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計算結果

ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 127-137)

4. 家庭用燃料電池プログラムの開発

4.6. シミュレーション試算例

4.6.2. 計算結果

120

121

表 4.10 PEFC代表計算結果

表 4.11 SOFC代表計算結果

同月日

電気使 用量

FC発電

FC放熱 回収量

FC放熱 利用量

FCガス 使用量

BBガス 使用量

FC発電 効率

FC排熱 回収効

FC排熱 利用効

FCユ ニット総 合効率

FC利用 端総合 効率 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 HHV% HHV% HHV% HHV% HHV%

1 31 880 242 338 322 715 231 34% 47% 45% 81% 79%

2 28 799 217 302 289 639 213 34% 47% 45% 81% 79%

3 31 871 236 328 316 695 208 34% 47% 45% 81% 79%

4 30 329 183 244 235 533 198 34% 46% 44% 80% 78%

5 31 339 195 261 253 569 155 34% 46% 44% 80% 79%

6 30 326 168 227 215 495 92 34% 46% 44% 80% 78%

7 31 532 162 238 222 504 40 32% 47% 44% 79% 76%

8 31 520 149 222 206 471 27 32% 47% 44% 79% 76%

9 30 524 159 231 215 490 64 33% 47% 44% 80% 76%

10 31 339 204 272 259 594 107 34% 46% 44% 80% 78%

11 30 328 188 251 238 547 171 34% 46% 44% 80% 78%

12 31 900 237 330 316 697 230 34% 47% 45% 81% 79%

年積算 365 6,688 2,341 3,243 3,087 6,947 1,737 34% 47% 44% 80% 78%

PE F C代表計算

同月日

電気使 用量

FC発電

FC放熱 回収量

FC放熱 利用量

FCガス 使用量

BBガス 使用量

FC発電 効率

FC排熱 回収効

FC排熱 利用効

FCユ ニット総 合効率

FC利用 端総合 効率 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 kWh/月 HHV% HHV% HHV% HHV% HHV%

1 31 880 398 280 214 907 428 44% 31% 24% 75% 68%

2 28 799 358 252 193 816 387 44% 31% 24% 75% 68%

3 31 871 396 279 210 903 402 44% 31% 23% 75% 67%

4 30 329 272 209 174 678 327 40% 31% 26% 71% 66%

5 31 339 290 224 181 724 303 40% 31% 25% 71% 65%

6 30 326 278 215 156 697 223 40% 31% 22% 71% 62%

7 31 532 323 242 150 785 187 41% 31% 19% 72% 60%

8 31 520 323 242 141 785 166 41% 31% 18% 72% 59%

9 30 524 312 234 152 759 202 41% 31% 20% 72% 61%

10 31 339 289 223 173 722 275 40% 31% 24% 71% 64%

11 30 328 275 212 173 687 310 40% 31% 25% 71% 65%

12 31 900 393 276 211 894 422 44% 31% 24% 75% 67%

年積算 365 6,688 3,907 2,890 2,127 9,357 3,633 42% 31% 23% 73% 64%

SOF C代表計算

122

② 代表期間抽出集計(1時間間隔)

PEFC、SOFCそれぞれの季節別計算結果を示す。なお、計算結果生データは1分間隔で

出力されるが、本項の計算結果は1時間平均値に集約平均している。

【PEFC】

PEFCの冬期の試算例を以下に示す。後述するSOFCに比べ、一日の連続発電可能時間 が20時間に制限されるため、間欠的な発電の分布となる。貯湯タンクの温度分布は多少の 上下はある物の、朝方から温度上昇が始まり、深夜PEFC が停止するタイミングで最も高 くなる各日1回の右肩当たりの傾向となる。

冬期は水道水温度、給湯需要水量の増加等から、給湯負荷が増加しており、他の季節に 比べるとPEFCの発電可能時間が長くなるため、発電量が大きい。一方図中2月3日のよ うに、給湯負荷が一時的に小さくなる日は、発電時間が大幅に短くなる場合も見られる。

図 4.18 PEFCシミュレーション結果(代表世帯, 冬期:2月1日~2月7日)

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 200 400 600 800 1,000 1,200

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

123

続いて中間期の計算例を示す。冬期に比べると全体的に電気使用量が小さくなるため、

発電時の部分負荷率が低下している。日中の給湯負荷が小さい場合は、夜間の電気使用量 が集中する時間帯のみが選択される例も見られる。(6月2日)

図 4.19 PEFCシミュレーション結果(代表世帯, 中間期:6月1日~6月7日)

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 200 400 600 800 1,000 1,200

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

124

続いて夏期の計算例を示す。冬期、中間期は一日ごとに発電開始、停止が行われ、日を またいでの発電は殆ど行われていないが、電気使用量、給湯負荷とも減少するため、発電 時間帯の選択の傾向も変わっており、発電時間帯が深夜に移動している。発電量、発電時 部分負荷率とも他の季節より小さい。

貯湯タンクは朝方上昇するが、その後低下し、深夜に水道水温度と同程度まで低下する。

夜の夜から深夜にかけての電力負荷を狙って発電を開始し、余剰排熱を朝方の給湯負荷で 使用する動きとなる。

図 4.20 PEFCシミュレーション結果(代表世帯, 夏期:8月1日~8月7日)

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 200 400 600 800 1,000 1,200

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

125

【SOFC】

SOFCの冬期の計算例を示す。PEFCが一日最大20時間まで、と発電時間が制限される のに対して、SOFCは最大28日間連続して発電する。2月6日は28日間の発電終了後の 停止、再起動に充てられ、1日間発電が全く行われなくなる。貯湯タンクは多くの時間で満 蓄に近い状況であり、湯張り等と思われる大きな給湯負荷が発生し、タンク内の温水をす べて吐き出した後でも、2~3時間で満蓄に復帰している。

給湯負荷が最も多きくなる冬期のシーズンでもほぼ毎日ラジエーターによる放熱が行わ れており、給湯負荷発生時間帯によって放熱量が大きく変化している。

図 4.21 SOFCシミュレーション結果(代表世帯, 冬期:2月1日~2月7日)

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 100 200 300 400 500

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/2/1 2014/2/2 2014/2/3 2014/2/4 2014/2/5 2014/2/6 2014/2/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

126

中間期の計算例を示す。電力負荷が減少し、発電量も減少している。ラジエーターによる 放熱量は冬期よりやや大きくなる。

図 4.22 SOFCシミュレーション結果(代表世帯, 中間期:6月1日~6月7日)

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 100 200 300 400 500

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/6/1 2014/6/2 2014/6/3 2014/6/4 2014/6/5 2014/6/6 2014/6/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

127

夏期の計算結果を示す。冷房の使用により特定の時間の電気使用量は中間期より増加し ている。ラジエーター放熱量は中間期よりさらに増加しており、日によっては燃料電池排 熱回収量の半分程度を放熱している日も見られる(8月4日)。

図 4.23 SOFCシミュレーション結果(代表世帯, 夏期:8月1日~8月7日)

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

電気使用量・FC発電[W]

FC発電量 電気使用量

0 10 20 30 40 50 60 70

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

貯湯タ冷温水温度[]

タンク平均 タンク1 タンク3 タンク5 タンク8

0 100 200 300 400 500

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

電気使用量・FC発電[W]

ラジエーター放熱量 FC排熱回収量

0 50 100 150 200 250 300

0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12

2014/8/1 2014/8/2 2014/8/3 2014/8/4 2014/8/5 2014/8/6 2014/8/7

給湯需要水量[/]

給湯水量

128

③ 代表期間抽出集計(1分間隔)

参考として、代表期間の1分間隔集計値を示す。

図 4.24 PEFCシミュレーション計算例(1分間隔:上 排熱回収量とラジエーター放熱量, 中:貯湯タンク温度分布, 電力需要と発電量)

0.0 1.0 2.0 3.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0

70.0 [litter/min]

[]0 hot water demand Temp. of tank(Bottom) Temp. of tank(25%) Temp. of tank(50%) Temp. of tank(75%) Temp. of tank(Top) Temp. of tank(Average) 500

1,000 1,500

[W]

Heat output for tank Heat release with the radiator

0 1,000 2,000 3,000 4,000

2/1 2/2 2/3 6/1 6/2 6/3 8/1 8/2 8/3

Winter Intermediate Summer

[W]

Electric power output Electricity demand

12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00

129

図 4.25 SOFCシミュレーション計算例(1分間隔:上 排熱回収量とラジエーター放熱量, 中:貯湯タンク温度分布, 電力需要と発電量)

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0

70.0 [] hot water demand Temp. of tank(Bottom) Temp. of tank(25%) Temp. of tank(50%) Temp. of tank(75%) Temp. of tank(Top) Temp. of tank(Average)[litter/min]

0 200 400 600 [W]

Heat output for tank Heat release with the radiator

0 1,000 2,000 3,000 4,000

2/1 2/2 2/3 6/1 6/2 6/3 8/1 8/2 8/3

Winter Intermediate Summer

[W]

Electric power output Electricity demand

12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00 12:00

130

ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 127-137)