CN115362611A - 广域供电系统 - Google Patents

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Abstract

关于本发明的广域供电系统(1)，作为利用了不需要现有的送电铁塔等的氢能的广域的供电网，提供一种广域供电系统，对环境的负担小，经济性也优异，由如下要素构成：1次发电站(1)；氢制造设施(2)，其通过1次发电站(1)的电来制造氢；1次氢储藏设施(3)，其广域地分散配置；2次氢储藏设施(4)，其对各个1次氢储藏设施(3)分散配置；地域电网(6)，其将电力送往居住区域内的电力消耗设施或住户；2次发电设施(5)，其对居住区域设置，将经由1次氢储藏设施(3)或2次氢储藏设施(4)输送来的氢转换为电力；和输送单元，其是在氢制造设施(2)与1次氢储藏设施(3)之间、1次氢储藏设施(3)与2次氢储藏设施(4)之间以及1次氢储藏设施(3)或2次氢储藏设施(4)与2次发电设施(5)之间输送氢的拖车(7)等。

Description

广域供电系统
技术领域
本发明涉及利用了不需要现有的送电铁塔等的氢能的广域供电系统。
背景技术
由温室效应气体的排出所引起的地球温暖化成为较大的问题。作为其解决手段之一，利用了氢能的供电系统受到关注，进行了许多证实实验，此外一部分被实用化。
利用了氢能的供电系统的一个方式大致如下：利用由发电站或发电设备发出的电由氢制造装置或氢制造设施制造氢，将所制造的氢储藏在氢储藏装置或氢储藏设施，在氢气轮机等中利用所储藏的氢进行氢发电，作为通常的电力进行供给。
除此以外，在加氢站中对燃料电池汽车供给氢等，来利用氢能。
作为与氢能的利用相关的技术，例如有以下的专利文献所记载的发明。
在专利文献1中，作为能对氢汽车以及燃料电池汽车利用可再生能源来稳定且高效率地自主供给能源的方法，公开了一种电力氢供给系统，具备：可再生能源发电组件；蓄电组件，其蓄积所发电的电力的一部分；水供给组件，其供给电解用的水；水电解组件，其将由水供给组件供给的水通过由蓄电组件蓄电的电力进行电解，来制造氢以及氧；氢储藏组件，其储备由水电解组件制造的氢；氧储藏组件，其储备由水电解组件制造出的氧；氢发电组件，其使用氢储藏组件中所储备的氢来进行发电；水回收组件，其将氢发电组件发电时产生的水回收；蓄热组件，其将在可再生能源发电组件内发电时产生的热蓄积，在水电解组件制造氢时将热供给到所述水电解组件；电力供给组件，其将蓄电组件中蓄电的电力供给到供给对象；氢供给组件，其将氢储藏组件中储藏的氢或包含氢的媒介供给到供给对象；和管理组件，其监视各组件中的电力、氢、热的供需状况，基于监视的供需状况来控制各组件的运转，以使得弥补今后的不足的量。
在专利文献2中，作为建筑物用的氢能供给系统，公开了一种系统，该系统具备：氢能生成部，其使用所储藏的氢来生成电力；电力供给部，其能经由对建筑物的外部供给电力的第1路线以及对建筑物的内部供给电力的第2路线当中的至少任一者来供给从氢能生成部供给的电力；和控制部，其控制电力供给部所供给的电力，在电力系统停电的情况下，进行使经由第1路线的电力供给开始的控制以及使第1路线中的电力的供给范围增加的控制当中的至少任一者。
在专利文献3中，作为能在与能源网之间更有效地进行能源的授受的氢能系统，公开了一种氢能系统，具备：取得部，其取得关于氢制造预先确定的多个时间序列的物理量；设定部，其对每个时间序列的物理量设定优先度；和计划部，其生成相互关联的多个时间序列的计划值，对应于每个物理量的优先度来生成与多个时间序列的物理量分别对应的计划值。
在专利文献4中，公开了一种氢能储藏系统，具备：氢制造部，其使用从由可再生能源进行发电的发电部供给的电力，通过水的电解来制造氢；氢储藏部，其储藏氢制造部所制造的氢；氢发电部，其将使用经由与氢储藏部连通的路径取得的氢而发电的电力供给到负载；供给部，其将在氢储藏部储藏的氢通过与供给到氢发电部的路径不同的路径进行供给；氢量取得部，其取得供给部在特定期间供给的第1氢量；和控制部，其根据第1氢量来控制氢发电部以及氢制造部当中的至少一方。
在专利文献5中，作为能不使作为系统整体的运用停止地诊断氢吸藏能力的劣化度的电力供给技术，公开了一种供电系统，该供电系统具备：氢制造部，其使用从发电装置输入的电力来制造第1氢气；其连接至少2个以上的罐，输送该第1氢气的第1输送管，并且在内部收容有氢吸藏材料；燃料电池，其输送经由与这些多个罐连接的第2输送管从氢吸藏材料放出的第2氢气；减压泵，其在将多个当中任一个罐中的第1氢气以及第2氢气双方的输送关闭的状态下对该罐的内部进行减压；第3输送管，其对减压后的罐的内部输送第3氢气；和测量部，其测量该第3氢气的输送量。
除此以外，在专利文献6中，作为能将由氢制造成套设备制造出的氢容易地且在短时间内输送到设为目的的氢消耗设施、此外能利用已有的设备的氢的输送系统，公开了一种氢的输送系统，具备通过利用自然能源而发电的电力对水进行电解来制造氢的氢制造成套设备，并具备：收容单元，其将所制造的氢收容于多个输送罐；第1输送单元，其装载该多个输送罐输送到加氢站附近的港湾设备；和第2输送单元，其对以从第1输送单元卸下的输送罐为目的的每个加氢站进行单独输送。
此外，在专利文献7中，关于利用氢能的电力网的方式，有关于如下的记载：使用所生成的氢气将由氢发电装置发电的电力供给到生产制造设施、娱乐体育设施、购物中心等商业流通设施、行政机关等公共设施、化学工厂、基础设施、独栋住宅、公寓等住宅设施、对屎尿、厨余垃圾等进行处理的生物处理装置、萘烷/环己烷供给站、有机氢化物中心等使用电力的各种用途。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6005503号公报
专利文献2：国际公开WO2017/098662
专利文献3：国际公开WO2018/078875
专利文献4：国际公开WO2018/069993
专利文献5：国际公开WO2018/078695
专利文献6：日本特开2005-220946号公报
专利文献7：日本特开2002-234703号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
氢能是几乎不排出与地球温暖化相关的二氧化碳等有害物质的清洁且环保的能源，并且具有能进行储藏、输送这样的优点。
另一方面，在现状中，存在与制造氢的成本、氢的输送成本、将所制造的氢转换为电、热时的转换效率、成本相关的缺点。
但是，在现状的基于送电铁塔、送电线的供电网中，用于其整修的建设成本、维持成本也是庞大的，此外，存在由于地震、台风等自然灾害而供电网被切断这样的问题。此外，老化后的铁塔的翻修、更换的费用也变得庞大。
另一方面，关于现状中被视作氢能利用中的缺点的成本、转换效率的课题，随着氢能利用扩展，并且随着氢关联技术的进步，预期大幅改善，因此，长期的成本减少，能期待大的经济上的效果。
本发明的广域供电系统是基于上述那样的背景而做出的发明，其目的在于，提供一种作为利用了不需要现有的送电铁塔等的氢能的广域的供电网，对环境的负担小，经济性也优异，能将自然灾害等带来的影响抑制在最小限度的广域供电系统。
-用于解决课题的手段-
本发明的广域供电系统谋求氢能的利用，其特征在于，具备：1个或多个1次发电站，其进行相广域的电力供给；氢制造设施，其通过在所述1次发电站中发电的电来制造氢；多个1次氢储藏设施，其广域地分散配置，储藏在所述氢制造设施中制造的氢；多个2次氢储藏设施，其对各个所述1次氢储藏设施分散配置多个；地域电网，其铺设于多个特定的居住区域内，将电力送往各特定的居住区域内的电力消耗设施或住户；2次发电装置或2次发电设施，其对各个所述特定的居住区域设置，将经由所述1次氢储藏设施或2次氢储藏设施输送来的氢转换为电力；和多个输送单元，其在所述氢制造设施与所述1次氢储藏设施之间、所述1次氢储藏设施与所述2次氢储藏设施之间以及所述1次氢储藏设施或所述2次氢储藏设施与所述2次发电设施之间输送所述氢。
本发明中的地域电网主要设想由设置在特定的居住区域内的地下的电力线缆构成的电力网。本发明能排除现有的利用沿着多个送电铁塔挂满的送电线等进行的送电方式，期望设为在都市内也不使用电线杆等而是基于配置在地下的地中电力线缆的电力的供给方式。
由此，具有能营造都市本来的美丽的景观、并且难以受到自然灾害等带来的影响这样的效果。
1次发电站优选为利用对环境的负担少的可再生能源的水力发电设施、太阳能发电设施或具备风力发电设施的发电站等，但根据条件，在确保基于可再生能源的发电的供给量之前，也考虑并用以前的其他发电站的情况。
本发明中的氢制造设施设想使用在1次发电站中发电的电来进行制造，一般是将水电解来制造氢的方式，但并不限定于此。
本发明中所说的特定的居住区域例如是指具备都市功能的居住区域，该都市功能具备作为建筑物的集合住宅、办公楼、公共设施、医院。这些特定的居住区域可以包含单独住宅等的住户，此外，设想具备公园、森林、湖、娱乐设施、多种交通机构、交通设施、构成人们生活的一个都市空间的居住区域。
更具体而言，例如在日本专利第6501961号公报所示那样的都市，其作为具备耐洪水墙的居住空间，该居住空间具备如下都市构造：在作为建筑物的集合住宅、酒店、办公楼、医院建筑物或工厂的周围，与建筑物空开间隔，以除了作为平常的出入口的开口部以外的建筑物的大致整周的形式具有水密性，该耐洪水墙是具有在应用对象地域设想的浸水深度以上的高度且具有能抵抗所设想的浸水深度以上的水压的耐力的围墙，在该开口部设有在浸水时将开口部水密地闭塞的开口部闭塞单元。
此外，在使分散的多个特定的居住区域间的剩余的土地中，也能整修高速道路网、铁道网，或制作将自然环境原样不变地留下的地域，进而能做出人工的森林、湖、大规模的公园、休闲设施等。
本发明中的2次发电装置或2次发电设施是用于将氢能再转换为电，并供给到上述的地域电网的装置或设备，在其一部分或全部，作为大容量的能源转换方式，优选为氢气轮机发电站的方式。
这样的氢气轮机发电站若设置在接近特定的居住区域外部的特定的居住区域的场所，则不会对该居住区域内的交通带来影响，能将再转换后的电供给到地域电网。
此外，作为将氢能再转换为电的其他方式，有氢燃料引擎或氢燃料电池，能在2次发电装置或2次发电设施当中的一部分设置氢燃料引擎或氢燃料电池来进行2次发电。在氢燃料引擎或氢燃料电池的情况下，由于难以进行氢气轮机发电站那样的大容量的发电，因此根据都市计划适当配置即可。
输送单元能使用拖车(Trailer)或氢瓶(curdle)形式的高压氢输送车辆等。通过在氢制造设施与1次氢储藏设施之间、1次氢储藏设施与2次氢储藏设施之间、1次氢储藏设施或2次氢储藏设施与2次发电设施之间造出适于大型车辆的通行的道路并进行整修，这些车辆能构筑取代现有的基于送电铁塔进行的电力网的氢输送车辆主体的供电网。
此外，在从氢制造设施到1次氢储藏设施、从1次氢储藏设施到下一个氢储藏设施、从1次氢储藏设施或2次氢储藏设施到2次发电设施这样的阶段性的结构中，随着接近作为电力的消耗地的特定的居住区域而从大型的输送单元的利用转向小型的输送单元的利用，通过整修与此相应的交通网，能构筑效率高的广域供电系统。
此外，根据成为应用对象的地域的特性，也能在输送的一部分中并用利用了河流、海的往来手段即船舶的输送。
在特定的居住区域内，也可以与上述的地域电网分开地设置处置氢的1个或多个加氢站，使得能对燃料电池汽车(FCV)等车辆供给氢，或者直接对特定的居住区域内的工厂、医院等电力消耗设施、或家庭等供给氢。
在能通过地域电网有效地设置电气的布线的情况下，也能将送到加氢站的氢转换为电，直接供给到消耗者。例如，若在各个家庭设置氢燃料引擎装置或家庭用氢燃料电池作为小型的发电装置，则不仅能利用来自地域电网的电，还能直接在各家庭中并用氢能地来利用。在该情况下，还能在向电转换的同时，将热能以温水等形式取出并加以利用。
即，能在特定的居住区域内的电力消耗设施或住户的至少一部分设置利用氢的单独的发电单元和氢供给单元，以使得能单独利用氢能所产生的电等。
在家庭或比较小规模的电力消耗设施中的小容量中，关于氢能的使用，考虑家庭用氢燃料电池或小型的氢燃料引擎等的利用，在该情况下，作为氢供给单元，能利用能更换为盒式的氢罐等。
-发明效果-
本发明的广域供电系统是利用几乎不排出与地球温暖化相关的二氧化碳等有害物质的清洁且环境的负担少的氢能的系统，此外，氢能具有能储藏、输送这样的优点。
作为1次发电站，若使用利用了对环境的负担少的可再生能源的水力发电设施、太阳能发电设施或具备风力发电设施的发电站等，则能对地球温暖化、其他环境问题的解决总体上做出较大贡献。
在现状中，存在与制造氢的成本、氢的输送成本、将所制造的氢转换为电、热时的转换效率、成本相关的缺点，但基于送电铁塔、送电线的供电网中，用于其整修的建设成本、维持成本也是庞大的，此外，存在因地震、台风等自然灾害而供电网被切断这样的问题、老化后的铁塔的翻修、更换的费用也变得庞大这样的问题，在长期来看的情况下，利用作为输送单元的拖车、氢瓶等车辆的自由度高，反而可以说是经济的系统。
此外，送电铁塔、送电线会大幅损毁景观，通过将它们排除，能保全自然的美丽的景观。此外，送电铁塔、送电线有可能因台风、地震等自然灾害而产生大的经济损失，与此相对，车辆等输送单元难以受到灾害的损害，即使在受到损害的情况下，车辆等的代替也容易，在这方面，经济性也高。
利用所制造的氢进行的氢能大量保存、移动的自由度高，因此在电力的供给中，不仅能保护都市、地域、国家免受灾害，还能根据当时的状况来可变地供给电力。
此外，现状中被视作氢能利用中的缺点的成本、转换效率随着氢能利用的扩展，此外伴随氢关联技术的进步而能预期大幅的改善，因此，长期来看成本减少，能期待大的经济上的效果。
附图说明
图1是表示本发明的广域供电系统的整体系统的概念图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明。
图1是概念性地表示本发明的广域供电系统的整体系统的图。
图中的大致的电力供给系统的流程成为1次发电站1、氢制造设施2、1次氢储藏设施3、2次氢储藏设施4、2次发电设施5(氢气轮机发电站)、地域电网6。
首先，将在1次发电站1中发电的电送往在1次发电站1中附带或设置于1次发电站1的附近的氢制造设施2，在氢制造设施2中制造氢。
作为1次发电站1，从环境保护的观点出发，期望利用水力发电站1a、风力发电站1b或太阳能发电站1c这样的基于可再生能源的发电站。
在氢制造设施2中设置有水电解装置等，能使用从1次发电站1送来的电来制造氢。
在氢制造设施2中制造出的氢利用拖车7等输送单元被送往广域地分散配置的1次氢储藏设施。
进而，对各个1次氢储藏设施3分散配置多个作为更小型的储藏设施的2次氢储藏设施4，根据需要从1次氢储藏设施3朝向2次氢储藏设施4，通过拖车7等输送单元运送氢，储藏到2次氢储藏设施4。
2次氢储藏设施4的规模小的设施有时成为作为对燃料电池汽车(FCV)等车辆供给氢的设施而使用的加氢站程度的设施。
地域电网6设想由设置于特定的居住区域内的地下的电力线缆构成的电力网。通过设为在都市内也不使用电线杆等而是基于配设在地下的地中电力线缆的电力的供给方式，能营造并维持美丽的景观。
与特定的居住区域的地域电网6接近地设置氢气轮机发电站等2次发电设施5，利用从上述的2次氢储藏设施4或1次氢储藏设施3直接由拖车7等运送来的氢进行2次发电，将通过该2次发电而产生的电供给到地域电网6。
此外，作为将氢能再转换为电的其他方式，能在特定的居住区域内的各家庭中设置氢燃料引擎或氢燃料电池等2次发电装置8，与地域电网6的电力分开或并用来利用。
关于家庭用或比较小规模的电力消耗设施中的小容量且氢能的使用，考虑家庭用氢燃料电池或小型的氢燃料引擎等的利用，在该情况下，作为氢供给单元，能利用能更换为盒式的氢罐等。
-符号说明-
1…1次发电站、1a…水力发电站、1b…风力发电站、1c…太阳能发电站、2…氢制造设施、3…1次氢储藏设施、4…2次氢储藏设施、5…2次发电设施(氢气轮机发电站)、6…地域电网、7…拖车、8…2次发电装置。

Claims (10)

1.一种广域供电系统，其特征在于，具备：
1个或多个1次发电站，其用于进行向广域的电力供给；
氢制造设施，其通过在所述1次发电站中发电的电来制造氢；
多个1次氢储藏设施，其广域地分散配置，储藏在所述氢制造设施中制造的氢；
多个2次氢储藏设施，其对各个所述1次氢储藏设施分散配置多个；
地域电网，其铺设于多个特定的居住区域内，将电力送往各特定的居住区域内的电力消耗设施或住户；
2次发电装置或2次发电设施，其对各个所述特定的居住区域设置，将经由所述1次氢储藏设施或2次氢储藏设施输送来的氢转换为电力；
多个输送单元，其在所述氢制造设施与所述1次氢储藏设施之间、所述1次氢储藏设施与所述2次氢储藏设施之间、以及所述1次氢储藏设施或所述2次氢储藏设施与所述2次发电设施之间输送所述氢，
所述地域电网主要由设置在所述特定的居住区域内的地下的电力线缆构成。
2.根据权利要求1所述的广域供电系统，其特征在于，
所述1次发电站是具备水力发电设施、太阳能发电设施或风力发电设施的发电站。
3.根据权利要求1或2所述的广域供电系统，其特征在于，
所述氢制造设施是使用在所述1次发电站中发电的电将水电解来制造氢的设施。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
所述特定的居住区域是具备都市功能的居住区域，所述都市功能至少具备作为建筑物的集合住宅、办公楼、公共设施以及医院。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
所述2次发电装置或2次发电设施当中的至少一部分是氢气轮机发电站。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
所述2次发电装置或2次发电设施当中的一部分利用氢燃料引擎或氢燃料电池。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
所述输送单元是拖车或氢瓶形式的输送车辆。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
在所述特定的居住区域内设置用于单独供给所述氢的1个或多个加氢站。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的广域供电系统，其特征在于，
在所述特定的居住区域内的电力消耗设施或住户的至少一部分设置利用氢的单独的发电单元和氢罐。
10.根据权利要求9所述的广域供电系统，其特征在于，
设置于所述住户的单独的发电单元和氢供给单元是家庭用氢燃料电池或氢燃料引擎、和能更换的氢罐。
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