WO2017017734A1 - 電力供給システムおよびその制御方法 - Google Patents

電力供給システムおよびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017017734A1
WO2017017734A1 PCT/JP2015/071161 JP2015071161W WO2017017734A1 WO 2017017734 A1 WO2017017734 A1 WO 2017017734A1 JP 2015071161 W JP2015071161 W JP 2015071161W WO 2017017734 A1 WO2017017734 A1 WO 2017017734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
hot water
hydrogen
tank
hydrogen storage
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/071161
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大悟 橘高
河野 龍興
勝博 小野
Original Assignee
株式会社 東芝
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 東芝 filed Critical 株式会社 東芝
Priority to JP2015543608A priority Critical patent/JP5976950B1/ja
Priority to PCT/JP2015/071161 priority patent/WO2017017734A1/ja
Publication of WO2017017734A1 publication Critical patent/WO2017017734A1/ja
Priority to PH12018550005A priority patent/PH12018550005A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a power supply system and a control method thereof.
  • a fuel cell power generator As a fuel cell power generator, a reformed gas obtained by reforming city gas or LP gas with a reformer, hydrogen produced by electrolysis of water, etc. are used.
  • the power supply to the electrical load includes the power supply from the solar cell panel via the regulator and the power supply by the fuel cell power generation apparatus.
  • the power from the solar cell panel becomes surplus, this power is supplied to the water electrolytic cell through the power controller. Since electrolysis of water in this water electrolysis cell produces pure hydrogen and pure oxygen, this pure hydrogen is stored in a hydrogen storage alloy, and pure oxygen is stored in an oxygen tank.
  • the power from the solar cell panel is insufficient, the above-mentioned stored hydrogen and oxygen are taken out and supplied to the fuel cell power generator, and the fuel cell power generator supplies power to the electric load. Is done.
  • the fuel cell power generation device described above generates electric power and also generates low temperature exhaust heat.
  • the low temperature waste heat generated from this fuel cell power generator generally tends to be less in demand, and thermal energy can not be sufficiently utilized. It is a factor of the decrease in energy efficiency of the power supply system using the device.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a power supply system capable of effectively utilizing exhaust heat generated from a fuel cell power generator and a control method thereof.
  • the power supply system in the embodiment generates a power using a hydrogen storage device that stores hydrogen in a hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen stored in the hydrogen storage device, and outputs a power generated by the power generation.
  • a hydrogen storage device that stores hydrogen in a hydrogen storage alloy tank, and the hydrogen stored in the hydrogen storage device, and outputs a power generated by the power generation.
  • Device a hot water storage tank for storing exhaust heat generated by power generation by the fuel cell power generation apparatus as hot water, and control means for controlling the heat of hot water stored in the hot water storage tank to be supplied to the hydrogen storage alloy tank And.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a power supply system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a power conditioner device of the power supply system in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a hydrogen generator of the power supply system in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a hydrogen storage device of the power supply system in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a fuel cell power generation system of the power supply system in the first embodiment.
  • FIG. 6 shows an example of a control procedure for using waste heat generated by power generation by the fuel cell power generation apparatus according to the first embodiment as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank of the hydrogen storage apparatus. It is a flowchart shown.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modification of the configuration of the power supply system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a modification of the configuration of the power supply system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a modification of the configuration of the power supply system according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a power supply system in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a control according to the second embodiment for using waste heat generated by power generation by a fuel cell power generation device as a heat source for releasing hydrogen from a hydrogen storage alloy tank of a hydrogen storage device, and a heat source of a heat pump.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a power supply system in the third embodiment.
  • FIG. 13 is a control according to the third embodiment for using waste heat generated by power generation by a fuel cell power generation device as a heat sink for releasing hydrogen from a hydrogen storage alloy tank of a hydrogen storage device, and a heat source of a heat pump.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power supply system according to a first embodiment.
  • solid arrows indicate the flow of power
  • dashed arrows indicate the flow of hydrogen.
  • the arrow of a dashed-dotted line has shown the flow of water
  • the dashed-two dotted line has shown the flow of the signal.
  • the power supply system 1 includes a natural energy power generation device 10, a power conditioner device 20, a hot water storage tank 30, a water storage tank 31, a hydrogen generation device 40, a hydrogen storage device 50, fuel A battery power generation device 60 and a control device 70 are provided, and power is supplied to a load unit 3 provided with an electric load (such as an electric device) (see a solid arrow).
  • the power supply system 1 generates hot water by heating water, and supplies hot water (heat medium) to the load unit 3 provided with a heat load (hot water utilizing apparatus etc.). It is constituted (refer to the arrow of a dashed dotted line).
  • a valve 101 is provided in the water passage from the hot water storage tank 30 to the hydrogen storage device 50. Further, a water passage having a valve 102 is provided between the water storage tank 30 and the water passage to the valve 101 and the water passage between the water storage tank 31 and the hot water storage tank 30. Further, a valve 103 is provided in the water passage from the hot water storage tank 30 to the load unit 3.
  • the natural energy power generation device 10 is a power generation device that generates power using natural energy.
  • the natural energy power generation device 10 is a photovoltaic power generation (PV) device, includes a solar cell (not shown), and generates electric power by receiving sunlight by the solar cell and performing photoelectric conversion.
  • the natural energy power generation device 10 may be a wind power generation device.
  • the power conditioner device 20 is configured to adjust the power generated by the natural energy power generation device 10 using natural energy.
  • the power conditioner apparatus 20 is supplied with power from the natural energy power generation apparatus 10, and can use the supplied power in the load unit 3 in the same manner as the power supplied from the power system 2 (commercial power supply). Convert to
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the power conditioner apparatus 20 of the power supply system in the first embodiment.
  • the power conditioner device 20 includes a first converter 201 a, an inverter 201, a second converter 202 a, and a storage battery 202.
  • the power conditioner apparatus 20 adjusts the DC power supplied from the natural energy power generation apparatus 10 (see FIG. 1) via the power line so that the first converter 201a falls within a predetermined voltage width, and the adjusted DC
  • the inverter 201 converts the power into AC power.
  • the electric power generated by the natural energy power generation device 10 is supplied to the hydrogen generation device 40 and the load unit 3 through the power conditioner device 20.
  • power conditioner apparatus 20 adjusts the power converted by inverter 201 such that second converter 202a falls within a predetermined voltage range, and storage battery 202 stores the adjusted power. That is, the storage battery 202 stores the electric power generated by the natural energy power generation device 10.
  • the storage battery 202 is, for example, a lithium ion secondary battery, and the power conditioner device 20 is configured such that the power stored in the storage battery 202 is supplied to the load unit 3 (see FIG. 1).
  • the power stored in storage battery 202 is output from power conditioner device 20 via second converter 202 a and inverter 201.
  • the power conditioner device 20 is supplied with the electric power generated by the fuel cell power generation device 60, and the storage battery 202 is configured to store the supplied electric power (see FIG. 1). Moreover, in the power conditioner apparatus 20, electric power is supplied from the electric power system 2, and it is comprised so that it may operate
  • Hot water storage tank 30 and water storage tank 31 As shown in FIG. 1, the water storage tank 31 is configured to store water supplied via a water supply and to supply the stored water to the hydrogen generator 40.
  • the hot water storage tank 30 obtains the water stored in the water storage tank 31 and supplies this water to the fuel cell power generation device 60.
  • the water supplied to the fuel cell power generation device 60 is heated by the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation device 60, and returned to the hot water storage tank 30 as hot water (heat medium).
  • the hot water (heat medium) may be stored. That is, the hot water storage tank 30 can store the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation device 60 as the hot water.
  • Hydrogen generator 40 The hydrogen generator 40 is configured to generate hydrogen, as shown in FIG. Here, power is supplied to the hydrogen generator 40 through the power conditioner 20.
  • the hydrogen generator 40 causes electrolysis of water using at least one of the electric power generated by the natural energy generator 10 using natural energy and the electric power supplied from the electric power system 2 to generate hydrogen. Do.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the hydrogen generator 40 of the power supply system in the first embodiment.
  • the hydrogen generator 40 includes a pure water production system 401a and a water electrolysis system 401, and water (pure water) from which impurities are removed by the pure water production system 401a is electrically By decomposing, hydrogen is produced.
  • the water electrolysis device 401 is, for example, a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis device.
  • PEM polymer electrolyte
  • the hydrogen generator 40 is supplied with water from the water storage tank 31 (see FIG. 1), and the water electrolyzer 401 causes the water to flow into hydrogen and oxygen by supplying an electric current to the supplied water. Disassemble.
  • the hydrogen produced in the water electrolysis device 401 is supplied to the hydrogen storage device 50 and stored.
  • the oxygen generated in the water electrolysis device 401 is released to the atmosphere.
  • the hydrogen generator 40 also includes a compressor 402 and a chiller unit 403, as shown in FIG.
  • the compressor 402 compresses air and supplies it to the water electrolysis device 401.
  • the chiller unit 403 supplies cooling water to the water electrolyzer 401.
  • the hydrogen generator 40 includes measuring devices (not shown) such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter, and data measured by the measuring device is output to the control device 70 as a data signal.
  • measuring devices such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter
  • the hydrogen storage device 50 is configured to store hydrogen generated by the hydrogen generation device 40, as shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the hydrogen storage device 50 of the power supply system in the first embodiment.
  • the hydrogen storage device 50 includes a hydrogen storage alloy tank 501 that stores hydrogen using a hydrogen storage alloy, a solenoid valve 502, and a safety valve 503.
  • the hydrogen storage device 50 supplies the hydrogen generated by the hydrogen generator 40 to the hydrogen storage alloy tank 501 via the solenoid valve 502, and stores the supplied hydrogen in the hydrogen storage alloy tank 501.
  • Hydrogen promotes storage and heat generation (exhaust heat) of the hydrogen storage alloy tank 501 under low temperature and high pressure conditions, and the stored hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 under high temperature and low pressure conditions. Release and endothermic are promoted.
  • the hydrogen storage device 50 includes measuring devices (not shown) such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter, and data measured by the measuring device is output to the control device 70 as a data signal.
  • measuring devices such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter
  • the fuel cell power generation device 60 is configured to generate power using hydrogen stored in the hydrogen storage device 50, and to output the power generated by the power generation to the electric load of the load unit 3. ing. In addition to this, the fuel cell power generation device 60 heats the water supplied to the hot water storage tank 30 using the heat generated by the power generation, and the hot water obtained by this heating is heated via the hot water storage tank 30 It is configured to supply a load (hot water consumption destination).
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the fuel cell power generation system 60 in the first embodiment.
  • the fuel cell power generation system 60 includes a fuel cell 601, an inverter 602, a hot water storage tank 603, and a radiator 604.
  • a fuel cell 601 is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and generates electric power using hydrogen.
  • the inverter 602 converts the electric power generated by the fuel cell 601 into electric power usable by the electric load of the load unit 3 in the same manner as the electric power supplied from the electric power system 2.
  • PEFC polymer electrolyte fuel cell
  • the hot water storage tank 603 stores hot water heated using the heat generated by the power generation of the fuel cell 601 and supplies the stored hot water to the hot water storage tank 30.
  • the radiator 604 The heat generated by the power generation of 601 is dissipated.
  • the radiator 604 is not an essential structure.
  • the fuel cell power generation device 60 includes measuring devices (not shown) such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter, and data measured by the measuring device is output to the control device 70 as a data signal.
  • measuring devices such as a gas sensor, a pressure gauge, and a flow meter
  • Control device 70 As shown in FIG. 1, the control device 70 is configured to control each component of the power supply system 1.
  • the control device 70 includes an arithmetic unit (not shown) and a memory (not shown), and controls each unit by the arithmetic unit performing arithmetic processing using a program stored in the memory device.
  • the control device 70 inputs, as a data signal, data obtained by measuring the state of each part by measurement equipment (not shown).
  • the control device 70 receives, as a data signal, the amount of power used in the electrical load of the load unit 3.
  • a data signal of the amount of power used by the electrical load of the load unit 3 in a predetermined time (30 minutes) is input to the control device 70.
  • control device 70 includes the amount of electric power supplied from the electric power system 2, the amount of use of hot water used in the heat load of the load unit 3, the amount of electric power output from the natural energy power generation device 10, Storage amount of the storage battery 202, electric energy output by the fuel cell generator 60, storage amount of water stored in the hot water storage tank 30 and the water storage tank 31, storage amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device 50, fuel cell Data such as the amount of hot water heated in the power generation apparatus 60 and stored in the hot water storage tank 30 is input as a data signal. Then, the control device 70 calculates a control signal according to the input data signal, and outputs the operation signal to each part of the power supply system 1 to control the operation of each part. The controller 70 monitors the amount of electricity and hydrogen used, and the amount of electricity and hydrogen stored, and performs control so as to achieve optimum operation.
  • the control device 70 may use more than the predetermined amount of power used by the load unit 3 even during normal operation, Control is performed to supply power from the power supply system 1 to the electrical load of the load unit 3. At this time, according to the amount of power output from the natural energy power generation device 10, the amount of power output from the fuel cell power generation device 60, the storage amount of the storage battery 202 in the power conditioner device 20, etc. Are distributed to control the electric load of the load unit 3 to supply power. Further, the control device 70 supplies the hot water to the heat load of the load unit 3 from the fuel cell power generation device 60 via the hot water storage tank 30 according to the usage amount of the hot water used in the heat load of the load unit 3. Take control.
  • the control device 70 transfers power from the power supply system 1 to the electrical load of the load unit 3. Control to supply. In this case, the control device 70 performs control such that the hydrogen generator 40 generates hydrogen using the power generated by the natural energy power generator 10 and the fuel cell power generator 60 generates power. Then, the control device 70 supplies power from each part according to the amount of power output from the natural energy power generation device 10, the amount of power output from the fuel cell power generation device 60, the storage amount of the storage battery 202 in the power conditioner device 20, etc. Control is performed so as to distribute and supply the electric load of the load unit 3. Further, the control device 70 performs control to start the supply of hot water to the thermal load of the load unit 3 from the fuel cell power generation device 60 via the hot water storage tank 30.
  • the controller 70 controls the operation of the hydrogen generator 40 to generate hydrogen in accordance with the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device 50. Further, when the amount of power supplied including the power generated by fuel cell power generation device 60 is larger than the amount of power used by the electric load of load unit 3, control device 70 generates power by fuel cell power generation device 60.
  • the storage battery 202 in the power conditioner apparatus 20 stores an amount of the power that exceeds the usage amount of the power used in the electric load of the load unit 3. Further, when the amount of hot water supplied including the hot water obtained by heating in fuel cell power generation device 60 is larger than the amount of hot water used in the thermal load of load unit 3, control device 70 controls fuel cell power generation device 60.
  • the valve 103 is controlled so that the amount exceeding the usage amount of the hot water used in the heat load of the load unit 3 among the hot water obtained in the above is not supplied to the heat load of the load unit 3 via the hot water storage tank 30. Furthermore, the control device 70 controls the operation of the power supply system 1 according to the amount of power generated by using natural energy and supplied to the power supply system 1. When the amount of hot water supplied including the hot water obtained by heating in the fuel cell power generation apparatus 60 is larger than the amount of hot water used in the thermal load of the load unit 3, the control device 70 performs fuel cell power generation. Control is performed such that the heat generated by the power generation of the device 60 is dissipated by the radiator 604.
  • FIG. 6 shows an example of a control procedure for using waste heat generated by power generation by the fuel cell power generation apparatus according to the first embodiment as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank of the hydrogen storage apparatus. It is a flowchart shown.
  • the control device 70 causes hydrogen to be released from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 according to the magnitude of the electric load of the load unit 3 (S11), and the fuel cell power generation device 60 uses this hydrogen.
  • the generated electricity is supplied to the electric load of the load unit 3 (S12).
  • Exhaust heat generated at the time of power generation by the fuel cell power generation apparatus 60 is sent from the hot water storage tank 603 to the hot water storage tank 30 (S13).
  • the control device 70 opens the valves 101, 102, 103.
  • the amount of exhaust heat sent from the fuel cell power generation device 60 to the hot water storage tank 30 is supplied to the thermal load of the load unit 3 by controlling the degree (S15).
  • the control device 70 controls the valve opening degree of the valves 101, 102, 103 to store the hot water. At least a portion of the stored heat of the tank 30 is supplied as hot water to the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50, and at least a portion of the remaining stored heat is supplied as hot water to the thermal load of the load unit 3.
  • at least a part of the heat storage capacity of the hot water storage tank 30 can be used as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 (S16).
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30, which has been deprived of heat by the hydrogen storage alloy tank 501 falls and is returned to the hot water storage tank 30 (S17).
  • the controller 70 adjusts the valve opening degree of the valve 102.
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30 to the hydrogen storage alloy tank 501 is required for the hydrogen storage alloy tank 501 by including at least a part of the water from the water storage tank 31 to the hot water storage tank 30 in the hot water of the hot water storage tank 30
  • the heat of the warm water is supplied to the hydrogen storage alloy tank 501 (S19).
  • the control device 70 controls the power generation output of the fuel cell power generation device 60 and the valve opening degree of various valves of the water channel according to the electric load and the heat load of the load unit 3.
  • the hydrogen necessary for the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60 can be obtained from the hydrogen storage alloy tank 501 utilizing the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60, so this system has a delay constant greater than the first order delay.
  • the control device 70 controls the supply distribution of the stored heat quantity of the hot water storage tank 30 based on the load prediction of the electric load and the heat load of the load unit 3 and the delay constant of the present system.
  • the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60 is used as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage apparatus 50. Exhaust heat generated from the fuel cell power generation apparatus can be effectively used.
  • FIGS. 7, 8, and 9 are diagrams showing modifications of the configuration of the power supply system according to the first embodiment.
  • the double lines in FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 show places where the water circulation in the water channel has stopped.
  • the water channel from the hot water storage tank 30 enters the primary side of the heat exchanger 111 via the pump 115 for switching on / off of the water circulation in the water channel.
  • the water channel which came out from the primary side of the heat exchanger 111 branches to two from the point which passed the pump 114 for switching on-off of the water circulation in the said channel, and one returns to the hot water storage tank 30, The other enters heat pump 112.
  • the water channel out of the heat pump 112 joins the water channel between the pump 115 and the primary side of the heat exchanger 111.
  • a pump 113 for switching on / off of the water circulation in the water channel is provided.
  • a water channel for heat exchange between the water storage tank 31 and the fuel cell power generation apparatus 60 is provided, and the water channel is a pump for switching on / off of water circulation in the water channel. 116 are provided.
  • the water channel between the water storage tank 31 and the thermal load of the load unit 3 is provided with a pump 117 for switching on and off of the water circulation in the water channel. Further, in the water channel between the water storage tank 31 and the hot water storage tank 30, a pump 118 for switching on / off of the water circulation in the water channel is provided.
  • the hot water flows from the hot water storage tank 30 to the heat load of the load unit 3, and the hot water flows from the hot water storage tank 30 to the primary side of the heat exchanger 111.
  • the temperature of the hot water flowing from the hot water storage tank 30 to the primary side of the heat exchanger 111 decreases and returns to the hot water storage tank 30.
  • the water circulation in the heat pump 112 is stopped.
  • the temperature of the hot water flowing from the secondary side of the heat exchanger 111 to the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 drops due to the heat absorption in the hydrogen storage alloy tank 501 that has released hydrogen. Return to the next side. Thus, it is possible to supply heat for releasing hydrogen to the hydrogen storage alloy tank 501 by using the hot water from the hot water storage tank 30 to the primary side of the heat exchanger 111.
  • control device 70 operates the heat pump 112 in the heating mode to heat the hot water circulating between the primary side of the heat exchanger 111 and the heat pump 112 and supply it to the primary side of the heat exchanger 111. .
  • the temperature of the hot water flowing from the secondary side of the heat exchanger 111 to the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 drops due to the heat absorption in the hydrogen storage alloy tank 501 that has released hydrogen. Return to the next side.
  • the alloy tank 501 can be supplied with heat for hydrogen release.
  • the controller 70 controls the pumps 113 to 118. Among them, the pump 114 between the heat pump 112 and the primary side of the heat exchanger 111 and the pump 113 between the secondary side of the heat exchanger 111 and the hydrogen storage device 50 are opened, and the others are closed. Do.
  • the controller 70 operates the heat pump 112 in the cooling mode to cool the water circulating between the primary side of the heat exchanger 111 and the heat pump 112 and supply the water to the primary side of the heat exchanger 111. .
  • the water between the primary side of the heat exchanger 111 and the heat pump 112 can be cooled, and hydrogen absorption by the hydrogen storage alloy tank 501 can be promoted by using the cooled water.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a power supply system according to the second embodiment.
  • the load unit 3 includes an electrical load and a low temperature thermal load.
  • the power supply system 1 further includes a heat pump 120 and a valve 121.
  • the valve 121 is provided in the water passage which branches from the water passage between the valve 103 and the low temperature heat load of the load unit 3 and reaches the hot water storage tank 30.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except for the above-described points and related points. For this reason, in the present embodiment, descriptions of portions overlapping with the case of the above embodiment will be omitted as appropriate.
  • Heat pump 120 includes at least a portion of the heat of hot water supplied from the hot water storage tank 30 to the low temperature heat load of the load 3 and at least a portion of the generated power supplied from the fuel cell power generator 60 to the electrical load of the load 3 To generate high temperature water, and supply the heat of the high temperature water to an external high temperature heat load 130. That is, in the second embodiment, the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation system 60 is used not only as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage system 50 but also high temperature water by the heat pump 120 It can be used as a heat source for the production of Examples of the high temperature heat load 130 include a food factory and a cultivation house in a cold area.
  • FIG. 11 is a control according to the second embodiment for using waste heat generated by power generation by a fuel cell power generation device as a heat source for releasing hydrogen from a hydrogen storage alloy tank of a hydrogen storage device, and a heat source of a heat pump.
  • the control device 70 causes hydrogen to be released from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 according to the magnitude of the electric load of the load unit 3 (S21), and the fuel cell power generation device 60 uses this hydrogen.
  • the generated electricity is supplied to the electric load of the load unit 3 (S22).
  • Exhaust heat generated at the time of power generation by the fuel cell power generation device 60 is sent from the hot water storage tank 603 to the hot water storage tank 30 (S23).
  • the controller 70 controls the valves 101, 102, 103 By controlling the valve opening degree, all of the heat storage capacity of the hot water storage tank 30 is supplied to the low temperature heat load of the load unit 3 as hot water. That is, all the exhaust heat sent from the fuel cell power generation device 60 to the hot water storage tank 30 is supplied to the low temperature heat load of the load unit 3 (S25).
  • the control device 70 controls the valve opening degree of the valves 101, 102, 103, At least a part of the stored heat of the hot water storage tank 30 is supplied as hot water to the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50, and at least a part of the remaining stored heat is supplied to the low temperature heat load of the load unit 3 as hot water.
  • at least a part of the heat storage capacity of the above-described hot water storage tank 30 can be used as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 (S26).
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30, which has been deprived of heat by the hydrogen storage alloy tank 501 falls and is returned to the hot water storage tank 30 (S27).
  • the controller 70 adjusts the valve opening degree of the valve 102.
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30 to the hydrogen storage alloy tank 501 is required for the hydrogen storage alloy tank 501 by including at least a part of the water from the water storage tank 31 to the hot water storage tank 30 in the hot water of the hot water storage tank 30
  • the heat of the hot water is supplied to the hydrogen storage alloy tank 501 by adjusting so as not to be higher than the temperature of the hot water (S29).
  • both the heat quantity of the low-temperature heat load of the load part 3 and the heat quantity necessary for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 are If the heat quantity of the high temperature thermal load 130 (heat quantity to be supplied to the high temperature thermal load 130) satisfies the predetermined condition and is large (YES at S30), the controller 70 controls the valve 101 to meet the predetermined condition.
  • control device 70 controls the power generation output of the fuel cell power generation device 60 and the valve opening degree of various valves in accordance with the electric load of the load unit 3, the low temperature heat load, and the high temperature heat load 130.
  • the hydrogen necessary for the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60 can be obtained from the hydrogen storage alloy tank 501 utilizing the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60, so this system has a delay constant greater than the first order delay. Control system.
  • control device 70 controls the supply distribution of the heat storage tank 30 based on the electric load of the load unit 3 and the low temperature heat load, the load prediction of the high temperature heat load 130, and the delay constant of this system. Do.
  • the exhaust heat generated from the fuel cell power generation apparatus can be effectively used.
  • at least a portion of the heat supplied from the hot water storage tank 30 to the low temperature thermal load of the load unit 3 is supplied to the heat pump 120, and at least a portion of the power generated by the fuel cell power generator 60 is Since the heat pump 120 generates high-temperature water and supplies the high-temperature water to the high-temperature heat load 130 by supplying the heat pump 120, the waste heat generated from the fuel cell power generation apparatus is used more effectively. be able to.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the power supply system in the third embodiment.
  • the load unit 3 includes an electrical load and a thermal load.
  • a cold heat load 140 is provided instead of the high temperature heat load 130 described in the second embodiment.
  • the present embodiment is the same as the second embodiment except for the points described above and the related points. For this reason, in the present embodiment, descriptions of portions overlapping with the case of the second embodiment described above will be omitted as appropriate.
  • Heat pump 120 The heat pump 120 according to the third embodiment includes at least a portion of the heat of hot water supplied from the hot water storage tank 30 to the thermal load of the load unit 3 and the power generation supplied from the fuel cell power generator 60 to the electrical load of the load unit 3 At least a portion of the electrical power is utilized to produce cold water, and the heat of the cold water is supplied to the external cold load 140. That is, in the third embodiment, the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation system 60 is used not only as a heat sink for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage system 50 It can be used as a heat source for production.
  • the cold load 140 may be, for example, a food factory or a cultivation house in a warm area.
  • FIG. 13 is a control according to the third embodiment for using waste heat generated by power generation by a fuel cell power generation device as a heat sink for releasing hydrogen from a hydrogen storage alloy tank of a hydrogen storage device, and a heat source of a heat pump.
  • the control device 70 causes hydrogen to be released from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 according to the magnitude of the electric load of the load unit 3 (S41), and the fuel cell power generation device 60 uses this hydrogen.
  • the generated electricity is supplied to the electric load of the load unit 3 (S42).
  • Exhaust heat generated at the time of power generation by the fuel cell power generation device 60 is sent from the hot water storage tank 603 to the hot water storage tank 30 (S43).
  • the controller 70 opens the valves 101, 102, and 103. By controlling the degree, all the stored heat of the hot water storage tank 30 is supplied to the thermal load of the load unit 3 as the hot water. That is, the entire amount of exhaust heat sent from the fuel cell power generation device 60 to the hot water storage tank 30 is supplied to the thermal load of the load unit 3 (S45).
  • the control device 70 controls the valve opening degree of the valves 101, 102, 103 to store the hot water. At least a portion of the stored heat of the tank 30 is supplied as hot water to the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50, and at least a portion of the remaining stored heat is supplied as hot water to the thermal load of the load unit 3.
  • at least a part of the heat storage capacity of the hot water storage tank 30 can be used as a heat source for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 (S46) ).
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30, which has been deprived of heat by the hydrogen storage alloy tank 501 falls and is returned to the hot water storage tank 30 (S47).
  • the controller 70 adjusts the valve opening degree of the valve 102.
  • the temperature of the hot water from the hot water storage tank 30 to the hydrogen storage alloy tank 501 is required for the hydrogen storage alloy tank 501 by including at least a part of the water from the water storage tank 31 to the hot water storage tank 30 in the hot water of the hot water storage tank 30
  • the heat of the warm water is supplied to the hydrogen storage alloy tank 501 (S49).
  • both the heat load of the thermal load of the load unit 3 and the heat load required for releasing hydrogen from the hydrogen storage alloy tank 501 of the hydrogen storage device 50 are predetermined. If the heat quantity of the cold load 140 (heat quantity to be supplied to the cold load 140) satisfies the predetermined condition and is large (YES at S50), the controller 70 controls the valves 101, 102, Control the valve opening degree of 103, 121 to supply at least a part of the stored heat amount of the hot water storage tank 30, that is, the heat supplied from the hot water storage tank 30 to the thermal load of the load unit 3 to the heat pump 120, and fuel cell power generation By supplying at least a part of the electric power generated by the device 60 to the heat pump 120, cold water is generated by the heat pump 120 (S51). 0 is supplied to the (S52).
  • control device 70 controls the power generation output of the fuel cell power generation device 60 and the valve opening degree of various valves according to the electric load and the thermal load of the load unit 3 and the cold load 140.
  • the hydrogen necessary for the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60 can be obtained from the hydrogen storage alloy tank 501 utilizing the exhaust heat generated by the power generation by the fuel cell power generation apparatus 60, so this system has a delay constant greater than the first order delay. Control system.
  • control device 70 controls the supply distribution of the heat storage tank 30 based on the electric load and the thermal load of the load unit 3 and the load prediction of the cold load 140, the delay constant of the present system, and the like.
  • the exhaust heat generated from the fuel cell power generation apparatus can be effectively used.
  • at least a portion of the heat supplied from the hot water storage tank 30 to the thermal load of the load unit 3 is supplied to the heat pump 120, and at least a portion of the power generated by the fuel cell power generator 60 is a heat pump Since the cold water is generated by the heat pump 120 and the cold water is supplied to the cold load 140 by being supplied to the heat pump 120, the exhaust heat generated from the fuel cell power generator can be used more effectively.
  • the method by the control apparatus 70 described in said each embodiment is a magnetic disk (a floppy (trademark) disk, a hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.) as a program which can be executed by a computer. It can also be stored and distributed in a storage medium such as a magneto-optical disk (MO) or a semiconductor memory.
  • a storage medium such as a magneto-optical disk (MO) or a semiconductor memory.
  • MO magneto-optical disk
  • any storage format may be used as long as it can store a program and can be read by a computer.
  • an operating system (OS) operating on a computer based on instructions of a program installed in the computer from a storage medium
  • MW middleware
  • database management software network software, etc.
  • the storage medium in each embodiment is not limited to a medium independent of the computer, and includes a storage medium downloaded and stored or temporarily stored a program transmitted by a LAN, the Internet, or the like. Further, the storage medium is not limited to one, and the processing in each of the above embodiments may be executed from a plurality of media, and the storage medium in the present invention may be included, and the medium configuration may be any configuration.
  • the computer in each embodiment executes each process in each of the above-described embodiments based on a program stored in a storage medium, and a single device such as a personal computer and a plurality of devices are connected to a network It may be any of the configurations of the system etc.
  • the computer in each embodiment includes not only a personal computer but also an arithmetic processing unit, a microcomputer and the like included in an information processing device, and generically refers to devices and devices capable of realizing the functions of the present invention by a program.
  • the exhaust heat generated from the fuel cell power generation apparatus can be effectively used.
  • SYMBOLS 1 electric power supply system, 2 ... electric power system, 3 ... load part, 10 ... natural energy power generating apparatus, 20 ... power conditioner apparatus, 30 ... hot water storage tank, 31 ... water storage tank, 40 ... hydrogen generator, 50 ...
  • Fuel cell power generation apparatus 70 Control apparatus 101 102 102 103 121 Valve 111 Heat exchanger 112 Heat pump 113 to 118 Pump 130 130 High temperature thermal load 140 Cold load, 201a: first converter, 201: inverter, 202a: second converter, 202: storage battery, 401a: pure water production device, 401: water electrolysis device, 402: compressor, 403: chiller unit, 501: hydrogen storage Alloy tank, 502: solenoid valve, 503: safety valve, 601: fuel cell, 602: inverter, 603: hot water storage tank Click, 604 ... radiator.

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

電力供給システムおよびその制御方法
 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。
特開平9-50820号公報
 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。
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の構成例を示すブロック図である。 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の構成例を示すブロック図である。 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の構成例を示すブロック図である。 図5は、第1の実施形態における電力供給システムの燃料電池発電装置の構成例を示すブロック図である。 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。 図7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。 図8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。 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。 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。 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。
 <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。
 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。
 [1-2]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。
 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。
 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。
 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、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。
 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、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。
 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)。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 [1-1]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。
 [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。
 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)。
 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。
 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。
 [1-1]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。
 [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。
 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)。
 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。
 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。
 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。

Claims (9)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  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。
PCT/JP2015/071161 2015-07-24 2015-07-24 電力供給システムおよびその制御方法 WO2017017734A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015543608A JP5976950B1 (ja) 2015-07-24 2015-07-24 電力供給システムおよびその制御方法
PCT/JP2015/071161 WO2017017734A1 (ja) 2015-07-24 2015-07-24 電力供給システムおよびその制御方法
PH12018550005A PH12018550005A1 (en) 2015-07-24 2018-01-23 Power supply system and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/071161 WO2017017734A1 (ja) 2015-07-24 2015-07-24 電力供給システムおよびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017017734A1 true WO2017017734A1 (ja) 2017-02-02

Family

ID=56759990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/071161 WO2017017734A1 (ja) 2015-07-24 2015-07-24 電力供給システムおよびその制御方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5976950B1 (ja)
PH (1) PH12018550005A1 (ja)
WO (1) WO2017017734A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020170691A (ja) * 2019-04-05 2020-10-15 清水建設株式会社 水素利用システム及び水素利用方法
JP7149447B1 (ja) * 2020-12-21 2022-10-06 日本国土開発株式会社 建設機械
WO2023062892A1 (ja) * 2021-10-11 2023-04-20 弘江 川島 電源システム及び電源システムの制御方法
GB2582607B (en) * 2019-03-27 2023-12-06 H2Go Power Ltd Power supply

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019163063A1 (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 株式会社 東芝 水素エネルギー利用システム、その制御装置、及びその制御方法
JP7372166B2 (ja) 2020-02-03 2023-10-31 山梨県 水素供給システムおよび統合型熱コントロールシステム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004053137A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Aisin Seiki Co Ltd コージェネレーション・システム
JP2006127917A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Idemitsu Kosan Co Ltd 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
JP2009071959A (ja) * 2007-09-12 2009-04-02 Takasago Thermal Eng Co Ltd 電力供給システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6627340B1 (en) * 1999-11-06 2003-09-30 Energy Conversion Devices, Inc. Fuel cell hydrogen supply systems using secondary fuel to release stored hydrogen
JP2002307957A (ja) * 2001-04-11 2002-10-23 Honda Motor Co Ltd 燃料電池搭載車両
JP4704733B2 (ja) * 2004-10-28 2011-06-22 出光興産株式会社 燃料電池システム
JP2009054404A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Denso Corp 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004053137A (ja) * 2002-07-19 2004-02-19 Aisin Seiki Co Ltd コージェネレーション・システム
JP2006127917A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Idemitsu Kosan Co Ltd 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
JP2009071959A (ja) * 2007-09-12 2009-04-02 Takasago Thermal Eng Co Ltd 電力供給システム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2582607B (en) * 2019-03-27 2023-12-06 H2Go Power Ltd Power supply
JP2020170691A (ja) * 2019-04-05 2020-10-15 清水建設株式会社 水素利用システム及び水素利用方法
JP7201176B2 (ja) 2019-04-05 2023-01-10 清水建設株式会社 水素利用システム及び水素利用方法
JP7149447B1 (ja) * 2020-12-21 2022-10-06 日本国土開発株式会社 建設機械
WO2023062892A1 (ja) * 2021-10-11 2023-04-20 弘江 川島 電源システム及び電源システムの制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017017734A1 (ja) 2017-07-27
JP5976950B1 (ja) 2016-08-24
PH12018550005A1 (en) 2018-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017017734A1 (ja) 電力供給システムおよびその制御方法
CN108496288B (zh) 家用能源设备及操作家用能源设备的操作方法
Briguglio et al. Evaluation of a low temperature fuel cell system for residential CHP
JP5306621B2 (ja) 電力供給システム
US20090297900A1 (en) Fuel Cell System
Hwang et al. Implementation of a heat recovery unit in a proton exchange membrane fuel cell system
JP2017027936A (ja) 電力供給システムおよびその制御方法
JPWO2011099280A1 (ja) 電力変換装置及びそれを備える燃料電池システム
US20210071310A1 (en) Hydrogen system
JP2017147889A (ja) 電力供給システム
JP2021023028A (ja) 電力供給システムおよび水素利用システム
JP7076730B2 (ja) 電力供給システム
JP2016515190A (ja) 加熱設備および加熱設備の動作方法
WO2014002801A1 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP2020173972A (ja) 水素利用電力供給システム及び水素利用電力供給方法
JP5866079B1 (ja) 電力供給システム
JP2002056880A (ja) 水電解装置−固体高分子形燃料電池系発電システム
JP7008297B2 (ja) 電力供給システムおよび電力供給システムの制御方法
JP2002075427A (ja) 燃料電池発電システム
JP4630429B2 (ja) 燃料電池付建物
Elkhatib et al. Dynamic study of hydrogen optimization in the hybrid boiler-fuel cells MCHP unit for eco-friendly house
Ma et al. Development of 10kW proton exchange membrane fuel cell combined heat and power system for domestic building services
JP2020170691A (ja) 水素利用システム及び水素利用方法
JP5586178B2 (ja) 燃料電池コジェネレーションシステム
CN219548934U (zh) 一种基于退役火电厂改造的灵活性功率系统

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015543608

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15899568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12018550005

Country of ref document: PH

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15899568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1