JP2014074207A - 再生可能エネルギ貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】高効率で再生可能エネルギを貯蔵供給可能とした再生可能エネルギ貯蔵システムを提供する。
【解決手段】本発明の再生可能エネルギ貯蔵システムは、再生可能エネルギを電気エネルギに変換する発電装置１と、発電装置１によって得られた電気エネルギを用いて水素ガスを製造する電気分解装置３と、電気分解装置３で製造した水素ガスを不飽和炭化水素に対して付加させ飽和炭化水素に変換する水素添加装置（反応器７）と、不飽和炭化水素を貯蔵する不飽和炭化水素貯蔵タンク１０と、飽和炭化水素を貯蔵する飽和炭化水素貯蔵タンク１１とを備え、反応器７で発生した熱を電気分解装置３に供給する熱交換部１７を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、再生可能エネルギを液体燃料として貯蔵するシステムに関する。

化石燃料の大量消費が続き、例えば二酸化炭素等による地球温暖化、都市部の大気汚染等が深刻なものとなっている。このような中で、化石燃料に代わる次世代を担うエネルギ源として、水素が注目されている。水素は例えば太陽電池、風力等に代表される再生可能エネルギを用いて、電気分解による製造が可能であり、さらには、燃焼されることで水のみを生成する。従って、水素は、製造及び使用に伴う環境汚染物質の排出が少ない、クリーンなエネルギ源である。

電気分解により製造した水素は、例えばシクロヘキサン、デカリン等の炭化水素を用いた有機ハイドライドシステムを用いて、水素エネルギとして貯蔵することができる。有機ハイドライドは常温常圧で液体であるため、気体の場合と比べて容易に貯蔵及び運搬できる。例えば、ベンゼン及びシクロヘキサンは同じ炭素数を有する環状炭化水素であるが、ベンゼンは二重結合を有する不飽和炭化水素であるのに対し、シクロヘキサンは二重結合を有さない飽和炭化水素である。即ち、不飽和炭化水素であるベンゼンに対して水素が付加されることにより、飽和炭化水素であるシクロヘキサンが得られる。また、シクロヘキサンから水素が脱離されることにより、ベンゼンが得られる。このように、ベンゼン及びシクロヘキサンを用いた水素付加反応と水素脱離反応とを利用し、水素の貯蔵と供給とが可能になる。このように、有機ハイドライドシステムによる水素貯蔵は安全性、運搬性及び貯蔵能力に優れていることが特徴である。

ところで、電気分解装置の電解効率は温度に依存することが知られており、電気分解装置を良好な温度状態に維持して電気分解を行うことが望ましい。これに対して、特許文献１では、太陽電池パネルの冷却を兼ねて温水を生成し、同じく電池パネルに一体化した電解槽に前記温水を供給し、その温度を電解に適する温度に保持することによって電解効率上げ、太陽光発電の効率向上も図ることが提案されている。

特開２０００−５４１７４号公報

特許文献１に記載のシステムでは、太陽光発電装置で発電した電力を用いて水電解装置で水素を製造するシステムを前提としており、温水を生成する熱源としては主に太陽熱を利用している。太陽熱を熱源とする場合には日中、夜間の時間帯や気象条件等によって供給できる熱量に制約がある。そのため、風力発電など他の再生可能エネルギを用いたシステムに適用することは困難である。また特許文献１では、温水を生成する熱源として太陽熱以外にもエンジンや燃料電池からの排熱を併用することも提案されているが、エンジンや燃料電池を熱源とする場合にも稼動状況によって、その熱供給量に制約を受ける。逆に水電解装置への熱供給を優先して熱源を稼動すればシステム全体での効率低下を招く恐れがある。

本発明はこのような課題を解決するべく為されたものであり、その目的は、高効率で再生可能エネルギを貯蔵可能とした再生可能エネルギ貯蔵システムを提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討した結果、再生可能エネルギを変換した電力を用いて水電解装置で水素を製造し、製造した水素と不飽和炭化水素を反応させて飽和炭化水素（水素貯蔵媒体）としてエネルギを貯蔵する再生可能エネルギ貯蔵システムにおいて、不飽和炭化水素に水素を付加する際の反応熱を水電解装置に供給することで、安定した水電解装置の温度制御が可能となり、水電解装置の電解効率の向上により、高エネルギ効率で再生可能エネルギを貯蔵可能なシステムとすることができることを見出し、本発明を完成させた。

本発明によれば、高効率で再生可能エネルギを貯蔵できる再生可能エネルギ貯蔵システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムの構成を模式的に表す図である。 本発明の第２実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムの構成を模式的に表す図である。 本発明の第３実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムの構成を模式的に表す図である。

以下、図面を適宜参照しながら、本実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムの具体例を挙げて説明する。
［１．第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムの構成を模式的に表す図である。図１において、実線は電気配線を、破線は燃料エネルギ（例えば水素、メチルシクロヘキサン等）を、二重線は熱エネルギを、それぞれ表しており、各手段同士を接続する配線であって信号およびエネルギの授受を表している。

図１に示すように、第１実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システム１００は、再生可能エネルギを貯蔵するものである。そして、再生可能エネルギ貯蔵システム１００は、再生可能エネルギ発電手段としての発電装置１と、発電電力を制御する制御装置２と、水素製造手段としての電気分解装置３と、水素ガスの高純度化および気液分離を担うミストトラップ部４と、電気分解装置３に電解液を循環供給する送液ポンプ５と、電解液を貯蔵するとともに液中の気泡を除去する気液分離を担う電解液タンク６と、水素添加手段としての反応器７と、不飽和炭化水素を反応器に供給する送液ポンプ８と、気液分離タンク９と、不飽和炭化水素タンク１０と、飽和炭化水素タンク１１と、電解液を加温するための熱交換部１７と、電解液の液温を検出する液温検出部１６と、各種検出器を少なくとも備えて構成されている。熱交換部１７には少なくとも反応器７で発生した熱が供給されるように構成されている。

さらに、再生可能エネルギ貯蔵システム１００は、飽和炭化水素タンク１１から送液ポンプ１４により供給される飽和炭化水素の脱水素反応により水素と不飽和炭化水素を生成する反応器１３と、反応器１３で生成した水素を用いて発電する発電機を少なくとも備える回生手段を設けることによって、飽和炭化水素として貯蔵したエネルギを電力および熱として回生することができる。なお、本実施形態の再生可能エネルギ貯蔵システムにおいて、回生手段は必ずしも必要ではなく、例えば、飽和炭化水素が貯蔵された飽和炭化水素タンク１１を輸送して、別の場所に設けられた回生手段で電力および熱を供給することもできる。

再生可能エネルギは、例えば太陽光、風力、地熱、水力等の再生可能エネルギを表す。また、再生可能エネルギは、発電装置１との電気的若しくは物理的な接続線、配管等は存在せず、地球気象条件に基づくものである。具体的には、再生可能エネルギが例えば太陽光である場合、後記する発電装置１は例えば太陽電池、太陽光発電システム等となる。

発電装置１は、例えば太陽光、風力等の再生可能エネルギを電力に変換するものである。発電装置１は、制御装置２を介して電気分解装置３および系統に電気的に接続され、発電装置１で発電した電力を電気分解装置３および系統に供給できるようになっている。

制御装置２は、再生可能エネルギ発電装置１の発電量、電気分解装置３の電気特性、蓄電装置２１の充電状況に応じて、各電力量を制御するものであれば特に制限されない。また、電気分解装置３の接続形態を直並列接続に切り替えるための信号授受なども行う。

電気分解装置３は、発電装置１によって得られた電力を用いて電解液を電気分解することにより、少なくとも水素を製造するものである。従って、発電装置１から電気分解装置３に供給される電力が多ければ多いほど、電気分解装置３において製造される水素の量も多くなる。電気分解装置３は、発電装置１と制御装置を介して電気的に接続され、電解液タンク６とガス配管により接続されている。

電気分解装置３の具体的な構成は特に制限されないが、電気分解装置３は、例えば、電解液と、電解質と、当該電解質を挟むように設けられた反応促進用の電極触媒と、外部電力を供給する集電体等を保持した電気分解セルを有している。そして、この電極触媒により水が電気分解され、水素及び酸素が発生するようになっている。本発明では、前記電気分解セルまたは、電気分解セルを多層積層した電気分解スタックを電気分解装置３と定義している。

電気分解装置３としては、比較的低温で電気分解が可能であり、短時間で起動が可能な固体高分子水電解やアルカリ水電解を用いた電解装置が好ましい。固体高分子水電解による電解装置は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質を隔壁、電解質として用いて純水を電気分解するものであり、高純度の水素を効率よく製造することができる。アルカリ水電解による電解装置は、水酸化カリウム等の水に溶解させたときにアルカリ性を示す化合物を電解質とし、アルカリ性水溶液を電気分解することで水素を製造するものである。

水の電解効率は温度が高くなるほど効率がよくなり、固体高分子水電解型では８０〜９０℃程度、アルカリ水電解型では１２０〜１５０℃程度が最も電解効率が高くなる。本実施形態の再生可能エネルギ貯蔵システムでは後述する熱交換部１７によって、電解液の温度が適温となるように制御される。

電解液タンク６には電解液が貯蔵されており、送液ポンプ５により電解液タンク６内の電解液が電気分解装置３に供給され、電気分解装置３から排出される水素ガスを含む電解液が電解液タンク６に戻される。電解液タンク６では、電解液の貯蔵の他に電気分解装置３から排出された電解液から水素ガスを分離する機能を担っている。電解液タンク６で分離された水素は、ガス配管によって接続されたミストトラップ部４を介して反応器７（後記する）に供給されるようになっている。ミストトラップ部４は気液分離装置であり、電解液タンク６で十分に分離されずミストとして存在する電解液を水素ガスから除去するためのものである。ミストトラップ部４としては、例えば冷却による気液分離、水素分離膜等を挙げることができ、水素ガスを分離できればよく、これらに限定されるものではない。なお、電解液タンク６にミストトラップ部４の気液分離機能を持たせるようにしてもよく、 電解液タンク６で分離された水素ガスがミストを含む場合であっても反応器７に影響を及ぼさなければミストトラップ部４を省略してもよい。

反応器７は、電気分解装置３によって製造された水素を不飽和炭化水素に対して付加させる水素添加装置である。反応器７は、前記のようにミストトラップ部４とガス配管によって接続されているほか、飽和炭化水素タンク１１及び不飽和炭化水素タンク１０（いずれも後記する）と液体配管によって接続されている。従って、不飽和炭化水素は不飽和炭化水素タンク１０から反応器７に供給される。

反応器７において用いられる不飽和炭化水素の具体的な種類は特に制限されないが、例えばメチルベンゼン等の室温で液体の芳香族化合物を好適に用いることができる。例えば不飽和炭化水素としてメチルベンゼンを用いる場合、得られる飽和炭化水素はメチルシクロヘキサンであり、メチルベンゼン１モルあたりに貯蔵可能な水素分子の物質量は２．５モルとなる。ただし、付加反応時の条件によっては、例えばアントラセン、フェナントレン等も液体になることもあるため、そのような条件で付加反応を行う場合には、これらの芳香族化合物を用いてもよい。これらの芳香族化合物を用いることにより、よりさらに多くの水素を貯蔵することができる。

このような芳香族化合物は室温で液体であるため貯蔵が容易であり、また、水素付加反応を行わせるときの反応界面が大きくなる利点がある。また、芳香族化合物を用いることにより芳香族化合物１分子あたりに付加しうる水素の物質量を多くすることができ、より多くの水素を少ない不飽和炭化水素量で貯蔵することができる。なお、不飽和炭化水素は１種で用いてもよく、２種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。

反応器７において、不飽和炭化水素に対して水素を付加する具体的な方法に特に制限は無い。ただし、低コスト及び反応時間が短いという観点から、通常は触媒を用いて不飽和炭化水素に水素を付加させる。このような触媒としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ等の金属、及びこれらの合金が挙げられる。触媒を構成する金属及びそれらの合金は、１種が単独であってもよく、２種以上が任意の比率及び組み合わせで用いられてもよい。

また、これらの触媒は、触媒量の低減による更なる低コスト化と反応表面積の増大化の観点から、微粒子化されていることが好ましい。微粒子化された触媒を用いる場合、微粒子触媒の凝集による表面積の減少を防止する観点から、任意の担体に担持してもよい。担体に触媒を担持させる場合、担持させる方法に特に制限は無く、例えば、共沈法、熱分解法、無電解めっき法等を用いることができる。また、担体の種類も特に制限は無く、例えば活性炭、カーボンナノチューブ、黒鉛等の炭素材料のほか、シリカ、アルミナ、ゼオライト等のアルミナシリケート等を用いることもできる。担体は１種であってもよく、２種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。

以上のようにして、不飽和炭化水素に水素を付加させることができ、飽和炭化水素が得られる。得られた飽和炭化水素（所謂有機ハイドライド）は、後記する飽和炭化水素タンク１１に貯蔵される。

ここで反応器７における不飽和炭化水素への水素付加反応は発熱反応であり、例えば不飽和炭化水素としてメチルベンゼンを用いた場合の反応温度は２００℃程度となる。本実施形態の再生可能エネルギ貯蔵システムでは、交換部１７を介して反応器７の水素付加反応で発生する熱を電解液に供給することで電気分解装置３での電解効率を向上させている。

熱交換部１７は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させるものである。例えば、電解液が流れる配管を反応器７の外周部に設置することで配管を介して反応器７の熱を電解液に供給することができ、配管が熱交換部となる。あるいは、液体や気体などの流体を熱媒体として、反応器７の熱を電解液に供給することもでき、熱媒体および熱媒体を流通させる配管が熱交換部となる。熱交換部１７には、反応器７からの熱エネルギの他にも、図１、２に示したように発電機１２、反応器１３などの余剰熱や、太陽熱、地熱などの外部熱源１５などの余剰熱を供給することができる。このように複数の熱源から熱エネルギを供給する場合、電解液に熱エネルギを供給できればよく、熱交換部１７は同一でも複数設置されていてもよい。

送液ポンプ５は電解液性質および電気分解装置への供給流量などにより仕様が決まるものであり、配管を介して電解液タンク６および熱交換部１７、電気分解装置３、温度検出部１６と接続されている。

温度検出部１６は、電解液温度を検出し、制御装置に情報を与えるものであり、その形態、仕様は特に限定されない。

温度制御装置１９は、太陽熱、地熱１５、発電機１２、反応器７、熱交換部１７、温度検出部１６から温度信号を受けて電解液温度を所定温度で保持する制御を行う。

水素が付加されて生成した飽和炭化水素は、飽和炭化水素タンク１１に収容される。そして、飽和炭化水素タンク１１に収容された飽和炭化水素は、前記発生した水素が付加された液体状態のまま、送液ポンプ１４にて回生反応のため反応器１３に送られ、水素ガスと不飽和炭化水素に脱離される。脱離された水素は、燃料等としての利用に供される。例えば、発電機１２などで仕様され電力を供給できる。なお、水素が脱離されて生成した不飽和炭化水素は、不飽和炭化水素タンク１０に再び貯蔵される。

飽和炭化水素タンク１１は、反応器７において生成した飽和炭化水素を収容するものである。従って、飽和炭化水素タンク１１は液体配管によって反応器７と接続されている。また、飽和炭化水素タンク１１と反応器７との間に、飽和炭化水素の飽和炭化水素タンク１１への供給量を制御するための例えば流量調整バルブ、流量計等を設けてもよい。

不飽和炭化水素タンク１０は、反応器７に供給する不飽和炭化水素を貯蔵するものである。不飽和炭化水素タンク１０は液体配管によって反応器７と接続されている。また、不飽和炭化水素タンク１１から反応器７への供給量を制御するための例えば流量調整バルブ、流量計等を設けてもよい。

回生手段に使用される反応器１３は、貯蔵した飽和炭化水素を脱水素反応によって水素と不飽和炭化水素に分離する脱水素反応器である。脱水素反応は水素付加反応の逆反応であり、触媒を用いて行われる。反応器１３の構成は、反応器７と同じものを使用できる。

回生手段の発電機１２は、反応器１３で生成した水素を発電用燃料として、電力と熱を生成する装置である。例えば、発電機１２としては、固体高分子型燃料電池、酸化物型燃料電池、内燃機関エンジンで発生する動力を動力軸に発電機を接続したエンジン発電機、タービン発電機等を用いることができる。また、発電機１２においては、電気分解装置３で発生する高純度の酸素を供給することで発電効率を向上させることもできる。また、発電用燃料としては、反応器１３で生成された水素に他の発電燃料を混合して使用することも可能である。
＜動作＞
次に、再生可能エネルギ貯蔵システム１００により再生可能エネルギを貯蔵する際の各手段の動作について図１を参照しながら説明する。

はじめに、例えば太陽光等の再生可能エネルギを利用し、発電装置１（例えば太陽電池等）が電力を発電する。発電された電力は、制御装置２を介して電気分解装置３に供給される。電気分解装置３は、発電電力及び電気分解装置３の電気特性に応じて、電気分解装置３の直列数及び／または並列数の電気的接続構成を切替えられながら、供給された発電電力に順じて電気分解が開始され、水素が発生する。電気分解装置３で発生した水素は、電化液タンク６およびミストトラップ部４で高純度化され、反応器７に送られる。反応器７には水素とともに不飽和炭化水素タンク１０から送液ポンプ８によって不飽和炭化水素が供給され、水素と不飽和炭化水素に反応により飽和炭化水素が生成される。反応器７で生成した飽和炭化水素は飽和炭化水素タンク１１に送られてエネルギとして貯蔵される。

ここで、反応器７の始動初期など反応器７の温度が低い場合には水素付加反応の効率が低くなり、反応器７に供給した水素と不飽和炭化水素が反応せずにそのまま排出される場合がある。この場合には、図１のように気液分離タンク９、気液分離タンク９と飽和炭化水素タンク１１を接続する配管の途中に設けたバルブ２４を介して不飽和炭化水素タンク１０に接続される配管を設けることにより、未反応の不飽和炭化水素を不飽和炭化水素タンク１０に回収することができる。具体的には、反応器７の温度が低い場合に、気液分離タンク９と不飽和炭化水素タンク１０が接続されるようにバルブ２４を制御し、気液分離タンク９で水素と不飽和炭化水素を分離して、分離した不飽和炭化水素を配管から不飽和炭化水素タンク１０に戻すようにする。その後、反応器７の温度が所定温度よりも高くなった時点で気液分離タンク９と飽和炭化水素タンク１１が接続されるようにバルブ２４を制御すればよい。なお、反応器７の温度が低い場合の対応としては、気液分離タンク９、バルブ２４等を設ける方法の他に、発電機１２等の余剰熱を反応器７に供給して、反応器７を加熱するようにしてもよい。以上の動作によって、再生可能エネルギを貯蔵することができる。

飽和炭化水素として貯蔵したエネルギは回生手段によって、電力および熱エネルギとして回生することができる。飽和炭化水素タンク１１に貯蔵された飽和炭化水素は、電力需要に応じて、送液ポンプ１４によって反応器１３に送られる。反応器１３では、飽和炭化水素の脱水素反応によって、水素と不飽和炭化水素を生成する。反応器１３で生成した水素は発電機１２に供給され、発電機１２で発電することで電力と熱が製造され、外部に供給される。反応器１３での脱水素反応は水素付加反応とは反対に吸熱反応となる。発電機１２の排熱を有効利用して、反応器１３の脱水素反応に必要な熱エネルギを供給することにより、効率よく水素を製造することができる。

次に、電気分解装置３に供給される電解液の温度を制御する方法について説明する。電気分解装置３に対しては、送液ポンプ５によって定まる流量に応じて、電解液タンク６から電解液が供給される。この際、電解液タンク６の電解液を水素製造装置３に循環供給する電解液供給ライン２１には、電解液供給ライン２１から分岐し、熱交換部１７を通って電解液供給ラインに戻る熱交換ライン２２と、電解液供給ライン２１および熱交換ライン２２を流れる電解液の流量を調整するためのバルブ１８が設けられている。また、電解液供給ライン２１の途中には電解液の液温を検出する温度検出部１６が設けられている。温度制御装置１９では、温度検出部１６の検出信号、反応器７から熱交換部に供給される熱量の情報が入力され、電解液の液温が所定の温度範囲になるように電解液供給ライン２１から熱交換ライン２２に流れる電解液の流量をバルブ１８の動作を制御する。このような温度制御によって、電解液の液温を電解効率の高い温度に制御することができる。さらに、反応器７は電気分解装置３で生成した水素を用いて飽和炭化水素を製造するものであり、電気分解装置３と反応器７はセットで駆動される。そのため、反応器７の水素付加反応で発生する熱エネルギを利用することで、電気分解装置３で必要な熱を安定して供給することができる。

なお、反応器７の始動初期など反応器７から供給される熱エネルギが不足する場合には、図１に示したように発電機１２、反応器１３などの余剰熱や、太陽熱、地熱などの外部熱源１５などの余剰熱を供給することもできる。また、これらの余剰熱は、必要に応じて、電解液の保温用の熱源として使用することもできる。

これら一連の動作が行われる環境は特に制限されず、前記課題を解決することができるのであれば任意の環境で行うことができる。また、全ての装置が同地域や箇所に設置される必要は必ずしも無く、例えば電気分解装置３は室内に、また、反応器７は室外に、飽和炭化水素タンク１１から飽和炭化水素のみ取出し運送し、別地域にて反応器１３および発電機１２を介して電力供給する等、任意に設置することができる。
＜まとめ＞
以上のように、第１実施形態に係る再生可能エネルギシステム１００によれば、再生可能エネルギの供給量の変動に対応するとともに、不飽和炭化水素への水素の付加効率を向上させることができるため、再生可能エネルギを無駄なく貯蔵することができる。そして、貯蔵された再生可能エネルギは水素に変換され、当該水素を含む化合物として安定的に貯蔵されているため、必要に応じていつでも自由に利用することができる。
［２．第２実施形態］
次に、図２を参照しながら、第３実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システム２００について説明する。なお、図２において図１と同じ符号を付すものは同じ手段を表すものとし、その詳細な説明を省略する。

図２に示す再生可能エネルギ貯蔵システム２００は、図１に示す再生可能エネルギ貯蔵システム１００に圧力調整装置２０を加えたものである。再生可能エネルギ貯蔵システムをこのように構成しても、本発明の課題を解決することができる。

圧力調整装置２０は、ミストトラップ部４と反応器７の間に燃料配管を介して接続することができる。圧力調整装置２０は、ミストトラップ部４にて高純度化された水素ガスの圧力を高めることで、不飽和炭化水素に水素を付与する反応効率を更に高める効果が得られる。換言すると、再生可能エネルギを無駄なく貯蔵できる。このようにすることで、再生可能エネルギ貯蔵システム２００を高効率運転することができる。

圧力調整装置２０はミストトラップ部４より得られる気体を一定の圧力で反応器７に供給できれば、特に制限はない。例えば、一定の圧力で水素ガスを封じこめる方法等が挙げられる。また、圧力を制御する方法としては、例えば圧力レギュレータ等の水素圧力制御手段が設けられていたり、公知のコンプレッサを用いたりしてもよい。このような水素圧力制御手段を設けることにより、発生した水素圧力を適切に制御することができる。付加反応効率を上げ、反応時間をより短くすることができるという観点からは、水素付加時の圧力を、ゲージ圧で１気圧以上５０気圧以下（即ち０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下）とすることが好ましい。

このようにして、第２実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムにおいても、高効率で再生可能エネルギを貯蔵可能なシステムが提供できる。
［３．第３実施形態］
次に、図３を参照しながら、第３実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システム３００について説明する。なお、図３において図２と同じ符号を付すものは同じ手段を表すものとし、その詳細な説明を省略する。

図３に示す再生可能エネルギ貯蔵システム３００は、図２に示す再生可能エネルギ貯蔵システム２００に蓄電装置２１を加えたものである。再生可能エネルギ貯蔵システムをこのように構成しても、本発明の課題を解決することができる。

蓄電装置２１は発電装置１によって発電した電力を蓄電するものである。蓄電装置２１は、発電装置１及び電気分解装置３と電気的に接続され、必要に応じて蓄電装置２１に蓄電された電力を電気分解装置３に供給することができるようになっている。また、蓄電装置２１は系統連係において電力授受を行うことで、再生可能エネルギ由来の変動電力を系統に逆潮流する際の電力安定化を担っている。

蓄電装置２１の具体的な構成は特に制限されず、公知の任意の蓄電池（二次電池）と充放電制御システムを用いることができる。ただし、蓄電池としては、満充電状態から放電し、一定放電後に再度充電を実施する繰り返し用途専用に製造されるサイクル用蓄電池が望ましい。具体的には、蓄電池としては、例えばナトリウム硫黄電池、鉛蓄電池等が挙げられ、中でも、電気的性能に優れ、コンパクトで安価な鉛蓄電池が好ましい。なお、蓄電池は１個の蓄電池により構成されてもよく、２個以上の蓄電池を任意に接続して蓄電池群として構成してもよい。充放電制御システムはバッテリチャージャーなどの慣習的な充放電制御システムが適用でき、特に制限はない。

前述のような蓄電装置２１を再生可能エネルギ貯蔵システム構成に併設することで、蓄電装置２１からの電力も併せて利用したり、発電装置１からの電力を利用せず、蓄電装置２１からの電力のみを利用したりしてもよい。例えば、晴れた昼間の時間帯には十分な日照を確保することができるため蓄電装置２１に十分量の電力を充電し、さらに余剰分の電力で反応器７を駆動させる。一方で、夜間の時間帯は太陽光発電を行うことができないため、蓄電装置２１に昼間充電された電力を利用して反応器７を動作させる。このようにすることで、再生可能エネルギを無駄なく利用することができる。

このようにして、第４実施形態に係る再生可能エネルギ貯蔵システムにおいても、高効率で再生可能エネルギを貯蔵可能なシステムが提供できる。
［４．その他］
なお、再生可能エネルギ貯蔵システム１００を基準に、順次、装置構成を追加して説明したが、たとえば再生可能エネルギ貯蔵システム１００に蓄電装置２１のみを追加しても良いし、圧力調整装置２０のみを追加しても良く、他の実施形態においても同様に適用することができる。

また、本発明内の再生可能エネルギ貯蔵システムは、必ずしも再生可能エネルギ発電手段と１対１の関係でなくてもよい。即ちスマートグリッドなど、配電ネットワークに組込まれても良く、グリッド内の余剰電力や変動電力分を飽和炭化水素に変換することで再生可能エネルギの高効率利用が提供できる。

１ 再生可能エネルギ発電手段
２ 制御装置
３ 電気分解装置
４ ミストトラップ部
５ 送液ポンプ
６ 電解液タンク
７ 反応器
８ 送液ポンプ
９ 気液分離タンク
１０ 不飽和炭化水素タンク
１１ 飽和炭化水素タンク
１２ 発電機
１３ 反応器
１４ 送液ポンプ
１５ 外部熱源
１６ 温度検出部
１７ 熱交換部
１８ バルブ
１９ 温度制御装置
２０ 圧力調整器
２１ 電解液供給ライン
２２ 熱交換ライン

Claims (7)

1. 再生可能エネルギを貯蔵する再生可能エネルギ貯蔵システムであって、
   再生可能エネルギを電気エネルギに変換する発電装置と、
   前記発電装置によって得られた電気エネルギを用いて水素ガスを製造する電気分解装置と、
   前記電気分解装置で製造した水素ガスを不飽和炭化水素に対して付加させ飽和炭化水素に変換する水素添加装置と、
   前記不飽和炭化水素を貯蔵する不飽和炭化水素貯蔵手段と、
   前記飽和炭化水素を貯蔵する飽和炭化水素貯蔵手段と、を備え、
   前記水素添加装置で発生した熱を前記電気分解装置に供給する熱交換部を有することを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
2. 請求項１において、
   前記電気分解装置に供給する電解液を貯蔵する電解液タンクと、
   前記電解液タンクに貯蔵された電解液を前記水電気分解装置に循環供給する電解液供給ラインと、
   電解液の温度を検出する温度検出部と、を備え、
   前記電解液供給ラインは、前記電解液供給ラインから分岐して前記熱交換部を通って前記電解液供給ラインに戻る熱交換ラインと、前記電解液供給ラインと前記熱交換ラインを流れる電解液の流量を調整するバルブを有することを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
3. 請求項２において、前記温度検出部で検出した電解液の温度に基づいて前記バルブを制御し、前記電解液供給ラインと前記熱交換ラインを流れる電解液の流量を調整する制御手段を有することを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
4. 請求項１において、
   前記飽和炭化水素の脱水素反応によって水素と不飽和炭化水素に分離する脱水素反応器と、
   前記脱水素反応器で生成した水素を燃料として発電する発電機を備えることを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
5. 請求項４において、
   前記脱水素反応器または前記発電機の余剰熱を前記熱交換部に供給することを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
6. 請求項１において、
   前記電気分解装置で製造した水素ガスの圧力を調整し、前記水素添加装置に供給する圧力調整装置を備えることを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。
7. 請求項１において、
   前記発電手段によって得られた電力を蓄電する蓄電装置を備えることを特徴とする再生可能エネルギ貯蔵システム。