44-1
詳細計測調査に基 く家庭用燃料電池
ュ
ョン手法 精緻
天辰 公史郎
1. じめに
近 電力需給問題 対 関心 高ま 家庭用
燃料電池(FCCGS) 普及 進 い 一方 居 世
け 実測調査 件数 少 く 世 属性 う
FCCGS 発電量 負荷追従能力や利用端 効率 影
響 え 十分 把握 い い ま 実験室
け 模擬負荷装置 用い 燃料電池 実験や
ン 検討 際 5～15分程度 間一定 負
荷 タ 用い 機器 入効果 検討 場合
多く 実態 乖離 あ 研究 実 宅
い 電力 給湯需要 び固体高分子形燃料電池 以
PEFC 詳細計測 行い PEFC 運転実態 分析
ま 計測調査 得 タ FCCGS
ンモ 開発 行い 集計時間間隔 長短
FCCGS 発電状況 え 影響 検討
2. 電力 給湯需要詳細計測調査
2.1 計測概要
調査 宅全体 電力消費量 家電機器 電
力消費量 2秒間隔 計測 行う 家電機器 電力消費量
細 変動 PEFC 運転 え 影響 把握し
ン時 負荷 再現 必要 タ 収集 目
的 計測 概要 表1 示
2.2 実測結果
2.1.1. 日 均値
各世 家電機器 計測期間中 日 均電力消費量
図1 示 計測 行 家電機器 日 均 電力消費量
最大 宅7 IH調理器 1,546Wh/日 最 宅8 電子 ン 36Wh/日 日 均電力消費量
IH調理器 冷蔵庫 順 大 い 世 洗濯
機 比較 宅 2 104Wh/日 対し 宅 1
1,480Wh/日 あ 約14倍 あ 宅1 毎日 朝
夕方 け 複数回洗濯機 使用し 乾燥機能
使用し い 同種 家電機器 あ 世 使用状
況 電力消費量 大 く異 確認
2.1.2. 家電機器 負荷変動 タ ン
計測期間中 代表的 1時間 エ コン 炊飯器 石油
フ ン タ 電力消費量 図2 示 2秒間
隔 計測値 1分 均し 10分 均し 合わ
示し い エ コン 立ち 時 最大 約2kW
表1 計測 概要
項目 内容
計測対象 福岡 、 福津 、 嘉麻 、 九 州 、鹿 児島 居住世帯
計測期間 2017 10月～2018 1月※ 中 計測件数 10件 戸建 住宅：4件、集合住宅：6件 計測間隔 2秒
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400
8:40 8:45 8:50 8:55 9:00 9:05 9:10 9:15 9:20 9:25 9:30 9:35
電力消費量
[W]
2秒 1分
b) 炊飯器
図1 家電機器 日 均電力消費量
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600
電子 ン 炊飯器 洗濯機 電子 ン
コ メ
洗濯機 冷蔵庫
石油 ブ
電子 ン 冷蔵庫 炊飯器
テ 電子 ン
炊飯器 温水便 電子 ン
IH調理器 食器洗浄機
IH調理器 電子 ン
炊飯器 電子 ン
炊飯器
コ メ
食器洗浄機 電子 ン
IH調理器 電子 ン
テ イヤ
住宅
1
住宅
2
住宅
3
住宅
4
住宅
5
住宅
6
住宅
7
住宅
8
住宅
9
住宅
10
電気使用量[Wh/日]
c) 石油フ ン タ
図2 家電機器 電力消費量
0 100 200 300 400 500
6:30 6:35 6:40 6:45 6:50 6:55 7:00 7:05 7:10 7:15 7:20 7:25
電力消費量
[W]
2秒 1分
a) エ コン
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500
20:00 20:05 20:10 20:15 20:20 20:25 20:30 20:35 20:40 20:45 20:50 20:55
電力消費量
[W]
44-2
消費し 1分 均 2秒値 近い負荷変動 見
炊飯器 立ち 時 約1,200W消費し 後 数秒
1,000W 10W 繰 返し い 1 分 均 約
400W 2秒値 500W程 差 あ 保温時 10W
90W 間 変動し い 石油フ ン タ 常時
数秒 負荷 変動し 2 秒値 1 分 均 約
100W 差 あ 以 家電機器 1分以
内 大 電力変動 あ 機器 1分 均値
電力需要 実態 大 く乖離 可能性 あ
示
3. PEFC詳細計測調査
3.1 計測概要
調査 福岡 照葉 CO2ゼ 街区 置
PEFC 2世 対象 計測 行う 対象世
HEMS タ 取得し PEFC 発電量 関
基礎的 知見 得 HEMS タ
1時間間隔 タ あ 給湯 エネ 収支 並び
瞬間的 発電 排熱効率 関し 十分 タ 得
い い HEMS タ分析 補足 し 詳細計測
行い 機器 様 関 知見 収集し 対象世 概
要 表2 PEFC機器 様 表3 計測点 図3 示
3.2 実測結果
3.2.1 計測世帯 電力 給湯需要特性
JIS C 88511) 定 標準家庭 計測世 電力消
費量 一日 湯使用量 表4 2世 季節別 電力 給
湯消費量 図4 示 宅1 標準家庭 比べ電力消
費量 湯使用量 大 い 日中在宅 あ 毎日衣
類乾燥機 使用 習慣 原因 あ 1日 電力消費量
変動 く 特定 時間 集中 あま い 宅
2 標準家庭 電力消費量 湯使用量 い 夫婦共
図3 PEFC計測世帯計測点
表3 PEFC 機器仕様
項目 定格発電能力 定格発電時発電効率 定格発電時排熱回収効率
貯湯タン 容量 住宅1：140L 住宅2：200L 最大発電時間
36% (HHV) 51% (HHV)
20時間/日 設定 750W
表2 計測 概要
住宅1 住宅2
PEFC 2秒 2秒 分電盤 2秒 5秒 HEMS
計測間隔
1時間 2016年3月～ 2017年10月
2016年8月～
※ 中
項目
計測対象 照葉CO2ゼ 街区世帯 計測期間
世帯人数 4人
電気使用量[kWh/年] 湯使用量[L/日](40℃換算)
標準家庭 6,535 450
住宅1 7,553 579
住宅2 5,107 375
表4 標準家庭と計測世帯 電気 湯使用量
a) 住宅1
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18
夏期 中間期 冬期
湯使用量
[L
/h](
40
℃
換算
)
電気使用量
[W
]
湯使用量 電気使用量
b) 住宅2
図4 季節別 電気 湯使用量
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18
夏期 中間期 冬期
湯使用量
[L
/h
](
40
℃
換算
)
電気使用量
[W]
湯使用量 電気使用量
暖房回路
浴槽往き
浴槽還り 出湯口
浴槽
補助ボイ
タン ユニッ 発電ユニッ
発電 タッ 熱交換器 貯湯タン 150ッ
給湯往き
市水 住宅内配電盤
FC内
配電盤
inout inout
冷温水 流量計 流量計 温
計測点 電力 計測点 流量 計測点 水流量 計測点 図中凡例
その他 計測点
改質器 インバ タ
住宅1のみ の計測点
44-3
働 子 齢 高く 日中 在宅時間 短い
あ 深夜 宅 多く 朝方 夜間 電力消費
量 湯使用量 集中し い 一般的 PEFC 電力負
荷 給湯負荷 特定 時間 集中 広い時間 分
散し 準化 い 望ましい 点
宅1 PEFC 運転 利 負荷特性 持ち 宅2
利 負荷特性 持 い いえ
3.2.2 発電量 一次エネ 消費量
積算一次エネ 消費量 図5 示 宅1’
宅2’ PEFC 入 家庭内 電力需要 全 系
統買電 賄い 給湯需要 ガ イラ(効率 HHV92%)
賄 場合 一次エネ 消費量 推計し 示
し あ PEFC 発電 排熱利用 標
準的 ガ イラ 用い 場合 比べ 宅1 11%
宅2 7% 省エネ い 分
3.2.3 総合効率
世 別 発電効率 発電寄 率 図6 宅1 総合効
率 図7 宅1 効率 図8 示 宅1
ニッ 端 通 発電効率 34% 宅2 29%
い 宅2 日中 電力需要 少 く PEFC
負荷運転 原因 あ 発電寄 率 宅1
2 8 最 い 夏期 冷 利用 電力需要
増え 給湯需要 少 く 貯湯タン 満蓄
発電時間 短く 原因 あ 図8 負荷
率40%以 発電効率 大 く 宅1 通
排熱回収効率48% 定格値 3 イン
排熱利用効率 42% あ 貯湯タン 放熱
損失 PEFCガ 使用量 うち 6% 利用端
総合効率 76%
3.2.4 負荷追従性
宅1 7 1日15時2分～15時12分 間 発電量
負荷追従速度 関係 図9 示 2分0秒～3分40
秒 間 発電量 約250W 安定し負荷 追従し い
後 電気消費量 800Wま 増え 発電量 瞬
間的 約 100W増え 後 一定 傾 増加し
い 追従速度 均 約0.83W/sec あ 計測
日や 宅2 PEFC 同様 結果 得 い
4. 家庭用燃料電池 ュ ョン
4.1 ュ ョン 概要
計算時 え 設定値 び条件 表 5 示 発電
追従速度 実測調査 得 値 設定し 入
力値 PEFC詳細計測調査 宅1 宅2 計測 タ
し 2秒間隔 電力消費量 5秒 10秒 1分 15分
間隔 均し 入力値 集計時間間隔 発電量
え 影響 検討
設定値
750W
昇側 0.83W/sec
降側 ∞
時間 ～ ：
秒
週間 夏期 中間期 冬期、各 週間 計算期間
項目 定格発電能力
発電量追従速
運転時間 計算間隔
表5 ュ ョン設定値
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
発電
排熱回収
総合効率
[%
]
(H
H
V
)
発電負荷率[%]
発電効率 排熱回収効率 総合効率
図7 総合効率
34% 42%
6%
17%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
発電時損失 貯湯タン 放熱量
PEFC排熱利用分 PEFC発電分
図8 住宅1 テ 効率
図5 一次エネ 消費量
8.0
6.8
3.1
3.1
6.8
6.2
1.1
1.0
1.1
1.0
13.0
8.5
20.6
13.9
0.3
0.3
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
住宅1
住宅2
住宅1'
住宅2'
一次エネ 消費量[GJ/世帯 年]
PEFC 使用量 補助ボイ 使用量 一般 買電量他 PEFC電気使用量
図9 負荷追従速度(住宅1_7月1日15時2分~12分) -200 -150 -100 -50 0 50 100
0 250 500 750 1,000 1,250 1,500
15:02:00 15:03:00 15:04:00 15:05:00 15:06:00 15:07:00 15:08:00 15:09:00 15:10:00 15:11:00
発電追従速
[W
/s
ec]
電気使用量
発電量
[W]
発電量 電気使用量 発電量変化 a) 住宅1
26% 28% 30% 32% 34% 36% 38%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
2016年3月 2016年6月 2016年9月 2016年12月 2017年3月 2017年6月
発電効率
[%]
発電寄与率
[%]
発電寄与率 発電効率(ユニッ 端) 発電効率(利用端)
b) 住宅2
図6 発電効率 発電寄与率
26% 28% 30% 32% 34% 36% 38%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
2016年8月 2016年11月 2017年2月 2017年5月 2017年8月
発電効率
[%]
発電寄与率
[%]
44-4
4.2 計算結果
4.2.1 日 均値
ケ 別 日 均発電量 図 10 追従率 図11 示
追従率 PEFC 供給可能 範 電力消費量 対
発電量 占 割合 し 負荷追従能力 表 指標
発電量 宅1 宅2 冬期 夏期 中間
期 順 大 い 入力値 集計時間間隔 2秒値 15
分値 電力消費量 変動 均化 発
電量 増加し 図 11 15分値 追従率
100% 1分値 2秒値 差 大 く 入力値
集計時間間隔 1分以 発電量 過大推計
可能性 高い 宅2 夏期 2秒値 10秒値 追従率
差 0.8 イン 10秒以内 集計時間 実
態 負荷変動 乖離 少 い 言え
4.2.2 時系列値
全ケ 中 最 追従率 い 宅1 中間期代表
日 時系列 タ 図12 示 中 ン 発電
時 750W以 電力需要 発電量 差分 表 2秒値
ベ 電力 約400W 60秒 約1,250W
状態 14秒間持続 タ ン 見 間
ン 約400W発生し い 負荷変動 タ ン
図2 石油フ ン タ 類似し 宅1 居
者 習慣 浴室暖 乾燥機 あ 推測 暖
機器や乾燥機能 家電機器 う 負荷変
動 機器 多い 1分値 電力消費量 変動
無く ン 見 い
4.2.3 発電量、 ン 分
宅1 中間期 発電量 ン 分 図13 示
2秒値 ン 200W 1,400Wま 幅広く 分 し 200W～600W 間 ン 多く 定
格発電出力 750Ｗ付近 ン 最大 200W
以 ン 発生し い 750W 超え
ン く 分 少 く ま 15分値
ン 発生し 細 い電気消費
量 変動 考慮 い い 言え
5. おわりに
詳細計測調査 行い 秒単 家電機器 負荷変動
PEFC 運転実態 明 し 機器 様 関 基礎
タ 取得し 家電機器 1分以内 大
電力変動 あ 1分 均値 電力需要 実態 大 く
乖離 結果 ま PEFC ン
1 分 均値以 電力需要 計算 用い 発電量
過大推計 可能性 示
参考文献
1) 日 工業規格； 形燃料電池 11モ エネ 効率及び
標準家庭 間消費エネ 量 測定方法, JIS C 8851, (2013), pp23-pp28
2) 山 高広；ライフ タイ 違い 家庭用燃料電池 入効果 え 影響
図10 集計時間間隔別 発電量
図11 集計時間間隔別 追従率
a) 2秒値
0 250 500 750 1,000 1,250 1,500 1,750 2,000 2,250 2,500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
電気使用量
発電量
[W
/2se
c]
発電量 マ ン 電気使用量 定格発電出力
b) 1分値
図12 発電量 ン(住宅1_2016/5/23 8:00~9:00)
0 250 500 750 1,000 1,250 1,500 1,750 2,000 2,250 2,500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
電気使用量
発電量
[W
/2se
c]
発電量 マ ン 電気使用量 定格発電出力
a) 2秒値
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400
発電量マ
ン
[W
]
電気使用量[W]
発電量 マ ン
b) 15分値
図13 発電量 ン 分 (住宅1_中間期)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400
発電量マ
ン
[W
]
電気使用量[W]
発電量 マ ン
88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
2秒 5秒 10秒 1分 15分
追従率
[%]
住宅1 住宅2
0 5 10 15 20 25 30
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0
夏期 中間期 冬期 夏期 中間期 冬期
住宅1 住宅2
電力消費量
[k
Wh
/
日
]
発電量
[k
Wh
/
日
]
