集合住宅電力システム
【課題】燃料電池に対する制御を要することなく、燃料電池の発電効率を向上させることができるようにする。
【解決手段】電力を消費するＭ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝を含む集合住宅１００で用いられる集合住宅電力システムであって、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝に対応して設置されたＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力を集合住宅１００内で共用するための分電盤１３０と、を有する。集合住宅１００における燃料電池の設置個数Ｎは、集合住宅１００で最低限消費されるベース消費電力量と、各燃料電池１１１の最適発電量と、に応じて定められる。
【解決手段】電力を消費するＭ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝を含む集合住宅１００で用いられる集合住宅電力システムであって、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝に対応して設置されたＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力を集合住宅１００内で共用するための分電盤１３０と、を有する。集合住宅１００における燃料電池の設置個数Ｎは、集合住宅１００で最低限消費されるベース消費電力量と、各燃料電池１１１の最適発電量と、に応じて定められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を消費する複数の居住部を含む集合住宅で用いられる集合住宅電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅における電力系統の補助電源として燃料電池の普及が進んでいる。燃料電池は、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り電気を作り出す発電装置である。化学反応の際に発生する熱を熱交換によりお湯にして貯湯槽に貯えておき、貯湯槽内の貯湯を給湯に供するコジェネレーションシステムも知られている。
【０００３】
また、複数の居住部を備える集合住宅（マンションなど）において燃料電池により電力供給を行う集合住宅電力システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の集合住宅電力システムは、複数の居住部に対応して設けられ、対応する居住部に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、燃料電池が発電する電力のうち、対応する居住部に供給する電力以外の余剰電力を他の居住部に供給する電力ネットワークと、を有する。
【０００５】
また、特許文献１に記載の集合住宅電力システムは、居住部に供給するべき電力量が閾値よりも小さい場合、当該居住部に対応する燃料電池の発電を停止させ、当該居住部に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の集合住宅電力システムには、以下のような問題がある。
【０００８】
第１に、居住部の消費電力量に応じて燃料電池の発電を停止・起動するといった特別な制御が必要であり、燃料電池に対する制御が複雑になってしまうという問題があった。
【０００９】
第２に、燃料電池は連続的な運転に適しており、燃料電池の発電を頻繁に停止・起動すると、燃料電池の性能劣化を引き起こす問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、燃料電池に対する制御を要することなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる集合住宅電力システム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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１２】
本発明に係る集合住宅電力システムの特徴は、電力を消費するＭ戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝）を含む集合住宅（例えば、集合住宅１００）で用いられる集合住宅電力システムであって、前記Ｍ戸の居住部のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝）に対応して設置されたＮ個の燃料電池（例えば、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝）と、前記燃料電池が発電した電力を前記集合住宅内で共用するための分電手段（例えば、分電盤１３０）と、を有し、前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記集合住宅で最低限消費されるベース消費電力量と、前記燃料電池の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められることを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記燃料電池は、前記最適発電量で一定出力運転を行うことを要旨とする。
【００１４】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記燃料電池毎に設けられ、当該燃料電池の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯えるための貯湯槽（例えば、貯湯槽１１２）をさらに有することを要旨とする。
【００１５】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記燃料電池が前記最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、前記ベース消費電力量と同等になるように定められることを要旨とする。
【００１６】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段は、前記集合住宅の総消費電力量に対して前記燃料電池の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段（例えば、系統電源１０及び変電設備２０）が供給する電力によって補うように構成されることを要旨とする。
【００１７】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段を制御する第１の制御手段（例えば、分電盤制御部１４４）をさらに有し、前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部（例えば、共用部１２０）をさらに含み、前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量以上である場合に、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝）に対し、前記燃料電池が発電した電力の供給を停止するように、前記分電手段を制御する供給停止制御を行うことを要旨とする。
【００１８】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段（例えば、負荷制御部１４５）をさらに有し、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記供給停止制御が行われても、前記共用部で消費される電力が不足する場合には、前記Ｎ戸の居住部の消費電力量を制限する。
【００１９】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段を制御する第１の制御手段（例えば、分電盤制御部１４４）をさらに有し、前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部（例えば、共用部１２０）をさらに含み、前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量よりも小さい場合に、前記燃料電池が発電した電力から前記Ｎ戸の居住部及び前記共用部のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝）に対して供給するよう前記分電手段を制御する余剰電力供給制御を行うことを要旨とする。
【００２０】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段（例えば、負荷制御部１４５）をさらに有し、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記余剰電力供給制御が行われる際に、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の総消費電力量が前記余剰電力の電力量以下になるように、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の消費電力量を制限することを要旨とする。
【００２１】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記Ｎ戸の居住部のそれぞれは、対応する燃料電池が発電した電力のうち、他の居住部又は前記共用部へ供給した電力量を売電電力量として測定する測定手段（例えば、売電メーター１１４）を有し、前記第２の制御手段により前記Ｎ戸の居住部の消費電力量が制限される期間の前記売電電力量は、他の期間の前記売電電力量と分けて管理されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池に対する制御を要することなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる集合住宅電力システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】集合住宅電力システムが適用される集合住宅の概略構成図である。
【図２】集合住宅電力システムのブロック図である。
【図３】燃料電池が設置された居住部のブロック図である。
【図４】燃料電池が設置されない居住部のブロック図である。
【図５】制御装置のブロック図である。
【図６】集合住宅電力システムにおける停電時の動作フロー図 である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る集合住宅電力システムが適用される集合住宅１００の概略構成図である。以下の図１〜図４において、電力ラインは太線で示し、通信ラインは破線で示している。なお、通信ラインは有線に限らず、無線であってもよい。
【００２６】
図１に示すように、集合住宅１００は、一括受電会社によって管理される変電設備２０から低圧電力の供給を受ける。変電設備２０は、電力会社によって管理される系統電源１０から高圧電力の供給を受ける受電部２１と、系統電源１０から供給される高圧電力を低圧電力に変換して集合住宅１００に供給する変圧部２２と、を含む。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る集合住宅電力システムのブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態に係る集合住宅電力システムは、電力を消費するＭ（Ｍ≧２）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝と、集合住宅１００の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部１２０と、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝に対応して設置されたＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力を集合住宅１００内で共用するための分電盤１３０と、各種の制御を行う制御装置１４０と、を有する。
【００２９】
Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のそれぞれは、電力ラインを介して分電盤１３０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。
【００３０】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝には、それぞれ対応する居住部１１０に電力を供給するＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が設置されている。詳細には、居住部１１０−１には燃料電池１１１−１が設置され、居住部１１０−２には燃料電池１１１−２が設置される。Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝には、燃料電池１１１が設置されていない。
【００３１】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれは、対応する燃料電池１１１が発電する電力と、分電盤１３０を介して供給される電力と、を消費する。本実施形態では、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれは、対応する燃料電池１１１が発電した電力を優先的に消費する。そして、対応する燃料電池１１１が発電した電力に不足がある場合には、分電盤１３０を介して供給される電力によって当該不足分を賄う。これに対し、対応する燃料電池１１１が発電した電力に余剰がある場合には、当該余剰分（余剰電力）を分電盤１３０に出力する。
【００３２】
（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれは、燃料電池１１１が設置されていないため、分電盤１３０を介して供給される電力を消費する。居住部１１０の構成については後述する。
【００３３】
燃料電池１１１は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、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り発電を行い、発電した電力を出力する。燃料電池１１１は、定格出力電力量で発電運転を行うと、エネルギー変換効率が最も高くなる。言い換えると、燃料電池１１１は、定格出力電力量よりも少ない出力電力量で発電運転を行うと、エネルギー変換効率は低くなる。よって、当該定格出力電力量が燃料電池１１１の最適発電量となる。本実施形態では、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれは、最適発電量で一定出力運転を行う。
【００３４】
共用部１２０は、電力ラインを介して分電盤１３０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。共用部１２０は、例えば、集合住宅１００のエントランス部（自動ドアなど）やエレベーターを含む。共用部１２０は、分電盤１３０を介して供給される電力を消費する。
【００３５】
分電盤１３０は、電力ラインを介して変電設備２０と接続され、電力ラインを介して居住部１１０及び共用部１２０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。分電盤１３０は、変電設備２０から供給される電力（低圧電力）を居住部１１０及び共用部１２０に分配する。
【００３６】
分電盤１３０は、集合住宅１００の総消費電力量に対して燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段（変電設備２０）から供給される電力によって補うように構成される。
【００３７】
本実施形態では、分電盤１３０は、燃料電池１１１が設置される居住部１１０については、対応する燃料電池１１１が発電した電力に不足がある場合には、当該居住部１１０に対して、燃料電池１１１が設置される他の居住部１１０からの電力を供給することで、当該不足分の電力を賄い、それでもまだ不足がある場合には、変電設備２０からの電力を供給する。
【００３８】
また、分電盤１３０は、燃料電池１１１が設置される居住部１１０については、対応する燃料電池１１１が発電した電力に余剰がある場合には、当該余剰分の電力を他の居住部１１０に供給することで、当該燃料電池１１１が発電した電力を居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝で共用するように構成される。
【００３９】
分電盤１３０は、居住部１１０毎に設けられた電力供給停止用リレー１３１を含む。電力供給停止用リレー１３１は、通常は導通状態（オン状態）であるが、制御装置１４０からの制御に応じて非導通状態（オフ状態）に切り替わる。電力供給停止用リレー１３１がオフ状態である場合、当該電力供給停止用リレー１３１に対応する居住部１１０には、変電設備２０からの電力及び燃料電池１１１が設置される他の居住部１１０からの電力が供給されない。
【００４０】
制御装置１４０は、集合住宅１００でのエネルギー管理を行うためのエネルギー管理システム（ＥＭＳ）に相当する。本実施形態では、制御装置１４０は、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれの状態（消費電力量など）を監視したり、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれに対する制御を行ったりする。制御装置１４０の構成については後述する。
【００４１】
このような集合住宅電力システムにおいて、集合住宅１００における燃料電池１１１の設置個数Ｎは、集合住宅１００のベース消費電力量と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められる。詳細には、燃料電池１１１の設置個数Ｎは、燃料電池１１１が最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、集合住宅１００のベース消費電力量と同等になるように定められる。
【００４２】
ここで、集合住宅１００のベース消費電力量とは、集合住宅１００で最低限消費される電力量である。例えば、ベース消費電力量は、必ず消費される電力量であり、共用部１２０の消費電力量の最小値と、居住部１１０毎の消費電力量の最小値との和により定められる。居住部１１０の消費電力量の最小値とは、当該居住部１１０において継続的に動作させる必要のある負荷（冷蔵庫など）の消費電力量に相当する。また、燃料電池１１１の最適発電量とは、上述したように、当該燃料電池１１１の定格出力電力量である。よって、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれの定格出力電力量が等しいと仮定し、集合住宅１００のベース消費電力量をＸ［Ｗ］、燃料電池１１１の定格出力電力量をＹ［Ｗ］とすると、集合住宅１００における燃料電池１１１の設置個数Ｎは、ＸをＹで除算した値（余りを除く）である。
【００４３】
このように、燃料電池１１１が最適発電量（定格出力電力量）で発電を行う場合の総発電量が、集合住宅１００のベース消費電力量と同等になるように、燃料電池１１１の設置個数Ｎを定めることによって、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれが最適発電量で一定出力運転を行っても、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量を集合住宅１００内で消費できる。
【００４４】
ただし、このように燃料電池１１１の設置個数Ｎを定めると、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量のみで集合住宅１００の総消費電力量を十分に賄うことは期待できない。このため、集合住宅１００の総消費電力量に対して燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、変電設備２０から供給される電力によって賄うようにしている。
【００４５】
次に、居住部１１０の構成を説明する。図３は、燃料電池１１１が設置された居住部１１０のブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、居住部１１０は、燃料電池１１１と、貯湯槽１１２と、複数の負荷｛１１３−１〜１１３−ｎ｝と、売電メーター１１４と、買電メーター１１５と、を含む。
【００４７】
燃料電池１１１は、例えばＳＯＦＣであり、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り発電を行い、発電した電力を出力する。上述したように、燃料電池１１１は、最適発電量（定格出力電力量）で一定出力運転を行う。
【００４８】
貯湯槽１１２は、居住部１１０における給湯のために、燃料電池１１１の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯える。燃料電池１１１の発電電力量が大きいほど、貯湯槽１１２に貯えられるお湯も多くなるため、燃料電池１１１が最適発電量で一定出力運転を行うことによって、燃料電池１１１が設置された居住部１１０での給湯可能量を多くできる。
【００４９】
負荷１１３は、燃料電池１１１からの電力（及び分電盤１３０からの電力）を消費する機器であり、例えば冷蔵庫、空調機、照明、テレビ受像機などである。空調機、テレビ受像機などは継続的に動作しない機器であるが、冷蔵庫は継続的に動作することが必要な機器であるため、上述したベース消費電力量を算定するに際して冷蔵庫の消費電力量が使用される。本実施形態では、負荷１１３は、通信ラインを介して制御装置１４０に接続されており、制御装置１４０からの制御を受け付け可能である。負荷１１３は、制御装置１４０からの制御に応じて、通常モードから低消費電力モードへ切り替え可能に構成される。ただし、居住部１１０に専用のＥＭＳ（いわゆる、ＨＥＭＳ）が設置される場合には、負荷１１３は、当該ＨＥＭＳを介して、制御装置１４０からの制御を受け付けてもよい。
【００５０】
売電メーター１１４は、燃料電池１１１及び負荷１１３と、分電盤１３０と、の間の電力ライン上に設置される。売電メーター１１４は、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。売電メーター１１４は、燃料電池１１１からの電力を分電盤１３０に出力する電力量（すなわち、他の居住部１１０又は共用部１２０へ供給した電力量）を売電電力量として測定し、測定した売電電力量を蓄積（積算）する。また、売電メーター１１４は、記憶している売電電力量を、通信ラインを介して制御装置１４０に出力する。
【００５１】
買電メーター１１５は、燃料電池１１１及び負荷１１３と、分電盤１３０と、の間の電力ライン上に設置される。買電メーター１１５は、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。買電メーター１１５は、分電盤１３０から負荷１１３に供給される電力量を買電電力量として測定し、測定した買電電力量を蓄積（積算）する。また、買電メーター１１５は、記憶している買電電力量を、通信ラインを介して制御装置１４０に出力する。
【００５２】
図４は、燃料電池１１１が設置されない居住部１１０のブロック図である。
【００５３】
図４に示すように、居住部１１０は、燃料電池１１１と、貯湯槽１１２と、売電メーター１１４と、を有していない点で、図３の居住部１１０とは異なる。その他の構成は、図３の居住部１１０と同様である。
【００５４】
次に、制御装置１４０の構成を説明する。図５は、制御装置１４０のブロック図である。
【００５５】
図５に示すように、制御装置１４０は、通信部１４１と、処理部１４６と、を含む。通信部１４１は、通信ラインを介して、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれと通信する。処理部１４６は、ＣＰＵやメモリを用いて構成されており、当該メモリに記憶されているプログラムを実行することで、後述する各種の機能部を構成する。
【００５６】
処理部１４６は、取得部１４２と、電力管理部１４３と、分電盤制御部１４４と、負荷制御部１４５と、を含む。
【００５７】
取得部１４２は、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれから各種の情報を取得する。例えば、取得部１４２は、燃料電池１１１が設置された居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれから売電電力量及び買電電力量を定期的に取得し、燃料電池１１１が設置されない居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれから買電電力量を定期的に取得する。
【００５８】
電力管理部１４３は、取得部１４２が取得する売電電力量及び買電電力量を居住部１１０毎に記憶及び管理する。電力管理部１４３によって管理される情報は、例えば一括受電会社によって、居住部１１０毎の電気料金の精算に利用される。
【００５９】
分電盤制御部１４４及び負荷制御部１４５は、変電設備２０からの電力供給停止時（すなわち、停電時）において、共用部１２０に対する電力供給を優先するための制御を行う。当該制御については後述する。
【００６０】
次に、本実施形態に係る集合住宅電力システムにおける停電時の動作を説明する。図６は、本実施形態に係る集合住宅電力システムにおける停電時の動作フロー図である。本フローは、制御装置１４０が停電を検知した場合に定期的に実施される。制御装置１４０は、分電盤１３０からの情報又は外部ネットワーク（不図示）からの情報によって停電を検知する。
【００６１】
図６に示すように、ステップＳ１１において、取得部１４２は、燃料電池１１１が設置されたＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と、共用部１２０の消費電力量と、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量と、を取得する。そして、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和を、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量と比較する。
【００６２】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和が、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量以上である場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、分電盤制御部１４４は、燃料電池１１１が設置されない（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝に対し、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力の供給を停止するように、分電盤１３０を制御する供給停止制御を行う。詳細には、分電盤制御部１４４は、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれに対応する電力供給停止用リレー１３１をオフするように制御する。これにより、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝への電力供給よりも、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０への電力供給を優先することができる。
【００６３】
ステップＳ１４において、負荷制御部１４５は、共用部１２０へ供給される電力量が十分であるか否かを判定する。具体的な判定としては、予め共用部１２０に必要とされる電力量を計測あるいは算出して記憶しておき、供給される電力量と記憶した電力量とを比較することで十分であるか否かを判定する。
【００６４】
共用部１２０へ供給される電力量が不十分である場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、ステップＳ１５において、負荷制御部１４５は、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の消費電力量を制限する。詳細には、負荷制御部１４５は、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれに設けられた各負荷１１３を通常モードから低消費電力モードに切り替えるように制御する。これにより、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝への電力供給よりも、共用部１２０への電力供給を優先することができる。
【００６５】
一方、ステップＳ１２において、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和が、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量未満である場合、ステップＳ１６において、分電盤制御部１４４は、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力からＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝に対して供給するよう分電盤１３０を制御する余剰電力供給制御を行う。具体的な制御としては、（Ｍ−Ｎ）戸全てに供給することが困難な場合は、事前に優先順位付けされたX戸以外に対して供給を停止する制御を行う。あるいは、分電盤１３０の制御ではないが、（Ｍ−Ｎ）戸においては家電使用を制限し（例えば冷蔵庫のみ使用可能にする）、その消費電力和が余剰電力と同等になるような制御をしてもよい。
【００６６】
これにより、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０への電力供給だけでなく、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝への電力供給も可能になる。
【００６７】
ステップＳ１７において、負荷制御部１４５は、このような余剰電力供給制御に当たり、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の総消費電力量が余剰電力の電力量以下になるように、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の消費電力量を制限する。詳細には、負荷制御部１４５は、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれに設けられた各負荷１１３のうち、余剰電力の電力量に応じた数の負荷１１３を通常モードから低消費電力モードに切り替えるように制御する。これにより、余剰電力の電力量と（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の総消費電力量とを同等にすることができる。
【００６８】
なお、売電メーター１１４及び／又は電力管理部１４３は、このような停電時制御を考慮して、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれの売電電力量を管理する。本実施形態では、売電メーター１１４及び／又は電力管理部１４３は、通常時の売電電力量と、停電時の売電電力量と、停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量と、を分けて管理する。このように分けて管理することで、通常時の売電電力量と、停電時の売電電力量と、停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量と、で売電電力料金を異ならせることができる。例えば、居住部１１０毎の電気料金を精算する一括受電会社は、通常時の売電電力量よりも停電時の売電電力量を高額にし、且つ、停電時の売電電力量よりも停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量を高額にすることができる。
【００６９】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、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る。
【００７０】
上述した実施形態では、各燃料電池１１１が最適発電量で一定出力運転を行う一例を説明したが、各燃料電池１１１が、負荷消費電力量に応じて発電量を制御（負荷追従制御）してもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態では、燃料電池１１１は、居住部１１０の内部に設置されていたが、居住部１１０の外部に設置されてもよい。
【００７２】
さらに、上述した実施形態では、燃料電池１１１毎（居住部１１０毎）に貯湯槽１１２が設けられていたが、複数の燃料電池１１１（複数の居住部１１０）で１つの貯湯槽を共用する構成でもよい。
【００７３】
上述した実施形態では、集合住宅１００が、一括受電会社によって管理される変電設備２０から低圧電力の供給を受ける一例を説明したが、一括受電会社によって管理される変電設備２０を介さずに、系統電源１０から低圧電力を集合住宅１００に供給してもよい。また、集合住宅１００に太陽電池及び／又は蓄電池が設置され、当該太陽電池及び／又は当該蓄電池が分電盤１３０に接続されていてもよい。
【００７４】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００７５】
１０…系統電源、２０…変電設備、２１…受電部、２２…変圧部、１００…集合住宅、１１０…居住部、１１１…燃料電池、１１２…貯湯槽、１１３…負荷、１１４…売電メーター、１１５…買電メーター、１２０…共用部、１３０…分電盤、１３１…電力供給停止用リレー、１４０…制御装置、１４１…通信部、１４２…取得部、１４３…電力管理部、１４４…分電盤制御部、１４５…負荷制御部、１４６…処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を消費する複数の居住部を含む集合住宅で用いられる集合住宅電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅における電力系統の補助電源として燃料電池の普及が進んでいる。燃料電池は、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り電気を作り出す発電装置である。化学反応の際に発生する熱を熱交換によりお湯にして貯湯槽に貯えておき、貯湯槽内の貯湯を給湯に供するコジェネレーションシステムも知られている。
【０００３】
また、複数の居住部を備える集合住宅（マンションなど）において燃料電池により電力供給を行う集合住宅電力システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の集合住宅電力システムは、複数の居住部に対応して設けられ、対応する居住部に供給するべき電力を発電して供給する複数の燃料電池と、燃料電池が発電する電力のうち、対応する居住部に供給する電力以外の余剰電力を他の居住部に供給する電力ネットワークと、を有する。
【０００５】
また、特許文献１に記載の集合住宅電力システムは、居住部に供給するべき電力量が閾値よりも小さい場合、当該居住部に対応する燃料電池の発電を停止させ、当該居住部に供給するべき電力を、他の燃料電池に余剰電力として発電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の集合住宅電力システムには、以下のような問題がある。
【０００８】
第１に、居住部の消費電力量に応じて燃料電池の発電を停止・起動するといった特別な制御が必要であり、燃料電池に対する制御が複雑になってしまうという問題があった。
【０００９】
第２に、燃料電池は連続的な運転に適しており、燃料電池の発電を頻繁に停止・起動すると、燃料電池の性能劣化を引き起こす問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、燃料電池に対する制御を要することなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる集合住宅電力システム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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１２】
本発明に係る集合住宅電力システムの特徴は、電力を消費するＭ戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝）を含む集合住宅（例えば、集合住宅１００）で用いられる集合住宅電力システムであって、前記Ｍ戸の居住部のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝）に対応して設置されたＮ個の燃料電池（例えば、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝）と、前記燃料電池が発電した電力を前記集合住宅内で共用するための分電手段（例えば、分電盤１３０）と、を有し、前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記集合住宅で最低限消費されるベース消費電力量と、前記燃料電池の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められることを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記燃料電池は、前記最適発電量で一定出力運転を行うことを要旨とする。
【００１４】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記燃料電池毎に設けられ、当該燃料電池の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯えるための貯湯槽（例えば、貯湯槽１１２）をさらに有することを要旨とする。
【００１５】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記燃料電池が前記最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、前記ベース消費電力量と同等になるように定められることを要旨とする。
【００１６】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段は、前記集合住宅の総消費電力量に対して前記燃料電池の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段（例えば、系統電源１０及び変電設備２０）が供給する電力によって補うように構成されることを要旨とする。
【００１７】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段を制御する第１の制御手段（例えば、分電盤制御部１４４）をさらに有し、前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部（例えば、共用部１２０）をさらに含み、前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量以上である場合に、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝）に対し、前記燃料電池が発電した電力の供給を停止するように、前記分電手段を制御する供給停止制御を行うことを要旨とする。
【００１８】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段（例えば、負荷制御部１４５）をさらに有し、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記供給停止制御が行われても、前記共用部で消費される電力が不足する場合には、前記Ｎ戸の居住部の消費電力量を制限する。
【００１９】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記分電手段を制御する第１の制御手段（例えば、分電盤制御部１４４）をさらに有し、前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部（例えば、共用部１２０）をさらに含み、前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量よりも小さい場合に、前記燃料電池が発電した電力から前記Ｎ戸の居住部及び前記共用部のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部（例えば、居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝）に対して供給するよう前記分電手段を制御する余剰電力供給制御を行うことを要旨とする。
【００２０】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段（例えば、負荷制御部１４５）をさらに有し、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記余剰電力供給制御が行われる際に、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の総消費電力量が前記余剰電力の電力量以下になるように、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の消費電力量を制限することを要旨とする。
【００２１】
本発明に係る集合住宅電力システムの他の特徴は、上述した特徴において、前記Ｎ戸の居住部のそれぞれは、対応する燃料電池が発電した電力のうち、他の居住部又は前記共用部へ供給した電力量を売電電力量として測定する測定手段（例えば、売電メーター１１４）を有し、前記第２の制御手段により前記Ｎ戸の居住部の消費電力量が制限される期間の前記売電電力量は、他の期間の前記売電電力量と分けて管理されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池に対する制御を要することなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる集合住宅電力システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】集合住宅電力システムが適用される集合住宅の概略構成図である。
【図２】集合住宅電力システムのブロック図である。
【図３】燃料電池が設置された居住部のブロック図である。
【図４】燃料電池が設置されない居住部のブロック図である。
【図５】制御装置のブロック図である。
【図６】集合住宅電力システムにおける停電時の動作フロー図 である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の実施形態に係る図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る集合住宅電力システムが適用される集合住宅１００の概略構成図である。以下の図１〜図４において、電力ラインは太線で示し、通信ラインは破線で示している。なお、通信ラインは有線に限らず、無線であってもよい。
【００２６】
図１に示すように、集合住宅１００は、一括受電会社によって管理される変電設備２０から低圧電力の供給を受ける。変電設備２０は、電力会社によって管理される系統電源１０から高圧電力の供給を受ける受電部２１と、系統電源１０から供給される高圧電力を低圧電力に変換して集合住宅１００に供給する変圧部２２と、を含む。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る集合住宅電力システムのブロック図である。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態に係る集合住宅電力システムは、電力を消費するＭ（Ｍ≧２）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝と、集合住宅１００の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部１２０と、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝に対応して設置されたＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力を集合住宅１００内で共用するための分電盤１３０と、各種の制御を行う制御装置１４０と、を有する。
【００２９】
Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のそれぞれは、電力ラインを介して分電盤１３０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。
【００３０】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝には、それぞれ対応する居住部１１０に電力を供給するＮ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が設置されている。詳細には、居住部１１０−１には燃料電池１１１−１が設置され、居住部１１０−２には燃料電池１１１−２が設置される。Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝には、燃料電池１１１が設置されていない。
【００３１】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれは、対応する燃料電池１１１が発電する電力と、分電盤１３０を介して供給される電力と、を消費する。本実施形態では、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれは、対応する燃料電池１１１が発電した電力を優先的に消費する。そして、対応する燃料電池１１１が発電した電力に不足がある場合には、分電盤１３０を介して供給される電力によって当該不足分を賄う。これに対し、対応する燃料電池１１１が発電した電力に余剰がある場合には、当該余剰分（余剰電力）を分電盤１３０に出力する。
【００３２】
（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれは、燃料電池１１１が設置されていないため、分電盤１３０を介して供給される電力を消費する。居住部１１０の構成については後述する。
【００３３】
燃料電池１１１は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、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り発電を行い、発電した電力を出力する。燃料電池１１１は、定格出力電力量で発電運転を行うと、エネルギー変換効率が最も高くなる。言い換えると、燃料電池１１１は、定格出力電力量よりも少ない出力電力量で発電運転を行うと、エネルギー変換効率は低くなる。よって、当該定格出力電力量が燃料電池１１１の最適発電量となる。本実施形態では、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれは、最適発電量で一定出力運転を行う。
【００３４】
共用部１２０は、電力ラインを介して分電盤１３０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。共用部１２０は、例えば、集合住宅１００のエントランス部（自動ドアなど）やエレベーターを含む。共用部１２０は、分電盤１３０を介して供給される電力を消費する。
【００３５】
分電盤１３０は、電力ラインを介して変電設備２０と接続され、電力ラインを介して居住部１１０及び共用部１２０と接続され、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。分電盤１３０は、変電設備２０から供給される電力（低圧電力）を居住部１１０及び共用部１２０に分配する。
【００３６】
分電盤１３０は、集合住宅１００の総消費電力量に対して燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段（変電設備２０）から供給される電力によって補うように構成される。
【００３７】
本実施形態では、分電盤１３０は、燃料電池１１１が設置される居住部１１０については、対応する燃料電池１１１が発電した電力に不足がある場合には、当該居住部１１０に対して、燃料電池１１１が設置される他の居住部１１０からの電力を供給することで、当該不足分の電力を賄い、それでもまだ不足がある場合には、変電設備２０からの電力を供給する。
【００３８】
また、分電盤１３０は、燃料電池１１１が設置される居住部１１０については、対応する燃料電池１１１が発電した電力に余剰がある場合には、当該余剰分の電力を他の居住部１１０に供給することで、当該燃料電池１１１が発電した電力を居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝で共用するように構成される。
【００３９】
分電盤１３０は、居住部１１０毎に設けられた電力供給停止用リレー１３１を含む。電力供給停止用リレー１３１は、通常は導通状態（オン状態）であるが、制御装置１４０からの制御に応じて非導通状態（オフ状態）に切り替わる。電力供給停止用リレー１３１がオフ状態である場合、当該電力供給停止用リレー１３１に対応する居住部１１０には、変電設備２０からの電力及び燃料電池１１１が設置される他の居住部１１０からの電力が供給されない。
【００４０】
制御装置１４０は、集合住宅１００でのエネルギー管理を行うためのエネルギー管理システム（ＥＭＳ）に相当する。本実施形態では、制御装置１４０は、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれの状態（消費電力量など）を監視したり、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれに対する制御を行ったりする。制御装置１４０の構成については後述する。
【００４１】
このような集合住宅電力システムにおいて、集合住宅１００における燃料電池１１１の設置個数Ｎは、集合住宅１００のベース消費電力量と、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められる。詳細には、燃料電池１１１の設置個数Ｎは、燃料電池１１１が最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、集合住宅１００のベース消費電力量と同等になるように定められる。
【００４２】
ここで、集合住宅１００のベース消費電力量とは、集合住宅１００で最低限消費される電力量である。例えば、ベース消費電力量は、必ず消費される電力量であり、共用部１２０の消費電力量の最小値と、居住部１１０毎の消費電力量の最小値との和により定められる。居住部１１０の消費電力量の最小値とは、当該居住部１１０において継続的に動作させる必要のある負荷（冷蔵庫など）の消費電力量に相当する。また、燃料電池１１１の最適発電量とは、上述したように、当該燃料電池１１１の定格出力電力量である。よって、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれの定格出力電力量が等しいと仮定し、集合住宅１００のベース消費電力量をＸ［Ｗ］、燃料電池１１１の定格出力電力量をＹ［Ｗ］とすると、集合住宅１００における燃料電池１１１の設置個数Ｎは、ＸをＹで除算した値（余りを除く）である。
【００４３】
このように、燃料電池１１１が最適発電量（定格出力電力量）で発電を行う場合の総発電量が、集合住宅１００のベース消費電力量と同等になるように、燃料電池１１１の設置個数Ｎを定めることによって、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれが最適発電量で一定出力運転を行っても、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量を集合住宅１００内で消費できる。
【００４４】
ただし、このように燃料電池１１１の設置個数Ｎを定めると、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量のみで集合住宅１００の総消費電力量を十分に賄うことは期待できない。このため、集合住宅１００の総消費電力量に対して燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、変電設備２０から供給される電力によって賄うようにしている。
【００４５】
次に、居住部１１０の構成を説明する。図３は、燃料電池１１１が設置された居住部１１０のブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、居住部１１０は、燃料電池１１１と、貯湯槽１１２と、複数の負荷｛１１３−１〜１１３−ｎ｝と、売電メーター１１４と、買電メーター１１５と、を含む。
【００４７】
燃料電池１１１は、例えばＳＯＦＣであり、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り発電を行い、発電した電力を出力する。上述したように、燃料電池１１１は、最適発電量（定格出力電力量）で一定出力運転を行う。
【００４８】
貯湯槽１１２は、居住部１１０における給湯のために、燃料電池１１１の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯える。燃料電池１１１の発電電力量が大きいほど、貯湯槽１１２に貯えられるお湯も多くなるため、燃料電池１１１が最適発電量で一定出力運転を行うことによって、燃料電池１１１が設置された居住部１１０での給湯可能量を多くできる。
【００４９】
負荷１１３は、燃料電池１１１からの電力（及び分電盤１３０からの電力）を消費する機器であり、例えば冷蔵庫、空調機、照明、テレビ受像機などである。空調機、テレビ受像機などは継続的に動作しない機器であるが、冷蔵庫は継続的に動作することが必要な機器であるため、上述したベース消費電力量を算定するに際して冷蔵庫の消費電力量が使用される。本実施形態では、負荷１１３は、通信ラインを介して制御装置１４０に接続されており、制御装置１４０からの制御を受け付け可能である。負荷１１３は、制御装置１４０からの制御に応じて、通常モードから低消費電力モードへ切り替え可能に構成される。ただし、居住部１１０に専用のＥＭＳ（いわゆる、ＨＥＭＳ）が設置される場合には、負荷１１３は、当該ＨＥＭＳを介して、制御装置１４０からの制御を受け付けてもよい。
【００５０】
売電メーター１１４は、燃料電池１１１及び負荷１１３と、分電盤１３０と、の間の電力ライン上に設置される。売電メーター１１４は、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。売電メーター１１４は、燃料電池１１１からの電力を分電盤１３０に出力する電力量（すなわち、他の居住部１１０又は共用部１２０へ供給した電力量）を売電電力量として測定し、測定した売電電力量を蓄積（積算）する。また、売電メーター１１４は、記憶している売電電力量を、通信ラインを介して制御装置１４０に出力する。
【００５１】
買電メーター１１５は、燃料電池１１１及び負荷１１３と、分電盤１３０と、の間の電力ライン上に設置される。買電メーター１１５は、通信ラインを介して制御装置１４０と接続される。買電メーター１１５は、分電盤１３０から負荷１１３に供給される電力量を買電電力量として測定し、測定した買電電力量を蓄積（積算）する。また、買電メーター１１５は、記憶している買電電力量を、通信ラインを介して制御装置１４０に出力する。
【００５２】
図４は、燃料電池１１１が設置されない居住部１１０のブロック図である。
【００５３】
図４に示すように、居住部１１０は、燃料電池１１１と、貯湯槽１１２と、売電メーター１１４と、を有していない点で、図３の居住部１１０とは異なる。その他の構成は、図３の居住部１１０と同様である。
【００５４】
次に、制御装置１４０の構成を説明する。図５は、制御装置１４０のブロック図である。
【００５５】
図５に示すように、制御装置１４０は、通信部１４１と、処理部１４６と、を含む。通信部１４１は、通信ラインを介して、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれと通信する。処理部１４６は、ＣＰＵやメモリを用いて構成されており、当該メモリに記憶されているプログラムを実行することで、後述する各種の機能部を構成する。
【００５６】
処理部１４６は、取得部１４２と、電力管理部１４３と、分電盤制御部１４４と、負荷制御部１４５と、を含む。
【００５７】
取得部１４２は、居住部１１０、共用部１２０、及び分電盤１３０のそれぞれから各種の情報を取得する。例えば、取得部１４２は、燃料電池１１１が設置された居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれから売電電力量及び買電電力量を定期的に取得し、燃料電池１１１が設置されない居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれから買電電力量を定期的に取得する。
【００５８】
電力管理部１４３は、取得部１４２が取得する売電電力量及び買電電力量を居住部１１０毎に記憶及び管理する。電力管理部１４３によって管理される情報は、例えば一括受電会社によって、居住部１１０毎の電気料金の精算に利用される。
【００５９】
分電盤制御部１４４及び負荷制御部１４５は、変電設備２０からの電力供給停止時（すなわち、停電時）において、共用部１２０に対する電力供給を優先するための制御を行う。当該制御については後述する。
【００６０】
次に、本実施形態に係る集合住宅電力システムにおける停電時の動作を説明する。図６は、本実施形態に係る集合住宅電力システムにおける停電時の動作フロー図である。本フローは、制御装置１４０が停電を検知した場合に定期的に実施される。制御装置１４０は、分電盤１３０からの情報又は外部ネットワーク（不図示）からの情報によって停電を検知する。
【００６１】
図６に示すように、ステップＳ１１において、取得部１４２は、燃料電池１１１が設置されたＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と、共用部１２０の消費電力量と、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量と、を取得する。そして、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和を、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量と比較する。
【００６２】
Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和が、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量以上である場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、分電盤制御部１４４は、燃料電池１１１が設置されない（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝に対し、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力の供給を停止するように、分電盤１３０を制御する供給停止制御を行う。詳細には、分電盤制御部１４４は、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれに対応する電力供給停止用リレー１３１をオフするように制御する。これにより、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝への電力供給よりも、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０への電力供給を優先することができる。
【００６３】
ステップＳ１４において、負荷制御部１４５は、共用部１２０へ供給される電力量が十分であるか否かを判定する。具体的な判定としては、予め共用部１２０に必要とされる電力量を計測あるいは算出して記憶しておき、供給される電力量と記憶した電力量とを比較することで十分であるか否かを判定する。
【００６４】
共用部１２０へ供給される電力量が不十分である場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、ステップＳ１５において、負荷制御部１４５は、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の消費電力量を制限する。詳細には、負荷制御部１４５は、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝のそれぞれに設けられた各負荷１１３を通常モードから低消費電力モードに切り替えるように制御する。これにより、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝への電力供給よりも、共用部１２０への電力供給を優先することができる。
【００６５】
一方、ステップＳ１２において、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝の総消費電力量と共用部１２０の消費電力量との和が、燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝の総発電量未満である場合、ステップＳ１６において、分電盤制御部１４４は、Ｎ個の燃料電池｛１１１−１〜１１１−Ｎ｝が発電した電力からＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、Ｍ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｍ｝のうちＮ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝に対して供給するよう分電盤１３０を制御する余剰電力供給制御を行う。具体的な制御としては、（Ｍ−Ｎ）戸全てに供給することが困難な場合は、事前に優先順位付けされたX戸以外に対して供給を停止する制御を行う。あるいは、分電盤１３０の制御ではないが、（Ｍ−Ｎ）戸においては家電使用を制限し（例えば冷蔵庫のみ使用可能にする）、その消費電力和が余剰電力と同等になるような制御をしてもよい。
【００６６】
これにより、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝及び共用部１２０への電力供給だけでなく、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝への電力供給も可能になる。
【００６７】
ステップＳ１７において、負荷制御部１４５は、このような余剰電力供給制御に当たり、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の総消費電力量が余剰電力の電力量以下になるように、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の消費電力量を制限する。詳細には、負荷制御部１４５は、（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝のそれぞれに設けられた各負荷１１３のうち、余剰電力の電力量に応じた数の負荷１１３を通常モードから低消費電力モードに切り替えるように制御する。これにより、余剰電力の電力量と（Ｍ−Ｎ）戸の居住部｛１１０−（Ｎ＋１）〜１１０−Ｍ｝の総消費電力量とを同等にすることができる。
【００６８】
なお、売電メーター１１４及び／又は電力管理部１４３は、このような停電時制御を考慮して、Ｎ戸の居住部｛１１０−１〜１１０−Ｎ｝のそれぞれの売電電力量を管理する。本実施形態では、売電メーター１１４及び／又は電力管理部１４３は、通常時の売電電力量と、停電時の売電電力量と、停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量と、を分けて管理する。このように分けて管理することで、通常時の売電電力量と、停電時の売電電力量と、停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量と、で売電電力料金を異ならせることができる。例えば、居住部１１０毎の電気料金を精算する一括受電会社は、通常時の売電電力量よりも停電時の売電電力量を高額にし、且つ、停電時の売電電力量よりも停電時に消費電力量が制限される期間の売電電力量を高額にすることができる。
【００６９】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、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る。
【００７０】
上述した実施形態では、各燃料電池１１１が最適発電量で一定出力運転を行う一例を説明したが、各燃料電池１１１が、負荷消費電力量に応じて発電量を制御（負荷追従制御）してもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態では、燃料電池１１１は、居住部１１０の内部に設置されていたが、居住部１１０の外部に設置されてもよい。
【００７２】
さらに、上述した実施形態では、燃料電池１１１毎（居住部１１０毎）に貯湯槽１１２が設けられていたが、複数の燃料電池１１１（複数の居住部１１０）で１つの貯湯槽を共用する構成でもよい。
【００７３】
上述した実施形態では、集合住宅１００が、一括受電会社によって管理される変電設備２０から低圧電力の供給を受ける一例を説明したが、一括受電会社によって管理される変電設備２０を介さずに、系統電源１０から低圧電力を集合住宅１００に供給してもよい。また、集合住宅１００に太陽電池及び／又は蓄電池が設置され、当該太陽電池及び／又は当該蓄電池が分電盤１３０に接続されていてもよい。
【００７４】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００７５】
１０…系統電源、２０…変電設備、２１…受電部、２２…変圧部、１００…集合住宅、１１０…居住部、１１１…燃料電池、１１２…貯湯槽、１１３…負荷、１１４…売電メーター、１１５…買電メーター、１２０…共用部、１３０…分電盤、１３１…電力供給停止用リレー、１４０…制御装置、１４１…通信部、１４２…取得部、１４３…電力管理部、１４４…分電盤制御部、１４５…負荷制御部、１４６…処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を消費するＭ戸の居住部を含む集合住宅で用いられる集合住宅電力システムであって、
前記Ｍ戸の居住部のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部に対応して設置されたＮ個の燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を前記集合住宅内で共用するための分電手段と、を有し、
前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記集合住宅で最低限消費されるベース消費電力量と、前記燃料電池の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められる、
ことを特徴とする集合住宅電力システム。
【請求項２】
前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記燃料電池が前記最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、前記ベース消費電力量と同等になるように定められる、
ことを特徴とする請求項１に記載の集合住宅電力システム。
【請求項３】
前記燃料電池は、前記最適発電量で一定出力運転を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集合住宅電力システム。
【請求項４】
前記燃料電池毎に設けられ、当該燃料電池の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯えるための貯湯槽をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の集合住宅電力システム。
【請求項５】
前記分電手段は、前記集合住宅の総消費電力量に対して前記燃料電池の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段が供給する電力によって補うように構成される、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の集合住宅電力システム。
【請求項６】
前記分電手段を制御する第１の制御手段をさらに有し、
前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部をさらに含み、
前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量以上である場合に、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部に対し、前記燃料電池が発電した電力の供給を停止するように、前記分電手段を制御する供給停止制御を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の集合住宅電力システム。
【請求項７】
前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段をさらに有し、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記供給停止制御が行われても、前記共用部で消費される電力が不足する場合には、前記Ｎ戸の居住部の消費電力量を制限する、
ことを特徴とする請求項６に記載の集合住宅電力システム。
【請求項８】
前記Ｎ戸の居住部のそれぞれは、対応する燃料電池が発電した電力のうち、他の居住部又は前記共用部へ供給した電力量を売電電力量として測定する測定手段を有し、
前記第２の制御手段により前記Ｎ戸の居住部の消費電力量が制限される期間の前記売電電力量は、他の期間の前記売電電力量と分けて管理される、
ことを特徴とする請求項７に記載の集合住宅電力システム。
【請求項９】
前記分電手段を制御する第１の制御手段をさらに有し、
前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部をさらに含み、
前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量よりも小さい場合に、前記燃料電池が発電した電力から前記Ｎ戸の居住部及び前記共用部のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部に対して供給するよう前記分電手段を制御する余剰電力供給制御を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の集合住宅電力システム。
【請求項１０】
前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段をさらに有し、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記余剰電力供給制御が行われる際に、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の総消費電力量が前記余剰電力の電力量以下になるように、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の消費電力量を制限する、
ことを特徴とする請求項９に記載の集合住宅電力システム。
【請求項１】
電力を消費するＭ戸の居住部を含む集合住宅で用いられる集合住宅電力システムであって、
前記Ｍ戸の居住部のうちＮ（Ｎ＜Ｍ）戸の居住部に対応して設置されたＮ個の燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を前記集合住宅内で共用するための分電手段と、を有し、
前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記集合住宅で最低限消費されるベース消費電力量と、前記燃料電池の発電効率が最適となる最適発電量と、に応じて定められる、
ことを特徴とする集合住宅電力システム。
【請求項２】
前記集合住宅における前記燃料電池の設置個数Ｎは、前記燃料電池が前記最適発電量で発電を行う場合の総発電量が、前記ベース消費電力量と同等になるように定められる、
ことを特徴とする請求項１に記載の集合住宅電力システム。
【請求項３】
前記燃料電池は、前記最適発電量で一定出力運転を行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集合住宅電力システム。
【請求項４】
前記燃料電池毎に設けられ、当該燃料電池の発電時の排熱を熱交換によりお湯にして貯えるための貯湯槽をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の集合住宅電力システム。
【請求項５】
前記分電手段は、前記集合住宅の総消費電力量に対して前記燃料電池の総発電量が不足する場合に、当該不足分の電力を、他の電力供給手段が供給する電力によって補うように構成される、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の集合住宅電力システム。
【請求項６】
前記分電手段を制御する第１の制御手段をさらに有し、
前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部をさらに含み、
前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量以上である場合に、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部に対し、前記燃料電池が発電した電力の供給を停止するように、前記分電手段を制御する供給停止制御を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の集合住宅電力システム。
【請求項７】
前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段をさらに有し、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記供給停止制御が行われても、前記共用部で消費される電力が不足する場合には、前記Ｎ戸の居住部の消費電力量を制限する、
ことを特徴とする請求項６に記載の集合住宅電力システム。
【請求項８】
前記Ｎ戸の居住部のそれぞれは、対応する燃料電池が発電した電力のうち、他の居住部又は前記共用部へ供給した電力量を売電電力量として測定する測定手段を有し、
前記第２の制御手段により前記Ｎ戸の居住部の消費電力量が制限される期間の前記売電電力量は、他の期間の前記売電電力量と分けて管理される、
ことを特徴とする請求項７に記載の集合住宅電力システム。
【請求項９】
前記分電手段を制御する第１の制御手段をさらに有し、
前記集合住宅は、前記集合住宅の居住者によって共用され且つ電力を消費する共用部をさらに含み、
前記第１の制御手段は、前記他の電力供給手段の電力供給停止時において、前記Ｎ戸の居住部の総消費電力量と前記共用部の消費電力量との和が前記燃料電池の総発電量よりも小さい場合に、前記燃料電池が発電した電力から前記Ｎ戸の居住部及び前記共用部のそれぞれの消費電力を差し引いた余剰電力を、前記Ｍ戸の居住部のうち前記Ｎ戸の居住部を除いた（Ｍ−Ｎ）戸の居住部に対して供給するよう前記分電手段を制御する余剰電力供給制御を行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の集合住宅電力システム。
【請求項１０】
前記集合住宅における消費電力量を制御する第２の制御手段をさらに有し、
前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段によって前記余剰電力供給制御が行われる際に、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の総消費電力量が前記余剰電力の電力量以下になるように、前記（Ｍ−Ｎ）戸の居住部の消費電力量を制限する、
ことを特徴とする請求項９に記載の集合住宅電力システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３８８３８（Ｐ２０１３−３８８３８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０５６１（Ｐ２０１１−１７０５６１）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【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２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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