JP7194622B2 - 燃料電池システム及びそれらの集中制御システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システム及びこれらの集中制御システムに関する。

燃料電池反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが実用に供されている。このような燃料電池システムでは、一般的に、外部系統への逆潮流が生じないように、定格発電出力の範囲内において電力需要に追従して発電を行い、定格発電出力を超える電力需要があれば外部系統から電力を買電する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムにおいては、電力需要が定格発電出力内であるときには発電出力でまかなうことができ、従って、外部系統から電力を買電することがなく、システム利用の利益を享受することができる。

このような燃料電池システムでは、外部系統への逆潮流が可能であれば余剰の発電出力を外部系統に送給することができ、電力市場に供給することが可能となる。このようなことから、この燃料電池システムの発電電力の一部を電力の需給バランスの調整に用いようとする考えがある。近年、再生可能エネルギーとして太陽光発電の利用が増えており、このような太陽光発電では昼間と夜間の発電電力が大きく変動し、また昼間でも太陽が出ているときと雲に隠れている（又は雨が降っている）ときとで発電電力が大きく変動する。このような太陽光発電の発電電力の大きな変動を抑えるために燃料電池システムを利用しようとする考えがある。

このような太陽光発電による発電電力の変動に限定されないが、夏場の天候に起因する急激な電力需要の変動、また大きなイベントなどによる電力需要の一時的な変動、災害などによる電力送給の一時的な変動などにも燃料電池システムの発電電力を利用しようとする考えがある。

特開２０１６－１８１５１０号公報

しかしながら、従来は、燃料電池システムから外部系統への逆潮流が生じないようにしていたために、燃料電池システムの発電電力の一部を電力の需給バランスの調整に用いようとする発想はなく、その利用は限られていた。

本発明の第１の目的は、発電電力の一部を電力の需給バランスにおける電力不足の調整に用いることができる燃料電池システムを提供することである。

また、本発明の第２の目的は、電力の需給バランスの調整のための電力調整市場に発電電力の一部を提供することができる燃料電池システムの集中制御システムを提供することである。

また、本発明の第３の目的は、電力の需給バランスにおける電力余剰の調整に利用することができる燃料電池システムを提供することである。

更に、本発明の第４の目的は、電力の需給バランスの調整のための電力調整市場における電力余剰を解消することができる燃料電池システムの集中制御システムを提供することである。

本発明の燃料電池システムは、上述した第１の目的に対応して、燃料電池反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を制御するための電池制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記電池制御手段は、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力より低い低発電出力でもって運転する上げ調整発電モードに切り換えるための上げ調整信号と、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が生じるのを防止するために前記燃料電池の発電出力を上昇させるための発電上昇信号とに基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が予測されると、前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記上げ調整発電モードに切り替え、前記上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、また前記上げ調整発電モードの運転中に前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足のおそれが生じると、前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力よりも高くなるように制御し、これにより、前記燃料電池の発電出力の一部が前記外部系統に供給されることを特徴とする。

このような燃料電池システムでは、発電上昇信号は、定格発電上昇信号及び高発電上昇信号を含み、上げ調整発電モードの運転中に定格発電上昇信号が生成されると、この定格発電上昇信号に基づいて燃料電池の発電出力が定格発電出力となるように制御し、また上げ調整発電モードの運転中に高発電上昇信号が生成されると、この高発電上昇信号に基づいて燃料電池の発電出力が低発電出力よりも高く且つ定格発電出力よりも低い高発電出力となるように制御するのが好ましい。また、上げ調整信号は、第１上げ調整信号及び第２上げ調整信号を含み、第１上げ調整信号が生成されると、電池制御手段は、この第１上げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから第１上げ調整発電モードに切り替え、また第２上げ調整信号が生成されると、電池制御手段は、第２上げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから第２上げ調整発電モードに切り替えるのが好ましい。

また、本発明の燃料電池システムの集中制御システムは、上述した第２の目的に対応して、燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池を制御するための電池制御手段を備えた燃料電池システムが多数集合した燃料電池システムの集中制御システムであって、
通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する上げ調整発電モードに切り換えるための上げ調整信号を生成する上げ調整信号生成手段と、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が生じるのを防止するために前記燃料電池の発電出力を上昇させるための発電上昇信号を生成する発電上昇信号生成手段とを更に含み、
多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号及び前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が予測されると、前記上げ調整信号生成手段は前記上げ調整信号を生成し、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記上げ調整発電モードに切り替え、前記上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、また前記上げ調整発電モードの運転中に前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足のおそれが生じると、前記発電上昇信号生成手段は前記発電上昇信号を生成し、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力よりも高くなるように制御し、これにより、前記燃料電池の発電出力の一部が前記外部系統に供給されることを特徴とする。

このような燃料電池システムの集中制御システムでは、多数の燃料電池システムは、燃料電池の発電出力を瞬時に上昇させる制御に対応した第１燃料電池グループの第１燃料電池システムと、燃料電池の発電出力を瞬時に上昇させる制御に対応しない第２燃料電池グループの第２燃料電池システムとを含み、上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、第１燃料電池システムの燃料電池の発電出力を瞬時に定格発電出力となるように制御し、第２燃料電池システムの燃料電池の発電出力を除々に定格発電出力となるように制御するのが好ましい。

また、第２燃料電池グループの第２燃料電池システムは、燃料電池の発電出力が比較的短い時間でもって定格発電出力に上昇する短時間上昇サブグループの第２燃料電池システムと、燃料電池の発電出力が比較的長い時間でもって定格発電出力に上昇する長時間上昇サブグループの第２燃料電池システムを含み、上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、短時間上昇サブグループの第２燃料電池システムの燃料電池の発電出力を比較的短時間で定格発電出力となるように制御し、また長時間上昇サブグループの第２燃料電池システムの燃料電池の発電出力を比較的長時間で定格発電出力となるように制御するのが好ましい。

更に、多数の燃料電池システムは、燃料電池の発電出力を定格発電出力の第１割合値まで下げる制御に対応した第１燃料電池グループの第１燃料電池システムと、燃料電池の発電出力を第１割合値よりも大きい第２割合値まで下げる制御に対応した第２燃料電池グループの第２燃料電池システムとを含み、上げ調整信号が生成されると、第１燃料電池グループの第１燃料電池システムの燃料電池の発電出力を定格発電出力の第１割合値となるように制御し、また第２燃料電池グループの第２燃料電池システムの燃料電池の発電出力を定格発電出力の第２割合値となるように制御するのが好ましい。

また、本発明の他の燃料電池システムは、上述した第３目的に対応して、燃料電池反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を制御するための電池制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記電池制御手段は、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が生じるのを回避するために、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する下げ調整発電モードに切り換え且つ前記燃料電池の発電出力を前記低発電出力に下げるための下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が発生するおそれが生じると、前記電池制御手段は、前記下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記下げ調整発電モードに切り替え、前記下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、これにより、前記外部系統の電力の一部が燃料電池システムの低下した発電電力をまかなうことを特徴とする。

この燃料電池システムでは、下げ調整信号は、第１下げ調整信号及び第２下げ調整信号を含み、第１下げ調整信号が生成されると、電池制御手段は、第１下げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから第１下げ調整発電モードに切り替え、また第２下げ調整信号が生成されると、電池制御手段は、第２下げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから第２下げ調整発電モードに切り替えるのが好ましい。

更に、本発明の他の燃料電池システムの集中制御システムは、上述した第４の目的に対応して、燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池を制御するための電池制御手段を備えた燃料電池システムが多数集合した燃料電池システムの集中制御システムであって、
多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が生じるのを回避するために、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する下げ調整発電モードに切り換え且つ前記燃料電池の発電出力を前記低発電出力に下げるための下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が発生するおそれが生じると、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記下げ調整発電モードに切り替え、前記下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、これにより、前記外部系統の電力の一部が前記多数の燃料電池システムの低下した発電出力をまかなうことを特徴とする。

本発明の燃料電池システムによれば、上げ調整信号が生成されると、燃料電池システムの電池制御手段は、この上げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから上げ調整発電モードに切り替え、上げ調整発電モードの運転では燃料電池の発電出力が定格発電出力よりも低い低発電出力となるように制御されるので、燃料電池は低発電出力で稼働され、この上げ調整発電モードの運転からの燃料電池の発電出力の上昇が許容される。そして、この上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、燃料電池の発電出力が低発電出力よりも大きくなるように制御されるので、燃料電池システムからの発電出力が増大し、この増大した発電出力が外部系統に相対的に流出するようになり、その結果、燃料電池システムを利用して電力の需給バランスにおける電力不足を回避することができる。

また、本発明の燃料電池システムの集中制御システムによれば、上げ調整信号が生成されると、多数の燃料電池のシステムの電池制御手段は、この上げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから上げ調整発電モードに切り替え、上げ調整発電モードの運転では燃料電池の発電出力が定格発電出力よりも低い低発電出力となるように制御されるので、多数の燃料電池システムの燃料電池は低発電出力で稼働され、この上げ調整発電モードの運転からの燃料電池の発電出力の上昇が許容される。そして、この上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、多数の燃料電池システムの燃料電池の発電出力が定格発電出力となるように制御されるので、多数の燃料電池システムからの発電出力が増大し、この増大した発電出力が外部系統に相対的に流出するようになり、その結果、多数の燃料電池システムの発電出力を外部系統としての電力調整市場に提供することができ、多数の燃料電池システムを利用して電力の需給バランスにおける電力不足を回避することができる。

また、本発明の他の燃料電池システムによれば、下げ調整信号が生成されると、燃料電池システムの電池制御手段は、この下げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから下げ調整発電モードに切り替え、下げ調整発電モードの運転では燃料電池の発電出力が定格発電出力よりも低い低発電出力となるように制御されるので、燃料電池システムからの発電出力が低下し、この低下した発電出力をまかなうように、外部系統からの電力が相対的に流入するようになり、その結果、燃料電池システムを利用して電力の需給バランスにおける電力余剰を回避することができる。

更に、本発明の他の燃料電池システムの集中制御システムによれば、下げ調整信号が生成されると、多数の燃料電池のシステムの電池制御手段は、この下げ調整信号に基づいて燃料電池の運転を通常発電モードから下げ調整発電モードに切り替え、多数の燃料電池システムの燃料電池の発電出力が定格発電出力よりも低い低発電出力となるように制御されるので、多数の燃料電池システムの発電出力が低下し、この低下した発電出力をまかなうように外部系統からの電力が相対的に流入するようになり、その結果、外部系統としての電力調整市場から電力を受電し、多数の燃料電池システムを利用して電力の需給バランスにおける電力余剰を回避することができる。

本発明に従う燃料電池システムの集中制御システムの第１の実施形態を簡略的に示す簡略図。 図１の集中制御システムの制御系を簡略的に示すブロック図。 図１の集中制御システムを構成する燃料電池システムの一例を簡略的に示すブロック図。 図２の集中制御システムの制御系による制御の一例を示すフローチャート。 図４のフローチャートに沿って制御したときの燃料電池システムの発電出力の変動を示す図であって、図５（ａ）は、第１燃料電池システムの発電出力の変動を示す図、図５（ｂ）は、第２燃料電池システムの発電電力の変動を示す図。 図２の集中制御システムの制御系の他の例における燃料電池システムの発電出力の変動を示す図であって、図６（ａ）は、第１燃料電池システムの発電出力の変動を示す図、図６（ｂ）は、第２燃料電池システムの発電電力の変動を示す図。 本発明に従う燃料電池システムの集中制御システムの第２の実施形態における制御系による制御の流れを示すフローチャート。 図７のフローチャートに沿って制御したときの燃料電池システムの発電出力の変動を示す図。 本発明に従う燃料電池システムの集中制御システムの第３の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。 図９の集中制御システムの制御系による制御の流れを示すフローチャート。 図１０のフローチャートに沿って制御したときの燃料電池システムの発電出力の変動を示す図であって、図１１（ａ）は、第１燃料電池システムの発電出力の変動を示す図、図１１（ｂ）は、第２燃料電池システムの発電電力の変動を示す図。 本発明に従う燃料電池システムの集中制御システムの第４の実施形態における制御系による制御の流れを示すフローチャート。 図１２のフローチャートに沿って制御したときの燃料電池システムの発電出力の変動を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システム（及びこれらの集中制御システム）の種々の実施形態について説明する。尚、以下の説明においては燃料電池システムの集中制御システムを中心に説明するが、その説明の中に燃料電池システム単独の発明が含まれていることは明らかである。

〈燃料電池システムの集中制御システムの第１の実施形態〉
まず、図１～図５を参照して、燃料電池システムの集中制御システムの第１の実施形態について説明する。図１において、システムの管理者（例えば、電力会社、ガス会社）側には、例えば燃料電池管理センター２が設けられ、この燃料電池管理センター２に例えば燃料電池管理システム４及び顧客情報管理システム６が設置される（図２参照）。この実施形態では、燃料電池管理システム４と顧客情報管理システム６とが同じ燃料電池管理センター２に設置されているが、これらを別々の場所に設置するようにしてもよく、或いはこれらを一つの管理システムとして構成するようにしてもよい。

また、電力の消費者（例えば、電力会社、ガス会社の顧客）側には、例えば一戸建て家屋８、マンションなどが設けられ、図１では一戸建て家屋８に燃料電池システム１０が設置されており、この第１の実施形態では、燃料電池管理システム４、顧客情報管理システム６及び多数の燃料電池システム１０により燃料電池システムの集中制御システムが構築される。

図２をも参照して、この実施形態では、多数の燃料電池システム１０は、その制御特性によって二つのグループ、即ち第１燃料電池グループ１２及び第２燃料電池グループ１４のいずれかに含まれるよいうに構成される。更に説明すると、第１燃料電池グループ１２の複数の第１燃料電池システム１０Ａは、燃料電池１６の発電出力を瞬時（例えば、１０秒以内）に定格発電出力に上昇させる制御に対応するものであり、また第２燃料電池グループ１４の複数の第２燃料電池システム１０Ｂは、燃料電池１６の発電出力を瞬時に定格発電出力に上昇させる制御に対応していないものであり、例えば５～６０分以内に定格発電出力に上昇させる制御に対応するものである。

また、この第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂは、更に、比較的短い時間（例えば、３～１０分以内）で定格発電出力に上昇する短時間上昇サブグループの第２燃料電池システム１０ＢＡと、比較的長い時間（例えば、１５～６０分以内）で定格発電出力に上昇する長時間上昇サブグループの燃料電池システム１０ＢＢとに分かれ、多数の燃料電池システム１０は、第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａと第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂ（即ち、短時間上昇サブグループの第２燃料電池システム１０ＢＡ及び長時間上昇サブグループの第２燃料電池システム１０ＢＢ）から構成される。

次に、図３を参照して、燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の基本的構成の一例について説明する。図示の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、発電を行う燃料電池１６と、この燃料電池１６を制御する電池制御手段１８とから構成されている。燃料電池１６は、例えば固体酸化物形燃料電池から構成され、セルスタック２０、改質器２２、気化器２４及び燃焼器２６を備えている。セルスタック２０は、燃料電池反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形のセルを積層状態に配列して構成され、このセルスタック２０のセルは、酸素イオンを伝導する固体電解質２８と、固体電解質２８の片側に設けられた燃料極３０と、固体電解質２８の他側に設けられた酸素極３２とを備えており、固体電解質２８として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。

セルスタック２０の燃料極３０の導入側は、改質燃料ガス送給流路３４を介して改質器２２に接続され、この改質器２２は、水蒸気混合ガス送給流路３６を介して気化器２４に接続され、この気化器２４は、燃料ガス供給流路３８を介して燃料ガス供給源（図示せず）（例えば、埋設管や貯蔵タンクなど）に接続される。この燃料ガス供給流路３８には、燃料ガスを供給するための燃料ガスポンプ４０及び燃料ガス中の硫黄成分を除去するための脱硫器４２が配設される。また、この気化器２４には、水供給流路４４介して水供給源（図示せず）（例えば、水タンクなど）に接続され、この水供給流路４４には水ポンプ４６が配設される。更に、セルスタック２０の酸素極３２の導入側は、空気供給流路４８を介して大気に連通され、この空気供給流路４８に空気ブロア５０が配設される。

セルスタック２０の燃料極３０の排出側は、燃料オフガス送給流路５２を介して燃焼器２６に接続され、またその空気極３２の排出側は、空気オフガス送給流路５４を介して燃焼器２６に接続され、この燃焼器２６は、燃焼ガス排出流路５６を介して大気に開放されている。

この燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）においては、燃料ガス供給源（図示せず）からの燃料ガスが燃料ガスポンプ４０によって燃料ガス供給流路３８を通して気化器２４に供給され、かく供給される燃料ガス中の硫黄成分が脱硫器４２にて除去される。また水供給源（図示せず）からの改質用水は水ポンプ４６によって水供給流路４４を通して気化器２４に供給される。

気化器２４では、改質用水が気化されて水蒸気となり、燃料ガス供給流路３８からの燃料ガスにこの水蒸気が混合され、水蒸気混合燃料ガスが水蒸気混合ガス送給流路３６を通して改質器２２に送給される。改質器２２では、燃料ガスの水蒸気改質が行われ、水蒸気改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給流路３４を通してセルスタック２０の燃料極３０側に送給される。

このセルスタック２０の空気極３２側には空気ブロア５０によって空気供給流路４８を通して空気が供給され、セルスタック２０において、燃料極３０側に送給された燃料ガス（改質燃料ガス）と空気極３２側に送給された空気（酸素）との燃料電池反応によって発電出力が得られ、得られた発電出力が逆潮流することなく電力負荷で消費されたり、余剰の発電出力については外部系統に逆潮流されて外部系統にて消費される。

また、セルスタック２０の燃料極３０からの燃料オフガスは燃料オフガス送給流路５２を通して燃焼器２６に送給され、その空気極３２からの空気オフガスは空気オフガス送給流路５４を通して燃焼器２６に送給される。そして、この燃焼器２６にて燃料オフガスが空気オフガスにより燃焼され、この排気ガスが燃焼ガス排出流路５６を通して大気に排出される。

この燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の燃料電池１６（燃料ガスポンプ４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を含む）は、電池制御手段１８により後述する如く作動制御される。電池制御手段１８は、例えば、マイクロプロセッサなどから構成され、作動制御手段５８、運転モード切替手段６０、上げ調整処理手段６２、発電上昇処理手段６４、発電低下処理手段６５及び上げ調整解除処理手段６６を含んでいる。作動制御手段５８は、燃料電池１６の燃料ガスブロア４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を後述する如く作動制御し、運転モード切替手段６０は、燃料電池１６の運転を通常の運転状態で発電を行う通常発電モードと上げ調整の運転を行うことができる上げ調整発電モードとの切り替えを行い、発電上昇処理手段６４は、後述する発電上昇信号に基づいて燃料電池１６の発電出力の上昇処理を行い、発電低下処理手段６５は、後述する発電低下信号に基づいて燃料電池１６の発電出力の低下処理を行い、また上げ調整解除処理手段６６は、上げ調整処理の解除を後述する如く行う。

燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の基本的構成は上述した通りであるが、第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａについては、その燃料電池１６の発電出力が瞬時（例えば、１０秒以内）に定格発電出力まで上昇するように制御されるので、この瞬時の上昇によっても燃料電池１６（セルスタック２０）に悪影響が生じないように次のような公知の改良を採用するようにしてもよい。

例えば、燃料電池１６の発電出力を瞬時に上昇させようとすると、燃料の供給遅れ、改質用水の気化遅れなどが生じるが、燃料の供給遅れに対しては、例えば特開２００９－１０４８８６号公報などに開示された技術を採用することができ、また改質用水の気化遅れに対しては、特開２０１８－１０６９５４号公報、特開２０１８－１０６９５１号公報及び特開２０１８－７７９９０号公報などに開示された技術を採用することができる。

再び、図１及び図２に戻って燃料電池管理センター２側の構成について説明すると、燃料電池管理センター２の燃料電池管理システム４は、例えば、システムコンピュータなどから構成される。図示の燃料電池管理システム４は、種々の情報を入力するための入力手段７２と、この入力手段７２により入力された入力信号を処理するための入力信号処理手段７４と、上げ調整信号を生成する上げ調整信号生成手段７６と、発電上昇信号を生成する発電上昇信号生成手段７８と、発電低下信号を生成する発電低下信号生成手段８０と、上げ調整解除信号を生成する上げ調整解除信号生成手段８２とを備えている。

このような燃料電池システムの集中管理システムを採用する場合、システムの管理者（例えば、電力会社、ガス会社）と電力の消費者（例えば、電力会社、ガス会社の顧客）との間で、例えば次のような取り決めを決めてこの集中管理システムを運用することになる。電力の需給バランスは一定ではなく、季節、時間帯、天候などにより、またイベントなどにより変動し、このような変動に対応しなければ大規模停電などが起こるおそれがある。このようなときに、消費者側に設置されている燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）を有効活用することにより、大型の発電所の発電出力を調整することなく電力の需給バランスの変動に対応することができ、社会的に大きな利益を享受することができる。一方、消費者側にとっては、自宅に設置した燃料電池システム１０の発電出力の一部を外部系統としての電力調整市場に提供し、そのために上げ調整発電モードの運転においては、本来の発電出力（即ち、定格発電出力）よりも低い発電出力でもって運転し、電力不足が発生しそうなときに燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力を上昇させて定格発電出力で運転し、この増大した発電出力を電力調整市場に提供し、これにより、電力の需給バランスにおける電力不足を解消することができる。

このような観点から、システムの管理者と電力の消費者、即ち燃料電池システム１０の設置者との利益の調整を図るために、これら両者間で例えば次の条件の契約を締結することになる。第１に、上げ調整信号に基づき上げ調整発電モードの運転をする運転時間に対して、例えば１時間当たり○○円を設置者に支払う。第２に、発電上昇信号に基づき燃料電池システム１０の発電電力を上昇させて電力調整市場に発電電力の一部を提供する運転時間に対して、例えば１時間当たり△△円を設置者に支払う。第３に、第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａを設置した設置者に対しては、電力の需給バランスの電力不足に対し瞬時の発電出力の上昇でもって対応してもらうため、第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂの設置者よりも例えば２０％アップした金額、例えば上げ調整発電モードの運転１時間当たり（○○×１．２）円を支払い、燃料電池システム１０の発電出力を上昇させた運転１時間当たり（△△×１．２）円を支払う。

例えば、上述したように取決めを管理者側と消費者側（設置者側）との間で行って運用することになる。この取決め内容については、ビジネスモデルに沿った内容となり、種々の内容のものが考えられ、このようなビジネスモデルを実行するために、例えば、更に次の通りに構成される。

この実施形態では、燃料電池管理システム４は、上述した構成に加えて、更に、第１積算タイマ８４、第２積算タイマ８６、計時手段８８及び通信手段９０を含んでいる。第１積算タイマ８４は、上げ調整発電モードの運転をした運転時間を積算し、また、第２積算タイマ８６は、上げ調整モードの運転中において燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力を上昇させて運転をした運転時間を積算する。また、計時手段８８は、各種時間、例えば上げ調整信号を生成するまで時間、上げ調整解除信号を生成するまでの時間などを計時する。更に通信手段９０は、多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の各々に設けられた通信手段９２との間で各種信号の通信を行う。これら通信手段９０、９２は、例えば、両者間で各種信号のやりとりを行う双方向性のものを用いることができ、例えば無線通信を利用するでもよく、或いはインターネット通信を利用するものでもよい。尚、通信手段９０，９２として燃料電池管理システム４から多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）に各種信号を送る単方向性ものを用いるようにしてもよい。

この燃料電池管理システム４に関連して設けられる顧客情報管理システム６は、例えばシステムコンピュータなどから構成され、この実施形態では、データ処理手段９１、料金演算手段９４、顧客情報データベース９６及び顧客料金情報データベース９８を備えている。データ処理手段９１は、例えば燃料電池管理システム４から送られてくる各種データ信号（例えば、第１積算タイマ８４の積算時間情報、第２積算タイマ８６の積算時間情報など）を所要の通りに処理し、また料金演算手段９４は、第１及び第２タイマ８４，８６の積算時間情報に基づいて設置者に支払う金額を演算し、この料金演算手段９４による演算は、例えば一ヶ月毎に行われ、この料金演算を行った後は、第１及び２積算タイマ８４，８６の積算時間はリセットされる。

また、顧客情報データベース９６には、顧客に関する種々の情報、例えば顧客管理番号、住所、電話番号、契約形態（設置した燃料電池システム１０が第１燃料電池グループ１２に属する形態のものか第２燃料電池グループ１４に属する形態のものか）などが登録される。更に、顧客料金情報データベース９８には、各顧客の料金情報、即ち第１及び第２積算タイマ８４，８６の積算時間に基づいて演算された料金情報が顧客情報と関連付けて登録される。

次に、図２～図５を参照して、燃料電池システムの集中制御システムについて説明する。主として、図２及び図４を参照して、多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、通常発電モードで運転され（ステップＳ１）、この運転状態においては、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、発電効率の良い運転状態、例えば定格発電状態で運転される。

この通常発電モードの運転中に電力需要の大きな変動が予測されるときには、燃料電池管理センター２側において、燃料電池管理システム４の入力手段７２により上げ調整の入力操作を行う。このように入力操作すると、ステップＳ２からステップＳ３に進み、入力信号処理手段７４が入力手段７２からの入力信号を所要の通りに処理し、この入力信号に基づいて上げ調整信号生成手段７６が上げ調整信号を生成する。尚、この上げ調整信号は、例えば、計時手段８８と組み合わせて設定時刻になると生成されるようにしてもよい。

かくすると、この上げ調整信号が、燃料電池管理システム４から通信手段９０，９２を介して多数の燃料電池システム１０（第１燃料電池グループ１２の燃料電池システム１０Ａ及び第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂ）に送給され、多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、通常発電モードから上げ調整発電モードの運転に切り替えられる。

この実施形態では、上げ調整信号が送給されると、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、この上げ調整信号に基づいて運転モード切替手段６０が通常発電モードから上げ調整発電モードに切り替え、上げ調整処理手段６２は、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力が低発電出力（定格発電出力の例えば５０％程度）に低下するように設定し、これにより、作動制御手段５８は、発電出力が定格発電出力の例えば５０％の低発電出力となるように燃料ガスポンプ４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を制御する（ステップＳ４）。

例えば、時刻Ｔ１１において、燃料電池管理システム４にて上げ調整信号が生成されると、第１燃料電池グループ１２の複数の第１燃料電池システム１０Ａの発電出力は、例えば図５（ａ）で示すように低発電出力（定格発電出力の５０％程度）まで徐徐に低下し、また第２燃料電池グループ１４の複数の燃料電池システム１０Ｂの発電出力も、例えば図５（ｂ）で示すように低発電出力（定格発電出力の５０％程度）まで徐徐に低下する。

そして、このような上げ調整発電モードの運転中に、電力の需給バランスが崩れて電力不足が生じるおそれがあるときには、燃料電池管理センター２側において、燃料電池管理システム４の入力手段７２により発電上昇の入力操作を行う。このように発電上昇の入力操作すると、ステップＳ５からステップＳ６に進み、入力信号処理手段７４が入力手段７２からの入力信号を所要の通りに処理し、この入力信号に基づいて発電上昇信号生成手段７８が発電上昇信号を生成する。尚、この発電上昇信号についても、例えば、計時手段８８と組み合わせて設定時刻になると生成されるようにしてもよい。

このようにして発電上昇信号が生成されると、この発電上昇信号が、燃料電池管理システム４から通信手段９０，９２を介して多数の燃料電池システム１０（第１燃料電池グループ１２の燃料電池システム１０Ａ及び第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂ）に送給される。かくすると、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、この発電上昇信号に基づいて発電上昇処理手段６２は、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力が定格発電出力（１００％の発電出力）となるように設定し、これにより、作動制御手段５８は、発電出力が定格発電出力となるように燃料ガスポンプ４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を制御する（ステップＳ６）。

例えば、時刻Ｔ１２において、燃料電池管理システム４にて発電上昇信号が生成されると、第１燃料電池グループ１２の複数の第１燃料電池システム１０Ａの発電出力は、例えば図５（ａ）で示すように定格発電出力まで瞬時（例えば、１０秒以内）に上昇し、また第２燃料電池グループ１４の複数の燃料電池システム１０Ｂの発電出力は、例えば図５（ｂ）で示すように徐徐に定格発電出力まで上昇する。この第２燃料電池グループ１４の短時間上昇サブグループの第２燃料電池システム１０ＢＡは、例えば３～１０分以内（例えば、５分以内）に定格発電出力に上昇し、長時間上昇サブグループの第２燃料電池システム１０ＢＢは、例えば５～６０分以内（例えば、３０分以内）に定格発電出力に上昇する。

このように発電上昇信号による定格発電出力状態の運転中に電力余剰となるおそれが生じると、燃料電池管理センター２側において、燃料電池管理システム４の入力手段７２により発電低下の入力操作を行う。このように発電低下の入力操作すると、ステップＳ７からステップＳ８に進み、入力信号処理手段７４が入力手段７２からの入力信号を所要の通りに処理し、この入力信号に基づいて発電低下信号生成手段８０が発電低下信号を生成する。尚、この発電低下信号についても、例えば、計時手段８８と組み合わせて設定時刻になると生成されるようにしてもよい。

このようにして発電低下信号が生成されると、この発電低下信号が、燃料電池管理システム４から通信手段９０，９２を介して多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）に送給され、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、この発電低下信号に基づいて発電低下処理手段６５は、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力が低発電出力（定格発電出力の５０％程度）となるように設定し、これにより、作動制御手段５８は、発電出力が低発電出力となるように燃料ガスポンプ４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を制御する（ステップＳ８）。

例えば、時刻Ｔ１４において、燃料電池管理システム４にて発電低下信号が生成されると、第１及び第２燃料電池グループ１２，１４の第１及び第２燃料電池システム１０Ａ，１０Ｂ（１０ＢＡ，１０ＢＢ）の発電出力は、例えば図５（ａ）及び（ｂ）で示すように低発電出力（定格発電出力の５０％程度）まで除除に低下する。

その後、この上げ調整発電モードの運転を解除するときには、燃料電池管理センター２側において、燃料電池管理システム４の入力手段７２により上げ調整解除の入力操作を行う。このように上げ上昇解除の入力操作すると、ステップＳ９からステップＳ１０に進み、入力信号処理手段７４が入力手段７２からの入力信号を所要の通りに処理し、この入力信号に基づいて上げ調整解除信号生成手段８２が上げ調整解除信号を生成し、上げ調整発電モードの運転が終了する。尚、この上げ調整解除信号についても、例えば、計時手段８８と組み合わせて設定時刻になると生成されるようにしてもよい。

このようにして上げ調整解除信号が生成されると、この上げ調整解除信号が、燃料電池管理システム４から通信手段９０，９２を介して多数の燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）に送給される。かくすると、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、この上げ調整解除信号に基づいて上げ調整解除処理手段６５は、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）の発電出力が定格発電出力となるように設定し、これにより、作動制御手段５８は、発電出力が定格発電出力となるように燃料ガスポンプ４０、水ポンプ４６及び空気ブロア５０を制御し、燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）は通常発電モードの運転に戻り、ステップＳ１１からステップＳ２に戻る。

例えば、時刻Ｔ１５において、燃料電池管理システム４にて上げ調整解除信号が生成されると、第１燃料電池グループ１２の複数の第１燃料電池システム１０Ａの発電出力は、例えば図５（ａ）で示すように定格発電出力まで除除に上昇し、また第２燃料電池グループ１４の複数の燃料電池システム１０Ｂの発電出力も、例えば図５（ｂ）で示すように定格発電出力まで除除に上昇する。尚、第１燃料電池グループの１２の第１燃料電池システム１０Ａについては、定格発電出力まで瞬時に上昇するようにしてもよいが、瞬時に上昇する必要がないときには、燃料電池１６（セルスタック２０）の寿命などを考慮し、実施形態のように除除に上昇するようにするのが望ましい。

尚、上げ調整発電モードの運転中に再び上げ調整信号が生成されると、ステップＳ９からステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２～ステップＳ９が繰り返し実行される。

この第１の実施形態の燃料電池システムの集中制御システムでは、多数の燃料電池システム１０が第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａ（瞬時に定格発電出力に上昇する形態のもの）と第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂ（瞬時に定格発電出力に上昇しない形態のもの）から構成されているが、このような構成に代えて、これら燃料電池システム１０を例えば第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａのみから構成するようにしてもよく、或いは例えば第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂのみから構成するようにしてもよい。

また、多数の燃料電池システム１０を次の形態のグループのものから構成するようにしてもよい。即ち、図示していないが、第１燃料電池グループとして上げ調整発電モードの運転において第１低発電出力として定格発電電力の第１割合値（例えば、４０％程度）に低下する形態のものから構成し、第２発電電池グループとして上げ調整発電モードの運転において第２低発電出力として定格発電電力の第２割合値（第１割合値より大きい値であって、例えば７０％程度）に低下する形態のものから構成するようにしてもよい。

この場合、第１燃料電池グループの第１燃料電池システムの発電出力は、例えば図６（ａ）で示すように変動し、また第２燃料電池グループの第２燃料電池システムの発電出力は、例えば図６（ｂ）に示すように変動する。例えば、時刻Ｔ２１において、燃料電池管理システム４（図１及び図２参照）にて上げ調整信号が生成されると、第１燃料電池グループの複数の第１燃料電池システムの発電出力は、図５（ａ）で示すように第１低発電出力（定格発電出力の４０％程度）まで徐徐に低下し、また第２燃料電池グループの複数の燃料電池システムの発電出力は、図６（ｂ）で示すように第２低発電出力（定格発電出力の７０％程度）まで徐徐に低下する。

そして、このような上げ調整発電モードの運転中に、例えば時刻Ｔ２２において燃料電池管理システム４にて発電上昇信号が生成されると、第１燃料電池グループの複数の第１燃料電池システムの発電出力は、図６（ａ）で示すように定格発電出力まで瞬時に上昇し、また第２燃料電池グループの複数の燃料電池システムの発電出力も、図６（ｂ）で示すように瞬時に定格発電出力まで上昇する。

また、この発電上昇信号による定格発電出力状態の運転中に、例えば時刻Ｔ２３において燃料電池管理システム４にて発電低下信号が生成されると、第１燃料電池グループの第１燃料電池システムの発電出力は、図６（ａ）で示すように第１低発電出力（定格発電出力の第１割合値）まで除除に低下し、また第２燃料電池グループの第２燃料電池システムの発電出力は、図６（ｂ）で示すように第２低発電出力（定格発電出力の第２割合値）まで除除に低下する。

その後、例えば時刻Ｔ２４において、燃料電池管理システム４にて上げ調整解除信号が生成されると、第１燃料電池グループの第１燃料電池システムの発電出力は、図６（ａ）で示すように除除に定格発電出力に復帰し、また第２燃料電池グループの第２燃料電池システムの発電出力も、図６（ｂ）で示すように除除に定格発電出力に復帰する。

尚、この形態では、第１燃料電池グループとして瞬時に定格発電出力に上昇する形態の燃料電池システムのみから構成しているが、このような構成に代えて、瞬時に定格発電出力に上昇しない形態の燃料電池システムのみから構成するようにしてもよく、或いは上述した実施形態と同様に、瞬時に定格発電出力に上昇するものと瞬時に定格発電出力に上昇しないものから構成するようにしてもよい。

〈燃料電池システムの集中制御システムの第２の実施形態〉
この第２の実施形態では、多数の燃料電池システムは第１の実施形態における第１燃料電池グループ１２の第１燃料電池システム１０Ａ（図２参照）から構成されるが、第２燃料電池グループ１４の第２燃料電池システム１０Ｂ（図２参照）から構成するようにしてもよい。また、この形態では、第１燃料電池システムの発電出力は、定格発電出力とこの定格発電出力よりも小さい高発電出力に上昇するように構成される。そして、このことに関連して、図示していないが、燃料電池管理システムの発電上昇信号生成手段は、定格発電出力に上昇させる定格発電上昇信号と、定格発電出力の例えば７０％程度の高発電出力に上昇させる高発電出力上昇信号を生成するように構成される。この第２の実施形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施形態と同様である。尚、第２の実施形態の集中制御システムの制御系の構成は、第１の実施形態のものとほぼ同様であるので、図２を参照して説明する。

このような第２の実施形態の集中制御システムでは、多数の燃料電池システム１０Ａは、例えば図７及び図８で示すように制御される。図７及び図８において、通常発電モードの運転中（ステップＳ２１）に、例えば時刻Ｔ３１において燃料電池管理システム４の上げ調整信号生成手段７６が上げ調整信号を生成すると、ステップＳ２２からステップＳ２３に進み、燃料電池システム１０（１０Ａ）の運転が通常発電モードから上げ調整発電モードに切り替えられ、各燃料電池システム１０の発電出力が低発電出力（例えば、定格発電出力の４０％程度）に除除に低下する（ステップＳ２４）。

そして、このような上げ調整発電モードの運転中に、例えば時刻Ｔ３２において燃料電池管理システム４の発電上昇信号生成手段７８が定格発電上昇信号を生成すると、ステップＳ２５からステップＳ２６を経てステップＳ２７に進み、各燃料電池システム１０（１０Ａ）の発電出力は、定格発電出力まで瞬時に上昇する。

このように定格発電上昇信号による定格発電出力状態の運転中に、例えば時刻Ｔ３３において発電低下信号生成手段８０が発電低下信号を生成すると、ステップＳ２８からステップＳ２９に進み、各燃料電池システム１０（１０Ａ）の発電出力は、定格発電出力の４０％まで除除に低下する。

このような運転状態中に、例えば時刻Ｔ３４において燃料電池管理システム４の発電上昇信号生成手段７８が高発電上昇信号を生成すると、ステップＳ３０からステップＳ２５に戻り、更にステップ２６及びステップＳ３１を経てステップＳ３２に進み、各燃料電池システム１０（１０Ａ）の発電出力は、定格発電出力の７０％まで瞬時に上昇する。

その後、再び例えば時刻Ｔ３５において発電低下信号生成手段８０が発電低下信号を生成すると、ステップＳ２８からステップＳ２９に進み、各燃料電池システム１０（１０Ａ）の発電出力は、定格発電出力の４０％まで除除に低下する。

しかる後、例えば時刻Ｔ３８において燃料電池管理システム４の上げ調整解除信号生成手段８２が上げ調整解除信号を生成すると、ステップＳ３０からステップＳ３３に進み、この上げ調整解除信号に基づいて燃料電池システム１０（１０Ａ）の上げ調整発電モードの運転が終了した後、通常発電モードの運転が再開され（ステップＳ３４）、ステップＳ２２に戻る。

この第２の実施形態では、燃料電池管理システム４の発電上昇信号生成手段７８は定格発電上昇信号及び高発電上昇信号を生成するので、電力の需給バランスにおいて大きな電力不足が生じるおそれがあるときには、発電上昇信号生成手段７８が定格発電上昇信号を生成するようにすることにより、各燃料電池システム１０（１０Ａ）が定格発電出力に上昇し、これにより、多くの発電電力を外部系統に供給することができ、また電力の需給バランスにおいてある程度大きな電力不足が生じるおそれがあるときには、発電上昇信号生成手段７８が高発電上昇信号を生成するようにすることにより、各燃料電池システム１０（１０Ａ）が高発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度）に上昇し、ある程度多くの発電電力を外部系統に供給することができ、かくして、多数の燃料電池システム１０（１０Ａ）の発電出力を燃料電池管理システム４側の発電上昇信号（定格発電上昇信号、高発電上昇信号）でもって調整することにより、電力の需給バランスにおける電力不足を回避することができる。

この第２の実施形態では、発電上昇信号生成手段７８が定格発電上昇信号及び高発電上昇信号の２種類の発電上昇信号を生成しているが、このような構成に代えて、上げ調整信号生成手段７６が２種類の上げ調整信号（定格発電出力の例えば４０％程度まで低下させる上げ調整信号）及び第２上げ調整信号（定格発電出力の例えば７０％まで低下させる上げ調整信号）を生成するように構成しても上述したと同様の作用効果を達成することができる。

この場合、上げ調整信号生成手段７６が第１上げ調整信号を生成すると、この第１上げ調整信号に基づいて燃料電池システム１０が通常発電モードから第１上げ調整発電モードの運転に切り替えられ、その発電出力が第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％の発電出力）でもって運転され、この第１上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、燃料電池システム１０の発電出力が定格発電出力となり、多くの発電電力を外部系統に供給することができる。

また、上げ調整信号生成手段７６が第２上げ調整信号を生成すると、この第２上げ調整信号に基づいて燃料電池システム１０が通常発電モードから第２上げ調整発電モードの運転に切り替えられ、その発電出力が第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％の発電出力であって、定格発電出力よりも低く且つ第１低発電出力よりも高い発電出力）でもって運転され、この第２上げ調整発電モードの運転中に発電上昇信号が生成されると、燃料電池システム１０の発電出力が定格発電出力となり、ある程度多くの発電電力を外部系統に供給することができる。

このように、多数の燃料電池システム１０の発電出力を燃料電池管理システム４側の上げ調整信号（第１上げ調整信号、第２上げ調整信号信号）でもって調整することによっても、燃料電池システム１０から外部系統に供給する電力を２段階に調整することができ、電力の需給バランスにおける電力不足を上述したと同様にして回避することができる。

例えば、第１及び第２の実施形態では、上げ調整発電モードの運転を終了させるのに上げ調整解除の操作を行って上げ調整解除信号を生成させているが、このような構成に代えて、例えば上げ調整発電モードの運転開始から設定時間経過後に、又は所定時間経過後に自動的に上げ調整解除信号を生成させ、この上げ調整解除信号に基づいて燃料電池システム１０の運転を上げ調整発電モードから通常発電モードに切り替えるようにしてもよい。

〈燃料電池システムの集中制御システムの第３の実施形態〉
上述した第１及び第２実施形態では、電力の需要バランスにおける電力不足を多数の燃料電池システム１０を利用して解消しているが、例えば、次のように構成して電力需要バランスにおける電力余剰を多数の燃料電池システム１０を利用して解消することもでき、以下の実施形態において、第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図９～図１１を参照して、この第３の実施形態では、第１の実施形態における上げ調整信号生成手段に代えて下げ調整信号生成手段１０２が設けられ、また第１の実施形態における上げ調整解除信号生成手段に代えて下げ調整解除信号生成手段１０４が設けられ、更に第１の実施形態における発電上昇信号生成手段及び発電低下信号生成手段が省略され、加えて第１の実施形態における第１及び第２積算タイマのいずれか一方が省略される。

下げ調整信号生成手段１０２は、燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）を通常発電モードから下げ調整発電モードの運転に切り替えるための下げ調整信号を生成し、また下げ調整解除信号生成手段１０８は、燃料電池システム１０を下げ調整発電モードから通常発電モードの運転に戻す下げ調整解除信号を生成する。更に、積算タイマ１０６（第１又は第２積算タイマ）は、下げ調整発電モードの運転時間を積算する。

また、この第３の実施形態における多数の燃料電池システム１０は、第１燃料電池グループ１２Ｃ及び第２燃料電池グループ１４Ｃに含まれるように構成される。更に説明すると、第１燃料電池グループ１２Ｃの複数の第１燃料電池システム１０Ｃは、下げ調整発電モードの運転中に発電出力が定格発電出力から第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度）に低下するものであり、第２燃料電池グループ１２Ｄの複数の第２燃料電池システム１０Ｄは、下げ調整発電モードの運転中に発電出力が定格発電出力から第２低発電出力（定格発電出力よりも低く且つ第１低発電出力よりも高い発電出力であって、定格発電出力の例えば７０％程度）に低下するものである。この第３の実施形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。

次に、第３の実施形態の燃料電池システムの集中制御システムの制御について説明すると、これらの燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）は、通常発電モードで運転され（ステップＳ４１）、この運転状態においては、燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）は、発電効率の良い運転状態、例えば定格発電状態で運転される。

この通常発電モードの運転中に電力の需給バランスが崩れて電力余剰になるおそれがあるときには、燃料電池管理センター２Ｃ側において、燃料電池管理システム４Ｃの入力手段７２により下げ調整の入力操作を行う。このように入力操作すると、ステップＳ４２からステップＳ４３に進み、下げ調整信号生成手段１０２が下げ調整信号を生成し、この下げ調整信号が、燃料電池管理システム４Ｃから通信手段９０，９２を介して燃料電池システム１０（第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃ及び第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄ）に送給され、多数の燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）は、通常発電モードから下げ調整発電モードの運転に切り替えられる。

この実施形態では、この下げ調整信号が送給されると、各燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）の運転状態が、この下げ調整信号に基づいて通常発電モードから下げ調整発電モードに切り替えられ、第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃにおいては、その発電出力が第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度）に低下するように制御され、第２燃料電池グループ１２Ｄの第２燃料電池システム１０Ｄにおいては、その発電出力が第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度）に低下するように制御される。

例えば、時刻Ｔ４１において、燃料電池管理システム４Ｃにて下げ調整信号が生成されると、第１燃料電池グループ１２Ｃの複数の第１燃料電池システム１０Ｃの発電出力は、例えば図１１（ａ）で示すように第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度）まで徐徐に低下し、また第２燃料電池グループ１４Ｃの複数の燃料電池システム１０Ｄの発電出力も、例えば図１１（ｂ）で示すように第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度）まで瞬時に低下する（ステップＳ４４）。

尚、この実施形態では、第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃの発電出力を除除に第１低発電出力に低下させているが、第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄと同様に、瞬時に第１低発電出力に低下させるようにしてもよい。また、第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄの発電出力を第２低発電出力に瞬時に低下させているが、第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃと同様に、除除に第２低発電出力に低下させるようにしてもよい。

この下げ調整発電モードの運転を解除するには、燃料電池管理センター２Ｃ側において、燃料電池管理システム４Ｃの入力手段７２により下げ調整解除の入力操作を行う。このように下げ調整解除の入力操作すると、ステップＳ４５からステップＳ４６に進み、下げ調整解除信号生成手段１０４が下げ調整解除信号を生成し、下げ調整発電モードの運転が終了する。この上げ調整解除信号が生成されると、この上げ調整解除信号が、燃料電池管理システム４Ｃから通信手段９０，９２を介して多数の燃料電池システム１０（第１及び第２燃料電池システム１０Ｃ，１０Ｄ）に送給される。かくすると、各燃料電池システム１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、この下げ調整解除信号に基づいて各燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）の発電出力が上昇して定格発電出力に戻り、通常発電モードの運転が再開され（ステップＳ４７）、その後ステップＳ４２に戻る。

例えば、時刻Ｔ４２において、燃料電池管理システム４Ｃにて下げ調整解除信号が生成されると、第１燃料電池グループ１２Ｃの複数の第１燃料電池システム１０Ｄの発電出力は、例えば図１１（ａ）で示すように定格発電出力まで除除に上昇し、また第２燃料電池グループ１４Ｃの複数の燃料電池システム１０Ｄの発電出力は、例えば図１１（ｂ）で示すように定格発電出力まで除除に上昇する。

この第３の実施形態では、電力の需給バランスにおいて電力余剰が生じるおそれがあるときには、燃料電池管理システム４Ｃが下げ調整信号を生成することにより、第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃの発電出力が第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度）に低下するととともに、第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１４Ｃの発電出力が第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度）に低下し、これにより、外部系統から多くの電力を受電するようになり、かくして、多数の燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）の発電出力を燃料電池管理システム４Ｃ側の下げ調整信号でもって調整することにより、電力の需給バランスにおける電力余剰を回避することができる。

この第３の実施形態の多数の燃料電池システムの集中制御システムでは、多数の燃料電池システム１０（１０Ｃ，１０Ｄ）が瞬時に定格発電出力に上昇しない形態のものから構成されているが、これら燃料電池システム１０を例えば瞬時に定格発電出力に上昇する形態のものから構成するようにしてもよく、或いは第１及び第２燃料電池グループ１２Ｃ，１４Ｃの第１及び第２燃料電池システム１０Ｃ，１０Ｄを瞬時に定格発電出力に上昇する形態のもの及び瞬時に定格発電出力に上昇しない形態のものから構成するようにしてもよい。

また、上述の第３の実施形態では、多数の燃料電池システム１０として２種類のもの、即ち第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃと第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄとを採用しているが、このような構成に代えて、第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃのみを採用する、又は第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄのみを採用するようにしてもよい。

〈燃料電池システムの集中制御システムの第４の実施形態〉
この第４の実施形態では、多数の燃料電池システムは第３の実施形態における第１燃料電池グループ１２Ｃの第１燃料電池システム１０Ｃ（図９参照）（又は第２燃料電池グループ１４Ｃの第２燃料電池システム１０Ｄ（図２参照））から構成される。また、この形態では、燃料電池システム１０（第１燃料電池システム１０Ｃ）の発電出力は、第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度は発電出力）と第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度であって、定格発電出力よりも低く且つ第１低発電出力よりも高い発電出力）に低下するように構成される。そして、このことに関連して、図示していないが、燃料電池管理システムの下げ調整信号生成手段は、燃料電池システム１０（１０Ｃ）の発電出力を第１低発電出力に下げる第１下げ調整信号と、この発電出力を第２低発電出力に下げる第２下げ調整信号を生成するように構成される。この第４の実施形態におけるその他の構成は、上述した第３の実施形態と同様である。尚、第４の実施形態の集中制御システムの制御系の構成は、第３の実施形態のものとほぼ同様であるので、図９を参照して説明する。

このような第４の実施形態の集中制御システムでは、多数の燃料電池システム１０（１０Ｃ）は、例えば図１２及び図１３で示すように制御される。図１２及び図１３において、通常発電モードの運転中（ステップＳ５１）に、例えば時刻Ｔ５１において燃料電池管理システム４Ｃの下げ調整信号生成手段１０２が例えば第１下げ調整信号を生成すると、ステップＳ５２からステップＳ５３を経てステップＳ５４に進み、燃料電池システム１０（１０Ｃ）の運転が通常発電モードから下げ調整発電モード、この場合第１下げ調整発電モードに切り替えられ、各燃料電池システム１０の発電出力が第１低発電出力（例えば、定格発電出力の４０％程度）に瞬時に低下する（ステップＳ５４）。

そして、このような第１下げ調整発電モードの運転中に、例えば時刻Ｔ５２において燃料電池管理システム４Ｃの下げ調整解除信号生成手段１０４が下げ調整解除信号を生成すると、ステップＳ５５からステップＳ５６に進み、この下げ調整解除信号に基づいて燃料電池システム１０（１０Ｃ）の第１下げ調整発電モードの運転が終了した後、通常発電モードの運転が再開され、燃料電池システム１０（１０Ｃ）は定格発電出力で運転され（ステップＳ５７）、ステップＳ５２に戻る。

また、この通常発電モードの運転中に、例えば時刻Ｔ５３において燃料電池管理システム４Ｃの下げ調整信号生成手段１０２が例えば第２下げ調整信号を生成すると、ステップＳ５２からステップＳ５３及びステップＳ５８を経てステップＳ５９に進み、燃料電池システム１０（１０Ｃ）の運転が通常発電モードから下げ調整発電モード、この場合第２下げ調整発電モードに切り替えられ、各燃料電池システム１０の発電出力が第２低発電出力（例えば、定格発電出力の７０％程度）に瞬時に低下する（ステップＳ５４）。その後、例えば時刻Ｔ５４において燃料電池管理システム４Ｃの下げ調整解除信号生成手段１０４が下げ調整解除信号を生成すると、上述したと同様に、ステップＳ５５～ステップＳ５７が遂行され、通常発電モードの運転に戻る。

この第４の実施形態では、燃料電池管理システム４Ｃの下げ調整信号生成手段１０２が第１及び第２下げ調整信号を生成するので、電力の需給バランスにおいて大きな電力余剰が生じるおそれがあるときには、下げ調整信号生成手段１０２が第１下げ調整信号を生成するようにすることにより、各燃料電池システム１０（１０Ａ）が第１低発電出力（定格発電出力の例えば４０％程度）に下がり、これにより、燃料電池システム１０（１０Ｃ）を設置した各家庭では外部系統から多くの電力を受電するようになり、また電力の需給バランスにおいてある程度大きな電力余剰が生じるおそれがあるときには、下げ調整信号生成手段７８が第２下げ調整信号を生成するようにすることにより、各燃料電池システム１０（１０Ｃ）が第２低発電出力（定格発電出力の例えば７０％程度）に下がり、これにより、各家庭では外部系統からある程度多くの電力を受電するようになり、かくして、多数の燃料電池システム１０（１０Ｃ）の発電出力を燃料電池管理システム４Ｃ側の下げ調整信号（第１及び第２下げ調整信号）でもって調整することにより、電力の需給バランスにおける電力余剰を回避することができる。

この第４の実施形態では、下げ調整信号生成手段１０２が第１及び第２下げ調整信号の２種類の下げ調整信号を生成しているが、第３の実施形態と同様に、下げ調整信号生成手段１０２が１種類の下げ調整信号を生成するようにしてもよい。また、この実施形態では、第１及び第２下げ調整発電モードに切り替えるときに燃料電池システム１０（１０Ｃ）の発電出力を瞬時に第１及び第２低発電出力に低下させているが、この第１及び第２低発電出力に除除に低下させるようにしてもよい。

更に、例えば、上述した第３及び第４実施形態では、下げ調整発電モード（第１及び第２下げ調整発電モード）の運転を終了させるのに下げ調整解除の操作を行って下げ調整解除信号を生成させているが、このような構成に代えて、例えば下げ調整発電モードの運転開始から設定時間経過後に、又は所定時間経過後に自動的に下げ調整解除信号を生成させ、この下げ調整解除信号に基づいて燃料電池システム１０の運転を下げ調整発電モードから通常発電モードに切り替えるようにしてもよい。

以上、本発明に従う燃料電池システム及びそれらの集中制御システムの実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

例えば、第１及び第２の実施形態では、通常発電モードの運転では燃料電池システムが定格発電出力で稼働され、この運転状態のときに上げ調整発電モードに切り替えているが、定格発電出力よりも低い発電出力状態のときに上げ調整発電モードに切り替えるようにしてもよい。また、第３及び第４の実施形態においても、通常発電モードの運転では燃料電池システムが定格発電出力で稼働され、この運転状態のときに下げ調整発電モードに切り替えているが、定格発電出力よりも低い発電出力状態のときに下げ調整発電モードに切り替えるようにしてもよい。

２ 燃料電池管理センター
４，４Ｃ 燃料電池管理システム
６ 顧客情報管理システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 燃料電池システム
１２，１２Ｃ 第１燃料電池グループ
１４，１４Ｃ 第２燃料電池グループ
１６ 燃料電池
１８ 電池制御手段
７６ 上げ調整信号生成手段
７８ 発電上昇信号生成手段
８０ 発電低下信号生成手段
８２ 上げ調整解除信号生成手段
１０２ 下げ調整信号生成手段
１０４ 下げ調整解除信号生成手段

Claims (10)

1. 燃料電池反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を制御するための電池制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
   前記電池制御手段は、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力より低い低発電出力でもって運転する上げ調整発電モードに切り換えるための上げ調整信号と、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が生じるのを防止するために前記燃料電池の発電出力を上昇させるための発電上昇信号とに基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
   前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が予測されると、前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記上げ調整発電モードに切り替え、前記上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、また前記上げ調整発電モードの運転中に前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足のおそれが生じると、前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力よりも高くなるように制御し、これにより、前記燃料電池の発電出力の一部が前記外部系統に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記発電上昇信号は、定格発電上昇信号及び高発電上昇信号を含んでおり、前記上げ調整発電モードの運転中に前記定格発電上昇信号が生成されると、前記定格発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力となるように制御され、また前記上げ調整発電モードの運転中に前記高発電上昇信号が生成されると、前記高発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力よりも高く且つ前記定格発電出力よりも低い高発電出力となるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記上げ調整信号は、第１上げ調整信号及び第２上げ調整信号を含んでおり、前記第１上げ調整信号が生成されると、前記電池制御手段は、前記第１上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから第１上げ調整発電モードに切り替え、前記第１上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力よりも低い第１低発電出力となるように制御され、また前記第２上げ調整信号が生成されると、前記電池制御手段は、前記第２上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから第２上げ調整発電モードに切り替え、前記第２上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力よりも低く且つ前記第１低発電出力よりも高い第２低発電出力となるように制御され、前記第１上げ調整発電モード及び前記第２上げ調整発電モードの運転において前記発電上昇信号が生成されると、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力となるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池を制御するための電池制御手段を備えた燃料電池システムが多数集合した燃料電池システムの集中制御システムであって、
   通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する上げ調整発電モードに切り換えるための上げ調整信号を生成する上げ調整信号生成手段と、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が生じるのを防止するために前記燃料電池の発電出力を上昇させるための発電上昇信号を生成する発電上昇信号生成手段とを更に含み、
   多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号及び前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
   前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足が予測されると、前記上げ調整信号生成手段は前記上げ調整信号を生成し、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記上げ調整発電モードに切り替え、前記上げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、また前記上げ調整発電モードの運転中に前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力不足のおそれが生じると、前記発電上昇信号生成手段は前記発電上昇信号を生成し、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力よりも高くなるように制御し、これにより、前記燃料電池の発電出力の一部が前記外部系統に供給されることを特徴とする燃料電池システムの集中制御システム。
5. 前記多数の燃料電池システムは、前記燃料電池の発電出力を瞬時に上昇させる制御に対応した第１燃料電池グループの第１燃料電池システムと、前記燃料電池の発電出力を瞬時に上昇させる制御に対応しない第２燃料電池グループの第２燃料電池システムとを含んでおり、前記上げ調整発電モードの運転中に前記発電上昇信号が生成されると、前記第１燃料電池グループの前記第１燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が瞬時に前記定格発電出力となるように制御し、また前記第２燃料電池グループの前記第２燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が除々に前記定格発電出力となるように制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの集中制御システム。
6. 前記第２燃料電池グループの前記第２燃料電池システムは、前記燃料電池の発電出力が比較的短い時間でもって前記定格発電出力に上昇する短時間上昇サブグループの前記第２燃料電池システムと、前記燃料電池の発電出力が比較的長い時間でもって前記定格発電出力に上昇する長時間上昇サブグループの前記第２燃料電池システムを含んでおり、前記上げ調整発電モードの運転中に前記発電上昇信号が生成されると、前記短時間上昇サブグループの前記第２燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が比較的短時間で前記定格発電出力となるように制御し、また前記長時間上昇サブグループの前記第２燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記発電上昇信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が比較的長時間で前記定格発電出力となるように制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの集中制御システム。
7. 前記多数の燃料電池システムは、前記燃料電池の発電出力を前記定格発電出力の第１割合値まで下げる制御に対応した第１燃料電池グループの第１燃料電池システムと、前記燃料電池の発電出力を前記第１割合値よりも大きい第２割合値まで下げる制御に対応した第２燃料電池グループの第２燃料電池システムとを含んでおり、前記上げ調整信号が生成されると、前記第１燃料電池グループの前記第１燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力の前記第１割合値となるように制御し、また前記第２燃料電池グループの前記第２燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記上げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力の前記第２割合値となるように制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの集中制御システム。
8. 燃料電池反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を制御するための電池制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
   前記電池制御手段は、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が生じるのを回避するために、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する下げ調整発電モードに切り換え且つ前記燃料電池の発電出力を前記低発電出力に下げるための下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
   前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が発生するおそれが生じると、前記電池制御手段は、前記下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記下げ調整発電モードに切り替え、前記下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、これにより、前記外部系統の電力の一部が燃料電池システムの低下した発電電力をまかなうことを特徴とする燃料電池システム。
9. 前記下げ調整信号は、第１下げ調整信号及び第２下げ調整信号を含んでおり、前記第１下げ調整信号が生成されると、前記電池制御手段は、前記第１下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから第１下げ調整発電モードに切り替え、前記第１下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力よりも低い第１低発電出力となるように制御され、また前記第２下げ調整信号が生成されると、前記電池制御手段は、前記第２下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから第２下げ調整発電モードに切り替え、前記第２下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記定格発電出力よりも低く且つ前記第１低発電出力よりも高い第２低発電出力となるように制御されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 燃料電池反応により発電を行う燃料電池及び前記燃料電池を制御するための電池制御手段を備えた燃料電池システムが多数集合した燃料電池システムの集中制御システムであって、
    多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が生じるのを回避するために、通常の発電状態で運転する通常発電モードから前記燃料電池の発電出力を定格発電出力よりも低い低発電出力でもって運転する下げ調整発電モードに切り換え且つ前記燃料電池の発電出力を前記低発電出力に下げるための下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の発電出力を制御するように構成されており、
    前記外部系統の電力需給バランスが崩れて電力余剰が発生するおそれが生じると、前記多数の燃料電池システムの前記電池制御手段は、前記下げ調整信号に基づいて前記燃料電池の運転を前記通常発電モードから前記下げ調整発電モードに切り替え、前記下げ調整発電モードの運転では前記燃料電池の発電出力が前記低発電出力となるように制御し、これにより、前記外部系統の電力の一部が前記多数の燃料電池システムの低下した発電出力をまかなうことを特徴とする燃料電池システムの集中制御システム。

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