本発明は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する電力管理システム、電力管理方法、電力制御装置及び燃料電池装置に関する。

近年、複数の機器と、複数の機器を制御する制御装置とを有する電力管理システムが提案されている(例えば、特許文献1)。複数の機器は、例えば、エアーコンディショナー、照明装置などの家電機器、及び、太陽電池、蓄電池、燃料電池装置などの分散電源である。制御装置は、例えば、HEMS(Home Energy Management System)、SEMS(Store Energy Management System)、BEMS(Building Energy Management System)、FEMS(Factory Energy Management System)、CEMS(Cluster/Community Energy Management System)などと称される。

上述した管理システムの普及には、複数の機器と制御装置との間のメッセージフォーマットを共通化することが効果的であり、このようなメッセージフォーマットの共通化が試みられている。

特開2010−128810号公報

上述したメッセージフォーマットの共通化は端緒についたばかりであり、機器を適切に制御するためのメッセージフォーマットについては、様々な検討が必要である。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、機器を適切に制御することを可能とする管理システム、管理方法、制御装置及び燃料電池装置を提供することを目的とする。

第1の特徴に係る管理システムは、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する。前記制御装置は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを受信する。

第1の特徴において、前記制御装置は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージの受信に先立って、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを受信する。

第1の特徴において、前記燃料電池装置の種別は、固体酸化物型燃料電池、固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池及びガスエンジン型発電装置のいずれかを含む。

第1の特徴において、前記制御装置は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージに加え、前記燃料電池装置のステータス情報を示すメッセージを受信する。

第1の特徴において、前記ステータス情報を示すメッセージは、前記燃料電池装置の計画的停止の情報を含む。

第1の特徴において、前記ステータス情報を示すメッセージは、前記燃料電池装置の放熱部の使用の有無を示す情報を含む。

第2の特徴に係る管理方法は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する管理システムで用いる方法である。管理方法は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを前記制御装置が受信するステップを備える。

第3の特徴に係る制御装置は、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と通信を行う。制御装置は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを受信する受信部を備える。

第4の特徴に係る燃料電池装置は、燃料を用いて電力を発電する。燃料電池装置は、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置に対して、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを送信する送信部を備える。

本発明によれば、機器を適切に制御することを可能とする管理システム、管理方法、制御装置及び給湯システムを提供することができる。

図1は、第1実施形態に係るエネルギー管理システム100を示す図である。

図2は、第1実施形態に係る需要家10を示す図である。

図3は、第1実施形態に係る燃料電池装置150を示す図である。

図4は、第1実施形態に係るネットワーク構成を示す図である。

図5は、第1実施形態に係るEMS200を示す図である。

図6は、第1実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。

図7は、第1実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。

図8は、第1実施形態に係るメッセージフォーマットを示す図である。

図9は、第1実施形態に係る管理方法を示すフロー図である。

以下において、本発明の実施形態に係る管理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

[実施形態の概要] 実施形態に係る管理システムは、燃料を用いて電力を発電する燃料電池装置と、前記燃料電池装置と通信を行う制御装置とを有する。前記制御装置は、前記燃料電池装置の種別を示すメッセージを受信する。

ここで、燃料電池装置の種別としては、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)、リン酸型燃料電池(PAFC:Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)及びガスエンジン型発電装置などが考えられる。これらの燃料電池装置の特性はそれぞれ異なっているため、燃料電池装置の種別を制御装置が把握することは、燃料電池装置を適切に制御するために非常に重要である。

実施形態では、制御装置は、燃料電池装置の種別を示すメッセージを受信するため、燃料電池装置を適切に制御することができる。

[第1実施形態] (エネルギー管理システム) 以下において、第1実施形態に係るエネルギー管理システムについて説明する。図1は、第1実施形態に係るエネルギー管理システム100を示す図である。

図1に示すように、エネルギー管理システム100は、需要家10と、CEMS20と、変電所30と、スマートサーバ40と、発電所50とを有する。なお、需要家10、CEMS20、変電所30及びスマートサーバ40は、ネットワーク60によって接続されている。

需要家10は、例えば、発電装置及び蓄電装置を有する。発電装置は、例えば、燃料電池のように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。蓄電装置は、例えば、二次電池などのように、電力を蓄積する装置である。

需要家10は、一戸建ての住宅であってもよく、マンションなどの集合住宅であってもよい。或いは、需要家10は、コンビニエンスストア又はスーパーマーケットなどの店舗であってもよく、ビルなどの商用施設であってもよく、工場であってもよい。

第1実施形態では、複数の需要家10によって、需要家群10A及び需要家群10Bが構成されている。需要家群10A及び需要家群10Bは、例えば、地理的な地域によって分類される。

CEMS20は、複数の需要家10と電力系統との間の連系を制御する。なお、CEMS20は、複数の需要家10を管理するため、CEMS(Cluster/Community Energy Management System)と称されることもある。具体的には、CEMS20は、停電時などにおいて、複数の需要家10と電力系統との間を解列する。一方で、CEMS20は、復電時などにおいて、複数の需要家10と電力系統との間を連系する。

第1実施形態では、CEMS20A及びCEMS20Bが設けられている。CEMS20Aは、例えば、需要家群10Aに含まれる需要家10と電力系統との間の連系を制御する。CEMS20Bは、例えば、需要家群10Bに含まれる需要家10と電力系統との間の連系を制御する。

変電所30は、複数の需要家10に対して、配電線31を介して電力を供給する。具体的には、変電所30は、発電所50から供給を受ける電圧を降圧する。

第1実施形態では、変電所30A及び変電所30Bが設けられている。変電所30Aは、例えば、需要家群10Aに含まれる需要家10に対して、配電線31Aを介して電力を供給する。変電所30Bは、例えば、需要家群10Bに含まれる需要家10に対して、配電線31Bを介して電力を供給する。

スマートサーバ40は、複数のCEMS20(ここでは、CEMS20A及びCEMS20B)を管理する。また、スマートサーバ40は、複数の変電所30(ここでは、変電所30A及び変電所30B)を管理する。言い換えると、スマートサーバ40は、需要家群10A及び需要家群10Bに含まれる需要家10を統括的に管理する。スマートサーバ40は、例えば、需要家群10Aに供給すべき電力と需要家群10Bに供給すべき電力とのバランスを取る機能を有する。

発電所50は、火力、風力、水力、原子力などによって発電を行う。発電所50は、複数の変電所30(ここでは、変電所30A及び変電所30B)に対して、送電線51を介して電力を供給する。

ネットワーク60は、信号線を介して各装置に接続される。ネットワーク60は、例えば、インターネット、広域回線網、狭域回線網、携帯電話網などである。

(需要家) 以下において、第1実施形態に係る需要家について説明する。図2は、第1実施形態に係る需要家10の詳細を示す図である。

図2に示すように、需要家10は、分電盤110と、負荷120と、PV装置130と、蓄電池装置140と、燃料電池装置150と、貯湯装置160と、EMS200とを有する。

第1実施形態において、需要家10は、電流計180を有する。電流計180は、燃料電池装置150の負荷追従制御に用いられる。電流計180は、蓄電池装置140及び燃料電池装置150と系統とを接続する電力線上において、蓄電池装置140と電力線との接続点よりも下流(系統から離れた側)、かつ、燃料電池装置150と電力線との接続点よりも上流(系統に近い側)に設けられる。電流計180が負荷120と電力線との接続点よりも上流(系統に近い側)に設けられることは勿論である。

第1実施形態において、各機器は、系統に近い順から見て、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び負荷120の順で電力線に接続されていることに留意すべきである。

分電盤110は、配電線31(系統)に接続されている。分電盤110は、電力線を介して、負荷120、PV装置130、蓄電池装置140及び燃料電池装置150に接続されている。

負荷120は、電力線を介して供給を受ける電力を消費する装置である。例えば、負荷120は、冷蔵庫、冷凍庫、照明、エアコンなどの装置を含む。

PV装置130は、PV131と、PCS132とを有する。PV131は、発電装置の一例であり、太陽光の受光に応じて発電を行う太陽光発電装置である。PV131は、発電されたDC電力を出力する。PV131の発電量は、PV131に照射される日射量に応じて変化する。PCS132は、PV131から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。PCS132は、電力線を介してAC電力を分電盤110に出力する。

第1実施形態において、PV装置130は、PV131に照射される日射量を測定する日射計を有していてもよい。

PV装置130は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法によって制御される。詳細には、PV装置130は、PV131の動作点(動作点電圧値及び電力値によって定まる点、又は、動作点電圧値と電流値とによって定まる点)を最適化する。

蓄電池装置140は、蓄電池141と、PCS142とを有する。蓄電池141は、電力を蓄積する装置である。PCS142は、配電線31(系統)から供給を受けるAC電力をDC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。また、PCS142は、蓄電池141から出力されたDC電力をAC電力に変換する。

燃料電池装置150は、燃料電池151と、PCS152とを有する。燃料電池151は、発電装置の一例であり、燃料(ガス)を用いて電力を発電する装置である。PCS152は、燃料電池151から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置(Power Conditioning System)である。

燃料電池装置150は、負荷追従制御によって動作する。詳細には、燃料電池装置150は、燃料電池151から出力する電力が負荷追従制御の目標電力となるように燃料電池151を制御する。言い換えると、燃料電池装置150は、電流計180によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池151から出力する電力を制御する。

貯湯装置160は、燃料(ガス)を用いて湯を生成或いは水温を維持する装置である。具体的には、貯湯装置160は、貯湯槽を有しており、燃料(ガス)の燃焼によって生じる熱又は燃料電池151の運転(発電)によって生じる排熱によって、貯湯槽から供給される水を温める。詳細には、貯湯装置160は、貯湯槽から供給される水を温めて、温められた湯を貯湯槽に還流する。

実施形態において、燃料電池装置150及び貯湯装置160は、給湯ユニット170(給湯システム)を構成することに留意すべきである。

EMS200は、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160を制御する装置(Energy Management System)である。具体的には、EMS200は、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160に信号線を介して接続されており、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160を制御する。また、EMS200は、負荷120の動作モードを制御することによって、負荷120の消費電力を制御する。

また、EMS200は、ネットワーク60を介して各種サーバと接続される。各種サーバは、例えば、系統から供給を受ける電力の購入単価、系統から供給を受ける電力の売却単価、燃料ガスの購入単価などの情報(以下、エネルギー料金情報)を格納する。

或いは、各種サーバは、例えば、負荷120の消費電力を予測するための情報(以下、消費エネルギー予測情報)を格納する。消費エネルギー予測情報は、例えば、過去の負荷120の消費電力の実績値に基づいて生成されてもよい。或いは、消費エネルギー予測情報は、負荷120の消費電力のモデルであってもよい。

或いは、各種サーバは、例えば、PV131の発電量を予測するための情報(以下、PV発電量予測情報)を格納する。PV発電予測情報は、PV131に照射される日射量の予測値であってもよい。或いは、PV発電予測情報は、天気予報、季節、日照時間などであってもよい。

(燃料電池装置) 以下において、第1実施形態に係る燃料電池装置について説明する。図3は、第1実施形態に係る燃料電池装置150を示す図である。

図3に示すように、燃料電池装置150は、燃料電池151と、PCS152と、ブロワ153と、脱硫器154と、着火ヒータ155と、ラジエータ156と、制御基板157とを有する。

燃料電池151は、上述したように、燃料ガスを利用して電力を出力する装置である。具体的には、燃料電池151は、改質器151Aと、セルスタック151Bとを有する。

改質器151Aは、後述する脱硫器154によって付臭剤が除去された燃料ガスから改質ガスを生成する。改質ガスは、水素及び一酸化炭素によって構成されるガスである。

セルスタック151Bは、後述するブロワ153から供給される空気(酸素)と改質ガスとの化学反応によって発電する。具体的には、セルスタック151Bは、複数のセルがスタックされた構造を有する。各セルは、燃料極と空気極との間に電解質が挟み込まれた構造を有する。燃料極には、改質ガス(水素)が供給され、空気極には、空気(酸素)が供給される。電解質において改質ガス(水素)及び空気(酸素)の化学反応が生じて、電力(DC電力)及び熱が生成される。

PCS152は、上述したように、燃料電池151から出力されたDC電力をAC電力に変換する装置である。

ブロワ153は、燃料電池151(セルスタック151B)に空気を供給する。ブロワ153は、例えば、ファンによって構成される。

脱硫器154は、外部から供給される燃料ガスに含まれる付臭剤を除去する。燃料ガスは、都市ガスであってもよく、プロパンガスであってもよい。

着火ヒータ155は、セルスタック151Bで化学反応しなかった燃料(以下、未反応燃料)に着火し、セルスタック151Bの温度を高温に維持するヒータである。すなわち、着火ヒータ155は、セルスタック151Bを構成する各セルの開口から漏れる未反応燃料に着火する。着火ヒータ155は、未反応燃料が燃焼していないケース(例えば、燃料電池装置150の起動時)において、未反応燃料に着火すればよいことに留意すべきである。そして、一旦着火すれば、その後は、セルスタック151Bから僅かずつ溢れ出る未反応燃料が燃焼し続けることによって、セルスタック151Bの温度が高温に維持される。

ラジエータ156は、セルスタック151Bの温度が許容温度の上限を超えないように、セルスタック151Bを冷却する。例えば、セルスタック151Bの熱を貯湯装置160で利用したとしても、セルスタック151Bの温度が許容温度の上限を超えるケースにおいて、ラジエータ156は、セルスタック151Bを冷却する。ラジエータ156を使用している状態は、セルスタック151Bの熱が有効に利用されていないため、燃料電池装置150の運転効率が低下している状態であることに留意すべきである。

制御基板157は、燃料電池151、PCS152、ブロワ153、脱硫器154、着火ヒータ155及び制御基板157を制御する回路を搭載する基板である。

第1実施形態において、セルスタック151Bは、化学反応によって発電する発電部の一例である。改質器151A、ブロワ153、脱硫器154、着火ヒータ155及び制御基板157は、セルスタック151Bの動作を補助する補器の一例である。また、PCS152の一部を補器として扱ってもよい。

第1実施形態において、燃料電池装置150の動作モードとして、発電モード、アイドリングモード、温度維持モードが設けられる。

発電モードは、燃料電池装置150に接続された負荷120の消費電力に追従するように燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が制御される動作モード(負荷追従制御)である。詳細には、発電モードでは、電流計180によって検出される電流値が目標受電力となるように、燃料電池151から出力する電力が制御される。ここで、燃料電池装置150が電流計180よりも下流に設けられているため、補器の消費電力についても、燃料電池151から出力する電力によって賄われることに留意すべきである。

ここで、発電モードにおけるセルスタック151Bの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼によって、発電温度として650〜1000℃(700℃程度)に維持される。このような発電温度は、すなわち、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。

ところで、燃料電池装置150は、完全停止させることも可能である。例えば、長期間使用しない場合などにおいては完全停止させてもよい。しかしながら、完全停止させた場合には、補器類も停止して燃料電池151(セルスタック151B)の温度が低いものとなるため、発電可能な程の温度まで上昇するために長い時間を要することとなり、負荷追従性が低いということには留意すべきである。このため、第1実施形態においては完全停止を極力回避するため、運転モードにアイドリングモードと温度維持モードとを設ける。

アイドリングモードは、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力によって補器の消費電力を賄う動作モードである。但し、アイドリングモードでは、負荷120の消費電力については、燃料電池151から出力する電力によって賄われないことに留意すべきである。

ここで、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度は、化学反応及び未反応ガスの燃焼により、発電モードと同様の発電温度(例えば、700℃程度)に維持される。すなわち、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度についても、発電モードと同様、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得れば、積極的に化学反応が生じる温度域である。アイドリングモードは、例えば、停電が生じた場合に適用される動作モードである。

温度維持モードは、補器の消費電力を外部から供給される電力によって賄うとともに、セルスタック151Bを所定温度域に維持する動作モードである。温度維持モードにおいて、補器の消費電力は、系統から供給される電力によって賄われてもよく、PV131又は蓄電池141から供給される電力によって賄われてもよい。温度維持モードにおいて、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力は、少なくとも、補器の消費電力よりも小さく、アイドリングモードのように、補器を動作させるには若干及ばない程度となる。例えば、温度維持モードにおいて、燃料電池151(セルスタック151B)から電力が出力されない。

ここで、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、主として、未反応ガスの燃焼によって維持される。また、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、発電モードにおけるセルスタック151Bの温度よりも低い。同様に、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、アイドリングモードにおけるセルスタック151Bの温度よりも低い。しかしながら、未反応ガスの燃焼により、温度維持モードにおけるセルスタック151Bの温度は、ある程度の高温(所定温度域)で維持される。

第1実施形態において、所定温度域は、発電温度よりも若干低く、例えば、450℃〜600℃程度であって、改質ガス(水素)及び空気(酸素)を得ても、充分な化学反応が生じにくい温度域である。セルスタック151Bの温度が所定温度域である場合に、化学反応の反応スピードが不足するため、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電圧は、定格電圧(200V)よりも低い。温度維持モードでは、化学反応が全く生じていなくてもよく、若干の化学反応が生じていてもよい。ただし、所定温度域は、常温よりは明らかに高い温度で維持することとなるため、発電を行う必要が生じた際にも、完全停止している状態に比して化学反応を積極的に生じさせる温度に到達するまでの時間が短く済み、必要電力を出力するまでの時間を短くする(負荷追従性が高い)こととなる。

また、温度維持モードにおいて燃料電池装置150に供給される燃料ガス量は、発電モードにおいて燃料電池装置150に供給される燃料ガス量よりも少ない。

(ネットワーク構成) 以下において、第1実施形態に係るネットワーク構成について説明する。図4は、第1実施形態に係るネットワーク構成を示す図である。

図4に示すように、ネットワークは、負荷120、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150、貯湯装置160、EMS200及びユーザ端末300によって構成される。ユーザ端末300は、ユーザ端末310及びユーザ端末320を含む。

ユーザ端末310は、EMS200と接続されており、各機器(負荷120、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150、貯湯装置160)の消費エネルギーを可視化するための情報(以下、可視化情報)をウェブブラウザによって表示する。このようなケースにおいて、EMS200は、HTML等の形式で可視化情報を生成して、生成された可視化情報をユーザ端末310に送信する。ユーザ端末310とEMS200との間の接続形式は、有線であってもよく、無線であってもよい。

ユーザ端末320は、EMS200と接続されており、可視化情報をアプリケーションによって表示する。このようなケースにおいて、EMS200は、各機器の消費エネルギーを示す情報をユーザ端末320に送信する。ユーザ端末320のアプリケーションは、EMS200から受信する情報に基づいて可視化情報を生成して、生成された可視化情報を表示する。ユーザ端末320とEMS200との間の接続形式は、有線であってもよく、無線であってもよい。

上述したように、第1実施形態では、燃料電池装置150及び貯湯装置160が給湯ユニット170を構成する。従って、貯湯装置160は、EMS200と通信を行う機能を有していなくてもよい。このようなケースでは、燃料電池装置150は、貯湯装置160を代理して、貯湯装置160に関するメッセージの通信をEMS200と行う。

第1実施形態において、EMS200と各機器(負荷120、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150、貯湯装置160)との間の通信は、所定のプロトコルに従って方式で行われる。所定のプロトコルとしては、例えば、“ECHONET Lite”又は“ECHONET”と呼ばれるプロトコルが挙げられる。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではなく、所定のプロトコルは、“ECHONET Lite”又は“ECHONET”以外のプロトコルであってもよい。

(EMSの構成) 以下において、第1実施形態に係るEMSについて説明する。図5は、第1実施形態に係るEMS200を示すブロック図である。

図5に示すように、EMS200は、受信部210と、送信部220と、制御部230とを有する。

受信部210は、信号線を介して接続された装置から各種信号を受信する。例えば、受信部210は、PV131の発電量を示す情報をPV装置130から受信してもよい。受信部210は、蓄電池141の蓄電量を示す情報を蓄電池装置140から受信してもよい。受信部210は、燃料電池151の発電量を示す情報を燃料電池装置150から受信してもよい。受信部210は、貯湯装置160の貯湯量を示す情報を貯湯装置160から受信してもよい。

第1実施形態において、受信部210は、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びPV発電量予測情報を、ネットワーク60を介して各種サーバから受信してもよい。但し、エネルギー料金情報、消費エネルギー予測情報及びPV発電量予測情報は、予めEMS200に記憶されていてもよい。

第1実施形態において、受信部210は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージ、又は、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージを給湯ユニット170(実施形態では、燃料電池装置150の制御基板157)から受信する。言い換えると、燃料電池装置150の制御基板157は、上述したメッセージを送信する送信部を構成する。

ここで、燃料電池装置150の種別は、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)、リン酸型燃料電池(PAFC:Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)及びガスエンジン型発電装置のいずれかを含む。

燃料電池装置150のステータスは、燃料電池装置150に異常が生じたときのエラーではなくて、燃料電池装置150が正常に運転しているときのステータスを示すことに留意すべきである。

例えば、燃料電池装置150のステータスは、燃料電池装置150が停止しているステータス及び燃料電池装置150が発電しているステータスのいずれかを含む。燃料電池装置150の種別がSOFC、PEFC、PAFC、MCFCである場合には、継続的な燃料(ガス)の使用が生じやすい機器である。そのため、いくつかの理由により、ガス消費があまりに長期間連続しないよう、ある程度の期間で強制的に停止するような構成がとられていることが有る。このような、停止は、決して故障などのエラーに起因した停止ではく、なおかつ停止から復帰して以後再運転しても、再度期間が経過すると停止することになる。例えば、燃料電池装置150の中でも特にSOFCの場合には、ガスメーターがガス漏れと判断する一定期間(例えば、27日間)に達するタイミングよりも前において、燃料電池装置150を停止することが望ましいとされている。一方、PEFCの場合には、例えば1日1回1時間停止する。このような対応の差は、同じ燃料電池といえども化学変化を誘発するための構成が異なることから、発電部の反応温度の差などから停止から動作状態に至るまでの時間の長短、などに起因している。そこで、このような運転中、停止中、停止中であればその期間、あるいは今後の停止予定日などもステータスに含め、ステータスを示すメッセージをEMS200が受信する。このようにステータスを示すメッセージをEMS200が受信することによって、EMS200は、燃料電池装置150の種別を把握し、その上で種別ごとの運転停止の期間、停止となる周期などの条件を把握することができ、これら条件内における停止は計画的停止であり、故障ではないことを判断する。逆に、燃料電池装置150の種別ごとの停止計画とが一致しない場合には何らかのエラーが生じたとして警告情報を生成してユーザに通知してもよい。さらにEMS200は、燃料電池装置150のこのような燃料電池装置150の種別ごとの計画的停止の情報を受信し、停止計画をも把握することで今後の発電量の予測精度をさらに高精度なものとし、他の機器(負荷120など)を適切に制御することができる。

また、燃料電池装置150のステータスは、燃料電池装置150が発電している状態から燃料電池装置150が停止している状態に至るまでの複数の段階のいずれかを含む。ここで、燃料電池装置150の種別がSOFCである場合には、燃料電池装置150が発電している状態から燃料電池装置150が停止している状態に至るまでに1日程度の時間を要する。従って、このようなステータスを示すメッセージをEMS200が受信することによって、EMS200は、燃料電池装置150の発電量を把握して、他の機器(負荷120など)を適切に制御することができる。または、前記ステータスメッセージは、停止までに要する時間または停止時間であってもよい。

或いは、燃料電池装置150のステータスは、ラジエータ156を使用しているか否かを含む。上述したように、ラジエータ156を使用している状態では、排熱を全て貯湯装置160で回収できておらず、空気中に放熱している状態であり、すなわち燃料電池装置150の運転効率が低下している状態であると言える。従って、このようなステータスを示すメッセージをEMS200が受信することによって、EMS200は、燃料電池装置150の運転効率を把握して、他の機器(貯湯装置160など)を適切に制御することができる。例えば、ラジエータ156などの放熱部の使用が生じている状態であれば、湯の使用量が少なく、貯湯装置160の貯湯量が増大した状態であり、貯湯装置160での排熱利用が低下している状態である。このため、たとえば貯湯装置160で予め設定された湯温よりもさらに設定温度を上げる、あるいは貯湯量の設定量を上げることなどによって、排熱回収率を向上するよう制御してもよい。あるいは排熱が利用できていないことからエネルギー利用効率を計算し、貯湯装置160の貯湯量が減少するまでは燃料電池装置150の積極的な利用を控えてアイドリングモードあるいは温度維持モードに遷移させてもよい。さらには、このような燃料電池装置150の出力低下に伴う供給電力の低下に相当する分、需要家内の負荷機器の消費電力を低下させるように制御してもよい。すなわち、ラジエータ156の使用の有無により、EMS200は貯湯装置160の設定変更、あるいは燃料電池装置の運転モードの変更、さらには負荷機器の運転状態を制御することにより、よりエネルギー効率の向上を図ることができる。

或いは、燃料電池装置150のステータスは、セルスタック151B(発電部)の温度を含む。ここで、燃料電池装置150の種別がSOFCである場合には、セルスタック151Bの温度によって燃料電池装置150の発電量が大きく変動する。従って、このようなステータスを示すメッセージをEMS200が受信することによって、EMS200は、燃料電池装置150の発電量を把握して、他の機器(負荷120など)を適切に制御することができる。セルスタック151Bの温度によって、燃料電池装置150が発電している状態と燃料電池装置150が停止している状態との間の段階を把握することも可能である。

第1実施形態において、受信部210は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置150の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを給湯ユニット170から受信する。或いは、受信部210は、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを給湯ユニット170から受信する。本実施形態では、ラジエータ156が燃料電池装置150に設置される形態を示したが、ラジエータ156は、貯湯装置160に設けられてもよい。貯湯装置160に貯められたお湯の温度が許容温度の上限を超えるケースにおいて、ラジエータ156お湯を冷却する。上記ラジエータ156のステータスを示すメッセージがEMS200に送られてもよい。

送信部220は、信号線を介して接続された装置に各種信号を送信する。例えば、送信部220は、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160を制御するための信号を各装置に送信する。送信部220は、負荷120を制御するための制御信号を負荷120に送信する。

第1実施形態において、送信部220は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージ、又は、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット170(実施形態では、燃料電池装置150の制御基板157)に送信する。

第1実施形態において、送信部220は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置150の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット170に送信する。或いは、送信部220は、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージの受信に先立って、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージを給湯ユニット170に送信する。

制御部230は、負荷120、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160を制御する。

第1実施形態において、制御部230は、燃料電池装置150の動作モードを燃料電池装置150に指示する。第1実施形態において、燃料電池装置150の動作モードは、上述したように、発電モード(負荷追従制御)、アイドリングモード及び温度維持モードを含む。

燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が所定閾値を上回る場合に、制御部230は、燃料電池装置150を発電モードで運転するよう制御する。一方、制御部230は、例えば、燃料電池151(セルスタック151B)から出力する電力が所定閾値を下回る場合に、温度維持モードで運転するよう燃料電池装置150を制御する。また、制御部230は、例えば、停電が生じた場合には、アイドリングモードで運転するよう燃料電池装置150を制御する。

(メッセージフォーマット) 以下において、第1実施形態に係るメッセージフォーマットについて説明する。図6〜図8は、第1実施形態のメッセージフォーマットの一例を示す図である。

例えば、燃料電池装置150の種別を示すメッセージは、図6に示すフォーマットを有する。図6に示すように、メッセージは、メッセージ種別のフィールド及び種別のフィールドを有する。

メッセージ種別のフィールドは、メッセージの種別を示しており、第1実施形態では、メッセージが燃料電池装置150の種別を含むことを示している。メッセージ種別のフィールドは、各メッセージに共通している。

種別のフィールドは、燃料電池装置150の種別を示す。例えば、燃料電池装置150の種別は、固体酸化物型(SOFC)、固体高分子型(PEFC)、ガスエンジン型などである。

燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージは、図7に示すフォーマットを有する。図7に示すように、メッセージは、メッセージ種別のフィールド及びステータスのフィールドを有する。

メッセージ種別のフィールドは、メッセージの種別を示しており、第1実施形態では、メッセージが燃料電池装置150のステータスを含むことを示している。メッセージ種別のフィールドは、各メッセージに共通している。

ステータスのフィールドは、燃料電池装置150のステータスを示す。図7に示すケースでは、燃料電池装置150のステータスは、燃料電池装置150の種別毎に異なるコード空間を用いて表される。従って、EMS200は、ステータスのフィールドのコード空間を参照することによって、燃料電池装置150の種別を特定することができる。

或いは、燃料電池装置150が正常に運転しているときの燃料電池装置150のステータスを示すメッセージは、図8に示すフォーマットを有する。図8に示すように、メッセージは、種別のフィールド、メッセージ種別のフィールド及びステータスのフィールドを有する。

種別のフィールドは、燃料電池装置150の種別を示す。例えば、燃料電池装置150の種別は、固体酸化物型(SOFC)、固体高分子型(PEFC)、ガスエンジン型などである。

メッセージ種別のフィールドは、メッセージの種別を示しており、第1実施形態では、メッセージが燃料電池装置150のステータスを含むことを示している。メッセージ種別のフィールドは、各メッセージに共通している。

ステータスのフィールドは、燃料電池装置150のステータスを示す。ステータスのフィールドのコード空間は、各メッセージに共通している。

(管理方法) 以下において、第1実施形態に係る管理方法について説明する。図9は、第1実施形態の管理方法を示すシーケンス図である。

図9に示すように、ステップ10において、EMS200は、給湯ユニット170に対して、給湯ユニット170が対応するコード群を要求するメッセージ(コード群要求)を送信する。コード群要求は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージの一例である。或いは、コード群要求は、燃料電池装置150および貯湯装置160が正常に運転しているときの燃料電池装置150および貯湯装置160のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージを要求するメッセージの一例である。

ステップ20において、給湯ユニット170は、EMS200に対して、給湯ユニット170が対応するコード群を示すメッセージ(コード群応答)を送信する。コード群応答は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージの一例である。或いは、コード群応答は、燃料電池装置150および貯湯装置160が正常に運転しているときの燃料電池装置150および貯湯装置160のステータスを示すメッセージを送信する機能の有無を示すメッセージの一例である。

ステップ30において、EMS200は、給湯ユニット170に対して、燃料電池装置150の種別を要求するメッセージ(種別要求)を送信する。

ステップ40において、給湯ユニット170は、EMS200に対して、燃料電池装置150の種別を示すメッセージ(種別応答)を送信する。

ステップ50において、EMS200は、給湯ユニット170に対して、給湯ユニット170が正常に運転しているときの給湯ユニット170のステータスを要求するメッセージ(ステータス要求)を送信する。

ステップ60において、燃料電池装置150は、EMS200に対して、給湯ユニット170が正常に運転しているときの給湯ユニット170のステータスを示すメッセージ(ステータス応答)を送信する。

以上説明したように、第1実施形態では、EMS200は、燃料電池装置150の種別を示すメッセージを受信するため、燃料電池装置150を適切に制御することができる。

第1実施形態では、EMS200は、給湯ユニット170に異常が生じたときのエラーではなくて、給湯ユニット170が正常に運転しているときのステータスを示すメッセージを受信する。これによって、EMS200は、燃料電池装置150の発電量等を把握することが可能であり、他の機器(負荷、貯湯装置など)を適切に制御することができる。

[その他の実施形態] 本発明は上述した実施形態によって説明したが、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ろう。

例えば、系統停電中にはアイドリングモードで運転するとしたが、仮に負荷での電力需要があるならば、補器についての電力供給を燃料電池151自身で行うだけでなく、燃料電池装置150に接続された負荷での需要に見合う出力電力が得られるよう燃料電池151の出力を上げる自立運転モードとしてもよい。すなわち、自立運転モードとアイドリングモードとは、発電電力の外部出力を行うか否かという点では相違するものの、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄うという点では共通する。このため、系統停電中には補器への給電を自己発電で賄う2つのモードのことを便宜上、自給モードと呼んでもよい。

また、温度維持モードでは系統からの電力供給により補器類の消費電力を賄うとしたが、PV装置130か蓄電池装置140などの出力から賄ってもよい。

EMS200は、HEMS(Home Energy Management System)であってもよく、SEMS(Store Energy Management System)であってもよく、BEMS(Building Energy Management System)であってもよく、FEMS(Factory Energy Management System)であってもよい。

実施形態では、需要家10は、負荷120、PV装置130、蓄電池装置140、燃料電池装置150及び貯湯装置160を有する。しかしながら、需要家10は、少なくとも、燃料電池装置150及び貯湯装置160を有していればよい。

実施形態では、燃料電池装置150のステータスを示すメッセージは、燃料電池装置150が正常に運転しているときのステータスを含むが、燃料電池装置150に異常が生じたときのエラーを示すステータスを含んでもよい。

実施形態では特に触れていないが、燃料電池装置150の初期設定を行うタイミング、停電から復旧したタイミング、燃料電池装置150の電源が投入されたタイミング、EMS200の電源が投入されたタイミング、燃料電池装置150の設定を確認する必要が生じたタイミングにおいて、コード群要求及びコード群応答の送受信が行われることが好ましい。

10…需要家、20…CEMS、30…変電所、31…配電線、40…スマートサーバ、50…発電所、51…送電線、60…ネットワーク、100…エネルギー管理システム、110…分電盤、120…負荷、130…PVユニット、131…PV、132…PCS、140…蓄電池ユニット、141…蓄電池、142…PCS、150…燃料電池ユニット、151…燃料電池、151A…改質器、151B…セルスタック、152…PCS、153…ブロワ、154…脱硫器、155…着火ヒータ、156…制御基板、160…貯湯ユニット、170…給湯ユニット、180…電流計、200…EMS、210…受信部、220…送信部、230…制御部、300、310、320…ユーザ端末