JP2004355838A - Hydrogen/power supply system - Google Patents

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JP2004355838A JP2003149327A JP2003149327A JP2004355838A JP 2004355838 A JP2004355838 A JP 2004355838A JP 2003149327 A JP2003149327 A JP 2003149327A JP 2003149327 A JP2003149327 A JP 2003149327A JP 2004355838 A JP2004355838 A JP 2004355838A
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Hiroyuki Endo
博之 遠藤
Toshiyuki Shirakawa
敏行 白川
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To aim at effective utilization of energy by accommodating hydrogen needed for a fuel cell system as well as power and heat generated among a plurality of users without waste. <P>SOLUTION: A hydrogen station 10 capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell 20 capable of hydrogen power generation, and various equipment/devices of the side of the users 30a to 30n using the hydrogen, power and heat are connected to each other through a grid consisting of a hydrogen piping 2, a power transmission line 3, and a hot-water piping 4 to which the hydrogen, power and heat are supplied respectively, and flow volumes of the hydrogen, power and heat are managed and controlled at a grid management center 40 via communication lines. With this, the hydrogen used for hydrogen power generation of the fuel cell 20 and the power and the heat generated by the hydrogen power generation can be shared among the hydrogen station 10, the fuel cell 20 and the plurality of users 30a to 30n, so that the hydrogen in excess or in short supply can be stored by or supplied from the hydrogen station 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を用いて発電を行うとともに、発電の際に発生する熱を有効利用して省エネルギーを実現するコージェネレーションシステムに関する。
特に、本発明は、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーションと、水素発電可能な燃料電池と、水素，電力，熱を使用するユーザ側の各種機器・装置とを、水素及び電力、更には熱がそれぞれ供給される配管等のグリッドを介して接続することにより、水素発電で使用される水素と水素発電で発生する電力と、更には熱を、複数のユーザ間で共有することができ、燃料電池システムで必要となるエネルギーをグリッド内で無駄なく融通しあって有効活用を図ることができる水素・電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、大気汚染による地球の環境破壊が問題となっているが、とりわけ近年は、化石燃料の燃焼により発生する炭酸ガスや人工的に作られたフロン等の所謂温室効果ガスによる地球温暖化の問題が深刻なものとなっている。
このため、１９９７年１２月には、地球温暖化防止京都会議で、温室効果ガス削減の数値目標や排出権取引に関する国際協定（所謂「京都議定書」）が採択されるに至り、二酸化炭素の削減による地球温暖化防止は地球規模で喫緊の課題となっている。
【０００３】
ここで、二酸化炭素の排出を可能な限り抑制しつつ電力等を得ることができる新たなエネルギーシステムとして、コージェネレーションシステムが提案されている。
コージェネレーションシステムは、燃料を用いて発電を行うとともに、その発電の際に発生する排熱を給湯や冷暖房等の用途に有効利用する省エネルギーシステムであり、一つのエネルギーから二つ以上のエネルギーを発生させることができるために「Ｃｏ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」と呼ばれている。
【０００４】
例えば、ガスエンジン，ガスタービンやディーゼルエンジン等の原動機を駆動して発電を行い、同時にエンジンの排熱を利用するシステムや、セルと呼ばれる燃料電池で水素と酸素を化学反応させて電気を発生させ、同時に発熱したセルの排熱を利用する燃料電池システムが提案されている。
特に、燃料電池システムは、燃料が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため発電効率が高く、また、投入した燃料の約４０％を電気に、約４０％を温水や蒸気にすることができ、トータルで投入エネルギーの約８０％を有効利用することが可能で、しかも、水素と酸素の化学反応による発電のため大気汚染の原因となる硫黄酸化物（ＳＯｘ），窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生せず、発電効率が高い結果、二酸化炭素の発生も抑制できる特長があり、環境汚染のない優れた省エネルギーシステムとして注目されている。
【０００５】
ところで、省エネルギーシステムでは、発生した電力や熱を如何に無駄なく利用できるようにするかが重要となる。このため、例えば、電力の需要先を複数ネットワーク化して接続し、発生した電力を必要な需要先に振り分けて無駄なく消費させる「電力融通システム」が提案されている（特許文献１参照。）。
また、コージェネレーションシステムの一つである燃料電池システムにおいて、燃料電池セルでの発電に必要となる水素を、複数の水素需要先に振り分けて、過不足のない水素供給を実現しようとする「水素供給システム」が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８１６６６号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−３７２１９９号公報（第３−４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、省エネルギーを図る観点から、これまで、複数の需要先間で電力や水素等を共有し融通，供給し合うシステムが提案されてきた。
しかしながら、このような従来のエネルギー共有システムでは、例えば、特許文献１の場合には電力のみを対象としており、特許文献２の場合には水素のみが対象となっており、単一のエネルギーを供給し合うのみで、同時に二以上のエネルギーが発生するコージェネレーションシステムに対応することができなかった。
【０００８】
コージェネレーションシステムの中でも、燃料電池システムでは、化石燃料から水素を改質，生成し、その水素を燃料として電力と熱が同時に発生するため、無駄のない省エネルギーを実現するためには、水素と電力、更には熱と、複数のエネルギーを同時に共有できるシステムが必要であった。
ところが、上述したように、従来提案されているような単一のエネルギーのみの供給に着目したシステムでは、このような燃料電池システムにおける要請に対応することは不可能であった。
【０００９】
本発明は、以上のような従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーションと、水素発電可能な燃料電池と、水素，電力，熱を使用するユーザ側の各種機器・装置とを、水素と電力、更には熱が、それぞれ供給される配管等のグリッドを介して接続することにより、水素発電で使用される水素と水素発電で発生する電力と、更には熱を複数のユーザ，装置間等で共有することができ、燃料電池システムで必要となるエネルギーをグリッド内で無駄なく融通し供給し合って有効活用を図ることができる水素・電力供給システムの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の水素・電力供給システムは、請求項１に記載するように、水素が供給される水素グリッドと、電力が供給される電力グリッドと、水素を生成及び／又は貯蔵し、水素グリッドに水素を供給する水素供給手段と、水素グリッドから水素を供給されて電力を生成し、生成した電力の全部又は一部を電力グリッドに送出する水素発電手段と、水素グリッド及び電力グリッドの少なくとも一つに接続され、供給される水素又は電力の少なくとも一つを使用するエネルギー使用手段と、を備える構成としてある。
さらに、本発明では、請求項２に記載するように、熱が供給される熱グリッドを備え、水素発電手段は、水素グリッドから水素を供給されて電力及び熱を生成し、生成した電力及び熱の全部又は一部を電力グリッド及び熱グリッドに送出し、エネルギー使用手段は、水素グリッド，電力グリッド及び熱グリッドの少なくとも一つに接続され、供給される水素，電力又は熱の少なくとも一つを使用する構成とすることができる。
そして特に、請求項３に記載するように、本発明の水素発電手段は燃料電池により構成してある。
【００１１】
このような構成からなる本発明の水素・電力供給システムによれば、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーション（水素供給手段）と、水素発電可能な燃料電池（水素発電手段）と、水素，電力，熱を使用するユーザの各種機器・装置（エネルギー使用手段）とが、水素と電力、更には熱がそれぞれ供給される水素配管（水素グリッド），送電線（電力グリッド），温水配管（熱グリッド）からなる二重又は三重構造のグリッドを介して接続されるようになっている。
これにより、燃料電池の水素発電で使用される水素と、水素発電で発生する電力及び熱とを、水素ステーションと燃料電池及び複数のユーザ間で共有することができ、水素と電力、更には熱の、複数のエネルギーを無駄なく必要な需要先に振り分けることができる。
【００１２】
また、燃料電池で使用される水素に過不足が生じた場合には、水素ステーションにより貯蔵又は供給を調整することができ、水素ステーションが水素供給のバッファとして機能し、きめ細かい水素供給の調整が可能となる。
しかも、水素をグリッド内に供給することで、需給バランスに合致した所定量の水素を改質，生成することで、燃料改質装置を常時運転させておくことができ、改質装置の停止及び起動による改質効率の低下も防止することができる。
このようにして、本発明では、グリッド内の水素供給量や電気消費量，更には熱の消費量を監視，管理することで、最適な水素，電力，熱の需給バランスを制御することができ、従来システムでは実現不可能であった燃料電池システムにおける水素と電気、更には熱の、複数のエネルギーの有効活用を図ることが可能となり、環境に優しく高効率な省エネルギーが実現できるコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００１３】
そして、請求項４に記載するように、本発明に係るエネルギー使用手段は、水素発電手段を備える構成としてある。
このような構成とすることにより、本発明では、グリッド内で電気や熱の使用者，消費者となるユーザ（エネルギー使用手段）が、燃料電池（水素発電手段）を備えることで電力や熱の供給者ともなることができる。
【００１４】
近年、燃料電池は研究開発の進展が著しく、大病院やホテル等の大口の電力消費者のみならず、一般住宅のような小口の電力消費者においても、有効な発電手段となり得るようになってきている。
ところが、従来システムでは、▲１▼燃料電池が水素を燃料とするため、燃料（水素）の供給が容易でないこと、▲２▼燃料電池では電力と熱が同時に発生するため、特に小口の消費者では必要のない熱や電力が発生し無駄になるおそれがあることが、燃料電池の普及拡大のネックとなっていた。
【００１５】
本発明では、各ユーザは、水素と電力、更には熱がそれぞれ供給される水素配管，送電線及び温水配管（熱グリッド）からなるグリッドに接続されており、燃料電池の燃料となる水素も、水素発電で発生する電力及び熱も、グリッド内で共有されるので、燃料電池の使用による水素，電力，熱の三つのエネルギーは、一切無駄なく必要な需要先に割り当てられることになる。
これにより、ユーザは、グリッドから水素の供給を受けることにより自己の燃料電池で発電を行い、必要な電力及び熱を自ら得ることができるとともに、余剰電力や熱をグリッドに供給することができ、無駄のないエネルギーの有効活用を図ることができる。従って、本発明によれば、事業所や一般家庭等の発電手段として燃料電池の利用促進を図ることが可能となり、二酸化炭素排出のないクリーンな省エネルギーシステムを広く普及拡大することができるようになる。
【００１６】
また、請求項５に記載するように、本発明に係るエネルギー使用手段は、水素グリッドから供給される水素を使用する水素使用手段を備える構成とすることができる。また、請求項６に記載するように、本発明に係る水素供給手段についても、水素供給手段により生成及び／又は貯蔵された水素を使用する水素使用手段を備える構成とすることができる。
そして、請求項７に記載するように、水素使用手段は、燃料電池自動車又は水素自動車により構成してある。
このような構成とすることにより、エネルギー使用手段を備える本発明のユーザや、水素供給手段となる水素ステーションは、電気や熱の使用者となるだけでなく、グリッドに供給される水素の使用者ともなり得るようになっている。
そして、このような水素ユーザが備える水素使用手段としては、燃料電池自動車又は水素自動車が好ましい。
【００１７】
燃料電池自動車あるいは水素自動車は、燃料電池を搭載し、水素を燃料として電力で走行する自動車、あるいは水素を燃焼させて内燃機関により走行する自動車であり、ガソリン自動車のように大気汚染の原因となる硫黄酸化物（ＳＯｘ），窒素酸化物（ＮＯｘ）を排出しないクリーンな自動車として近年急速に開発が進んでいる。
本発明では、グリッド内の水素配管や水素ステーションからいつでも容易に水素の供給を受けることができるので、通常のガソリン自動車と同様の取り扱いで燃料自動車・水素自動車に燃料（水素）を補給，充填することができ、また、水素ステーションを通常のガソリンスタンドと同様に利用でき、燃料電池自動車あるいは水素自動車の利用促進や普及拡大を図ることが可能となる。これにより、より環境汚染のないクリーンな省エネルギーシステムを実現することができる。
【００１８】
また、本発明では、請求項８に記載するように、電力グリッドにグリッド外部から接続され、当該電力グリッドに電力を供給する電力供給手段を備える構成とすることができる。
このような構成とすることにより、本発明でグリッドの内に供給，使用される電力を、グリッド外部にある発電所等の電力供給手段から別途受け入れることができる。
例えば、本発明のグリッドの送電線と特定の発電所や市中の電力会社の送電線と接続することにより、グリッド内の電力の過不足を市中電力との間で融通し合うことができるようになる。これにより、グリッド内の電力が需要が急激に増加又は減少したような場合にも、迅速かつ柔軟な対応が可能となり、より信頼性の高いエネルギー供給システムを実現できるようになる。
【００１９】
そして、本発明では、請求項９に記載するように、水素供給手段，水素発電手段，電力供給手段及びエネルギー使用手段とデータ通信可能に接続され、水素供給手段における、水素の生成量データ及び／又は貯蔵量データと、水素発電手段における、水素の使用量データ，電力の発電量データ及び熱の発熱データと、電力供給手段における発電量データと、エネルギー使用手段における、水素，電力又は熱の使用量データと、を受信，管理するエネルギー管理手段を備える構成としてある。
【００２０】
このような構成とすることにより、通信回線を介して接続されたグリッド管理センタのコンピュータ等の情報処理装置（エネルギー管理手段）により、水素ステーションの水素の貯蔵量やグリッドへの供給量，発電所等の電力供給手段におけるグリッドへの電力の供給量，燃料電池における水素の消費量や発電量，発熱量、各ユーザの水素，電力，熱の消費量が、すべて集中的に管理されるようになっている。
これにより、グリッド管理センタではグリッド内のエネルギーの最適な需給バランスが管理され、グリッド管理センタからの信号により水素ステーションの水素供給量や発電所等の電力供給手段におけるグリッドへの電力の供給量，燃料電池の発電量，発熱量が制御され、グリッド内には常に最適な需給量の水素，電力，熱が供給，循環，消費されることになる。
【００２１】
さらに、請求項１０に記載するように、本発明に係るエネルギー管理手段は、水素供給手段，水素発電手段，電力供給手段及びエネルギー使用手段に、所定の情報を送信する構成としてある。
このような構成とすることにより、グリッド管理センタのコンピュータ等から、グリッド内の水素ステーションや燃料電池，各ユーザに対して必要な所定情報を送信，提供することができる。
例えば、水素ステーションには毎月の水素の売上げ情報やグリッド内の需要情報を、また、各ユーザに対しては、毎月のエネルギー消費量やその料金情報を、グリッド管理センタのコンピュータから電子メールやＷｅｂページの形式で提供することができる。
【００２２】
また、燃料電池を使用したいと考えているユーザに対しては、まず試用期間として燃料電池を一定期間レンタルし、その試用期間中は、燃料電池の設置方法や使用方法，メンテナンス情報等の必要な情報をグリッド管理センタから電子メールやＷｅｂページで送信することができる。
さらに、燃料電池を導入したユーザには、自家発電により使用した電気量から、燃料電池を使用しなかった場合にかかったであろう市中電力の電気料金や、ユーザがグリッドに供給した電力や熱に応じた売上げ代金情報を提供し、燃料電池導入にかかった投資額の回収率，回収額等を示すこともできる。
【００２３】
燃料電池は、通常の家電製品等と比較すると、取り扱いやメンテナンス等が複雑で、価格も高価であるため、一般のユーザとしては導入に躊躇することもあり得る。
そこで、本発明では、燃料電池をレンタル形式にし、試用期間を設けてグリッド管理センタから保守，運用に必要となる情報をユーザに提供し、また、燃料電池の運用，稼働による経済的メリット等を示すことにより、燃料電池の導入に対するユーザ側の不安や抵抗感をなくし、燃料電池の普及拡大を促進することができる。
これにより、高効率で環境汚染のない優れた省エネルギーシステムを更に普及促進することができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水素・電力供給システムの好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
［第一実施形態］
まず、図１〜図５を参照して、本発明に係る水素・電力供給システムの第一実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムの全体構成を示す説明図である。
【００２５】
同図に示すように、本実施形態の水素・電力供給システムは、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーション１０と、水素発電可能な燃料電池２０と、水素，電力，熱を使用するユーザ３０ａ〜３０ｎ側の各種機器・装置とが、水素・電力・熱がそれぞれ供給される水素配管２，送電線３，温水配管４を介して接続されたコージェネレーション・グリッド１を構成している。
そして、コージェネレーション・グリッド１の各水素ステーション１０，燃料電池２０，ユーザ３０は、通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０とデータ通信可能に接続され、グリッド内の水素，電力，熱の流量がグリッド管理センタ４０で管理，制御されるようになっている。
【００２６】
［グリッド］
水素配管２は、水素が供給される本発明に係る水素グリッドであり、本実施形態では、気体状の水素が供給，循環可能な管状部材が、グリッド内に行き亘るように、例えば環状や網目状等に配管，連結されて構成されている。この水素配管２は、例えば天然ガスのガス管等と同様に、気体状の水素の搬送，循環が円滑に行われるような循環機能等が備えられている。
送電線３は、電力が循環する本発明に係る電力グリッドであり、導電性に優れた導電性部材が、グリッド内に行き亘るように、例えば環状や網目状等に配線，連結されて構成されている。この送電線３は、例えば通常の送電線等と同様に、送電が円滑に行われるよう送電機能が備えられている。
【００２７】
温水配管４は、熱が循環する本発明に係る熱グリッドであり、本実施形態では、伝熱媒体となる温水が循環可能な管状部材が、グリッド内に行き亘るように、例えば環状や網目状等に配管，連結されて構成されている。この温水配管４は、例えば通常の水道配管等と同様に、温水の搬送，循環が円滑に行われるな循環機能等が備えられている。
そして、以上の水素配管２，送電線３，温水配管４からは、図１に示すように、それぞれ環状部から枝分かれした分岐管，分岐線が出ており、水素ステーション１０，燃料電池２０，各ユーザ３０ａ〜３０ｎにそれぞれ接続されている。
【００２８】
なお、図１に示す水素配管２，送電線３，温水配管４は、それぞれ環状のグリッドとしてあるが、これは理解を容易にするための一例であり、実際には、環状だけでなく、網目状，枝分かれ状等であっても良い。グリッドの形状はどのようなものであってもよく、水素と電力、さらには熱が、水素ステーション１０，燃料電池２０，各ユーザ３０ａ〜３０ｎに漏れなく供給，循環されるものであれば良い。
また、本実施形態では、温水配管４を備えているが、これは適宜省略し、又はグリッドの一部のみに備えるようにしても良い。燃料電子を使用したコージェネレーションにおいては、発電のための燃料となる水素と、発電された電力が必須のエネルギーとして扱われ、温水等に変換されて得られる熱は補助的に供給，利用される場合もある。そこで、そのような場合には、適宜、温水配管等の熱グリッドについては省略したり、部分的に設けることが可能である。
【００２９】
［水素ステーション］
図２は、本実施形態における水素ステーション１０の構成を示すブロック図である。
同図に示す水素ステーション１０は、水素を生成及び／又は貯蔵し、水素配管２に水素を供給する本発明の水素供給手段を構成している。
具体的には、水素ステーション１０は、水素生成部（燃料改質装置）１１と水素貯蔵部１２及び管理装置１４を備えている。
また、水素ステーション１０は、水素使用手段となる燃料電池自動車・水素自動車３１ａを備えることができる。
【００３０】
水素生成部（燃料改質装置）１１は、ＬＰガスや灯油，天然ガス等の化石燃料を水素に改質する水素生成手段である。
水素生成部１１に供給される化石燃料は、図１に示すように燃料供給事業者１００から供給されるものであるが、供給形態としては、例えば、タンクローリー等によって運搬，供給される他、燃料供給事業者１００と水素ステーション１０を接続する配管等を介して供給されるようになっている。
水素貯蔵部１２は、水素生成部１１で改質，生成された水素を貯蔵する水素貯蔵手段であり、グリッドへの供給量に応じて所定量の水素が貯蔵できるようになっている。このように水素貯蔵部１２を備えることにより、グリッド内の燃料電池２０で使用される水素や、ユーザ３０の所有する燃料電池自動車・水素自動車３１ａ、また水素ステーション１０が自ら所有する燃料電池自動車・水素自動車３１ａ等に供給される水素に過不足が生じた場合には、水素ステーションにより貯蔵又は供給を調整することができ、水素ステーション１０を水素供給のバッファとして機能させることができる。
【００３１】
管理装置１４は、水素ステーション１０における各種の制御を行う管理，制御手段であり、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置や専用の管理装置で構成される。
具体的には、管理装置１４は、水素ステーション１０からグリッドへの水素の供給量を管理，制御しており、水素生成部１１の水素改質量及び水素貯蔵部１２の水素貯蔵量を調整することによりグリッドへの水素供給量を調整している。
そして、管理装置１４は、通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０とデータ通信可能に接続され、グリッド管理センタ４０の管理装置４１から送信される制御信号を受信して水素供給量を調整，制御するとともに、水素の生成量及び貯蔵量を示すデータをグリッド管理センタ４０に送信している。
【００３２】
このような水素ステーション１０を備えることにより、グリッド内の水素の需給バランスが常に最適な状態に維持され、水素の供給量に過不足が生じた場合にも、迅速かつ柔軟な対応がとれるようになっている。
なお、以上のような構成からなる水素ステーション１０は、図１ではグリッド内に一つだけ備えられているが、特に一つの場合に限られるものではなく、グリッドの規模，エネルギーの需給量，水素の改質能力等に応じて複数の水素ステーション１０を備えることもできる。
また、水素ステーション１０は、少なくとも水素貯蔵部１２が備えられていれば良く、水素生成部１１を省略することが可能である。この場合、水素ステーション１１は、グリッド外部の燃料供給事業者１００等から水素の供給を受けて水素貯蔵部１２に必要な量の水素を貯蔵することになる。
【００３３】
［燃料電池］
図３は、本実施形態における燃料電池２０の構成を示すブロック図である。
同図に示す燃料電池２０は、水素配管２から水素を供給されて電力及び熱を生成し、生成した電力及び熱の全部又は一部を送電線３及び温水配管４にそれぞれ送出する本発明の水素発電手段を構成している。
具体的には、燃料電池２０は、燃料電池本体２１とインバータ部２２，排熱回収部２３及び制御装置２４を備えている。
【００３４】
燃料電池本体２１は、水素と酸素を化学反応させて電力を発生させる単電池（単セル）の集合体であり、通常、必要な電圧が得られるように多数の単セルが積層されて構成されている。
インバータ部２２は、直流電流を交流電流に変換するための装置である。燃料電池本体２１から取り出される電気は直流であるため、グリッド内の電力用途に利用するために、インバータ部２２を介して交流に変換している。
排熱回収部２３は、燃料電池本体２１の反応熱を回収し、温水としてグリッドに供給する装置である。燃料電池本体２１を構成する単セル内部には電気抵抗があり、発電の際にセルが発熱するため、排熱回収部２３によりセルを冷却水で冷却するとともに、温められた冷却水を回収し、温水としてグリッド内に供給している。
【００３５】
制御装置２４は、燃料電池２０の制御を行う管理，制御手段であり、例えば、パーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置や専用の制御端末等で構成される。
具体的には、制御装置２４は、燃料電池本体２１の駆動を制御するとともに、グリッドの水素配管２から受け取る水素受給量を管理，制御している。そして、これによって、インバータ部２２を介してグリッドの送電線３に送出される電力供給量と、排熱回収部２３を介して温水配管４に送出される温水供給量を調整している。
そして、この制御装置２４は、通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０とデータ通信可能に接続されており、グリッド管理センタ４０の管理装置４１から送信される制御信号を受信して、燃料電池本体２１を駆動制御するとともに、水素配管２からの水素受け入れ量を制御し、燃料電池本体２１の発電量及び発熱量を示すデータをグリッド管理センタ４０に送信するようになっている。
【００３６】
このような燃料電池２０を備えることにより、グリッド内には常に一定量の電力及び温水が供給され、ユーザ３０に必要なエネルギーが常時供給されることになる。また、グリッド内を循環する水素は常に一定量が燃料電池２０の燃料として使用されるので、需給バランスに合致した所定量の水素を改質，生成することで、水素ステーション１０では、水素生成部１１を常時運転させておくことができ、改質装置の停止及び起動による改質効率の低下も防止できる。
なお、以上のような構成からなる燃料電池２０は、グリッドの規模や電力や熱の需給量，水素の供給量等に応じて任意の数だけ備えることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、燃料電池２０に加えて、グリッド内への電力供給手段として、グリッド外部から送電線３に発電所２００が接続されている。
すなわち、本実施形態では、グリッドの内に供給，使用される電力を、グリッド外部から別途受け入れることができるようになっている。
これにより、グリッド内の電力が需要が急激に増加して燃料電池２０の発電量では供給が追いつかないような場合が発生しても、発電所２００からの電力供給を受けることができ、電力の不足に対して迅速かつ柔軟な対応が可能となり、より信頼性の高いシステムとすることができる。
【００３８】
［ユーザ］
図４は、本実施形態におけるユーザ３０（３０ａ〜３０ｎ）の構成を示すブロック図である。
同図に示すユーザ３０は、水素配管２，送電線３及び温水配管４の少なくとも一つに接続され、供給される水素，電力又は熱の少なくとも一つを使用する本発明のエネルギー使用手段を構成している。
具体的には、ユーザ３０は、水素使用機器・装置３１と電力使用機器・装置３２，温水使用機器・装置３３及び管理端末３４を備えている。
【００３９】
水素使用機器・装置３１は、例えば、燃料電池自動車・水素自動車３１ａ（図１のユーザ３０ｅ参照）や燃料電池２０（図１のユーザ３０ａ，３０ｃ，３０ｎ参照）等、水素を燃料として使用，消費する装置や機器等であり、グリッドの水素配管２に直接接続されて水素が供給され（例えば燃料電池２０）、又は水素配管２から間接的に水素の供給を受けて（例えば燃料電池自動車・水素自動車３１ａ）使用される。
電力使用機器・装置３２は、例えば、電灯や電気機器等、電力を使用，消費する装置や機器等であり、グリッドの送電線３から電力の供給を受けて使用される。
温水使用機器・装置３３は、例えば、給湯器や風呂等、温水を使用，消費する装置や機器等であり、グリッドの温水配管４に直接接続されて温水が供給され（例えば給湯器）、又は温水配管４から間接的に温水の供給を受けて（例えば風呂）使用される。
【００４０】
管理端末３４は、ユーザ３０の水素使用機器・装置３１，電力使用機器・装置３２，温水使用機器・装置３３を管理する手段であり、例えば、エネルギーの使用量を監視する電力計や流量計と、パーソナルコンピュータ等の汎用の情報処理装置や専用の管理端末等で構成される。
具体的には、管理端末３４は、水素配管２から供給を受けた使用水素量と、送電線から供給を受けた使用電力量と、温水配管２から供給を受けた使用温水量を監視，管理している。
そして、管理端末３４は、通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０とデータ通信可能に接続されており、水素，電力，温水の使用量を示すデータをグリッド管理センタ４０に送信するようになっている。
【００４１】
このように、本実施形態のユーザ３０は、電力及び温水を使用，消費するだけでなく、水素配管２から供給される水素を容易に使用，消費できるようになっており、燃料電池自動車・水素自動車３１ａや燃料電池２０等の水素使用機器・装置３１を自由に利用することができる。
燃料電池自動車あるいは水素自動車は、燃料電池を搭載し、水素を燃料として電力で走行する自動車、あるいは水素を燃焼させて内燃機関により走行する自動車であり、ガソリン自動車のような排ガスのないクリーンな自動車として近年急速に開発が進んでいる。本実施形態では、グリッド内の水素配管２から直接に、また、水素ステーション１０から間接的に、いつでも水素の供給を受けることができるので、通常のガソリン自動車と同様の取り扱いで燃料電池自動車・水素自動車３１ａに燃料（水素）を補給，充填することができる。
【００４２】
また、ユーザ３０が燃料電池を備えることができる本実施形態では、グリッド内で電気と熱の消費者であるユーザ３０が、上述したような本実施形態の燃料電池２０を備えることで、グリッドへの電力及び熱の供給者ともなることができる。
近年、燃料電池は研究開発の進展が著しく、大病院やホテル等の大口の電力消費者のみならず、一般住宅のような小口の電力消費者においても、有効な発電手段となり得るようになってきている。ところが、従来システムでは、▲１▼燃料電池が水素を燃料とするため燃料の供給が容易でないことと、▲２▼電力と熱が同時に発生するため、特に小口の消費者では必要のない熱又は電力が発生し無駄になるおそれがあることが、燃料電池の普及拡大のネックになっていた。
【００４３】
本実施形態では、各ユーザ３０は、水素・電力・熱がそれぞれ循環する水素配管２，送電線３及び温水配管４に接続されており、燃料電池２０の燃料となる水素も、水素発電で発生する電力及び熱も、グリッド内で共有できるようになっている。これにより、本実施形態のユーザ３０は、グリッドから水素の供給を受けることにより自己の燃料電池２０で発電を行い、必要な電力及び熱を自ら得ることができるとともに、余剰電力や熱をグリッドに供給することができ、無駄のないエネルギーの有効活用を図ることができる。
なお、ユーザ３０側に備えられる水素使用手段としては、燃料電池自動車・水素自動車３１ａや燃料電池２０の他、種々のものがあり得る。例えば、溶接用の燃料ボンベや風船注入用の水素ボンベ等の水素充填用のボンベ等であっても良い。
【００４４】
そして、以上のような構成からなるユーザ３０は、使用エネルギーの用途や使用量，燃料電池２０や燃料電池自動車・水素自動車３１ａの有無等に応じて種々の態様がある。
本実施形態では、ユーザ３０の一例として、図１に示すように、大口の事業者ユーザである大病院・ホテル・ビル等３０ａや、小口の事業者ユーザであるコンビニ等３０ｂ，個人ユーザの集合であるマンション等３０ｃ，一般住宅３０ｄ，３０ｅ〜３０ｎを示してある。
具他定期には、同図に示すように、大病院・ホテル・ビル等３０ａは、燃料電池２０を備えており、水素，電力，熱のユーザであるとともに、電気，熱の供給者ともなっている。コンビニ等３０ｂは電力のみのユーザとなっている。
マンション等３０ｃは、燃料電池２０を備え、水素，電力，熱のユーザであるとともに、電気，熱の供給者ともなっている。
【００４５】
一般住宅３０ｄは、電力と熱のみのユーザである。一方、一般住宅３０ｅは、燃料電池自動車・水素自動車３１ａを保有しており、水素，電力，熱のユーザとなっている。さらに、一般住宅３０ｎは、燃料電池２０を備えており、水素，電力，熱のユーザであるとともに、電気，熱の供給者ともなっている。
なお、これらユーザ３０ａ〜３０ｎは本発明に係るエネルギー使用手段の一例を示したもので、これら以外の態様のユーザであってもよく、ユーザの数もグリッドの規模やエネルギーの供給能力等に応じて変動するものである。すなわち、本発明のエネルギー使用手段（ユーザ３０）は、グリッド内に循環，供給される水素，電力又は熱の少なくとも一つのエネルギーを使用する機器・装置等を備えるものであれば良い。
【００４６】
［グリッド管理センタ］
図５は、本実施形態におけるグリッド管理センタ４０の構成を示すブロック図である。
同図に示すグリッド管理センタ４０は、水素ステーション１０，燃料電池２０及び各ユーザ３０ａ〜３０ｎ及び発電所２００とデータ通信可能に接続された本発明のエネルギー管理手段を構成している。
具体的には、グリッド管理センタ４０は、サーバコンピュータやワークステーション，パーソナルコンピュータ等の情報処理装置からなる管理装置４１を備えており、通信回線５０を介して水素ステーション１０，燃料電池２０及び各ユーザ３０ａ〜３０ｎとデータ通信可能に接続されている。
グリッド管理センタ４０と水素ステーション１０，燃料電池２０及び各ユーザ３０ａ〜３０ｎを接続する通信回線５０は、専用回線であっても良く、電話回線やインターネット回線等の公衆回線であっても良い。また、接続は有線であっても無線であっても良い。
【００４７】
管理装置４１では、水素ステーション１０，燃料電池２０，発電所２００及び各ユーザ３０ａ〜３０ｎから送信されるデータを受信し、当該データを管理，制御している。
グリッド管理センタ４０の管理装置４１で受信，管理されるデータとしては、例えば、▲１▼水素ステーション１０における水素の生成量データ及び／又は貯蔵量データ、▲２▼燃料電池２０における水素の使用量データ，電力の発電量データ及び熱の発熱データ、▲３▼各ユーザ３０ａ〜３０ｎにおける水素，電力又は熱の使用量データ、▲４▼発電所２００における発電量（グリッドへの電力供給量）などがある。
これらのデータにより、水素ステーション１０の水素の貯蔵量やグリッドへの供給量、燃料電池２０における水素の消費量や発電量，発熱量、発電所２００による電力供給量、各ユーザ３０の水素，電力，熱の消費量が集中的に管理されるようになっている。
【００４８】
これにより、グリッド管理センタ４０ではグリッド内のエネルギーの最適な需給バランスが把握，管理でき、例えば、月単位，日単位，年単位の受給量や、一日における受給のピーク等が算出，分析される。
グリッド管理センタ４０からの制御指示によって、グリッド内には常に最適な需給量の水素，電力，熱が供給，循環，消費されることになる。
具体的には、管理装置１４は、水素ステーション１０に制御信号を送信して水素供給量を調整，制御する。
また、管理装置１４は、燃料電池２０に制御信号を送信して燃料電池本体２１を駆動制御する。
また、例えばグリッド内の電力供給に不足が発生した場合には、グリッド外部の発電所２００からの電力供給が行われるように発電所２００に対して信号を送信することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態のグリッド管理センタ４０では、管理装置４１から水素ステーション１０，燃料電池２０及び各ユーザ３０ａ〜３０ｎに、それぞれ所定の情報を送信するようになっている。
これにより、グリッド管理センタ４０から、グリッド内の水素ステーション１０や燃料電池２０，各ユーザ３０に対して、種々の情報を送信，提示することができ、例えば、グリッド内のエネルギー情報や、各種の宣伝広告情報，ユーザが必要とするサービス情報等を提供することができる。
例えば、水素ステーション１０には毎月の水素の売上げ情報やグリッド内の需要情報を、また、各ユーザ３０に対しては、毎月のエネルギー消費量やその料金情報を、管理装置４１から電子メールやＷｅｂページの形式で提供することができる。
【００５０】
また、グリッド管理センタ４０からの提供情報としては、例えば、燃料電池２０の使用を開始したいと考えているユーザ３０に対して、まず試用期間として燃料電池を一定期間レンタルし、その試用期間中は、燃料電池の設置方法や使用方法，メンテナンス情報等の必要な情報をグリッド管理センタ４０から電子メールやＷｅｂページで送信することができる。
さらに、燃料電池２０を導入したユーザ３０に対して、自家発電により使用した電気量から、燃料電池を使用していなければかかったであろう市中電力の電気料金や、ユーザがグリッドに提供，供給した電力や熱に応じた売上げ代金情報等を提供し、燃料電池の導入にかかったユーザ側の投資額の回収率，回収額等を示すこともできる。
【００５１】
一般に燃料電池は、通常の家電製品等と比較すると、取り扱いやメンテナンス等が複雑で、価格も高価であるため、一般のユーザとしては導入に躊躇することもあり得る。
そこで、本実施形態のシステム利用者に対しては、燃料電池２０をレンタル形式にし、試用期間を設けてグリッド管理センタ４０から保守，運用に必要となる情報をユーザ３０に提供し、また、燃料電池２０の運用，稼働による経済的メリット等を示すことにより、燃料電池２０の導入に対するユーザ側の不安や抵抗感をなくし、燃料電池２０の普及拡大を促進することができる。
【００５２】
［エネルギー供給方法］
次に、以上のような構成からなる本実施形態の水素・電力供給システムによるエネルギー供給方法（動作）について説明する。
まず、本システムを管理するグリッド管理センタ４０では、水素ステーション１０からの水素の生成量，貯蔵量のデータ、燃料電池２０からの水素の使用量，発電量，発熱量のデータ、各ユーザ３０からの水素，電力，温水使用量のデータが、それぞれ通信回線５０を介して送信され、管理装置４１で蓄積，管理されている。
管理装置４１では、蓄積された各データに基づき、グリッド内における月単位，日単位，年単位での受給量や、一日の受給ピーク等が算出，分析されており、これらのデータと分析結果から、その日の最適なエネルギー供給量が決定される。
【００５３】
管理装置４１は、決定されたエネルギー供給量に従い、水素ステーション１０と燃料電池２０に対して制御信号を送信する。
水素ステーション１０では、グリッド管理センタ４０からの制御信号が管理装置１４で受信され、水素生成部１１の水素生成量と水素貯蔵部１２の水素貯蔵量が調整，制御され、所定量の水素が水素配管２に対して供給され、又は水素配管２から水素が回収される。
供給又は回収された水素量のデータは、水素ステーション１０の管理装置１４から通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０に送信され、管理装置４１で管理される。
【００５４】
燃料電池２０では、グリッド管理センタ４０からの制御信号が制御装置２４で受信され、燃料電池本体２１が駆動制御される。そして、水素配管２から所定量の水素が受け入れられて発電処理が行われ、インバータ部２２を介して所定量の電力が送電線３に供給されるとともに、排熱回収部２３を介して所定量の温水が温水配管４に供給される。
燃料電池２０で使用された水素量のデータと、供給された電力及び温水のデータは、燃料電池２０の制御装置２４から通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０に送信され、管理装置４１で管理される。
【００５５】
そして、水素ステーション１０から供給された水素と、燃料電池２０から供給された電力と温水は、グリッドを介して接続された各ユーザ３０ａ〜３０ｎによって使用，消費される。
各ユーザ３０ａ〜３０ｎの水素，電力，温水の使用量のデータは、ユーザ側の管理端末３４から通信回線５０を介してグリッド管理センタ４０に送信され、管理装置４１で管理される。
さらに、管理装置４１は、グリッド内の電力供給に不足が発生した場合には、グリッド外部の発電所２００に信号を送信し、送電線３に電力が供給されるようにする。
以上の方法を繰り返すことにより、グリッド管理センタ４０で分析された最適な受給バランスに従った水素と電力と熱の供給が制御，実行され、グリッド内で水素，電力，熱の三つのエネルギーが過不足なく各需要先に振り分けられて使用されることになる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係る水素・電力供給システムによれば、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーション１０と、水素発電可能な燃料電池２０と、水素，電力，熱を使用するユーザ３０ａ〜３０ｎの各種機器・装置とが、水素・電力・熱がそれぞれ供給される水素配管２，送電線３，温水配管４からなるコージェネレーション・グリッド１を介して接続される。
そして、グリッド管理センタ４０の管理，制御下で、燃料電池２０の水素発電で使用される水素と、水素発電で発生する電力及び熱とが、水素ステーション１０と燃料電池２０及び複数のユーザ３０ａ〜３０ｎ間で共有されることになる。
これにより、水素，電力，熱の三つのエネルギーを無駄なく必要な需要先に振り分けることができる。
【００５７】
また、燃料電池２０やユーザ３０が所有する燃料電池自動車・水素自動車３１ａ等で使用される水素に過不足が生じた場合には、水素ステーション１０により貯蔵又は供給を調整することができ、水素ステーション１０が水素供給のバッファとして機能し、きめ細かい水素供給の調整が可能となる。
しかも、水素をグリッド内に循環させることで、需給バランスに合致した所定量の水素を改質，生成することで、水素ステーション１０では、水素生成部（燃料改質装置）１１を常時運転させておくことができるので、改質装置の停止及び起動による改質効率の低下も防止することができる。
【００５８】
このようにして、本実施形態の水素・電力供給システムによれば、従来提案されてきたシステムでは実現不可能であった、燃料電池システムにおける水素，電気，熱のエネルギーの有効活用を図ることができ、環境に優しく高効率な省エネルギーが実現できるコージェネレーションシステムを提供できるようになる。
【００５９】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る水素・電力供給システムの第二実施形態について、図６を参照しつつ説明する。
図６は、本発明の第二実施形態に係る水素・電力供給システムの全体構成を示す説明図である。
同図に示す本実施形態に係る水素・電力供給システムは、上述した第一実施形態の変形実施形態であり、第一実施形態で一つだけ備えられていたコージェネレーション・グリッド１を複数備え、複数のコージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎを一つのグリッド管理センタ４０で集中的に管理するようにしたものである。従って、その他の構成部分は、第一実施形態と同様となっており、同様の構成部分については詳細な説明は省略する。
【００６０】
図６に示すように、本実施形態の水素・電力供給システムでは、水素ステーション１０と燃料電池２０と各ユーザ３０が水素配管２，送電線３，温水配管４で接続されたコージェネレーション・グリッド１が複数備えられており（コージェネレーション・グリッド１ａ，１ｂ〜１ｎ）、これら複数のコージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎが、単一のグリッド管理センタ４０で集中的に管理，制御されるようになっている。
各コージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎ及びグリッド管理センタ４０の構成は、上述した第一実施形態のものと同様である。
【００６１】
このように複数のコージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎを、単一のグリッド管理センタ４０で集中的に管理，制御することにより、管理コストを引き下げることができ、また、各コージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎ間におけるエネルギーの共有，融通も可能となる。
例えば、あるコージェネレーション・グリッド１ａで水素の供給に余剰があった場合に、他のコージェネレーション・グリッド１ｂ〜１ｎの水素需要量をチェックすることで、需要不足となっているコージェネレーション・グリッドの水素ステーション１０に水素を運搬，貯蔵することで、そのグリッドに不足水素を供給，融通することができる。
【００６２】
これにより、本実施形態によれば、複数のコージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎ間でエネルギーの需要量と供給量を調整することができ、さらに効率的で無駄のないエネルギー供給が実現できるようになる。
なお、水素の運搬はタンクローリーや水素ボンベ等を介して行うことができ、また、複数のコージェネレーション・グリッド１ａ〜１ｎの各水素ステーション１０間を水素配管で接続することも可能である。
【００６３】
以上、本発明の水素・電力供給システムについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る水素・電力供給システムは、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、水素，電気，熱のグリッド（水素配管，送電線，温水配管）をそれぞれ一重ずつ備えた、全体で三重のグリッド構造としてあったが、各グリッドは、それぞれ少なくとも一重ずつあれば、それ以上備えられていても良い。例えば、グリッド内の需給量等に応じて水素配管を二重にしたり、送電線を三重にする等、各グリッドは適宜増減することができる。また、熱グリッドについては省略しても良い。本発明のグリッドは、少なくとも水素と電力の二重重構造であれば良く、それ以上のグリッドを備えることを妨げるものではない。
【００６４】
また、上述した実施形態では、グリッド内の発電手段として燃料電池が備えられるようになっていたが、これは、本発明のコージェネレーションシステムに備えられる発電手段が燃料電池のみに限られことを意味するものではない。本発明では、グリッド内に水素発電が可能な発電手段（燃料電池）が備えられていれば、他の発電手段が備えられていても良い。例えば、コージェネレーションシステムの発電手段として利用されるディーゼルエンジンやガスエンジン，マイクロガスタービン等、どのような発電手段を備えることも可能である。
【００６５】
また、上述した実施形態では、燃料電池の発電の際の排熱を温水の形でグリッド内に循環，供給させるようにしていたが、熱の供給媒体としては温水に限られるものではない。熱を高効率で供給させることができる媒体であれば水以外のものを使用することも勿論可能である。
従って、熱を供給，循環させる媒体は二種類以上であっても良く、その場合には、熱グリッドは二重以上備えられることになる。
【００６６】
さらに、上述した実施形態では、グリッドの内に供給される電力と熱は原則としてグリッド内の燃料電池によって発生し、すべてグリッド内で使用，消費されるようになっていたが、グリッド外部から熱や電力を別途受け入れたり、グリッド外部に電力や熱を供給することも可能である。
例えば、第一実施形態でも示したように（発電所２００参照）、本発明のグリッドの送電線に市中の電力会社や発電所の送電線を接続することにより、グリッド内の電力の過不足を市中電力との間で融通し合うことができるようになる。同様に、例えば温泉等のグリッド外部の温水供給手段との間で温水を融通し合うことも可能である。これにより、グリッド内の電力や熱の需要が急激に増加又は減少したような場合にも、迅速かつ柔軟な対応が可能となり、より信頼性の高いエネルギー供給システムを実現できるようになる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水素・電力供給システムによれば、水素を生成，貯蔵可能な水素ステーションと、水素発電可能な燃料電池と、水素，電力，熱を使用するユーザ側の各種機器・装置とを、水素と電力、更には熱がそれぞれ供給される配管等のグリッドを介して接続することにより、水素発電で使用される水素と水素発電で発生する電力と、更には熱を、複数のユーザ間で共有することができる。
これにより、燃料電池システムにおけるエネルギーをグリッド内で無駄なく融通しあって有効活用を図ることができ、従来システムでは実現不可能であった高効率の省エネルギーシステム，コージェネレーションシステムを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムにおける水素ステーションの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムにおける燃料電池の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムにおけるユーザの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る水素・電力供給システムにおけるグリッド管理センタの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る水素・電力供給システムの全体構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１（１ａ〜１ｎ） コージェネレーション・グリッド
２ 水素配管
３ 送電線
４ 温水配管
１０ 水素ステーション
１１ 水素生成部
１２ 水素貯蔵部
１４ 管理装置
２０ 燃料電池
２１ 燃料電池本体
２２ インバータ部
２３ 排熱回収部
２４ 制御装置
３０ ユーザ
３１ 水素使用機器・装置
３２ 電力使用機器・装置
３３ 温水使用機器・装置
３４ 管理端末
４０ グリッド管理センタ
４１ 管理装置
５０ 通信回線
１００ 燃料供給事業者
２００ 発電所[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cogeneration system that performs power generation using fuel and realizes energy saving by effectively utilizing heat generated during power generation.
In particular, the present invention relates to a hydrogen station capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell capable of generating hydrogen, and various devices and devices on the user side that use hydrogen, electric power, and heat. Can be shared by a plurality of users by connecting via a grid such as a pipe to which each is supplied, the hydrogen used in the hydrogen power generation, the power generated by the hydrogen power generation, and further the heat. The present invention relates to a hydrogen / electric power supply system capable of efficiently utilizing energy required in a battery system in a grid without waste.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, environmental destruction of the earth due to air pollution has been a problem. In particular, in recent years, global warming caused by so-called greenhouse gases such as carbon dioxide gas generated by the burning of fossil fuels and artificially made chlorofluorocarbons. The problem has become serious.
Therefore, in December 1997, at the Kyoto Conference on Global Warming Prevention, an international agreement (so-called “Kyoto Protocol”) on numerical targets for greenhouse gas reduction and emissions trading was adopted, and carbon dioxide emissions were reduced. Preventing global warming is a pressing issue on a global scale.
[0003]
Here, a cogeneration system has been proposed as a new energy system capable of obtaining electric power and the like while suppressing carbon dioxide emission as much as possible.
A cogeneration system is an energy-saving system that generates electricity using fuel and effectively uses the waste heat generated during the power generation for applications such as hot water supply and cooling / heating.It generates two or more energies from one energy source It is called "Co-generation" because it can be performed.
[0004]
For example, power is generated by driving a prime mover such as a gas engine, gas turbine, or diesel engine, and at the same time, a system that uses the exhaust heat of the engine, or a fuel cell called a cell, which generates electricity by chemically reacting hydrogen and oxygen. A fuel cell system using the exhaust heat of cells that generate heat at the same time has been proposed.
In particular, the fuel cell system has a high power generation efficiency because the chemical energy of the fuel is directly converted into electric energy, and about 40% of the input fuel can be converted to electricity and about 40% to hot water or steam. Approximately 80% of the input energy can be used effectively, and sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx), which cause air pollution due to power generation by the chemical reaction of hydrogen and oxygen, It has no power generation and high power generation efficiency. As a result, it has the feature of being able to suppress the generation of carbon dioxide, and is attracting attention as an excellent energy-saving system without environmental pollution.
[0005]
By the way, in an energy saving system, it is important how the generated electric power and heat can be used without waste. For this reason, for example, a “power interchange system” has been proposed in which a plurality of power demand destinations are connected in a network, and the generated power is distributed to necessary demand destinations and consumed without waste (see Patent Document 1).
In addition, in a fuel cell system, which is one of cogeneration systems, hydrogen required for power generation in a fuel cell is distributed to a plurality of hydrogen demand destinations to achieve a hydrogen supply with no excess or shortage. A supply system has been proposed (see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-281666 (pages 3-4, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-372199 (page 3-4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, from the viewpoint of energy saving, a system has been proposed in which power, hydrogen, and the like are shared, interchanged, and supplied between a plurality of demand destinations.
However, in such a conventional energy sharing system, for example, in the case of Patent Document 1, only electric power is targeted, and in the case of Patent Document 2, only hydrogen is targeted, and a single energy is supplied. It was not possible to cope with a cogeneration system in which two or more energies were generated at the same time.
[0008]
Among the cogeneration systems, the fuel cell system reforms and produces hydrogen from fossil fuels, and uses the hydrogen as fuel to generate electricity and heat at the same time. Further, a system capable of simultaneously sharing heat and a plurality of energies was required.
However, as described above, it has not been possible to respond to such a demand in a fuel cell system with a system that focuses on the supply of only a single energy as conventionally proposed.
[0009]
The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, and includes a hydrogen station capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell capable of generating hydrogen, hydrogen, electric power, and heat. By connecting various equipment / devices on the user side that uses the system with hydrogen and electric power, and further heat via grids such as pipes supplied, hydrogen and hydrogen used in hydrogen power generation are generated. And the heat that can be shared among a plurality of users and devices, and the energy required for the fuel cell system can be efficiently exchanged and supplied within the grid for efficient use.・ To provide a power supply system.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the hydrogen / power supply system of the present invention provides a hydrogen grid to which hydrogen is supplied, a power grid to which power is supplied, a hydrogen generation and / or A hydrogen supply unit that stores and supplies hydrogen to the hydrogen grid, hydrogen is supplied from the hydrogen grid to generate power, and a hydrogen power generation unit that sends out all or a part of the generated power to the power grid, a hydrogen grid and Energy use means connected to at least one of the power grids and using at least one of the supplied hydrogen and power.
Further, according to the present invention, as described in claim 2, a heat grid to which heat is supplied is provided, and the hydrogen power generation means is supplied with hydrogen from the hydrogen grid to generate power and heat, and the generated power and heat are generated. All or a part of the power grid to the power grid and the heat grid, and the energy use means is connected to at least one of the hydrogen grid, the power grid and the heat grid, and uses at least one of the supplied hydrogen, power or heat. Configuration.
In particular, as described in claim 3, the hydrogen power generation means of the present invention is constituted by a fuel cell.
[0011]
According to the hydrogen / power supply system of the present invention having such a configuration, a hydrogen station (hydrogen supply means) capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell capable of generating hydrogen (hydrogen power generation means), , Various equipment and devices (energy use means) of users who use heat, hydrogen and electric power, and hydrogen pipes (hydrogen grid), power transmission lines (power grid), hot water pipes (heat grid) to which heat is respectively supplied ) Are connected via a double or triple grid.
Thereby, the hydrogen used in the hydrogen power generation of the fuel cell and the power and heat generated in the hydrogen power generation can be shared between the hydrogen station, the fuel cell, and a plurality of users. However, it is possible to allocate a plurality of energies to required customers without waste.
[0012]
In addition, if the amount of hydrogen used in the fuel cell becomes excessive or deficient, storage or supply can be adjusted by the hydrogen station, and the hydrogen station functions as a buffer for hydrogen supply, enabling fine-tuned adjustment of hydrogen supply It becomes.
In addition, by supplying hydrogen into the grid, a predetermined amount of hydrogen that matches the supply and demand balance is reformed and generated, so that the fuel reformer can be kept operating at all times. A decrease in reforming efficiency due to startup can also be prevented.
As described above, according to the present invention, it is possible to control the optimal balance between hydrogen, electric power, and heat by monitoring and managing the amount of hydrogen supplied and the amount of electricity consumed in the grid, and the amount of heat consumed. A cogeneration system that can effectively use multiple types of energy, such as hydrogen, electricity, and heat, in fuel cell systems, which was not possible with conventional systems, and that can realize environmentally friendly and highly efficient energy savings. Can be provided.
[0013]
Further, as described in claim 4, the energy use means according to the present invention is configured to include a hydrogen power generation means.
By adopting such a configuration, according to the present invention, a user (energy using means) serving as a user or a consumer of electricity or heat in the grid is provided with a fuel cell (hydrogen power generating means) to provide power or heat. You can also be a supplier.
[0014]
In recent years, fuel cells have undergone remarkable progress in research and development, and have become an effective means of power generation not only for large power consumers such as large hospitals and hotels, but also for small power consumers such as ordinary houses. ing.
However, in the conventional system, (1) the supply of fuel (hydrogen) is not easy because the fuel cell uses hydrogen as fuel, and (2) the electric power and heat are generated simultaneously in the fuel cell. Thus, unnecessary heat and power may be generated and wasted, which has been a bottleneck in the spread of fuel cells.
[0015]
In the present invention, each user is connected to a grid including a hydrogen pipe, a power supply line, and a hot water pipe (heat grid) to which hydrogen, electric power, and heat are respectively supplied. Since the electric power and heat generated by the hydrogen power generation are also shared in the grid, the three energies of hydrogen, electric power, and heat due to the use of the fuel cell are allocated to the required customers without waste.
This allows the user to generate power with his own fuel cell by receiving the supply of hydrogen from the grid, to obtain the necessary power and heat by himself, and to supply surplus power and heat to the grid, Effective use of energy without waste can be achieved. Therefore, according to the present invention, it is possible to promote the use of a fuel cell as a power generation means in a business establishment, a general home, or the like, and a clean energy saving system without carbon dioxide emission can be widely spread. .
[0016]
Further, as described in claim 5, the energy using means according to the present invention can be configured to include a hydrogen using means using hydrogen supplied from a hydrogen grid. Further, as described in claim 6, the hydrogen supply unit according to the present invention can also be configured to include a hydrogen use unit that uses hydrogen generated and / or stored by the hydrogen supply unit.
As described in claim 7, the hydrogen using means is constituted by a fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle.
With such a configuration, the user of the present invention including the energy use means and the hydrogen station serving as the hydrogen supply means can be not only a user of electricity and heat, but also a user of hydrogen supplied to the grid. It is possible to be.
As a hydrogen using means provided for such a hydrogen user, a fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle is preferable.
[0017]
A fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle is a vehicle equipped with a fuel cell and running on electric power using hydrogen as a fuel, or a vehicle running on an internal combustion engine by burning hydrogen, which causes air pollution like a gasoline vehicle. In recent years, the development of clean automobiles that do not emit sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) has been rapidly progressing.
According to the present invention, hydrogen can be easily supplied at any time from a hydrogen pipe or a hydrogen station in the grid. Therefore, fuel (hydrogen) is supplied and charged to a fuel vehicle / hydrogen vehicle in the same manner as a normal gasoline vehicle. In addition, the hydrogen station can be used in the same manner as a normal gas station, and it is possible to promote the use and spread of fuel cell vehicles or hydrogen vehicles. This makes it possible to realize a clean energy-saving system with less environmental pollution.
[0018]
Further, according to the present invention, as described in claim 8, it is possible to adopt a configuration including a power supply unit that is connected to the power grid from outside the grid and supplies power to the power grid.
With such a configuration, the power supplied and used in the grid in the present invention can be separately received from a power supply means such as a power plant outside the grid.
For example, by connecting the transmission line of the grid of the present invention to the transmission line of a specific power plant or a power company in the city, the excess or deficiency of the power in the grid can be exchanged with the city power. Become like As a result, even when the demand for the electric power in the grid suddenly increases or decreases, quick and flexible response is possible, and a more reliable energy supply system can be realized.
[0019]
According to the present invention, as described in claim 9, the hydrogen supply means, the hydrogen power generation means, the power supply means, and the energy use means are connected so as to be able to perform data communication. Or storage amount data, hydrogen usage amount data, power generation amount data and heat generation data in the hydrogen power generation means, power generation amount data in the power supply means, and use of hydrogen, power or heat in the energy usage means. An energy management unit for receiving and managing the quantity data is provided.
[0020]
With such a configuration, an information processing device (energy management means) such as a computer of a grid management center connected via a communication line allows a hydrogen storage amount of the hydrogen station, a supply amount to the grid, and a power plant. The amount of power supplied to the grid by the power supply means such as, the amount of hydrogen consumption, the amount of power generation, and the amount of heat generated by the fuel cell, and the amount of hydrogen, power, and heat consumed by each user are all centrally managed. Has become.
As a result, the grid management center manages the optimal supply-demand balance of energy in the grid, and receives a signal from the grid management center to supply hydrogen to the grid in a hydrogen supply amount of the hydrogen station, power supply means such as a power plant, and the like. The amount of power generation and the amount of heat generated by the fuel cell are controlled, and the optimal supply and demand of hydrogen, electric power, and heat are always supplied, circulated, and consumed in the grid.
[0021]
Further, as described in claim 10, the energy management means according to the present invention is configured to transmit predetermined information to a hydrogen supply means, a hydrogen power generation means, a power supply means and an energy use means.
With this configuration, necessary information can be transmitted and provided from the computer or the like of the grid management center to the hydrogen station, the fuel cell, and each user in the grid.
For example, the hydrogen station stores monthly sales information of hydrogen and demand information in the grid. For each user, the monthly energy consumption and its charge information are sent from a computer at the grid management center via e-mail or Web. Can be provided in the form of a page.
[0022]
For a user who wants to use the fuel cell, the fuel cell is first rented for a certain period as a trial period. During the trial period, necessary information such as how to install the fuel cell, how to use the fuel cell, and maintenance information is required. The information can be transmitted from the grid management center by e-mail or Web page.
In addition, users who have introduced the fuel cell will be able to determine the amount of electricity they would have used without using the fuel cell, the amount of electricity they would have had if they had not used the fuel cell, It is also possible to provide information on the sales price according to the heat and indicate the recovery rate, the recovery amount, etc. of the investment amount for the introduction of the fuel cell.
[0023]
Fuel cells are more complicated to handle and maintain and more expensive than ordinary home electric appliances and the like, and are expensive. Therefore, general users may hesitate to introduce fuel cells.
Accordingly, in the present invention, the fuel cell is rented, a trial period is provided, and information necessary for maintenance and operation is provided to the user from the grid management center. By showing, it is possible to eliminate the user's anxiety and resistance to the introduction of the fuel cell, and to promote the spread of the fuel cell.
As a result, it becomes possible to further promote and spread an excellent energy-saving system that is highly efficient and free from environmental pollution.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a hydrogen / power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, a first embodiment of a hydrogen / power supply system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the hydrogen / power supply system according to the first embodiment of the present invention.
[0025]
As shown in the figure, the hydrogen / power supply system of the present embodiment includes a hydrogen station 10 capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell 20 capable of generating hydrogen, and users 30a to 30h using hydrogen, power, and heat. A cogeneration grid 1 is connected to various devices and devices on the 30n side via a hydrogen pipe 2, a transmission line 3, and a hot water pipe 4 to which hydrogen, electric power, and heat are respectively supplied.
Each hydrogen station 10, fuel cell 20, and user 30 of the cogeneration grid 1 are connected to the grid management center 40 via a communication line 50 so as to be able to perform data communication, and the flow rates of hydrogen, power, and heat in the grid are controlled. It is managed and controlled by the grid management center 40.
[0026]
[grid]
The hydrogen pipe 2 is a hydrogen grid according to the present invention to which hydrogen is supplied. In the present embodiment, a tubular member capable of supplying and circulating gaseous hydrogen is, for example, annular or meshed so as to pass through the grid. It is configured by connecting and connecting pipes in a shape or the like. The hydrogen pipe 2 is provided with a circulation function and the like for smoothly transporting and circulating gaseous hydrogen similarly to, for example, a gas pipe of natural gas.
The power transmission line 3 is a power grid according to the present invention in which power circulates, and is formed by connecting and connecting conductive members having excellent conductivity, for example, in an annular shape or a mesh shape so as to extend in the grid. ing. The power transmission line 3 is provided with a power transmission function so that power transmission is performed smoothly, for example, like a normal power transmission line.
[0027]
The hot water pipe 4 is a heat grid according to the present invention in which heat circulates. In the present embodiment, for example, a tubular member capable of circulating hot water serving as a heat transfer medium extends in the grid, for example, in an annular shape or a mesh shape. Etc., and are connected and connected. The hot water pipe 4 is provided with a circulation function and the like for smoothly carrying and circulating the hot water, for example, like a normal water pipe.
As shown in FIG. 1, branch pipes and branch lines branching from the annular portion respectively come out of the hydrogen pipe 2, the transmission line 3, and the hot water pipe 4, and the hydrogen station 10, the fuel cell 20, They are connected to the users 30a to 30n, respectively.
[0028]
Although the hydrogen pipe 2, the transmission line 3, and the hot water pipe 4 shown in FIG. 1 are each formed as an annular grid, this is an example for easy understanding. Shape, branched shape, and the like. The grid may be of any shape, as long as hydrogen, electric power, and heat are supplied and circulated to the hydrogen station 10, the fuel cell 20, and the users 30a to 30n without leakage.
Further, in the present embodiment, the hot water pipe 4 is provided, but this may be omitted as appropriate or provided only in a part of the grid. In cogeneration using fuel electrons, hydrogen as fuel for power generation and generated power are treated as essential energy, and heat obtained by being converted into hot water or the like is supplementarily supplied and used. In some cases. Therefore, in such a case, the heat grid such as a hot water pipe can be omitted or partially provided as appropriate.
[0029]
[Hydrogen station]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the hydrogen station 10 according to the present embodiment.
The hydrogen station 10 shown in FIG. 1 constitutes a hydrogen supply unit of the present invention that generates and / or stores hydrogen and supplies hydrogen to the hydrogen pipe 2.
Specifically, the hydrogen station 10 includes a hydrogen generation unit (fuel reforming device) 11, a hydrogen storage unit 12, and a management device 14.
Further, the hydrogen station 10 can include a fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a serving as hydrogen using means.
[0030]
The hydrogen generation unit (fuel reformer) 11 is a hydrogen generation unit that reforms fossil fuels such as LP gas, kerosene, and natural gas into hydrogen.
The fossil fuel supplied to the hydrogen generation unit 11 is supplied from a fuel supplier 100 as shown in FIG. 1, and the supply form is, for example, transportation and supply by a tank lorry or the like. The gas is supplied via a pipe or the like connecting the supply company 100 and the hydrogen station 10.
The hydrogen storage unit 12 is a hydrogen storage unit that stores the hydrogen reformed and generated by the hydrogen generation unit 11, and can store a predetermined amount of hydrogen according to the supply amount to the grid. By providing the hydrogen storage unit 12 in this way, the hydrogen used in the fuel cell 20 in the grid, the fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a owned by the user 30, and the fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a owned by the hydrogen station 10 If there is an excess or deficiency in the hydrogen supplied to the hydrogen vehicle 31a or the like, the storage or supply can be adjusted by the hydrogen station, and the hydrogen station 10 can function as a hydrogen supply buffer.
[0031]
The management device 14 is a management and control unit that performs various controls in the hydrogen station 10, and includes, for example, a general-purpose information processing device such as a personal computer or a workstation or a dedicated management device.
Specifically, the management device 14 manages and controls the supply amount of hydrogen from the hydrogen station 10 to the grid, and adjusts the hydrogen reforming amount of the hydrogen generation unit 11 and the hydrogen storage amount of the hydrogen storage unit 12. Controls the amount of hydrogen supplied to the grid.
The management device 14 is connected to the grid management center 40 via the communication line 50 so as to be able to perform data communication, receives a control signal transmitted from the management device 41 of the grid management center 40, and adjusts and controls the hydrogen supply amount. At the same time, data indicating the amount of generated and stored hydrogen is transmitted to the grid management center 40.
[0032]
By providing such a hydrogen station 10, the supply and demand balance of hydrogen in the grid is always maintained in an optimum state, and even if the supply amount of hydrogen is excessive or deficient, quick and flexible response can be taken. Has become.
Although only one hydrogen station 10 having the above-described configuration is provided in the grid in FIG. 1, it is not particularly limited to one, and the scale of the grid, energy supply and demand, hydrogen A plurality of hydrogen stations 10 may be provided according to the reforming capacity of the fuel cell.
Further, the hydrogen station 10 only needs to include at least the hydrogen storage unit 12, and the hydrogen generation unit 11 can be omitted. In this case, the hydrogen station 11 receives a supply of hydrogen from the fuel supply company 100 or the like outside the grid and stores a required amount of hydrogen in the hydrogen storage unit 12.
[0033]
[Fuel cell]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the fuel cell 20 according to the present embodiment.
The fuel cell 20 shown in FIG. 1 is supplied with hydrogen from the hydrogen pipe 2 to generate electric power and heat, and sends out all or a part of the generated electric power and heat to the transmission line 3 and the hot water pipe 4, respectively. It constitutes hydrogen power generation means.
Specifically, the fuel cell 20 includes a fuel cell main body 21, an inverter unit 22, an exhaust heat recovery unit 23, and a control device 24.
[0034]
The fuel cell main body 21 is an aggregate of single cells (single cells) that generate electric power by chemically reacting hydrogen and oxygen, and is usually configured by stacking a large number of single cells so as to obtain a required voltage. ing.
The inverter unit 22 is a device for converting a direct current into an alternating current. Since the electricity taken out of the fuel cell main body 21 is direct current, it is converted to alternating current via an inverter unit 22 for use in electric power in the grid.
The exhaust heat recovery unit 23 is a device that recovers the reaction heat of the fuel cell main body 21 and supplies it as hot water to the grid. Since there is electric resistance inside the single cell constituting the fuel cell main body 21 and the cell generates heat at the time of power generation, the exhaust heat recovery unit 23 cools the cell with cooling water and collects the heated cooling water. And hot water is supplied into the grid.
[0035]
The control device 24 is management and control means for controlling the fuel cell 20, and is composed of, for example, a general-purpose information processing device such as a personal computer or a dedicated control terminal.
Specifically, the control device 24 controls the driving of the fuel cell main body 21 and manages and controls the amount of hydrogen received from the hydrogen pipe 2 of the grid. Thus, the amount of power supplied to the grid transmission line 3 via the inverter unit 22 and the amount of hot water supplied to the hot water pipe 4 via the waste heat recovery unit 23 are adjusted.
The control device 24 is connected to the grid management center 40 via a communication line 50 so as to be able to perform data communication, receives a control signal transmitted from the management device 41 of the grid management center 40, and In addition to controlling the operation of the fuel cell 21, the amount of hydrogen received from the hydrogen pipe 2 is controlled, and data indicating the amount of power generation and the amount of heat generated by the fuel cell main body 21 are transmitted to the grid management center 40.
[0036]
By providing such a fuel cell 20, a constant amount of electric power and hot water are always supplied in the grid, and necessary energy is constantly supplied to the user 30. Further, since a fixed amount of hydrogen circulating in the grid is always used as fuel for the fuel cell 20, a predetermined amount of hydrogen that matches the supply and demand balance is reformed and generated. 11 can always be operated, and a decrease in the reforming efficiency due to the stop and start of the reformer can be prevented.
The fuel cells 20 having the above configuration can be provided in an arbitrary number according to the scale of the grid, the supply and demand of electric power and heat, the supply of hydrogen, and the like.
[0037]
Furthermore, in the present embodiment, in addition to the fuel cell 20, a power plant 200 is connected to the transmission line 3 from outside the grid as a power supply unit for supplying power into the grid.
That is, in this embodiment, the power supplied and used in the grid can be separately received from outside the grid.
Thereby, even if the demand in the grid suddenly increases and the supply cannot keep up with the power generation amount of the fuel cell 20, the power supply from the power plant 200 can be received, and the power supply can be received. Quick and flexible response to the shortage becomes possible, and a more reliable system can be provided.
[0038]
[A user]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the user 30 (30a to 30n) in the present embodiment.
A user 30 shown in the figure is connected to at least one of the hydrogen pipe 2, the power transmission line 3 and the hot water pipe 4, and constitutes an energy use means of the present invention using at least one of the supplied hydrogen, electric power or heat. are doing.
Specifically, the user 30 includes a hydrogen-using device / device 31, a power-using device / device 32, a hot-water-using device / device 33, and a management terminal 34.
[0039]
The hydrogen-using equipment / device 31 uses and consumes hydrogen as fuel, such as a fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a (see the user 30e in FIG. 1) and the fuel cell 20 (see the users 30a, 30c, 30n in FIG. 1). Devices and equipment that are connected directly to the hydrogen pipe 2 of the grid and supplied with hydrogen (for example, the fuel cell 20) or indirectly supplied with hydrogen from the hydrogen pipe 2 (for example, a fuel cell vehicle / hydrogen The vehicle 31a) is used.
The power-consuming device / device 32 is, for example, a device or device that uses or consumes power, such as a light or an electrical device, and is used by receiving power supply from the grid transmission line 3.
The hot water use equipment / device 33 is, for example, a device or equipment that uses or consumes hot water, such as a water heater or a bath, and is directly connected to the hot water pipe 4 of the grid to supply hot water (for example, a water heater), or The hot water is supplied indirectly from the hot water pipe 4 (for example, a bath) and used.
[0040]
The management terminal 34 is means for managing the hydrogen-using equipment / device 31, the power-using equipment / device 32, and the hot-water-using equipment / device 33 of the user 30, and includes, for example, a wattmeter or a flow meter for monitoring the energy usage. , A general-purpose information processing device such as a personal computer and a dedicated management terminal.
Specifically, the management terminal 34 monitors and manages the amount of used hydrogen supplied from the hydrogen pipe 2, the amount of used electric power supplied from the transmission line, and the amount of used hot water supplied from the hot water pipe 2. are doing.
The management terminal 34 is connected to the grid management center 40 via a communication line 50 so as to be able to perform data communication, and transmits data indicating the usage amounts of hydrogen, electric power, and hot water to the grid management center 40. I have.
[0041]
As described above, the user 30 of the present embodiment not only uses and consumes electric power and hot water, but also can easily use and consume hydrogen supplied from the hydrogen pipe 2. The hydrogen-using equipment / device 31 such as the automobile 31a and the fuel cell 20 can be used freely.
A fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle is a vehicle that is equipped with a fuel cell and runs on electric power using hydrogen or a vehicle that burns hydrogen and runs on an internal combustion engine. In recent years, development has been rapidly progressing. In the present embodiment, since hydrogen can be supplied at any time directly from the hydrogen pipe 2 in the grid and indirectly from the hydrogen station 10, the fuel cell vehicle / hydrogen can be supplied in the same manner as a normal gasoline vehicle. The fuel (hydrogen) can be supplied and charged to the automobile 31a.
[0042]
Further, in the present embodiment in which the user 30 can include the fuel cell, the user 30 who is a consumer of electricity and heat in the grid includes the fuel cell 20 of the present embodiment as described above, and thus the user can enter the grid. Power and heat suppliers.
In recent years, fuel cells have undergone remarkable progress in research and development, and have become an effective means of power generation not only for large power consumers such as large hospitals and hotels, but also for small power consumers such as ordinary houses. ing. However, in the conventional system, (1) it is not easy to supply fuel because the fuel cell uses hydrogen as fuel, and (2) electric power and heat are generated at the same time. The possibility that power is generated and wasted has been a bottleneck in the spread of fuel cells.
[0043]
In the present embodiment, each user 30 is connected to a hydrogen pipe 2, a transmission line 3, and a hot water pipe 4 through which hydrogen, electric power, and heat are circulated, respectively, and hydrogen serving as a fuel for the fuel cell 20 is also generated by hydrogen power generation. Power and heat can also be shared within the grid. Thereby, the user 30 of the present embodiment can generate the necessary power and heat by himself / herself by receiving the supply of hydrogen from the grid to generate power with his / her own fuel cell 20, and also to transfer the surplus power and heat to the grid. The energy can be supplied, and the energy can be effectively used without waste.
In addition, as the hydrogen using means provided on the user 30 side, there can be various types other than the fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a and the fuel cell 20. For example, a hydrogen filling cylinder such as a fuel cylinder for welding or a hydrogen cylinder for filling a balloon may be used.
[0044]
The user 30 configured as described above has various modes according to the use and amount of energy used, the presence or absence of the fuel cell 20, the fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a, and the like.
In the present embodiment, as an example of the user 30, as shown in FIG. 1, a large hospital / hotel / building etc. 30a which is a large business user, a convenience store 30b etc. which is a small business user, a set of individual users, as shown in FIG. Are shown, such as an apartment 30c and ordinary houses 30d, 30e to 30n.
As shown in the figure, large hospitals, hotels, buildings, etc. 30a are equipped with fuel cells 20 and are users of hydrogen, electric power, and heat, and are also suppliers of electricity and heat. I have. The convenience store 30b is a user who uses only electric power.
The condominium 30c includes the fuel cell 20 and is a user of hydrogen, electric power, and heat, and also a supplier of electricity and heat.
[0045]
The general house 30d is a user who uses only electricity and heat. On the other hand, the general house 30e owns a fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a and is a user of hydrogen, electric power, and heat. Further, the general house 30n includes the fuel cell 20, and is a user of hydrogen, electric power, and heat, and a supplier of electricity and heat.
It should be noted that these users 30a to 30n are examples of the energy use means according to the present invention, and may be users of other modes, and the number of users also depends on the scale of the grid, the energy supply capacity, and the like. It fluctuates. That is, the energy use means (user 30) of the present invention may be any device provided with equipment / apparatus using at least one energy of hydrogen, electric power or heat circulated and supplied in the grid.
[0046]
[Grid Management Center]
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the grid management center 40 according to the present embodiment.
The grid management center 40 shown in the figure constitutes an energy management means of the present invention connected to the hydrogen station 10, the fuel cell 20, the users 30a to 30n, and the power plant 200 so as to be able to perform data communication.
More specifically, the grid management center 40 includes a management device 41 including an information processing device such as a server computer, a workstation, and a personal computer. 30a to 30n are connected to enable data communication.
The communication line 50 connecting the grid management center 40 with the hydrogen station 10, the fuel cell 20, and each of the users 30a to 30n may be a dedicated line or a public line such as a telephone line or an Internet line. The connection may be wired or wireless.
[0047]
The management device 41 receives data transmitted from the hydrogen station 10, the fuel cell 20, the power plant 200, and each of the users 30a to 30n, and manages and controls the data.
The data received and managed by the management device 41 of the grid management center 40 include, for example, (1) data on the amount of hydrogen generated and / or stored in the hydrogen station 10, and (2) the amount of hydrogen used in the fuel cell 20. Data, power generation amount data and heat generation data, (3) hydrogen, power or heat usage amount data for each of the users 30a to 30n, (4) power generation amount (power supply amount to the grid) at the power plant 200, etc. There is.
Based on these data, the amount of hydrogen stored in the hydrogen station 10 and the amount supplied to the grid, the amount of hydrogen consumed and generated in the fuel cell 20, the amount of heat generated, the amount of power supplied by the power plant 200, the amount of hydrogen and power ， Heat consumption is managed intensively.
[0048]
As a result, the grid management center 40 can grasp and manage the optimal supply and demand balance of energy in the grid, and calculate and analyze, for example, monthly, daily and yearly received amounts, and daily received peaks. You.
According to the control instruction from the grid management center 40, the optimal supply and demand of hydrogen, electric power, and heat are always supplied, circulated, and consumed in the grid.
Specifically, the management device 14 transmits a control signal to the hydrogen station 10 to adjust and control the hydrogen supply amount.
Further, the management device 14 transmits a control signal to the fuel cell 20 to control the driving of the fuel cell main body 21.
Further, for example, when a shortage occurs in the power supply in the grid, a signal can be transmitted to the power plant 200 so that power is supplied from the power plant 200 outside the grid.
[0049]
Further, in the grid management center 40 of the present embodiment, predetermined information is transmitted from the management device 41 to the hydrogen station 10, the fuel cell 20, and each of the users 30a to 30n.
Thereby, various information can be transmitted and presented from the grid management center 40 to the hydrogen station 10, the fuel cell 20, and each user 30 in the grid. For example, energy information in the grid and various information can be transmitted. Advertising information, service information required by the user, and the like can be provided.
For example, monthly hydrogen sales information and demand information in the grid are stored in the hydrogen station 10, and monthly energy consumption and its charge information are transmitted to the user 30 from the management device 41 by e-mail or Web. Can be provided in the form of a page.
[0050]
Further, as information provided from the grid management center 40, for example, a fuel cell is first rented as a trial period to a user 30 who wants to start using the fuel cell 20, and during the trial period, Necessary information such as a method of installing and using a fuel cell, and maintenance information can be transmitted from the grid management center 40 by e-mail or a Web page.
Further, for the user 30 who has introduced the fuel cell 20, from the amount of electricity used by the private power generation, the electricity rate of the city power that would have been required if the fuel cell was not used, and the user provided to the grid, It is also possible to provide sales price information and the like in accordance with the supplied power and heat, and to indicate the recovery rate, the recovery amount, and the like of the investment amount on the user side in introducing the fuel cell.
[0051]
In general, fuel cells are more complicated to handle and maintain and more expensive than ordinary home electric appliances and the like, and are expensive. Therefore, general users may hesitate to introduce fuel cells.
Therefore, for the system user of the present embodiment, the fuel cell 20 is rented, a trial period is provided, and information necessary for maintenance and operation is provided from the grid management center 40 to the user 30. By showing the economic benefits of the operation and operation of the battery 20, the user's anxiety and resistance to the introduction of the fuel cell 20 can be eliminated, and the spread of the fuel cell 20 can be promoted.
[0052]
[Energy supply method]
Next, an energy supply method (operation) by the hydrogen / power supply system of the present embodiment having the above-described configuration will be described.
First, in the grid management center 40 that manages the present system, data on the amount of hydrogen generated and stored from the hydrogen station 10, data on the amount of hydrogen used, the amount of power generation, and the amount of heat generated from the fuel cell 20, The data of the hydrogen, electric power, and hot water consumption are transmitted via the communication line 50 and stored and managed by the management device 41.
The management device 41 calculates and analyzes the received amount on a monthly, daily, and yearly basis, the daily received peak, and the like in the grid based on the accumulated data. From this, the optimum energy supply for the day is determined.
[0053]
The management device 41 transmits a control signal to the hydrogen station 10 and the fuel cell 20 according to the determined energy supply amount.
In the hydrogen station 10, a control signal from the grid management center 40 is received by the management device 14, and the amount of hydrogen generated by the hydrogen generator 11 and the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage unit 12 are adjusted and controlled. Hydrogen is supplied to the pipe 2 or hydrogen is recovered from the hydrogen pipe 2.
The data on the amount of supplied or recovered hydrogen is transmitted from the management device 14 of the hydrogen station 10 to the grid management center 40 via the communication line 50, and is managed by the management device 41.
[0054]
In the fuel cell 20, a control signal from the grid management center 40 is received by the control device 24, and the driving of the fuel cell main body 21 is controlled. Then, a predetermined amount of hydrogen is received from the hydrogen pipe 2, a power generation process is performed, a predetermined amount of power is supplied to the transmission line 3 through the inverter unit 22, and a predetermined amount of power is supplied through the exhaust heat recovery unit 23. Is supplied to the hot water pipe 4.
Data on the amount of hydrogen used in the fuel cell 20 and data on the supplied electric power and hot water are transmitted from the control device 24 of the fuel cell 20 to the grid management center 40 via the communication line 50 and managed by the management device 41. Is done.
[0055]
Then, the hydrogen supplied from the hydrogen station 10, the electric power and the hot water supplied from the fuel cell 20 are used and consumed by the users 30a to 30n connected via the grid.
Data on the amount of hydrogen, electric power, and hot water used by each of the users 30 a to 30 n is transmitted from the management terminal 34 on the user side to the grid management center 40 via the communication line 50, and is managed by the management device 41.
Further, when a shortage occurs in the power supply in the grid, the management device 41 transmits a signal to the power plant 200 outside the grid so that power is supplied to the transmission line 3.
By repeating the above method, the supply of hydrogen, electric power, and heat is controlled and executed in accordance with the optimal receiving balance analyzed by the grid management center 40, and the three energies of hydrogen, electric power, and heat are exceeded in the grid. They will be allocated to each customer without any shortage and used.
[0056]
As described above, according to the hydrogen / power supply system according to the present embodiment, the hydrogen station 10 capable of generating and storing hydrogen, the fuel cell 20 capable of generating hydrogen, and the user using hydrogen, power, and heat Various devices and devices 30a to 30n are connected via a cogeneration grid 1 including a hydrogen pipe 2, a power transmission line 3, and a hot water pipe 4 to which hydrogen, electric power, and heat are supplied, respectively.
Then, under the management and control of the grid management center 40, the hydrogen used for the hydrogen power generation of the fuel cell 20, and the power and heat generated by the hydrogen power generation are supplied to the hydrogen station 10, the fuel cell 20, and the plurality of users 30a to 30a. 30n will be shared.
As a result, the three energies of hydrogen, electric power, and heat can be allocated to necessary demand destinations without waste.
[0057]
In addition, when the amount of hydrogen used in the fuel cell 20 or the fuel cell vehicle / hydrogen vehicle 31a owned by the user 30 becomes excessive or deficient, the storage or supply can be adjusted by the hydrogen station 10, and the hydrogen station can be adjusted. Numeral 10 functions as a hydrogen supply buffer, which enables fine adjustment of the hydrogen supply.
In addition, by circulating the hydrogen in the grid, a predetermined amount of hydrogen that matches the supply and demand balance is reformed and generated. In the hydrogen station 10, the hydrogen generator (fuel reformer) 11 is constantly operated. Therefore, it is possible to prevent the reforming efficiency from being lowered by stopping and starting the reformer.
[0058]
As described above, according to the hydrogen / electric power supply system of the present embodiment, it is possible to effectively utilize hydrogen, electricity, and heat energy in a fuel cell system, which cannot be realized by a conventionally proposed system. It is possible to provide a cogeneration system that can realize environmentally friendly and highly efficient energy saving.
[0059]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the hydrogen / power supply system according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the hydrogen / power supply system according to the second embodiment of the present invention.
The hydrogen / power supply system according to the present embodiment shown in the same drawing is a modified embodiment of the above-described first embodiment, and includes a plurality of cogeneration grids 1 provided only in the first embodiment, A plurality of cogeneration grids 1a to 1n are centrally managed by one grid management center 40. Therefore, other components are the same as those of the first embodiment, and detailed description of the same components will be omitted.
[0060]
As shown in FIG. 6, in the hydrogen / power supply system of the present embodiment, a cogeneration grid 1 in which a hydrogen station 10, a fuel cell 20, and each user 30 are connected by a hydrogen pipe 2, a power line 3, and a hot water pipe 4 is shown. Are provided (cogeneration grids 1a, 1b to 1n), and the plurality of cogeneration grids 1a to 1n are centrally managed and controlled by a single grid management center 40. I have.
The configurations of the cogeneration grids 1a to 1n and the grid management center 40 are the same as those of the above-described first embodiment.
[0061]
As described above, the management cost can be reduced by centrally managing and controlling the plurality of cogeneration grids 1a to 1n by the single grid management center 40, and the cogeneration grids 1a to 1n can be reduced. The sharing and interchange of energy between them is also possible.
For example, when there is a surplus in the supply of hydrogen in a certain cogeneration grid 1a, by checking the hydrogen demand of the other cogeneration grids 1b to 1n, the demand of the cogeneration grid that is in short supply is checked. By transporting and storing hydrogen at the hydrogen station 10, shortage hydrogen can be supplied and accommodated in the grid.
[0062]
Thus, according to the present embodiment, the energy demand and supply can be adjusted among the plurality of cogeneration grids 1a to 1n, and more efficient and lean energy supply can be realized. .
The transfer of hydrogen can be performed via a tank lorry, a hydrogen cylinder, or the like, and the hydrogen stations 10 of the plurality of cogeneration grids 1a to 1n can be connected by a hydrogen pipe.
[0063]
As described above, the hydrogen / power supply system of the present invention has been described with reference to the preferred embodiment. However, the hydrogen / power supply system according to the present invention is not limited to only the above-described embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. It goes without saying that various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, a triple grid structure is provided in which a single grid is provided for each of hydrogen, electricity, and heat (hydrogen pipes, power transmission lines, and hot water pipes). If so, more may be provided. For example, each grid can be appropriately increased or decreased, for example, the number of hydrogen pipes is doubled or the number of transmission lines is tripled according to the supply and demand in the grid. Further, the heat grid may be omitted. The grid of the present invention only needs to have at least a double structure of hydrogen and electric power, and does not prevent the provision of more grids.
[0064]
Further, in the above-described embodiment, the fuel cell is provided as the power generation means in the grid, but this means that the power generation means provided in the cogeneration system of the present invention is limited to only the fuel cell. It does not do. In the present invention, other power generating means may be provided as long as the power generating means (fuel cell) capable of generating hydrogen is provided in the grid. For example, any type of power generation means such as a diesel engine, a gas engine, a micro gas turbine, etc., used as power generation means of a cogeneration system can be provided.
[0065]
Further, in the above-described embodiment, the exhaust heat generated at the time of power generation of the fuel cell is circulated and supplied into the grid in the form of hot water. However, the heat supply medium is not limited to hot water. Of course, any medium other than water can be used as long as it can supply heat with high efficiency.
Therefore, two or more kinds of media for supplying and circulating heat may be provided. In this case, two or more heat grids are provided.
[0066]
Furthermore, in the above-described embodiment, the electric power and the heat supplied into the grid are generated by the fuel cells in the grid in principle, and are all used and consumed in the grid. It is also possible to separately receive power and electric power, and to supply electric power and heat outside the grid.
For example, as described in the first embodiment (see the power plant 200), by connecting a power company in the city or a power line of a power plant to the grid power line of the present invention, excess or deficiency of power in the grid is achieved. Can be exchanged with city power. Similarly, hot water can be exchanged with hot water supply means outside the grid, such as a hot spring. As a result, even when the demand for electric power or heat in the grid suddenly increases or decreases, quick and flexible response is possible, and a more reliable energy supply system can be realized.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the hydrogen / power supply system of the present invention, a hydrogen station capable of generating and storing hydrogen, a fuel cell capable of generating hydrogen, and various devices on the user side using hydrogen, power, and heat By connecting the device with hydrogen and electric power, and further through a grid such as a pipe to which heat is respectively supplied, hydrogen used for hydrogen power generation and power generated by hydrogen power generation, and further heat, It can be shared between multiple users.
As a result, the energy in the fuel cell system can be efficiently utilized in the grid without waste, and a high-efficiency energy-saving system and a cogeneration system that cannot be realized by the conventional system can be provided. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a hydrogen / power supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen station in the hydrogen / power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell in the hydrogen / power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a user in the hydrogen / power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a grid management center in the hydrogen / power supply system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a hydrogen / power supply system according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 (1a-1n) Cogeneration grid
2 Hydrogen piping
3 Transmission line
4 Hot water piping
10 Hydrogen station
11 Hydrogen generator
12 Hydrogen storage unit
14 Management device
20 Fuel cell
21 Fuel cell body
22 Inverter section
23 Exhaust heat recovery unit
24 Control device
30 users
31 Hydrogen-using equipment and devices
32 Power-using equipment and devices
33 Hot Water Equipment / Equipment
34 management terminal
40 Grid Management Center
41 Management device
50 communication lines
100 Fuel supplier
200 power plant

Claims (10)

水素が供給される水素グリッドと、
電力が供給される電力グリッドと、
水素を生成及び／又は貯蔵し、水素グリッドに水素を供給する水素供給手段と、
水素グリッドから水素を供給されて電力を生成し、生成した電力の全部又は一部を電力グリッドに送出する水素発電手段と、
水素グリッド及び電力グリッドの少なくとも一つに接続され、供給される水素又は電力の少なくとも一つを使用するエネルギー使用手段と、
を備えることを特徴とする水素・電力供給システム。A hydrogen grid to which hydrogen is supplied;
A power grid to which power is supplied;
Hydrogen supply means for generating and / or storing hydrogen and supplying hydrogen to the hydrogen grid;
Hydrogen power generation means that is supplied with hydrogen from the hydrogen grid to generate power, and sends all or part of the generated power to the power grid,
Energy using means connected to at least one of the hydrogen grid and the power grid and using at least one of the supplied hydrogen or power;
A hydrogen and power supply system comprising: 熱が供給される熱グリッドを備え、
水素発電手段は、水素グリッドから水素を供給されて電力及び熱を生成し、生成した電力及び熱の全部又は一部を電力グリッド及び熱グリッドに送出し、
エネルギー使用手段は、水素グリッド，電力グリッド及び熱グリッドの少なくとも一つに接続され、供給される水素，電力又は熱の少なくとも一つを使用する請求項１記載の水素・電力供給システム。A heat grid to which heat is supplied,
Hydrogen power generation means is supplied with hydrogen from the hydrogen grid to generate power and heat, and sends all or a part of the generated power and heat to the power grid and the heat grid,
The hydrogen / power supply system according to claim 1, wherein the energy use means is connected to at least one of a hydrogen grid, a power grid, and a heat grid, and uses at least one of supplied hydrogen, power, and heat. 水素発電手段が燃料電池である請求項１又は２記載の水素・電力供給システム。3. The hydrogen / power supply system according to claim 1, wherein the hydrogen power generation means is a fuel cell. エネルギー使用手段が、水素発電手段を備える請求項１，２又は３記載の水素・電力供給システム。4. The hydrogen / power supply system according to claim 1, wherein the energy use means includes a hydrogen power generation means. エネルギー使用手段が、水素グリッドから供給される水素を使用する水素使用手段を備える請求項１，２，３又は４記載の水素・電力供給システム。5. The hydrogen / power supply system according to claim 1, wherein the energy using means includes a hydrogen using means using hydrogen supplied from a hydrogen grid. 水素供給手段が、水素供給手段により生成及び／又は貯蔵された水素を使用する水素使用手段を備える請求項１〜５のいずか一項記載の水素・電力供給システム。The hydrogen / power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrogen supply unit includes a hydrogen use unit that uses hydrogen generated and / or stored by the hydrogen supply unit. 水素使用手段が、燃料電池自動車又は水素自動車である請求項５又は６記載の水素・電力供給システム。7. The hydrogen / power supply system according to claim 5, wherein the hydrogen using means is a fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle. 電力グリッドにグリッド外部から接続され、当該電力グリッドに電力を供給する電力供給手段を備える請求項１〜７のいずか一項記載の水素・電力供給システム。The hydrogen / power supply system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a power supply unit connected to the power grid from outside the grid and supplying power to the power grid. 水素供給手段，水素発電手段，電力供給手段及びエネルギー使用手段とデータ通信可能に接続され、
水素供給手段における、水素の生成量データ及び／又は貯蔵量データと、
水素発電手段における、水素の使用量データ，電力の発電量データ及び熱の発熱データと、
電力供給手段における電力の発電量データと、
エネルギー使用手段における、水素，電力又は熱の使用量データと、
を受信，管理するエネルギー管理手段を備える請求項８記載の水素・電力供給システム。Connected to the hydrogen supply means, the hydrogen power generation means, the power supply means and the energy use means in a manner capable of data communication,
Hydrogen generation amount data and / or storage amount data in the hydrogen supply means;
Hydrogen usage data, power generation data and heat generation data for hydrogen power generation means,
Power generation amount data of the power supply means,
Data on the amount of hydrogen, electricity or heat used in the means of energy use;
9. The hydrogen / power supply system according to claim 8, further comprising an energy management unit that receives and manages the energy. エネルギー管理手段が、水素供給手段，水素発電手段，電力供給手段及びエネルギー使用手段に、所定の情報を送信する請求項９記載の水素・電力供給システム。The hydrogen / power supply system according to claim 9, wherein the energy management means transmits predetermined information to the hydrogen supply means, the hydrogen power generation means, the power supply means, and the energy use means.
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