JP2003164063A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP2003164063A
JP2003164063A JP2001360983A JP2001360983A JP2003164063A JP 2003164063 A JP2003164063 A JP 2003164063A JP 2001360983 A JP2001360983 A JP 2001360983A JP 2001360983 A JP2001360983 A JP 2001360983A JP 2003164063 A JP2003164063 A JP 2003164063A
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力処理手段における現時点での状態に対応
させて余剰電力を適切な状態で処理させることが可能と
なる電源装置を提供する。 【解決手段】 発電した電力を外部電力負荷4に供給す
る燃料電池1の余剰電力を処理する電力処理手段Dが、
電力処理形態が異なる複数種の電力処理部を備えて構成
され、運転状態を管理する管理手段12が、余剰電力発
生状態においては、複数種の電力処理部の夫々について
の現状を表す現状情報と、複数種の電力処理部うちで前
記余剰電力を処理するものを、現状情報を参照しながら
選択するための選択条件として予め設定された選択条件
情報とに基づいて、その余剰電力を処理する電力処理部
を選択して、その選択した電力処理部にて余剰電力を処
理すべく管理するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電した電力を外
部電力負荷に供給する燃料電池と、この燃料電池の発電
電力が前記外部電力負荷に供給する負荷電力より大きい
ときの余剰電力を処理する電力処理手段と、前記負荷電
力の大きさを検出する負荷電力検出手段と、前記燃料電
池及び前記電力処理手段の運転状態を管理する管理手段
とが備えられ、前記管理手段が、前記燃料電池の発電電
力が前記負荷電力より大である余剰電力発生状態であれ
ば、その余剰電力を前記電力処理手段にて処理させるべ
く管理するように構成されている電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記構成の電源装置においては、燃料電
池はその発電出力を短時間毎に変更調整することは運転
効率の低下を招く不利があるから、燃料電池の発電電力
を一定値に維持させた状態で電力を供給するようにし
て、前記燃料電池の発電電力が前記負荷電力より大であ
る余剰電力発生状態であれば、その余剰電力を前記電力
処理手段にて処理させるようになっており、前記電力処
理手段としては、1つの電力処理形態を備える1種類の
ものを備える構成となっていた。例えば、電力処理手段
として余剰電力を蓄電する蓄電装置を備えて、余剰電力
が発生したときには、その余剰電力を常に蓄電装置に蓄
電させる構成、あるいは、電力処理手段として余剰電力
を供給することにより給湯用の貯湯タンク内の湯水を加
熱する電気式加熱装置を備えて、余剰電力が発生したと
きには、その余剰電力を用いて常に電気式加熱装置にて
温水を加熱する構成等があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構成において
は、燃料電池の運転効率を低下させずに、その余剰電力
を適宜処理することができるのであるが、前記電力処理
手段としては、1つの電力処理形態を備える1種類のも
のを備える構成となっていたために、次のような不利な
面があり、改善の余地があった。
【0004】すなわち、上記したような燃料電池の発電
出力が負荷電力の予測値に応じて予め最も適切な値とな
るように設定している場合であっても、外部電力負荷の
実際の負荷電力が予測値から変動するような場合におい
ては、多めの余剰電力が発生することがある。そうする
と、例えば、余剰電力を蓄電装置に蓄電させる場合にお
いては、このような蓄電装置は、蓄電可能な電力量とい
うのは限界があり、満充電状態になるとそれ以上電力を
蓄電することはできないものであり、余剰電力を適切に
処理することができないものとなるおそれがある。又、
電力処理手段として余剰電力を供給することにより給湯
用の貯湯タンク内の湯水を加熱する電気式加熱装置を備
えている場合であっても、同様にして、給湯用の貯湯タ
ンクにおける湯水の加熱需要が少ない場合には、余剰電
力を適切に処理することができないものとなるおそれが
ある。
【0005】そこで、このような不利を回避するため
に、電力処理手段として、電力処理形態が異なる複数種
の電力処理部を備える構成として、予め供給すべき順番
を設定しておいて、余剰電力が多めに発生しても複数の
電力処理部にて適宜処理させる構成が考えられる。例え
ば、電力処理手段として、前記蓄電装置と前記電気式加
熱装置とを夫々備える構成として、燃料電池にて余剰電
力が発生するときは、先ず、蓄電装置にて蓄電させる構
成として、蓄電装置が満充電状態であれば前記電気式加
熱装置にて余剰電力を処理させるような構成である。
【0006】このような改良構成においては、余剰電力
を適切に処理することができないという不利を回避する
ことはできるものの、例えば、給湯需要が大であり給湯
用の貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱量が多く必要で
ある場合であっても、蓄電装置が満充電状態でなければ
電気式加熱装置に余剰電力が供給されず、電気式加熱装
置は蓄電装置が満充電状態になるまで長時間待機する必
要があり、電力処理手段における現時点での状態に対応
させて余剰電力を適切な状態で処理しているとは言えな
いものであり、この点で未だ改善の余地がある。
【0007】本発明はかかる点に着目してなされたもの
であり、その目的は、上記したような従来技術における
不利を解消して、電力処理手段における現時点での状態
に対応させて余剰電力を適切な状態で処理させることが
可能となる電源装置を提供する点にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、発電
した電力を外部電力負荷に供給する燃料電池と、この燃
料電池の発電電力が前記外部電力負荷に供給する負荷電
力より大きいときの余剰電力を処理する電力処理手段
と、前記負荷電力の大きさを検出する負荷電力検出手段
と、前記燃料電池及び前記電力処理手段の運転状態を管
理する管理手段とが備えられ、前記管理手段が、前記燃
料電池の発電電力が前記負荷電力より大である余剰電力
発生状態であれば、その余剰電力を前記電力処理手段に
て処理させるべく管理するように構成されている電源装
置において、前記電力処理手段が、電力処理形態が異な
る複数種の電力処理部を備えて構成され、前記管理手段
が、前記余剰電力発生状態においては、前記複数種の電
力処理部の夫々についての現状を表す現状情報と、前記
複数種の電力処理部うちで前記余剰電力を処理するもの
を、前記現状情報を参照しながら選択するための選択条
件として予め設定された選択条件情報とに基づいて、そ
の余剰電力を処理する電力処理部を選択して、その選択
した電力処理部にて前記余剰電力を処理すべく管理する
ように構成されていることを特徴とする。
【0009】すなわち、電力処理形態が異なる複数種の
電力処理部が備えられて、燃料電池の発電電力が負荷電
力より大で余剰電力が発生する状態においては、管理手
段が、複数種の電力処理部の夫々についての現状を表す
現状情報と予め設定された選択条件情報とに基づいて、
その余剰電力を処理する電力処理部を自動的に選択し
て、その選択した電力処理部にて余剰電力を処理すべく
管理するのである。そして、前記選択条件情報として、
複数種の電力処理部の夫々についての現状を表す現状情
報を参照しながら余剰電力を処理する電力処理部を選択
するので、そのときの電力処理部の現状を参照しなが
ら、予め設定された条件に対応させて適切な電力処理部
を選択して余剰電力を処理させることになる。
【0010】例えば、電力処理手段として電力処理形態
が異なる複数種の電力処理部を備える構成として、余剰
電力を供給すべき順番を予め設定しておく構成であれ
ば、電力供給を必要とする電力処理部に適正に余剰電力
が供給されない状態が長く続くといった不利が生じるお
それがあるが、本発明によれば、そのときの電力処理部
の現状を参照しながら、予め設定された条件に対応させ
て適切な電力処理部を選択して余剰電力を処理させるか
ら、上記したような不利を回避させることが可能となる
等、電力処理手段における現時点での状態に対応させて
余剰電力を適切な状態で処理させることが可能となる電
源装置を提供できるに至った。
【0011】請求項2によれば、請求項1において、前
記電力処理手段は、複数種の電力処理部として、前記余
剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄積保存する複
数種のエネルギー蓄積型の電力処理部を備えて構成さ
れ、前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の
電力処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、
前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
いものであって、そのエネルギー蓄積量と単位時間当り
のエネルギー使用量とから求まる需給関係の逼迫度が高
いものほど優先して選択する条件であり、前記管理手段
が、前記余剰電力発生状態においては、前記複数種の蓄
積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設
定上限値よりも低く、且つ、前記逼迫度が高いものほど
優先して選択して、その選択した電力処理部にて余剰電
力を処理すべく管理するように構成されていることを特
徴とする。上記したようなエネルギー蓄積型の電力処理
部としては、例えば、余剰電力にて温水を加熱して貯留
させる構成、余剰電力にて燃料電池の原料を生成して貯
蔵する構成、又は、電力をそのまま蓄電する構成等があ
る。
【0012】すなわち、複数種のエネルギー蓄積型の電
力処理部は余剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄
積保存することになるが、管理手段は、余剰電力を処理
する電力処理部を選択する場合において、複数種の蓄積
型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定
上限値よりも低いものであって、そのエネルギー蓄積量
と単位時間当りのエネルギー使用量とから求まる需給関
係の逼迫度が高いものほど優先して選択することにな
る。つまり、余剰電力を異なる種類のエネルギーとして
蓄積保存する複数種の電力処理部のうち蓄積されるエネ
ルギーに対する需給関係の逼迫度が高いものを優先して
選択して余剰電力が供給されるので、需給が逼迫してい
るものに優先的に余剰電力が供給されるので需給関係か
ら最も適切な状態で余剰電力が供給されることになる。
又、エネルギー蓄積量が設定上限値よりも大であればそ
の電力処理部は選択対象から除外されるので、エネルギ
ー蓄積量が設定上限値よりも大でエネルギーをこれ以上
蓄積させる必要がないものに不必要に余剰電力を供給す
ることがない。
【0013】従って、電力処理手段における現時点での
蓄積エネルギーの蓄積状態に対応させながら、エネルギ
ー蓄積量の需給関係の観点から最適な状態で余剰電力を
処理させることが可能となり、請求項1を実施するのに
好適な手段が得られる。
【0014】請求項3によれば、請求項2において、前
記管理手段が、前記選択条件情報における前記単位時間
当りのエネルギー使用量として、設定時間前の時点から
現時点までの間における単位時間当りのエネルギー使用
量の平均値を求めるように構成されていることを特徴と
する。
【0015】つまり、蓄積されるエネルギーに対する需
給関係の逼迫度を求める場合において、使用量の情報と
して、直前の単位時間当りのエネルギー使用量を用いて
もよいが、その場合には一時的に高いエネルギー使用量
が計測されていると、実際の使用状況に適していない値
が使用されるおそれがあるのに対して、設定時間前の時
点から現時点までの間における単位時間当りのエネルギ
ー使用量の平均値を求めるようにしているので、より実
際の使用状況に適した情報として需給関係の逼迫度を求
めることができ、請求項2を実施するのに好適な手段が
得られる。
【0016】請求項4によれば、請求項3において、前
記管理手段が、前記複数種の蓄積型エネルギーの夫々に
ついての単位時間当りのエネルギー使用量の実績情報
を、一週間の各曜日における時刻と対応付けて管理し
て、前記設定時間前の時点から現時点までの間における
単位時間当りのエネルギー使用量と、前記実績情報より
求まる現時点での過去の単位時間当りのエネルギー使用
量の実績情報とに基づいて、前記逼迫度を求めるように
構成されていることを特徴とする。
【0017】上記したような蓄積型エネルギーの使用状
況としては、例えば、一般家庭等であれば土曜日や日曜
日等ではその他の曜日よりも使用量が多くなったり、
又、1日のうちで朝や夕方における使用量が昼間の使用
量よりも多くなる等、一週間のうちの各曜日と、そのと
きの時刻が同じであれば使用状況が同じであると考えら
れるので、上記したような実績情報に基づいて逼迫度を
求める構成とすることで、より正確な逼迫度を求めるこ
とが可能となり、請求項3を実施するのに好適な手段が
得られる。
【0018】請求項5によれば、請求項3又は4におい
て、前記管理手段が、現時点の気象情報に基づいて、求
めた前記逼迫度を補正するように構成されていることを
特徴とする。
【0019】上記したような蓄積型エネルギーの使用状
況としては、現時点の気象情報、例えば、気温や天候の
情報により変動することがあるから、このような現時点
の気象情報に基づいて前記逼迫度を補正することによ
り、より実状に適した適正な逼迫度を求めることがで
き、請求項3又は4を実施するのに好適な手段が得られ
る。
【0020】請求項6によれば、請求項1において、前
記電力処理手段は、複数種の電力処理部として、前記余
剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄積保存する複
数種のエネルギー蓄積型の電力処理部を備えて構成さ
れ、前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の
電力処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、
前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
いものであって、そのエネルギーのコスト的優位度が高
いものほど優先して選択する条件であり、前記管理手段
が、前記余剰電力発生状態においては、前記複数種の蓄
積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設
定上限値よりも低く、且つ、前記コスト的優位度が高い
ものほど優先して選択して、その選択した電力処理部に
て余剰電力を処理すべく管理するように構成されている
ことを特徴とする。
【0021】すなわち、複数種のエネルギー蓄積型の電
力処理部は余剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄
積保存することになるが、管理手段は、余剰電力を処理
する電力処理部を選択する場合において、複数種の蓄積
型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定
上限値よりも低いものであって、そのエネルギーのコス
ト的優位度が高いものほど優先して選択することにな
る。つまり、エネルギーのコスト的優位度が高いものほ
ど優先して選択するので、常にコスト的に優位な状態で
余剰電力を処理させることができ、費用面で有利なもの
となる利点がある。又、エネルギー蓄積量が設定上限値
よりも大であればその電力処理部は選択対象から除外さ
れるので、このようにエネルギー蓄積量が設定上限値よ
りも大であれば余剰電力をエネルギーとしてこれ以上蓄
積させる必要がないものに不必要に余剰電力を供給する
ことがない。
【0022】従って、電力処理手段における現時点での
蓄積エネルギーの蓄積状態に対応させながら、エネルギ
ーコストの観点から最適な状態で余剰電力を処理させる
ことが可能となり、請求項1を実施するのに好適な手段
が得られる。
【0023】請求項7によれば、請求項1において、前
記電力処理手段は、複数種の電力処理部として、前記余
剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄積保存する複
数種のエネルギー蓄積型の電力処理部を備えて構成さ
れ、前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の
電力処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、
前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
いものであって、そのエネルギーの環境的影響度が低い
ものほど優先して選択する条件であり、前記管理手段
が、前記余剰電力発生状態においては、前記複数種の蓄
積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設
定上限値よりも低く、且つ、前記環境的影響度が低いも
のほど優先して選択して、その選択した電力処理部にて
余剰電力を処理すべく管理するように構成されているこ
とを特徴とする。
【0024】前記エネルギーの環境的影響度というの
は、地球環境に対する影響度を示すものであり、例え
ば、大気汚染物質の排出量や天然資源の消費量等による
予め設定された指標に基づいて評価される値等がある。
【0025】すなわち、複数種のエネルギー蓄積型の電
力処理部は余剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄
積保存することになるが、管理手段は、余剰電力を処理
する電力処理部を選択する場合において、複数種の蓄積
型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定
上限値よりも低いものであって、そのエネルギーの環境
的影響度が低いものほど優先して選択することになる。
つまり、エネルギーの環境的影響度が低いものほど優先
して選択するので、常に環境的影響度が低くなるような
状態で余剰電力を処理させることができ、環境的影響度
の面で有利なものとなる利点がある。又、エネルギー蓄
積量が設定上限値よりも大であればその電力処理部は選
択対象から除外されるので、このようにエネルギー蓄積
量が設定上限値よりも大であれば余剰電力をエネルギー
としてこれ以上蓄積させる必要がないものに不必要に余
剰電力を供給することがない。
【0026】従って、電力処理手段における現時点での
蓄積エネルギーの蓄積状態に対応させながら、環境的影
響度の観点から最適な状態で余剰電力を処理させること
が可能となり、請求項1を実施するのに好適な手段が得
られる。
【0027】請求項8によれば、請求項1において、前
記電力処理手段は、複数種の電力処理部として、前記余
剰電力を異なる種類のエネルギーとして蓄積保存する複
数種のエネルギー蓄積型の電力処理部を備えて構成さ
れ、前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の
電力処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、
前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
く、且つ、そのエネルギー蓄積量と単位時間当りのエネ
ルギー使用量とから求まる需給関係の逼迫度が最も高い
電力処理部におけるその逼迫度について、逼迫度が高い
ほど増加又は減少する値として求める比較判別用の判別
値、前記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエ
ネルギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、そのエ
ネルギーのコスト的優位度が最も高い電力処理部におけ
るそのコスト的優位度について、コスト的優位度が高い
ほど、前記逼迫度が高いほどその比較判別用の判別値を
増加又は減少させる傾向と同じ傾向で増加又は減少する
値として求める比較判別用の判別値、及び、前記複数種
の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量
が設定上限値よりも低く、且つ、そのエネルギーの環境
的影響度が最も低い電力処理部におけるその環境的影響
度について、環境的影響度が高いほど、前記逼迫度が高
いほどその比較判別用判別値を増加又は減少させる傾向
と逆となる傾向で増加又は減少する値として求める比較
判別用の判別値を求め、且つ、前記逼迫度が高いほどそ
の比較判別用の判別値を増加させる場合には、前記複数
種の蓄積型の電力処理部夫々に対応する3つの比較判別
用の判別値の和を求め、その和の値が最大となったもの
に対応する電力処理部を選択し、前記逼迫度が高いほど
その比較判別用の判別値を減少させる場合には、前記和
の値が最小となったものに対応する電力処理部を選択す
る条件であり、前記管理手段が、前記余剰電力発生状態
においては、前記複数種の蓄積型の電力処理部のうち
で、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且
つ、前記逼迫度が高いほどその比較判別用の判別値を増
加させる場合には、前記3つの比較判別用の判別値の和
が最大となったものに対応する電力処理部を選択し、ま
たは、前記逼迫度が高いほどその比較判別用の判別値を
減少させる場合には、前記3つの比較判別用の判別値の
和が最小となったものに対応する電力処理部を選択し
て、その選択した電力処理部にて余剰電力を処理すべく
管理するように構成されていることを特徴とする。
【0028】すなわち、複数種の蓄積型の電力処理部の
うちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
く、且つ、そのエネルギー蓄積量と単位時間当りのエネ
ルギー使用量とから求まる需給関係の逼迫度が最も高い
電力処理部におけるその逼迫度について、逼迫度が高い
ほど増加又は減少する値として比較判別用の判別値を求
める。又、複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、その
エネルギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、その
エネルギーのコスト的優位度が最も高い電力処理部にお
けるそのコスト的優位度について、コスト的優位度が高
いほど、逼迫度が高いほどその比較判別用の判別値を増
加又は減少させる傾向と同じ傾向で増加又は減少する値
として比較判別用の判別値を求める。そして、複数種の
蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が
設定上限値よりも低く、且つ、そのエネルギーの環境的
影響度が最も低い電力処理部におけるその環境的影響度
について、環境的影響度が高いほど、逼迫度が高いほど
その比較判別用判別値を増加又は減少させる傾向と逆と
なる傾向で増加又は減少する値として比較判別用の判別
値を求める。
【0029】そして、前記逼迫度が高いほどその比較判
別用の判別値を増加させる場合には、複数種の蓄積型の
電力処理部夫々に対応する3つの比較判別用の判別値の
和を求め、その和の値が最大となったものに対応する電
力処理部を選択し、または、逼迫度が高いほどその比較
判別用の判別値を減少させる場合には、前記和の値が最
小となったものに対応する電力処理部を選択して、その
選択した電力処理部にて余剰電力を処理させるのであ
る。
【0030】このようにして、管理手段は、互いに異な
る判断基準となる前記3つの選択条件に対して、それら
を対比可能な同一基準の比較判別用の判別値に置き換え
て、複数種の蓄積型の電力処理部夫々に対応する3つの
比較判別用の判別値の和を比較して、その和の値に基づ
いて最も適切な電力処理部を選択して、その電力処理部
にて余剰電力を処理させるのである。
【0031】従って、電力処理手段における現時点での
蓄積エネルギーの蓄積状態に対応させながら、エネルギ
ー蓄積量の需給関係、エネルギーコスト、及び、環境的
影響度の夫々の観点から判断して、最適な状態で余剰電
力を処理させることが可能となり、請求項1を実施する
のに好適な手段が得られる。
【0032】請求項9によれば、請求項8において、前
記逼迫度についての比較判別用の判別値、前記コスト的
優位度についての比較判別用の判別値、及び、前記環境
的影響度についての比較判別用の判別値の夫々について
の重み付けを変更設定可能に構成され、前記管理手段
が、前記余剰電力発生状態における前記電力処理部の選
択において、設定された前記重み付けに基づいて前記各
判別値を補正して、その補正した各判別値の比較により
電力処理部を選択するように構成されていることを特徴
とする。
【0033】すなわち、上記3つの比較判別用の判別値
の夫々についての重み付けを変更設定可能に構成されて
いるから、いずれかの判別情報のうち使用者の判断によ
り優先するものの重みを大きくしたり、装置の過去の使
用実績に応じて適宜、重み付けを変更させたりすること
により、さらに適切な状態で余剰電力を処理させること
が可能となり、請求項8を実施するのに好適な手段が得
られる。
【0034】請求項10によれば、請求項1〜9のいず
れかにおいて、前記管理手段が、通信手段を介して接続
された外部装置から通信される指令情報に基づいて、前
記選択条件情報を変更設定自在に構成されていることを
特徴とする。
【0035】すなわち、通信手段を介して接続された外
部装置から指令情報が通信されることによって、管理手
段が前記選択条件情報を変更設定自在に構成されている
ので、例えば、電源装置が設置される箇所から遠く離れ
た箇所に設置された外部装置から遠隔操作にて選択条件
情報を変更設定することにより電源装置の管理手段の制
御構成を簡素化させることが可能となり、請求項1〜9
のいずれかを実施するのに好適な手段が得られる。
【0036】請求項11によれば、請求項1〜10のい
ずれかにおいて、前記電力処理手段が、前記複数種の電
力処理部として、前記余剰電力が通電されることにより
熱媒を加熱して、前記蓄積型エネルギーとして貯留部に
蓄積保存させる加熱手段、前記余剰電力が通電されるこ
とにより電気化学処理にて前記燃料電池における発電用
の原料を生成して、その原料を前記蓄積型エネルギーと
して貯留部に蓄積保存させる原料生成手段、前記余剰電
力をそのまま前記蓄積型エネルギーとして蓄電する蓄電
手段、及び、前記余剰電力を商用電源を通して逆潮流さ
せる逆潮流手段を備えて構成されていることを特徴とす
る。
【0037】すなわち、加熱手段にて余剰電力を処理す
ると湯水等の熱媒を加熱して貯留部に蓄積保存させるこ
とができ、例えば、給湯箇所等の熱負荷に供給すること
ができ、原料生成手段にて余剰電力を処理すると電気化
学処理にて燃料電池における発電用の原料を生成して、
その原料を貯留部に蓄積保存させることができる。蓄電
手段にて余剰電力を処理すると余剰電力をそのまま蓄電
することができ、逆潮流手段にて余剰電力を処理すると
余剰電力を商用電源を通して逆潮流させることができ
る。このようにして、複数の電力処理部のいずれかにて
適切に余剰電力を処理することができ、請求項1〜10
を実施するのに好適な手段が得られる。
【0038】請求項12によれば、請求項1〜11のい
ずれかにおいて、前記燃料電池から出力される低電圧の
直流電力を昇圧コンバータにより高電圧の直流電力に昇
圧した後に、その高電圧の直流電力をインバータにより
交流電力に変換して前記外部電力負荷に出力するように
構成され、前記昇圧コンバータにより昇圧された高電圧
の直流電力を前記電力処理手段に供給するように構成さ
れていることを特徴とする。
【0039】すなわち、燃料電池から出力される低電圧
の直流電力を昇圧コンバータにより高電圧の直流電力に
昇圧した後に、その昇圧コンバータにより昇圧された高
電圧の直流電力を前記電力処理手段に供給するようにな
っているので、例えば、インバータにより交流電力に変
換した後に電力処理手段に供給する構成に比べて、極
力、電力損失が少ない状態で適切に余剰電力を処理する
ことができ、請求項1〜11のいずれかを実施するのに
好適な手段が得られる。
【0040】
【発明の実施の形態】〔第1実施形態〕以下、図面に基
づいて、本発明の第1実施形態について説明する。図1
に本発明に係る電源装置が示されている。この電源装置
は、燃料電池1から出力される低電圧の直流電力を、2
00ボルトの商用交流電源の電圧を得るために必要とな
る直流電力に昇圧する昇圧コンバータ2と、昇圧した直
流電力を交流電力に変換するインバータ3等を備えて構
成され、燃料電池1から出力される直流電力をインバー
タ3により交流電力に変換して交流電力を外部電力負荷
4に供給する構成とし、連系装置34にて商用電源35
と系統連系させてあり、外部電力負荷4に対して電源装
置の出力が不足する場合にはその不足分を商用電源にて
補うことができ、又、余剰電力を商用電源35側に逆流
させて売電させることもできるようにしてある。外部電
力負荷としては、一般家庭や事業所等における商用交流
電源にて駆動されることを想定した一般の電気機器が対
象となっている。
【0041】この電源装置には、燃料電池1に燃料ガス
を供給するための設備も備えられている。つまり、図1
に示すように、天然ガスから水素ガスを含有する燃料ガ
スを生成して燃料電池1に供給する燃料ガス生成部G
S、燃料電池1に酸素含有ガスとしての空気を供給する
ブロア21、燃料電池1に供給する冷却水を燃料電池1
から排ガス路31を通して排出された酸素極側排ガスに
て予熱する熱交換器22、前記冷却水を燃料電池1から
排ガス路32を通して排出された燃料極側排ガスにて予
熱する熱交換器23等が設けられている。前記燃料ガス
生成部GSは、炭化水素系の原燃料ガスとして、ガス配
管路を通して供給される天然ガスと、外部より供給され
る水から生成される水蒸気とを用いて水素ガスと一酸化
炭素ガスに改質処理する改質器26と、その改質器26
から排出される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸
気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理したり、変成処理
ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理
するガス処理部27とを備えて構成され、一酸化炭素ガ
ス含有量の少ない燃料ガスを生成するように構成されて
いる。改質器26における改質反応は吸熱反応であるこ
とから、改質器26には、反応熱を与えるためのバーナ
26bが設けられている。
【0042】そして、この電源装置では、燃料電池1の
発電電力が外部電力負荷4の負荷電力よりも大であると
きに、その余剰電力を処理するため電力処理手段Dが備
えられている。この電力処理手段Dは、電力処理形態が
互いに異なる複数種の電力処理部を備えて構成され、
又、外部電力負荷4の負荷電力の大きさが燃料電池1の
発電電力よりも大きい逆潮流状態であるか否かにより、
外部電力負荷4の負荷電力の大きさを検出する負荷電力
検出手段としての負荷検出器41が設けられ、装置全体
の運転状態を管理する管理手段としてのシステムコント
ローラ12が、燃料電池の発電電力を予め設定した設定
値に常に維持するように運転状態を管理するとともに、
燃料電池1の発電電力が外部電力負荷4における負荷電
力より大であれば余剰電力を電力処理手段Dにて処理さ
せるように構成されている。
【0043】又、前記電力処理手段Dは、複数種の電力
処理部として、余剰電力を異なる種類のエネルギーとし
て蓄積保存する複数種のエネルギー蓄積型の電力処理部
を備えて構成されている。
【0044】すなわち、外部電力負荷4に対して電力を
供給した後において燃料電池1に余剰電力があるとき
に、その余った電力を蓄積型エネルギーの一例として直
流電力のまま蓄電することができる電力処理部のひとつ
である蓄電手段としての蓄電装置ESが備えられ、外部
電力負荷4が大きく燃料電池1の発電電力では電力が不
足するときに、その不足分を補うように、蓄電装置ES
に蓄えられている直流電力をインバータ3により交流電
力に変換して外部に出力することが可能なように構成さ
れている。前記蓄電装置ESは、詳述はしないが、充電
動作が可能で端子間電圧が3〜4ボルト程度のリチウム
イオン電池を多数直列接続して構成されており、充電電
圧や温度の情報等を常に監視手段KSにて監視する構成
となっている。この監視手段KSによる監視情報はシス
テムコントローラ12に入力され、システムコントロー
ラ12が蓄電装置ESの充電動作や放電動作等の運転状
態を管理する構成となっている。
【0045】又、温水を貯留する貯湯タンク42が備え
られており、この貯湯タンク42内に、燃料電池での余
剰電力を消費することによりタンク内に貯留されている
湯水を貯留用の設定温度に加熱する電力消費量を変更調
整自在な電気式加熱装置40(加熱手段の一例)が備え
られており、貯湯タンク42内には、貯湯状態を検出す
る貯湯状態検出装置43が備えられている。この貯湯状
態検出装置43は、具体的には、複数の温度センサを異
なる水位に対応させて設けて、その水位と温度とを検出
する構成となっている。前記電気式加熱装置40が、蓄
積型エネルギーとして貯湯タンク42内に余剰電力を用
いて加熱した温水を貯留する電力処理部として機能する
ことになる。前記貯湯タンク42に貯留される湯は、熱
負荷としての風呂用の給湯箇所や給湯栓等の一般給湯箇
所への給湯に利用される他、床暖房などの暖房用にも利
用されるものであり、これらの熱負荷での湯の使用状
況、例えば温水使用量の情報や、貯湯タンク42内での
残留湯量の検出情報もシステムコントローラ12に入力
される構成となっている。尚、燃料電池1から排水路3
3を通して排出される高温の排水は、貯湯タンク42に
貯留されている貯留水の加熱に利用される。つまり、貯
湯タンク42に貯留されている貯留水をポンプ49によ
り熱交換器50を通して循環通流させるようにして、こ
の熱交換器50に通流される貯留水を前記排水路33を
通して排出される温水の熱にて加熱する構成としてい
る。このように燃料電池1から発生する排熱を回収して
熱負荷に供給するように構成されている。
【0046】又、燃料電池1の余剰電力を利用して水を
電気分解(電気化学的処理の一例)によって発電用の原
料としての水素を発生させる水素発生装置44(原料生
成手段の一例)が設けられ、この水素発生装置44にて
発生した水素を貯蔵しておくための水素貯蔵器45が備
えられている。この水素貯蔵器45に貯蔵されている水
素は、上記したような天然ガスを改質して得られる水素
ガスに代えて燃料電池1に供給するための燃料ガスを生
成するために用いられる。つまり、水素発生装置44が
燃料電池1の原料としての水素を蓄積型エネルギーとし
て蓄積保存する電力処理部として機能することになる。
そして、水素貯蔵器45における水素の貯留量を計測す
る水素貯留量計測装置46が設けられ、この貯留されて
いる水素の貯留量情報もシステムコントローラ12に入
力される構成となっている。
【0047】前記蓄電装置ESの充電容量が設定上限値
としての設定量以上となる満充電状態であり、前記貯湯
タンク42内の貯湯量が設定貯湯量(設定上限値)以上
となり、電気式加熱装置40による加熱給湯が必要でな
く、しかも、水素貯蔵器45の水素貯蔵量が設定貯蔵量
(設定上限値)以上である場合、すなわち、これらの3
つの電力処理手段Dにおいて余剰電力を処理することが
できない場合には、燃料電池1から出力される直流電力
をインバータ3により交流電力に変換して交流電力を外
部電力負荷4に供給する一方、その余剰分を、逆潮流手
段としての連系装置34にて系統連系させてある商用電
源35側に逆流させて売電させる逆潮流処理を行うこと
により余剰電力を処理することができるようになってい
る。
【0048】又、図1から明らかなように、前記昇圧コ
ンバータ2により昇圧された高電圧の直流電力を前記電
力処理手段Dに供給するように構成され、複数種の電力
処理部のうちのいずれかのもの、あるいは、それらの複
数のものに選択的に余剰電力を供給することが可能なよ
うに、電力供給経路7から3つの半導体スイッチ47か
らなる余剰電力切換手段48にて前記各電力処理部に電
力を断続操作自在に供給することができる構成となって
いる。この余剰電力切換手段48は、システムコントロ
ーラ12からの指令に基づいて切り換えることができる
構成となっている。
【0049】そして、システムコントローラ12は、燃
料電池1の発電電力が前記負荷電力より大である余剰電
力発生状態であれば、その余剰電力を電力処理手段Dに
て処理させるべく管理するように構成されている。つま
り、複数種の電力処理部の夫々についての現状を表す現
状情報と、複数種の電力処理部のうちで余剰電力を処理
するものを、現状情報を参照しながら選択するための選
択条件として予め設定された選択条件情報とに基づい
て、その余剰電力を処理する電力処理部を選択して、そ
の選択した電力処理部にて前記余剰電力を処理すべく管
理するように構成され、現状情報が、複数種のエネルギ
ー蓄積型の電力処理部の夫々についてのエネルギー蓄積
量であり、選択条件情報が、複数種の蓄積型の電力処理
部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも
低いものであって、そのエネルギー蓄積量と単位時間当
りのエネルギー使用量の平均値とから求まる需給関係の
逼迫度が高いものほど優先して選択する条件であり、余
剰電力発生状態においては、複数種の蓄積型の電力処理
部のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも
低く、且つ、前記逼迫度が高いものほど優先して選択し
て、その選択した電力処理部にて余剰電力を処理すべく
管理するように構成されている。又、選択条件情報にお
ける前記単位時間当りのエネルギー使用量として、設定
時間前の時点から現時点までの間における単位時間当り
のエネルギー使用量の平均値を求めるように構成されて
いる。
【0050】更には、複数種の蓄積型エネルギーの夫々
についての単位時間当りのエネルギー使用量の平均値の
実績情報を、一週間の各曜日における時刻と対応付けて
管理して、前記設定時間前の時点から現時点までの間に
おける単位時間当りのエネルギー使用量の平均値と、前
記実績情報より求まる現時点での過去の単位時間当りの
エネルギー使用量の平均値の実績情報とに基づいて逼迫
度を求めるように構成され、現時点の気象情報に基づい
て、求めた前記逼迫度を補正するように構成されてい
る。
【0051】次に、前記システムコントローラ12によ
る管理制御についてフローチャートに基づいて説明す
る。図2に示すように、システムコントローラ12は、
先ず、上記したような各部での検出情報を収集する処理
を実行し(ステップ1)、燃料電池1が予め設定されて
いる設定値の発電電力を出力するように運転状態を制御
する(ステップ2)。このように燃料電池1の発電出力
は常に設定値に維持されるが、外部電力負荷4における
負荷電力の大きさは、例えば、図3に示すように、その
ときの電力の使用状況に応じて変動することになるの
で、このような負荷電力の変動に応じて、燃料電池1の
発電電力が負荷電力より大きくなったり、小さくなった
りすることがあるが、燃料電池1の発電電力が負荷電力
よりも小さい場合には、燃料電池1の発電電力では電力
が不足するので、その不足分の電力を蓄電装置から出力
させることで賄うようにしている(ステップ3、4)。
【0052】そして、燃料電池1の発電電力が負荷電力
より大きい場合には、余剰電力が発生するが、このとき
蓄積型エネルギーとして蓄積されるものが設定上限値以
上であるときにはそれ以上蓄積することができないの
で、蓄積量が設定上限値以上であるか否かを判別して、
その判別結果に基づいて、後述するような選択処理にお
ける選択条件を変更設定するようにしている。すなわ
ち、水素貯留量計測装置46の計測結果に基づいて、水
素貯蔵器45に貯蔵されている水素の貯蔵量が設定上限
値を超えて満杯に近い状態であれば、これ以上水素を発
生させても貯蔵することができないので、その場合に
は、水素発生装置44における余剰電力の処理を行わな
いようにしている。具体的には、後述の演算処理に基づ
く選択処理を実行するときにおける水素発生処理に対応
する所定の係数「a」をゼロとして設定する(ステップ
5、6)。又、監視手段KSによる監視情報に基づい
て、蓄電装置ESの充電容量が設定上限値以上で満充電
状態であれば、これ以上、蓄電装置ESに充電すること
ができないので、その場合には、蓄電装置ESにおける
余剰電力の処理を行わないようにしている。具体的に
は、後述の演算処理に基づく選択処理を実行するときに
おける蓄電処理に対応する所定の係数「b」をゼロとし
て設定する(ステップ7.8)。同様にして、貯湯状態
検出装置43の検出情報に基づいて、貯湯タンク42に
貯留されている湯水の貯留量が上限を超えて、その温度
も上限を超えている状態であれば、これ以上温水を加熱
給湯することができないので、その場合には、加熱装置
40における余剰電力の処理を行わないようにしてい
る。具体的には、後述の演算処理に基づく選択処理を実
行するときにおける貯湯処理に対応する所定の係数
「c」をゼロとして設定する(ステップ9、10)。
【0053】そして、エネルギー蓄積量が設定上限値よ
りも低いものであって、そのエネルギー蓄積量と単位時
間当りのエネルギー使用量の平均値とから求まる需給関
係の逼迫度が高いものほど優先して選択する条件に基づ
いて、その選択条件に適合する電力処理形態を定める選
択処理を実行し(ステップ11)、その定めた電力処理
形態に対応する電力処理手段Dにて燃料電池1の余剰電
力を消費させるようになっている(ステップ12)。
【0054】前記選択処理について具体的に説明する
と、システムコントローラは、下記〔数1〕における
「Ys」が最小となるような係数a,b,cの比率を求
めて、それらの比率に応じて、水素貯留量計測装置4
6、蓄電装置ES、加熱装置40余剰電力を振り分けて
分配供給する。但し、ステップ6、8、10にて係数が
ゼロに設定されたものは、夫々対応する係数がゼロとし
て代入して処理されることになり、余剰電力が供給され
ることはない。尚、エネルギー蓄積量が逼迫しておら
ず、エネルギーの変換先がない場合には、〔数2〕の条
件を満足するように係数dを求め、この係数dに対応し
た電力が逆潮流される。
【0055】
【数1】Ys=a×Hs+b×Bs+c×Qs
【0056】
【数2】 a+b+c+d=1 (但し、a,b,c,d≧0)
【0057】ここで、上記「a」は水素貯蔵量にかかわ
る係数であり、「b」は蓄電量にかかわる係数であり、
「c」は貯留温水にかかわる係数であり、「d」は逆潮
電力にかかわる係数である。但し、前記複数種の蓄積型
の電力処理部としての、水素貯蔵器45、蓄電装置E
S、貯湯タンク42夫々における余剰電力の処理能力に
は夫々限界があるので、上記係数a,b,cには夫々、
上限値(aMAX,bMAX,cMAX)が設定され、
それ以上の値にはならないようにしている。つまり、a
MAX≧a≧0,bMAX≧b≧0,cMAX≧c≧
0、となるように各係数が設定されている。但し、逆潮
流については処理能力に制限がないので係数「d」につ
いては上限値は設けない。
【0058】そして、このとき、複数種の蓄積型エネル
ギー、すなわち、貯蔵される水素、蓄電装置ESにて蓄
電される電力、貯湯タンク42内の貯留温水の夫々につ
いての単位時間当りのエネルギー使用量の平均値の実績
情報を、一週間の各曜日における時刻と対応付けて管理
して、前記設定時間前の時点から現時点までの間におけ
る単位時間当りのエネルギー使用量の平均値と、前記実
績情報より求まる現時点での過去の単位時間当りのエネ
ルギー使用量の平均値の実績情報とに基づいて逼迫度を
求めるように構成され、現時点の気象情報に基づいて、
求めた逼迫度を補正するようにしている。具体的には、
需給状況の予測を、過去24時間以内の推移と過去1週
間の需給実績を基本にして、曜日、気温、天候等の情報
に基づいて補正を加えるようにしている。これらの条件
が電力使用量が変化する要因となるからである。
【0059】つまり、〔数1〕における「Hs」が水素
貯蔵量に関する需給関係の逼迫度の情報を表すものであ
り、「Bs」が蓄電装置ESの蓄電量に関する需給関係
の逼迫度の情報を表すものであり、「Qs」が貯湯タン
ク42における貯湯量に関する需給関係の逼迫度の情報
を表すものである。そして、水素貯蔵量に関する需給関
係の逼迫度、つまり、〔数1〕における「Hs」を、下
記〔数3〕に示すように、過去24時間以内の推移によ
る需給予測関数Fhと、過去1週間の需給実績による需
給予測補正関数Ghとにより求める構成としている。こ
こで、〔数3〕の中で、「D」は曜日の情報、「T」は
気温の情報、「W」は天候の情報を夫々示している。
又、「Hsn」は、現在の水素貯蔵量を、過去24時間
内の単位時間当たりの水素使用量の平均値にて除算した
値であり、現在の水素貯蔵量が設定下限値よりも低けれ
ば「Hsn」をゼロとする。又、「Hsp」は、現在の
水素貯蔵量を、過去1週間の同時刻の単位当たりの水素
使用量の平均値にて除算した値であり、現在の水素貯蔵
量が設定下限値よりも低ければ「Hsp」をゼロとす
る。又、過去24時間内の単位時間当たりの水素使用量
の平均値がゼロであれば、上記係数aをゼロにする。但
し、貯蔵量が設定下限値よりも低く「Hsn」、「Hs
p」をゼロにした場合を除く。
【0060】
【数3】 Hs=Fh(Hsn,Hsp)+Gh(D,T,W)
【0061】そして、前記需給予測関数Fhや需給予測
補正関数Ghとしては、例えば、次の〔数4〕、〔数
5〕のような簡易的な式のものを用いることができる。
【0062】
【数4】Fh(Hsn,Hsp)=0.7×Hsn+
0.3×Hsp
【0063】
【数5】 Gh(D,T,W)=Fh×(30−T)×0.01
【0064】尚、上記〔数1〕における「Hs」におけ
る補正処理について説明したが、「Bs」や「Qs」に
ついても同様に、下記〔数6〕、〔数7〕に示すように
補正するようになっている。
【0065】
【数6】 Bs=Fb(Bsn,Bsp)+Gb(D,T,W)
【0066】
【数7】 Qs=Fq(Qsn,Qsp)+Gq(D,T,W)
【0067】上記〔数6〕における「Bsn」は、現在
の蓄電装置ESの蓄電量を、過去24時間内の単位時間
当たりの電気使用量の平均値にて除算した値であり、現
在の蓄電装置ESの蓄電量が設定下限値よりも低ければ
「Bsn」をゼロとする。又、「Bsp」は、現在の蓄
電装置ESの蓄電量を、過去1週間の同時刻の単位時間
当たりの電気使用量の平均値にて除算した値であり、現
在の蓄電装置ESの蓄電量が設定下限値よりも低ければ
「Bsp」をゼロとする。又、過去24時間内の単位時
間当たりの電気使用量の平均値がゼロならば、上記係数
bをゼロにする。但し、蓄電量が設定下限値よりも低く
「Bsn」、「Bsp」をゼロにした場合を除く。上記
〔数7〕における「Qsn」は、現在の貯湯タンク42
内の湯水の貯留量を、過去24時間内の単位時間当たり
の温水使用量の平均値にて除算した値であり、現在の貯
湯タンク42内の湯水の貯留量が設定下限値よりも低け
れば「Qsn」をゼロとする。又、「Qsp」は、現在
の貯湯タンク42内の湯水の貯留量を、過去1週間の同
時刻の単位当たりの温水使用量の平均値にて除算した値
であり、現在の貯湯タンク42内の湯水の貯留量が設定
下限値よりも低ければ「Qsp」をゼロとする。又、過
去24時間内の単位時間当たりの温水使用量の平均値が
ゼロであれば、上記係数cをゼロにする。但し、蓄電量
が設定下限値よりも低く「Bsn」、「Bsp」をゼロ
にした場合を除く。
【0068】上述したように、上記〔数2〕の条件を満
足しながら〔数1〕における「Ys」が最小となるよう
な係数a,b,c,dの比率を求めて、それらの比率に
応じて余剰電力を振り分けて分配供給するようにしてい
る。
【0069】以上の説明より明らかなように、複数の電
力処理形態のうち、蓄積保存している蓄積型エネルギー
に対する需給関係の逼迫度合いが高いものほどその係数
が大となって、その係数が大きい電力処理部が割合とし
て大きくなるように振り分けて余剰電力が処理されるこ
とになる。尚、ステップ6、8、10にて、係数a,
b,cが全てゼロであれば、全ての余剰電力を、連系装
置34から商用電源35側に逆流させて売電させる逆潮
流処理を行うことになる。
【0070】〔第2実施形態〕この実施形態では、前記
システムコントローラ12による電力処理形態を定める
選択処理の処理内容が異なる点を除くその他の構成は、
上記第1実施形態の場合と同様であるから、異なる構成
についてのみ説明し、他の構成については説明は省略す
る。つまり、上記第1実施形態では、複数種の蓄積型エ
ネルギーの夫々についての単位時間当りのエネルギー使
用量の平均値の実績情報を、一週間の各曜日における時
刻と対応付けて管理して、前記設定時間前の時点から現
時点までの間における単位時間当りのエネルギー使用量
の平均値と、前記実績情報より求まる現時点での過去の
単位時間当りのエネルギー使用量の平均値の実績情報と
に基づいて、前記逼迫度を求め、現時点の気象情報に基
づいて、求めた逼迫度を補正する構成としたが、このよ
うな補正を行うことなく、現在の需給状態だけで判別す
る構成としてもよい。つまり、第1実施形態における
〔数1〕の「Hs」として、現在の水素貯蔵量を、過去
24時間内の単位時間当たりの水素使用量の平均値にて
除算した値を用いて、「Bs」として、現在の蓄電装置
の蓄電量を、過去24時間内の単位時間当たりの電気使
用量の平均値にて除算した値を用い、又、「Qs」とし
て、現在の貯湯タンク42内の湯水の貯留量を、過去2
4時間内の単位時間当たりの温水使用量の平均値にて除
算した値を用いる構成として、〔数2〕を満足しながら
〔数1〕のYsが最小となるように係数a,b,c,d
を求めて、それらの比率に応じて余剰電力を振り分けて
分配供給するようにしている。又、上記第1実施形態の
構成から、現時点の気象情報に基づく逼迫度の補正だけ
を行わない構成としてもよい。
【0071】〔第3実施形態〕この実施形態では、前記
システムコントローラ12による電力処理形態を定める
選択処理の処理内容が異なる点を除くその他の構成は、
上記第1実施形態の場合と同様であるから、異なる構成
についてのみ説明し、他の構成については説明は省略す
る。
【0072】すなわち、この実施形態では、システムコ
ントローラ12が、前記余剰電力発生状態においては、
前記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネル
ギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、コスト的優
位度が高いものほど優先して選択して、その選択した電
力処理部にて余剰電力を処理すべく管理する構成であ
る。
【0073】具体的に説明すると、第1実施形態の前記
ステップ11の選択処理において次のような処理を実行
する。すなわち、下記〔数9〕の条件を満足しながら
〔数8〕における「Yc」が最小となるような係数a,
b,c,dの比率を求めて、それらの比率に応じて余剰
電力を振り分けて分配供給するようにしている。但し、
ステップ6、8、10にて係数がゼロに設定されたもの
は、夫々対応する係数がゼロとして代入して処理される
ことになり、余剰電力が供給されることがないのは上記
第1実施形態と同様である。
【0074】
【数8】 Yc=a×Hc+b×Bc+c×Qc+d×Ec
【0075】
【数9】 a+b+c+d=1 (但し、a,b,c,d≧0)
【0076】ここで、「Hc」は、余剰電力にて水素を
発生させる代わりに、天然ガスから改質器で同量の水素
を発生させた場合のコストメリットであり、「Bc」
は、単位余剰電力にて蓄電部に蓄電する代わりに、同量
の電力を商用電源から買電した場合のコストメリット、
「Qc」は、単位余剰電力にて貯湯タンク内に温水を作
る代わりに、天然ガス等を燃料とするボイラで同量の温
水を作った場合のコストメリット、「Ec」は単位余剰
電力を売電した場合のコストで通常は電力会社が買い取
るため負の値となる。
【0077】そして、上記〔数9〕の条件を満足しなが
ら〔数8〕における「Yc」が最小となるような係数
a,b,c,dの比率を求めて、それらの比率に応じて
余剰電力を振り分けて分配供給するようにしているの
で、複数の電力処理形態のうち、当該システムを運転す
るときに発生するコストを最小にさせることができる状
態で余剰電力を処理させることができ、結果的に、コス
ト的優位度が高いものほど優先して選択して、その選択
した電力処理部にて余剰電力を処理すべく管理する構成
となる。
【0078】〔第4実施形態〕この実施形態では、前記
システムコントローラ12による電力処理形態を定める
選択処理の処理内容が異なる点を除くその他の構成は、
上記第1実施形態の場合と同様であるから、異なる構成
についてのみ説明し、他の構成については説明は省略す
る。
【0079】すなわち、この実施形態では、システムコ
ントローラ12が、余剰電力発生状態においては、複数
種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積
量が設定上限値よりも低く、且つ、環境的影響度が低い
ものほど優先して選択して、その選択した電力処理部に
て余剰電力を処理すべく管理するように構成されてい
る。
【0080】具体的に説明すると、第1実施形態の前記
ステップ11の選択処理において次のような処理を実行
する。すなわち、下記〔数11〕の条件を満足しながら
〔数10〕における「Yc」が最小となるような係数
a,b,c,dの比率を求めて、それらの比率のうち、
最も大きい係数となる電力処理部を選択して余剰電力を
供給するようにしている。但し、ステップ6、8、10
にて係数がゼロに設定されたものは、夫々対応する係数
がゼロとして代入して処理されることになり、余剰電力
が供給されることがないのは上記第1実施形態と同様で
ある。
【0081】
【数10】 Ye=a×He+b×Be+c×Qe+d×Ee
【0082】
【数11】 a+b+c+d=1 (但し、a,b,c,d≧0)
【0083】ここで、「He」は、天然ガスを改質して
水素を製造するときの環境負荷から余剰電力にて水素発
生装置44で水素を製造するときの環境負荷を差し引い
た値、「Be」は、発電所にて発電したときの環境負荷
から蓄電装置を充放電させたときの環境負荷を差し引い
た値、「Qe」は、ボイラにて熱発生させたときの環境
負荷から余剰電力にて熱発生させたときの環境負荷を差
し引いた値、「Ee」は、発電所にて発電したときの環
境負荷から燃料電池にて発電したときの環境負荷を差し
引いた値である。因みに、上記環境負荷とは、例えば大
気汚染物質の排出量や天然資源の消費量等による予め設
定された指標に基づいて評価される値であり、地球環境
に対する影響度を示す指標値である。
【0084】そして、上記〔数11〕の条件を満足しな
がら〔数10〕における「Ye」が最小となるような係
数a,b,c,dの比率を求めて、それらの比率に応じ
て余剰電力を振り分けて分配供給するようにしているの
で、複数の電力処理形態のうち、当該システムを運転す
るときにおける環境負荷が最少となる状態で余剰電力を
処理させることになる。
【0085】〔第5実施形態〕この実施形態では、前記
システムコントローラ12による電力処理形態を定める
選択処理の処理内容が異なる点を除くその他の構成は、
上記第1実施形態の場合と同様であるから、異なる構成
についてのみ説明し、他の構成については説明は省略す
る。
【0086】すなわち、この実施形態では、システムコ
ントローラ12が、次のように処理を実行する。前記複
数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄
積量が設定上限値よりも低く、且つ、そのエネルギー蓄
積量と単位時間当りのエネルギー使用量とから求まる需
給関係の逼迫度が最も高い電力処理部におけるその逼迫
度について、逼迫度が高いほど増加する値として求める
比較判別用の判別値、複数種の蓄積型の電力処理部のう
ちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低く、
且つ、そのエネルギーのコスト的優位度が最も高い電力
処理部におけるそのコスト的優位度について、コスト的
優位度が高いほど増加する値として求める比較判別用の
判別値、及び、複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、
そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、
そのエネルギーの環境的影響度が最も低い電力処理部に
おけるその環境的影響度について、環境的影響度が高い
ほど減少する値として求める比較判別用の判別値、とい
う3つの比較判別用の判別値を求め、その3つの比較判
別用の判別値の和を求め、その和の値が最大となったも
のに対応する電力処理部を選択し、その選択した電力処
理部にて余剰電力を処理すべく管理する構成である。
【0087】しかも、前記逼迫度についての比較判別用
の判別値、前記コスト的優位度についての比較判別用の
判別値、及び、前記環境的影響度についての比較判別用
の判別値の夫々についての重み付けを変更設定可能に構
成され、システムコントローラ12が、前記余剰電力発
生状態における前記電力処理部の選択において、設定さ
れた前記重み付けに基づいて前記各判別値を補正して、
その補正した各判別値の比較により電力処理部を選択す
るように構成されている。
【0088】具体的に説明すると、第1実施形態の前記
ステップ11の選択処理において、次のような処理を実
行する。すなわち、第1実施形態における、〔数1〕の
「Ys」が最小となるような係数の比率を求める処理と
同様な処理、第3実施形態における〔数8〕における
「Yc」が最小となるような係数の比率を求める処理と
同様な処理、第4実施形態における〔数10〕における
「Ye」が最小となるような係数の比率を求める処理と
同様な処理の夫々の処理を実行し、下記〔数13〕の条
件を満足しながら〔数12〕における「Yt」が最大と
なるような係数の比率を求める。
【0089】
【数12】Yt=A×Ys+B×Yc+C×Ye
【0090】
【数13】 A+B+C=1 (但し、A,B,C≧0)
【0091】ここで、上記A,B,Cは、前記蓄積エネ
ルギーに対する逼迫度、コスト的優位度、環境的影響度
の夫々についての上述したような重み付けを示すための
重み付け係数である。つまり、3つの処理形態の蓄積エ
ネルギーに対する逼迫度を優先する場合には、上記
「A」の重みを大にさせ、コスト的優位度を優先する場
合には上記「B」の重みを大にさせ、環境的影響度を優
先する場合には上記「C」の重みを大にさせることにな
る。尚、このような重み付け係数は電源装置の運転を実
行するときに予め設定されることになり、運転状況等に
応じて適宜変更設定できるようになっている。
【0092】説明を加えると、前記「Ys」が最小とな
るような係数の比率as,bs,cs,ds、前記「Y
c」が最小となるような係数の比率ac,bc,cc,
dc、及び、前記「Ye」が最小となるような係数の比
率ae,be,ce,deを求める。このような前記
「Ys」が最小となるような係数の比率as,bs,c
s,dsが前記逼迫度についての比較判別用の判別値に
対応し、前記「Yc」が最小となるような係数の比率a
c,bc,cc,dcがコスト的優位度についての比較
判別用の判別値に対応し、前記「Ye」が最小となるよ
うな係数の比率ae,be,ce,deが前記環境的影
響度についての比較判別用の判別値に対応する。そし
て、それらの判別値に対して重み付けを付けた係数の比
率について、複数種の蓄積型の電力処理部夫々に対応さ
せる状態で和を求め(上記数14〜数17参照)、その
和の値が最大となったものに対応する電力処理部を選択
して余剰電力を供給するのである。つまり、〔数14〕
〜〔数17〕で示すa,b,c,dが複数種の蓄積型の
電力処理部夫々に対応する3つの比較判別用の判別値の
和に対応することになる。
【0093】
【数14】a=A×as+B×ac+C×ae
【0094】
【数15】b=A×bs+B×bc+C×be
【0095】
【数16】c=A×cs+B×cc+C×ce
【0096】
【数17】d=A×ds+B×dc+C×de
【0097】尚、この実施形態では、上記各比較判別用
の判別値を求める場合、逼迫度が高いほど増加する値と
して求めるとともに、コスト的優位度が高いほど増加す
る値として求め、環境的影響度が高いほど減少する値と
して求める構成として、各比較判別用の判別値のうちで
最も高い判別値に対応する電力処理部を選択する構成と
したが、このような構成に代えて、次のように構成して
もよい。つまり、上記各比較判別用の判別値を求める場
合、逼迫度が高いほど減少する値として求めるととも
に、コスト的優位度が高いほど減少する値として求め、
環境的影響度が高いほど増加する値として求める構成と
して、各比較判別用の判別値のうちで最も低い判別値に
対応する電力処理部を選択する構成としてもよい。この
場合は、上記係数の比率について、複数の電力処理部毎
に対応させる状態で和を求め、その和の値が最小となっ
たものに対応する電力処理部を選択して余剰電力を供給
するのである。
【0098】〔別実施形態〕以下、別実施形態を列記す
る。
【0099】(1)上記第1、第2の実施形態では、、
前記選択条件情報における前記単位時間当りのエネルギ
ー使用量として、設定時間前の時点から現時点までの間
における単位時間当りのエネルギー使用量の平均値を求
めるようにしたが、このような構成に限らず、直前の単
位時間当りのエネルギー使用量だけを用いる構成として
もよい。
【0100】(2)上記第1〜第4の実施形態では、上
述したような各条件が成立するような係数の比率を求
め、その比率がゼロでないものを選択して、比率に応じ
て余剰電力を振り分けて複数の電力処理部に電力を分配
供給させる構成としたが、このような構成に限らず、比
率がゼロでない全ての電力処理部に分配させる構成でな
く、係数が大側となる設定個数だけのものを選択して余
剰電力を分配供給させる構成としてもよい。
【0101】(3)上記第5実施形態では、需給関係の
逼迫度、コスト的優先度、環境的影響度の夫々の観点か
ら求めた比較用判別値の和を求め、その和の値が最大又
は最小になる電力処理部を選択するようにしたが、この
ような和の値に基づいて、それらの大きさに応じて複数
の電力処理部に余剰電力を分配させる構成としてもよ
い。
【0102】(4)上記実施形態では、電源装置が、そ
れに備えられた管理手段としてのシステムコントローラ
にて運転がすべて管理される構成としたが、このような
構成に代えて、システムコントローラが、例えば、専用
通信回線やインターネット等の通信手段を介して接続さ
れた外部装置から通信される指令情報に基づいて、前記
選択条件情報を変更設定自在に構成するものでもよい。
例えば、一般家庭に設置されている電源装置に対し、外
部装置が、電源装置の製造者の管理用サーバーとして備
えられて、専門のメンテナンス要員の指令に基づいて電
源装置の運転状態を管理するような構成としてもよい。
【0103】(5)上記実施形態では、複数種の電力処
理部として、電気式加熱装置、燃料電池における発電用
の原料(水素)を生成して蓄積保存させる水素発生装置
44、前記余剰電力をそのまま蓄電する蓄電装置、余剰
電力を商用電源を通して逆潮流させる逆潮流手段を備え
る構成としたが、これのうちの少なくとも2つ以上のも
のを備える構成としてもよく、このようなものとは異な
る別の電力処理形態を備えた電力処理部を備えるもので
もよい。
【0104】(6)上記実施形態では、蓄電装置として
リチウムイオン電池を用いたが、これに限らず、鉛蓄電
池、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電
池等種々のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電源装置の概略構成図
【図2】制御動作のフローチャート
【図3】発電電力と負荷電力の変化状態を示すタイムチ
ャート
【符号の説明】
1 燃料電池 2 昇圧コンバータ 3 インバータ 12 管理手段 34 逆潮流手段 40 加熱手段 41 負荷電力検出手段 44 原料生成手段 D 電力処理手段 ES 蓄電手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G066 HA30 HB07 HB08 HB09 JA07 JB03 JB06 5H027 AA02 BA01 BA11 DD03 DD06 MM27

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電した電力を外部電力負荷に供給する
    燃料電池と、この燃料電池の発電電力が前記外部電力負
    荷に供給する負荷電力より大きいときの余剰電力を処理
    する電力処理手段と、前記負荷電力の大きさを検出する
    負荷電力検出手段と、前記燃料電池及び前記電力処理手
    段の運転状態を管理する管理手段とが備えられ、 前記管理手段が、前記燃料電池の発電電力が前記負荷電
    力より大である余剰電力発生状態であれば、その余剰電
    力を前記電力処理手段にて処理させるべく管理するよう
    に構成されている電源装置であって、 前記電力処理手段が、電力処理形態が異なる複数種の電
    力処理部を備えて構成され、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態においては、 前記複数種の電力処理部の夫々についての現状を表す現
    状情報と、前記複数種の電力処理部うちで前記余剰電力
    を処理するものを、前記現状情報を参照しながら選択す
    るための選択条件として予め設定された選択条件情報と
    に基づいて、その余剰電力を処理する電力処理部を選択
    して、その選択した電力処理部にて前記余剰電力を処理
    すべく管理するように構成されている電源装置。
  2. 【請求項2】 前記電力処理手段は、複数種の電力処理
    部として、前記余剰電力を異なる種類のエネルギーとし
    て蓄積保存する複数種のエネルギー蓄積型の電力処理部
    を備えて構成され、 前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の電力
    処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、 前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
    のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
    いものであって、そのエネルギー蓄積量と単位時間当り
    のエネルギー使用量とから求まる需給関係の逼迫度が高
    いものほど優先して選択する条件であり、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態においては、前
    記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギ
    ー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、前記逼迫度が
    高いものほど優先して選択して、その選択した電力処理
    部にて余剰電力を処理すべく管理するように構成されて
    いる請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】 前記管理手段が、前記選択条件情報にお
    ける前記単位時間当りのエネルギー使用量として、設定
    時間前の時点から現時点までの間における単位時間当り
    のエネルギー使用量の平均値を求めるように構成されて
    いる請求項2記載の電源装置。
  4. 【請求項4】 前記管理手段が、前記複数種の蓄積型エ
    ネルギーの夫々についての単位時間当りのエネルギー使
    用量の実績情報を、一週間の各曜日における時刻と対応
    付けて管理して、前記設定時間前の時点から現時点まで
    の間における単位時間当りのエネルギー使用量と、前記
    実績情報より求まる現時点での過去の単位時間当りのエ
    ネルギー使用量の実績情報とに基づいて、前記逼迫度を
    求めるように構成されている請求項3記載の電源装置。
  5. 【請求項5】 前記管理手段が、現時点の気象情報に基
    づいて、求めた前記逼迫度を補正するように構成されて
    いる請求項3又は4に記載の電源装置。
  6. 【請求項6】 前記電力処理手段は、複数種の電力処理
    部として、前記余剰電力を異なる種類のエネルギーとし
    て蓄積保存する複数種のエネルギー蓄積型の電力処理部
    を備えて構成され、 前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の電力
    処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、 前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
    のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
    いものであって、そのエネルギーのコスト的優位度が高
    いものほど優先して選択する条件であり、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態においては、前
    記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギ
    ー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、前記コスト的
    優位度が高いものほど優先して選択して、その選択した
    電力処理部にて余剰電力を処理すべく管理するように構
    成されている請求項1記載の電源装置。
  7. 【請求項7】 前記電力処理手段は、複数種の電力処理
    部として、前記余剰電力を異なる種類のエネルギーとし
    て蓄積保存する複数種のエネルギー蓄積型の電力処理部
    を備えて構成され、 前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の電力
    処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、 前記選択条件情報が、前記複数種の蓄積型の電力処理部
    のうちで、そのエネルギー蓄積量が設定上限値よりも低
    いものであって、そのエネルギーの環境的影響度が低い
    ものほど優先して選択する条件であり、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態においては、前
    記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギ
    ー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、前記環境的影
    響度が低いものほど優先して選択して、その選択した電
    力処理部にて余剰電力を処理すべく管理するように構成
    されている請求項1記載の電源装置。
  8. 【請求項8】 前記電力処理手段は、複数種の電力処理
    部として、前記余剰電力を異なる種類のエネルギーとし
    て蓄積保存する複数種のエネルギー蓄積型の電力処理部
    を備えて構成され、 前記現状情報が、前記複数種のエネルギー蓄積型の電力
    処理部の夫々についてのエネルギー蓄積量であり、 前記選択条件情報が、 前記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネル
    ギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、そのエネル
    ギー蓄積量と単位時間当りのエネルギー使用量とから求
    まる需給関係の逼迫度が最も高い電力処理部におけるそ
    の逼迫度について、逼迫度が高いほど増加又は減少する
    値として求める比較判別用の判別値、 前記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネル
    ギー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、そのエネル
    ギーのコスト的優位度が最も高い電力処理部におけるそ
    のコスト的優位度について、コスト的優位度が高いほ
    ど、前記逼迫度が高いほどその比較判別用の判別値を増
    加又は減少させる傾向と同じ傾向で増加又は減少する値
    として求める比較判別用の判別値、及び、前記複数種の
    蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギー蓄積量が
    設定上限値よりも低く、且つ、そのエネルギーの環境的
    影響度が最も低い電力処理部におけるその環境的影響度
    について、環境的影響度が高いほど、前記逼迫度が高い
    ほどその比較判別用判別値を増加又は減少させる傾向と
    逆となる傾向で増加又は減少する値として求める比較判
    別用の判別値を求め、且つ、前記逼迫度が高いほどその
    比較判別用の判別値を増加させる場合には、前記複数種
    の蓄積型の電力処理部夫々に対応する3つの比較判別用
    の判別値の和を求め、その和の値が最大となったものに
    対応する電力処理部を選択し、前記逼迫度が高いほどそ
    の比較判別用の判別値を減少させる場合には、前記和の
    値が最小となったものに対応する電力処理部を選択する
    条件であり、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態においては、前
    記複数種の蓄積型の電力処理部のうちで、そのエネルギ
    ー蓄積量が設定上限値よりも低く、且つ、前記逼迫度が
    高いほどその比較判別用の判別値を増加させる場合に
    は、前記3つの比較判別用の判別値の和が最大となった
    ものに対応する電力処理部を選択し、または、前記逼迫
    度が高いほどその比較判別用の判別値を減少させる場合
    には、前記3つの比較判別用の判別値の和が最小となっ
    たものに対応する電力処理部を選択して、その選択した
    電力処理部にて余剰電力を処理すべく管理するように構
    成されている請求項1記載の電源装置。
  9. 【請求項9】 前記逼迫度についての比較判別用の判別
    値、前記コスト的優位度についての比較判別用の判別
    値、及び、前記環境的影響度についての比較判別用の判
    別値の夫々についての重み付けを変更設定可能に構成さ
    れ、 前記管理手段が、前記余剰電力発生状態における前記電
    力処理部の選択において、設定された前記重み付けに基
    づいて前記各判別値を補正して、その補正した各判別値
    の比較により電力処理部を選択するように構成されてい
    る請求項8記載の電源装置。
  10. 【請求項10】 前記管理手段が、通信手段を介して接
    続された外部装置から通信される指令情報に基づいて、
    前記選択条件情報を変更設定自在に構成されている請求
    項1〜9のいずれか1項に記載の電源装置。
  11. 【請求項11】 前記電力処理手段が、前記複数種の電
    力処理部として、 前記余剰電力が通電されることにより熱媒を加熱して、
    前記蓄積型エネルギーとして貯留部に蓄積保存させる加
    熱手段、 前記余剰電力が通電されることにより電気化学処理にて
    前記燃料電池における発電用の原料を生成して、その原
    料を前記蓄積型エネルギーとして貯留部に蓄積保存させ
    る原料生成手段、 前記余剰電力をそのまま前記蓄積型エネルギーとして蓄
    電する蓄電手段、及び、前記余剰電力を商用電源を通し
    て逆潮流させる逆潮流手段を備えて構成されている請求
    項1〜10のいずれか1項に記載の電源装置。
  12. 【請求項12】 前記燃料電池から出力される低電圧の
    直流電力を昇圧コンバータにより高電圧の直流電力に昇
    圧した後に、その高電圧の直流電力をインバータにより
    交流電力に変換して前記外部電力負荷に出力するように
    構成され、 前記昇圧コンバータにより昇圧された高電圧の直流電力
    を前記電力処理手段に供給するように構成されている請
    求項1〜11のいずれか1項に記載の電源装置。
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