JP2007265732A

JP2007265732A - 電気と水素の供給システム

Info

Publication number: JP2007265732A
Application number: JP2006087535A
Authority: JP
Inventors: Hisataka Yakabe; 久孝矢加部; Teruhiro Sakurai; 井輝浩桜; Tsutomu Tokumoto; 本勉徳; Takao Ogata; 方隆雄緒
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】水素の長距離輸送に伴う問題を解消し、電気と水素を総合的に効率良く利用する事が出来る様な電気と水素の供給システムの提供。
【解決手段】高温作動型燃料電池（１）及び水素を消費する複数の需要家（２）より成るユニット（Ｅ）と、該ユニット（Ｅ）に対してメタンを主成分とする気体を供給するガス供給ライン（４）とを有し、該ガス供給ライン（４）は高温作動型燃料電池（１）に連通しており、高温作動型燃料電池（１）と複数の需要家（２）とは水素供給ライン（５０、５）で接続されており、該水素供給ライン（５０、５）には高温作動型燃料電池（１）で生成された水素が流過する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気と水素を需要者に適切に供給するための技術に関する。

長距離パイプラインの様な水素供給ラインを設けて、一般家庭、その他の末端のユーザーに水素を供給する事業は、従来から計画或いは提案されている。
末端のユーザーにおいては、複数のユーザーでエリアを構成し、該エリアに環状の水素供給ラインを設け、環状の水素供給ラインによって、エリア内の各ユーザーへ水素を供給し、或いは、エリア内のユーザー間で水素を融通し合う様なシステムが好適であると考えられている。

エリアまでの水素輸送に関しては、水素は天然ガス等よりも漏れ易く、現状の都市ガスパイプラインを使った長距離輸送法では、大量の水素が漏出してしまうことが予想される。従って、その様な大量の水素の漏出に対しては、対応策を講じておく必要がある。

水素の燃焼熱は、都市ガスの主成分であるメタン（ＣＨ_４）と比較すると１/４倍程度と低い。従って、メタンと同じカロリーを得るためには、水素はメタンの４倍量が必要となる。
そのため、水素を輸送する場合には、メタンの４倍流量程度を輸送する必要があり、輸送時の送圧はメタンの場合の４倍程度に加圧する必要がある。このことも、水素の長距離輸送を困難にする一因となっている。

以上の理由により、上述した水素の長距離輸送ラインを用いた供給システムの実現は、大変困難な状況である。

図８は、従来から提案されている水素及び電力供給システムを示している。
図８において、全体を符号１００で示す水素及び電力供給システム（以下、水素及び電力供給システムをシステムと略記する）は、水素を消費する複数の需要家２と、その複数の需要家２の一部（図８では２軒）に装備された固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）３０と、前記複数の需要家２を結ぶ水素供給ライン５と、水素供給源９０と、該水素供給源９０と前記水素供給ライン５とを接続する水素供給本管５０とを有している。

複数の需要家２は電力ライン６によって接続されている。さらに、システム１００は、発電所（電力供給源）７と前記電力ライン６とを電源ライン８で接続している。
しかし、図８で示すシステムは、上述した水素の長距離輸送の問題を包含している。

また、図８において、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）３０は、システム構成として内部に改質器を有する構成の物が主流である。
しかし、システムに内蔵された改質器の改質効率が決して高くないために、ＰＥＦＣ３０の全体発電効率（３３％）も単体発電効率よりも低下する。

その他の従来技術として、例えば、他の燃料電池からのオフガスを固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）へ導入して、水素を生成する技術が知られている（特許文献１参照）。
しかし、係る技術では、燃料電池同士で、オフガスを融通しあうことにより、エネルギを融通しあうことを目的とするものであり、上述した様な水素ガスの長距離輸送の問題その他を解決するものではない。
特開２００４−６２８１号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、水素の長距離輸送に伴う問題を解消し、かつ電気と水素を総合的に効率良く利用する事が出来る様な電気と水素の供給システムの提供を目的としている。

本発明の電気と水素の供給システムは、高温作動型燃料電池（１：固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）或いは溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ））及び水素を消費する複数の設備（２、２１：需要家）より成るユニット（エリアＥ）と、該ユニット（エリアＥ）に対してメタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）を供給するガス供給ライン（４）とを有し、該ガス供給ライン（４）は高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）に連通しており、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）と複数の設備（２：需要家）とは水素供給ライン（５０、５）で接続されており、該水素供給ライン（５０、５）には高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で生成された水素が流過することを特徴としている（請求項１：図１〜図７）。

本発明において、前記水素を消費する複数の設備（２、２１：需要家）は燃料電池（３：例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を具備しているのが好ましい（請求項２）。
また、この場合（請求項２の場合）、前記水素を消費する複数の設備（需要家２）は該設備内に設けられた燃料電池（３）で発電した電力を消費することが出来ると共に、系統連系（８）により電力会社（発電所７）からの電力が供給可能に構成されているのが好ましい（請求項３）。

そして、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）と前記水素を消費する複数の設備（２：需要家）とは電力供給ライン（６、６０）で接続されており、水素供給ライン（５０、５）を介して高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）から前記水素を消費する複数の設備（２：需要家）へ水素が供給されると共に、電力供給ライン（６、６０）を介して高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で発電された電力が前記水素を消費する複数の設備（２：需要家）へ供給される様に構成されているのが好ましい（請求項４）。

さらに、前記水素供給ライン（５０）には水素貯蔵装置（水素バッファ９）が設けられているのが好ましい（請求項５：図３〜図５）。

本発明の実施に際して、前記ユニット（エリアＥ）が複数設けられており、水素貯蔵装置（水素バッファ９）は複数のユニット（エリアＥ）における水素供給ライン（５）に接続する様に構成することが可能である（図５）。

前記ユニット（エリアＥ）は、例えば、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）を備えた工場その他の比較的大型の施設と、一般家庭の様な複数の設備（２：需要家）とから構成され、当該施設と複数の一般家庭（設備：需要家２）は同一地域内に存在しているのが好ましい。
或いは、前記ユニット（エリアＥｍ）を、例えば、マンション（１０）その他の集合住宅で構成しても良い（図６、図７）。

前記ユニット（エリアＥｍ）がマンション（１０）の様な集合住宅で構成される場合、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）を共用部（１５）に設置し、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で発電される電力は、少なくとも共用部（１５）における電力需要を負担できる様に構成することが出来る（図７）。

上述する構成を具備する本発明によれば、ガス供給ライン（４）を介してユニット（エリアＥ）の高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）にメタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）が供給され、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）は発電を行うと共に、メタンの改質を行って水素を生成し、生成した水素を水素供給ライン（５０、５）により複数の設備（一般家庭：需要家２）に供給している。従って、水素を消費する設備（２：需要家）に水素が確実に供給される。
ここで本発明では、水素がパイプライン等で搬送されるのではなく、メタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）がガス供給ライン（４）で搬送される。メタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）の長距離輸送については技術が確立しており、水素を長距離に亘って輸送する際における各種問題点は発生しない。

すなわち、本発明によれば、水素ではなくメタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）が長距離輸送されて、ユニット（エリアＥ）にて水素が生成され、「末端のユーザー」である設備（２：需要家）に供給される。
ここで、ユニット（エリアＥ）にて水素を生成するのは、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）であり、メタンの改質と同じ手順で水素が生成される。

メタン（ＣＨ_４）の改質反応は吸熱反応であり、改質反応に必要な速度をうるためにも高温（７００℃）環境下で改質を行う必要があるが、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）においては、作動温度がメタン（ＣＨ_４）の改質温度に近く、余剰熱があるため、改質反応に必要な熱を自前で賄うことが出来る。そのため、高温作動型燃料電池（１）を用いて、メタン（ＣＨ_４）から水素（Ｈ_２）を生成（改質）することが出来る。

換言すれば、基本的な電力負荷を賄う高温作動型燃料電池（１）が、ユニット（エリアＥ）における水素供給源、或いは分散型の水素供給源としても作用する点で、本発明は特許文献１とは大きく相違する。

ここで、設備（２：需要家）が燃料電池（３：例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ））を具備していれば（請求項２）、設備（２：需要家）は燃料電池（３）で発電した電力で、自らの電力需要の少なくとも一部を賄うことが出来る。
設備（２：需要家）の燃料電池が固体高分子形燃料電池（３：ＰＥＦＣ）である場合に、水素供給ライン（５０、５）を介して高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で生成された水素が供給されるので、設備（２：需要家）のＰＥＦＣ（３）に改質器を別途用意する必要は無い。
すなわち、本発明によれば、ＰＥＦＣ（３）に水素が供給され、改質器を必要としないので、ＰＥＦＣ（３）の発電効率が向上する。

本発明において、系統連系（８）により電気会社（７）からの電力が供給可能な構成にし（請求項３）、例えば、設備（２：需要家）が燃料電池（３：例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ））を具備する場合（請求項２）や、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）と複数の設備（２：需要家）とを電力供給ライン（６）で接続して、電力供給ライン（６）を介して高温作動型燃料電池（１１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で発電された電力が設備（２：需要家）へ供給される様に構成した場合（請求項４）に、設備（２：需要家）の電力需要が固体高分子形燃料電池（３：ＰＥＦＣ）や高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）で賄い切れない場合に、電気会社（７）からの買電で不足分をカバーすることが可能である。

本発明において、前記水素供給ライン（５０）に水素貯蔵装置（水素バッファ９）を設ければ、設備（２：需要家）の電力負荷、水素負荷が、急激に増加しても、高温作動型燃料電池（１：ＳＯＦＣ、ＭＣＦＣ）の水素生成量を急激に変動させることなく、水素貯蔵装置（水素バッファ９）から設備（２：需要家）の燃料電池（３：例えばＰＥＦＣ）へ負荷の増大に見合った量の水素を供給して、対処することが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図示の実施形態では、高温作動型燃料電池として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられている。

先ず、図１を参照して第１実施形態を説明する。
図１の第１実施形態では、電気と水素の供給システムは、ガス供給ライン（例えば、都市ガスライン）を介して需要家（ユーザー：設備）側へ都市ガス（メタンガス）を送り、ユーザー側で水素を発生させる実施形態である。
ここで、需要家（ユーザー）を、小口需要家と大口需要家に分け、以下、断りが無い限り、小口需要家を「需要家」、大口需要家を「大口需要家」、双方を指す場合「ユーザー」と記述する。

ユーザー側で水素を生成する態様については、従来の都市ガスの水蒸気改質と同様であり、水素生成の反応式は以下の通りである。
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２
そして、副産物のＣＯは、ＣＯシフトコンバーターにより、
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２
という反応を行わしめ、或いは、ＣＯを選択的に酸化して（選択酸化）ＣＯ_２とする。
或いは、プレッシャースウィングアドソープション（ＰＳＡ）によりＣＯを除去することも可能である。すなわち、圧力を付加して吸着剤にＣＯを吸着させ、その後、圧力を開放してＣＯを吸着状態から開放することも出来る。

係る改質反応は吸熱反応であって、高温作動型燃料電池（ＳＯＦＣ）で水素を改質してやれば、電気と水素とを得ることが出来る（電気と水素のコ・プロダクションが出来る）。
そして、ＳＯＦＣで発生した水素と電気とを複数の需要者で利用するためには、水素の配管網と、電気の供給網とを整備してやればよい。

図１において、全体を符号１０１で示す水素及び電力供給システム（以下、システムと言う）は、エリアＥ内共用の高温作動型燃料電池（固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）或いは溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）；以下、高温作動型燃料電池を代表して「ＳＯＦＣ」と記載する）１と、水素を消費する複数の需要家２とで構成されるユニット（以下、ユニットをエリアと言う）Ｅと、該エリアＥに対してメタンを主成分とする気体（例えば、天然ガス）を供給するガス供給ライン（都市ガスライン）４、とにより概略構成されている。
ＳＯＦＣ１は、エリアＥ内の工場等の大口需要家２０において、設置されている。

該ガス供給ライン４はＳＯＦＣ１に連通しており、一方、エリアＥ内の全需要家２は環状の水素供給ライン（以下水素ラインと言う）５で接続されている。
水素ライン５は水素供給本管５０でＳＯＦＣ１と接続されている。そして、ＳＯＦＣ１で生成された水素が水素供給本管５０及び水素ライン５を流過して、エリアＥ内の全需要家２に供給される。

図１の第１実施形態では、需要家２の全戸が燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）；以下、固体高分子形燃料電池をＰＥＦＣと言う）３を備えている。そして前記水素供給ライン５から各戸のＰＥＦＣ３に供給された水素を用いて各戸のＰＥＦＣ３は発電が可能に構成されている。
図１において、エリアＥ内にはＳＯＦＣ１を設置した大口需要家２０に加えて、その他の大口需要家２１が存在する。この大口需要家２１は、ＳＯＦＣ１もＰＥＦＣ３も備えておらず、水素は消費しないが、大量の電量を消費する。大口需要者２１には、電力供給ライン６１によってＳＯＦＣ１が発電した電力が供給される。

全ての需要家２は環状の電力ライン６によって接続され、その電力ライン６は電気会社（発電所）７と電力供給ライン（系統連系）８によって接続されている。
その結果、需要家２は自家用のＰＥＦＣ３で発電した電力により電力負荷を賄うことが出来ると共に、系統連携８により電力会社（発電所）７からの電力が供給可能となっている。

図８の従来技術では、需要家２が所有するＰＥＦＣ３０は改質器を内蔵するタイプであり、そのため、発電効率が低かった。それに対して図１の第１実施形態では、需要家２は改質器を内蔵していないＰＥＦＣ３を設置している。
需要家２のＰＥＦＣ３には、共用のＳＯＦＣ１からの水素ライン５を介して水素が供給されるので、個々のＰＥＦＣ３については、改質器が不要となる。

図８の従来技術において需要家２が所有するＰＥＦＣ３０の様に、内部に改質器を有する燃料電池システムとして販売されているＰＥＦＣは、現状では、発電効率が決して高くない（３３％）。
これに対して、水素を直接ＰＥＦＣに供給すると、発電効率が４０％を超え、火力発電の発電効率を上回ることが出来る。そのため、需要家２のＰＥＦＣ３に水素を直接供給する図１の第１実施形態によれば、従来技術では達成できない程度の、高い発電効率（４０％）を達成することが出来る。

ガス供給ライン４を介して供給された都市ガスを利用して、電気と水素とを生成するＳＯＦＣ１は、熱自立する程度に規模が大きい。具体的には、出力が数１０ｋＷ或いは数１００ｋＷ程度の規模であれば、いわゆる「熱余り」状態となり、改質反応に必要な余剰熱を生じ、その余剰熱を差し引いた状態でも熱自立が出来る。

図１の第１実施形態において、ＳＯＦＣ１は、エリアＥ内では、工場等の大口需要家２０に、唯１台だけ設置されている。
エリア内の全ての需要家、例えば一般家庭を含む小口需要家２の各々について、ＳＯＦＣ１は設けられていない。
換言すれば、単一のＳＯＦＣ１と、当該ＳＯＦＣ１で賄える程度の水素需要家２とにより、上述したエリアＥ（ユニット）は構成されているのである。

ＳＯＦＣ１の発電能力では賄いきれない場合を想定して、当該エリアＥは、発電所７から系統連携８により商用電力を購入する様に構成されている。
図１では図示の簡略化のため、発電所７はエリアＥの近接部に設けられている様に表現されている。しかし、実際には、発電所７は山間部の様に、当該エリアＥから遠隔の地にある。
図１において、都市ガスライン４は、水素を長距離輸送するには困難な程度に長距離のラインである。その様な長距離のラインであっても、天然ガスの輸送は可能である。

ここで、天然ガスは、メタンだけではなくて、プロパンやエタンも含む。
ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）１は、プロパン、エタンの様に炭素数の多い物質は直接改質できないが、メタンであれば、燃料電池内部で改質が可能である。
そのため、ＳＯＦＣに供給する以前の段階で、燃料ガスを事前に改質（予備改質）することにより、プロパン、エタンのように炭素数の多い燃料ガスをメタンにする反応を行う。

エタンをメタンとする反応の反応式を示すと次の通りである。
Ｃ_２Ｈ_６＋Ｈ_２Ｏ→ＣＨ_４＋２Ｈ_２＋ＣＯ
Ｃ_２Ｈ_６やＣ_３Ｈ_８が存在するガスについては、Ｏ_２が不足すると、或る温度以上では炭素が析出してしまう。炭素が析出すると、燃料電池の破損や、配管の閉塞と言ったトラブルが生じる。そのため、予備改質では、少なくとも、ＣＨ_４までの反応を進行させている。
明確には図示されていないが、ＳＯＦＣ１には、上述した様な予備改質を行う機構が設けられている。

図１の第１実施形態によれば、ＳＯＦＣ１を中心とする複数の需要家２のエリアＥを形成し、各エリアＥで水素を供給するオンサイト水素供給（分散型の水素供給）が実現できる。

そして、都市ガスライン４を介してＳＯＦＣ１側へ都市ガス（メタン）を送り、ＳＯＦＣ１側で水素を生成させているので、図８の従来技術等における問題点、すなわち水素をパイプラインで搬送する際の問題点が解消されるのである。

次に、図２を参照して第２実施形態（システム全体を符号１０２で示す）を説明する。
図１の第１実施形態では、ＰＥＦＣ３を所有する需要家２には、ＳＯＦＣ１から水素供給本管５０、水素ライン５を介して水素のみを供給しており、ＳＯＦＣ１から需要家２へは電気は供給していない。電力ライン６１を介してＳＯＦＣ１から電力を供給されるのは、ＰＥＦＣ３を有しない大口需要家２１のみである。換言すれば、図１の第１実施形態では、ＳＯＦＣ１から電力と水素の双方を供給される需要家は存在しない。

これに対して、図２の第２実施形態では、全戸の需要家２が、ＳＯＦＣ１から電力と水素の双方を供給されている。
図２の第２実施形態では、全ての需要家２は電力ライン６で環状に接続されており、電力ライン６とＳＯＦＣ１とが電力供給ライン６０で接続されている。その結果、電力供給ライン６０及び電力ライン６を介して、全ての需要家２にＳＯＦＣ１で発電された電力が供給される。
それと共に、水素供給本管５０及び水素ライン５を介して、全ての需要家２にＳＯＦＣ１で生成された水素が供給される。

なお、図２の第２実施形態では、水素を消費せずに電力のみを消費する大口需要家２１が省略されている点も、図１の第１実施形態とは異なっている。
図２の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１の第１実施形態と同様である。

次に、図３を参照して、本発明の第３実施形態（システム全体を符号１０３で示す）を説明する。
図２の第２実施形態においては、各需要家における基本的な電力負荷、すなわちエリアＥ全体の電力負荷は、基本的にはＳＯＦＣ１の発電で賄うが、基本的な電力負荷を超えた分（電力負荷）については、ＰＥＦＣ３で対応している。

ここで、ＰＥＦＣ３を備えた需要家２の電力負荷、給湯負荷が、急激に増加する事態が想定される。係る事態においては、各ＰＥＦＣ３へ供給される水素量を増加して対処する必要がある。
しかし、エリアＥ全体の水素需要量が増加した場合において、ＳＯＦＣ１の水素生成量を急激に変動させることは難しい。

図３の第３実施形態では、その様な事態、すなわちエリアＥ全体の水素需要量が増加する事態に対処するため、図２の第２実施形態に対して、ＳＯＦＣ１で生成した水素を、一時的に貯蔵する水素貯蔵装置（水素バッファ）９を水素供給本管５０の途中に設けている。

図３の第３実施形態では、何等かの原因により、エリアＥ全体における水素需要が急激に増加した場合に、水素貯蔵装置（水素バッファ）９から、増加した需要量に相当する水素を需要家２へ供給するように構成されている。
そのように構成することにより、ＳＯＦＣ１における水素生成量を変動すること無く、エリアＥ全体における水素需要の急増に対処している。

ＳＯＦＣ１は負荷変動の追従性が良くないが、ＰＥＦＣ３では負荷変動の追従性が優れている。従って、ＰＥＦＣ３で消費される水素を確保することが出来れば、需要家２における電力負荷の変動については、ＰＥＦＣ３で対応出来る。従って、水素貯蔵装置（水素バッファ）９で溜めておいた水素を、需要家２における電力負荷の増加に追従させて、ＰＥＦＣ３に供給すれば、エリアＥ全体において、ＰＥＦＣ３を備えた需要家２の電力負荷、給湯負荷が、急激に増加してしまう事態に対処することが出来る。

水素貯蔵装置（水素バッファ）９への水素の貯蔵については、例えば、一般家庭である需要家２のＰＥＦＣ３が停止している夜間において、ＳＯＦＣ１を稼動させ、夜間に水素を生成して、水素貯蔵装置（水素バッファ）９に溜めることが出来る。

図３の第３実施形態においては、水素貯蔵装置（水素バッファ）９を設けることにより、エリアＥ内の負荷変動に対処して、水素供給と発電とについて最適化を行うことが可能になるのである。
図３の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図２の第２実施形態と同様である。

次に、図４を参照して第４実施形態（システム全体を符号１０４で示す）を説明する。
図１の実施形態では、ＰＥＦＣ３を備えた各需要家２において、必要な電力は、各家庭のＰＥＦＣ３及び発電所７から供給されている。また、図２、図３の各実施形態では、各需要家２における電力は、ＳＯＦＣ１、発電所７、各家庭のＰＥＦＣ３により供給されている。

それに対して、図４の第４実施形態では、各需要家２のＰＥＦＣ３は、エリアＥにおいて環状に配置された電力ライン６に接続されているので、各需要家２のＰＥＦＣ３で発電した電力の余剰分を、他の需要家２に供給することが可能である。そして、各需要家２に対して、ＳＯＦＣ１、各々に設けたＰＥＦＣ３、系統連携により発電所７から供給される電力に加えて、他の需要家２のＰＥＦＣ３で発電した電力の余剰分を供給することが可能となる様に構成されている。

図４において、ＳＯＦＣ１とＰＥＦＣ３により構成されるエリアＥにおいては、マイクログリッドを形成しており、相互に電力負荷をチェックして、発電し合い、必要に応じて電力を供給し合う、或いは電力を融通し合うことが出来る様に構成されている。

すなわち、図４において、各需要家２のＰＥＦＣ３は、エリアＥにおいて環状に配置された電力ライン６に接続されており、電力ライン６は電力供給ライン６０を介してＳＯＦＣ１と電気的に連通している。
全ての需要家２に対して、ＳＯＦＣ１で発電された電力が、電力供給ライン６０と電力ライン６とを介して供給される。
ここで、ＰＥＦＣ３の発電出力が余剰な需要家２と、ＰＥＦＣ３の発電出力が不足している需要家２が存在する場合には、余剰な発電出力が電力ライン６を介して電力需要に対して発電出力が不足しているＰＥＦＣ３の需要家２へ供給する事が出来る。

すなわち、図４の第４実施形態によれば、特定のエリアＥ内の需要者２同士で、ＰＥＦＣ３で発電した電力を融通し合うことが可能である。その結果、図４においては、図１の第１実施形態〜図３の第３実施形態とは異なり、発電所７との系統連系を省略することも可能である。

図４の第４実施形態は、例えば、エリアＥ内に、自前の発電設備（ＰＥＦＣその他のＦＣ）を有していない大口の電力需要家（例えば、ビルやマンション、その他：図４では図示せず）が存在する場合であって、ＳＯＦＣ１の発電出力が、その様な大口需要家による電力需要を賄うのに用いられてしまう場合等に、有効である。

図４の第４実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図３の各実施形態と同様である。

図５は、第４実施形態の変形例（システム全体を符号１０４Ｂで示す）を示す。
図５においては、複数のエリア（図示では２つのエリア）Ｅ１、Ｅ２について、図４で説明したようなマイクログリッドが形成されている。

図５では、二つのエリアＥ１、Ｅ２に対して、１台の水素貯蔵装置９を設けている。
ＳＯＦＣ１−１からエリアＥ１への水素供給本管５０−１と、ＳＯＦＣ１−２からエリアＥ−２への水素供給本管５０−２は、共に、水素貯蔵装置９を経由して、各々のエリアにおける水素ライン５に接続されている。

図５において、水素供給本管５０−１、５０−２が長くなり過ぎない様に注意する必要がある。水素供給本管５０−１、５０−２が長くなり過ぎてしまうと、図８を参照して説明した従来技術と同様に、水素ガスの漏洩の恐れが生じるからである。

図５の変形例のその他の構成及び作用効果については、図４の実施形態と同様である。

次に、図６、図７を参照して第５実施形態を説明する。
図６、図７の第５実施形態では、図１〜図５の各実施形態におけるエリアＥ、Ｅ１、Ｅ２が、集合住宅（例えばマンション）となっている。
図６、図７において、マンション１０がエリアＥｍであり、マンション１０の各部屋（各家庭）が需要者２である。そして、ＳＯＦＣ１により、各需要者２に水素及び／又は電力を供給して、電力需要を賄っている。

ここで、集合住宅における各戸においては、ＰＥＦＣを設けていなくとも水素需要は存在する。水素はＰＥＦＣの燃料としての需要のみが存在するのでは無く、各種燃焼機器で燃料として使用することも可能だからである。
もちろん、図７で示す様に、ＰＥＦＣ３を設置している部屋においては、ＰＥＦＣ３の燃料として水素を消費することとなる。

先ず、図６に基づいて、何れの需要家２も燃料電池ＰＥＦＣを有していない場合（システム全体を符号１０５Ａで示す）について説明する。
マンション１０の全戸の需要家２がエリアＥｍを構成しており、マンション１０の一部にはＳＯＦＣ１が設置されている。
ＳＯＦＣ１にはガス供給ライン（都市ガスライン）４が接続されており、ＳＯＦＣ１は供給された都市ガスによって、発電を行うと共に、水素を生成している。

マンション１０（エリアＥｍ）における一部の需要家２には、ＳＯＦＣ１から水素を供給するための水素ライン５が配管されている。
また、エリアＥｍの全需要家２に対して、ＳＯＦＣ１が発電した電力を供給するための電力供給ライン６が接続されている。
全需要家２にはＳＯＦＣ１の発電出力が供給される。それと共に、水素ライン５が配管されている一部の需要家２に対しては、各種燃焼機器で消費される燃料としての水素が、ＳＯＦＣ１から水素ライン５を介して供給されるのである。

図７の場合には、マンション（エリアＥｍ）に燃料電池ＰＥＦＣを設けた部屋（需要家２）が存在する場合（システム全体を符号１０５Ｂで示す）について説明する。
それと共に、図７の場合には、全需要家２には、ＳＯＦＣ１から水素供給ライン５が接続されている。なお、図７において、水素供給ライン５が接続されていない部屋が設けられているが、これは図示の簡略化のためであり、全ての部屋に水素供給ラインが接続されている。

図７において、前記共用部１５は電力供給ライン６でＳＯＦＣ１と接続されており、ＳＯＦＣ１で発電した電力が共用部分１５に供給されるように構成されている。
そして、全ての部屋に水素供給ライン５を介して水素が供給される。供給された水素は、ＰＥＦＣ３を有する部屋ではその燃料として消費される。ＰＥＦＣ３を設置していない部屋では、供給された水素は各種燃焼機器の燃料として使用される。
図７において、ＳＯＦＣ１で発電した電力を、電力供給ライン６を介して全ての部屋に供給することも可能である。

マンション１０の各戸（各部屋或いは各家庭）における負荷は別々でも、マンション全体の電力負荷はフラットとなる。
従って、図６、図７の第５実施形態において、負荷変動に対する追随性が良好ではないＳＯＦＣ１であっても、マンション１０全体の電力負荷を賄うことが可能となる（いわゆる「アグリゲーション」）。
或いは、図７で示すように、マンション１０の共用部１５における電力負荷も比較的変動が少ないことが予想されるので、ＳＯＦＣ１の発電出力で賄う様に構成することも可能である（「アグリゲーション」の変形）。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では、各エリアにおいて水素を生成する燃料電池は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるが、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）であっても良い。

本発明の第１実施形態のブロック図。本発明の第２実施形態のブロック図。本発明の第３実施形態のブロック図。本発明の第４実施形態のブロック図。第４実施形態の変形例を説明するブロック図。第５実施形態の一例を説明するブロック図。第５実施形態の図６とは別の例を説明するブロック図。従来技術を説明するブロック図。

符号の説明

１・・・高温作動型燃料電池／ＳＯＦＣ
２・・・需要家（小口需要家）
３・・・固体高分子形燃料電池／ＰＥＦＣ
４・・・ガス供給ライン／都市ガスライン
５・・・水素供給ライン／水素ライン
６・・・電力供給ライン／電力ライン
７・・・電力会社／発電所
８・・・系統連携／電力供給ライン
９・・・水素貯蔵装置／水素バッファ
１０・・・マンション
１５・・・共用部
Ｅｍ・・・ユニット／エリア

Claims

高温作動型燃料電池及び水素を消費する複数の設備より成るユニットと、該ユニットに対してメタンを主成分とする気体を供給するガス供給ラインとを有し、該ガス供給ラインは高温作動型燃料電池に連通しており、高温作動型燃料電池と複数の設備とは水素供給ラインで接続されており、該水素供給ラインには高温作動型燃料電池で生成された水素が流過することを特徴とする電気と水素の供給システム。
前記水素を消費する複数の設備には燃料電池が含まれていることを特徴とする請求項１の電気と水素の供給システム。
前記水素を消費する複数の設備は該設備内に設けられた燃料電池で発電した電力を消費することが出来ると共に、系統連系により電力会社からの電力が供給可能に構成されている請求項２の電気と水素の供給システム。
高温作動型燃料電池と前記水素を消費する複数の設備とは電力供給ラインで接続されており、水素供給ラインを介して高温作動型燃料電池から前記水素を消費する複数の設備へ水素が供給されると共に、電力供給ラインを介して高温作動型燃料電池で発電された電力が前記水素を消費する複数の設備へ供給される様に構成されている請求項１〜３の何れか１項の電気と水素の供給システム。
前記水素供給ラインには水素貯蔵装置が設けられている請求項１〜４の何れか１項の電気と水素の供給システム。