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KR100511355B1 - 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체 - Google Patents

전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체 Download PDF

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KR100511355B1
KR100511355B1 KR10-2002-7007085A KR20027007085A KR100511355B1 KR 100511355 B1 KR100511355 B1 KR 100511355B1 KR 20027007085 A KR20027007085 A KR 20027007085A KR 100511355 B1 KR100511355 B1 KR 100511355B1
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우에다데츠야
오가와오사무
스즈키지로
미야우치신지
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

예를 들어, 일시적인 전력부하의 상승이나 하강이 있는 경우의 연료전지발전에서의 불필요한 에너지 소비를 억제하기가 곤란하였다.
부하(104)로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 부하검지수단(103)과, 부하(104)에 공급해야 할 전력의 생성이 연료전지본체(101)에서 행해지고 있지 않을 때에, 검지된 부하(104)로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하여, 그 누계 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여 부하(104)에 공급해야 할 전력의 생성을 연료전지본체(101)에 개시시키기 위한 출력제어수단(102)을 구비한 연료전지 발전시스템.

Description

전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체{SYSTEM AND METHOD FOR POWER GENERATION CONTROL, COMPUTER PROGRAM PRODUCT, AND MEDIUM}
본 발명은 예를 들면, 연료전지를 이용하여 가정 등의 전력부하에 전력을 공급하기 위한 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체에 관한 것이다.
(A) 도 11은 일본 특개평 7-57753호 공보에 나타낸 종래의 연료전지 발전장치(종래예 1)의 구성도이다. 도 11에서, 31은 연료전지본체로, 수소공급수단(32)으로부터 공급되는 수소와 공기공급수단(33)으로부터 공급되는 공기 중의 산소를 반응시켜 직류전력을 발생시키고, 전력변환기(34)에 의해 교류전력으로 변환되어 출력된다. 외부부하지령에 기초하여 전력제어부(35)는 유량제어부(36)와 전력변환기(34)를 제어하고, 유량제어부(36)는 수소공급수단(32)의 공급수소유량과 공기공급수단(33)의 공급공기유량이 적정값이 되도록 제어하고, 전력변환기(34)는 연료전지본체(31)로부터 나오는 전력값을 제어하여, 그 결과 전력출력을 제어할 수 있는 것이다. 또, 연료전지본체(31)와 전력변환기(34) 사이에는 전력검지기(37)와 연산부(38)로 이루어지는 과전력 방지수단(39)이 설치되고, 급격한 전력값의 증가가 있는 경우는 전력값을 어느 정도 억제하도록 제어되어 있다.
또, 도 12는, 일본 특개평 6-325774호 공보에 나타낸 종래의 연료전지 발전장치(종래예 2)의 구성도이다. 도 12에서, 41은 연료전지본체로, 수소공급수단(42)으로부터 공급되는 수소와 공기공급수단(43)으로부터 공급되는 공기 중의 산소를 반응시켜 직류전력을 발생시키고, 전력변환기(44)에 의해 교류전력으로 변환되어 출력된다. 제어장치(45)는 충방전장치(46)와 전력변환기(44)를 제어하고, 연료전지본체(41)로부터 나오는 전력값이 일정하여도 충방전장치(46)로부터의 방전 또는 충방전장치(46)로의 충전에 의해 외부부하에 따른 전력출력을 제어할 수 있는 것이다. 이 연료전지 발전장치에서는 크게 변화하는 외부부하에 따라 전력출력을 제어하는 경우, 연료전지본체(41)로부터 나오는 전력값이 일정하기 때문에 충방전장치(46)의 방전량 또는 충전량이 상당히 큰 것이 되고, 그 때문에 용량이 큰 충방전장치(46)가 필요하게 되어 비용이 높아지고 장치의 설치공간이 커진다.
(B) 또한, 일본 특개평 5-182675 등에 개시되어 있는 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 구성을 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 구성도인 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13에서, 131은 연료전지(본체)로, 축전지(132) 및 인버터를 포함하는 출력제어수단(133)을 개재하여 부하(134)에 접속되어 있다.
이어서, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 동작을 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14에서 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타내고, 141, 142는 각각 부하전력, 출력전력을 나타낸다.
부하전력(141)은 t2에서 t3까지는 연료전지본체(131)의 정격전력인 W8c로 되어 있고, t1에서 t2까지는 연료전지본체(131)의 정격전력보다 작은 W8d로 되어 있다.
한편, 연료전지(131)(도 13 참조)는 출력제어수단(133)에 의해 t2에서 t3까지는 정격전력 W8c로 연속운전을 행하고, t1에서 t2까지는 부하전력(141)과 같은 전력량이 되도록 정격전력 W8c로 간헐운전을 행한다.
따라서, t1에서 t2까지의 사이의 잉여전력 및 부족전력에 대해서는 축전지(132)(도 13 참조)가 충전 및 방전을 행하는 것이다.
연료전지(131)는 일정한 고온으로 유지하지 않으면 발전을 계속할 수 없으므로, 기동시의 발전 전에 연료전지본체(131)를 가열하기 위한 전력 등의 에너지가 필요하게 된다. 또한, 정지시에는 경로 내에 잔류하는 수소를 냉각하면서 안전하게 배출하는 정지처리동작을 행하기 때문에, 마찬가지로 전력 등의 에너지가 필요하게 된다.
상술한 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)에서는 간헐운전을 행하고 있으므로, 기동, 정지를 반복할 때마다 에너지를 낭비하게 된다.
그런데, 연료전지 발전시스템(종래예 4)은 상술한 연료전지 발전시스템(종래예 3)과 유사한 구성을 갖고 있지만, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 15에 나타내는 바와 같이, 부하전력에 따라 출력전력을 변화시킴으로써 상술한 바와 같은 낭비를 어느 정도는 회피할 수 있다.
도 15에서, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타내고, 143, 144는 각각 부하전력, 출력전력을 나타낸다. 또, 부하전력(143)은 일반가정의 하루에 있어서, 아침(143b), 낮(143c), 밤(143d)에 많고, 심야(143e), 새벽(143a)에는 적게 되어 있다.
연료전지본체는 출력제어수단에 의해 최대출력전력 W9c에서 최소출력전력 W9d의 사이에서는 부하전력(143)에 따른 출력전력(144)으로 운전제어되어 있다. 또한, 연료전지본체는 심야(143e), 새벽(143a) 등 부하전력(143)이 최소출력전력 W9d보다 작을 때에는 잉여전력이 많아져 축전지(132)의 충전량이 증가되기만 하므로 운전을 정지시키게 된다.
이와 같이 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)에서는 대개 하루 1회의 기동, 정지되고, 기동시 및 정지시에 낭비되는 에너지를 상술한 연료전지 발전시스템(종래예 3)보다 작게 억제할 수 있다.
(A) 그러나, 종래의 연료전지 발전장치(종래예 1)에서는, 외부부하지령이 단시간에 심하게 변화한 경우, 전력제어부(35)가 단시간에 전력출력을 상승 또는 하강시키는 제어를 행하게 되어, 제어적 지연 때문에 전력출력이 헌팅되는 경우가 있어, 연료전지 발전장치의 운전이 안정되지 않고 효율을 악화시키거나 내구수명의 저하를 초래하는 문제점이 있었다.
(B) 또한, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)에는, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)의 다른 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 16에 나타내는 바와 같은 운전이 행해진 경우에 에너지를 낭비하는 문제점이 있었다.
보다 구체적으로 설명하면, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)은 예를 들어, 심야(145e), 새벽(145a) 등 운전정지시에 일시적인 부하전력(145)의 상승(145b)이 있는 경우에는 기동을 시작하지만 곧 또 정지처리동작을 행한다. 또한, 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)은 낮(145c) 등 운전 중에 일시적인 부하전력(145)의 저하(145d)가 있는 경우에는 정지처리동작을 시작하지만 곧 또 기동한다. 이러한 불필요한 기동, 정지동작 때문에 에너지를 낭비하게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 시스템구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 시스템구성도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 제어동작의 설명도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 제어동작의 설명도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 9는 본 발명의 제 7 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 정지패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에서의 연료전지 발전시스템의 구성도.
도 11은 종래의 연료전지 발전장치(종래예 1)의 시스템구성도.
도 12는 종래의 연료전지 발전장치(종래예 2)의 시스템구성도.
도 13은 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 구성도.
도 14는 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 3)의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 15는 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
도 16은 종래의 연료전지 발전시스템(종래예 4)의 다른 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 연료전지본체 2 : 수소공급수단
3 : 공기공급수단 4 : 출력제어수단
5 : 전력변환장치 6 : 출력선
7 : 계통전원 8 : 부하검지수단
9 : 전력부하 10 : 출력지령장치
11 : 유량제어장치 12 : 계통전원접속선
21 : 축전수단 22 : 접속선
23 : 축전량 제어장치 24 : 축전량 검지수단
본 발명은 상기 종래의 이러한 문제점을 고려하여 예를 들어, 연료전지 발전장치의 운전을 안정시키고 효율을 향상시켜 내구수명의 저하를 억제할 수 있는 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또, 본 발명은 상기 종래의 이러한 과제를 고려하여 예를 들어, 일시적인 전력부하의 상승이나 하강이 있는 경우에도 불필요한 에너지 소비를 매우 작게 억제할 수 있는 전력생성 제어시스템, 전력생성 제어방법, 컴퓨터 프로그램 제품 및 매체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
제 1 발명(청구항 1에 대응)은, 부하로부터 요구된 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 전부 또는 일부를 생성하기 위한 소정의 전력생성수단을 상기 검지된 전력의 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하여 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값을 이용하여 제어하기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 2 발명(청구항 2에 대응)은, 상기 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값은 그 제 2 소정기간의 개시시각을 종료시각으로 하는 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하는 제 1 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 3 발명(청구항 3에 대응)은, 상기 소정의 전력생성수단은 연료전지이고,
상기 생성되는 전력의 상기 요구되는 전력에 대한 과부족의 조절은 계통전원 및/또는 축전지를 이용하여 행해지는 제 1 또는 제 2 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 4 발명(청구항 4에 대응)은, 상기 과부족의 조절은 계통전원 및 축전지를 이용하여 행해지고,
상기 축전지는 상기 계통전원보다도 우선적으로 이용되는 제 3 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 5 발명(청구항 5에 대응)은, 상기 제어는 상기 축전지의 축전량을 가미하여 행해지는 제 3 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 6 발명(청구항 6에 대응)은, 상기 축전지의 축전량을 가미하는 것은 상기 축전량과 미리 정해진 목표축전량과의 차에 따라 상기 지령값을 보정하는 것인 제 5 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 7 발명(청구항 7에 대응)은, 부하로부터 요구된 전력을 검지하는 단계와,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 전부 또는 일부를 생성하기 위한 소정의 전력생성수단을 상기 검지된 전력의 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하여 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값을 이용하여 제어하는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 8 발명(청구항 8에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 9 발명(청구항 9에 대응)은, 상기 소정의 룰은 소정의 기간에서의 (1) 연속적으로 상기 누계된 시간, 또는 (2) 불연속적으로 상기 누계된 시간의 총합이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 룰인 제 8 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 10 발명(청구항 10에 대응)은, 상기 시간누계수단은 소정의 기간에서의 (1) 연속적으로 상기 누계된 시간, 또는 (2) 불연속적으로 상기 누계된 시간의 총합을 상기 누계의 결과로서 출력하는 제 9 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 11 발명(청구항 11에 대응)은, 상기 소정의 룰은 연속적으로 상기 누계된 시간이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 룰인 제 8 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 12 발명(청구항 12에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이하로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 13 발명(청구항 13에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 14 발명(청구항 14에 대응)은, 상기 소정의 룰은 상기 누계된 전력이 소정의 임계값 이상이 되었을 때, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 룰인 제 13 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 15 발명(청구항 15에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 16 발명(청구항 16에 대응)은, 소정의 룰에 기초하는 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단과,
상기 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템이다.
제 17 발명(청구항 17에 대응)은, 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시켜야 할 시각이 상기 축적된 이력에 기초하여 산출되고,
상기 전력생성수단은 실질상 상기 산출된 시각에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시킬 수 있는 제 16 발명의 전력생성 제어시스템이다.
제 18 발명(청구항 18에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하는 단계와,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하는 단계와,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 19 발명(청구항 19에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하는 단계와,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이하로 되어 있는 시간을 누계하는 단계와,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 20 발명(청구항 20에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하는 단계와,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하는 단계와,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 21 발명(청구항 21에 대응)은, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하는 단계와,
상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하는 단계와,
상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 22 발명(청구항 22에 대응)은, 소정의 룰에 기초하는 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 전력의 이력을 축적하는 단계와,
상기 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키는 단계를 구비한 전력생성 제어방법이다.
제 23 발명(청구항 23에 대응)은, 제 1 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구된 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 전부 또는 일부를 생성하기 위한 소정의 전력생성수단을 상기 검지된 전력의 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하여 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값을 이용하여 제어하기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 24 발명(청구항 24에 대응)은, 제 8 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 25 발명(청구항 25에 대응)은, 제 12 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이하로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 26 발명(청구항 26에 대응)은, 제 13 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 27 발명(청구항 27에 대응)은, 제 15 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 28 발명(청구항 28에 대응)은, 제 16 발명의 전력생성 제어시스템의 소정의 룰에 기초하는 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단과, 상기 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이다.
제 29 발명(청구항 29에 대응)은, 제 1 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구된 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 전부 또는 일부를 생성하기 위한 소정의 전력생성수단을 상기 검지된 전력의 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하여 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값을 이용하여 제어하기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
제 30 발명(청구항 30에 대응)은, 제 8 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
제 31 발명(청구항 31에 대응)은, 제 12 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이하로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
제 32 발명(청구항 32에 대응)은, 제 13 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
제 33 발명(청구항 33에 대응)은, 제 15 발명의 전력생성 제어시스템의 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 소정의 기간에서의 상기 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
제 34 발명(청구항 34에 대응)은, 제 16 발명의 전력생성 제어시스템의 소정의 룰에 기초하는 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단과, 상기 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 매체이다.
이하에, 본 발명에 관한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시예)
처음에, 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 시스템구성도인 도 1을 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전장치의 구성에 대하여 설명한다.
1은 연료전지본체로, 개질기(reformer)·수소저장합금·수소봄베(bomb) 등으로 대표되는 수소공급수단(2)과, 송풍팬·송풍펌프 등으로 대표되는 공기공급수단(3)이 접속되어 있다. 4는 출력제어수단으로, 한쪽을 연료전지본체(1)에, 다른 한쪽을 전력변환장치(5)에 전기적으로 접속되어 있다. 6은 전력변환장치(5)에 전기적으로 접속된 출력선으로, 도중에 분기되어 한쪽은 계통전원접속선(12)을 통해 계통전원(7)에, 다른 한쪽은 부하검지수단(8)과 전력부하(9)에 전기적으로 접속되어 있다. 10은 출력제어수단(4)에 출력지령을 행하는 출력지령장치, 11은 수소공급수단(2)과 공기공급수단(3)을 제어하는 유량제어장치이다.
또, 출력제어수단(4), 출력지령장치(10) 및 유량제어장치(11)를 포함하는 수단은 본 발명의 전력생성 제어수단에 대응하고, 부하검지수단(8)은 본 발명의 전력검지수단에 대응한다. 또한, 본 실시예의 연료전지 발전장치는 본 발명의 전력생성제어시스템을 포함하는 수단에 대응한다.
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전장치의 동작에 대하여 설명한다. 또, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 동작에 대하여 설명하면서, 본 발명의 전력생성 제어방법의 일실시예에 대해서도 설명한다(이하 같다).
수소공급수단(2)으로부터 공급되는 수소와 공기공급수단(3)으로부터 공급되는 공기 중의 산소는 연료전지본체(1) 내에서 반응하여 직류전력을 발생시킨다. 발생한 직류전력은 출력제어수단(4)에서 전력값이 제어된 후에, 전력변환장치(5)에 보내지고, 계통전원(7)과 동일한 전압의 교류전력으로 변환되어, 출력선(6)을 통해 전력부하(9)에 공급된다. 이 때, 전력변환장치(5)로의 입력전력이 어느 정도 전력변환장치(5)로부터의 출력전력이 되는지를 나타낸 것이 전력변환효율이다. 여기서, 전력부하(9)의 부하전력에 대하여 연료전지본체(1)의 출력전력이 부족한 경우는 계통전원(7)으로부터도 전력을 공급하고, 반대로, 부하전력에 대하여 출력전력이 과잉인 경우는 계통전원(7)으로 전력을 되돌려, 소위 계통연계운전을 행하는 것이다.
연료전지 발전장치에서 발전을 행하는 목적의 하나로, 발전효율의 높이에 따른 경제성을 들 수 있는데, 부하전력에 대하여 출력전력이 부족한 경우는 계통전원(7)으로부터 전력을 구입하고, 부하전력에 대하여 출력전력이 과잉인 경우는 계통전원(7)으로 구입전력보다 낮은 가격으로 전력을 되돌리기 때문에, 일반적으로 경제성이 악화된다. 그 때문에, 부하전력에 대한 출력전력에 과부족이 없도록 부하전력의 변화에 충실하게 출력전력을 추종시키는 것이 요구된다.
이 추종을 행하기 위한 수단으로서, 우선 부하검지수단(8)에 의해 전력부하(9)의 부하전력을 검지하여, 이것에 기초하여 출력지령장치(10)가 출력지령값을 출력제어수단(4)에 지령하고, 출력제어수단(4)은 연료전지본체(1)로부터 발생하는 직류전력을 요구값으로 제어하는 동시에, 직류전력값에 따라 유량제어장치(11)가 수소공급수단(2)으로부터 공급되는 수소유량과 공기공급수단(3)으로부터 공급되는 공기유량을 적정값으로 제어하는 것이다. 여기서, 출력전력의 제어는 출력제어수단(4)의 직류전력제어만으로도 행할 수 있지만, 예를 들어, 연료전지본체(1)로부터 발생하는 직류전력을 적게 하였을 때에도 연료전지본체(1)로 공급되는 수소유량이 일정한 경우는, 연료전지본체(1) 내에서 반응되는 수소의 비율(수소이용율)이 저하되어 많은 수소를 낭비하게 되어 효율이 현저히 악화된다. 따라서, 유량제어장치(11)가 수소유량과 공기유량을 적정값으로 제어함으로써, 효율을 항상 최적으로 유지하는 것이다.
이 일련의 추종제어에 있어서, 부하전력은 단시간에 심하게 변화하는 경우가 있고, 부하전력을 그대로 출력지령으로 한 경우는 단시간에 직류전력을 상승 또는 하강시키는 제어를 행하게 되어, 제어적 지연때문에 헌팅을 일으켜 연료전지 발전장치의 운전이 불안정한 경우가 있다는 문제점이 있었다. 또한, 예를 들어, 수소공급수단(2)으로서 탄화수소연료로부터 촉매반응에 의해 수소를 생성시키는 개질기를 이용한 경우는, 출력지령값의 순간 변화에 촉매반응을 대응할 수 없고, 그 때문에 효율을 악화시키거나 내구수명의 저하를 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시예의 연료전지 발전장치의 제어동작의 설명도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 출력지령장치(10)가 부하전력의 시간 T1 동안(제 1 소정기간)의 평균값을 전력변환효율 등을 가미하여 연산하여 출력지령값으로 하고, 이 출력지령값을 출력제어수단(4)에서 시간 T2(제 2 소정기간)마다 설정하는 직류전력값으로 함으로써, 부하전력의 시간 T1 동안의 평균값을 출력지령값으로 이용함으로써, 순간 변화를 무시한 적정한 출력지령을 행할 수 있고, 또한 시간 T2마다 출력지령을 행함으로써 장치의 응답성능에 적합한 운전을 행할 수 있는 것이다(시간 T2(제 2 소정기간)마다 작성되는 지령값은 그 제 2 소정기간의 개시시각을 종료시각으로 하는 시간 T1 동안(제 1 소정기간)에서의 평균값에 기초하고 있다).
일례로서, 출력 1.5kW급의 고체고분자형 연료전지 발전장치를 어떤 가정에서 운전하였을 때의 제어최적값을 구한 바, T1 : T2 = 약 3 : 1인 T1 = 3분, T2 = 1분이라는 결과가 나왔다. 즉, 이 예에서는 3분간의 평균부하전력에 기초한 출력지령값을 1분마다 장치에 지령하는 운전제어가 최적이라는 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 본 실시예에서는 부하전력의 시간 T1 동안의 평균값을 출력지령값으로 이용함으로써, 순간 변화를 무시한 적정한 출력지령을 행할 수 있고, 또한 시간 T2마다 출력지령을 행함으로써, 장치의 응답성능에 적합한 운전을 행할 수 있는 것으로, 연료전지 발전장치를 안정되게 운전하는 동시에, 항상 높은 효율을 유지하여 내구수명을 길게 한다는 효과를 거둘 수 있다.
(제 2 실시예)
이어서, 본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 시스템구성도인 도 2를 참조하면서, 본 실시예의 연료전지 발전장치의 구성에 대하여 설명한다. 또, 상술한 제 1 실시예와 동일한 수단에는 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
21은 출력제어수단(4)과 전력변환장치(5)를 연결하는 접속선(22)으로부터 분기하여 축전량 제어장치(23)를 통해 접속되어 있는 축전수단이다. 24는 축전수단(21)에 접속된 축전량 검지수단이다. 축전수단(21)을 설치한 목적은 제 1 실시예의 계통연계운전에 있어서, 부하전력에 대한 출력전력의 과부족에 의한 계통전원(7)과의 사이의 전력의 수수에 의해 생기는 경제성의 저하에 대하여, 축전수단(21)의 충방전을 이용하여 계통전원(7)으로부터의 전력공급량 및 계통전원(7)으로의 전력복귀량을 매우 적게 하여, 더욱 경제성을 좋게 하는 것이다(축전수단(21)(축전지)은 계통전원(7)보다도 우선적으로 이용된다).
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전장치의 동작에 대하여 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예의 연료전지 발전장치의 제어동작의 설명도인 도 4에 나타내는 바와 같이, 출력지령장치(10)는 부하검지수단(8)에 의해 검지된 부하전력의 시간 T1 동안의 평균전력 W1을 연산하고, 이것에 축전량 검지수단(24)에 의해 검지된 현재의 축전량 Q1과 목표축전량 Q2와의 차인 축전부족량 Q3(= Q2 - Q1)을 시간 T2로 나눈 전력 W2(= Q3 / T2)를 가산하여 W3(= W1 + W2)으로 하고, 이 W3에 전력변환효율을 가미하여 출력지령값으로 하고, 상기 시간 T2마다 출력지령값에 상당하는 연료전지본체(1)의 직류전력값은 출력제어수단(4)에 지령하여, 이 출력지령값을 출력제어수단(4)에서 시간 T2마다 설정하는 직류전력값으로 하는 것이며, 또한, 축전부족량 Q3을 축전량 제어장치(23)에 의해 축전수단(21)에 축전하도록 제어하는 것이다(축전량과 미리 정해진 목표축전량의 차에 따라 지령값을 보정한다).
이들 일련의 운전제어는 상술한 제 1 실시예에서의 추종제어(도 3 참조)에 축전량제어를 더한 것이며, 평균전력 W1을 그대로 출력지령값으로 한 경우는 축전량이 제어되지 않고, 목표축전량 Q2와 현재의 축전량 Q1과의 차가 서서히 누적될 가능성이 있다. 예를 들어, 충전량에 비하여 방전량이 많고 서서히 축전량이 감소하는 경우는 축전량이 제로가 되지 않도록 하기 위해 미리 용량이 큰 축전수단(21)이 필요하게 되어 비용이 높아지고 장치의 설치공간이 커진다는 문제점이 있었다. 그래서, 본 실시예에서는, 출력지령값을 지령하는 간격시간인 T2 동안에 축전부족량 Q3(= Q2 - Q1)을 보충하는 전력 W2(= Q3 / T2)를 가산한 W3(= W1 + W2)에 전력변환효율을 가미하여 출력지령값으로 함으로써, 항상 축전량을 목표축전량 Q2에 수렴하도록 제어하고, 축전수단(21)의 필요용량을 최소한으로 할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에서는 항상 축전량을 목표축전량 Q2에 수렴하도록 제어함으로써, 축전수단의 필요용량을 최소한으로 할 수 있어, 비용을 저렴하게 하는 동시에, 장치를 콤팩트하게 하는 효과를 거둘 수 있다.
또, 상술한 제 1 실시예∼제 2 실시예에서, 평균전력을 연산하기 위해 이용되는 소정기간 T1과, 출력제어수단에 지령값을 부여하기 위해 이용되는 소정기간 T2는 T1T2라는 관계를 만족하고 있어도 된다(T1은 1초 이상 1시간 이하 정도의 기간이어도 된다).
(제 3 실시예)
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성도인 도 10을 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성에 대하여 설명한다.
도 10에서, 연료전지(본체)(101), 출력제어수단(102) 및 부하검지수단(103)은 이러한 순서로 직렬로 접속되어 있고, 104는 부하검지수단(103)에 접속된 전력을 소비하는 부하이고, 105는 출력제어수단(102)과 부하검지수단(103)의 접속부로부터 분기 접속된 축전지이다.
또, 연료전지(101)는 본 발명의 전력생성수단을 포함하는 수단에 대응하고, 부하검지수단(103)은 본 발명의 전력검지수단을 포함하는 수단에 대응하며, 출력제어수단(102)은 본 발명의 전력생성 제어수단 및 시간누계수단을 포함하는 수단에 대응한다. 또, 본 실시예의 연료전지 발전시스템은 본 발명의 전력생성 제어시스템을 포함하는 수단에 대응한다.
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 5를 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 동작에 대하여 설명한다.
출력제어수단(102)은 부하검지수단(103)에서 검지된 부하(104)의 전력에 추종하도록 시스템의 기동정지 및 연료전지본체(101)의 출력전력을 제어한다(연료전지본체(101)의 출력전력이 부하(104)의 전력에 추종할 수 없는 경우에는, 그 잉여전력 및 부족전력은 축전지(105)의 충전 및 방전으로 완충되는 것이다).
도 5의 운전패턴예는, 일반가정의 하루의 운전패턴의 모델을 나타내고 있다고 생각하면 되고, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타내며, 111, 112는 각각 부하전력, 출력전력을 나타낸다.
부하전력(111)은 아침(111b), 낮(111c), 밤(111d)에는 많고, 심야(111e), 새벽(111a)에는 적어지고 있다.
한편, 연료전지본체(101)는 출력제어수단(102)에 의해 최대출력전력 W1c에서 최소출력전력 W1d의 사이에서 부하전력(111)에 추종하는 출력전력(112)으로 운전제어되어 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 예를 들어, 부하전력(111)이 새벽(111a) 등의 적은 상태에서 아침(111b) 등의 많은 상태로 이행할 때, 일정값 W1a 이상의 부하전력이 일정시간 T1a 이상 계속된 경우에, 시스템 기동이 행해진다. 또, 부하전력(111)이 밤(111d) 등의 많은 상태에서 심야(111e) 등의 적은 상태로 이행할 때, 예를 들어, 일정값 W1b 이하의 부하전력이 일정시간 T1b 이상 계속된 경우에, 시스템 정지가 행해진다.
이러한, 연속적으로 누계된 시간이 소정의 임계값 이상(이하)이 되었을 때에 전력의 생성을 개시시키는(종료시키는) 운전제어에 의해, 일시적인 전력부하의 상승이나 저하가 있는 경우라도, 불필요하게 기동(정지)동작을 행하지 않고, 대개 하루 1회의 기동(정지)으로 끝나게 된다. 즉, 기동시 및 정지시의 에너지 낭비를 매우 작게 억제할 수 있는 것이다.
(제 4 실시예)
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 6을 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작은 상술한 제 3 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작과 유사하고, 도 6에서, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타내며, 113, 114는 각각 부하전력, 출력전력을 나타낸다. 또, 부하전력(113)은 아침(113b), 낮(113c), 밤(113d)에는 많고, 심야(113e), 새벽 (113a)에는 적어지고 있다.
단, 본 실시예에서는 연료전지본체는 출력제어수단에 의해 최대출력전력 W2c에서 최소출력전력 W2d의 사이에서 부하전력(113)에 추종하는 출력전력(114)으로 운전제어되어 있다.
그리고, 부하전력(113)이 새벽(113a) 등의 적은 상태에서 아침(113b) 등의 많은 상태로 이행할 때, 일정시간 T2a 내에 일정값 W2a 이상의 부하전력이 일정비율 R2a 이상 발생한 경우에, 시스템 기동이 행해진다. 또, 부하전력(113)이 밤(113d) 등의 많은 상태에서 심야(113e) 등의 적은 상태로 이행할 때, 일정시간 T2b 내에 일정값 W2b 이하의 부하전력이 일정비율 R2b 이상 발생한 경우에 시스템 정지가 행해진다.
예를 들어, R2a = 70%로 한 경우, 기동시는 일정시간 T2a 내에 일정값 W2a 이상의 부하전력이 70% 이상 발생하였을 때에 시스템 기동이 행해지므로, 113f와 같이 기동판별시간 T2a 내에 부하전력(113)이 일순간 W2a 이하가 되어도 이것을 무시한다(이것에는 그다지 영향받지 않는다). 또한, R2b = 70%로 한 경우, 정지시는 일정시간 T2b 내에 일정값 W2b 이하의 부하전력이 70% 이상 발생하였을 때에 시스템정지가 행해지므로, 113g와 같이 정지판별시간 T2b 내에 부하전력(113)이 일순간 W2b 이상이 되어도 이것을 무시한다.
이러한 소정 기간에서의 (1) 연속적으로 누계된 시간, 또는 (2) 비연속적으로 누계된 시간의 총합이 소정의 임계값 이상(이하)이 되었을 때, 전력의 생성을 개시시키는(종료시키는) 운전제어에 의해, 불필요하게 기동(정지)동작을 행하지 않고, 대개 하루 1회의 기동(정지)으로 끝나게 된다. 즉, 기동시 및 정지시의 에너지 낭비를 매우 작게 억제할 수 있다(물론, 본 발명의 시간누계수단(본 실시예에서의 출력제어수단에 포함되는 수단에 대응한다)의 출력 자체는 소정 기간에서의 시간의 총합으로 되어 있어도 되고, 총합을 내기 전의 개개의 시간이어도 된다).
또한, 상술한 제 3 실시예의 경우에 비하여, 기동, 정지의 지연을 적게 하고, 기동지연에 의한 전력부족이나 정지지연에 의한 전력잉여를 적게 함으로써 축전지의 축전용량을 적게 할 수 있으므로 시스템의 비용을 염가로 할 수 있는 것이다.
(제 5 실시예)
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 7을 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작은 상술한 제 3 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작과 유사하고(또, 본 실시예의 출력제어수단은 본 발명의 전력생성 제어수단 및 전력누계수단을 포함하는 수단에 대응한다), 도 7에서, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타내고, 115, 116은 각각 부하전력, 출력전력을 나타낸다. 또, 부하전력(115)은 아침(115b), 낮(115c), 밤(115d)에는 많고, 심야(115e), 새벽(115a)에는 적게 되어 있다.
단, 본 실시예에서는, 연료전지본체는 출력제어수단에 의해 최대출력전력 W3c에서 최소출력전력 W3d의 사이에서 부하전력(115)에 추종하는 출력전력(116)으로 운전제어되어 있다.
그리고, 부하전력(115)이 새벽(115a) 등의 적은 상태에서 아침(115b) 등의 많은 상태로 이행할 때, 일정시간 T3a 내의 부하전력 누계량을 시간으로 나눈 평균부하전력이 일정값 W3a 이상이 된 경우에, 시스템 기동이 행해진다. 또, 부하전력(115)이 밤(115d) 등의 많은 상태에서 심야(115e) 등의 적은 상태로 이행할 때, 일정시간 T3b 내의 부하전력 누계량을 시간으로 나눈 평균부하전력이 일정값 W3b 이하가 된 경우에 시스템 정지가 행해진다.
따라서, 115f와 같이 기동판별시간 T3a 내에 일순간 부하전력(115)이 작아져도 이것을 무시한다. 또, 115g와 같이 정지판별시간 T3b 내에 일순간 부하전력(115)이 커져도 이것을 무시한다.
이러한 누계된 전력이 소정의 임계값 이상(이하)이 되었을 때에 전력의 생성을 개시시키는(종료시키는) 운전제어에 의해, 불필요하게 기동(정지)동작을 행하지 않고, 대개 하루 1회의 기동(정지)으로 끝나게 된다. 즉, 기동시 및 정지시의 에너지 낭비를 매우 작게 억제할 수 있다.
또한, 상술한 제 3 실시예의 경우에 비하여, 기동, 정지의 지연을 적게 하고, 기동지연에 의한 전력부족이나 정지지연에 의한 전력잉여를 적게 함으로써, 축전지의 축전용량을 적게 할 수 있기 때문에 시스템의 비용을 염가로 할 수 있는 것이다.
(제 6 실시예)
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 운전패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 8을 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작은 상술한 제 3 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작과 유사하고(또, 본 실시예의 출력제어수단은 본 발명의 전력생성 제어수단 및 이력축적수단을 포함하는 수단에 대응한다), 도 8에서, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타낸다.
단, 본 실시예의 출력제어수단은 기동해야 할 시각을 고려하여 매일의 기동최적시각 B를 산출하고, 기억된 기동최적시각 B 내의 소정 일수분이 일정시간 T4a의 범위 내에 들어간 경우에, 그들 기동최적시각 B의 평균시각 B0을 산출하여 시스템을 기동시킨다(또, 117, 118은 각각 수일분을 누적한 부하전력, 수일분을 누적한 출력전력을 나타낸다).
이와 같은 전력을 생성하기 위한 소정의 룰(예를 들어, 상술한 종래예에서의 룰이어도 된다)에 우선시켜, 축적된 이력에 기초하여 전력의 생성을 개시시키는 운전제어에 의해, 상술한 본 제 3 실시예∼제 5 실시예에 비하여, 기동의 지연을 더욱 적게 하고, 축전지의 축전용량을 더욱 적게 할 수 있다.
(제 7 실시예)
이어서, 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 정지패턴예를 설명하기 위한 그래프인 도 9를 참조하여 본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
본 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작은 상술한 제 3 실시예의 연료전지 발전시스템의 구성 및 동작과 유사하고, 도 9에서, 횡축, 종축은 각각 시각, 전력을 나타낸다.
단, 본 실시예의 출력제어수단은 정지해야 할 시각을 고려하여 매일의 정지최적시각 D를 산출하고, 기억된 정지최적시각 D 내의 소정 일수분이 일정시간 T5b의 범위 내에 들어간 경우에, 그들 정지최적시각 D의 평균시각 D0을 산출하여 시스템을 정지시킨다(또, 119, 120은 각각 수일분을 누적한 부하전력, 수일분을 누적한 출력전력을 나타낸다).
이와 같은 전력을 생성하기 위한 소정의 룰에 우선시켜, 축적된 이력에 기초하여 전력의 생성을 종료시키는 운전제어에 의해, 상술한 제 3 실시예∼제 5 실시예 경우에 비하여, 정지의 지연을 더욱 적게 하고, 축전지의 축전용량을 더욱 적게 할 수 있다.
이상에서는 제 1 실시예∼제 7 실시예에 대하여 상세히 설명하였다.
즉, 부하로부터 요구된 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 부하에 공급해야 할 전력의 전부 또는 일부를 생성하기 위한 소정의 전력생성수단을 검지된 전력의 제 1 소정기간에서의 평균값에 기초하여 제 2 소정기간마다 작성되는 지령값을 이용하여 제어하기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다(물론, 소정의 전력생성수단은 연료전지이고, 생성되는 전력의 요구되는 전력에 대한 과부족은 계통전원 및/또는 축전지를 이용하여 조절해도 된다).
또한, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다.
또, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이하로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다.
또, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 소정의 기간에서의 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다.
또, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있을 때, 소정의 기간에서의 부하로부터 요구되는 전력을 누계하기 위한 전력누계수단과, 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 전력생성수단에 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다.
또, 소정의 룰에 기초하는 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 부하로부터 요구되는 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단과, 룰에 우선시켜, 축적된 이력에 기초하여 전력생성수단에 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비한 전력생성 제어시스템은 본 발명에 포함된다.
또, 본 발명은 상술한 본 발명의 전력생성 제어시스템의 전부 또는 일부 수단(또는 장치, 소자, 회로, 부 등)의 기능을 컴퓨터에 의해 실행시키기 위한 프로그램으로, 컴퓨터와 협동하여 동작하는 프로그램이다. 물론, 본 발명의 컴퓨터는 CPU 등의 순수한 하드웨어로 한정되지 않고, 펌웨어나 OS, 더욱이 주변기기를 포함하는 것이어도 된다.
또, 발명은 상술한 본 발명의 전력생성 제어방법의 전부 또는 일부의 단계(또는, 공정, 동작, 작용 등)의 동작을 컴퓨터에 의해 실행시키기 위한 프로그램으로, 컴퓨터와 협동하여 동작하는 프로그램이다.
또, 본 발명의 일부의 수단(또는, 장치, 소자, 회로, 부 등), 본 발명의 일부의 단계(또는, 공정, 동작, 작용 등)는 그들 복수의 수단 또는 단계 내의 몇 가지 수단 또는 단계를 의미하거나, 하나의 수단 또는 단계 내의 일부 기능 또는 일부 동작을 의미하는 것이다.
또한, 본 발명의 일부의 장치(또는, 소자, 회로, 부 등)는 그들 복수의 장치 내의 몇 가지 장치를 의미하거나, 하나의 장치 내의 일부 수단(또는 소자, 회로, 부 등)을 의미하거나, 하나의 수단 내의 일부 기능을 의미한다.
또, 본 발명의 프로그램을 기록한 컴퓨터에 판독 가능한 기록매체도 본 발명에 포함된다. 또한, 본 발명의 프로그램의 한 이용형태는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록매체에 기록되고, 컴퓨터와 협동하여 동작하는 형태라도 된다. 또한, 본 발명의 프로그램의 한 이용형태는 전송매체를 통해 전송되어, 컴퓨터에 의해 판독되고, 컴퓨터와 협동하여 동작하는 형태라도 된다. 또한, 기록매체로서는 ROM 등이 포함되고, 전송매체로서는 인터넷 등의 전송매체, 광·전파·음파 등이 포함된다.
또, 본 발명의 구성은 소프트웨어적으로 실현해도 되고, 하드웨어적으로 실현해도 된다.
또, 본 발명은 상술한 본 발명의 전력생성 제어시스템의 전부 또는 일부 수단의 전부 또는 일부 기능을 컴퓨터에 의해 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 판독 가능하고, 또한 판독된 상기 프로그램이 상기 컴퓨터와 협동하여 상기 기능을 실행하는 매체이다.
또, 발명은 상술한 본 발명의 전력생성 제어방법의 전부 또는 일부 단계의 전부 또는 일부 동작을 컴퓨터에 의해 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 판독 가능하고, 또한 판독된 상기 프로그램이 상기 컴퓨터와 협동하여 상기 동작을 실행하는 매체이다.
이와 같이 본 발명은 예를 들어, 연료전지본체와, 부하검지수단에서 검지된 부하전력에 추종하도록 시스템의 기동정지 및 상기 연료전지본체의 출력전력제어를 행하는 출력제어수단을 구비하여, 일정값 W1a 이상의 부하전력이 일정시간 T1a 이상 계속된 경우에 시스템을 기동시키고, 일정값 W1b 이하의 부하전력이 일정시간 T1b 이상 계속된 경우에 시스템을 정지시키는 연료전지 발전시스템이다.
또, 본 발명은 예를 들어, 연료전지본체와, 부하검지수단에서 검지된 부하전력에 추종하도록 시스템의 기동정지 및 상기 연료전지본체의 출력전력제어를 행하는 출력제어수단을 구비하여, 일정시간 T2a 내에 일정값 W2a 이상의 부하전력이 일정비율 R2a 이상 발생한 경우에 시스템을 기동시키고, 일정시간 T2b 내에 일정값 W2b 이하의 부하전력이 일정비율 R2b 이상 발생한 경우에 시스템을 정지시키는 연료전지 발전시스템이다.
또, 본 발명은 예를 들어, 연료전지본체와, 부하검지수단에서 검지된 부하전력에 추종하도록 시스템의 기동정지 및 상기 연료전지본체의 출력전력제어를 행하는 출력제어수단을 구비하여, 일정시간 T3a 내의 부하전력 누계량을 시간으로 나눈 평균부하전력이 일정값 W3a 이상이 되었을 때 시스템을 기동시키고, 일정시간 T3b 내의 부하전력 누계량을 시간으로 나눈 평균부하전력이 일정값 W3b 이하가 되었을 때에 시스템을 정지시키는 연료전지 발전시스템이다.
또, 본 발명은 예를 들어, 매일의 기동시각으로부터 기동최적시각을 설정하고, 매일 기억된 상기 기동최적시각의 차이가 일정시간 T4a의 범위 내가 되었을 때, 상기 기동최적시각의 평균시각으로 시스템을 기동시키는 것을 특징으로 하는 상술한 연료전지 발전시스템이다.
또, 본 발명은 예를 들어, 매일의 정지시각으로부터 정지최적시각을 설정하고, 매일 기억된 상기 정지최적시각의 차이가 일정시간 T5b의 범위 내가 되었을 때, 상기 정지최적시각의 평균시각으로 시스템을 정지시키는 것을 특징으로 하는 상술한 연료전지 발전시스템이다.
또, 본 발명은 예를 들어, 수소공급수단으로부터 공급되는 수소와 공기공급수단으로부터 공급되는 공기 중의 산소를 반응시켜 직류전력을 발생시키는 연료전지스택과, 상기 연료전지스택으로부터 발생하는 직류전력을 제어하는 전력제어장치와, 상기 전력제어장치에서 설정된 직류전력값에 따라 상기 수소공급수단으로부터 공급되는 수소유량과 상기 공기공급수단으로부터 공급되는 공기유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 연료전지스택으로부터 발생한 직류전력을 계통전원과 대략 동일한 전압의 교류전력으로 변환하는 전력변환장치와, 상기 전력변환장치와 외부의 전력부하를 접속하는 출력선과, 외부의 부하전력을 검지하는 부하전력 검지수단과, 상기 출력선과 계통전원을 접속하는 계통전원 접속선과, 상기 전력제어장치와 상기 부하전력 검지수단에 접속된 출력지령장치를 구비하며, 상기 출력지령장치는 상기 부하전력 검지수단에 의해 검지된 부하전력의 시간 T1 동안의 평균전력 W1을 연산하고, 상기 W1에 전력변환효율 등을 가미하여 출력지령값으로 하고, 상기 출력지령값을 상기 전력제어장치에서 시간 T2마다 설정하는 직류전력값으로 하는 연료전지 발전장치를 구성한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 예를 들어, 수소공급수단으로부터 공급되는 수소와 공기공급수단으로부터 공급되는 공기 중의 산소를 반응시켜 직류전력을 발생시키는 연료전지스택과, 상기 연료전지스택으로부터 발생하는 직류전력을 제어하는 전력제어장치와, 상기 전력제어장치에서 설정된 직류전력값에 따라 상기 수소공급수단으로부터 공급되는 수소유량과 상기 공기공급수단으로부터 공급되는 공기유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 연료전지스택으로부터 발생한 직류전력을 계통전원과 대략 동일한 전압의 교류전력으로 변환하는 전력변환장치와, 상기 전력변환장치와 외부의 전력부하를 접속하는 출력선과, 외부의 부하전력을 검지하는 부하전력 검지수단과, 상기 출력선과 계통전원을 접속하는 계통전원 접속선과, 상기 전력제어장치와 상기 전력변환장치를 연결하는 접속선으로부터 분기접속된 축전량 제어장치, 축전량 검지수단 및 축전수단과, 상기 전력제어장치와 상기 부하전력 검지수단과 축전량 제어장치와 축전량 검지수단에 접속된 출력지령장치를 구비하며, 상기 출력지령장치는 상기 부하전력 검지수단에 의해 검지된 부하전력의 시간 T1 동안의 평균전력 W1을 연산하고, 상기 W1에 상기 축전량 검지수단에 의해 검지된 현재의 축전량 Q1과 목표축전량 Q2의 차인 축전부족량 Q3(= Q2 - Q1)을 시간 T2로 나눈 전력 W2(= Q3 / T2)를 가산하여 W3(= W1 + W2)으로 하고, 상기 W3에 전력변환효율 등을 가미하여 출력지령값으로 하며, 또한 축전부족량 Q3을 상기 축전수단에 축전하도록 상기 축전량 제어장치에 의해 제어하는 연료전지 발전장치를 구성한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 하여, 본 발명은 예를 들어, 일시적인 전력부하의 상승이나 저하가 있는 경우라도, 불필요하게 기동, 정지동작을 행하지 않고, 대개 하루 1회의 기동, 정지로 끝나며, 기동시 및 정지시의 불필요한 에너지를 최소한으로 억제하는 효과를 거둘 수 있다.
또, 예를 들어, 기동, 정지의 지연을 적게 하여, 기동지연에 의한 전력부족이나 정지지연에 의한 전력잉여를 적게 함으로써, 축전지의 축전용량을 적게 할 수 있어, 그 결과 시스템의 비용을 절감할 수 있는 효과도 거둘 수 있다.
또, 상술한 문헌의 모든 개시는 모두 그대로 여기에 인용(참조)함으로써 일체화된다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 예를 들어, 연료전지 발전장치의 운전을 안정화시켜 효율적으로 내구수명의 저하를 억제할 수 있다는 장점을 갖는다.
또, 본 발명은 예를 들어 일시적인 전력부하의 상승이나 하강이 있는 경우에도 연료전지발전에서의 불필요한 에너지소비를 매우 작게 억제할 수 있다는 장점을 갖는다.

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  9. 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과,
    상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과,
    상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단을 구비하고,
    상기 소정의 룰은 소정의 기간에서의 (1) 연속적으로 상기 누계된 시간, 또는 (2) 불연속적으로 상기 누계된 시간의 총합이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 룰인 것을 특징으로 하는 전력생성 제어시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시간누계수단은 소정의 기간에서의 (1) 연속적으로 상기 누계된 시간, 또는 (2) 불연속적으로 상기 누계된 시간의 총합을 상기 누계의 결과로서 출력하는 것을 특징으로 하는 전력생성 제어시스템.
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  16. 제 9항에 있어서,
    상기 소정의 룰에 기초하는 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성이 상기 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 상기 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단을 추가로 구비하고,
    상기 전력생성 제어수단은, 상기 소정의 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성을 개시 또는 종료시키는 것을 특징으로 하는 전력생성 제어시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성을 개시 또는 종료시켜야 할 시각이 상기 축적된 이력에 기초하여 산출되고,
    상기 전력생성수단은 실질상 상기 산출된 시각에 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성을 개시 또는 종료시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전력생성 제어시스템.
  18. 부하로부터 요구되는 전력을 검지하는 단계와,
    상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하는 단계와,
    상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키는 단계를 구비하고,
    상기 소정의 룰은 소정의 기간에서의 (1) 연속적으로 상기 누계된 시간, 또는 (2) 불연속적으로 상기 누계된 시간의 총합이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 룰인 것을 특징으로 하는 전력생성 제어방법.
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  22. 제 18항에 있어서,
    상기 소정의 룰에 기초하는 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성이 상기 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의 상기 부하로부터 요구되는 상기 전력의 이력을 축적하는 단계와,
    상기 룰에 우선시켜, 상기 축적된 이력에 기초하여 상기 전력생성수단에 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 개시 또는 종료시키는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전력생성 제어방법.
  23. 삭제
  24. 제 9항에 기재된 전력생성 제어시스템의, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 16항에 기재된 전력생성 제어시스템의, 추가로, 상기 소정의 룰에 기초하는 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성이 상기 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의, 상기 부하로부터 요구되는 상기 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단의 전부 또는 일부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  29. 삭제
  30. 제 9항에 기재된 전력생성 제어시스템의, 부하로부터 요구되는 전력을 검지하기 위한 전력검지수단과, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성이 소정의 전력생성수단에서 행해지고 있지 않을 때, 상기 검지된 부하로부터 요구되는 전력이 소정의 값 이상으로 되어 있는 시간을 누계하기 위한 시간누계수단과, 상기 누계의 결과에 기초하여 소정의 룰을 이용하여, 상기 부하에 공급해야 할 전력의 생성을 상기 전력생성수단에 개시시키기 위한 전력생성 제어수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 것을 특징으로 하는 매체.
  31. 삭제
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  34. 제 16항에 기재된 전력생성 제어시스템의, 추가로, 상기 소정의 룰에 기초하는 상기 부하에 공급해야 할 상기 전력의 생성이 상기 소정의 전력생성수단에서 행해졌을 때의, 상기 부하로부터 요구되는 상기 전력의 이력을 축적하기 위한 이력축적수단의 전부 또는 일부를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 내장한 매체로, 컴퓨터에 의해 처리 가능한 것을 특징으로 하는 매체.
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