CN103270196A - 燃料制造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料制造系统,其目的在于提供一种可以使用存在变动的能量来效率好地制造HC的燃料制造系统。第一装置(12)是利用CO2、水的电解同时生成CO、H2的CO、H2生成装置。第二装置(14)是利用水的电解生成H2的H2生成装置。在使用来自自然能量的电力的情况下,第一装置(14)较大地受到上述电力变动的影响。于是,将发出的电力中的稳定部分(图4所示的直线)供给到第一装置(12),将剩下的变动部分(直线上方的部分)供给到第二装置(14)。
Description
技术领域
本发明涉及燃料制造系统。更详细地说,涉及由通过电解生成的H2、CO合成燃料的燃料制造系统。
背景技术
以往,例如在专利文献1中公开有如下的电力供给装置:在将以太阳光或风力作为能源而发出的清洁发电电力、利用燃料电池发出的燃料电池电力、及从电力公司被供给的商用电力这三种电力向电力负载系统供给时,设定了上述电力的优先度。该电力供给装置中的电力供给具体而言被设定为,优先采用清洁发电电力,在采用清洁发电电力时供给电力不足的情况下,利用燃料电池电力、商用电力进行补充。因此,可以谋求利用以清洁发电电力为主体的能量,所以可以构成降低了对环境的影响的系统。
另外,例如在专利文献2中公开有如下的系统:使CO和H2进行费希尔-特罗普希反应(FT反应)来制造碳氢化合物类燃料(HC)。另外,例如在专利文献3中公开有如下的系统:该系统具有电解池,该电解池具有由固体氧化物电解质构成的氧离子传导膜和分别配置在所述氧离子传导膜的两表面的阴极及阳极,使用该电解池同时生成CO和H2,并从上述电解池回收生成的原料气体,使其进行FT反应来制造HC。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-120903号公报
专利文献2:日本特表2008-53287号公报
专利文献3:日本特表2009-506213号公报
专利文献4:日本特开平9-85044号公报
发明内容
发明要解决的课题
若组合上述专利文献1和上述专利文献3,则可以优先使用清洁发电电力来同时生成FT反应所需的CO、H2,以便制造HC。但是,在电力供给基础设施不完备的地区(例如沙漠地区),存在不能充分获得商用电力的情况。在上述专利文献1中,除商用电力之外使用燃料电池电力,但该燃料电池电力使用深夜电力即剩余商用电力对水进行电解并使用得到的H2进行发电而产生。即,燃料电池电力以商用电力为前提。因此,在不能充分获得商用电力的情况下,上述的CO、H2不得不仅使用清洁发电电力来生成。
但是,通常,太阳能之类的自然能量是变动的,因此,发电电力产生变动。于是,在想要仅使用来自自然能量的电力通过上述专利文献3那样的电解池同时生成CO、H2时,上述CO、H2的生成变得不稳定。若CO、H2的生成变得不稳定,则有可能产生使用了上述CO、H2的FT反应的效率降低这样的不良情况。
本发明是为了解决上述这样的课题而作出的。即,本发明的目的在于提供一种可以使用存在变动的能量来效率好地制造HC的燃料制造系统。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的,第一发明的燃料制造系统,其特征在于,具有:发电装置,该发电装置产生变动电力;电力分配装置,该电力分配装置与所述发电装置连接,将电力分配给多个电力负载;混合气体生成装置,该混合气体生成装置为所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给,对水和二氧化碳进行电解而生成由氢和一氧化碳构成的混合气体;以及控制装置,该控制装置控制所述电力分配装置,以便将比在设定时间内由所述发电装置产生的最小电力小的规定电力供给到所述混合气体生成装置。
另外,第二发明的燃料制造系统在第一发明的基础上,其特征在于,还具有:混合气体储存装置,该混合气体储存装置与所述混合气体生成装置连接,储存所述混合气体;以及反馈控制装置,该反馈控制装置对所述规定电力进行反馈控制,以使所述混合气体储存装置内的氢和一氧化碳的物质的量之比达到预定的设定比。
另外,第三发明的燃料制造系统在第一或第二发明的基础上,其特征在于,还具有:氢生成装置,该氢生成装置是所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给并生成氢;氢发电装置,该氢发电装置使用由所述氢生成装置生成的氢来产生电力。
另外,第四发明的燃料制造系统在第三发明的基础上,其特征在于,当利用所述控制装置控制所述电力分配装置以便将所述规定电力供给到所述混合气体生成装置时,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,所述氢发电装置将其产生的电力供给到所述电力分配装置。
另外,第五发明在第一至第四发明中的任一发明的基础上,其特征在于,还具有充电放电装置,该充电放电装置是所述电力负载之一,能够将由所述电力分配装置分配的电力充电放电,而且还具有利用来自所述充电放电装置的电力对水和二氧化碳进行电解而生成由氢和一氧化碳构成的混合气体的混合气体生成装置。
另外,第六发明在第一至第五发明中的任一发明的基础上,其特征在于,还具有二氧化碳供给装置,该二氧化碳供给装置是所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给,回收大气中的二氧化碳并将回收的二氧化碳供给到所述混合气体生成装置。
另外,第七发明在第六发明的基础上,其特征在于,所述二氧化碳供给装置具有在内部具有电解液的二氧化碳回收装置,该电解液具有二氧化碳吸收特性。
另外,第八发明在第七发明的基础上,其特征在于,所述二氧化碳供给装置具有:将大气导入所述二氧化碳回收装置的大气导入装置、以及将所述二氧化碳回收装置内的电解液输送到所述混合气体生成装置的送液装置。
另外,第九发明在第七发明的基础上,其特征在于,还具有:电解液存积装置,该电解液存积装置配置在所述二氧化碳回收装置的下游且处于该二氧化碳回收装置的上方,将自所述混合气体生成装置排出的电解液暂时存积;水力发电装置,该水力发电装置具有利用自所述电解液存积装置落下的电解液进行旋转的涡轮,利用所述涡轮的旋转产生电力,并且,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,所述水力发电装置将其产生的电力供给到所述电力分配装置;以及送液装置,该送液装置将自所述电解液存积装置落下的电解液输送到所述混合气体生成装置。
另外,第十发明在第七发明的基础上,其特征在于,所述二氧化碳供给装置具有二氧化碳吸收再生装置,该二氧化碳吸收再生装置设置在所述二氧化碳回收装置的上游且在内部具有吸收剂,该吸收剂具有二氧化碳吸收特性,利用热将吸收的二氧化碳放出,并且利用水来再生二氧化碳吸收特性。
另外,第十一发明在第七发明的基础上,其特征在于,所述二氧化碳供给装置具有旋转电机,该旋转电机设置在所述二氧化碳回收装置的上游并具有涡轮,该旋转电机作为利用所述涡轮的旋转对二氧化碳进行压缩并导入所述二氧化碳回收装置的加压泵起作用,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,该旋转电机作为利用所述二氧化碳回收装置内的压缩二氧化碳使所述涡轮反转来产生电力并将产生的电力供给到所述电力分配装置的发电机起作用。
另外,第十二发明在第一至第十一发明中的任一发明的基础上,其特征在于,所述发电装置具有太阳光发电装置、太阳热发电装置、风力发电装置、潮汐发电装置及地热发电装置中的至少一个。
发明的效果
根据第一至第十二发明,可以将比在设定时间内由发电装置产生的最小电力小的规定电力供给到混合气体生成装置。该规定电力相当于在设定时间内由发电装置产生的电力中的不受变动的影响的稳定电力。因此,若能够将这样的稳定电力供给到混合气体生成装置,则可以稳定地生成CO、H2。若能够稳定地生成CO、H2,则可以效率好地进行FT反应,从而能够制造HC。因此,可以使用存在变动的能量来效率好地制造HC。
附图说明
图1是表示实施方式1的系统结构的框图。
图2(A)是表示第一装置12中的WE相对于RE的电压和CO、H2的生成比例之间的关系的图、(B)是表示第一装置12中的WE相对于RE的电压和能量效率之间的关系的图。
图3(A)是表示第二装置14中的WE相对于RE的电压和H2的生成比例之间的关系的图、(B)是表示第二装置14中的WE相对于RE的电压和能量效率之间的关系的图。
图4是表示实施方式1中的电力分配控制的示例的图。
图5是表示实施方式2中的混合比反馈控制的示例的图。
图6是表示实施方式3的系统结构的框图。
图7是表示实施方式4中的电力供给控制及混合比反馈控制的示例的图。
图8是表示实施方式5中的电力分配控制的示例的图。
图9是表示实施方式6的系统结构的框图。
图10是表示实施方式7的系统结构的框图。
图11是表示实施方式8的系统结构的框图。
图12是表示实施方式9的系统结构的框图。
具体实施方式
实施方式1.
[系统结构的说明]
首先,参照图1至图4说明本发明的实施方式1。图1是表示本发明的实施方式1的系统结构的框图。图1所示的系统具有利用自然能量(太阳光发电、太阳热发电、风力发电、潮汐发电、地热发电等)进行发电的发电装置10。另外,图1所示的系统具有第一装置12和第二装置14。
第一装置12是利用CO2、水的电解同时生成CO、H2的CO、H2生成装置。第一装置12具体而言具有:内部装满溶解了CO2的电解液的电解槽;设置于该电解槽的作用极(WE)、对电极(CE)及基准电极(RE);以及以能够改变WE相对于RE的电压的方式构成的恒电位仪。第二装置14是利用水的电解生成H2的H2生成装置。第二装置14的结构除电解液是水及支持电解质之外,与第一装置12相同。
另外,图1所示的系统具有将来自发电装置10的电力向第一装置12及第二装置14分配的电力控制分配装置16。电力控制分配装置16在内部具有未图示的控制器,通过该控制器执行后述的电力分配控制和混合比反馈控制。另外,图1所示的系统具有:用于储存由第一装置12生成的CO、H2的CO、H2储存装置18;用于储存由第二装置14生成的H2的H2储存装置20。CO、H2储存装置18和H2储存装置20经由例如由单向阀、簧片阀等构成的常闭阀(未图示)连接,当H2储存装置20内的压力超过了规定的工作压力时,H2储存装置20内的H2被导入CO、H2储存装置18内。
[第一装置12中的电解]
接着,说明第一装置12中的电解反应。若控制第一装置12的恒电位仪以使电流在WE和CE之间流动,则在WE、CE上,发生下述式(1)~(3)的电化学反应。
WE:CO2+2H++2e-→CO+H2O (1)
2H++2e-→H2 (2)
CE:2H2O→O2+4H++4e- (3)
如上述式(1)、(2)所示,在第一装置12的WE上,CO、H2同时生成。因此,若将生成的CO、H2回收到CO、H2储存装置18内并使其进行FT反应,则可以制造作为化石燃料的替代燃料的HC。
顺便说一下,WE上的CO、H2的生成比例依赖于在WE和CE之间流动的电流值、即WE相对于RE的电压的设定值。另外,能量效率(称为相对于投入能量的生成物的发热量。以下相同。)依赖于WE相对于RE的电压的设定值。关于上述情况,使用图2进行说明。图2(A)是表示WE相对于RE的电压和CO、H2的生成比例之间的关系的图、(B)是表示WE相对于RE的电压和能量效率之间的关系的图。
通常,H2的产生电位的绝对值是0.11V,比CO的产生电位低。因此,在图2(A)的电压低的区域,H2的生成量相对增多,因此,CO/H2的生成比例变低。另一方面,若增高电压,则与电压低的区域相比,可以增大CO的生成量,因此,CO/H2的生成比例变高。即,如图2(A)所示,若将WE相对于RE的电压的设定值设定得低,则CO/H2的生成比例变低,若将上述设定值设定得高,则CO/H2的生成比例变高。
另一方面,能量效率表示与CO/H2的生成比例所示那样的特性不同的特性。WE相对于RE的电压低意味着投入能量小,因此,在图2(B)的电压低的区域,电压越低,则能量效率越高。另一方面,如图2(A)所述,在电压高的区域,CO/H2的生成比例变高,但通常CO的发热量(283kJ/mol)比H2的发热量(242kJ/mol)大,因此,若CO/H2的生成比例变高,则生成物的发热量增加,所以能量效率变高。即,如图2(B)所示,能量效率示出向下凸出的特性。
[第二装置14中的电解]
作为第一装置12的比较,说明第二装置14中的电解反应。若控制第二装置14的恒电位仪以使电流在WE和CE之间流动,则在WE、CE上,发生下述式(4)、(5)的电化学反应。
WE:2H++2e-→H2 (4)
CE:2H2O→O2+4H++4e- (5)
即,上述式(4)的反应与上述式(2)相同,上述式(5)的反应与上述式(3)相同。
图3(A)是表示WE相对于RE的电压和CO、H2的生成比例之间的关系的图、(B)是表示WE相对于RE的电压和能量效率之间的关系的图。如上述式(4)所示,由于在第二装置14的WE上仅生成H2,因此,如图3(A)所示,无论WE相对于RE的电压如何,H2的生成比例都恒定(=1.0)。另外,若WE相对于RE的电压增高,则与此相应地H2更多地生成。因此,如图3(B)所示,电解的能量效率并不怎么变化。
[实施方式1中的电力分配控制]
由图2、3可知,在第一装置14中,根据WE相对于RE的电压,CO/H2的生成比例和能量效率发生变化,其变化程度与第二装置14相比更大。因此,如本实施方式所述,在使用来自自然能量的电力的情况下,第一装置14较大地受到上述电力变动的影响。于是,在本实施方式中,执行将发出的电力中的稳定部分供给到第一装置12、将剩下的变动部分供给到第二装置14的电力分配控制。
图4是表示本实施方式中的电力分配控制的示例的图。图4的曲线表示自然能量电力的变动情况。在本实施方式中,执行将由该曲线下方的直线表示的稳定电力供给到第一装置12、将其上方的变动电力供给到第二装置14的电力分配控制。通过执行这样的电力分配控制,可以向电力变动小时能量效率高的第一装置12优先供给大致恒定的电力,可以向对能量效率的影响相对较小的第二装置14供给变动电力。
根据以上说明的电力分配控制,可以进行与各装置的特性相吻合的供电。因此,可以在有效地利用变动的电力的同时有效地抑制能量效率降低。因此,根据本实施方式的系统,能够实现提高了与HC制造相关的能量效率的HC的制造。
另外,在上述实施方式1中,电力控制分配装置16相当于上述第一发明中的“电力分配装置”,第一装置12(CO、H2生成装置)相当于上述第一发明中的“混合气体生成装置”,电力控制分配装置16内的控制器相当于上述第一发明中的“控制装置”。
实施方式2.
接着,参照图5说明本发明的实施方式2。在本实施方式中,在上述实施方式1的系统的基础上,其特征在于,在执行上述电力分配控制时,执行后述的混合比反馈控制。因此,关于系统的各构成部件和电力分配控制,与上述实施方式1相同,因此,省略其说明。
[实施方式2中的混合比反馈控制]
在上述实施方式1中,通过执行电力分配控制,抑制了能量效率降低。但是,该电力分配控制考虑到整个HC制造过程中的电解过程中的能量效率而并未考虑与HC制造相关的整体过程的能量效率。在此,可知:作为FT反应的反应物质的CO、H2的混合比例成为CO/H2=1/2时,FT反应时的能量效率高。
于是,在本实施方式中,考虑到该FT反应时的能量效率,将在第一装置12的WE上同时生成的CO、H2的生成比例设定在CO/H2=1/2。如采用图2(A)进行说明时所述,WE上的CO、H2的生成比例依赖于第一装置12的WE相对于CE的电压的设定值。因此,CO、H2的生成比例成为CO/H2=1/2的电压值可以预先设定。
但是,在上述电力分配控制中,将从由发电装置10发出的电力减去供给到了第一装置12的电力之后剩下的电力向第二装置14供给。因此,在第二装置14中生成H2,生成的H2经由H2储存装置20被导入CO、H2储存装置18内。即,即便在第一装置12中已将CO、H2的生成比例设定在CO/H2=1/2,CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例也因在第二装置14生成的H2而变化。
于是,在本实施方式中,检测CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例,并执行将检测结果反馈到进行分配的电力中的混合比反馈控制。图5是表示本实施方式中的混合比反馈控制的示例的图。图5(A)的虚线表示向第一装置12供给的电力。另外,图5(B)所示的累积CO/H2表示CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例。
如图5(B)所示,若累积CO/H2比1/2小,则如图5(A)所示,以增大向第一装置12供给的电力的方式进行变更。如采用图2(A)进行说明时所述,若增高第一装置12的WE相对于CE的电压,则可以增大CO的生成量。即,若以增大向第一装置12供给的电力的方式进行变更,则可以提高CO/H2的生成比例。
根据以上说明的电力分配控制,可以观察累积CO/H2并改变向第一装置12供给的电力,因此,可以使CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例接近CO/H2=1/2。因此,可以将CO、H2储存装置18内的CO、H2直接投入到FT反应,因此,可以提高HC制造过程整体的能量效率。
另外,在上述实施方式2中,CO、H2储存装置18相当于上述第二发明中的“混合气体储存装置”,电力控制分配装置16内的控制器相当于上述第一发明中的“反馈控制装置”。
实施方式3.
接着,参照图6说明本发明的实施方式3。在本实施方式中,其特征在于:在将以H2为能量源进行发电的H2发电装置增加到了上述实施方式1的系统中而构成的系统中,在执行上述电力分配控制时,执行后述的电力供给控制。因此,关于除H2发电装置之外的系统的各构成部件和电力分配控制,与上述实施方式1相同,因此,省略其说明。
[实施方式3中的电力供给控制]
在上述实施方式1中,通过执行电力分配控制,抑制了能量效率降低。但是,上述实施方式1的系统是使用来自自然能量的电力的系统,因此,尽管在执行电力分配控制的过程中,向第一装置12供给的电力仍可能显著降低。
于是,在本实施方式中,如图6所示,在H2储存装置20的下游侧设置使用H2进行发电的H2发电装置22,当发电装置10的发电量降低了时,执行将由H2发电装置22发出的电力向电力控制分配装置16供给的电力供给控制。此外,该电力供给控制基于来自未图示的控制器的控制信号来执行。另外,作为利用H2发电装置22进行的发电,列举燃气轮机发电、蒸气涡轮发电、燃料电池发电及它们的混合发电。
通过执行这样的电力供给控制,可以对自然能量发电的变动进行补偿,因此,可以向第一装置12供给稳定的电力。另外,若执行电力供给控制,则H2储存装置20内的H2不向CO、H2储存装置18侧流入而在H2发电装置22中被消耗。因此,可以提高CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例向CO增加方向进行调整的调整自由度,可以使第一装置12的运转容易化。
另外,在上述实施方式3中,第二装置14(H2生成装置)相当于上述第三发明中的“氢生成装置”,H2发电装置22相当于上述第三发明中的“氢发电装置”。
实施方式4.
接着,参照图7说明本发明的实施方式4。在本实施方式中,其特征在于:在上述实施方式3的系统中,执行上述电力分配控制时,执行后述的电力供给控制和混合比反馈控制。因此,关于系统的各构成部件和电力分配控制,与上述实施方式3相同,因此,省略其说明。
[实施方式4中的电力供给控制及混合比反馈控制]
在上述实施方式3中,在发电装置10的发电量降低了时,通过执行将由H2发电装置22发出的电力向电力控制分配装置16供给的电力供给控制,对自然能量发电的变动进行了补偿。与此相对,在本实施方式中,执行将由H2发电装置22发出的电力经常性地向电力控制分配装置16供给的电力供给控制。此外,该电力供给控制基于来自未图示的控制器的控制信号来执行。另外,在本实施方式中,与上述实施方式2同样地,检测CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例,并执行将该检测结果反馈到进行分配的电力中的混合比反馈控制。
图7是表示本实施方式中的电力供给控制及混合比反馈控制的示例的图。图7(A)的虚线表示向第一装置12供给的电力。另外,图7(B)所示的累积CO/H2表示CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例。
在图7(A)的S点以后执行了电力供给控制的情况下,可以在一定程度上补偿自然能量电力的变动。因此,在混合比反馈控制时可以使能够变更的电力的上限值上升。因此,如图7(B)所示,若累积CO/H2比1/2小,则如图7(A)所示,以增大向第一装置12供给的电力的方式进行变更。由此,可以提高CO/H2的生成比例以使其接近1/2。
根据以上说明的电力供给控制及混合比反馈控制,在对自然能量电力的变动进行补偿的同时可以观察累积CO/H2并改变向第一装置12供给的电力。因此,可以使能够变更的电力的上限值上升,所以,可以使CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例高精度地接近CO/H2=1/2。因此,可以将CO、H2储存装置18内的CO、H2直接投入到FT反应,所以,可以进一步提高HC制造过程整体的能量效率。
实施方式5.
接着,参照图8说明本发明的实施方式5。在本实施方式中,其特征在于:将上述实施方式1的H2生成装置替换成后述的CO、H2生成装置,并执行后述的电力分配控制。因此,关于除该CO、H2生成装置之外的系统的各构成部件,与上述实施方式1相同,因此,省略其说明。
[实施方式5中的电力分配控制]
本实施方式的第二装置14是与第一装置12相同的CO、H2生成装置,在其电源供给部组合蓄电装置而构成。因此,虽然存在因电力的输入输出而造成的损失,但利用蓄电装置可以使向第二装置14供给的电力的变动在一定程度上平滑化。图8是表示本实施方式中的电力分配控制的示例的图。图8的曲线表示自然能量电力的变动。在本实施方式中,执行与上述实施方式1相同的电力分配控制。但是,在本实施方式中,通过蓄电装置,如图8的单点划线那样平滑化了的稳定电力被供给到第二装置14。因此,不仅在第一装置12中,在第二装置14中也能够能量效率高地生成CO、H2。
此外,在上述实施方式5中,第二装置14(CO、H2生成装置)相当于上述第五发明中的“混合气体生成装置”,第二装置14的蓄电装置相当于上述第五发明中的“充电放电装置”。
实施方式6.
接着,参照图9说明本发明的实施方式6。在本实施方式中,其特征在于:将上述实施方式1的H2生成装置替换成后述的送风/送液装置,将H2储存装置20替换成后述的大气CO2回收装置,并执行后述的电力分配控制及电解液供给控制。因此,关于除这些装置之外的系统的各构成部件,与上述实施方式1相同,因此,省略其说明。
如上述实施方式1中已说明的那样,第一装置12具有内部装满溶解了CO2的电解液的电解槽。因此,若使电流在WE和CE之间流动,则可以利用CO2的电解来生成CO。但是,电解液中的CO2量随着CO的生成而一同减少,因此,为了稳定地生成CO,需要从外部向电解槽中补充CO2。于是,在本实施方式中,如图9所示,作为第二装置14,设置送风/送液装置。
第二装置14通过与大气CO2回收装置24进行组合,从而起到将电解液输送到第一装置12的作用。作为送液装置起作用时的第二装置14是使CO2吸收液兼电解液经由大气CO2回收装置24将其输送到第一装置12的送液泵。在该情况下,大气CO2回收装置24作为暂时存积CO2吸收液兼电解液的存积罐起作用。另一方面,作为送风装置起作用时的第二装置14是将大气中的CO2送到大气CO2回收装置24内的送风泵。在该情况下,大气CO2回收装置24在内部具有CO2吸收液兼电解液,作为将溶解了CO2这种状态的CO2吸收液兼电解液输送到第一装置12的送液泵起作用。
[实施方式6中的电力分配控制及电解液供给控制]
但是,若将变动电力供给到第二装置14(或者大气CO2回收装置24),则溶解到大气CO2回收装置24内的吸收液兼电解液中的CO2量、向第一装置12输送的CO2吸收液兼电解液量产生变动。因此,存在CO2量、CO2吸收液兼电解液量的变动对第一装置12中的CO/H2的生成比例、能量效率带来影响的可能性。但是,因CO2量、CO2吸收液兼电解液量的变动而带来的影响与因被供给到第一装置12的电力的变动而带来的影响相比更小。
于是,在本实施方式中,执行将由发电装置10发出的电力中的稳定部分供给到第一装置12、将剩下的变动部分供给到第二装置14(或者大气CO2回收装置24)的电力分配控制。除此之外,在本实施方式中,在大气CO2回收装置24内的CO2浓度达到了某一浓度的时刻执行向第一装置12集中输送电解液的电解液供给控制。此外,该电解液供给控制基于来自未图示的控制器的控制信号来执行。若执行这样的电力分配控制和电解液供给控制,则可以将变动电力对CO/H2的生成比例、能量效率带来的影响抑制在最小限度。
以上,根据本实施方式的系统,可以向第一装置12补充CO2,因此,可以在第一装置12稳定地生成CO。另外,根据本实施方式的电力分配控制及电解液供给控制,可以在将变动电力对CO/H2的生成比例、能量效率带来的影响抑制在最小限度的同时生成CO、H2。
另外,在上述实施方式6中,第二装置14(送风/送液装置)及大气CO2回收装置24相当于上述第六发明中的“二氧化碳供给装置”。
另外,在上述实施方式6中,第二装置14(送液装置)或第二装置14作为送风装置起作用时的大气CO2回收装置24相当于上述第七发明中的“二氧化碳回收装置”。
另外,在上述实施方式6中,第二装置14(送风装置)相当于上述第八发明中的“大气导入装置”,第二装置14作为送风装置起作用时的大气CO2回收装置24相当于上述第八发明中的“送液装置”。
实施方式7.
接着,参照图10说明本发明的实施方式7。在本实施方式中,其特征在于,构成如下系统:将上述实施方式6的送风/送液装置替换成送液装置,进而在该送液装置和大气CO2回收装置24之间增加吸收液存储罐和水力涡轮发电机,使CO2吸收液兼电解液在这些装置和第一装置12之间循环。而且,在本实施方式中,其特征在于:在执行上述电力分配控制及上述电解液供给控制时,执行后述的电力供给控制。因此,关于除送液装置、存积罐和水力发电装置之外的系统的各构成部件、电力分配控制及电解液供给控制,与上述实施方式6相同,因此,省略其说明。
如上述实施方式6所述,电解液中的CO2量随着CO的生成而一同减少,因此,为了稳定地生成CO,需要从外部向电解槽中补充CO2。于是,在本实施方式中,如图10所示,作为第二装置14,设置送液装置。第二装置14通过与吸收液存储罐26、水力涡轮发电机28及大气CO2回收装置24进行组合,从而起到将CO2吸收液兼电解液输送到第一装置12的作用。
具体而言,第二装置14作为向设置在比第一装置12高的位置的吸收液存储罐26抽送CO2吸收液兼电解液的抽液泵起作用。吸收液存储罐26作为暂时存积CO2吸收液兼电解液的存积罐起作用。水力涡轮发电机28作为使CO2吸收液兼电解液利用重力从吸收液存储罐26流下时利用其势能使涡轮旋转来发电的水力发电装置起作用。大气CO2回收装置24作为将CO2吸收液兼电解液输送到第一装置12的送液泵起作用。另外,由于第一装置12与第二装置14连接,因此,CO2吸收液兼电解液自第一装置12被排出后再次流入第二装置14。
另外,如上述实施方式6所述,若将变动电力供给到第二装置14,则向第一装置12输送的CO2吸收液兼电解液量产生变动。因此,存在CO2吸收液兼电解液量的变动对第一装置12中的CO/H2的生成比例、能量效率带来影响的可能性。于是,在本实施方式中,使吸收液存储罐26具有足够的容积。由此,可以吸收因变动电力的供给而产生的CO2吸收液兼电解液量的变动,因此,可以良好排除变动电力对CO/H2的生成比例、能量效率带来的影响。
[实施方式7中的电力供给控制]
另外,如上述实施方式3所述,在执行电力分配控制的过程中存在向第一装置12供给的电力显著降低的可能性。于是,在本实施方式中,在发电装置10的发电量降低了时,执行将由水力涡轮发电机28发出的电力供给到电力控制分配装置16的电力供给控制。此外,该电力供给控制基于来自未图示的控制器的控制信号来执行。若进行这样的电力供给控制,则可以对自然能量发电的变动进行补偿,因此,可以向第一装置12供给稳定的电力。因此,也可以获得与上述实施方式3大致相同的效果。
以上,根据本实施方式的系统,可以向第一装置12补充CO2,因此,可以在第一装置12中稳定地生成CO。另外,在本实施方式的系统中,使吸收液存储罐26具有足够的容积,因此,可以良好地排除变动电力对CO/H2的生成比例、能量效率带来的影响。另外,根据本实施方式的电力供给控制,可以对自然能量发电的变动进行补偿,因此,可以向第一装置12供给稳定的电力。因此,可以提高CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例向CO增加方向进行调整的调整自由度,可以使第一装置12的运转容易化。
另外,在上述实施方式7中,第二装置14(送液装置)、吸收液存储罐26、水力涡轮发电机28及大气CO2回收装置24相当于上述第六发明中的“二氧化碳供给装置”。
另外,在上述实施方式7中,大气CO2回收装置24相当于上述第七发明中的“二氧化碳回收装置”。
另外,在上述实施方式7中,吸收液存储罐26相当于上述第九发明中的“电解液存积装置”,水力涡轮发电机28相当于上述第九发明中的“水力发电装置”,大气CO2回收装置24相当于上述第九发明中的“送液装置”。
实施方式8.
接着,参照图11说明本发明的实施方式8。在本实施方式中,其特征在于:将上述实施方式6的送风/送液装置及大气CO2回收装置分别替换成CO2吸收剂再生装置及CO2溶解装置。因此,关于除CO2吸收剂再生装置及大气CO2回收装置之外的系统的各构成部件和电解液供给控制,与上述实施方式6相同,因此,省略其说明。
如上述实施方式6所述,电解液中的CO2量随着CO的生成而一同减少,因此,为了稳定地生成CO,需要从外部向电解槽中补充CO2。于是,在本实施方式中,如图11所示,作为第二装置14,设置CO2吸收剂再生装置。第二装置14通过与CO2溶解装置30进行组合,从而起到将电解液输送到第一装置12的作用。具体而言,第二装置14具有:未图示的加热器、水添加装置、以及具有CO2吸收特性的CO2吸收剂(例如氢氧化钠或氢氧化钙)。CO2吸收剂在利用加热器进行加热时使CO2脱离,从水添加装置添加水时,再生CO2吸收特性。因此,在第二装置14中,若反复进行CO2的脱离和CO2吸收特性的再生,则可以从大气分离CO2并将其供给到CO2溶解装置30。另外,CO2溶解装置30在内部具有CO2吸收液兼电解液,使从第二装置14输送来的CO2溶解在该CO2吸收液兼电解液中,并作为将其向第一装置12输送的送液泵起作用。
[实施方式8中的电力分配控制]
若将变动电力供给到第二装置14,则单位时间内的加热量产生变动。但是,由于CO2吸收剂具有热容量,因此,即便单位时间内的加热量产生了变动,也会随着时间的经过而达到再生温度并可以产生CO2。于是,在本实施方式中,执行将由发电装置10发出的电力中的稳定部分供给到第一装置12、将剩下的变动部分供给到第二装置14的电力分配控制。若执行这样的电力分配控制,则可以将变动的电力有效地用于产生CO2。
以上,根据本实施方式的系统,可以向第一装置12补充CO2,因此,在第一装置12中可以稳定地生成CO。另外,根据本实施方式的电力分配控制,可以将变动的电力有效地用于产生CO2。
另外,在上述实施方式8中,第二装置14(CO2吸收剂再生装置)及CO2溶解装置30相当于上述第六发明中的“二氧化碳供给装置”。
另外,在上述实施方式8中,CO2溶解装置30相当于上述第七发明中的“二氧化碳回收装置”。
另外,在上述实施方式8中,第二装置14(CO2吸收剂再生装置)相当于上述第十发明中的“二氧化碳吸收再生装置”。
实施方式9.
接着,参照图12说明本发明的实施方式9。在本实施方式中,其特征在于:将上述实施方式6的送风/送液装置替换成后述的CO2加压泵,将大气CO2回收装置24替换成后述的高压CO2存储罐,并在执行上述电力分配控制及上述电解液供给控制时执行后述的电力供给控制。因此,关于除CO2加压泵和高压CO2存储罐之外的系统的各构成部件、电力分配控制及电解液供给控制,与上述实施方式6相同,因此,省略其说明。
如上述实施方式6所述,由于电解液中的CO2量随着CO的生成而一同减少,因此,为了稳定地生成CO,需要从外部向电解槽中补充CO2。于是,在本实施方式中,如图12所示,作为第二装置14,设置CO2加压泵。第二装置14通过与低压CO2存储罐32、大气CO2回收装置34及高压CO2存储罐36进行组合,从而起到将CO2吸收液兼电解液输送到第一装置12的作用。在高压CO2存储罐36内具有CO2吸收液兼电解液。该CO2吸收液兼电解液通过第二装置14的加压来吸收CO2,并通过未图示的送液泵被输送到第一装置12。另外,通过第二装置14被加压的CO2使用通过大气CO2回收装置34被回收并暂时存积在低压CO2存储罐32内的CO2。
[实施方式9中的电力供给控制]
若将变动电力供给到第二装置14,则CO2加压泵的驱动产生变动。于是,在本实施方式中,在电力增加的情况下,使CO2加压泵作为送风泵起作用,使高压CO2存储罐36吸收CO2。在本实施方式中,进而在电力降低的情况下,利用来自高压CO2存储罐36的一部分压力,反向驱动CO2加压泵并使其作为发电机起作用,并执行将电力供给到电力控制分配装置16的电力供给控制。此外,该电力供给控制基于来自未图示的控制器的控制信号来执行。若执行这样的电力供给控制,则可以对自然能量发电的变动进行补偿,因此,可以向第一装置12供给稳定的电力。因此,可以获得与上述实施方式3大致相同的效果。
以上,根据本实施方式的系统,可以向第一装置12补充CO2,因此,可以在第一装置12中稳定地生成CO。另外,根据本实施方式的电力供给控制,可以对自然能量发电的变动进行补偿,因此,可以向第一装置12供给稳定的电力。因此,可以提高CO、H2储存装置18内的CO、H2的混合比例向CO增加方向进行调整的调整自由度,可以使第一装置12的运转容易化。
另外,在上述实施方式9中,第二装置14(CO2加压泵)、低压CO2存储罐32、大气CO2回收装置34及高压CO2存储罐36相当于上述第六发明中的“二氧化碳供给装置”。
另外,在上述实施方式9中,高压CO2存储罐36相当于上述第七发明中的“二氧化碳回收装置”。
另外,在上述实施方式9中,第二装置14(CO2加压泵)相当于上述第十一发明中的“旋转电机”,高压CO2存储罐36相当于上述第十一发明中的“二氧化碳回收装置”。
附图标记说明
10 发电装置
12 第一装置
14 第二装置
16 电力控制分配装置
18 CO、H2储存装置
20 H2储存装置
22 H2发电装置
24、34 大气CO2回收装置
26 吸收液存储罐
28 水力涡轮发电机
30 CO2溶解装置
32 低压CO2存储罐
36 高压CO2存储罐
Claims (12)
1.一种燃料制造系统,其特征在于,具有:
发电装置,该发电装置产生变动电力;
电力分配装置,该电力分配装置与所述发电装置连接,将电力分配给多个电力负载;
混合气体生成装置,该混合气体生成装置为所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给,对水和二氧化碳进行电解而生成由氢和一氧化碳构成的混合气体;以及
控制装置,该控制装置控制所述电力分配装置,以便将比在设定时间内由所述发电装置产生的最小电力小的规定电力供给到所述混合气体生成装置。
2.如权利要求1所述的燃料制造系统,其特征在于,还具有:
混合气体储存装置,该混合气体储存装置与所述混合气体生成装置连接,储存所述混合气体;以及
反馈控制装置,该反馈控制装置对所述规定电力进行反馈控制,以使所述混合气体储存装置内的氢和一氧化碳的物质的量之比达到预定的设定比。
3.如权利要求1或2所述的燃料制造系统,其特征在于,还具有:
氢生成装置,该氢生成装置是所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给并生成氢;
氢发电装置,该氢发电装置使用由所述氢生成装置生成的氢来产生电力。
4.如权利要求3所述的燃料制造系统,其特征在于,
当利用所述控制装置控制所述电力分配装置以便将所述规定电力供给到所述混合气体生成装置时,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,所述氢发电装置将其产生的电力供给到所述电力分配装置。
5.如权利要求1~4中任一项所述的燃料制造系统,其特征在于,
还具有充电放电装置,该充电放电装置是所述电力负载之一,能够将由所述电力分配装置分配的电力充电放电,
而且还具有利用来自所述充电放电装置的电力对水和二氧化碳进行电解而生成由氢和一氧化碳构成的混合气体的混合气体生成装置。
6.如权利要求1~5中任一项所述的燃料制造系统,其特征在于,
还具有二氧化碳供给装置,该二氧化碳供给装置是所述电力负载之一,接收由所述电力分配装置分配的电力的供给,回收大气中的二氧化碳并将回收的二氧化碳供给到所述混合气体生成装置。
7.如权利要求6所述的燃料制造系统,其特征在于,
所述二氧化碳供给装置具有在内部具有电解液的二氧化碳回收装置,该电解液具有二氧化碳吸收特性。
8.如权利要求7所述的燃料制造系统,其特征在于,
所述二氧化碳供给装置具有:
将大气导入所述二氧化碳回收装置的大气导入装置、以及
将所述二氧化碳回收装置内的电解液输送到所述混合气体生成装置的送液装置。
9.如权利要求7所述的燃料制造系统,其特征在于,还具有:
电解液存积装置,该电解液存积装置配置在所述二氧化碳回收装置的下游且处于该二氧化碳回收装置的上方,将自所述混合气体生成装置排出的电解液暂时存积;
水力发电装置,该水力发电装置具有利用自所述电解液存积装置落下的电解液进行旋转的涡轮,利用所述涡轮的旋转产生电力,并且,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,所述水力发电装置将其产生的电力供给到所述电力分配装置;以及
送液装置,该送液装置将自所述电解液存积装置落下的电解液输送到所述混合气体生成装置。
10.如权利要求7所述的燃料制造系统,其特征在于,
所述二氧化碳供给装置具有二氧化碳吸收再生装置,该二氧化碳吸收再生装置设置在所述二氧化碳回收装置的上游且在内部具有吸收剂,该吸收剂具有二氧化碳吸收特性,利用热将吸收的二氧化碳放出,并且利用水来再生二氧化碳吸收特性。
11.如权利要求7所述的燃料制造系统,其特征在于,
所述二氧化碳供给装置具有旋转电机,该旋转电机设置在所述二氧化碳回收装置的上游并具有涡轮,该旋转电机作为利用所述涡轮的旋转对二氧化碳进行压缩并导入所述二氧化碳回收装置的加压泵起作用,在由所述发电装置产生的电力低于所述规定电力的情况下,该旋转电机作为利用所述二氧化碳回收装置内的压缩二氧化碳使所述涡轮反转来产生电力并将产生的电力供给到所述电力分配装置的发电机起作用。
12.如权利要求1~11中任一项所述的燃料制造系统,其特征在于,
所述发电装置具有太阳光发电装置、太阳热发电装置、风力发电装置、潮汐发电装置及地热发电装置中的至少一个。
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