JP2021158017A - 燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気象条件に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムを運転する。【解決手段】燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置は、気象情報を取得する気象情報取得部を備える。また、制御装置は、気象情報取得部で取得された気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始時刻を決定する発電開始時刻決定部、又は、前記気象情報取得部で取得された前記気象情報に基づいて前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電停止時刻を決定する発電停止時刻決定部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置に関する。

特許文献１に記載の住宅は、設備を備える。設備は、電気、ガス、又は水のエネルギーを利用して動作する本体部と、本体部の動作に伴って変化する動作特性値を検出する検出部と、動作特性値と天候の予測に関する天候予測情報とに基づいて本体部の故障リスクを判定する判定部とを備える。

特許文献２に記載の燃料電池システムは、炭化水素成分を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置と、水素生成ガスを用いて発電する燃料電池と、運転計画に基づいて水素生成装置と燃料電池の運転を制御する制御器とを備える。制御器は、燃料電池の発電中に系統電源が遮断された停電状態になっても水素生成装置と燃料電池の運転を維持する。この燃料電池システムでは、発電又は起動工程中に外部から得た停電発生情報により停電開始時刻が発電停止時間帯に含まれる場合は、停電開始時刻が発電時間帯に含まれるように発電停止制御を遅らせる制御が行われる。

特開２０１９−１３９５１１号公報 特開２０１６−１６７３８２号公報

例えば気象条件が悪化した場合に、予め設定された発電開始時刻で発電開始をすると、発電開始前に停電が発生し、発電を開始できない虞がある。また、例えば気象条件が悪化した場合に、予め設定された発電停止時刻で発電停止をすると、発電停止後に停電が発生し、電力を家庭に供給できない虞がある。

特許文献１には、天候予測情報に基づいて本体部の故障リスクを判定することが開示されているものの、気象情報に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始又は発電停止を行うことは開示されていない。

特許文献２には、停電発生情報により停電開始時刻が発電停止時間帯に含まれる場合は、停電開始時刻が発電時間帯に含まれるように発電停止制御を遅らせる制御を行うことが開示されているものの、気象情報に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始又は発電停止を行うことは開示されていない。

したがって、気象条件に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムを運転させるには改良の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、気象条件に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムを運転できる、燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置を得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置は、燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置であって、気象情報を取得する気象情報取得部と、前記気象情報取得部で取得された前記気象情報に基づいて前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始時刻及び発電停止時刻の少なくとも一方を決定する運転時刻決定部と、を備える。

本発明によれば、気象条件に合わせて燃料電池コージェネレーションシステムを運転できる。

燃料電池コージェネレーションシステムが設置されたユーザ宅を含むネットワークシステムの一例を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置を含む燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。 図２の第一の学習モデル（発電開始時刻を出力）の模式図である。 図２の第二の学習モデル（発電停止時刻を出力）の模式図である。 燃料電池コージェネレーションシステムの運転時間を説明する図である。 第二実施形態に係る制御装置を含む燃料電池コージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。

図１は、燃料電池コージェネレーションシステム４０が設置されたユーザ宅６０を含むネットワークシステムの一例を示す図である。図１に示されるように、ユーザ宅６０には、燃料電池コージェネレーションシステム４０が設置されている。燃料電池コージェネレーションシステム４０は、例えば、エネファーム（登録商標）である。

ユーザ宅６０は、例えばインターネット等のネットワークＮを介して管理サーバ７０と通信可能に接続される。管理サーバ７０は、ユーザ宅６０へ気象情報を送信する機能を有する。気象情報には、ユーザ宅６０に関する台風接近情報、ゲリラ豪雨情報、熱帯低気圧接近情報等が含まれる。

図２は、第一実施形態に係る制御装置１０を含む燃料電池コージェネレーションシステム４０の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、燃料電池コージェネレーションシステム４０は、制御装置１０の他に、コージェネレーションシステム本体４１と、操作パネル４２と、通信器４３とを備える。

コージェネレーションシステム本体４１は、公知の構成である。すなわち、このコージェネレーションシステム本体４１は、燃料電池ユニット及び貯湯タンク等を備える。燃料電池ユニットは、燃料電池セルスタックを備えている。燃料電池セルスタックは、都市ガスから改質された改質ガス中の水素と空気中の酸素を反応させて電気と熱を発生させるように構成されている。この燃料電池ユニットは、改質ガス及び空気の供給量を調整するための弁及びポンプ等の補機類を備える。また、燃料電池ユニットには、熱交換器が備えられている。

このコージェネレーションシステム本体４１では、貯湯タンクに給水されると、貯湯タンクから燃料電池ユニットの熱交換器に水が供給され、この熱交換器で水が燃料電池セルスタックの熱で加熱される。熱交換器で水が加熱されると、水が湯となる。この湯は、貯湯タンクに供給され、この貯湯タンクに貯められる。貯湯タンクは、燃料電池ユニットとの間で水及び湯を行き来させるための弁及びポンプや、貯湯タンクに貯めた湯を排湯させるための弁及びポンプ等の補機類を備える。

制御装置１０は、コージェネレーションシステム本体４１に備えられた補機類を制御するコンピュータである。制御装置１０からコージェネレーションシステム本体４１には、補機類を制御するための制御信号がそれぞれ出力される。また、コージェネレーションシステム本体４１から制御装置１０には、コージェネレーションシステム本体４１の運転状況を表す運転データが出力される。運転データは、補機類の動作に関するデータである。

制御装置１０は、ハードウェアとして、プロセッサ１１及びメモリ１２を備える。プロセッサ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する。メモリ１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びストレージ等を有する。

ＲＯＭは、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭは、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＯＭ又はストレージには、コージェネレーションシステム本体４１の補機類を制御するためのプログラム１３が格納されている。プロセッサ１１は、プログラム１３を読み出し、ＲＡＭを作業領域としてプログラム１３を実行する。また、メモリ１２には、第一の学習モデル１４及び第二の学習モデル１５が格納されている。

制御装置１０は、機能的な構成として、時刻情報取得部２１と、気象情報取得部２２と、発電開始時刻決定部２３と、発電開始制御部２４と、発電停止時刻決定部２５と、発電停止制御部２６と、を備える。これらの機能部は、プロセッサ１１がプログラム１３を実行することにより実現される。発電開始時刻決定部２３及び発電停止時刻決定部２５は、運転時刻決定部２７を構成する。

時刻情報取得部２１は、時刻情報を取得する機能を有する。時刻情報は、制御装置１０に予め備えられている時計機能から出力されてもよいし、外部サーバから送信されてもよい。気象情報取得部２２は、管理サーバ７０から送信された気象情報を取得する機能を有する。

発電開始時刻決定部２３は、気象情報取得部２２で取得された気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始時刻を決定する機能を有する。この発電開始時刻決定部２３は、より具体的には、機械学習された学習モデルを用い、気象情報に基づいて発電開始時刻を決定する機能を有する。発電開始制御部２４は、発電開始時刻決定部２３で決定された発電開始時刻で燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始を実行する機能を有する。

発電停止時刻決定部２５は、気象情報取得部２２で取得された気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電停止時刻を決定する機能を有する。この発電停止時刻決定部２５は、より具体的には、機械学習された学習モデルを用い、気象情報に基づいて発電停止時刻を決定する機能を有する。発電停止制御部２６は、発電停止時刻決定部２５で決定された発電停止時刻で燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電停止を実行する機能を有する。

操作パネル４２は、表示器、ランプ、及び、スイッチ等を有している。操作パネル４２は、コージェネレーションシステム本体４１の動作及び設定等を変更できるスイッチを有する。通信器４３は、例えばモデムである。通信器４３は、ネットワークＮを通じて上述の管理サーバ７０（図１参照）と制御装置１０とを通信可能に接続する機能を有する。

図３は、図２の第一の学習モデル１４（発電開始時刻を出力）の模式図である。第一の学習モデル１４は、一例として、ニューラルネットワークモデルであり、入力層１４Ａと、中間層１４Ｂと、出力層１４Ｃとを有する。入力層１４Ａには、気象情報に関する数値が入力され、出力層１４Ｃからは、発電開始時刻に関する数値が出力される。この第一の学習モデル１４は、気象情報に関する数値と、これに対応する発電開始時刻に関する数値との組み合わせである複数のデータを教師データとして予め機械学習されている。

図４は、図２の第二の学習モデル１５（発電停止時刻を出力）の模式図である。第二の学習モデル１５も、第一の学習モデル１４と同様に、一例として、ニューラルネットワークモデルであり、入力層１５Ａと、中間層１５Ｂと、出力層１５Ｃとを有する。入力層１５Ａには、気象情報に関する数値が入力され、出力層１５Ｃからは、発電停止時刻に関する数値が出力される。この第二の学習モデル１５は、気象情報に関する数値と、これに対応する発電停止時刻に関する数値との組み合わせである複数のデータを教師データとして予め機械学習されている。

図５は、燃料電池コージェネレーションシステム４０の運転時間を説明する図である。図５に示されるように、燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始時刻及び発電停止時刻は、電気の使用量、タンクの貯湯量、お湯の使用量等に基づいて予め決定される。上述の制御装置１０は、気象情報に基づいて発電開始時刻及び発電停止時刻を変更する。以下、発電開始及び発電停止について分けて説明する。

（発電開始）
燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始前に、管理サーバ７０から気象情報が送信されると、気象情報取得部２２が、気象情報を取得する。そして、発電開始時刻決定部２３が、気象情報取得部２２で取得された気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始時刻を決定する。

このとき、発電開始時刻決定部２３は、より具体的には、機械学習された第一の学習モデル１４を用い、気象情報に基づいて発電開始時刻を決定する。つまり、第一の学習モデル１４の入力層１４Ａに、気象情報取得部２２で取得された気象情報に関する数値が入力されると、第一の学習モデル１４の出力層１４Ｃから発電開始時刻に関する数値が出力される。

例えば、台風の接近等に伴う停電時刻が予め定められた発電開始時刻（図５参照）よりも前に予想される場合には、発電開始時刻決定部２３で決定される発電開始時刻が、予め定められた発電開始時刻（図５参照）よりも早い時刻とされる。

そして、発電開始制御部２４は、時刻情報取得部２１で取得された時刻情報の時刻が発電開始時刻決定部２３で決定された発電開始時刻になった場合には、燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始を実行する。

（発電停止）
燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電停止前に、管理サーバ７０から気象情報が送信されると、気象情報取得部２２が、気象情報を取得する。そして、発電停止時刻決定部２５が、気象情報取得部２２で取得された気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電停止時刻を決定する。

このとき、発電停止時刻決定部２５は、より具体的には、機械学習された第二の学習モデル１５を用い、気象情報に基づいて発電停止時刻を決定する。つまり、第二の学習モデル１５の入力層１５Ａに、気象情報取得部２２で取得された気象情報に関する数値が入力されると、第二の学習モデル１５の出力層１５Ｃから発電停止時刻に関する数値が出力される。

例えば、台風の接近等に伴う停電時刻が予め定められた発電停止時刻（図５参照）よりも後に予想される場合には、発電停止時刻決定部２５で決定される発電停止時刻が、予め定められた発電停止時刻（図５参照）よりも遅い時刻とされる。

そして、発電停止制御部２６は、時刻情報取得部２１で取得された時刻情報の時刻が発電停止時刻決定部２５で決定された発電停止時刻になるまで発電を継続させ、時刻情報取得部２１で取得された時刻情報の時刻が発電停止時刻決定部２５で決定された発電停止時刻になった場合には、燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電停止を実行する。

このように、第一実施形態に係る制御装置１０によれば、気象情報を取得し、気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始時刻及び発電停止時刻を調整することにより、気象条件に合わせて燃料電池コージェネレーションシステム４０を運転できるので、レジリエンス機能の利用により、カスタマーサービスを向上できる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。

図６は、第二実施形態に係る制御装置１０を含む燃料電池コージェネレーションシステム４０の構成を示すブロック図である。第二実施形態では、第一実施形態に対し、制御装置１０の構成が次のように変更されている。

すなわち、第二実施形態において、制御装置１０は、報知器４４を追加で備える。報知器４４は、音、光、振動等を出力する構成とされている。報知器４４は、操作パネル４２に組み込まれてもよい。

また、制御装置１０は、発電開始制御部２４及び発電停止制御部２６（図２参照）の代わりに、発電開始時刻報知制御部３４及び発電停止時刻報知制御部３６を備える。発電開始時刻報知制御部３４は、発電開始時刻決定部２３で決定された発電開始時刻が報知器４４によって報知されるように報知器４４を制御する機能を有する。発電停止時刻報知制御部３６は、発電停止時刻決定部２５で決定された発電停止時刻が報知器４４によって報知されるように報知器４４を制御する機能を有する。

そして、第二実施形態では、発電開始時刻決定部２３で発電開始時刻が決定されると、発電開始時刻報知制御部３４が、発電開始時刻決定部２３で決定された発電開始時刻が報知器４４によって報知されるように報知器４４を制御する。これにより、ユーザに発電開始を促すことができる。

同様に、発電停止時刻決定部２５で発電停止時刻が決定されると、発電停止時刻報知制御部３６が、発電停止時刻決定部２５で決定された発電停止時刻が報知器によって報知されるように報知器４４を制御する。これにより、ユーザに発電停止の延期を促すことができる。

なお、上述の第一及び第二実施形態では、気象情報に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０の発電開始時刻及び発電停止時刻の両方が決定されるが、発電開始時刻及び発電停止時刻のどちらか一方のみが決定され、この決定された時刻に基づいて燃料電池コージェネレーションシステム４０が運転されてもよい。

以上、本発明の第一及び第二実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 制御装置
１４ 第一の学習モデル
１５ 第二の学習モデル
２１ 時刻情報取得部
２２ 気象情報取得部
２３ 発電開始時刻決定部
２４ 発電開始制御部
２５ 発電停止時刻決定部
２６ 発電停止制御部
２７ 運転時刻決定部
３４ 発電開始時刻報知制御部
３６ 発電停止時刻報知制御部
４０ 燃料電池コージェネレーションシステム
４４ 報知器
６０ ユーザ宅

Claims (9)

1. 燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置であって、
   気象情報を取得する気象情報取得部と、
   前記気象情報取得部で取得された前記気象情報に基づいて前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始時刻及び発電停止時刻の少なくとも一方を決定する運転時刻決定部と、
   を備える燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
2. 前記運転時刻決定部は、前記気象情報取得部で取得された前記気象情報に基づいて前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始時刻を決定する発電開始時刻決定部を有する、
   請求項１に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
3. 前記発電開始時刻決定部で決定された前記発電開始時刻で前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電開始を実行する発電開始制御部をさらに備える、
   請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
4. 報知器と、
   前記発電開始時刻決定部で決定された前記発電開始時刻が前記報知器によって報知されるように前記報知器を制御する発電開始時刻報知制御部と、
   をさらに備える、
   請求項２に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
5. 前記発電開始時刻決定部は、機械学習された学習モデルを用い、前記気象情報に基づいて前記発電開始時刻を決定する、
   請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
6. 前記運転時刻決定部は、前記気象情報取得部で取得された前記気象情報に基づいて前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電停止時刻を決定する発電停止時刻決定部を有する、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
7. 前記発電停止時刻決定部で決定された前記発電停止時刻で前記燃料電池コージェネレーションシステムの発電停止を実行する発電停止制御部をさらに備える、
   請求項６に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
8. 報知器と、
   前記発電停止時刻決定部で決定された前記発電停止時刻が前記報知器によって報知されるように前記報知器を制御する発電停止時刻報知制御部と、
   をさらに備える、
   請求項６に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。
9. 前記発電停止時刻決定部は、機械学習された学習モデルを用い、前記気象情報に基づいて前記発電停止時刻を決定する、
   請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池コージェネレーションシステムの制御装置。

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