JP-2026077158-A - 燃料電池管理システム

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Abstract

【課題】適切な燃料電池装置に対して出力制御指令を与えることができる燃料電池管理システムを提供する。【解決手段】燃料電池管理システムであって、燃料電池装置１０は、装置内部の所定部位の温度である装置内温度が少なくとも基準温度以上になったことを条件として出力電力を抑制する出力抑制運転を行い、出力抑制運転の停止条件が満たされた場合には出力抑制運転を停止させるように構成され、管理装置３０は、指令送信処理において複数の燃料電池装置１０の何れかに燃料電池装置１０の出力を増加させるための出力増加指令を送信する場合、複数の燃料電池装置１０のうち、出力電力が上限出力電力より小さく且つ出力抑制運転を行っていない燃料電池装置１０に対して出力増加指令を送信し、出力抑制運転を行っている燃料電池装置１０に対して出力増加指令を送信しない。【選択図】図２

Inventors

松崎崚

Assignees

大阪瓦斯株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (9)

複数の施設のそれぞれに設置され、設置された地域毎の配電系統に連系される燃料電池装置と、複数の前記燃料電池装置との間で前記施設の外部の遠隔地から通信を行うことができる管理装置とを備える燃料電池管理システムであって、前記管理装置は、複数の前記燃料電池装置に対して、前記燃料電池装置の出力電力を定める出力制御指令を送信する指令送信処理を行い、前記燃料電池装置は、所定の上限出力電力と下限出力電力との間で前記出力電力を調節でき、前記管理装置から前記出力制御指令を受け取った場合、前記出力制御指令の対象となる制御対象期間の間、前記出力制御指令に基づいて定まる前記出力電力の供給を目標として動作し、前記施設に設置される電力負荷装置は、当該施設に設置される前記燃料電池装置及び前記配電系統の少なくとも一方から電力供給を受けるように構成され、前記燃料電池装置は、装置内部の所定部位の温度である装置内温度が少なくとも基準温度以上になったことを条件として前記出力電力を抑制する出力抑制運転を行い、前記出力抑制運転の停止条件が満たされた場合には前記出力抑制運転を停止させるように構成され、前記管理装置は、前記指令送信処理において複数の前記燃料電池装置の何れかに前記燃料電池装置の出力を増加させるための出力増加指令を送信する場合、複数の前記燃料電池装置のうち、前記出力電力が前記上限出力電力より小さく且つ前記出力抑制運転を行っていない前記燃料電池装置に対して前記出力増加指令を送信し、前記出力抑制運転を行っている前記燃料電池装置に対して前記出力増加指令を送信しない燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力増加指令を送信する場合、力率が高く且つ前記燃料電池装置の動作環境を示す温度である動作環境温度が低い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力増加指令を送信する請求項１に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力増加指令を送信する場合、力率が高い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力増加指令を送信する請求項１に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力増加指令を送信する場合、前記燃料電池装置の動作環境を示す温度である動作環境温度が低い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力増加指令を送信する請求項１に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において複数の前記燃料電池装置の何れかに前記燃料電池装置の出力を低下させるための出力低下指令を送信する場合、複数の前記燃料電池装置のうち、前記出力電力の低下余力がある前記燃料電池装置に対して前記出力低下指令を送信し、前記燃料電池装置の前記出力電力の前記低下余力がない前記燃料電池装置に対して前記出力低下指令を送信しない請求項１に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力低下指令を送信する場合、力率が低く且つ前記燃料電池装置の動作環境を示す温度である動作環境温度が高い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力低下指令を送信する請求項５に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力低下指令を送信する場合、力率が低い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力低下指令を送信する請求項５に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、前記指令送信処理において前記出力低下指令を送信する場合、前記燃料電池装置の動作環境を示す温度である動作環境温度が高い前記燃料電池装置に対して優先的に前記出力低下指令を送信する請求項５に記載の燃料電池管理システム。
前記管理装置は、電力の取引市場において電力取引を行うアグリゲーションコーディネーターから当該電力取引によって決まった前記制御対象期間での電力の供出指令を受け取り、当該供出指令に基づいて決定した複数の前記施設のそれぞれに設置される前記燃料電池装置の前記出力電力を定める前記出力制御指令を複数の前記燃料電池装置に送信する請求項１～８の何れか一項に記載の燃料電池管理システム。

Description

本発明は、複数の施設のそれぞれに設置されて電力を出力可能な燃料電池装置と、複数の燃料電池装置との間で施設の外部の遠隔地から通信を行うことができる管理装置とを備える燃料電池管理システムに関する。特許文献１（特開２０１８－１２５９０７号公報）に開示されているように、バーチャルパワープラント（VPP:Virtual Power Plant）という概念に基づいて、複数の電源装置（電力資源１０１）と管理装置（仮想発電中央装置１０３）とを有するシステムが提案されている。また、特許文献２（特開２０１９－１７１５４号公報）にも、同様のシステムが記載されている。特許文献１及び特許文献２には、燃料電池装置を電源装置として使用するシステムが記載されている。例えば、燃料電池管理システムにおいて、調整力の供出指令を管理装置が受信すると、管理装置は、供出の当日に各施設の電源装置の調整力を配電系統に供出する。このように、分散して配置された複数の電源装置を管理装置によってまとめることにより、複数の電源装置を、一つの発電所や消費市場として機能させることができる。特開２０１８－１２５９０７号公報特開２０１９－１７１５４号公報施設と、管理装置と、アグリゲーションコーディネーターとの関係を示した図である。施設の構成例を示す図である。制御対象期間と非制御対象期間とを模式的に描いた図である。出力制御指令を与える燃料電池装置を決定する手法を説明するフローチャートである。図１は、燃料電池装置１０及び電力負荷装置４が設けられる施設２０と、管理装置３０と、アグリゲーションコーディネーター４０との関係を示した図である。図２は、施設２０の構成例を示す図である。燃料電池管理システムは、複数の施設２０のそれぞれに設置され、複数の施設２０のそれぞれにおいて配電系統１に接続される電力線２に電力を供給可能な燃料電池装置１０と、複数の燃料電池装置１０との間で施設２０の外部の遠隔地から通信を行うことができる管理装置３０とを備える。尚、図１に記載した管理装置３０の数及び施設２０の数は適宜変更可能である。管理装置３０は、リソースアグリゲーター等とも呼ばれ、VPP（Virtual Power Plant）サービス契約を締結した施設２０に対して需要家側エネルギーリソースとしての燃料電池装置１０及び電力負荷装置４への制御情報を伝達することで、その需要家側エネルギーリソースの制御を行う事業者である。アグリゲーションコーディネーター４０は、各管理装置３０が制御する電力量を束ね、電気の取引市場等において一般送配電事業者や小売電気事業者と電力取引を行う事業者である。管理装置３０は、複数の施設２０から、燃料電池装置１０の出力電力、電力負荷装置４の負荷電力、施設２０での受電点電力（即ち、施設２０から配電系統１に供給された実際の逆潮流電力、配電系統１から施設２０へ供給された受電電力）などの装置情報を逐次収集して記憶している。後述するように、燃料電池装置１０は、電力測定部８の測定結果を参照して施設２０から配電系統１へ供給される逆潮流電力（受電点電力の一例）を知ることができ、その逆潮流電力（受電点電力の一例）を上記装置情報の一つとして管理装置３０に送信できる。本実施形態で「電力負荷装置４の負荷電力」と記載する場合、施設２０に設けられている全ての電力負荷装置４の合計の負荷電力のことを意味する。そして、管理装置３０は、将来の所定の時間帯に各施設２０から供出可能な電力を予測し、アグリゲーションコーディネーター４０に伝達する。この供出可能電力は、施設２０の受電点電力を上げる能力又は下げる能力といった調整余力である。尚、本実施形態において「受電点電力を上げる」という場合、配電系統１から電力線２への受電電力を増加させる、又は、電力線２から配電系統１への逆潮流電力を減少させることを意味し、「受電点電力を下げる」という場合、配電系統１から電力線２への受電電力を減少させる、又は、電力線２から配電系統１への逆潮流電力を増加させることを意味する。例えば、施設２０の受電点電力を上げるためには、燃料電池装置１０の出力電力を下げること、及び、電力負荷装置４の負荷電力を上げることの少なくとも一方を行えばよいため、施設２０の受電点電力を上げる場合の上げ側調整余力は、燃料電池装置１０の出力電力を下げる余力がどの程度あるかを示し、電力負荷装置４の負荷電力を上げる余力がどの程度あるかを示す。また、施設２０の受電点電力を下げるためには、燃料電池装置１０の出力電力を上げること、及び、電力負荷装置４の負荷電力を下げることの少なくとも一方を行えばよいため、施設２０の受電点電力を下げる場合の下げ側調整余力は、燃料電池装置１０の出力電力を上げる余力がどの程度あるかを示し、電力負荷装置４の負荷電力を下げる余力がどの程度あるかを示す。また、管理装置３０は、自身が管理する複数の施設２０におけるベースライン受電点電力を決定する。このベースライン受電点電力は、各施設２０から調整力等（即ち、送配電事業者に提供する調整力及び小売事業者等に提供する供給力等を含む）を供出させない場合に予測される、各施設２０の受電点電力の合計に相当する。アグリゲーションコーディネーター４０は、各管理装置３０から受け取った供出可能電力を集計し、需給調整市場、卸電力市場、容量市場などの電力の取引市場への入札を行うなどして、一般送配電事業者や小売電気事業者と電力取引を行う。そして、アグリゲーションコーディネーター４０は、取引を行った一般送配電事業者や小売電気事業者から、将来の所定の制御対象期間での調整力等の供出指令を受け取った場合、その供出指令で指定された調整力等を各管理装置３０に対して分配して伝達する。管理装置３０は、アグリゲーションコーディネーター４０から供出指令を受け取った場合、その供出指令で指定された調整力等を各施設２０に対して分配して伝達する。つまり、管理装置３０は、電力の取引市場において電力取引を行うアグリゲーションコーディネーター４０からその電力取引によって決まった制御対象期間での電力の供出指令を受け取り、その供出指令に基づいて決定した複数の施設２０のそれぞれに設置される燃料電池装置１０の出力電力を定める出力制御指令を複数の燃料電池装置１０に送信する。その結果、各施設２０では、将来の所定の制御対象期間において需要家側エネルギーリソースとしての燃料電池装置１０及び電力負荷装置４の制御が行われることで、その制御が行われなかった場合と比較して、施設２０の受電点電力が増減するという調整力等の供出が行われる。施設２０には、燃料電池装置１０と、電力負荷装置４とが設けられている。燃料電池装置１０及び電力負荷装置４は、配電系統１に連系される電力線２に接続される。電力負荷装置４は、例えば照明装置、空調装置などの様々な装置であり、施設２０に設置される燃料電池装置１０及び配電系統１の少なくとも一方から電力供給を受けることができる。燃料電池装置１０は、配電系統１に接続される電力線２に接続される燃料電池部１２と、燃料電池部１２の発電電力を所定の電圧、周波数、位相に変換して電力線２に供給する電力変換部１１と、燃料電池部１２及び電力変換部１１の動作を制御する燃料電池制御部１３と、燃料電池装置１０で取り扱われる情報を記憶する記憶部１４と、装置内温度測定部１５と、環境温度測定部１６とを備える。また、燃料電池装置１０は、燃料電池部１２の燃料ガスである水素を生成する燃料改質装置を備えていてもよい。燃料電池制御部１３は、所定の上限出力電力と下限出力電力との間で、燃料電池装置１０から電力線２への出力電力を調節できる。従って、燃料電池装置１０の出力電力が上限出力電力と等しい場合には出力電力の増加余力がなく、燃料電池装置１０の出力電力が上限出力電力未満である場合には出力電力の増加余力があると言える。また、燃料電池装置１０の出力電力が下限出力電力と等しい場合には出力電力の低下余力がなく、燃料電池装置１０の出力電力が下限出力電力より大きい場合には出力電力の低下余力があると言える。更に、各施設２０において、配電系統１から電力を受電しないように燃料電池装置１０の動作を制御する場合、即ち、燃料電池装置１０の出力電力が電力負荷装置４の負荷電力以上になるように燃料電池装置１０の動作を制御する場合であれば、燃料電池装置１０の出力電力が電力負荷装置４の負荷電力と等しい場合には出力電力の低下余力がなく、燃料電池装置１０の出力電力が電力負荷装置４の負荷電力より大きい場合には出力電力の低下余力があると言える。燃料電池制御部１３は、燃料電池装置１０の出力電力を上限出力電力に維持して連続運転させることができる。また、燃料電池制御部１３は、燃料電池装置１０の出力電力を、電力負荷装置４の負荷電力に追従させる運転を行わせることもできる。例えば、燃料電池制御部１３は、電力測定部８で計測される電力（即ち、配電系統１から施設２０に供給される電力）がゼロ又はゼロに近い電力になるように燃料電池装置１０の出力電力を調節することで、電力負荷装置４の負荷電力に追従させる運転を行わせることができる。或いは、燃料電池制御部１３は、電力測定部８で計測される電力が所定のマイナスの電力（即ち、所定の逆潮流電力）になるように燃料電池装置１０の出力電力を調節することもできる。燃料電池制御部１３は、電力変換部１１から電力線２に供給する出力電力についての情報及び電力測定部８での測定電力についての情報を有しているため、電力負荷装置４の負荷電力（＝出力電力＋測定電力）を導出できる。尚、電力測定部８での測定電力の符号がプラスの場合は負荷電力が燃料電池装置１０の出力電力よりも大きい状態であることを意味し、電力測定部８での測定電力の符号がマイナスの場合は燃料電池装置１０の出力電力が負荷電力よりも大きい状態であること（即ち、施設２０から配電系統１へ逆潮流電力が供給されていること）を意味する。燃料電池装置１０は、施設２０の利用者が燃料電池装置１０に対する指令を行う場合に操作するリモコン７と接続されている。そして、燃料電池装置１０が有する出力電力についての情報及び負荷電力についての情報などは、リモコン７及びルーター６を介して管理装置３０に伝達される。例えば、燃料電池装置１０が有する出力電力についての情報及び負荷電力についての情報などは、１分毎などの所定のタイミングで管理装置３０に伝達される。配電系統１に連系される燃料電池装置１０や他の発電装置（例えば太陽電池装置）などの分散型電源による逆潮流電力の増加に伴い、配電系統１の管理者側（送配電事業者側）での電力品質の管理が難しくなっている。そのため、分散型電源側で力率を変更することも求められている。そのため、燃料電池制御部１３は、力率が所定の値になるように電力変換部１１から電力線２に出力する有効電力及び無効電力の割合を調節する。尚、力率を下げた場合、無効電力が増加して、燃料電池装置１０での熱損失が発生し、燃料電池装置１０の温度が上昇するという問題がある。そして、燃料電池装置１０の温度が上昇すると、燃料電池装置１０を継続的に安全に運転できなくなる可能性がある。そのため、燃料電池制御部１３は、装置内温度測定部１５が測定する装置内部の所定部位の温度である装置内温度が少なくとも基準温度以上になったことを条件として出力電力を抑制する出力抑制運転を行い、出力抑制運転の停止条件が満たされた場合には出力抑制運転を停止させるように構成される。例えば、装置内温度測定部１５が測定する所定部位の温度は、燃料電池装置１０の筐体の内部の温度、電力変換部１１の温度などである。そして、燃料電池制御部１３は、装置内温度測定部１５が燃料電池装置１０の筐体の内部の温度を測定する場合であれば、その温度が例えば５５℃（基準温度の一例）以上である期間が例えば５秒間継続し