形態では、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源だけでなく、ヒートポンプ120による冷水の生成のための熱源として用いることができる。冷熱負荷140は、例えば食品工場や温暖地の栽培ハウスが挙げられる。
第3の実施形態におけるヒートポンプ120は、貯湯タンク30から負荷部3の温熱負荷へ供給される温水の熱の少なくとも一部と、燃料電池発電装置60から負荷部3の電気負荷に供給される発電電力の少なくとも一部とを利用して冷水を生成し、この冷水の熱を外部の冷熱負荷140に供給する。つまり、第3の実施形態では、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源だけでなく、ヒートポンプ120による冷水の生成のための熱源として用いることができる。冷熱負荷140は、例えば食品工場や温暖地の栽培ハウスが挙げられる。
[2]電力供給システム1の動作
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプ120による冷水の生成のための熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
次に、燃料電池発電装置60による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプ120による冷水の生成のための熱源として用いるための、電力供給システム1の動作について説明する。
図13は、第3の実施形態における、燃料電池発電装置による発電により発生した排熱を水素貯蔵装置の水素吸蔵合金タンクからの水素放出のための吸熱源、およびヒートポンプの熱源として用いるための制御の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S41)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S42)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は、貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S43)。
まず、制御装置70は、負荷部3の電気負荷の大小に応じて、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501から水素を放出させ(S41)、この水素を利用して燃料電池発電装置60で発電した電気を負荷部3の電気負荷に供給させる(S42)。
燃料電池発電装置60による発電時に発生する排熱は、貯湯タンク603から貯湯タンク30に送られる(S43)。
この時、負荷部3の温熱負荷の熱量(温熱負荷に供給する熱量)が貯湯タンク30の保有熱量以上であれば(S44のYES)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、貯湯タンク30の保有熱量の全てを温水として負荷部3の温熱負荷へ供給させる。つまり、燃料電池発電装置60から貯湯タンク30に送られた排熱の全量を負荷部3の温熱負荷へ供給させる(S45)。
一方で、負荷部3の温熱負荷の熱量が貯湯タンク30の保有熱量未満であれば(S44のNO)、制御装置70は、バルブ101,102,103の弁開度を制御することで、貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を温水として水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501に供給させ、残りの保有熱量の少なくとも一部を温水として負荷部3の温熱負荷へ供給させる。これにより、第1および第2の実施形態と同様に、上記の貯湯タンク30の保有熱量の少なくとも一部を水素吸蔵合金タンク501からの水素放出のための吸熱源に利用することができる(S46)。
この水素吸蔵合金タンク501で熱を奪われた、貯湯タンク30からの温水は温度が下がり、貯湯タンク30へ戻される(S47)。
この水素吸蔵合金タンク501で熱を奪われた、貯湯タンク30からの温水は温度が下がり、貯湯タンク30へ戻される(S47)。
この時、貯湯タンク30の温水温度が水素吸蔵合金タンク501からの水素放出に必要な温水温度よりも高い場合には(S48のYES)、制御装置70は、バルブ102の弁開度を調整して貯水タンク31から貯湯タンク30への水の少なくとも一部を貯湯タンク30の温水に含ませることで、貯湯タンク30から水素吸蔵合金タンク501への温水の温度を、水素吸蔵合金タンク501に必要な温水の温度より高くならないように調整して、この温水の熱を水素吸蔵合金タンク501に供給する(S49)。
S49の後、または、S48で「NO」とされた後、負荷部3の温熱負荷の熱量と、水素貯蔵装置50の水素吸蔵合金タンク501からの水素の放出に必要な熱量との双方が所定の条件を満たして小さい上に、冷熱負荷140の熱量(冷熱負荷140に供給する熱量)が所定の条件を満たして大きい場合には(S50のYES)、制御装置70は、バルブ101,102,103,121の弁開度を制御して、貯湯タンク30の保有熱量、つまり貯湯タンク30から負荷部3の温熱負荷に供給される熱の少なくとも一部をヒートポンプ120へ供給させ、かつ燃料電池発電装置60による発電電力の少なくとも一部をヒートポンプ120に供給させることで、このヒートポンプ120により冷水を生成させて(S51)、この冷水を冷熱負荷140に供給させる(S52)。
このように制御装置70は、負荷部3の電気負荷や温熱負荷、および冷熱負荷140に応じて、燃料電池発電装置60の発電出力や各種バルブの弁開度を制御する。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
燃料電池発電装置60による発電に必要な水素は、当該燃料電池発電装置60による発電で発生する排熱を利用する水素吸蔵合金タンク501から得ることができるため、本システムは一次遅れ以上の遅れ定数をもつ制御系となる。
そのため、制御装置70は、負荷部3の電気負荷や温熱負荷、および冷熱負荷140の負荷予測や本システムの遅れ定数などをもとに、貯湯タンク30の保有熱量の供給配分の制御を行なう。
以上のように、第3の実施形態では、第1および第2の実施形態と同様に、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することができる。また、第3の実施形態では、貯湯タンク30から負荷部3の温熱負荷に供給される熱の少なくとも一部をヒートポンプ120へ供給させ、かつ燃料電池発電装置60による発電電力の少なくとも一部をヒートポンプ120に供給させることで、このヒートポンプ120により冷水を生成させて、この冷水を冷熱負荷140に供給させる構成としたので、燃料電池発電装置から発生する排熱をより有効に利用することができる。
なお、上記の各実施形態に記載した制御装置70による手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、光磁気ディスク(MO)、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。
また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のMW(ミドルウェア)等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
さらに、各実施形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、LANやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
また、記憶媒体は1つに限らず、複数の媒体から上記の各実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。なお、各実施形態におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記の各実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の1つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。
また、各実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することができる。
また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のMW(ミドルウェア)等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
さらに、各実施形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、LANやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
また、記憶媒体は1つに限らず、複数の媒体から上記の各実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。なお、各実施形態におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記の各実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の1つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。
また、各実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、燃料電池発電装置から発生する排熱を有効に利用することができる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…電力供給システム、2…電力系統、3…負荷部、10…自然エネルギー発電装置、20…パワーコンディショナ装置、30…貯湯タンク、31…貯水タンク、40…水素発生装置、50…水素貯蔵装置、60…燃料電池発電装置、70…制御装置、101,102,103,121…バルブ、111…熱交換器、112,120…ヒートポンプ、113〜118…ポンプ、130…高温熱負荷、140…冷熱負荷、201a…第1コンバータ、201…インバータ、202a……第2コンバータ、202…蓄電池、401a…純水製造装置、401…水電解装置、402…コンプレッサ、403…チラーユニット、501…水素吸蔵合金タンク、502…電磁弁、503…安全弁、601…燃料電池、602…インバータ、603…貯湯タンク、604…ラジエータ。
実施形態における電力供給システムは、水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、熱負荷の熱量が前記貯湯タンクが貯蔵する熱量以上であれば、前記排熱の全てが前記熱負荷に供給されるように制御し、前記熱負荷の熱量が前記貯湯タンクが貯蔵する熱量未満であれば、前記貯湯タンクが貯蔵する熱の少なくとも一部が温水として前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する。
また、実施形態における電力供給システムは、水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段とを有し、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を前記水素吸蔵合金タンクに供給するために前記貯湯タンクから前記水素貯蔵装置に温水として供給されて熱を奪われた水が前記貯湯タンクに戻され、前記制御手段は、前記貯湯タンクの温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高い場合には、前記貯湯タンクに戻される水を利用して、前記水素吸蔵合金タンクに供給される温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高くならないように制御する。
また、実施形態における電力供給システムは、水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段とを有し、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を前記水素吸蔵合金タンクに供給するために前記貯湯タンクから前記水素貯蔵装置に温水として供給されて熱を奪われた水が前記貯湯タンクに戻され、前記制御手段は、前記貯湯タンクの温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高い場合には、前記貯湯タンクに戻される水を利用して、前記水素吸蔵合金タンクに供給される温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高くならないように制御する。
すると、貯湯タンク30から負荷部3の熱負荷へ温水の流れと、貯水タンク31から貯湯タンク30への水の流れが止まり、貯湯タンク30と熱交換器111の一次側との間の温水の循環は停止する。
Claims (9)
- 水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、
前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする電力供給システム。 - 前記制御手段は、
熱負荷の熱量が前記貯湯タンクが貯蔵する熱量以上であれば、前記排熱の全てが前記熱負荷に供給されるように制御し、前記熱負荷の熱量が前記貯湯タンクが貯蔵する熱量未満であれば、前記貯湯タンクが貯蔵する熱の少なくとも一部が温水として前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 - 前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を前記水素吸蔵合金タンクに供給するために前記貯湯タンクから前記水素貯蔵装置に温水として供給されて熱を奪われた水が前記貯湯タンクに戻され、
前記制御手段は、
前記貯湯タンクの温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高い場合には、前記貯湯タンクに戻される水を利用して、前記水素吸蔵合金タンクに供給される温水の温度が前記水素吸蔵合金タンクに必要な温水の温度より高くならないように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 - 前記制御手段は、
電気負荷に応じて、前記水素吸蔵合金タンクから前記燃料電池発電装置に水素が供給されるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 - 水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、
前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクと、
一次側にて前記貯湯タンクとの間で熱交換を行ない、二次側にて前記水素吸蔵合金タンクとの間で熱交換を行なう熱交換器と、
前記水素吸蔵合金タンクからの水素の放出を要する場合で、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を前記熱交換器の一次側に供給できる場合には、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を利用して、前記水素吸蔵合金タンクからの水素の放出に必要な熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御し、前記水素吸蔵合金タンクからの水素の放出を要する場合で、前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱を前記熱交換器の一次側に供給できない場合には、前記熱交換器の一次側に流れた水が加熱されることで、前記水素吸蔵合金タンクからの水素の放出に必要な熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする電力供給システム。 - 前記制御手段は、
前記水素吸蔵合金タンクへの水素の吸収を要する場合には、前記熱交換器の一次側に流れた水が冷却されることで、前記水素吸蔵合金タンクへの水素の吸収が促進されるように制御する
を備えたことを特徴とする請求項5に記載の電力供給システム。 - 前記熱負荷は低温熱負荷であって、
ヒートポンプと高温熱負荷とをさらに備え、
前記制御手段は、
前記低温熱負荷への供給を要する熱量と前記水素吸蔵合金タンクへの供給を要する熱量とが所定の条件を満たして少なく、前記高温熱負荷への供給を要する熱量が所定の条件を満たして大きい場合には、前記貯湯タンクが貯蔵する熱の少なくとも一部と前記燃料電池発電装置による発電によって発生した電力の少なくとも一部とが前記ヒートポンプに供給されることにより前記ヒートポンプで高温水が発生されて、この高温水が前記高温熱負荷に供給されるように制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力供給システム。 - 前記熱負荷は温熱負荷であって、
ヒートポンプと冷熱負荷とをさらに備え、
前記制御手段は、
前記温熱負荷に供給を要する熱量と前記水素吸蔵合金タンクへの供給を要する熱量とが所定の条件を満たして少なく、前記冷熱負荷への供給を要する熱量が所定の条件を満たして大きい場合には、前記貯湯タンクが貯蔵する熱の少なくとも一部と前記燃料電池発電装置による発電によって発生した電力の少なくとも一部とが前記ヒートポンプに供給されることにより前記ヒートポンプで冷水が発生されて、この冷水が前記冷熱負荷に供給されるように制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力供給システム。 - 水素吸蔵合金タンクに水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記水素貯蔵装置で貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電によって発生した電力を出力する燃料電池発電装置と、前記燃料電池発電装置による発電によって発生した排熱を温水として貯蔵する貯湯タンクとを有する電力供給システムを制御する方法であって、
前記貯湯タンクに貯蔵された温水の熱が前記水素吸蔵合金タンクに供給されるように制御する
ことを特徴とする電力供給システムの制御方法。
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