JP7494665B2 - 水素製造システム、制御装置、水素発生装置の制御方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

水素製造システム、制御装置、水素発生装置の制御方法、及びコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本開示は、水素製造システム、制御装置、水素発生装置の制御方法、及びコンピュータプログラムに関する。
大気中へのＣＯ２排出削減の取り組みの一環として、太陽光発電を利用して水素発生装置で水電解処理を行うことにより、エネルギーとしての水素を取り出すシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－３１８１３号公報
山梨県企業局、東レ株式会社、東京電力ホールディングス株式会社、株式会社東光高岳、「ＣＯ２フリーの水素社会構築を目指したＰｏｗｅｒ ｔｏ Ｇａｓシステム技術開発」、２０１９年度ＮＥＤＯ次世代電池・水素成果報告会
しかしながら、水素発生装置は、補機（ポンプ、冷却器等）の消費電力が大きいため、低負荷（低消費電力）での運転効率が悪い（例えば、非特許文献１参照）。ここで、運転効率とは、水素発生装置の消費電力に対する水素発生量の比率を示したものである。水素発生装置を運転効率の良い高負荷（高消費電力）で常に運転するためには、大容量の蓄電池を利用する必要があるが、大容量の蓄電池を導入した場合にはシステムの価格が高くなってしまう。
また、太陽光などの再生可能エネルギーを利用した発電機は出力が不安定である。このため、発電機の出力が水素発生装置の運転に必要な最小電力未満となった場合には、水素発生装置の運転を維持することができない。特に、水素発生装置を一旦停止させると、次の立ち上げまでに時間を要する。このため、水素発生装置に安定的に電力を供給し、水素発生装置の停止を回避するためには、大容量の蓄電池を利用する必要がある。大容量の蓄電池を導入した場合には、上述のようにシステムの価格が高くなってしまう。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コスト、高効率、且つ安定的な水素製造を実現する水素製造システム、制御装置、水素発生装置の制御方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る水素製造システムは、水素を製造する水素製造システムであって、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機と、前記発電機の出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置と、前記発電機の出力電力に基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する制御装置とを備える。
本開示の他の態様に係る制御装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部と、前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部とを備える。
本開示の他の態様に係る水素発生装置の制御方法は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得するステップと、前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御するステップとを含む。
本開示の他の態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部、及び前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部として機能させる。
なお、コンピュータプログラムを、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。また、本開示は、制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することもできる。
本開示によると、低コスト、高効率、且つ安定的な水素製造を実現することができる。
図１は、本開示の実施形態に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図２Ａは、１台の水素発生装置を稼働させた場合の消費電力と運転効率との関係を示した図である。 図２Ｂは、２台の水素発生装置を順次稼働させた場合の消費電力と運転効率との関係を示した図である。 図３は、本開示の実施形態に係る制御装置のハードウェア構成及び機能構成を示すブロック図である。 図４は、水素発生装置制御部による３台の水素発生装置の起動制御の一例について説明するための図である。 図５は、水素発生装置制御部による３台の水素発生装置の停止制御の一例について説明するための図である。 図６Ａは、水素発生装置ＨＧ１の運転効率情報の一例を示す図である。 図６Ｂは、水素発生装置ＨＧ２の運転効率情報の一例を示す図である。 図６Ｃは、水素発生装置ＨＧ３の運転効率情報の一例を示す図である。 図７は、制御装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、制御装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、制御装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る水素製造システムは、水素を製造する水素製造システムであって、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機と、前記発電機の出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置と、前記発電機の出力電力に基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する制御装置とを備える。
この構成によると、水素製造システムは、複数の水素発生装置を備えている。このため、例えば、本システムと、本システムが備える複数の水素発生装置で発生可能な水素量と同じ水素量を１台の水素発生装置で発生させるシステムとを比較した場合に、本システムでは各水素発生装置で発生可能な最大の水素量を小さくすることができる。これにより、各水素発生装置の補機の構成及び消費電力を小さくすることができる。よって、低負荷（低消費電力）での運転効率を高めることができ、低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができる。低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができることより、大容量の蓄電池を導入する必要もない。また、発電機の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置の運転を維持できる可能性が高くなる。また、複数の水素発生装置を備えていることにより、発電機の出力電力に応じて効率的な台数の水素発生装置を起動させることができる。よって、低コストで、高効率、且つ安定的な水素製造を実現することができる。
（２）好ましくは、前記水素製造システムは、前記発電機の出力電力を蓄電する蓄電池をさらに備え、複数の前記水素発生装置は、前記蓄電池の出力電力をさらに利用して水素を発生させ、前記制御装置は、前記蓄電池の残電力量にさらに基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する。
この構成によると、蓄電池に蓄電された発電機の出力電力を利用して水素発生装置を運転させることができる。このため、発電機の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置の運転を維持することができる。
（３）さらに好ましくは、前記制御装置は、前記発電機の設置場所の気象に関連するパラメータにさらに基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する。
太陽光発電機の発電量は日射量等の影響を受け、風力発電機の発電量は風量等の影響を受ける。このため、発電機の設置場所の気象に関するパラメータに基づいて各水素発生装置の起動及び停止を制御することにより、発電量の変化に追従して水素発生装置を制御することができる。例えば、日射量が増加する場合に、停止していた水素発生装置を追加で起動させることができる。
（４）また、前記パラメータは、前記発電機の設置場所の将来の予測された気象に関連してもよい。
この構成によると、将来の気象の変化を予測して水素発生装置を制御することができる。例えば、今後、日射量が低下することが予測される場合には、起動している水素発生装置の台数を事前に減らすことにより、高効率な水素発生装置の運転を維持することができる。
（５）また、前記パラメータは、前記発電機の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量、前記発電機の発電量、並びに前記発電機の設置場所を撮影した画像の少なくとも１つに基づいて算出されてもよい。
この構成によると、発電機の発電量に関連した気象に関連するパラメータを正確に算出することができる。
（６）また、前記制御装置は、前記発電機の出力電力の増加につれ、起動する前記水素発生装置の台数を増加させてもよい。
この構成によると、複数の水素発生装置の消費電力として利用可能な出力電力に応じて、効率的な台数の水素発生装置を起動させることができる。よって、高効率な水素製造を実現することができる。
（７）また、前記制御装置は、前記蓄電池の残電力量の増加につれ、起動する前記水素発生装置の台数を増加させてもよい。
この構成によると、複数の水素発生装置の消費電力として利用可能な残電力量に応じて、効率的な台数の水素発生装置を起動させることができる。よって、高効率な水素製造を実現することができる。
（８）また、前記制御装置は、複数の前記水素発生装置のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい前記水素発生装置を最初に起動させてもよい。
この構成によると、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい水素発生装置を最初に起動させるため、発電機の出力電力が小さい状態から効率的に水素発生装置を運転させることができる。これにより、高効率な水素製造を実現することができる。
（９）また、前記制御装置は、複数の前記水素発生装置のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい前記水素発生装置を最後に停止させてもよい。
この構成によると、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい水素発生装置を最後に停止させるため、発電機の出力電力が低下した場合であっても、水素発生装置の効率的な運転を維持できる可能性が高くなる。これにより、高効率な水素製造を実現することができる。
（１０）また、前記制御装置は、複数の前記水素発生装置を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が小さい前記水素発生装置から順に起動させてもよい。
この構成によると、複数の水素発生装置間で、水素発生装置の起動回数及び起動時間の少なくとも一方を平準化することができる。
（１１）また、前記制御装置は、複数の前記水素発生装置を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が大きい前記水素発生装置から順に停止させてもよい。
この構成によると、複数の水素発生装置間で、水素発生装置の起動回数及び起動時間の少なくとも一方を平準化することができる。
（１２）また、前記制御装置は、さらに、複数の前記水素発生装置に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の前記水素発生装置の効率が最良となる各水素発生装置の消費電力の配分量を決定してもよい。
この構成によると、複数の水素発生装置を起動させている状態において、起動中の複数の水素発生装置全体として最も効率的な運転を行うことができる。
（１３）本開示の他の実施形態に係る制御装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部と、前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部とを備える。
この構成によると、複数の水素発生装置を用いて水素を発生させた場合と、複数の水素発生装置で発生可能な水素量と同じ水素量を１台の水素発生装置で発生させた場合とを比較した場合に、複数の水素発生装置を用いた方が各水素発生装置で発生可能な最大の水素量を小さくすることができる。これにより、各水素発生装置の補機の構成及び消費電力を小さくすることができる。よって、低負荷（低消費電力）での運転効率を高めることができ、低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができる。低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができることより、大容量の蓄電池を導入する必要もない。また、発電機の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置の運転を維持できる可能性が高くなる。また、発電機の出力電力に応じて効率的な台数の水素発生装置を起動させることができる。よって、低コストで、高効率、且つ安定的な水素製造を実現することができる。
（１４）本開示の他の実施形態に係る水素発生装置の制御方法は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得するステップと、前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御するステップとを含む。
この構成は、上述の制御装置における特徴的な処理をステップとして含む。このため、この構成によると、上述の制御装置と同様の作用及び効果を奏することができる。
（１５）本開示の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部、及び前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部として機能させる。
この構成によると、コンピュータを、上述の制御装置として機能させることができる。このため、上述の制御装置と同様の作用及び効果を奏することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
また、同一の構成要素には同一の符号を付す。それらの機能及び名称も同様であるため、それらの説明は適宜省略する。
〔水素製造システムの全体構成〕
図１は、本開示の実施形態に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。
水素製造システム１は、電力供給エリア２、配管エリア３、水素製造エリア４及び制御エリア５に配置された設備により構成される。ただし、各エリアは、他のエリアと同一のエリアであってもよいし、重複するエリアであってもよい。
電力供給エリア２には、太陽光発電機２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、蓄電池２３と、インバータ２４と、外部Ｉ／Ｆ装置２５とが設置される。
太陽光発電機２１は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機の一例であり、太陽光エネルギーを直流の電力に変換する。なお、本実施形態では、再生可能エネルギー発電機として太陽光発電機２１を用いる例について説明するが、太陽光発電機２１の代わりに、又は太陽光発電機２１とともに、風力発電機などの他の再生可能エネルギー発電機を用いてもよい。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力線を介して太陽光発電機２１に接続され、太陽光発電機２１の出力電力の電圧を変換し、電圧変換後の電力を出力する。
蓄電池２３は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で電圧が変換された太陽光発電機２１の出力電力を蓄電する。蓄電池２３は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。
インバータ２４は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び蓄電池２３に接続される。インバータ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２又は蓄電池２３から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。
外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（太陽光発電機２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、蓄電池２３及びインバータ２４）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、太陽光発電機２１から太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、制御装置５１から蓄電池２３の充放電量を制御するための指令データを受信し、受信した指令データを蓄電池２３に与える。これにより、蓄電池２３の充放電量が制御される。
配管エリア３には、バルブ３１、３３及びバルブ３４と、水素貯蔵タンク３２と、外部Ｉ／Ｆ装置３５とが設置される。
バルブ３１は、給水管の途中に設置される給水用のバルブであり、水素製造エリア４に設置された後述する水素発生装置４２に供給する水の量を調整する。バルブ３１を開くほど、より多くの量の水が水素発生装置４２に供給され、バルブ３１を閉じるほど、水素発生装置４２に供給される水の量が制限される。
水素貯蔵タンク３２は、水素導管を介して水素発生装置４２と接続され、水素発生装置４２で発生した水素を貯蔵するタンクである。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を高圧で圧縮して貯蔵するタンクである。ただし、水素貯蔵タンク３２による水素貯蔵方法はこれに限定されるものではない。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を低温で液化して貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵するタンクであってもよいし、カーボンナノチューブなどに水素を吸着させて貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素とトルエンとを反応させてメチルシクロヘキサンに変換するなど、水素を他の物質に変換して貯蔵するタンクであってもよい。
バルブ３３は、水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素発生装置４２で発生した水素の水素貯蔵タンク３２への貯蔵量を調整する。バルブ３３を開くほど、より多くの量の水素が水素貯蔵タンク３２に貯蔵され、バルブ３３を閉じるほど、水素貯蔵タンク３２に貯蔵させる水素の量が制限される。
バルブ３４は、水素発生装置４２と水素貯蔵タンク３２とを接続する水素導管から分岐した水素導管の途中に接続され、水素発生装置４２で発生した水素の大気外への放出量を調整する。バルブ３４を開くことにより、より多くの量の水素が大気外へ放出され、バルブ３４を閉じるほど、大気外へ放出される水素の量が制限される。
外部Ｉ／Ｆ装置３５は、図示しない通信線を介して配管エリア３に設置された各設備（バルブ３１、バルブ３３及び３４、水素貯蔵タンク３２）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置３５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置３５は、水素貯蔵タンク３２から水素の貯蔵量情報を取得し、取得した貯蔵量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置３５は、制御装置５１からバルブ３１の開閉量の指令データを受信した、受信した指令データをバルブ３１に与える。これにより、バルブ３１の開閉量が制御される。
水素製造エリア４には、３台のＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、３台の水素発生装置４２と、３つのバルブ４３と、外部Ｉ／Ｆ装置４４とが設置される。
各ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力供給エリア２に設置されたインバータ２４と電力線を介して接続され、インバータ２４から出力される交流電力を直流電力に変換して出力する。
各水素発生装置４２は、対応するＡＣ／ＤＣコンバータ４１から出力される直流電力を用いて、配管エリア３から供給される水を水素と酸素に電気分解して、水素を取り出す。水の電気分解方式として、固体高分子型水電解、アルカリ水電解、高温水蒸気電解、トルエン電解還元などの方式を用いることができる。例えば、固体高分子型水電解方式の水素発生装置４２は、正極側に水を供給することにより酸素と水素イオンとを発生させ、水素イオンをフッ素樹脂系カチオン膜などを通過させ陰極側に移動させることにより、電子を得た水素を発生させる。ただし、水の電気分解方式は上記したものに限定されるものではない。
なお、水素発生装置４２の台数は３台に限定されるものではなく、水素製造エリア４に複数設置されていればよい。つまり、水素発生装置４２の台数は２台であってもよいし、４台以上であってもよい。
また、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１の台数は３台に限定されるものではない。例えば、１台のＡＣ／ＤＣコンバータ４１が複数台の水素発生装置４２に電力を出力する構成であってもよい。
各バルブ４３は、対応する水素発生装置４２と水素貯蔵タンク３２とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素発生装置４２で発生した水素の出力量を調整する。バルブ４３を開くことにより、より多くの量の水素が水素発生装置４２から出力され、バルブ４３を閉じることにより、水素発生装置４２から出力される水素の量が制限される。
外部Ｉ／Ｆ装置４４は、図示しない通信線を介して水素製造エリア４に設置された各設備（ＡＣ／ＤＣコンバータ４１、水素発生装置４２及びバルブ４３）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、各設備と水素製造エリア４の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、各水素発生装置４２から水素発生量情報を取得し、取得した水素発生量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、制御装置５１から各水素発生装置４２の起動及び停止の指令データを受信し、受信した指令データを各水素発生装置４２に与える。これにより、各水素発生装置４２の起動及び停止が制御される。
制御エリア５には、制御装置５１が設置される。
制御装置５１は、通信線を介して各エリアに設置された外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４と接続される。制御装置５１は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４から、各エリアに設置された設備の各種情報を取得する。制御装置５１は、取得した情報に基づいて、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４を介して各設備を制御する。特に、制御装置５１は、太陽光発電機２１の出力電力、蓄電池２３の残電力量、及び後述する天気度の少なくとも１つに基づいて、各水素発生装置４２の起動及び停止を決定する。制御装置５１は、各水素発生装置４２の起動及び停止を指示するための指令データを生成し、当該指令データを水素製造エリア４に設置された水素製造エリア４に送信する。
〔複数の水素発生装置４２を用いることの意義〕
水素製造システム１は、複数の水素発生装置４２を備えているが、１台の水素発生装置４２を備える水素製造システムに対するメリットについて説明する。
図２Ａは、１台の水素発生装置４２を稼働させた場合の消費電力と運転効率との関係を示した図である。図２Ｂは、２台の水素発生装置４２を順次稼働させた場合の消費電力と運転効率との関係を示した図である。
各図の横軸は水素発生装置４２の消費電力を示し、縦軸は水素発生装置４２の運転効率（エネルギー変換効率）を示す。
図２Ａは、１ｋＷ～１０ｋＷの間の消費電力で運転可能な水素発生装置４２Ａの各消費電力に対する運転効率を示している。図２Ａは、それぞれが０．５ｋＷ～５ｋＷの間の消費電力で運転可能な水素発生装置４２Ｂ及び４２Ｃを順次稼働させた場合の各消費電力に対する運転効率を示している。
水素発生装置４２Ｂ及び４２Ｃは、水素発生装置４２Ａに比べて消費電力が約半分であるため、発生できる水素量も半分程度である。しかしながら、水素発生装置４２Ｂ及び水素発生装置４２Ｃの補機の消費電力は、水素発生装置４２Ａの補機の消費電力よりも少ない。このため、水素発生装置４２Ｂ及び４２Ｃは、水素発生装置４２Ａに比べて低い消費電力で稼働させることができる。よって、水素発生装置４２Ｂを起動させた後に、水素発生装置４２Ｃを起動させることにより、０．５ｋＷの消費電力から高効率で水素を発生し続けることができる。このように低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができることより、大容量の蓄電池２３を導入する必要もない。また、太陽光発電機２１の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置４２Ｂ及び４２Ｃの運転を維持できる可能性が高くなる。また、太陽光発電機２１の出力電力に応じて効率的な台数の水素発生装置４２Ｂ及び４２Ｃを起動させることができる。よって、低コストで、高効率、且つ安定的な水素製造を実現することができる。
〔制御装置５１の構成〕
図３は、本開示の実施形態に係る制御装置５１のハードウェア構成及び機能構成を示すブロック図である。
制御装置５１は、制御部５２と、通信部５３と、記憶部５４とを備える。
制御部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成され、記憶部５４にあらかじめ記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される機能的な処理部として、情報取得部５５と、天気度算出部５６と、水素発生装置制御部５７とを備える。
通信部５３は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４との通信処理を実行する通信装置より構成される。つまり、通信部５３は、制御部５２から与えられた情報を、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４に送信するとともに、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５及び４４から受信した情報を制御部５２に与える。
記憶部５４は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）又はＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性のメモリ素子、フラッシュメモリ若しくはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの不揮発性のメモリ素子、又は、ハードディスクなどの磁気記憶装置などにより構成されている。記憶部５４は、制御部５２が実行するコンピュータプログラム、及びその実行に必要なデータなどを記憶する。
情報取得部５５は、通信部５３を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５から、太陽光発電機２１の出力電力を示す出力電力情報を取得する。また、情報取得部５５は、通信部５３を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５から、蓄電池２３が蓄電している電力量である残電力量を示す残電力量情報を取得する。
また、情報取得部５５は、太陽光発電機２１の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量を、通信部５３を介して外部のサーバ（例えば、気象サーバ）から取得する。これらのデータは、現在地及び予測値の両方の値を含む。また、情報取得部５５は、通信部５３を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５から太陽光発電機２１の設置場所に設置されたカメラが撮影した設置場所の画像を取得する。
天気度算出部５６は、太陽光発電機２１の設置場所の気象に関連するパラメータである天気度を算出する。天気度は太陽光発電機２１による発電電力と関連し、天気度の値が大きいほど、太陽光発電機２１による発電電力が大きくなることが期待される。なお、天気度は、太陽光発電機２１の設置場所の現在の気象に関連するパラメータであってもよいし、当該設置場所の将来の予測された気象に関連するパラメータであってもよい。
天気度算出部５６の算出方法は限定されるものではない。例えば、天気度算出部５６は、情報取得部５５が取得した現在の天気を、「晴れ：３点、曇り：２点、雨：１点」などのように数値化したものを天気度として算出してもよい。
また、天気度算出部５６は、所定時間先までの天気予報に基づいて、「晴れ：α点、曇り：β点、雨：γ点」とし、時間帯ごとに応じた重みωを用いて、以下の式１により天気度を算出してもよい。
天気度＝（１／ｎ）×（Σωα＋Σωβ＋Σωγ） …（式１）
ここで、ｎは天気度算出に用いた天気予報のサンプル数である。
なお、ωは現在時刻に近いほど大きな値にしてもよい。
また、天気度算出部５６は、ディープニューラルネットワークなどの識別器を用いて天気度を算出してもよい。例えば、天気度算出部５６は、太陽光発電機２１の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量、並びに設置場所の画像、ディープニューラルネットワークに入力し、ディープニューラルネットワークから出力される天気度を取得する。なお、ディープニューラルネットワークの各パラメータは、これらの入力データと天気度との組を教師データとして深層学習などの機械学習手法を用いて事前に決定されているものとする。設置場所の画像を利用することにより、設置場所の日射量や天気などの天候状態を正確に把握することができる。
また、天気度算出部５６は、所定時間先までの太陽光発電機２１の発電量の予測値の積分値を天気度として算出してもよい。なお、天気度算出部５６は、発電量の予測値を、例えば、日射量の予測値から推定してもよい。
また、天気度算出部５６は、所定時間先までの日射量の予測値の積分値を天気度として算出してもよい。
水素発生装置制御部５７は、情報取得部５５が取得した出力電力情報が示す出力電力に基づいて、複数の水素発生装置４２それぞれの起動及び停止を制御する。また、水素発生装置制御部５７は、情報取得部５５が取得した残電力量情報が示す残電力量にさらに基づいて、複数の水素発生装置４２それぞれの起動及び停止を制御する。また、水素発生装置制御部５７は、天気度算出部５６が算出した天気度にさらに基づいて、複数の水素発生装置４２それぞれの起動及び停止を制御する。
〔複数の水素発生装置４２の起動及び停止の制御について〕
以下、水素発生装置制御部５７による複数の水素発生装置４２の起動及び停止の制御について説明する。
図４は、水素発生装置制御部５７による３台の水素発生装置４２の起動制御の一例について説明するための図である。第１軸は蓄電池２３の残電力量を示し、第２軸は天気度を示し、第３軸は太陽光発電機２１の出力（発電機出力）を示す。残電力量には、値が小さいものから順に閾値ＯＮＢ１、閾値ＯＮＢ２、閾値ＯＮＢ３が設定されているものとする。また、天気度には、値が小さいものから順に閾値ＯＮＷ１、閾値ＯＮＷ２、閾値ＯＮＷ３が設定されているものとする。また、発電機出力には、値が小さいものから順に閾値ＯＮＧ１、閾値ＯＮＧ２、閾値ＯＮＧ３が設定されているものとする。
また、３台の水素発生装置４２を、ＨＧ１、ＨＧ２及びＨＧ３と表すこととする。例えば、ＨＧ１が一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最小であり、ＨＧ３が一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最大であるものとする。ただし、ＨＧ１～ＨＧ３の決め方は、これに限定されるものではなく、他の基準により決定されてもよい。例えば、過去の一定期間の起動回数が少ないものから順にＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３としてもよいし、ＨＧ１、ＨＧ２、ＨＧ３に所定時間ごとに輪番で水素発生装置４２を割り当ててもよい。
例えば、水素発生装置制御部５７は、以下の式１から式３の全てを満たす場合に、ＨＧ１からＨＧ３を起動させる。
残電力量 ≧ ＯＮＢ３ …（式１）
発電機出力≧ ＯＮＧ３ …（式２）
天気度 ≧ ＯＮＷ３ …（式３）
また、水素発生装置制御部５７は、以下の式４から式６の全てを満たし、かつ、以下の式７から式９のいずれかを満たす場合に、ＨＧ１及びＨＧ２を起動させる。なお、水素発生装置制御部５７はＨＧ３を起動させない。
残電力量 ≧ ＯＮＢ２ …（式４）
発電機出力≧ ＯＮＧ２ …（式５）
天気度 ≧ ＯＮＷ２ …（式６）
残電力量 ＜ ＯＮＢ３ …（式７）
発電機出力＜ ＯＮＧ３ …（式８）
天気度 ＜ ＯＮＷ３ …（式９）
また、水素発生装置制御部５７は、以下の式１０から式１２の全てを満たし、かつ、以下の式１３から式１５のいずれかを満たす場合に、ＨＧ１を起動させる。なお、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ２及びＨＧ３を起動させない。
残電力量 ≧ ＯＮＢ１ …（式１０）
発電機出力≧ ＯＮＧ１ …（式１１）
天気度 ≧ ＯＮＷ１ …（式１２）
残電力量 ＜ ＯＮＢ２ …（式１３）
発電機出力＜ ＯＮＧ２ …（式１４）
天気度 ＜ ＯＮＷ２ …（式１５）
図５は、水素発生装置制御部５７による３台の水素発生装置４２の停止制御の一例について説明するための図である。第１軸は蓄電池２３の残電力量を示し、第２軸は天気度を示し、第３軸は太陽光発電機２１の出力（発電機出力）を示す。残電力量には、値が小さいものから順に閾値ＯＦＦＢ１、閾値ＯＦＦＢ２、閾値ＯＦＦＢ３が設定されているものとする。また、天気度には、値が小さいものから順に閾値ＯＦＦＷ１、閾値ＯＦＦＷ２、閾値ＯＦＦＷ３が設定されているものとする。また、発電機出力には、値が小さいものから順に閾値ＯＦＦＧ１、閾値ＯＦＦＧ２、閾値ＯＦＦＧ３が設定されているものとする。
例えば、水素発生装置制御部５７は、以下の式１６から式２１の全てを満たす場合に、ＨＧ３を停止させる。なお、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１及びＨＧ２を稼働させたままとする。
残電力量 ≦ ＯＦＦＢ３ …（式１６）
発電機出力≦ ＯＦＦＧ３ …（式１７）
天気度 ≦ ＯＦＦＷ３ …（式１８）
残電力量 ＞ ＯＦＦＢ２ …（式１９）
発電機出力＞ ＯＦＦＧ２ …（式２０）
天気度 ＞ ＯＦＦＷ２ …（式２１）
また、水素発生装置制御部５７は、以下の式２２から式２４のいずれかを満たし、かつ、式２５から式２７の全てを満たす場合に、ＨＧ２及びＨＧ３を停止させる。なお、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１を稼働させたままとする。
残電力量 ≦ ＯＦＦＢ２ …（式２２）
発電機出力≦ ＯＦＦＧ２ …（式２３）
天気度 ≦ ＯＦＦＷ２ …（式２４）
残電力量 ＞ ＯＦＦＢ１ …（式２５）
発電機出力＞ ＯＦＦＧ１ …（式２６）
天気度 ＞ ＯＦＦＷ１ …（式２７）
また、水素発生装置制御部５７は、以下の式２８から式３０のいずれかを満たす場合に、ＨＧ１からＨＧ３を停止させる。
残電力量 ≦ ＯＦＦＢ１ …（式２８）
発電機出力≦ ＯＦＦＧ１ …（式２９）
天気度 ≦ ＯＦＦＷ１ …（式３０）
〔複数の水素発生装置４２への電力配分量の決定処理について〕
水素発生装置制御部５７は、水素発生装置４２の運転効率を示す運転効率情報に基づいて、太陽光発電機２１の出力電力及び蓄電池２３の出力電力の稼働中の水素発生装置４２への配分量を決定する。運転効率情報は、後述する水素発生装置４２のプロファイル情報に含まれる。
図６Ａから図６Ｃは、水素発生装置４２の運転効率情報の一例を示す図である。各図の横軸は水素発生装置４２の消費電力を示し、縦軸は運転効率を示す。例えば、図６ＡがＨＧ１の運転効率を示し、図６ＢがＨＧ２の運転効率を示し、図６ＣがＨＧ３の運転効率を示す。ＨＧ１～ＨＧ３の運転効率は、それぞれ、式３１～式３３で近似される。ここで、ｘ１～ｘ３は、ＨＧ１～ＨＧ３の入力電力（消費電力）をそれぞれ示し、ｙ１～ｙ３は、ＨＧ１～ＨＧ３の運転効率をそれぞれ示し、α１～α３及びβ１～β３は所定の定数である。
ｙ１＝α１×ｌｏｇ（ｘ１）＋β１ …（式３１）
ｙ２＝α２×ｌｏｇ（ｘ２）＋β２ …（式３２）
ｙ３＝α３×ｌｏｇ（ｘ３）＋β３ …（式３３）
Ｐｏ …（式３４）
下限出力≦Ｂｏ≦上限出力 …（式３５）
太陽光発電機２１の出力電力Ｐｏは、式３４に示されるように、ある時点においては固定の値である。一方、蓄電池２３の出力電力Ｂｏは、式３５に示されるように、ある時点において下限出力から上限出力までの間の値を取りうる。なお、Ｂｏの正の値は放電量を示し、負の値は充電量を示す。
水素発生装置制御部５７は、式３１～式３５の制約条件のもと、Ｐｏ＋Ｂｏの取り得る範囲の中で、ＨＧ１～ＨＧ３の運転効率の合計（ｙ１＋ｙ２＋ｙ３）が最大となる入力電力ｘ１～ｘ３を算出する。入力電力ｘ１～ｘ３の算出には、例えば、非線形計画法を用いることができる。また、上記問題を対数線形変換し、線形計画法などを用いて解いてもよい。なお、ＨＧ１～ＨＧ３のうち、稼働していない太陽光発電機２１についての入力電力は０とする。
水素発生装置制御部５７は、決定した配分量（入力電力ｘ１～ｘ３）を示す配分量情報を外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、受信した配分量情報に基づいて、配分量情報が示す配分量の電力が各水素発生装置４２に供給されるように各ＡＣ／ＤＣコンバータ４１を制御する。
〔制御装置５１の処理手順〕
図７から図９は、制御装置５１が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
水素発生装置制御部５７は、後述するＨＧ１～ＨＧ３起動フラグ、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグ、ＨＧ１起動フラグ、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグ、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグ、及びＨＧ３停止フラグのそれぞれにＦａｌｓｅ（偽）を設定する（ステップＳ１）。
情報取得部５５は、通信部５３を介して、外部Ｉ／Ｆ装置２５から太陽光発電機２１及び蓄電池２３のプロファイル情報を取得し、外部Ｉ／Ｆ装置４４から各水素発生装置４２のプロファイル情報を取得する（ステップＳ２）。ここで、太陽光発電機２１のプロファイル情報は、例えば、太陽光発電機２１の定格出力を示す。蓄電池２３のプロファイル情報は、例えば、蓄電池２３の定格出力及び定格容量を示す。水素発生装置４２のプロファイル情報は、例えば、水素発生装置４２の定格入力（定格入力電力又は定格入力電流）及び運転効率を示す。なお、これらのプロファイル情報は、事前に記憶部５４に記憶されており、情報取得部５５は、記憶部５４からプロファイル情報を読み出すことにより、プロファイル情報を取得してもよい。
情報取得部５５は、通信部５３を介して、外部Ｉ／Ｆ装置２５から太陽光発電機２１及び蓄電池２３の計測値情報を取得し、外部Ｉ／Ｆ装置４４から各水素発生装置４２の計測値情報を取得する（ステップＳ３）。ここで、太陽光発電機２１の計測値情報は、例えば、太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報である。蓄電池２３の計測値情報は、例えば、蓄電池２３の出力及び残電力量を示す。水素発生装置４２の計測値情報は、例えば、水素発生装置４２の入力（入力電力又は入力電流）及び稼働状態を示す。
情報取得部５５は、太陽光発電機２１の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量を示す情報を、通信部５３を介して外部のサーバ（例えば、気象サーバ）から取得する。天気度算出部５６は、取得したこれらの情報に基づいて太陽光発電機２１の設置場所の天気度を算出する（ステップＳ４）。
水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び天気度算出部５６が算出した太陽光発電機２１の設置場所の天気度が上述した式１～式３の全てを満たすかを判定する（ステップＳ５）。
ステップＳ５の判定結果が真であれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３起動フラグにＴｒｕｅ（真）を設定し、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグにＦａｌｓｅ（偽）を設定し、ＨＧ１起動フラグにＦａｌｓｅを設定する（ステップＳ６）。ここで、ＨＧ１～ＨＧ３起動フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ１、ＨＧ２及びＨＧ３の全てを起動させることを示すデータである。ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ１及びＨＧ２を起動させることを示すデータである。ＨＧ１起動フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ１を起動させることを示すデータである。
ステップＳ５の判定結果が偽であれば（ステップＳ５でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び上記天気度が、上述した式４から式６の全てを満たし、かつ、式７から式９のいずれかを満たすかを判定する（ステップＳ７）。
ステップＳ７の判定結果が真であれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３起動フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグにＴｒｕｅを設定し、ＨＧ１起動フラグにＦａｌｓｅを設定する（ステップＳ８）。
ステップＳ７の判定結果が偽であれば（ステップＳ７でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び上記天気度が、上述した式１０から式１２の全てを満たし、かつ、式１３から式１５のいずれかを満たすかを判定する（ステップＳ９）。
ステップＳ９の判定結果が真であれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３起動フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ１起動フラグにＴｒｕｅを設定する（ステップＳ１０）。
ステップＳ９の判定結果が偽であれば（ステップＳ９でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び上記天気度が、上述した式１６から式２１の全てを満たすかを判定する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１の判定結果が真であれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定する（ステップＳ１２）。ここで、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ１、ＨＧ２及びＨＧ３を停止させることを示すデータである。ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ２及びＨＧ３を停止させることを示すデータである。ＨＧ３停止フラグは、Ｔｒｕｅの場合にＨＧ３を停止させることを示すデータである。
ステップＳ１１の判定結果が偽であれば（ステップＳ１１でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び上記天気度が、上述した式２２から式２４のいずれかを満たし、かつ、式２５から式２７の全てを満たすかを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３の判定結果が真であれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグにＴｒｕｅを設定し、ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１３の判定結果が偽であれば（ステップＳ１３でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、蓄電池２３の残電力量、太陽光発電機２１の出力、及び上記天気度が、上述した式２８から式３０のいずれかを満たすかを判定する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５の判定結果が真であれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグにＴｒｕｅを設定し、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定し、ＨＧ３停止フラグにＦａｌｓｅを設定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ６、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４もしくはＳ１６の処理の後、又はステップＳ１５の判定結果が偽であれば（ステップＳ１５でＮＯ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ３停止フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ１７でＴｒｕｅ）、ＨＧ３を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ１８）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ３を停止させる。
水素発生装置制御部５７は、ＨＧ３停止フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ１７でＦａｌｓｅ）、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ１９でＴｒｕｅ）、ＨＧ３を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２０）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ３を停止させる。その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ２を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２１）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ２を停止させる。
水素発生装置制御部５７は、ＨＧ３停止フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ１７でＦａｌｓｅ）、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ１９でＦａｌｓｅ）、ＨＧ１～ＨＧ３停止フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ２２でＴｒｕｅ）、ＨＧ３を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２３）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ３を停止させる。その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ２を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２４）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ２を停止させる。さらに、その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１を停止させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２５）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ１を停止させる。
ＨＧ３停止フラグ、ＨＧ２～ＨＧ３停止フラグ及びＨＧ１～ＨＧ３停止フラグのいずれもがＦａｌｓｅの場合には（ステップＳ１７でＦａｌｓｅ、Ｓ１９でＦａｌｓｅ、Ｓ２２でＦａｌｓｅ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１起動フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ２６でＴｒｕｅ）、ＨＧ１を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２７）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ１を起動させる。
ＨＧ１起動フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ２６でＦａｌｓｅ）、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ２８でＴｒｕｅ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ２９）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ１を起動させる。その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ２を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ３０）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ２を起動させる。
ＨＧ１起動フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ２６でＦａｌｓｅ）、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグがＦａｌｓｅであり（ステップＳ２８でＦａｌｓｅ）、ＨＧ１～ＨＧ３起動フラグがＴｒｕｅであれば（ステップＳ３１でＴｒｕｅ）、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ１を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ３２）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ１を起動させる。その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ２を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ３３）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ２を起動させる。さらに、その後、水素発生装置制御部５７は、ＨＧ３を起動させるための指令データを外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ３４）。指令データを受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＨＧ３を起動させる。
なお、水素発生装置制御部５７は、停止中の水素発生装置４２に対しては、当該水素発生装置４２を停止させるための指令データを送信しないようにしてもよい。また、水素発生装置制御部５７は、起動中の水素発生装置４２に対しては、当該水素発生装置４２を起動させるための指令データを送信しないようにしてもよい。これにより、無駄な処理を排除し、水素発生装置４２の停止処理及び起動処理を高速に行うことができる。また、制御装置５１から外部Ｉ／Ｆ装置４４への無駄な通信を削減することができる。
ステップＳ１８、Ｓ２１、Ｓ２５、Ｓ２７、Ｓ３０もしくはＳ３４の後、又はＨＧ１起動フラグ、ＨＧ１～ＨＧ２起動フラグ及びＨＧ１～ＨＧ３起動フラグのいずれもがＦａｌｓｅの場合には（ステップＳ２６でＦａｌｓｅ、Ｓ２８でＦａｌｓｅ、Ｓ３１でＦａｌｓｅ）、水素発生装置制御部５７は、起動している水素発生装置４２への入力電力の配分量を決定し、決定した配分量を示す配分量情報を外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ３５）。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、受信した配分量情報に基づいて、配分量情報が示す配分量の電力が各水素発生装置４２に供給されるように各ＡＣ／ＤＣコンバータ４１を制御する。
なお、制御装置５１は、図７から図９に示す処理を周期的（例えば、１０分毎）に繰り返し実行する。
〔実施形態の効果等〕
以上説明したように、本開示の実施形態によると、水素製造システム１は、複数の水素発生装置４２を備えている。このため、例えば、本システムと、本システムが備える複数の水素発生装置４２で発生可能な水素量と同じ水素量を１台の水素発生装置４２で発生させるシステムとを比較した場合に、本システムでは各水素発生装置４２で発生可能な最大の水素量を小さくすることができる。これにより、各水素発生装置４２の補機の構成及び消費電力を小さくすることができる。よって、低負荷（低消費電力）での運転効率を高めることができ、低負荷で水素発生装置の運転を開始させることができる。低負荷で水素発生装置４２の運転を開始させることができることより、大容量の蓄電池を導入する必要もない。また、太陽光発電機２１の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置４２の運転を維持できる可能性が高くなる。また、複数の水素発生装置４２を備えていることより、太陽光発電機２１の出力電力に応じて効率的な台数の水素発生装置を起動させることができる。よって、低コストで、高効率、且つ安定的な水素製造を実現することができる。
また、制御装置５１は、蓄電池２３に蓄電された太陽光発電機２１の出力電力を利用して水素発生装置４２を運転させることができる。このため、太陽光発電機２１の出力電力が低下した場合であっても水素発生装置４２の運転を維持することができる。
また、制御装置５１は、太陽光発電機２１の設置場所の気象に関連するパラメータである天気度を用いて、各水素発生装置４２の起動及び停止を制御する。太陽光発電機２１の発電量は日射量等の影響を受ける。このため、発電機の設置場所の気象に関するパラメータに基づいて各水素発生装置４２の起動及び停止を制御することにより、発電量の変化に追従して水素発生装置４２を制御することができる。例えば、日射量が増加する場合に、停止していた水素発生装置４２を追加で起動させることができる。
なお、天気度は、発電機の設置場所の将来の予測された気象に関連してもよい。これにより、制御装置５１は、将来の気象の変化を予測して水素発生装置４２を制御することができる。例えば、今後、日射量が低下することが予測される場合には、起動している水素発生装置４２の台数を事前に減らすことにより、高効率な水素発生装置４２の運転を維持することができる。
また、天気度は、太陽光発電機２１の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量、発電機の発電量、並びに太陽光発電機２１の設置場所を撮影した画像の少なくとも１つに基づいて算出される。このため、発電機の発電量に関連した気象に関連するパラメータである天気度を正確に算出することができる。
また、制御装置５１は、太陽光発電機２１の出力電力の増加につれ、起動する水素発生装置４２の台数を増加させる。このため、複数の水素発生装置４２の消費電力として利用可能な太陽光発電機２１の出力電力に応じて、効率的な台数の水素発生装置４２を起動させることができる。よって、高効率な水素製造を実現することができる。
また、制御装置５１は、蓄電池２３の残電力量の増加につれ、起動する水素発生装置４２の台数を増加させる。このため、複数の水素発生装置４２の消費電力として利用可能な蓄電池２３の残電力量に応じて、効率的な台数の水素発生装置４２を起動させることができる。よって、高効率な水素製造を実現することができる。
また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい水素発生装置４２を最初に起動させる。このため、太陽光発電機２１の出力電力が小さい状態から効率的に水素発生装置４２を運転させることができる。これにより、高効率な水素製造を実現することができる。
また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい水素発生装置４２を最後に停止させる。このため、太陽光発電機２１の出力電力が低下した場合であっても、水素発生装置４２の効率的な運転を維持できる可能性が高くなる。これにより、高効率な水素製造を実現することができる。
また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が小さい水素発生装置４２から順に起動させてもよい。例えば、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動回数の小さい水素発生装置４２から順に起動させてもよい。また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動時間の小さい水素発生装置４２から順に起動させてもよい。ここで、水素発生装置４２の起動時間とは、例えば、所定時刻からの累積の起動時間としてもよい。さらに、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２の起動回数及び起動時間を所定の重みで重み付けして加算した値の小さい水素発生装置４２から順に起動させてもよい。これにより、複数の水素発生装置４２間で、水素発生装置４２の起動回数及び起動時間の少なくとも一方を平準化することができる。
また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が大きい水素発生装置４２から順に停止させてもよい。例えば、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動回数の大きい水素発生装置４２から順に停止させてもよい。また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２を起動時間の大きい水素発生装置４２から順に停止させてもよい。ここで、水素発生装置４２の起動時間とは、例えば、所定時刻からの累積の起動時間としてもよい。さらに、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２の起動回数及び起動時間を所定の重みで重み付けして加算した値の大きい水素発生装置４２から順に停止させてもよい。これにより、複数の水素発生装置４２間で、水素発生装置４２の起動回数及び起動時間の少なくとも一方を平準化することができる。
また、制御装置５１は、複数の水素発生装置４２に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の水素発生装置４２の効率が最良となる各水素発生装置４２の消費電力の配分量を決定する。このため、複数の水素発生装置４２を起動させている状態において、起動中の複数の水素発生装置４２全体として最も効率的な運転を行うことができる。
［付記］
以上、本開示の実施形態に係る水素製造システム１について説明したが、本開示は、この実施形態に限定されるものではない。
上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１又は複数のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）などの半導体装置から構成されていてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
上記したコンピュータプログラムを、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させてもよい。また、コンピュータプログラムを、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送して流通させてもよい。
また、上記各装置は、複数のコンピュータ又は複数のプロセッサにより実現されてもよい。
また、上記各装置の一部又は全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。つまり、各装置の一部又は全部の機能がクラウドサーバにより実現されていてもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 水素製造システム
２ 電力供給エリア
３ 配管エリア
４ 水素製造エリア
５ 制御エリア
２１ 太陽光発電機
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電池
２４ インバータ
２５ 外部Ｉ／Ｆ装置
３１ バルブ
３２ 水素貯蔵タンク
３３ バルブ
３４ バルブ
３５ 外部Ｉ／Ｆ装置
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ 水素発生装置
４２Ａ 水素発生装置
４２Ｂ 水素発生装置
４２Ｃ 水素発生装置
４３ バルブ
４４ 外部Ｉ／Ｆ装置
５１ 制御装置
５２ 制御部
５３ 通信部
５４ 記憶部
５５ 情報取得部
５６ 天気度算出部
５７ 水素発生装置制御部
ＨＧ１ 水素発生装置
ＨＧ２ 水素発生装置
ＨＧ３ 水素発生装置

Claims (14)

  1. 水素を製造する水素製造システムであって、
    再生可能エネルギーを利用して発電する発電機と、
    前記発電機の出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置と、
    前記発電機の出力電力に基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、さらに、各前記水素発生装置の消費電力と運転効率との関係を示す関係式に基づいて、複数の前記水素発生装置に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の前記水素発生装置の効率の合計が最大となる各水素発生装置の消費電力の配分量を決定する、水素製造システム。
  2. 前記水素製造システムは、前記発電機の出力電力を蓄電する蓄電池をさらに備え、
    複数の前記水素発生装置は、前記蓄電池の出力電力をさらに利用して水素を発生させ、
    前記制御装置は、前記蓄電池の残電力量にさらに基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する、請求項１に記載の水素製造システム。
  3. 前記制御装置は、前記発電機の設置場所の気象に関連するパラメータにさらに基づいて、各前記水素発生装置の起動及び停止を制御する、請求項１又は請求項２に記載の水素製造システム。
  4. 前記パラメータは、前記発電機の設置場所の将来の予測された気象に関連する、請求項３に記載の水素製造システム。
  5. 前記パラメータは、前記発電機の設置場所における天気、日射量、気温、湿度、風量及び雲の量、前記発電機の発電量、並びに前記発電機の設置場所を撮影した画像の少なくとも１つに基づいて算出される、請求項３又は請求項４に記載の水素製造システム。
  6. 前記制御装置は、前記発電機の出力電力の増加につれ、起動する前記水素発生装置の台数を増加させる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水素製造システム。
  7. 前記制御装置は、前記蓄電池の残電力量の増加につれ、起動する前記水素発生装置の台数を増加させる、請求項２に記載の水素製造システム。
  8. 前記制御装置は、複数の前記水素発生装置のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい前記水素発生装置を最初に起動させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水素製造システム。
  9. 前記制御装置は、複数の前記水素発生装置のうち、一定の水素量を製造するのに必要な消費電力量が最も小さい前記水素発生装置を最後に停止させる、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の水素製造システム。
  10. 前記制御装置は、複数の前記水素発生装置を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が小さい前記水素発生装置から順に起動させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水素製造システム。
  11. 前記制御装置は、複数の前記水素発生装置を起動回数及び起動時間の少なくとも一方が大きい前記水素発生装置から順に停止させる、請求項１から請求項７及び請求項１０のいずれか１項に記載の水素製造システム。
  12. 再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部と、
    前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部とを備え、
    前記水素発生装置制御部は、さらに、各前記水素発生装置の消費電力と運転効率との関係を示す関係式に基づいて、複数の前記水素発生装置に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の前記水素発生装置の効率の合計が最大となる各水素発生装置の消費電力の配分量を決定する、制御装置。
  13. 再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得するステップと、
    前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御するステップと、
    各前記水素発生装置の消費電力と運転効率との関係を示す関係式に基づいて、複数の前記水素発生装置に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の前記水素発生装置の効率の合計が最大となる各水素発生装置の消費電力の配分量を決定するステップとを含む、水素発生装置の制御方法。
  14. コンピュータを、
    再生可能エネルギーを利用して発電する発電機の出力電力を示す出力電力情報を取得する情報取得部、及び
    前記出力電力情報が示す前記出力電力に基づいて、当該出力電力を利用して水素を発生させる複数の水素発生装置それぞれの起動及び停止を制御する水素発生装置制御部として機能させるための、コンピュータプログラムであって、
    前記水素発生装置制御部は、さらに、各前記水素発生装置の消費電力と運転効率との関係を示す関係式に基づいて、複数の前記水素発生装置に入力可能な電力の範囲の中で、起動中の前記水素発生装置の効率の合計が最大となる各水素発生装置の消費電力の配分量を決定する、コンピュータプログラム。
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