特開 2022-96658 燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022096658

(43)【公開日】2022-06-29

(54)【発明の名称】燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 13/00 20060101AFI20220622BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20220622BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20220622BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20220622BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALI20220622BHJP

   F24D 18/00 20220101ALI20220622BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20220622BHJP

   F24D 101/30 20220101ALN20220622BHJP

【ＦＩ】

H02J13/00 311A

H01M8/0432

H01M8/04858

H01M8/04313

H01M8/04694

F24D18/00

H02J13/00 301A

H02J3/38 170

F24D101:30

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022034707

(22)【出願日】2022-03-07

(62)【分割の表示】P 2018121624の分割

【原出願日】2018-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】キュリーズ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】合川 真史

(57)【要約】

【課題】 貯湯タンクの湯量又は湯温を直接的に取得することができなくても、燃料電池システムを適切に制御することを可能とする燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法を提供する。
【解決手段】 電力管理サーバによって制御され、貯湯タンクと併設される燃料電池システムは、前記貯湯タンクへの水を導く熱交換出口と、前記貯湯タンクからの水を導く熱交換入口と、前記電力管理サーバにメッセージを送信する通信部とを備える。前記通信部は、少なくとも前記熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含む前記メッセージを送信する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯湯タンクと併設される燃料電池システムを制御する電力管理サーバであって、
前記燃料電池システムからメッセージを受信する通信部と、
前記メッセージに基づいて前記燃料電池システムを制御する制御部とを備え、
前記通信部は、少なくとも前記貯湯タンクから前記燃料電池システムへの水を導く熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含む前記メッセージを受信し、
前記制御部は、前記第１情報要素に基づいて前記燃料電池システムの出力電力を増大する余地があるか否かを判定する、電力管理サーバ。

【請求項2】

前記制御部は、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が閾値よりも小さいと推定される場合に、前記燃料電池システムの出力電力を増大する制御を行う、請求項１に記載の電力管理サーバ。

【請求項3】

前記第１情報要素が前記熱交換入口の温度を示す情報要素を含む場合において、前記制御部は、前記熱交換入口の温度が閾値よりも小さい場合に、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が所定値よりも小さいと推定する、請求項２に記載の電力管理サーバ。

【請求項4】

前記第１情報要素が、前記熱交換出口の温度及び前記熱交換入口の温度を示す情報要素、若しくは、前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異を示す情報要素、を含む場合において、前記制御部は、前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異が閾値よりも大きい場合に、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が所定値よりも小さいと推定する、請求項２に記載の電力管理サーバ。

【請求項5】

前記制御部は、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が閾値よりも大きいと推定される場合に、前記燃料電池システムの出力電力を増大する制御を行わない、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力管理サーバ。

【請求項6】

前記第１情報要素が、前記熱交換入口の温度を示す情報要素、若しくは、前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異を示す情報要素、を含む場合において、前記制御部は、前記熱交換入口の温度が閾値よりも大きい場合に、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が所定値よりも大きいと推定する、請求項５に記載の電力管理サーバ。

【請求項7】

前記第１情報要素が前記熱交換出口の温度及び前記熱交換入口の温度を示す情報要素を含む場合において、前記制御部は、前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異が閾値よりも小さい場合に、前記貯湯タンクの湯量又は湯温が所定値よりも大きいと推定する、請求項５に記載の電力管理サーバ。

【請求項8】

前記制御部は、前記貯湯タンクの湯の使用量が多いと推定される場合に、前記燃料電池システムの出力電力を増大する制御を行う、請求項１に記載の電力管理サーバ。

【請求項9】

前記制御部は、前記第１情報要素が前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異の時間変化量を示す情報要素を含む場合において、前記時間変化量が閾値よりも大きい場合に、前記貯湯タンクの湯の使用量が多いと推定する、請求項８に記載の電力管理サーバ。

【請求項10】

前記制御部は、前記貯湯タンクの湯量の使用量が少ないと推定される場合に、前記燃料電池システムの出力電力を増大する制御を行わない、請求項１、８又は９に記載の電力管理サーバ。

【請求項11】

前記制御部は、前記第１情報要素が前記熱交換出口の温度と前記熱交換入口の温度との差異の時間変化量を示す情報要素を含む場合において、前記時間変化量が閾値よりも小さい場合に、前記貯湯タンクの湯の使用量が少ないと推定する、請求項１０に記載の電力管理サーバ。

【請求項12】

前記通信部が前記燃料電池システムの発電効率及び前記燃料電池システムの排熱回収効率の少なくともいずれか１つを示す第２情報要素を含むメッセージを受信する場合において、前記制御部は、前記第２情報要素に基づいて前記燃料電池システムの出力電力を増大する余地があるか否かを判定する、電力管理サーバ。

【請求項13】

電力管理サーバによって制御され、貯湯タンクと併設される燃料電池システムであって、
前記貯湯タンクへの水を導く熱交換出口と、
前記貯湯タンクからの水を導く熱交換入口と、
前記電力管理サーバにメッセージを送信する通信部とを備え、
前記通信部は、少なくとも前記熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含む前記メッセージを送信し、
前記電力管理サーバでは、前記第１情報要素に基づいて、前記燃料電池システムの出力電力を増大する余地があるか否かが判定される、燃料電池システム。

【請求項14】

貯湯タンクと併設される燃料電池システムと、
前記燃料電池システムを制御する電力管理サーバとを備え、
前記燃料電池システムは、
前記貯湯タンクへの水を導く熱交換出口と、
前記貯湯タンクからの水を導く熱交換入口とを備え、
前記燃料電池システムは、少なくとも前記熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを前記電力管理サーバに送信し、
前記電力管理サーバは、前記第１情報要素に基づいて前記燃料電池システムの出力電力を増大する余地があるか否かを判定する、電力管理システム。

【請求項15】

貯湯タンクと併設される燃料電池システムを電力管理サーバが制御する電力管理方法であって、
前記燃料電池システムから前記電力管理サーバに対して、少なくとも前記貯湯タンクから前記燃料電池システムへの水を導く熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを送信するステップと、
前記電力管理サーバが、前記第１情報要素に基づいて前記燃料電池システムの出力電力を増大する余地があるか否かを判定するステップとを備える電力管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力系統の電力需給バランスを維持するために、蓄電装置を分散電源として用いる技術（例えば、ＶＰＰ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ）が知られている（例えば、特許文献１、２））。さらには、ＶＰＰなどで用いる分散電源として、燃料電池システムを用いることも考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１５／０４１０１０号パンフレット

【特許文献2】国際公開第２０１６／０８４３９６号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した燃料電池システムは、湯を蓄積する貯湯タンクと併設されるケースがあり、燃料電池システムの排熱によって、貯湯タンクの湯量の増大又は貯湯タンクの湯温の上昇が行われる。一般的には、燃料電池システム及び貯湯タンクは別々の装置であり、燃料電池システムは、貯湯タンクの湯量又は湯温を把握しておらず、貯湯タンクの湯量又は湯温を電力管理サーバに通知することもできない。

【0005】

このような背景下においては、電力管理サーバは、貯湯タンクの湯量又は湯温を用いずに燃料電池システムを制御するが、貯湯タンクの湯量又は湯温が考慮されないと、以下に示すような問題が生じる。例えば、貯湯タンクの湯量又は湯温の制約がある場合には、湯量又は湯温が上限に達していると、燃料電池システムの出力電力を増大できないケースが考えられる。一方で、貯湯タンクの湯量又は湯温の制約がない場合には、湯量又は湯温を減少しながら燃料電池システムの出力電力を増大することは可能であるものの、燃料電池システムの排熱回収効率が低下してしまう。

【0006】

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、貯湯タンクの湯量又は湯温を直接的に取得することができなくても、燃料電池システムを適切に制御することを可能とする燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の特徴において、電力管理サーバによって制御され、貯湯タンクと併設される燃料電池システムは、前記貯湯タンクへの水を導く熱交換出口と、前記貯湯タンクからの水を導く熱交換入口と、前記電力管理サーバにメッセージを送信する通信部とを備える。前記通信部は、少なくとも前記熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含む前記メッセージを送信する。

【0008】

第２の特徴において、貯湯タンクと併設される燃料電池システムを制御する電力管理サーバは、前記燃料電池システムからメッセージを受信する通信部と、前記メッセージに基づいて前記燃料電池システムを制御する制御部とを備える。前記通信部は、少なくとも前記貯湯タンクから前記燃料電池システムへの水を導く熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含む前記メッセージを受信する。

【0009】

第３の特徴において、電力管理システムは、貯湯タンクと併設される燃料電池システムと、前記燃料電池システムを制御する電力管理サーバとを備える。前記燃料電池システムは、前記貯湯タンクへの水を導く熱交換出口と、前記貯湯タンクからの水を導く熱交換入口とを備える。前記燃料電池システムは、少なくとも前記熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを前記電力管理サーバに送信する。前記電力管理サーバは、前記メッセージに基づいて前記燃料電池システムを制御する。

【0010】

第４の特徴において、貯湯タンクと併設される燃料電池システムを電力管理サーバが制御する電力管理方法は、前記燃料電池システムから前記電力管理サーバに対して、少なくとも前記貯湯タンクから前記燃料電池システムへの水を導く熱交換入口の温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを送信するステップと、前記電力管理サーバが、前記メッセージに基づいて前記燃料電池システムを制御するステップとを備える。

【発明の効果】

【0011】

一態様によれば、貯湯タンクの湯量又は湯温を直接的に取得することができなくても、燃料電池システムを適切に制御することを可能とする燃料電池システム、電力管理サーバ、電力管理システム及び電力管理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係る電力管理システム１００を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る燃料電池システム３１０を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る貯湯タンク１６０を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る電力管理サーバ２００を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る第１情報要素を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る電力管理方法を示す図である。

【図7】図７は、変更例１に係る第２情報要素を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下において、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

【0014】

但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれている場合があることは勿論である。

【0015】

［実施形態］
（電力管理システム）
以下において、実施形態に係る電力管理システムについて説明する。図１に示すように、電力管理システム１００は、電力管理サーバ２００と、施設３００とを有する。図１では、施設３００として、施設３００Ａ～施設３００Ｃが例示されている。

【0016】

各施設３００は、電力系統１１０に接続される。以下において、電力系統１１０から施設３００への電力の流れを潮流と称し、施設３００から電力系統１１０への電力の流れを逆潮流と称する。

【0017】

電力管理サーバ２００及び施設３００は、ネットワーク１２０に接続されている。ネットワーク１２０は、電力管理サーバ２００と施設３００との間の回線を提供すればよい。例えば、ネットワーク１２０は、インターネットであってもよい。ネットワーク１２０は、ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの専用回線であってもよい。

【0018】

電力管理サーバ２００は、例えば、発電事業者、送配電事業者、小売事業者、リソースアグリゲータなどの電力事業者によって管理されるサーバである。リソースアグリゲータは、ＶＰＰ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ）において、発電事業者、送配電事業者及び小売事業者などに対して電力系統１１０の電力管理（潮流量の制御、逆潮流量の制御など）を請け負う電力事業者である。電力管理サーバ２００の詳細については後述する（図４を参照）。

【0019】

ここで、電力管理サーバ２００は、施設３００に設けられるＥＭＳ３２０に対して、施設３００に設けられる分散電源に対する制御を指示する制御メッセージを送信してもよい。例えば、電力管理サーバ２００は、潮流の制御を要求する潮流制御メッセージ（例えば、ＤＲ；Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を送信してもよく、逆潮流の制御を要求する逆潮流制御メッセージを送信してもよい。さらに、電力管理サーバ２００は、分散電源の動作状態を制御する電源制御メッセージを送信してもよい。潮流又は逆潮流の制御度合いは、絶対値（例えば、○○ｋＷ）で表されてもよく、相対値（例えば、○○％）で表されてもよい。或いは、潮流又は逆潮流の制御度合いは、２以上のレベルで表されてもよい。潮流又は逆潮流の制御度合いは、現在の電力需給バランスによって定められる電力料金（ＲＴＰ；Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｐｒｉｃｉｎｇ）によって表されてもよく、過去の電力需給バランスによって定められる電力料金（ＴＯＵ；Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｕｓｅ）によって表されてもよい。

【0020】

施設３００は、燃料電池システム３１０及びＥＭＳ３２０を有する。燃料電池システム３１０は、ガスなどの燃料を用いて発電を行う設備を含む。燃料電池システム３１０の詳細については後述する（図２を参照）。ＥＭＳ３２０は、施設３００に設けられる設備を制御する設備（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である。

【0021】

施設３００は、電力を消費する負荷設備を有していてもよい。負荷設備は、例えば、空調設備、照明設備、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｓｕａｌ）設備などである。施設３００は、燃料電池システム３１０以外の分散電源を有していてもよい。分散電源は、例えば、太陽光、風力又は地熱などの自然エネルギーを利用して発電を行う設備を含んでもよく、蓄電池設備を含んでもよい。

【0022】

実施形態において、電力管理サーバ２００とＥＭＳ３２０との間の通信は、第１プロトコルに従って行われてもよい。一方で、ＥＭＳ３２０と燃料電池システム３１０との間の通信は、第１プロトコルとは異なる第２プロトコルに従って行われてもよい。例えば、第１プロトコルとしては、Ｏｐｅｎ ＡＤＲ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）に準拠するプロトコル、或いは、独自の専用プロトコルを用いることができる。例えば、第２プロトコルは、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅ（登録商標。以下同じ。）に準拠するプロトコル、ＳＥＰ（Ｓｍａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ）２．０、ＫＮＸ、或いは、独自の専用プロトコルを用いることができる。なお、第１プロトコルと第２プロトコルは異なっていればよく、例えば、両方が独自の専用プロトコルであっても異なる規則で作られたプロトコルであればよい。

【0023】

（燃料電池システム）
以下において、実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図２は、実施形態に係る燃料電池システム３１０を示す図である。燃料電池システム３１０は、少なくとも燃料電池設備１５０を含む。燃料電池システム３１０は、貯湯タンク１６０と併設されている。ここでは、燃料電池システム３１０は、燃料電池設備１５０を含み、貯湯タンク１６０と併設されるコジェネレーションシステムであるものとして説明を続ける。

【0024】

燃料電池設備１５０は、ガスなどの燃料を用いて発電を行う設備である。具体的には、図２に示すように、燃料電池設備１５０は、燃料電池１５１と、ＰＣＳ１５２と、ブロワ１５３と、脱硫器１５４と、着火ヒータ１５５と、ラジエータ１５６と、制御基板１５７と、熱交換出口１５８Ａと、熱交換入口１５８Ｂとを有する。

【0025】

燃料電池１５１は、燃料を用いて発電を行う設備である。具体的には、燃料電池１５１は、改質器１５１Ａと、セルスタック１５１Ｂとを有する。

【0026】

改質器１５１Ａは、後述する脱硫器１５４によって付臭剤が除去された燃料から改質ガスを生成する。改質ガスは、水素及び一酸化炭素によって構成されるガスである。

【0027】

セルスタック１５１Ｂは、後述するブロワ１５３から供給される空気（酸素）と改質ガスとの化学反応によって発電する。具体的には、セルスタック１５１Ｂは、複数のセルがスタックされた構造を有する。各セルは、燃料極と空気極との間に電解質が挟み込まれた構造を有する。燃料極には、改質ガス（水素）が供給され、空気極には、空気（酸素）が供給される。電解質において改質ガス（水素）及び空気（酸素）の化学反応が生じて、電力（ＤＣ電力）及び熱が生成される。

【0028】

ＰＣＳ１５２は、燃料電池１５１から出力されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する設備（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。

【0029】

ブロワ１５３は、燃料電池１５１（セルスタック１５１Ｂ）に空気を供給する。ブロワ１５３は、例えば、ファンによって構成される。ブロワ１５３は、セルスタック１５１Ｂの温度が許容温度の上限を超えないようにセルスタック１５１Ｂを冷却する。

【0030】

脱硫器１５４は、外部から供給される燃料に含まれる付臭剤を除去する。燃料は、都市ガスであってもよく、プロパンガスであってもよい。

【0031】

着火ヒータ１５５は、セルスタック１５１Ｂで化学反応しなかった燃料（以下、未反応燃料）に着火し、セルスタック１５１Ｂの温度を高温に維持するヒータである。すなわち、着火ヒータ１５５は、セルスタック１５１Ｂを構成する各セルの開口から漏れる未反応燃料に着火する。着火ヒータ１５５は、未反応燃料が燃焼していないケース（例えば、燃料電池設備１５０の起動時）において、未反応燃料に着火すればよいことに留意すべきである。そして、未反応ガスの燃焼が開始した後においては、セルスタック１５１Ｂから僅かずつ溢れ出る未反応燃料が燃焼し続けることによって、セルスタック１５１Ｂの温度が高温に維持される。

【0032】

ラジエータ１５６は、セルスタック１５１Ｂの温度が許容温度の上限を超えないようにセルスタック１５１Ｂを冷却してもよい。貯湯タンク１６０から燃料電池設備１５０に流れる水（復路）の温度が許容温度の上限を超えないように水（復路）を冷却してもよい。

【0033】

制御基板１５７は、燃料電池１５１、ＰＣＳ１５２、ブロワ１５３、脱硫器１５４、着火ヒータ１５５及び制御基板１５７を制御する回路を搭載する基板である。

【0034】

熱交換出口１５８Ａは、貯湯タンク１６０への水（水（往路）とも称する）を導く口である。熱交換出口１５８Ａは、後述する還流管１６１と接続される。

【0035】

熱交換入口１５８Ｂは、貯湯タンク１６０からの水（水（復路）とも称する）を導く口である。熱交換入口１５８Ｂは、後述する還流管１６２と接続される。

【0036】

改質器１５１Ａ、ブロワ１５３、脱硫器１５４、着火ヒータ１５５及び制御基板１５７は、セルスタック１５１Ｂの動作を補助する補機の一例である。また、ＰＣＳ１５２の一部を補機として扱ってもよい。

【0037】

燃料電池システム３１０の動作状態は、発電中状態、停止中状態、起動中状態、停止動作中状態、アイドル中状態などを含む。例えば、動作状態は、ＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅにおいて発電動作状態と称されてもよい。

【0038】

発電中状態は、燃料電池１５１による発電が行われている状態である。起動中状態は、停止中状態から発電中状態に至る状態である。停止中状態は、燃料電池１５１の動作が停止している状態である。停止動作中状態は、発電中状態から停止中状態に至る状態である。アイドル中状態は、燃料電池システム３１０から電力が出力されていないが、セルスタック１５１Ｂの温度が所定温度に維持される状態である。所定温度は、発電中状態におけるセルスタック１５１Ｂの発電温度（例えば、６５０℃～１０００℃）と同程度であってもおく、発電温度よりも低い温度（例えば、４５０℃～６００℃）であってもよい。アイドル中状態において、補機の電力は、燃料電池１５１から出力される電力によって賄われてもよく、他の分散電源（例えば、自然エネルギーを利用して発電を行う設備又は蓄電池設備）から供給される電力によって賄われてもよく、電力系統１１０から供給される電力によって賄われてもよい。

【0039】

図２に示す例では、制御基板１５７は、燃料電池設備１５０に設けられる。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。燃料電池システム３１０は、ユーザ操作を受け付けるリモートコントローラを含み、制御基板１５７は、リモートコントローラに設けられてもよい。或いは、制御基板１５７が有する機能は、燃料電池設備１５０に設けられる基板及びリモートコントローラの双方によって実現されてもよい。

【0040】

貯湯タンク１６０は、図２及び図３に示すように、還流管１６１及び還流管１６２によって燃料電池設備１５０と連結される。還流管１６１は、燃料電池設備１５０の排熱によって温められる水（往路）の流路を形成する。還流管１６１は、貯湯タンク１６０から燃料電池設備１５０に供給される水（復路）の流路を形成する。貯湯タンク１６０は、給湯口１６３及び給水口１６４を有する。給湯口１６３は、貯湯タンク１６０から湯を取り出すための口である。給水口１６４は、貯湯タンク１６０に水を供給するための口である。給湯口１６３から湯が取り出された場合に、給水口１６４から水が供給される。

【0041】

例えば、図３に示すように、貯湯タンク１６０の上部には、還流管１６１及び給湯口１６３が設けられており、比較的に高温の水が貯留される。一方で、貯湯タンク１６０の下部には、還流管１６２及び給水口１６４が設けられており、比較的に低温の水が貯留される。

【0042】

実施形態において、燃料電池設備１５０は、貯湯タンク１６０と通信を行う機能を有しておらず、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温を把握していない。このような前提下において、燃料電池設備１５０の制御基板１５７は、通信モジュールを有しており、電力管理サーバ２００にメッセージを送信する通信部を構成する。制御基板１５７は、ＥＭＳ３２０を経由してメッセージを電力管理サーバ２００に送信してもよい。制御基板１５７は、少なくとも熱交換入口１５８Ｂの温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを送信する。

【0043】

（電力管理サーバ）
以下において、実施形態に係る電力管理サーバについて説明する。図４に示すように、電力管理サーバ２００は、管理部２１０と、通信部２２０と、制御部２３０とを有する。電力管理サーバ２００は、ＶＴＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｔｏｐ Ｎｏｄｅ）の一例である。

【0044】

管理部２１０は、不揮発性メモリ又は／及びＨＤＤなどの記憶媒体によって構成されており、電力管理サーバ２００によって管理される施設３００に関するデータを記憶する。電力管理サーバ２００によって管理される施設３００は、電力事業者と契約を有する施設３００であってもよい。例えば、施設３００に関するデータは、電力系統１１０から施設３００に供給される需要電力であってもよい。施設３００に関するデータは、施設３００に設けられる燃料電池システム３１０の種別、施設３００に設けられる燃料電池システム３１０のスペックなどであってもよい。スペックは、燃料電池システム３１０の定格発電電力（Ｗ）などであってもよい。さらに、施設３００に関するデータは、貯湯タンク１６０の容量を含んでもよい。

【0045】

通信部２２０は、通信モジュールによって構成されており、ネットワーク１２０を介してＥＭＳ３２０と通信を行う。通信部２２０は、上述したように、第１プロトコルに従って通信を行う。例えば、通信部２２０は、第１プロトコルに従って第１メッセージをＥＭＳ３２０に送信する。通信部２２０は、第１プロトコルに従って第１メッセージ応答をＥＭＳ３２０から受信する。ここで、通信部２２０は、発電量データをＥＭＳ３２０から受信する。通信部２２０は、発電量データを定期的にＥＭＳ３２０から受信してもよい。

【0046】

実施形態において、通信部２２０は、少なくとも熱交換入口１５８Ｂの温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを燃料電池システム３１０から受信する。通信部２２０は、ＥＭＳ３２０を介して第１情報要素を含むメッセージを燃料電池システム３１０から受信してもよい。

【0047】

図５に示すように、第１情報要素は、熱交換入口１５８Ｂの温度を示す情報要素であってもよい。或いは、第１情報要素は、熱交換入口１５８Ｂの温度及び熱交換出口１５８Ａの温度を示す情報要素であってもよい。第１情報要素は、熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異を示す情報要素であってもよい。第１情報要素は、熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異の時間変化量を示す情報要素であってもよい。

【0048】

制御部２３０は、メモリ及びＣＰＵなどによって構成されており、電力管理サーバ２００に設けられる各構成を制御する。例えば、制御部２３０は、制御メッセージの送信によって、施設３００に設けられるＥＭＳ３２０に対して、施設３００に設けられる燃料電池システム３１０に対する制御を指示する。制御メッセージは、上述したように、潮流制御メッセージであってもよく、逆潮流制御メッセージであってもよく、電源制御メッセージであってもよい。

【0049】

実施形態において、制御部２３０は、第１情報要素を含むメッセージに基づいて、燃料電池システム３１０を制御する。具体的には、制御部２３０は、第１情報要素に基づいて、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かを判定し、判定結果に基づいて、燃料電池システム３１０を制御する。例えば、制御部２３０は、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が閾値よりも小さいと推定される場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行ってもよい。燃料電池システム３１０を制御する。制御部２３０は、貯湯タンク１６０の湯の使用量が多いと推定される場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行ってもよい。一方で、制御部２３０は、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が閾値よりも大きいと推定される場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行わなくてもよい。燃料電池システム３１０を制御する。制御部２３０は、貯湯タンク１６０の湯量の使用量が少ないと推定される場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行わなくてもよい。

【0050】

このようなケースにおいて、制御部２３０は、燃料電池システム３１０の現在発電電力が閾値（例えば、定格発電電力）に達している場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行わずに、燃料電池システム３１０の現在発電電力が閾値よりも小さい場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する制御を行ってもよい。燃料電池システム３１０の現在発電電力は、瞬時発電電力計測値又は瞬時ガス消費量計測値に基づいて推定されてもよい。現在発電電力、瞬時発電電力計測値及び瞬時ガス消費量計測値の少なくともいずれか１つを示す情報要素を含むメッセージは、燃料電池システム３１０から電力管理サーバ２００に送信されてもよい。

【0051】

（１）熱交換入口１５８Ｂの温度
第１情報要素が熱交換入口１５８Ｂの温度を示す情報要素を含む場合において、制御部２３０は、熱交換入口１５８Ｂの温度に基づいて、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温を推定する。例えば、制御部２３０は、熱交換入口１５８Ｂの温度が閾値よりも小さい場合に、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が所定値よりも小さいと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が大きいと判定する。一方で、制御部２３０は、熱交換入口１５８Ｂの温度と閾値よりも大きい場合に、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が所定値よりも大きいと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が小さいと判定する。制御部２３０は、熱交換入口１５８Ｂの温度と２以上の閾値とを比較することによって、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地を２以上の段階で判定してもよい。

【0052】

このようなケースにおいて、制御部２３０は、貯湯タンク１６０の容量に基づいて、上述した閾値を設定してもよい。熱交換入口１５８Ｂの温度と貯湯タンク１６０の湯量又は湯温との関係は、貯湯タンク１６０の容量と相関を有するためである。

【0053】

（２）熱交換入口１５８Ｂの温度及び熱交換出口１５８Ａの温度
第１情報要素が熱交換入口１５８Ｂの温度及び熱交換出口１５８Ａの温度を示す情報要素を含む場合において、制御部２３０は、熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異に基づいて、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温を推定する。例えば、制御部２３０は、上述した差異が閾値よりも大きい場合に、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が所定値よりも小さいと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が大きいと判定する。一方で、制御部２３０は、上述した差異が閾値よりも小さい場合に、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温が所定値よりも大きいと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が小さいと判定する。制御部２３０は、上述した差異と２以上の閾値とを比較することによって、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地を２以上の段階で判定してもよい。

【0054】

このようなケースにおいて、制御部２３０は、貯湯タンク１６０の容量に基づいて、上述した閾値を設定してもよい。上述した差異と貯湯タンク１６０の湯量又は湯温との関係は、貯湯タンク１６０の容量と相関を有するためである。

【0055】

（３）熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異
第１情報要素が熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異を含む場合において、制御部２３０は、（２）と同様の手順で貯湯タンク１６０の湯量又は湯温を推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かを判定してもよい。

【0056】

（４）熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異の時間変化量
第１情報要素が熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異の時間変化量である場合には、制御部２３０は、熱交換出口１５８Ａの温度と熱交換入口１５８Ｂの温度との差異の時間変化量に基づいて、貯湯タンク１６０の湯の使用状況を推定する。例えば、制御部２３０は、上述した時間変化量が閾値よりも大きい場合に、貯湯タンク１６０の湯の使用量が多いと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が大きいと判定する。一方で、制御部２３０は、上述した時間変化量が閾値よりも小さい場合に、貯湯タンク１６０の湯の使用量が少ないと推定し、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が小さいと判定する。制御部２３０は、上述した時間変化量と２以上の閾値とを比較することによって、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地を２以上の段階で判定してもよい。

【0057】

このようなケースにおいて、制御部２３０は、貯湯タンク１６０の容量に基づいて、上述した閾値を設定してもよい。上述した時間変化量と貯湯タンク１６０の使用状況との関係は、貯湯タンク１６０の容量と相関を有するためである。

【0058】

ここで、第１情報要素を含むメッセージを定期的に受信する場合においては、上述した時間変化量は、（２）又は（３）のケースでも取得可能であることに留意すべきである。

【0059】

（電力管理方法）
以下において、実施形態に係る電力管理方法について説明する。図６では、電力系統１１０の電力需給バランスの逼迫などの要因から、燃料電池システム３１０の出力電力を増大するニーズがあるケースが想定されている。

【0060】

図６に示すように、ステップＳ１１において、燃料電池システム３１０は、第１情報要素を含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信する。燃料電池システム３１０は、第１情報要素を含むメッセージを電力管理サーバ２００に定期的に送信してもよい。第１情報要素は、図５で例示した通りである。

【0061】

ステップＳ１２において、電力管理サーバ２００は、第１情報要素に基づいて、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かを判定する。

【0062】

ステップＳ１３において、電力管理サーバ２００は、判定結果に基づいて、燃料電池システム３１０を制御するための制御メッセージを燃料電池システム３１０に送信する。例えば、電力管理サーバ２００は、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地がある場合に、燃料電池システム３１０の出力電力の増大を指示する制御メッセージを送信する。

【0063】

（作用及び効果）
実施形態では、燃料電池システム３１０は、少なくとも熱交換入口１５８Ｂの温度から導き出される第１情報要素を含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信する。このような構成によれば、電力管理サーバ２００は、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かを判定し、燃料電池システム３１０を適切に制御することができる。

【0064】

［変更例１］
以下において、実施形態の変更例１について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

【0065】

変更例１において、燃料電池システム３１０は、第１情報要素とは異なる第２情報要素を含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信する。第２情報要素は、第１情報要素を含むメッセージに含まれてもよく、第１情報要素を含むメッセージとは異なるメッセージに含まれてもよい。第２情報要素は、図７に示すように、燃料電池システム３１０の発電効率及び燃料電池システム３１０の排熱回収効率の少なくともいずれか１つを含む。

【0066】

（１）発電効率
燃料電池システム３１０の発電効率は、ガスの消費量と出力電力との関係によって定義される効率である。一般的には、燃料電池１５１の温度が高いほど発電効率が高い。言い換えると、出力電力が大きいほど発電効率が高い。従って、電力管理サーバ２００は、発電効率が閾値よりも低い場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が大きいと判定してもよい。電力管理サーバ２００は、発電効率が閾値よりも高い場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が小さいと判定してもよい。

【0067】

（２）排熱回収効率
燃料電池システム３１０の排熱回収効率は、燃料電池システム３１０の排熱が貯湯タンク１６０の水の温度上昇に寄与する効率である。例えば、上述したラジエータ１５６で水（復路）を冷却する場合には排熱回収効率が低下する。従って、電力管理サーバ２００は、排熱回収効率が閾値よりも高い場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が大きいと判定してもよい。電力管理サーバ２００は、排熱回収効率が閾値よりも低い場合に、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地が小さいと判定してもよい。

【0068】

（作用及び効果）
変更例１では、燃料電池システム３１０は、燃料電池システム３１０の発電効率及び燃料電池システム３１０の排熱回収効率の少なくともいずれか１つを含む第２情報要素を含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信する。このような構成によれば、電力管理サーバ２００は、燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かを判定し、燃料電池システム３１０を適切に制御することができる。

【0069】

［変更例２］
以下において、実施形態の変更例２について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。

【0070】

実施形態では、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温を推定する主体、或いは、貯湯タンク１６０の湯の使用状況を推定する主体は、電力管理サーバ２００である。これに対して、変更例２では、これらの主体は、燃料電池システム３１０である。

【0071】

このようなケースにおいて、燃料電池システム３１０は、貯湯タンク１６０の湯量又は湯温の推定値を示すインデックスを第１情報要素として含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信してもよい。例えば、インデックスは、湯温又は湯量の推定値を段階的に示す情報要素である。或いは、燃料電池システム３１０は、貯湯タンク１６０の湯の使用状況の推定値を示すインデックスを第１情報要素として含むメッセージを電力管理サーバ２００に送信してもよい。例えば、インデックスは、湯の使用状況を段階的に示す情報要素である。

【0072】

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0073】

実施形態では、第１情報要素に基づいて燃料電池システム３１０の出力電力を増大する余地があるか否かが判定されるケースについて例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、第１情報要素に基づいて燃料電池システム３１０の出力電力を減少する余地があるか否かが判定されてもよい。

【0074】

実施形態では、管理部２１０が電力管理サーバ２００に設けられるが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、管理部２１０は、ネットワーク１２０を介して電力管理サーバ２００と接続されるサーバに設けられてもよい。

【0075】

燃料電池設備１５０は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。但し、燃料電池設備１５０は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよく、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよく、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよい。

【0076】

実施形態では、第１プロトコルがＯｐｅｎ ＡＤＲ２．０に準拠するプロトコルであり、第２プロトコルがＥＣＨＯＮＥＴ Ｌｉｔｅに準拠するプロトコルであるケースについて例示した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。第１プロトコルは、電力管理サーバ２００とＥＭＳ３２０との間の通信で用いるプロトコルとして規格化されたプロトコルであればよい。第２プロトコルは、施設３００で用いるプロトコルとして規格化されたプロトコルであればよい。

【符号の説明】

【0077】

１００…電力管理システム、１１０…電力系統、１２０…ネットワーク、１５０…燃料電池設備、１５１…燃料電池、１５１Ａ…改質器、１５１Ｂ…セルスタック、１５２…ＰＣＳ、１５３…ブロワ、１５４…脱硫器、１５５…着火ヒータ、１５６…ラジエータ、１５７…制御基板、１５８Ａ…熱交換出口、１５８Ｂ…熱交換入口、１６０…貯湯タンク、２００…電力管理サーバ、２１０…管理部、２２０…通信部、２３０…制御部、３００…施設、３１０…燃料電池システム、３２０…ＥＭＳ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】