JP2002056880A - Water electrolysis device and solid polymer type fuel cell generating system - Google Patents

Water electrolysis device and solid polymer type fuel cell generating system

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JP2002056880A
JP2002056880A JP2000243862A JP2000243862A JP2002056880A JP 2002056880 A JP2002056880 A JP 2002056880A JP 2000243862 A JP2000243862 A JP 2000243862A JP 2000243862 A JP2000243862 A JP 2000243862A JP 2002056880 A JP2002056880 A JP 2002056880A
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JP
Japan
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water
fuel cell
polymer electrolyte
gas
power
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Application number
JP2000243862A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Ogawa
賢 小川
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Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for effectively utilizing the electric energy and realizing the evenness of a load of a power system. SOLUTION: This generating system has at least a water electrolysis device and a solid polymer type fuel cell. Gaseous hydrogen and gaseous oxygen are produced by water electrolysis by the water electrolysis device, and produced gaseous hydrogen and gaseous oxygen are separately stored, and they are taken out when the power is required. When leading these gases to the solid polymer type fuel cell, gaseous hydrogen is supplied to a fuel electrode of the cell, and gaseous oxygen is supplied to an air electrode of the cell to generate the power in this water electrolysis device and solid polymer type fuel cell generating system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水電解装置と固体
高分子形燃料電池とを組み合わせた新規な発電システム
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel power generation system combining a water electrolysis device and a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、昼間の電力需要は大幅に伸びている
のに対し、深夜電力需要の伸びは少なく、昼夜の電力需
要の格差は拡大する一方である。このため、図1に示す
ように、上記格差を是正し、電力系統の負荷平準化を図
る必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, power demand during the day has greatly increased, while demand for power at midnight has been small, and the gap between power demand during the day and night has been increasing. For this reason, as shown in FIG. 1, it is necessary to correct the above difference and level the load of the power system.

【0003】かかる格差を是正する方策として、電気温
水器や氷蓄熱による冷暖房の普及を促進して深夜電力需
要を増加させる等の試みがなされているものの、単機で
の消費電力は小さく、電力系統の負荷平準を実現するま
でに至っていない。電力負荷の平準化を実現するための
手段として大型のものでは揚水式発電所があるが、国内
での発電所用地の確保はますます困難になっており、将
来性という点で問題がある。
[0003] As a measure to correct the disparity, attempts have been made to increase the demand for electric power at midnight by promoting the spread of cooling and heating by using electric water heaters and ice heat storage. Has not yet been achieved. As means for realizing power load leveling, large-scale pumped-storage power plants are available, but it is becoming increasingly difficult to secure land for power plants in Japan, and there is a problem in terms of future prospects.

【0004】一方、深夜の発電量、特に全発電量に占め
る割合が高い原子力発電の発電量を抑えることも考えら
れる。しかし、原子力発電はその負荷調整幅が狭く、夜
間といえども発電負荷を下げることは事実上不可能であ
る。
On the other hand, it is also conceivable to suppress the amount of power generated at midnight, particularly the amount of nuclear power generation, which accounts for a large proportion of the total power generation. However, nuclear power generation has a narrow load adjustment range, and it is virtually impossible to reduce the generation load even at night.

【0005】これとは別に、電気エネルギーを有効利用
するための技術が種々検討されている。例えば、水の電
解分解により水素ガスを発生させ、気体状態又は液化水
素として輸送し、電力消費地で使用する方法が提案され
ている。具体的には、新エネルギー産業技術総合開発機
構(NEDO)で実施されている We-net 計画がある。そ
の概略系統フローを図2に示す。この計画は、カナダの
水力発電の電力を利用して水の電気分解を行い、発生し
た水素ガスを液化水素として日本に輸送し、エネルギー
源として使用するものである。その他にも、砂漠地帯に
設置した太陽電池エネルギーにより水を電解して水素ガ
スを製造する計画が考えられている。いずれの計画も、
基本的には水素エネルギー社会を想定した壮大な計画と
言える。しかし、これらの計画では、水の電気分解で水
素とともに発生する酸素の有効利用については特に考慮
されていない。
[0005] Apart from this, various techniques for effectively utilizing electric energy have been studied. For example, a method has been proposed in which hydrogen gas is generated by electrolysis of water, transported in a gaseous state or as liquefied hydrogen, and used in a power consuming area. Specifically, there is a We-net plan being implemented by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). FIG. 2 shows the schematic system flow. The plan uses water from Canada's hydroelectric power to electrolyze water, transport the resulting hydrogen gas to Japan as liquefied hydrogen, and use it as an energy source. Other plans include producing hydrogen gas by electrolyzing water using solar cell energy installed in desert areas. Both plans,
Basically, it can be said to be a grand plan that assumes a hydrogen energy society. However, these plans do not specifically consider the effective use of oxygen generated with hydrogen in the electrolysis of water.

【0006】また、水素エネルギーの利用方法の一つと
して燃料電池を使用することも考えられている。ところ
が、消費地に設置した燃料電池システムでは、水素ガス
の利用は可能であっても、酸素ガスを利用するものでは
ないので発電効率の向上は望めず、エネルギーの有効利
用の面ではなお不十分と言える。
[0006] It has also been considered to use a fuel cell as one of the methods of utilizing hydrogen energy. However, the fuel cell system installed in the consuming area can use hydrogen gas but does not use oxygen gas, so improvement in power generation efficiency cannot be expected, and it is still insufficient in terms of effective use of energy It can be said.

【0007】現在、NaS電池やレドックスフロー形電
池の開発も進められているが、発電容量は1MW程度ま
でが限界であり、大容量化は今後の研究開発を待たなけ
ればならない。
At present, the development of NaS batteries and redox flow batteries is also underway, but the power generation capacity is limited to about 1 MW, and the increase in capacity must wait for future research and development.

【0008】さらに、都市ガスを燃料とするリン酸形燃
料電池をDSS運用することにより電力のピークカット
をすることも考えられるが、改質装置を含めたシステム
では起動・停止に3時間〜4時間以上も必要とし、実用
的なシステムとは言えない。
[0008] Further, it is conceivable to cut off the peak of electric power by operating the phosphoric acid type fuel cell using city gas as a fuel by DSS operation. It takes more than time and is not a practical system.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、電気エ
ネルギーを有効に利用できるシステムは未だ開発途上に
あるというのが現状である。
As described above, at present, a system that can effectively use electric energy is still under development.

【0010】従って、本発明の主な目的は、電気エネル
ギーの有効利用を図り、ひいては電力系統の負荷平準化
を実現できるシステムを提供することにある。
[0010] Accordingly, a main object of the present invention is to provide a system which can effectively use electric energy and can realize load leveling of a power system.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術の
問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定のシステムが
上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成する
に至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has made intensive studies in view of the problems of the prior art, and as a result, has found that a specific system can achieve the above object, and has completed the present invention.

【0012】すなわち、本発明は、少なくとも水電解装
置及び固体高分子形燃料電池を有する発電システムであ
って、水電解装置による水の電気分解により水素ガスと
酸素ガスを製造し、製造された水素ガス及び酸素ガスを
それぞれ貯蔵し、電力が必要なときに上記水素ガス及び
酸素ガスを取り出し、これらのガスを固体高分子形燃料
電池に導入するにあたり、当該電池の燃料極に水素ガス
を供給し、当該電池の空気極に酸素ガスを供給すること
によって、上記燃料電池により発電を行うことを特徴と
する水電解装置−固体高分子形燃料電池系発電システム
に係るものである。
That is, the present invention relates to a power generation system having at least a water electrolyzer and a polymer electrolyte fuel cell, wherein hydrogen gas and oxygen gas are produced by electrolysis of water by the water electrolyzer, and the produced hydrogen is produced. The gas and the oxygen gas are stored, respectively, and when the electric power is required, the hydrogen gas and the oxygen gas are taken out. When introducing these gases into the polymer electrolyte fuel cell, the hydrogen gas is supplied to the fuel electrode of the battery. The present invention also relates to a water electrolysis-polymer electrolyte fuel cell power generation system, wherein power is generated by the fuel cell by supplying oxygen gas to an air electrode of the battery.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の水電解装置−固体高分子
形燃料電池系発電システムは、少なくとも水電解装置及
び固体高分子形燃料電池を有する発電システムであっ
て、水電解装置による水の電気分解により水素ガスと酸
素ガスを製造し、製造された水素ガス及び酸素ガスをそ
れぞれ貯蔵し、電力が必要なときに上記水素ガス及び酸
素ガスを取り出し、これらのガスを固体高分子形燃料電
池に導入するにあたり、当該電池の燃料極に水素ガスを
供給し、当該電池の空気極に酸素ガスを供給することに
よって、上記燃料電池により発電を行うことを特徴とす
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A water electrolysis apparatus-polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present invention is a power generation system having at least a water electrolysis apparatus and a polymer electrolyte fuel cell, wherein Producing hydrogen gas and oxygen gas by electrolysis, storing the produced hydrogen gas and oxygen gas respectively, extracting the hydrogen gas and oxygen gas when electric power is needed, and using these gases as solid polymer fuel cells When the fuel cell is introduced, hydrogen gas is supplied to the fuel electrode of the battery, and oxygen gas is supplied to the air electrode of the battery, whereby power is generated by the fuel cell.

【0014】 水の電気分解 水の電気分解は、水電解装置により行う。水電解装置の
形式等は特に限定されない。例えば、固体高分子形水電
解装置、ソーダ法水電解装置等の公知の装置を用いるこ
とができる。
Electrolysis of Water Electrolysis of water is performed by a water electrolysis device. The type of the water electrolysis device is not particularly limited. For example, known devices such as a solid polymer water electrolysis device and a soda method water electrolysis device can be used.

【0015】特に、固体高分子形水電解装置は、水素ガ
ス及び酸素ガスを加圧状態で発生させて貯蔵することが
可能であることから、固体高分子形燃料電池へのガス供
給時に空気ブロワー等の装置が不要となる点で好まし
い。また、加圧動作による水電解反応エネルギーの増加
もわずかであり、効率的なエネルギー貯蔵が可能であ
る。小型又は中規模容量機では固体高分子膜を使用した
水電解装置はすでに実用化されており、これらも本発明
システムの水電解装置として使用できる。
In particular, since the polymer electrolyte water electrolyzer can generate and store hydrogen gas and oxygen gas in a pressurized state, the air blower is used to supply gas to the polymer electrolyte fuel cell. This is preferable in that the device such as the above becomes unnecessary. Further, the increase in water electrolysis reaction energy due to the pressurizing operation is slight, and efficient energy storage is possible. Water electrolyzers using solid polymer membranes have already been put to practical use in small or medium capacity machines, and these can also be used as water electrolyzers in the system of the present invention.

【0016】 水素ガス及び酸素ガスの貯蔵 水の電気分解で発生した水素ガス及び酸素ガスは、いっ
たん貯蔵される。貯蔵されるガスは、水の電気分解で発
生した水素ガス及び酸素ガスの一部であっても良いし、
あるいは全部であっても良いが、通常は発生したガスの
全部を貯蔵すれば良い。これらのガスは、例えばそれぞ
れ水素タンク及び酸素タンクに貯蔵することができる。
タンクの構造、大きさ等は、公知のものを適宜採用する
ことができる。また、各タンクは、システム中に1基又
は2基以上設けても良い。
Storage of Hydrogen Gas and Oxygen Gas The hydrogen gas and oxygen gas generated by the electrolysis of water are temporarily stored. The stored gas may be a part of hydrogen gas and oxygen gas generated by electrolysis of water,
Alternatively, all of the gas may be stored, but usually all of the generated gas may be stored. These gases can be stored, for example, in a hydrogen tank and an oxygen tank, respectively.
Known structures and sizes of the tank can be appropriately adopted. Also, one or more tanks may be provided in the system.

【0017】貯蔵された水素ガス及び酸素ガスは、電力
が必要なときに取り出し、これらガスを固体高分子形燃
料電池に導入する。例えば、夜間に深夜電力を利用して
水の電気分解により水素ガスと酸素ガスを製造し、これ
らをそれぞれ水素タンク及び酸素タンクに貯蔵し、昼間
の電力需要の多いときに水素ガスと酸素ガスを取り出し
て固体高分子形燃料電池に供給して発電すれば良い。発
電により得られた電力は、昼間電力として供給すれば良
い。
The stored hydrogen gas and oxygen gas are taken out when electric power is required, and these gases are introduced into a polymer electrolyte fuel cell. For example, hydrogen gas and oxygen gas are produced by electrolysis of water at night using electric power at midnight, and these are stored in a hydrogen tank and an oxygen tank, respectively. It may be taken out and supplied to a polymer electrolyte fuel cell to generate power. The power obtained by the power generation may be supplied as daytime power.

【0018】本発明のシステムにおいて、水素タンクと
酸素タンクのガス貯蔵圧は特に限定されない。高圧ガス
取締法上10気圧以下であれば規制されないが、水電解
装置の性能面から10気圧以上、特に10〜20気圧程
度とすることも可能である。加圧貯蔵されたガスを取り
出す場合、水素タンク及び酸素タンクの少なくともいず
れか一方のタンクから取り出されるガスのガス圧を制御
できるようにタービン式発電機を設置することもでき
る。例えば、ガス管等のガス払出系統にマイクロタービ
ン発電機等を設置すれば、そのガス圧の制御(減圧)と
同時に、ガスの圧力エネルギーの有効利用を図ることも
できる。発電機としては、タービンを有するものであれ
ば良く、例えばマイクロタービン発電機、膨張タービン
発電機等のような公知のタービン式発電機を使用するこ
とができる。
In the system of the present invention, the gas storage pressures of the hydrogen tank and the oxygen tank are not particularly limited. The pressure is not restricted if the pressure is 10 atm or less according to the High Pressure Gas Control Law. When extracting the gas stored under pressure, a turbine generator can be installed so that the gas pressure of the gas extracted from at least one of the hydrogen tank and the oxygen tank can be controlled. For example, if a microturbine generator or the like is installed in a gas discharge system such as a gas pipe, the gas pressure can be controlled (depressurized) and, at the same time, the pressure energy of the gas can be effectively used. The generator may be any as long as it has a turbine. For example, a known turbine generator such as a microturbine generator, an expansion turbine generator, or the like can be used.

【0019】 固体高分子形燃料電池による発電 固体高分子形燃料電池(PEFC)自体は、公知のもの
を使用することができ、その形式、構造等も特に限定さ
れない。また、固体高分子形燃料電池は、システム中に
1基又は2基以上設けても良い。
Power Generation by Polymer Electrolyte Fuel Cell A known polymer electrolyte fuel cell (PEFC) itself can be used, and its type and structure are not particularly limited. Further, one or more solid polymer fuel cells may be provided in the system.

【0020】燃料電池の形式としてはアルカリ形、リン
酸形、固体高分子形、溶融炭酸塩形、固体電解質形等の
燃料電池がある。本発明システムを昼夜の電力需要の格
差解消のために利用する場合、昼間の約8〜10時間の
発電では短い起動停止時間と毎日起動停止運用(DSS
運用)が必要となる。このような用途にはアルカリ形、
リン酸形、固体高分子形等の燃料電池に適応性がある。
この中でも、純水素ガスと純酸素ガスを直接使用して高
電圧としても腐食のおそれがなく、しかも低温動作のた
めに起動停止が早く、他の型式よりも建設コストが安く
できる等の点において、本発明では固体高分子形燃料電
池を用いる。一般に、固体高分子形燃料電池の電池寿命
については、DSS運用で8時間/1日で15年間使用
した場合では、 8時間/1日×365日×10年間×0.8(設備利用
率)=35,040時 間となる。これは、現在の固体高分子形燃料電池のセル
寿命の開発目標4万時間に相当するものであり、実用に
十分耐え得る。
There are various types of fuel cells such as an alkaline type, a phosphoric acid type, a solid polymer type, a molten carbonate type, and a solid electrolyte type. When the system of the present invention is used to resolve the difference in power demand between day and night, short start-stop time and daily start-stop operation (DSS) are required for power generation for about 8 to 10 hours in daytime.
Operation) is required. For such applications, the alkaline form,
It is applicable to fuel cells such as phosphoric acid type and solid polymer type.
Among them, pure hydrogen gas and pure oxygen gas are used directly, so that there is no danger of corrosion even at high voltage, and because of low temperature operation, start-up and shutdown are quick and the construction cost can be lower than other models. In the present invention, a polymer electrolyte fuel cell is used. Generally, the life of a polymer electrolyte fuel cell is 8 hours / 1 day x 365 days x 10 years x 0.8 when the DSS operation is used for 8 years / 1 day for 15 years. = 35,040 hours. This is equivalent to the current development target of 40,000 hours for the cell life of the polymer electrolyte fuel cell, and can be sufficiently endured for practical use.

【0021】固体高分子形燃料電池の動作圧力として、
常圧型、加圧型等のいずれも採用でき、用いる燃料電池
の形式、システムの運転条件等に応じて適宜採択すれば
良い。設備コスト、信頼性等の点から言えば常圧型で十
分であるが、ガスタンクの圧力を利用する場合には10
気圧以下(特に1〜7気圧)での加圧変圧型システムと
することが好ましい。加圧変圧型により、全負荷領域で
高い発電効率を達成することが可能である。
The operating pressure of the polymer electrolyte fuel cell is as follows:
Any of a normal pressure type, a pressurization type, and the like can be adopted, and may be appropriately selected according to the type of the fuel cell to be used, operating conditions of the system, and the like. The normal pressure type is sufficient in terms of equipment cost, reliability, etc.
It is preferable to use a pressure-transformation type system under an atmospheric pressure (particularly 1 to 7 atm). With the pressurized transformer type, it is possible to achieve high power generation efficiency in the entire load region.

【0022】 固体高分子形燃料電池で生成する水の
利用 本発明システムでは、必要に応じて、固体高分子形燃料
電池において水素と酸素の反応により生成する水を回収
し、回収した水(回収水)の一部又は全部を水電解装置
による水の電気分解に用いることもできる。すなわち、
本発明システムでは、回収水を上記水電解装置に循環す
ることにより、回収水の有効利用を図ることができる。
Utilization of Water Produced by Polymer Electrolyte Fuel Cell In the system of the present invention, if necessary, water produced by the reaction between hydrogen and oxygen in the polymer electrolyte fuel cell is recovered, and the recovered water (recovered water) Part or all of water) can be used for electrolysis of water by a water electrolysis device. That is,
In the system of the present invention, by circulating the recovered water to the water electrolysis device, it is possible to effectively use the recovered water.

【0023】本発明システムでは、水電解用の水をすべ
て外部の市水や工業用水から供給することも可能であ
る。但し、この場合には大きな純水製造装置を必要とす
る分だけ、水処理コスト等が高くなる。一方、本発明シ
ステムにおいては、燃料電池における水素ガスと酸素ガ
スとの反応により純水に近い良質の水が生成されるの
で、この水を水電解用としても好適に利用することがで
きる。このように、回収水の一部又は全部を水電解用と
して利用すれば、水電解用の水供給の低コスト化、ひい
ては発電効率をより高めることが可能になる。
In the system of the present invention, all the water for water electrolysis can be supplied from external city water or industrial water. However, in this case, the cost of water treatment is increased by the amount of the large pure water production apparatus required. On the other hand, in the system of the present invention, the reaction between the hydrogen gas and the oxygen gas in the fuel cell produces high-quality water close to pure water, and this water can be suitably used for water electrolysis. As described above, if a part or all of the recovered water is used for water electrolysis, it is possible to reduce the cost of supplying water for water electrolysis and further increase the power generation efficiency.

【0024】具体的には、固体高分子形燃料電池の発電
時に水素ガスと酸素ガスとの反応により燃料極及び空気
極では水蒸気が発生する。この水蒸気は排空気及び排燃
料ガス中に含まれるが、水蒸気は冷却器等により冷却さ
れ、凝縮水(ドレン水)として回収することができる。
このドレン水はシステム外から供給する市水や工業用水
よりもはるかに純度が高いため、そのまま電解用水とし
て使用できるが、必要な処理を施してから使用しても良
い。
Specifically, water vapor is generated at the fuel electrode and the air electrode due to the reaction between hydrogen gas and oxygen gas during power generation of the polymer electrolyte fuel cell. This water vapor is contained in the exhaust air and the exhaust fuel gas, and the water vapor is cooled by a cooler or the like and can be recovered as condensed water (drain water).
Since this drain water has much higher purity than city water or industrial water supplied from outside the system, it can be used as electrolysis water as it is, but may be used after performing necessary treatment.

【0025】また、燃料電池で生成される水は、理論的
には水電解に必要な水と同量の水が生成されるので、回
収水の全部で必要な電解用水をまかなうことも可能であ
るが、蒸発等により若干の水ロスが生じる場合もある。
従って、このような場合は、必要に応じて、不足する水
をシステム外から適宜供給すれば良い。
Further, since the water generated by the fuel cell is theoretically generated in the same amount as the water required for water electrolysis, it is possible to supply the necessary electrolysis water with the whole recovered water. However, some water loss may occur due to evaporation or the like.
Therefore, in such a case, if necessary, it is sufficient to appropriately supply the insufficient water from outside the system.

【0026】得られた回収水は、通常は専用のタンク
(純水タンク)に蓄えられる。必要に応じて、回収水の
一部又は全部を水電解装置に供給することも可能であ
る。純水タンクは、必要により1基又は2基以上設けて
も良い。また、純水タンクには、必要に応じてボトミン
グヒーター等の加熱装置を設けても良い。
The obtained recovered water is usually stored in a dedicated tank (pure water tank). If necessary, part or all of the recovered water can be supplied to the water electrolysis device. One or more pure water tanks may be provided as necessary. Further, the pure water tank may be provided with a heating device such as a bottoming heater as needed.

【0027】 固体高分子形燃料電池で発生する熱の
利用 本発明システムでは、固体高分子形燃料電池で発生する
熱の一部又は全部を用いて回収水を加熱(保温も含む。
以下同じ)することもできる。本発明システムでは、水
循環系統、特に純水タンクに固体高分子形燃料電池の排
熱を利用して加熱・保温し、水電解時の効率を向上させ
ることができ、これにより余熱の有効利用が可能とな
る。
Utilization of Heat Generated by Polymer Electrolyte Fuel Cell In the system of the present invention, the recovered water is heated (including heat retention) by using part or all of the heat generated by the polymer electrolyte fuel cell.
Hereinafter the same). In the system of the present invention, it is possible to use the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell to heat and maintain the water in the water circulation system, particularly the pure water tank, thereby improving the efficiency of water electrolysis, thereby improving the effective use of residual heat. It becomes possible.

【0028】表1には、本発明システムにおける排熱発
生箇所、利用熱条件及び熱利用先の一例を示す。
Table 1 shows an example of the locations where waste heat is generated, the conditions of heat utilization, and the heat utilization destinations in the system of the present invention.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】電池冷却水では約60℃の温水、電池スタ
ックでは約40〜60℃の温水がそれぞれ得られる。こ
れらの温水(熱)は、水タンクの加熱保温、外部からの
補給水の昇温又は予備加熱、燃料電池で使用される水素
ガスや酸素ガスの予備加熱用(ガスタンクの保温用)等
に使用される。
Hot water of about 60 ° C. is obtained for the battery cooling water, and hot water of about 40 to 60 ° C. is obtained for the battery stack. These hot water (heat) is used to heat and maintain the water tank, raise or preheat external makeup water, and preheat hydrogen gas and oxygen gas used in fuel cells (for keeping the gas tank warm). Is done.

【0031】このように、これら温水の熱エネルギーで
水タンクの加熱等を行うことにより、その熱利用を実現
することができる。これらの熱エネルギーは、単独で又
は2以上を組み合わせて利用することができる。また、
必要に応じて、ボイラー、電気ヒータ等により外部から
熱エネルギーを供給することもできる。
As described above, by using the heat energy of the warm water to heat the water tank or the like, it is possible to realize the utilization of the heat. These heat energies can be used alone or in combination of two or more. Also,
If necessary, heat energy can be supplied from the outside by a boiler, an electric heater or the like.

【0032】回収水(電解用水)を加熱する場合の温度
は、設備の種類、システムの運転条件等に応じて適宜設
定すれば良い。図3には、固体高分子形水電解装置にお
ける電解温度と電解電圧との関係を示す。図3に示すよ
うに、より高い温度(通常80〜100℃程度)で水を
加熱する場合の方が電解効率面で優れている。このた
め、本発明システムにおいても、電解用水を予め80℃
以上に加熱することにより、電解効率をより向上させる
ことが可能となる。一方、上記温水はせいぜい60℃で
ある。このため、電解用水を80℃以上に加熱する場合
は、例えば60℃までの加熱には上記温水の熱エネルギ
ーを利用し、60℃以上の加熱はヒーター等の加熱装置
を利用すれば良い。
The temperature for heating the recovered water (water for electrolysis) may be appropriately set according to the type of equipment, the operating conditions of the system, and the like. FIG. 3 shows the relationship between the electrolysis temperature and the electrolysis voltage in the polymer electrolyte water electrolysis device. As shown in FIG. 3, heating water at a higher temperature (usually about 80 to 100 ° C.) is more excellent in electrolysis efficiency. For this reason, in the system of the present invention, the water for electrolysis is
By heating as described above, it is possible to further improve the electrolysis efficiency. On the other hand, the temperature of the hot water is at most 60 ° C. Therefore, when heating the water for electrolysis to 80 ° C. or higher, for example, the heat energy of the above-mentioned hot water may be used for heating to 60 ° C., and the heating device such as a heater may be used for heating at 60 ° C. or higher.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明は、固体高分子形燃料電池と水電
解装置を組み合わせたシステムとして、水の電気分解に
より水素ガスと酸素ガスを製造し、水素ガス及び酸素ガ
スを水素タンク及び酸素タンクにそれぞれ貯蔵し、電力
が必要なときに、水素ガス及び酸素ガスを固体高分子形
燃料電池に導入して発電し、電力を供給するシステムで
ある。
According to the present invention, as a system combining a polymer electrolyte fuel cell and a water electrolysis device, hydrogen gas and oxygen gas are produced by electrolysis of water, and the hydrogen gas and oxygen gas are supplied to a hydrogen tank and an oxygen tank. This system supplies hydrogen gas and oxygen gas to a polymer electrolyte fuel cell to generate electric power when electric power is required.

【0034】例えば、電力需要の少ない深夜電力を利用
して水電解装置により水の電気分解を行い、発生した水
素ガスと酸素ガスを貯蔵しておき、電力需要の多い昼間
にこれらのガスを用いて固体高分子形燃料電池により発
電することによって、深夜電力のような余剰電力の有効
利用を図るものである。本発明システムでは、電力系統
の負荷平準化に寄与することができる。
For example, water electrolysis is performed by a water electrolyzer using late-night power, which has low power demand, and the generated hydrogen gas and oxygen gas are stored, and these gases are used during daytime when power demand is high. By using a polymer electrolyte fuel cell to generate electric power, surplus electric power such as midnight electric power is effectively used. The system of the present invention can contribute to load leveling of the power system.

【0035】すなわち、本発明システムは、電力設備、
特に発電設備の負荷平準化の役割を担うものであり、従
来において揚水式発電所が行っている役割と同様の役割
を果たすものである。
That is, the system according to the present invention comprises:
In particular, it plays a role of leveling the load of the power generation equipment, and plays a role similar to the role that the pumped-storage power plant conventionally performs.

【0036】また、本発明システムでは、燃料電池の還
元剤及び酸化剤として水素ガス及び酸素ガスを使用する
ために改質系統が不要となる。従って、起動時間が3時
間を超えるような都市ガス燃料の燃料電池と異なり、本
発明システムではDSS運用が比較的容易に実現でき
る。
In the system of the present invention, since a hydrogen gas and an oxygen gas are used as a reducing agent and an oxidizing agent for a fuel cell, a reforming system is not required. Therefore, unlike the fuel cell of the city gas fuel whose startup time exceeds 3 hours, the DSS operation can be relatively easily realized in the system of the present invention.

【0037】さらに、本発明システムでは、水の電気分
解では生成する水素ガスと酸素ガスとも燃料電池の反応
ガスとして使用できるので、資源の有効利用、発電効率
の向上等にも貢献できる。
Further, in the system of the present invention, both hydrogen gas and oxygen gas generated in the electrolysis of water can be used as reaction gas of the fuel cell, which can contribute to effective use of resources and improvement of power generation efficiency.

【0038】[0038]

【作用】本発明システムは、都市ガス利用等の改質が必
要なシステムとは異なり、水素ガスを直接利用するため
に改質器等の改質ガス系統のないシステム構成となる。
また、燃料電池のカソードにおいて主として酸素ガスを
使用するので、空気を使用する場合と比較して空気ブロ
ワーの容量が大幅に少なくなり、補機動力がかなり減少
する。
The system of the present invention has a system configuration without a reforming gas system such as a reformer in order to directly use hydrogen gas, unlike a system which requires reforming such as the use of city gas.
Further, since oxygen gas is mainly used in the cathode of the fuel cell, the capacity of the air blower is significantly reduced as compared with the case where air is used, and the auxiliary power is considerably reduced.

【0039】図4に常圧型固体高分子形燃料電池におけ
る電流密度−平均セル電圧特性(I−V特性)を示す。
実線は純水素ガスと空気を使用した場合のI−V特性を
示す。本発明のシステムにおいて水素ガス(純水素ガ
ス)と酸素ガス(純酸素ガス)を使用できるので、空気
極の電位が向上し、図4の破線で示すような予想線とな
る。全負荷範囲でセル電圧は100mV程度向上する。
固体高分子形燃料電池ではセル電圧が0.8Vを超えて
も腐食等のおそれがなく、高電位にできるため、高効率
での発電が可能となる。運転電圧の設定は、電流密度と
セル数(コスト)との関係で決まるが、定置式燃料電池
では効率を重視し、運転電位をできるだけ高電位にする
ことが好ましい。
FIG. 4 shows a current density-average cell voltage characteristic (IV characteristic) in a normal pressure type polymer electrolyte fuel cell.
The solid line shows the IV characteristics when pure hydrogen gas and air are used. Since hydrogen gas (pure hydrogen gas) and oxygen gas (pure oxygen gas) can be used in the system of the present invention, the potential of the air electrode is improved, and the predicted line is as shown by the broken line in FIG. The cell voltage increases by about 100 mV over the entire load range.
In the polymer electrolyte fuel cell, even if the cell voltage exceeds 0.8 V, there is no risk of corrosion or the like, and the potential can be set to a high potential, so that power generation can be performed with high efficiency. The setting of the operating voltage is determined by the relationship between the current density and the number of cells (cost). In a stationary fuel cell, it is preferable that the operating potential is as high as possible, with an emphasis on efficiency.

【0040】水電解装置と固体高分子形燃料電池を組み
合わせた発電システムの水電解装置には高効率の固体高
分子形水電解装置を採用することが好ましい。この固体
高分子形水電解装置は加圧状態でも水電解効率は基本的
に変化しない。このため、ガス圧縮機等を使用しなくて
も、上記水電解装置で発生した水素ガス及び酸素ガスを
加圧状態でそのまま貯蔵することができる。この加圧に
は、一般的に5MWシステムで数百KWのかなり大きな
圧縮動力を必要とするのに対し、固体高分子形水電解装
置ではそのような動力を補う必要がない点において、補
機動力の省略化によるエネルギー低減効果は大きい。
It is preferable to employ a high-efficiency polymer electrolyte water electrolyzer as the water electrolyzer of the power generation system in which the water electrolyzer and the polymer electrolyte fuel cell are combined. The water electrolysis efficiency of this polymer electrolyte water electrolyzer does not basically change even in a pressurized state. Therefore, the hydrogen gas and the oxygen gas generated in the water electrolysis apparatus can be stored in a pressurized state without using a gas compressor or the like. This pressurization generally requires a considerably large compression power of several hundred kW in a 5 MW system, whereas a solid polymer water electrolyzer does not need to supplement such power. The energy reduction effect due to the omission of the force is great.

【0041】また、加圧貯蔵されている水素ガス及び酸
素ガスを固体高分子形燃料電池の動作圧力まで減圧する
場合、ガス圧を利用できるマイクロガスタービン発電機
等をシステム内に設置すれば、減圧装置として機能する
だけでなく、その圧力エネルギーも有効に利用すること
ができる。
When the pressure of the stored hydrogen gas and oxygen gas is reduced to the operating pressure of the polymer electrolyte fuel cell, a micro gas turbine generator or the like that can use the gas pressure is installed in the system. In addition to functioning as a decompression device, the pressure energy can be effectively used.

【0042】[0042]

【実施例】以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に
説明する。但し、本発明の範囲は、実施例に限定される
ものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.

【0043】実施例1 図5に本発明システムの概要を示す。このシステムは主
要設備として、送受電設備(1)、固体高分子形水電解
装置(2)、水素タンク(3)、酸素タンク(4)、固
体高分子形燃料電池(5)、純水タンク(6)等から構
成される。
Embodiment 1 FIG. 5 shows an outline of the system of the present invention. This system consists of power transmission and reception equipment (1), polymer electrolyte water electrolysis device (2), hydrogen tank (3), oxygen tank (4), polymer electrolyte fuel cell (5), pure water tank (6) and the like.

【0044】例えば、夜間は送受電設備(1)を通じて
深夜電力を受電し、固体高分子形水電解装置(2)にお
ける水の電気分解に必要な電力として使用する。送受電
設備には、電力系統の交流電力を水電解装置が必要な直
流電力に変換する直交変換装置、所定の電圧に制御する
ための変圧器等が含まれる。
For example, in the nighttime, midnight power is received through the power transmission / reception facility (1) and used as power required for electrolysis of water in the polymer electrolyte water electrolysis device (2). The power transmission and reception equipment includes a quadrature converter for converting AC power of a power system into DC power required by a water electrolysis device, a transformer for controlling the power to a predetermined voltage, and the like.

【0045】また、水の電気分解に必要な水は純水タン
ク(6)から供給される。この水の性状は純水が必要な
ために補給純水タンクには純水を貯蔵する必要がある。
全ての電解用水を外部の市水又は工業用水から供給する
ことは大かがりな水処理装置を必要とし、水処理コスト
も高くなるのに対し、燃料電池での生成水は不純物が少
なく、そのまま水電解に利用できることから、水電解に
おいて燃料電池の生成水を再利用するシステムが好まし
い。すなわち、固体高分子形燃料電池において水素と酸
素の反応により生成する水蒸気(生成水)をドレン水と
して回収し、この回収水の一部又は全部を水電解装置に
よる水の電気分解に用いることができる。このようなシ
ステムも本発明に包含される。
The water required for the electrolysis of water is supplied from a pure water tank (6). Since pure water is required for this water property, it is necessary to store pure water in the replenishment pure water tank.
Supplying all of the electrolysis water from external city water or industrial water requires a large-scale water treatment device and increases the cost of water treatment, whereas the water generated by the fuel cell has few impurities and is A system that reuses the water produced by the fuel cell in water electrolysis is preferable because it can be used for electrolysis. That is, in a polymer electrolyte fuel cell, water vapor (produced water) generated by a reaction between hydrogen and oxygen is recovered as drain water, and a part or all of the recovered water can be used for electrolysis of water by a water electrolyzer. it can. Such a system is also included in the present invention.

【0046】固体高分子形水電解装置(2)で製造され
た水素ガス及び酸素ガスは、それぞれ水素タンク(3)
及び酸素タンク(4)に貯蔵される。貯蔵するためのガ
ス加圧は、固体高分子形水電解装置(2)の電解時の圧
力をタンクの圧力よりも高く設定することにより可能と
なる。ガスタンク寸法は発電容量、ガスタンクの圧力等
により適宜設定すれば良い。
The hydrogen gas and the oxygen gas produced by the polymer electrolyte water electrolyzer (2) are supplied to a hydrogen tank (3), respectively.
And stored in an oxygen tank (4). Pressurization of gas for storage can be achieved by setting the pressure during electrolysis of the polymer electrolyte water electrolysis device (2) higher than the pressure of the tank. The dimensions of the gas tank may be appropriately set according to the power generation capacity, the pressure of the gas tank, and the like.

【0047】このように、昼間の固体高分子形燃料電池
の発電に必要な量の水素ガス及び酸素ガスをそれぞれ水
素タンク(3)及び酸素タンク(4)に貯蔵すれば良
い。
As described above, the amounts of hydrogen gas and oxygen gas necessary for power generation of the polymer electrolyte fuel cell in the daytime may be stored in the hydrogen tank (3) and the oxygen tank (4), respectively.

【0048】昼間には、固体高分子形燃料電池(5)で
発電を行うが、水素ガスは水素タンク(3)から、酸素
ガスは酸素タンク(4)からそれぞれ供給される。ガス
タンクではガスは加圧貯蔵されているために固体高分子
形燃料電池(5)の動作圧力(通常は常圧)まで下げる
必要がある。この場合、水素ガス払出系統と酸素ガス払
出系統にそれぞれ小型マイクロタービン発電機(7)
(8)を設置することにより、動作圧力を減圧でき、同
時に圧力エネルギーを電気エネルギーとして回収するこ
とができる。
In the daytime, power is generated by the polymer electrolyte fuel cell (5), and hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank (3) and oxygen gas is supplied from the oxygen tank (4). Since the gas is stored under pressure in the gas tank, it is necessary to lower the operating pressure (normally, normal pressure) of the polymer electrolyte fuel cell (5). In this case, a small microturbine generator (7) is provided for each of the hydrogen gas discharging system and the oxygen gas discharging system.
By installing (8), the operating pressure can be reduced, and at the same time, the pressure energy can be recovered as electric energy.

【0049】固体高分子形燃料電池(5)の発生電力
は、送受電設備(1)に送り、交流に変換され、所定の
電圧に昇圧して送電する。小型マイクロタービン発電機
(7)(8)で発生した電力は、所内動力用(本発明シ
ステム用)として使用しても良いし、あるいは送電系統
に送電しても良い。
The electric power generated by the polymer electrolyte fuel cell (5) is sent to a power transmission / reception facility (1), converted into an alternating current, boosted to a predetermined voltage, and transmitted. The electric power generated by the small-sized microturbine generators (7) and (8) may be used for in-house power (for the system of the present invention) or may be transmitted to a power transmission system.

【0050】発電時に生じる水はスタックから排出され
るが、オフガス冷却器(9)を通じて冷却されてドレン
水として回収され、純水タンク(6)に貯蔵される。貯
蔵された水は、水電解装置に循環させて電解用水として
利用することができる。
Water generated during power generation is discharged from the stack, but is cooled through an off-gas cooler (9), collected as drain water, and stored in a pure water tank (6). The stored water can be circulated through a water electrolysis device and used as electrolysis water.

【0051】電池冷却水はガス予熱器(13)を通り、
水素ガス及び酸素ガスを加熱し、熱交換機(10)で冷
却される。
The battery cooling water passes through the gas preheater (13),
The hydrogen gas and the oxygen gas are heated and cooled by the heat exchanger (10).

【0052】水電解装置の電解用水は純水タンク(6)
で保温されているが、水分解の際に電気ヒーター加熱器
(11)により所定の温度まで昇温する。電気ヒーター
の電力は低コストの深夜電力を利用することが望まし
い。
The water for electrolysis in the water electrolyzer is a pure water tank (6).
However, the temperature is raised to a predetermined temperature by an electric heater (11) during the water splitting. It is desirable to use low-cost midnight power for the electric heater.

【0053】また、図6に本発明システムで使用する各
設備の立体配置図を示す。図6では、外部からの電力が
変電所を経て水電解装置に送電される。水電解装置に
は、燃料電池に連結された純水タンクから水が供給され
る。固体高分子形燃料電池は6基が配置されており、各
燃料電池の生成した水が純水タンクで蓄えられる構成に
なっている。燃料電池には、水素ガス及び酸素ガスがそ
れぞれ水素タンク及び酸素タンクから供給される。冷却
塔は、システムで利用できない低温の排熱や季節により
過剰となる熱を放出するために設置されている。
FIG. 6 shows a three-dimensional layout of each facility used in the system of the present invention. In FIG. 6, electric power from the outside is transmitted to the water electrolysis device via the substation. Water is supplied to the water electrolysis device from a pure water tank connected to the fuel cell. Six polymer electrolyte fuel cells are arranged, and the water generated by each fuel cell is stored in a pure water tank. Hydrogen gas and oxygen gas are supplied to the fuel cell from a hydrogen tank and an oxygen tank, respectively. Cooling towers are installed to release cold waste heat and seasonal excess heat that is not available in the system.

【0054】参考例1 本発明システムの効率改善効果を固体高分子形燃料電池
を使用した場合で概算した。
Reference Example 1 The effect of improving the efficiency of the system of the present invention was roughly estimated when a polymer electrolyte fuel cell was used.

【0055】固体高分子形燃料電池の発電効率は定格負
荷で純水素と純酸素を使用するために常圧型でもセル電
圧は0.8Vと高くなり、発電効率は約65%となる。
4気圧の加圧変圧型で0.9Vと発電効率は約73%と
なる。
The power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell uses pure hydrogen and pure oxygen at the rated load, so that the cell voltage is as high as 0.8 V even in the normal pressure type, and the power generation efficiency is about 65%.
The power conversion efficiency is about 73%, which is 0.9 V for a 4 atm pressure transformer type.

【0056】また、固体高分子形水電解装置の電解効率
は約97%と高く、これを組み合わせた固体高分子形水
電解装置−固体高分子形燃料電池の燃料電池スタックの
送電端効率は常圧型で約61.0%、加圧変圧型で約6
8.8%となる。
The electrolysis efficiency of the polymer electrolyte water electrolyzer is as high as about 97%, and the power transmission end efficiency of the fuel cell stack of the polymer electrolyte water electrolyzer and the polymer electrolyte fuel cell combined with this is always high. About 61.0% for pressure type, about 6% for pressure transformer type
It becomes 8.8%.

【0057】 常圧型 : 0.97(水電解装置)× 0.65(PEFC)× 0.97(INV)=61.0% 加圧変圧型: 0.97(水電解装置)× 0.73(PEFC)× 0.97(INV)=68.8% このシステムでは所内動力も低減する効果が期待され
る。水電解装置で製造した水素ガスと酸素ガスをコンプ
レッサーで昇圧する場合、10気圧で450KW(水素
ガス圧縮機約300KW、酸素ガス圧縮機約150K
W)の大きな所内動力を必要とする。これに対し、本発
明システムでは、水電解装置を加圧動作することによる
この動力は不要となる。
Normal pressure type: 0.97 (water electrolyzer) x 0.65 (PEFC) x 0.97 (INV) = 61.0% Pressurized transformer type: 0.97 (water electrolyzer) x 0.73 (PEFC) x 0.97 (INV) = 68.8% The system is expected to have the effect of reducing internal power. When the pressure of hydrogen gas and oxygen gas produced by the water electrolysis device is increased by a compressor, 450 KW at 10 atm (about 300 KW of hydrogen gas compressor, about 150 K of oxygen gas compressor)
W) requires large internal power. On the other hand, in the system of the present invention, this power by pressurizing the water electrolysis device is unnecessary.

【0058】また、本発明システムではタービン発電機
を使用した場合には、それによる出力の増加が得られ
る。水素ガスと酸素ガスの減圧用マイクロタービン発電
機の出力は水素ガスで約25KW程度,酸素ガスで約1
2KW程度の発電容量となる。これらの駆動エネルギー
は本発明システム内で自給できるものであり、外部から
追加して投入する必要はない。
In the system of the present invention, when a turbine generator is used, the output can be increased. The output of the microturbine generator for decompression of hydrogen gas and oxygen gas is about 25 kW for hydrogen gas and about 1 kW for oxygen gas.
The power generation capacity is about 2 KW. These driving energies can be self-supplied in the system of the present invention, and need not be additionally input from outside.

【0059】このため、システム総合の発電効率として
は 常圧型 : 61.0%×5037/5000=61.5% 加圧変圧型: 68.8%×5037/5000=69.3% と高い効率が期待できる。深夜電力の発電単価は6円/
kWhとすると、昼間の発電単価は常圧型9.8円/k
Wh、加圧変圧型8.6円/kWh程度となる。
For this reason, high efficiency can be expected as the power generation efficiency of the system as a whole: normal pressure type: 61.0% × 5037/5000 = 61.5% pressurized transformer type: 68.8% × 5037/5000 = 69.3%. Midnight power generation unit price is 6 yen /
Assuming kWh, the daytime unit price is 9.8 yen / k for normal pressure
Wh, about 8.6 yen / kWh.

【0060】水電解装置−固体高分子形燃料電池発電の
システムにあって、水電解装置の水の電気分解に必要と
する水の水質は純水である。この純水を市水や工業用水
から製造すると大型の水処理設備(大規模なイオン交換
膜)により水処理をする必要があるが、水処理設備の建
設費とランニングコストに多大な費用を必要とする。一
般に、イオン交換膜による純水の製造には1トン当たり
2000円程度かかるとされている。
Water Electrolyzer-In the polymer electrolyte fuel cell power generation system, the water quality required for the water electrolysis of the water electrolyzer is pure water. When this pure water is produced from city water or industrial water, it is necessary to treat the water with a large-scale water treatment facility (large-scale ion exchange membrane). And Generally, it is said that the production of pure water by an ion exchange membrane costs about 2000 yen per ton.

【0061】5MWの固体高分子形燃料電池システムを
1日8時間運転するのに必要な水素量は28800Nm
3であり、これを製造するに必要な水量は23200k
g/日であり、その水コストは50千円/日である。
The amount of hydrogen required to operate a 5 MW polymer electrolyte fuel cell system for 8 hours a day is 28800 Nm
3 , the amount of water required to produce this is 23200k
g / day, and the water cost is 50,000 yen / day.

【0062】このように、固体高分子形燃料電池の水を
回収して水電解に使用することにより水処理の経費削減
が可能となる。また、水の循環サイクルが可能なため
に、外部からの水補給は極力少なくて済み、水資源の少
ない砂漠、山中等にも本発明システムは設置可能とな
る。
As described above, the cost of the water treatment can be reduced by collecting the water of the polymer electrolyte fuel cell and using it for water electrolysis. Further, since a water circulation cycle is possible, external water supply is minimized, and the system of the present invention can be installed in deserts, mountains, and the like where water resources are scarce.

【0063】また、水電解用の水の加熱に関し、必要な
純水を例えば15℃から80℃に昇温するために必要な
エネルギーは (80-15)×23,200kg=1,508,000kcalによ
り1,508,000kcalとなる。15℃から約5
0℃までの昇温に排熱を利用する場合、約50℃から8
0℃までは電気ヒーターで加熱することとなり、そこで
必要な電力の熱量は696,000kcalとなる。排
熱を利用する場合とそうでない場合の違いを、昼間電力
24円/kwh、深夜電力6円/kwh、電気ヒーター
の効率を95%として計算すると 昼間排熱+夜間電気ヒーター併用 810kwh 4857円 夜間電気ヒーターのみ 1,754kwh 10523円 以上の結果より、昼間排熱+夜間電気ヒーター併用の場
合の方が6千円/日程度のコスト削減効果が得られる。
これを年間に換算すると、設備効率80%として175
万円程度の経費削減効果がある。
Regarding the heating of water for water electrolysis, the energy required to raise the required pure water from, for example, 15 ° C. to 80 ° C. is (508) × 23,200 kg = 1,508,000 kcal and 1,508 2,000 kcal. Approx. 5 from 15 ° C
When using exhaust heat to raise the temperature to 0 ° C, the
Heating is performed by an electric heater up to 0 ° C., and the calorie of the required electric power there is 696,000 kcal. The difference between the case of using exhaust heat and the case of not using it is that daytime power 24 yen / kwh, midnight power 6 yen / kwh, and efficiency of electric heater is 95%. Electric heater only 1,754 kwh 10523 yen From the above results, the cost reduction effect of about 6,000 yen / day can be obtained in the case of using both daytime exhaust heat and nighttime electric heater.
When this is converted to an annual figure, 175
There is a cost reduction effect of about 10,000 yen.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電力系統の負荷平準化効果を説明
する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a load leveling effect of a power system according to the present invention.

【図2】We-net計画の概略系統フロー図である。FIG. 2 is a schematic system flow diagram of a Web-net plan.

【図3】固体高分子形水電解装置における電解温度と電
解電圧との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an electrolysis temperature and an electrolysis voltage in a polymer electrolyte water electrolysis device.

【図4】本発明による固体高分子形燃料電池のI−V特
性の変化を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in IV characteristics of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図5】本発明の水電解装置−固体高分子形燃料電池の
発電システム例を示す系統図である。
FIG. 5 is a system diagram showing an example of a power generation system of a water electrolysis device-polymer electrolyte fuel cell of the present invention.

【図6】本発明システムで使用する各設備の立体配置例
の概要図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of an example of a three-dimensional arrangement of each facility used in the system of the present invention.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも水電解装置及び固体高分子形燃
料電池を有する発電システムであって、 水電解装置による水の電気分解により水素ガスと酸素ガ
スを製造し、製造された水素ガス及び酸素ガスをそれぞ
れ貯蔵し、 電力が必要なときに上記水素ガス及び酸素ガスを取り出
し、これらのガスを固体高分子形燃料電池に導入するに
あたり、当該電池の燃料極に水素ガスを供給し、当該電
池の空気極に酸素ガスを供給することによって、上記燃
料電池により発電を行うことを特徴とする水電解装置−
固体高分子形燃料電池系発電システム。
1. A power generation system having at least a water electrolysis device and a polymer electrolyte fuel cell, wherein hydrogen gas and oxygen gas are produced by electrolysis of water by the water electrolysis device, and the produced hydrogen gas and oxygen gas are produced. The hydrogen gas and the oxygen gas are taken out when electric power is needed, and when introducing these gases into the polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas is supplied to the fuel electrode of the battery, and the A water electrolysis apparatus wherein power is generated by the fuel cell by supplying oxygen gas to an air electrode.
Solid polymer fuel cell power generation system.
【請求項2】水電解装置が、固体高分子形水電解装置で
ある請求項1記載のシステム。
2. The system according to claim 1, wherein the water electrolysis device is a polymer electrolyte water electrolysis device.
【請求項3】固体高分子形燃料電池が、動作圧力1〜7
気圧の範囲で変圧運転される請求項1又は2に記載のシ
ステム。
3. A polymer electrolyte fuel cell having an operating pressure of 1 to 7
The system according to claim 1, wherein the system is operated under a pressure change in a pressure range.
【請求項4】水素ガス及び酸素ガスを貯蔵するための水
素タンク及び酸素タンクをそれぞれ有し、少なくともい
ずれか一方のタンクから取り出されるガスのガス圧を制
御できるように発電機が設置されている請求項1〜3の
いずれかに記載のシステム。
4. A hydrogen generator and an oxygen tank for storing hydrogen gas and oxygen gas, respectively, and a generator is installed so as to be able to control the gas pressure of gas extracted from at least one of the tanks. The system according to claim 1.
【請求項5】固体高分子形燃料電池で発生する水蒸気の
圧力を電気エネルギーに転換できるようにタービン式発
電機が設置されている請求項1〜4のいずれかに記載の
システム。
5. The system according to claim 1, wherein a turbine generator is provided so as to convert the pressure of steam generated in the polymer electrolyte fuel cell into electric energy.
【請求項6】固体高分子形燃料電池において水素と酸素
の反応により生成する水を回収し、回収した水の一部又
は全部を水電解装置による水電解に用いる請求項1〜5
のいずれかに記載のシステム。
6. A polymer electrolyte fuel cell, wherein water generated by the reaction between hydrogen and oxygen is recovered, and part or all of the recovered water is used for water electrolysis by a water electrolyzer.
The system according to any one of the above.
【請求項7】固体高分子形燃料電池で発生する熱の一部
又は全部を用いることにより電解用水を加熱する請求項
6記載のシステム。
7. The system according to claim 6, wherein the water for electrolysis is heated by using part or all of the heat generated in the polymer electrolyte fuel cell.
【請求項8】水電解装置による水の電気分解を深夜電力
を用いて行い、固体高分子形燃料電池により発電された
電力を昼間電力として供給する請求項1〜7のいずれか
に記載のシステム。
8. The system according to claim 1, wherein the electrolysis of water by the water electrolyzer is performed using midnight power, and the power generated by the polymer electrolyte fuel cell is supplied as daytime power. .
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