エネルギー管理システム、エネルギー管理装置及び電力管理方法
【課題】 燃料電池の負荷追従性を向上することを可能とするエネルギー管理装置及び電力管理方法を提供する。
【解決手段】 電力管理システム１は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部５４０と、高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部５３０とを備える。制御部５４０は、特定部５３０によって特定された期間において、高温維持制御を行う。
【解決手段】 電力管理システム１は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部５４０と、高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部５３０とを備える。制御部５４０は、特定部５３０によって特定された期間において、高温維持制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システム、エネルギー管理装置及び電力管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要家毎に設けられるエネルギー管理装置（例えば、ＨＥＭＳ；Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）によって、需要家に設けられる負荷や需要家に設けられる分散電源などを制御する技術が知られている。
【０００３】
分散電源としては、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などの燃料電池が考えられる。或いは、分散電源としては、太陽光、風力、地熱などのクリーンなエネルギーを利用する発電装置が考えられる。
【０００４】
ここで、燃料電池から供給される電力は、一般的に、需要家に設けられる負荷の消費電力に追従するように制御される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、負荷の消費電力が低い状態が続いた場合には、燃料電池の動作中温度が低下する。燃料電池の動作中温度が低下した状態では、燃料電池の負荷追従性が悪化してしまい、負荷の消費電力に対して、燃料電池から供給される電力が追従できなくなってしまう。
【０００７】
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、燃料電池の負荷追従性を向上することを可能とするエネルギー管理システム、エネルギー管理装置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】
【０００８】
第１の特徴に係るエネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【０００９】
第１の特徴において、前記制御部は、前記高温維持制御において、前記燃料電池をヒータによって加熱する。
【００１０】
第１の特徴において、前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記負荷の消費電力の履歴に基づいて、前記負荷の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。
【００１１】
第１の特徴において、前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられる。前記制御部は、前記高温維持制御において、前記貯湯ユニットに還流する湯量を減少する。
【００１２】
第１の特徴において、前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記貯湯ユニットに貯留される湯の使用履歴に基づいて、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定する。
【００１３】
第１の特徴において、前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられる。前記制御部は、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、前記高温維持制御を停止する。
【００１４】
第１の特徴において、前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に行う。
【００１５】
第１の特徴において、前記エネルギー管理システムには、他の発電機器がさらに接続される。前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下で、なおかつ当該他の発電機器における発電が多く見込まれる時間帯を特定する。
【００１６】
第１の特徴において、前記エネルギー管理システムには他の発電機器がさらに接続される。前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記燃料電池による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、なおかつ発電が多く見込まれる時間帯を特定する。
【００１７】
第２の特徴に係るエネルギー管理装置は、燃料電池及び負荷に接続される。エネルギー管理装置は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【００１８】
第３の特徴に係る電力管理方法は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される。電力管理方法は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うべき期間を特定するステップＡと、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える。
【００１９】
第４の特徴に係るエネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２０】
第５の特徴に係るエネルギー管理装置は、燃料電池及び負荷に接続される。エネルギー管理装置は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２１】
第６の特徴に係る電力管理方法は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される。電力管理方法は、自立運転状態において、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を常に行うステップＡと、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の負荷追従性を向上することを可能とするエネルギー管理システム、エネルギー管理装置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】
【００２３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る電力管理システム１を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るＨＥＭＳ５００を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下において、本発明の実施形態に係るエネルギー管理システムについて、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。
【００２５】
ただし、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や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２６】
［実施形態の概要］
第１に、エネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２７】
実施形態では、制御部は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持する。従って、燃料電池の負荷追従性の悪化によって、燃料電池から供給される電力の不足が生じる事態が抑制される。一方で、制御部は、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行う。従って、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大が抑制される。すなわち、燃料電池から供給される電力の不足については、系統から供給される電力で補うことによって、却ってコストメリットが得られる。
【００２８】
第２に、エネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【００２９】
実施形態では、制御部は、特定部によって特定された期間において、高温維持制御を行う。これによって、燃料電池の負荷追従性の悪化を適切に抑制することが可能である。また、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大も抑制される。
【００３０】
［第１実施形態］
（エネルギー管理システム）
以下において、第１実施形態に係るエネルギー管理システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係る電力管理システム１を示す図である。
【００３１】
図１に示すように、電力管理システム１は、ＳＯＦＣユニット１００と、貯湯ユニット２００と、分電盤３００と、負荷４００と、ＨＥＭＳ５００とを有する。
【００３２】
ＳＯＦＣユニット１００は、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応によって、電力（例えば、ＤＣ電力）を出力する装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を含むユニットである。
【００３３】
詳細には、ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０と、熱交換器１３０と、ＳＯＦＣコントローラ１４０とを有する。
【００３４】
ＳＯＦＣ１１０は、ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応によって、電力（例えば、ＤＣ電力）を発電する装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一例である。なお、ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０に供給されるガス及び空気の量に応じて変化する。なお、ＳＯＦＣ１１０に供給されるガス及び空気の量は、ＳＯＦＣコントローラ１４０によって制御される。
【００３５】
ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０から出力されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、電力ライン１２を介してＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００３６】
熱交換器１３０は、貯湯槽２１０と連結されており、ＳＯＦＣ１１０の運転（発電）によって生じる排熱によって、貯湯槽２１０から供給される水を温める。詳細には、熱交換器１３０は、貯湯槽２１０から供給される水を温めて、温められた湯を貯湯槽２１０に還流する。このように、ＳＯＦＣ１１０の運転（発電）によって生じる排熱は、貯湯槽２１０から供給される水を温めるために用いられる。
【００３７】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷追従運転を行うための制御を行う。具体的には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）から出力される電力が負荷４００の消費電力に追従するように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００３８】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、系統１０から供給される電力が所定値（例えばゼロ）となるように、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の目標出力電力値を決定する。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力が目標出力電力値となるように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００３９】
なお、系統１０から供給される電力は、負荷４００の消費電力に応じて変化する。従って、系統１０から供給される電力に応じて目標出力電力値を決定するケースであっても、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力は、負荷４００の消費電力に追従することに留意すべきである。
【００４０】
或いは、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷４００の消費電力と等しい目標出力電力値を決定する。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力が目標出力電力値となるように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００４１】
第１実施形態において、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度をＨＥＭＳ５００に通知する。ＳＯＦＣ１１０の動作中温度は、例えば、ＳＯＦＣ１１０に併設された温度計によって計測可能である。
【００４２】
貯湯ユニット２００は、熱交換器１３０と連結された貯湯槽２１０を有する。貯湯槽２１０は、ＳＯＦＣ１１０の運転によって生じる排熱によって温められた湯を貯留する。また、貯湯ユニット２００は、熱交換器１３０に供給する水量の調整などによって、貯湯槽２１０の貯湯量を制御する機能を有する。
【００４３】
ここで、貯湯ユニット２００は、ＳＯＦＣコントローラ１４０を経由して、貯湯槽２１０の貯湯量をＨＥＭＳ５００に通知する。なお、「貯湯量」は、温度換算の値（すなわち、貯熱量）と考えてもよい。
【００４４】
分電盤３００は、電力ライン１１を介して系統１０と接続されており、電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット１００と接続されており、電力ライン１３を介して負荷４００と接続される。分電盤３００は、電力ライン１１を介して系統１０から供給される電力及び電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット１００か供給される電力を、電力ライン１３を介して負荷４００に分配する。
【００４５】
第１実施形態では、分電盤３００は、計測部３１０を有する。計測部３１０は、系統１０から供給される電力を計測する。また、計測部３１０は、負荷４００の消費電力を計測する。
【００４６】
なお、複数の負荷４００が設けられている場合には、計測部３１０は、複数の負荷４００の消費電力の合計を計測してもよく、各負荷４００の消費電力を個別に計測してもよい。
【００４７】
ここで、計測部３１０は、ＳＯＦＣユニット１００及びＨＥＭＳ５００に信号線を介して接続されており、ＳＯＦＣユニット１００及びＨＥＭＳ５００に計測値を送信する。
【００４８】
負荷４００は、電力ライン１３を介して供給される電力を消費する装置である。例えば、負荷４００は、冷蔵庫、照明、エアコン、テレビなどの装置を含む。なお、負荷４００は、単数の装置であってもよく、複数の装置を含んでもよい。
【００４９】
ＨＥＭＳ５００は、需要家の電力を管理する装置（ＨＥＭＳ；Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である。ＨＥＭＳ５００は、ＳＯＦＣユニット１００、分電盤３００（計測部３１０）及び負荷４００に信号線を介して接続される。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の動作モードを制御する機能を有する。ＨＥＭＳ５００は、エネルギー管理装置の一例である。
【００５０】
具体的には、ＨＥＭＳ５００は、図２に示すように、ＨＥＭＳ５００は、受信部５１０と、送信部５２０と、特定部５３０と、制御部５４０とを有する。
【００５１】
受信部５１０は、ＳＯＦＣコントローラ１４０、分電盤３００（計測部３１０）及び負荷４００から各種情報を受信する。例えば、受信部５１０は、貯湯槽２１０の貯湯量を示す情報、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を示す情報をＳＯＦＣコントローラ１４０から受信する。受信部５１０は、系統１０から供給される電力（計測値）又は負荷４００の消費電力（計測値）を計測部３１０から受信する。なお、受信部５１０は、負荷４００の状態（電源ＯＮ／ＯＦＦ、動作モード）を示す負荷状態情報を負荷４００から受信してもよい。
【００５２】
第１実施形態において、計測部３１０及び負荷４００の少なくとも一方から受信する情報は、記憶部（不図示）に蓄積されており、記憶部において、負荷４００の消費電力の履歴として管理されることが好ましい。また、貯湯槽２１０の貯湯量を示す情報は、記憶部（不図示）に蓄積されており、記憶部において、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴として管理されることが好ましい。
【００５３】
送信部５２０は、ＳＯＦＣユニット１００及び負荷４００に各種情報を送信する。詳細には、送信部５２０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うための温度制御信号を送信する。
【００５４】
ここで、高温維持制御は、ＳＯＦＣ１１０をＳＯＦＣ１１０に併設されたヒータで加熱することによって行われてもよい。このようなケースでは、送信部５２０は、温度制御信号をヒータに送信する。或いは、高温維持制御は、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少することによって行われてもよい。このようなケースでは、送信部５２０は、温度制御信号を貯湯ユニット２００に送信する。なお、貯湯槽２１０に還流する湯量の減少とは、高温維持制御を行っていない状態において貯湯槽２１０に還流する湯量（標準湯量）に対して減少することを意味する。
【００５５】
なお、送信部５２０は、負荷４００を制御するための負荷制御情報を負荷４００に送信してもよい。
【００５６】
特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間を特定する。具体的には、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）が所定閾値を下回る期間を特定する。なお、特定部５３０は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）の増大量が所定閾値未満である期間を、高温維持制御を行うべき期間から除外してもよい。例えば、特定部５３０は、以下に示す５つの方法によって、高温維持制御を行うべき期間を特定する。
【００５７】
第１に、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。言い換えると、特定部５３０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する期間を特定する。但し、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間が長期的に継続するケース、すなわち、負荷４００の消費電力の増大が見込めないケースにおいては、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間から、負荷４００の消費電力の増大量が所定閾値を下回る期間を除外してもよい。
【００５８】
第２に、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。言い換えると、特定部５３０は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用量が少ない期間を特定する。貯湯槽２１０の貯湯量が多い場合には、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少しても、貯湯槽２１０の貯湯量が不足することがない。
【００５９】
第３に、特定部５３０は、負荷４００の消費電力の履歴及び貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴の組合せに基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。例えば、特定部５３０は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間又は貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。或いは、特定部５３０は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回り、かつ、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。
【００６０】
第４に、特定部５３０は、太陽電池など、他の発電機器の発電電力の売電の可否および時間帯に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。すなわち、他の発電機器として、太陽電池などの時間帯に応じて発電量に変動が発生する類の発電機器が負荷にともに接続される場合には、その出力の大小を加味する。例えば、太陽電池の場合には、日中は発電量が多く、夜間は発電量が小さい。また、発電量が多く見込まれる時間帯であるにもかかわらず、太陽電池側の電圧が上昇して逆潮流が禁止されるときのように、他の発電機器側からの売電が出来ない場合には、ＳＯＦＣ１１０の発電量に依存する量が低下し、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する。この場合、次に逆潮流可能となった場合には、他の発電機器からの発電電力は売電に回されてしまうため、急遽ＳＯＦＣ１１０は発電量の増加が要求される可能性がある。このため、他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下では、発電が多く見込まれる時間帯については高温維持制御を行う期間と特定してもよい。
【００６１】
第５に、特定部５３０は、他の発電機器の発電電力の売電単価とSOFCによる発電単価の比較結果に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。すなわち、第４の期間特定方法として示した例のように売電可能かつ発電量が多く見込まれる時間帯において、ＳＯＦＣ１１０による単位量当たりの発電単価と、太陽電池など他の発電機器の発電電力の売電単価とを比較し、前者が上回る場合には他の発電機器の発電電力は売電されず、負荷での消費にあてられることとなり、ＳＯＦＣ１１０の発電量に依存する量が低下し、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する。このため、ＳＯＦＣ１１０による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、発電が多く見込まれる時間帯については高温維持制御を行う期間と特定してもよい。
【００６２】
制御部５４０は、ＨＥＭＳ５００を制御する。具体的には、制御部５４０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う。
【００６３】
第１実施形態において、制御部５４０は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行うことが好ましい。
【００６４】
なお、所定条件は、例えば、高温維持制御を行うべき期間が特定部５３０によって特定されており、現在時刻が高温維持制御を行うべき期間に含まれることである。
【００６５】
また、制御部５４０が高温維持制御を行う方法としては、以下に示す２つの方法が考えられる。
【００６６】
第１に、制御部５４０は、高温維持制御において、ＳＯＦＣ１１０をＳＯＦＣ１１０に併設されたヒータで加熱する。すなわち、制御部５４０は、ヒータに対する温度制御信号の送信を送信部５２０に指示する。
【００６７】
ここで、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱するケースでは、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されることが好ましい。但し、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されてもよい。
【００６８】
第２に、制御部５４０は、高温維持制御において、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少する。すなわち、制御部５４０は、貯湯ユニット２００に対する温度制御信号の送信を送信部５２０に指示する。
【００６９】
ここで、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少するケースでは、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されることが好ましい。但し、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されてもよい。
【００７０】
なお、制御部５４０は、高温維持制御において、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱し、かつ、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少してもよい。
【００７１】
（エネルギー管理方法）
以下において、第１実施形態に係るエネルギー管理方法について説明する。図３及び図４は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【００７２】
第１に、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されるケースについて、図３を参照しながら説明する。
【００７３】
図３に示すように、ステップ１１０において、ＨＥＭＳ５００は、高温維持制御を行うべき期間を特定する。具体的には、ＨＥＭＳ５００は、高温維持制御を行うべき期間として、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）が所定閾値を下回る期間を特定する。例えば、ＨＥＭＳ５００は、上述した５つの方法によって、高温維持制御を行うべき期間を特定する。例えば、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。
【００７４】
ステップ１２０において、ＨＥＭＳ５００は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）の増大量が所定閾値以上であるか否かを判定する。ＨＥＭＳ５００は、判定結果が“ＹＥＳ”である場合には、ステップ１３０の処理に移る。一方で、ＨＥＭＳ５００は、判定結果が“ＮＯ”である場合には、一連の処理を終了する。
【００７５】
例えば、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力の増大が見込める場合に、ステップ１３０の処理に移る。
【００７６】
なお、上述した５つの方法では、ステップ１１０及びステップ１２０の処理が合わせて説明されていることに留意すべきである。
【００７７】
ステップ１３０において、ＨＥＭＳ５００は、ステップ１１０で特定された期間において、高温維持制御を行う。ここでは、ＨＥＭＳ５００は、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱することが好ましい。
【００７８】
第２に、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されるケースについて、図４を参照しながら説明する。
【００７９】
図４に示すように、ステップ２１０において、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定する。詳細には、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定する。
【００８０】
ステップ２２０において、ＨＥＭＳ５００は、ステップ２１０で特定された期間において、高温維持制御を行う。ここでは、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少することが好ましい。
【００８１】
（作用及び効果）
第１実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持する。従って、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性の悪化によって、ＳＯＦＣ１１０から供給される電力の不足が生じる事態が抑制される。一方で、ＨＥＭＳ５００は、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行う。従って、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大が抑制される。すなわち、ＳＯＦＣ１１０から供給される電力の不足については、系統から供給される電力で補うことによって、却ってコストメリットが得られる。
【００８２】
第１実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、特定部５３０によって特定された期間において、高温維持制御を行う。これによって、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性の悪化を適切に抑制することが可能である。また、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大も抑制される。
【００８３】
［変更例１］
以下において、第１実施形態の変更例１について説明する。以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。
【００８４】
具体的には、変更例１において、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、高温維持制御を停止する。
【００８５】
例えば、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定された場合には、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ないケースが考えられる。このようなケースにおいて、高温維持制御が貯湯槽２１０に還流する湯量を減少する制御である場合には、貯湯槽２１０の貯湯量が不足する可能性がある。
【００８６】
従って、変更例１では、ＨＥＭＳ５００は、このようなケースを想定して、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、高温維持制御を停止する。
【００８７】
［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。
【００８８】
実施形態では、エネルギー管理装置として、ＨＥＭＳ５００を例示した。しかしながら、エネルギー管理装置は、例えば、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよく、ＦＥＭＳ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
【００８９】
実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力の履歴又は貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定する。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。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力を常に監視して、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。同様に、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用量を常に監視して、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。
【００９０】
実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、自立運転時においては、常に高温維持制御を行う。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。ＨＥＭＳ５００は、自立運転時においても、特定部５３０によって特定された期間において高温維持制御を行ってもよい。
【００９１】
実施形態では特に触れていないが、制御部５４０の機能は、ＨＥＭＳ５００以外の装置が有していてもよい。例えば、ＳＯＦＣコントローラ１４０が制御部５４０の機能を有していてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…電力管理システム、１０…系統、１１…電力ライン、１２…電力ライン、１３…電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１２０…ＳＯＦＣ ＰＣＳ、１３０…熱交換器、１４０…ＳＯＦＣコントローラ、２００…貯湯ユニット、２１０…貯湯槽、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ、５１０…受信部、５２０…送信部、５３０…特定部、５４０…制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システム、エネルギー管理装置及び電力管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要家毎に設けられるエネルギー管理装置（例えば、ＨＥＭＳ；Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）によって、需要家に設けられる負荷や需要家に設けられる分散電源などを制御する技術が知られている。
【０００３】
分散電源としては、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などの燃料電池が考えられる。或いは、分散電源としては、太陽光、風力、地熱などのクリーンなエネルギーを利用する発電装置が考えられる。
【０００４】
ここで、燃料電池から供給される電力は、一般的に、需要家に設けられる負荷の消費電力に追従するように制御される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、負荷の消費電力が低い状態が続いた場合には、燃料電池の動作中温度が低下する。燃料電池の動作中温度が低下した状態では、燃料電池の負荷追従性が悪化してしまい、負荷の消費電力に対して、燃料電池から供給される電力が追従できなくなってしまう。
【０００７】
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、燃料電池の負荷追従性を向上することを可能とするエネルギー管理システム、エネルギー管理装置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】
【０００８】
第１の特徴に係るエネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【０００９】
第１の特徴において、前記制御部は、前記高温維持制御において、前記燃料電池をヒータによって加熱する。
【００１０】
第１の特徴において、前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記負荷の消費電力の履歴に基づいて、前記負荷の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。
【００１１】
第１の特徴において、前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられる。前記制御部は、前記高温維持制御において、前記貯湯ユニットに還流する湯量を減少する。
【００１２】
第１の特徴において、前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記貯湯ユニットに貯留される湯の使用履歴に基づいて、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定する。
【００１３】
第１の特徴において、前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられる。前記制御部は、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、前記高温維持制御を停止する。
【００１４】
第１の特徴において、前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に行う。
【００１５】
第１の特徴において、前記エネルギー管理システムには、他の発電機器がさらに接続される。前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下で、なおかつ当該他の発電機器における発電が多く見込まれる時間帯を特定する。
【００１６】
第１の特徴において、前記エネルギー管理システムには他の発電機器がさらに接続される。前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記燃料電池による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、なおかつ発電が多く見込まれる時間帯を特定する。
【００１７】
第２の特徴に係るエネルギー管理装置は、燃料電池及び負荷に接続される。エネルギー管理装置は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【００１８】
第３の特徴に係る電力管理方法は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される。電力管理方法は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うべき期間を特定するステップＡと、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える。
【００１９】
第４の特徴に係るエネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２０】
第５の特徴に係るエネルギー管理装置は、燃料電池及び負荷に接続される。エネルギー管理装置は、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２１】
第６の特徴に係る電力管理方法は、燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される。電力管理方法は、自立運転状態において、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を常に行うステップＡと、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池の負荷追従性を向上することを可能とするエネルギー管理システム、エネルギー管理装置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】
【００２３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る電力管理システム１を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るＨＥＭＳ５００を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下において、本発明の実施形態に係るエネルギー管理システムについて、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。
【００２５】
ただし、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や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２６】
［実施形態の概要］
第１に、エネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備える。前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行う。
【００２７】
実施形態では、制御部は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持する。従って、燃料電池の負荷追従性の悪化によって、燃料電池から供給される電力の不足が生じる事態が抑制される。一方で、制御部は、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行う。従って、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大が抑制される。すなわち、燃料電池から供給される電力の不足については、系統から供給される電力で補うことによって、却ってコストメリットが得られる。
【００２８】
第２に、エネルギー管理システムは、燃料電池及び負荷を備える。エネルギー管理システムは、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備える。前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行う。
【００２９】
実施形態では、制御部は、特定部によって特定された期間において、高温維持制御を行う。これによって、燃料電池の負荷追従性の悪化を適切に抑制することが可能である。また、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大も抑制される。
【００３０】
［第１実施形態］
（エネルギー管理システム）
以下において、第１実施形態に係るエネルギー管理システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係る電力管理システム１を示す図である。
【００３１】
図１に示すように、電力管理システム１は、ＳＯＦＣユニット１００と、貯湯ユニット２００と、分電盤３００と、負荷４００と、ＨＥＭＳ５００とを有する。
【００３２】
ＳＯＦＣユニット１００は、天然ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応によって、電力（例えば、ＤＣ電力）を出力する装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を含むユニットである。
【００３３】
詳細には、ＳＯＦＣユニット１００は、ＳＯＦＣ１１０と、ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０と、熱交換器１３０と、ＳＯＦＣコントローラ１４０とを有する。
【００３４】
ＳＯＦＣ１１０は、ガスなどから取り出した水素と空気中の酸素との化学反応によって、電力（例えば、ＤＣ電力）を発電する装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。ＳＯＦＣ１１０は、燃料電池の一例である。なお、ＳＯＦＣ１１０の発電量は、ＳＯＦＣ１１０に供給されるガス及び空気の量に応じて変化する。なお、ＳＯＦＣ１１０に供給されるガス及び空気の量は、ＳＯＦＣコントローラ１４０によって制御される。
【００３５】
ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、ＳＯＦＣ１１０から出力されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。ＳＯＦＣ ＰＣＳ１２０は、電力ライン１２を介してＡＣ電力を分電盤３００に出力する。
【００３６】
熱交換器１３０は、貯湯槽２１０と連結されており、ＳＯＦＣ１１０の運転（発電）によって生じる排熱によって、貯湯槽２１０から供給される水を温める。詳細には、熱交換器１３０は、貯湯槽２１０から供給される水を温めて、温められた湯を貯湯槽２１０に還流する。このように、ＳＯＦＣ１１０の運転（発電）によって生じる排熱は、貯湯槽２１０から供給される水を温めるために用いられる。
【００３７】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷追従運転を行うための制御を行う。具体的には、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）から出力される電力が負荷４００の消費電力に追従するように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００３８】
ＳＯＦＣコントローラ１４０は、系統１０から供給される電力が所定値（例えばゼロ）となるように、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の目標出力電力値を決定する。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力が目標出力電力値となるように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００３９】
なお、系統１０から供給される電力は、負荷４００の消費電力に応じて変化する。従って、系統１０から供給される電力に応じて目標出力電力値を決定するケースであっても、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力は、負荷４００の消費電力に追従することに留意すべきである。
【００４０】
或いは、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、負荷４００の消費電力と等しい目標出力電力値を決定する。ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣユニット１００（ＳＯＦＣ１１０）の出力電力が目標出力電力値となるように、ＳＯＦＣ１１０を制御する。
【００４１】
第１実施形態において、ＳＯＦＣコントローラ１４０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度をＨＥＭＳ５００に通知する。ＳＯＦＣ１１０の動作中温度は、例えば、ＳＯＦＣ１１０に併設された温度計によって計測可能である。
【００４２】
貯湯ユニット２００は、熱交換器１３０と連結された貯湯槽２１０を有する。貯湯槽２１０は、ＳＯＦＣ１１０の運転によって生じる排熱によって温められた湯を貯留する。また、貯湯ユニット２００は、熱交換器１３０に供給する水量の調整などによって、貯湯槽２１０の貯湯量を制御する機能を有する。
【００４３】
ここで、貯湯ユニット２００は、ＳＯＦＣコントローラ１４０を経由して、貯湯槽２１０の貯湯量をＨＥＭＳ５００に通知する。なお、「貯湯量」は、温度換算の値（すなわち、貯熱量）と考えてもよい。
【００４４】
分電盤３００は、電力ライン１１を介して系統１０と接続されており、電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット１００と接続されており、電力ライン１３を介して負荷４００と接続される。分電盤３００は、電力ライン１１を介して系統１０から供給される電力及び電力ライン１２を介してＳＯＦＣユニット１００か供給される電力を、電力ライン１３を介して負荷４００に分配する。
【００４５】
第１実施形態では、分電盤３００は、計測部３１０を有する。計測部３１０は、系統１０から供給される電力を計測する。また、計測部３１０は、負荷４００の消費電力を計測する。
【００４６】
なお、複数の負荷４００が設けられている場合には、計測部３１０は、複数の負荷４００の消費電力の合計を計測してもよく、各負荷４００の消費電力を個別に計測してもよい。
【００４７】
ここで、計測部３１０は、ＳＯＦＣユニット１００及びＨＥＭＳ５００に信号線を介して接続されており、ＳＯＦＣユニット１００及びＨＥＭＳ５００に計測値を送信する。
【００４８】
負荷４００は、電力ライン１３を介して供給される電力を消費する装置である。例えば、負荷４００は、冷蔵庫、照明、エアコン、テレビなどの装置を含む。なお、負荷４００は、単数の装置であってもよく、複数の装置を含んでもよい。
【００４９】
ＨＥＭＳ５００は、需要家の電力を管理する装置（ＨＥＭＳ；Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）である。ＨＥＭＳ５００は、ＳＯＦＣユニット１００、分電盤３００（計測部３１０）及び負荷４００に信号線を介して接続される。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の動作モードを制御する機能を有する。ＨＥＭＳ５００は、エネルギー管理装置の一例である。
【００５０】
具体的には、ＨＥＭＳ５００は、図２に示すように、ＨＥＭＳ５００は、受信部５１０と、送信部５２０と、特定部５３０と、制御部５４０とを有する。
【００５１】
受信部５１０は、ＳＯＦＣコントローラ１４０、分電盤３００（計測部３１０）及び負荷４００から各種情報を受信する。例えば、受信部５１０は、貯湯槽２１０の貯湯量を示す情報、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を示す情報をＳＯＦＣコントローラ１４０から受信する。受信部５１０は、系統１０から供給される電力（計測値）又は負荷４００の消費電力（計測値）を計測部３１０から受信する。なお、受信部５１０は、負荷４００の状態（電源ＯＮ／ＯＦＦ、動作モード）を示す負荷状態情報を負荷４００から受信してもよい。
【００５２】
第１実施形態において、計測部３１０及び負荷４００の少なくとも一方から受信する情報は、記憶部（不図示）に蓄積されており、記憶部において、負荷４００の消費電力の履歴として管理されることが好ましい。また、貯湯槽２１０の貯湯量を示す情報は、記憶部（不図示）に蓄積されており、記憶部において、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴として管理されることが好ましい。
【００５３】
送信部５２０は、ＳＯＦＣユニット１００及び負荷４００に各種情報を送信する。詳細には、送信部５２０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うための温度制御信号を送信する。
【００５４】
ここで、高温維持制御は、ＳＯＦＣ１１０をＳＯＦＣ１１０に併設されたヒータで加熱することによって行われてもよい。このようなケースでは、送信部５２０は、温度制御信号をヒータに送信する。或いは、高温維持制御は、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少することによって行われてもよい。このようなケースでは、送信部５２０は、温度制御信号を貯湯ユニット２００に送信する。なお、貯湯槽２１０に還流する湯量の減少とは、高温維持制御を行っていない状態において貯湯槽２１０に還流する湯量（標準湯量）に対して減少することを意味する。
【００５５】
なお、送信部５２０は、負荷４００を制御するための負荷制御情報を負荷４００に送信してもよい。
【００５６】
特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間を特定する。具体的には、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）が所定閾値を下回る期間を特定する。なお、特定部５３０は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）の増大量が所定閾値未満である期間を、高温維持制御を行うべき期間から除外してもよい。例えば、特定部５３０は、以下に示す５つの方法によって、高温維持制御を行うべき期間を特定する。
【００５７】
第１に、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。言い換えると、特定部５３０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する期間を特定する。但し、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間が長期的に継続するケース、すなわち、負荷４００の消費電力の増大が見込めないケースにおいては、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間から、負荷４００の消費電力の増大量が所定閾値を下回る期間を除外してもよい。
【００５８】
第２に、特定部５３０は、高温維持制御を行うべき期間として、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。言い換えると、特定部５３０は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用量が少ない期間を特定する。貯湯槽２１０の貯湯量が多い場合には、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少しても、貯湯槽２１０の貯湯量が不足することがない。
【００５９】
第３に、特定部５３０は、負荷４００の消費電力の履歴及び貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴の組合せに基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。例えば、特定部５３０は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間又は貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。或いは、特定部５３０は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回り、かつ、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定してもよい。
【００６０】
第４に、特定部５３０は、太陽電池など、他の発電機器の発電電力の売電の可否および時間帯に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。すなわち、他の発電機器として、太陽電池などの時間帯に応じて発電量に変動が発生する類の発電機器が負荷にともに接続される場合には、その出力の大小を加味する。例えば、太陽電池の場合には、日中は発電量が多く、夜間は発電量が小さい。また、発電量が多く見込まれる時間帯であるにもかかわらず、太陽電池側の電圧が上昇して逆潮流が禁止されるときのように、他の発電機器側からの売電が出来ない場合には、ＳＯＦＣ１１０の発電量に依存する量が低下し、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する。この場合、次に逆潮流可能となった場合には、他の発電機器からの発電電力は売電に回されてしまうため、急遽ＳＯＦＣ１１０は発電量の増加が要求される可能性がある。このため、他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下では、発電が多く見込まれる時間帯については高温維持制御を行う期間と特定してもよい。
【００６１】
第５に、特定部５３０は、他の発電機器の発電電力の売電単価とSOFCによる発電単価の比較結果に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。すなわち、第４の期間特定方法として示した例のように売電可能かつ発電量が多く見込まれる時間帯において、ＳＯＦＣ１１０による単位量当たりの発電単価と、太陽電池など他の発電機器の発電電力の売電単価とを比較し、前者が上回る場合には他の発電機器の発電電力は売電されず、負荷での消費にあてられることとなり、ＳＯＦＣ１１０の発電量に依存する量が低下し、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度が低下する。このため、ＳＯＦＣ１１０による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、発電が多く見込まれる時間帯については高温維持制御を行う期間と特定してもよい。
【００６２】
制御部５４０は、ＨＥＭＳ５００を制御する。具体的には、制御部５４０は、ＳＯＦＣ１１０の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う。
【００６３】
第１実施形態において、制御部５４０は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行うことが好ましい。
【００６４】
なお、所定条件は、例えば、高温維持制御を行うべき期間が特定部５３０によって特定されており、現在時刻が高温維持制御を行うべき期間に含まれることである。
【００６５】
また、制御部５４０が高温維持制御を行う方法としては、以下に示す２つの方法が考えられる。
【００６６】
第１に、制御部５４０は、高温維持制御において、ＳＯＦＣ１１０をＳＯＦＣ１１０に併設されたヒータで加熱する。すなわち、制御部５４０は、ヒータに対する温度制御信号の送信を送信部５２０に指示する。
【００６７】
ここで、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱するケースでは、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されることが好ましい。但し、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されてもよい。
【００６８】
第２に、制御部５４０は、高温維持制御において、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少する。すなわち、制御部５４０は、貯湯ユニット２００に対する温度制御信号の送信を送信部５２０に指示する。
【００６９】
ここで、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少するケースでは、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されることが好ましい。但し、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されてもよい。
【００７０】
なお、制御部５４０は、高温維持制御において、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱し、かつ、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少してもよい。
【００７１】
（エネルギー管理方法）
以下において、第１実施形態に係るエネルギー管理方法について説明する。図３及び図４は、第１実施形態に係るエネルギー管理方法を示すシーケンス図である。
【００７２】
第１に、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されるケースについて、図３を参照しながら説明する。
【００７３】
図３に示すように、ステップ１１０において、ＨＥＭＳ５００は、高温維持制御を行うべき期間を特定する。具体的には、ＨＥＭＳ５００は、高温維持制御を行うべき期間として、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）が所定閾値を下回る期間を特定する。例えば、ＨＥＭＳ５００は、上述した５つの方法によって、高温維持制御を行うべき期間を特定する。例えば、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定する。
【００７４】
ステップ１２０において、ＨＥＭＳ５００は、ＳＯＦＣ１１０の出力電力（発電量）の増大量が所定閾値以上であるか否かを判定する。ＨＥＭＳ５００は、判定結果が“ＹＥＳ”である場合には、ステップ１３０の処理に移る。一方で、ＨＥＭＳ５００は、判定結果が“ＮＯ”である場合には、一連の処理を終了する。
【００７５】
例えば、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力の増大が見込める場合に、ステップ１３０の処理に移る。
【００７６】
なお、上述した５つの方法では、ステップ１１０及びステップ１２０の処理が合わせて説明されていることに留意すべきである。
【００７７】
ステップ１３０において、ＨＥＭＳ５００は、ステップ１１０で特定された期間において、高温維持制御を行う。ここでは、ＨＥＭＳ５００は、ヒータによってＳＯＦＣ１１０を加熱することが好ましい。
【００７８】
第２に、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定されるケースについて、図４を参照しながら説明する。
【００７９】
図４に示すように、ステップ２１０において、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定する。詳細には、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定する。
【００８０】
ステップ２２０において、ＨＥＭＳ５００は、ステップ２１０で特定された期間において、高温維持制御を行う。ここでは、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に還流する湯量を減少することが好ましい。
【００８１】
（作用及び効果）
第１実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、自立運転状態において、高温維持制御を常に維持する。従って、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性の悪化によって、ＳＯＦＣ１１０から供給される電力の不足が生じる事態が抑制される。一方で、ＨＥＭＳ５００は、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、高温維持制御を行う。従って、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大が抑制される。すなわち、ＳＯＦＣ１１０から供給される電力の不足については、系統から供給される電力で補うことによって、却ってコストメリットが得られる。
【００８２】
第１実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、特定部５３０によって特定された期間において、高温維持制御を行う。これによって、ＳＯＦＣ１１０の負荷追従性の悪化を適切に抑制することが可能である。また、不要な高温維持制御に伴うエネルギーのコスト増大も抑制される。
【００８３】
［変更例１］
以下において、第１実施形態の変更例１について説明する。以下においては、第１実施形態に対する相違点について主として説明する。
【００８４】
具体的には、変更例１において、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、高温維持制御を停止する。
【００８５】
例えば、負荷４００の消費電力の履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間が特定された場合には、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ないケースが考えられる。このようなケースにおいて、高温維持制御が貯湯槽２１０に還流する湯量を減少する制御である場合には、貯湯槽２１０の貯湯量が不足する可能性がある。
【００８６】
従って、変更例１では、ＨＥＭＳ５００は、このようなケースを想定して、貯湯槽２１０の貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、高温維持制御を停止する。
【００８７】
［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。
【００８８】
実施形態では、エネルギー管理装置として、ＨＥＭＳ５００を例示した。しかしながら、エネルギー管理装置は、例えば、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよく、ＦＥＭＳ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
【００８９】
実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力の履歴又は貯湯槽２１０に貯留される湯の使用履歴に基づいて、高温維持制御を行うべき期間を特定する。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。ＨＥＭＳ５００は、負荷４００の消費電力を常に監視して、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。同様に、ＨＥＭＳ５００は、貯湯槽２１０に貯留される湯の使用量を常に監視して、高温維持制御を行うべき期間を特定してもよい。
【００９０】
実施形態では、ＨＥＭＳ５００は、自立運転時においては、常に高温維持制御を行う。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。ＨＥＭＳ５００は、自立運転時においても、特定部５３０によって特定された期間において高温維持制御を行ってもよい。
【００９１】
実施形態では特に触れていないが、制御部５４０の機能は、ＨＥＭＳ５００以外の装置が有していてもよい。例えば、ＳＯＦＣコントローラ１４０が制御部５４０の機能を有していてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…電力管理システム、１０…系統、１１…電力ライン、１２…電力ライン、１３…電力ライン、１００…ＳＯＦＣユニット、１１０…ＳＯＦＣ、１２０…ＳＯＦＣ ＰＣＳ、１３０…熱交換器、１４０…ＳＯＦＣコントローラ、２００…貯湯ユニット、２１０…貯湯槽、３００…分電盤、３１０…計測部、４００…負荷、５００…ＨＥＭＳ、５１０…受信部、５２０…送信部、５３０…特定部、５４０…制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池及び負荷を備えるエネルギー管理システムであって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、
前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備え、
前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記高温維持制御において、前記燃料電池をヒータによって加熱することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項３】
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記負荷の消費電力の履歴に基づいて、前記負荷の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項４】
前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられており、
前記制御部は、前記高温維持制御において、前記貯湯ユニットに還流する湯量を減少することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項５】
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記貯湯ユニットに貯留される湯の使用履歴に基づいて、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー管理システム。
【請求項６】
前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられており、
前記制御部は、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、前記高温維持制御を停止することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー管理システム。
【請求項７】
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に行うことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項８】
前記エネルギー管理システムには、他の発電機器がさらに接続されており、
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下で、なおかつ当該他の発電機器における発電が多く見込まれる時間帯を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項９】
前記エネルギー管理システムには他の発電機器がさらに接続されており、
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記燃料電池による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、なおかつ発電が多く見込まれる時間帯を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項１０】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、
前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備え、
前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項１１】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される電力管理方法であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うべき期間を特定するステップＡと、
前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うステップＢとを備えることを特徴とする電力管理方法。
【請求項１２】
燃料電池及び負荷を備えるエネルギー管理システムであって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項１３】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理装置。
【請求項１４】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される電力管理方法であって、
自立運転状態において、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を常に行うステップＡと、
系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える特徴とする電力管理方法。
【請求項１】
燃料電池及び負荷を備えるエネルギー管理システムであって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、
前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備え、
前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記高温維持制御において、前記燃料電池をヒータによって加熱することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項３】
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記負荷の消費電力の履歴に基づいて、前記負荷の消費電力が所定閾値を下回る期間を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項４】
前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられており、
前記制御部は、前記高温維持制御において、前記貯湯ユニットに還流する湯量を減少することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項５】
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記貯湯ユニットに貯留される湯の使用履歴に基づいて、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値を上回る期間を特定することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー管理システム。
【請求項６】
前記燃料電池の運転によって生じる排熱は、貯湯ユニットに貯留される水を温めるために用いられており、
前記制御部は、前記貯湯ユニットの貯湯量が所定閾値よりも少ない場合に、前記高温維持制御を停止することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー管理システム。
【請求項７】
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に行うことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項８】
前記エネルギー管理システムには、他の発電機器がさらに接続されており、
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記他の発電機器の発電電力が売電不可の状態下で、なおかつ当該他の発電機器における発電が多く見込まれる時間帯を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項９】
前記エネルギー管理システムには他の発電機器がさらに接続されており、
前記特定部は、前記高温維持制御を行うべき期間として、前記燃料電池による単位量当たりの発電単価が他の発電機器の発電電力の売電単価を上回る状態下で、なおかつ発電が多く見込まれる時間帯を特定することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー管理システム。
【請求項１０】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部と、
前記高温維持制御を行うべき期間を特定する特定部とを備え、
前記制御部は、前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項１１】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される電力管理方法であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行うべき期間を特定するステップＡと、
前記特定部によって特定された期間において、前記高温維持制御を行うステップＢとを備えることを特徴とする電力管理方法。
【請求項１２】
燃料電池及び負荷を備えるエネルギー管理システムであって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項１３】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置であって、
前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、自立運転状態において、前記高温維持制御を常に維持し、系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うことを特徴とするエネルギー管理装置。
【請求項１４】
燃料電池及び負荷に接続されたエネルギー管理装置を備えるエネルギー管理システムに適用される電力管理方法であって、
自立運転状態において、前記燃料電池の動作中温度を所定温度範囲に維持する高温維持制御を常に行うステップＡと、
系統連系時において、所定条件が満たされた場合に、前記高温維持制御を行うステップＢとを備える特徴とする電力管理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７３８５８（Ｐ２０１３−７３８５８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３５７５（Ｐ２０１１−２１３５７５）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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