JP2014110074A - 2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】外部から供給される電力の変動を補償することができる安全で且つ高効率な2次電池型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】2次電池型燃料電池システムは、電力補償部と、フィルタ部と、時定数制御部とを備える。前記電力補償部は、外部から供給される電力の変動を、燃料発生部から供給される燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される生成物(前記燃料ガスが生成される化学反応の逆反応の生成物)を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部の発電電力または前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力によって補償する。前記フィルタ部は、時定数の変更が可能であり、前記電力補償部から出力される電力を平滑化する。前記時定数制御部は、前記外部から供給される電力の変動に基づいて前記フィルタ部の時定数を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】2次電池型燃料電池システムは、電力補償部と、フィルタ部と、時定数制御部とを備える。前記電力補償部は、外部から供給される電力の変動を、燃料発生部から供給される燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される生成物(前記燃料ガスが生成される化学反応の逆反応の生成物)を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部の発電電力または前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力によって補償する。前記フィルタ部は、時定数の変更が可能であり、前記電力補償部から出力される電力を平滑化する。前記時定数制御部は、前記外部から供給される電力の変動に基づいて前記フィルタ部の時定数を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システムに関する。
近年、地球温暖化防止や化石燃料資源枯渇対策の観点から、風力エネルギーや太陽エネルギーなどの自然エネルギーを用いて発電を行う発電設備(以下、「自然エネルギー発電設備」ともいう。)が電力系統に多数接続されるようになってきている。
自然エネルギー発電設備は、世界各地で盛んに建設されている。また、離島や限られた地域内に電力を供給する小規模配電網であるマイクログリッドに自然エネルギー発電設備を分散型電源として配備することも検討されている。
しかし、自然エネルギーは不規則に変動するため、自然エネルギー発電設備を電力系統に接続すると、電力系統の周波数や電圧が変動するおそれがある。特に、風力エネルギーは不規則であり、風力発電機の出力電力は風速の3乗に比例するため僅かな風速の変動に対しても大きく変動する。このため、風力エネルギーを用いて発電を行う発電設備に接続される電力系統の周波数や電圧は乱れやすい。
また、マイクログリッドに自然エネルギー発電設備を配備した場合、電力系統の規模が小さいため、自然エネルギーの不規則な変動に起因する電力系統の周波数や電圧の変動がより顕著になる。
一方、電力品質の確保に対する需要者からの要求に応えるために、自然エネルギー発電設備に接続される電力系統の周波数や電圧の変動を一定範囲内に収める必要がある。このため、自然エネルギー発電設備の出力変動を蓄電池の充放電によって補償する方法が提案されている。
上記の用途で用いられる蓄電池は、安価で大容量であることが必要であり、現在ナトリウム−硫黄電池などが提案されているが(例えば特許文献1参照)、自然エネルギー発電設備の出力変動を補償する際に蓄電池の効率が悪化することや安全性が課題になっている。
本発明は、上記の状況に鑑み、外部から供給される電力の変動を補償することができる安全で且つ高効率な2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る2次電池型燃料電池システムは、化学反応によって燃料ガスを放出することができ、前記燃料ガスが生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、前記燃料発生部から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料ガスを含むガスを循環させる2次電池型燃料電池システムであって、外部から供給される電力の変動を、前記発電・電気分解部の発電電力または前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力によって補償する電力補償部と、時定数の変更が可能であり、前記電力補償部から出力される電力を平滑化するフィルタ部と、前記外部から供給される電力の変動に基づいて前記フィルタ部の時定数を制御する時定数制御部とを備える構成(第1の構成)とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
また、上記第1の構成の2次電池型燃料電池システムにおいて、前記時定数制御部が、前記フィルタ部から出力される電力が所定の下限値を下回らず所定の上限値を上回らない条件下で前記フィルタ部の損失電力が最小となるように、前記フィルタ部の時定数を制御するようにしてもよい。
また、上記第1の構成の2次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部の発電電力の周波数及び前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力の周波数を、前記フィルタ部の時定数に対応させて設定する周波数設定部を備え、前記発電・電気分解部の損失電力と前記フィルタ部の損失電力との合計が最小となるように、前記時定数制御部が前記フィルタ部の時定数を制御し、前記周波数設定部が、前記発電・電気分解部の発電電力の周波数及び前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力の周波数を設定するようにしてもよい。
また、上記目的を達成するために本発明に係る給電システムは、上記いずれかの構成の2次電池型燃料電池システムと、自然エネルギーを用いて発電を行うとともに、前記2次電池型燃料電池システムに電力を供給する発電設備とを備える構成とする。
本発明に係る2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システムによると、前記2次電池型燃料電池システムの外部から前記2次電池型燃料電池システムに供給される電力の変動を前記電力補償部によって補償することができ、更に、前記電力補償部によって十分に補償できなかった変動を時定数の変更が可能な前記フィルタ部によって平滑化する。このため、前記2次電池型燃料電池システムの外部から前記2次電池型燃料電池システムに供給される電力が不規則に変化する場合にも十分対応できる。
また、ナトリウム−硫黄電池を用いず燃料電池を用いるので、安全である。
また、前記電力補償部によって十分に補償できなかった変動を時定数の変更が可能な前記フィルタ部によって平滑化するので、前記発電・電気分解部の発電電力または前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力を外部から供給される電力の変動に合わせて高精度に変動させる必要がなくなる。したがって、損失電力の大きい動作領域を回避して前記発電・電気分解部を動作させることができ、高効率化を図ることができる。
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る給電システムの概略構成を図1に示す。本実施形態に係る給電システムは、例えば風力エネルギーを用いて発電を行う風力発電設備や太陽光エネルギーを用いて発電を行う太陽光発電設備などの自然エネルギー発電設備100と、2次電池型燃料電池システム200とを備えており、2次電池型燃料電池システム200から出力される電力を電力系統へ給電している。
本発明の第1実施形態に係る給電システムの概略構成を図1に示す。本実施形態に係る給電システムは、例えば風力エネルギーを用いて発電を行う風力発電設備や太陽光エネルギーを用いて発電を行う太陽光発電設備などの自然エネルギー発電設備100と、2次電池型燃料電池システム200とを備えており、2次電池型燃料電池システム200から出力される電力を電力系統へ給電している。
2次電池型燃料電池システム200は、外部電力制御部10と、2次電池型燃料電池部20と、合成部30と、フィルタ部40と、差分部50と、電力指示調整部60と、周波数判断部70とを備えている。
外部電力制御部10は、電力指示調整部60からの指示に従って、自然エネルギー発電設備100から供給される電力の全てを合成部30に供給するか、自然エネルギー発電設備100から供給される電力の一部を合成部30に供給し残りを2次電池型燃料電池部20に供給するかのいずれかを行う。
2次電池型燃料電池部20は、電力指示調整部60からの指示に従って、発電電力を合成部30に供給するか、外部電力制御部10から供給される電力を用いて電気分解を行うことにより燃料発生部材1(図3参照)を再生するかのいずれかを行う。
合成部30は、外部電力制御部10から供給される電力と2次電池型燃料電池部20から供給される電力とを合成し、その合成した電力をフィルタ部40に出力する。
フィルタ部40は、周波数判断部70から出力される遮断周波数に関する情報に基づいて時定数を変更し、合成部30から供給される電力を平滑化し、その平滑化した電力を電力系統に出力する。
差分部50は、自然エネルギー発電設備100から出力される電力に関する情報およびフィルタ部40から出力される電力に関する情報を取得し、自然エネルギー発電設備100から出力される電力の変動とフィルタ部40から出力される電力の変動との差分を求め、その差分情報を電力指示調整部60および周波数判断部70に出力する。なお、図1に示す例とは異なり、差分部50が、自然エネルギー発電設備100から出力される電力の変動とフィルタ部40に入力される電力の変動との差分を求めるようにして、差分情報にフィルタ部40における遅延が影響しないようにしてもよい。
電力指示調整部60は、差分部50から出力される差分情報に基づいて、外部電力制御部10および2次電池型燃料電池部20に指示を出す。例えば、自然エネルギー発電設備100から出力される電力が図2(a)に示すグラフG1である場合、電力系統に出力する電力をフィルタ部40による平滑化に頼らずに図2(a)に示すグラフG2のように下限値LLを下回らず上限値ULを上回らないようにするためには、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力を図2(b)に示すグラフG3のように変動させる必要がある。しかしながら、電力指示調整部60は、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力を、図2(b)に示すグラフG3のように高精度に変動させず、図2(c)に示すグラフG4のように所定の周波数で変動する電力にするための指示を外部電力制御部10および2次電池型燃料電池部20に出す。なお、前記所定の周波数は、後述する図4に示す交流インピーダンス特性における発電反応または電気分解反応による活性化抵抗を示す周波数帯域FB2に含まれるようにする。また、2次電池型燃料電池部20は、複数の2次電池型燃料電池を備えており、出力に対して余力があり、出力する2次電池型燃料電池の数を増減させることにより出力電力を増減することができる構成である。
周波数判断部70は、差分部50から出力される差分情報に基づいて、フィルタ部40から出力される電力が下限値LLを下回らず上限値ULを上回らない条件下でフィルタ部40の損失電力が最小となるフィルタ部40の遮断周波数を判断し、その判断した遮断周波数に関する情報をフィルタ部40に出力する。なお、図1に示す例とは異なり、周波数判断部70が、差分部50から出力される差分情報の代わりに、自然エネルギー発電設備100から出力される電力の変動に関する情報または合成部30から出力される電力の変動に関する情報などを用いるようにしてもよい。
次に、2次電池型燃料電池部20の構成例を図3に示す。図3に示す構成例において、2次電池型燃料電池部20は、燃料発生部材1と、燃料電池部2と、燃料発生部材1を加熱するヒーター3と、燃料電池部2を加熱するヒーター4と、燃料発生部材1及びヒーター3を収容する容器5と、燃料電池部2及びヒーター4を収容する容器6と、燃料発生部材1と燃料電池部2の間でガスを循環させるための配管7と、燃料発生部材1と燃料電池部2の間でガスを強制的に循環させるポンプ8と、スイッチS1と、スイッチS2とを有する2次電池型燃料電池を複数備えている(図3においては一つの2次電池型燃料電池のみを図示している)。また、図示を省略しているが、2次電池型燃料電池部20の各2次電池型燃料電池は、ヒーター3と、ヒーター4を制御する温度制御部も備えている。また、必要に応じて、燃料発生部材1や燃料電池部2の周辺に温度センサ等を設けてもよい。また、ポンプ8の代わりに、例えばコンプレッサ、ファン、ブロアなどの他の循環器を用いてもよい。なお、循環器を設けなくてもガス循環量を十分に確保できる場合には循環器を設けなくてもよい。
燃料発生部材1としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、酸化性ガス(例えば水蒸気)との酸化反応によって燃料ガス(例えば水素)を発生し、還元性ガス(例えば水素)との還元反応により再生可能なものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ni、Fe、Pd、V、Mgやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にFeは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Al、Rd、Pd、Cr、Ni、Cu、Co、V、Moが挙げられ、添加される金属酸化物としてはSiO2、TiO2が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部材1として、Feを主体とする燃料発生部材を用いる。
Feを主体とする燃料発生部材は、例えば、下記の(1)式に示す酸化反応により、酸化性ガスである水蒸気を消費して燃料ガス(還元性ガス)である水素を生成することができる。
4H2O+3Fe→4H2+Fe3O4 …(1)
4H2O+3Fe→4H2+Fe3O4 …(1)
上記の(1)式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄の残量が減っていくが、上記の(1)式の逆反応すなわち下記の(2)式に示す還元反応により、燃料発生部材1を再生することができる。なお、上記の(1)式に示す鉄の酸化反応及び下記の(2)式の還元反応は600℃未満の低い温度で行うこともできる。
4H2+Fe3O4→3Fe+4H2O …(2)
4H2+Fe3O4→3Fe+4H2O …(2)
燃料発生部材1においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部材1の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部材1の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。
燃料発生部材1としては、例えば、微粒子をペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であってもよく、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよい。
燃料電池部2は、図3に示す通り、電解質膜2Aの両面に燃料極2Bと酸化剤極である空気極2Cを接合したMEA構造(膜・電極接合体:Membrane Electrode Assembly)である。なお、図3では、MEAを1つだけ設けた構造を図示しているが、MEAを複数設けたり、さらに複数のMEAを積層構造にしたりしてもよい。
電解質膜2Aの材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を用いた固体酸化物電解質を用いることができ、また例えば、ナフィオン(デュポン社の商標)、カチオン導電性ポリマー、アニオン導電性ポリマー等の固体高分子電解質を用いることができるが、これらに限定されることなく、水素イオンを通すものや酸素イオンを通すもの、また、水酸化物イオンを通すもの等、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。なお、本実施形態においては、電解質膜2Aとして、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を用いた固体酸化物電解質を用いる。
電解質膜2Aは、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法(CVD−EVD法;Chemical Vapor Deposition - Electrochemical Vapor Deposition)等を用いて形成することができ、固体高分子電解の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。
燃料極2B、空気極2Cはそれぞれ、例えば、電解質膜2Aに接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極2Bの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ni−Fe系サーメットやNi−YSZ系サーメット等を用いることができる。また、空気極2Cの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、La−Mn−O系化合物やLa−Co−Ce系化合物等を用いることができる。燃料極2B、空気極2Cはそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
以下の説明では、燃料ガスとして水素を用いた場合について説明する。
電力指示調整部60が外部電力制御部10に対して自然エネルギー発電設備100から供給される電力の全てを合成部30に供給させる指示を与える場合、電力指示調整部60がスイッチS1及びS2に対して接点bを選択させる指示を与える。スイッチS1及びS2の接点bは合成部30に接続されており、スイッチS1及びS2が接点bを選択することにより、燃料極2B−空気極2C間電圧が合成部30の入力電圧VIN30となり、2次電池型燃料電池部20が発電動作を行う。燃料電池部2では、2次電池型燃料電池部20の発電時に、燃料極2Bにおいて下記の(3)式の反応が起こる。
H2+O2-→H2O+2e- …(3)
H2+O2-→H2O+2e- …(3)
上記の(3)式の反応によって生成された電子は、合成部30を通って、空気極2Cに到達し、空気極2Cにおいて下記の(4)式の反応が起こる。
1/2O2+2e-→O2- …(4)
1/2O2+2e-→O2- …(4)
そして、上記の(4)式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質膜2Aを通って、燃料極2Bに到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池部2が発電動作を行うことになる。また、上記の(3)式から分かるように、2次電池型燃料電池部20の発電動作時には、燃料極2B側においてH2が消費されH2Oが生成されることになる。
上記の(3)式及び(4)式より、2次電池型燃料電池部20の発電動作時における燃料電池部2での反応は下記の(5)式の通りになる。
H2+1/2O2→H2O …(5)
H2+1/2O2→H2O …(5)
一方、燃料発生部材1は、上記の(1)式に示す酸化反応により、2次電池型燃料電池部20の発電時に燃料電池部2の燃料極2B側で生成されたH2Oを消費してH2を生成する。
上記の(1)式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の(2)式に示す還元反応により、燃料発生部材1を再生することができ、2次電池型燃料電池部20を充電することができる。
電力指示調整部60が外部電力制御部10に対して自然エネルギー発電設備100から供給される電力の一部を合成部30に供給させ残りを2次電池型燃料電池部20に供給させる指示を与える場合、電力指示調整部60がスイッチS1及びS2に対して接点aを選択させる指示を与える。スイッチS1及びS2の接点aは外部電力制御部10に接続されており、スイッチS1及びS2が接点aを選択することにより、燃料極2B−空気極2C間電圧が外部電力制御部10の出力電圧VOUT10となり、2次電池型燃料電池部20が充電動作を行う。
燃料電池部2では、2次電池型燃料電池部20の充電時に、上記の(5)式の逆反応である下記の(6)式に示す電気分解反応が起こり、燃料極2B側においてH2Oが消費されH2が生成され、燃料発生部材1では、上記の(2)式に示す還元反応が起こり、燃料電池部2の燃料極2B側で生成されたH2が消費されH2Oが生成される。
H2O→H2+1/2O2 …(6)
H2O→H2+1/2O2 …(6)
ここで、燃料電池部2の交流インピーダンス特性を図4に示す。図4に示す燃料電池部2の交流インピーダンス特性は、燃料電池部2に一定の基準電流(例えば正弦波電流)を周波数を掃引しながら印加することで求めることができる。実数部は燃料電池部2の実抵抗の大きさを示しており、虚数部はリアクタンスの大きさを示している。
図4の周波数帯域FB1は燃料ガスまたは電気分解の対象である酸化性ガスの拡散抵抗を示す周波数帯域であり、図4の周波数帯域FB2は発電反応または電気分解反応による活性化抵抗を示す周波数帯域であり、図4の周波数帯域FB3は燃料電池部2の電極−電解質間の直流抵抗を示す周波数帯域である。なお、周波数帯域FB1は10mHz〜数kHzの周波数帯域である。
もし電力指示調整部60が、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力を、図2(b)に示すグラフG3のように高精度に変動させた場合、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力の周波数および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力の周波数が周波数帯域FB1に含まれて、燃料電池部2の損失電力が大きくなってしまうおそれがある。このような事態を避けるために、電力指示調整部60は上述した通り図2(c)に示すグラフG4のように所定の周波数(周波数帯域FB2に含まれる周波数)で変動する電力にするための指示を外部電力制御部10および2次電池型燃料電池部20に出している。
次に、フィルタ部40の構成例を図5に示す。図5に示す構成例において、フィルタ部40は、抵抗R1〜R4と、スイッチSW1〜SW4と、コンデンサC1と、スイッチ切替部9とを備え、合成部30から出力される電圧VOUT30を平滑化して電力系統へ供給するローパスフィルタである。抵抗R1〜R4の各抵抗値は同一であってもよく、互いに異なる値であってもよい。スイッチ切替部9は、周波数判断部70から出力される遮断周波数に関する情報に基づいてスイッチSW1〜SWのオン/オフを制御して、時定数を変更する。なお、図5に示す構成例はローパスフィルタであったが、自然エネルギー発電設備100から出力される電力が低い周波数や高い周波数で変動しない場合などには、バンドパスフィルタを用いることも可能である。
本実施形態に係る給電システムは、自然エネルギー発電設備100から2次電池型燃料電池システム200に供給される電力の変動を、外部電力制御部10と2次電池型燃料電池部20と合成部30とによって補償することができ、更に、外部電力制御部10と2次電池型燃料電池部20と合成部30とによって十分に補償できなかった変動を時定数の変更が可能なフィルタ部40によって平滑化する。このため、自然エネルギー発電設備100から2次電池型燃料電池システム200に供給される電力が不規則に変化する場合にも十分対応できる。
また、本実施形態に係る給電システムは、ナトリウム−硫黄電池を用いず2次電池型燃料電池部20を用いるので、安全である。
また、本実施形態に係る給電システムは、外部電力制御部10と2次電池型燃料電池部20と合成部30とによって十分に補償できなかった変動を時定数の変更が可能なフィルタ部20によって平滑化するので、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力を図2(b)に示すグラフG3のように高精度に変動させる必要がなくなる。したがって、損失電力の大きい動作領域を回避して2次電池型燃料電池部20を動作させることができ、高効率化を図ることができる。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る給電システムの概略構成を図6に示す。
本発明の第2実施形態に係る給電システムの概略構成を図6に示す。
本発明の第1実施形態に係る給電システムの電力指示調整部60は、所定の周波数(周波数帯域FB2に含まれる周波数)で変動する電力にするための指示を外部電力制御部10および2次電池型燃料電池部20に出すようにしており、合成部30から出力される電力に低周波成分が残る場合にはフィルタ部40の時定数を大きくすることで対応している。このため、フィルタ部40の損失電力が大きくなり過ぎることがある。
そこで、本実施形態では、周波数判断部70が、2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力の周波数および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力の周波数を、フィルタ部40の遮断周波数に対応させて設定し、その設定情報を電力指示調整部60に送るようにするとともに、燃料電池部2の損失電力とフィルタ部40の損失電力との合計(図7に示す破線参照)が最小となるフィルタ部40の遮断周波数を判断し、その判断した遮断周波数に関する情報をフィルタ部40に出力するようにしている。
2次電池型燃料電池部20が合成部30に供給する電力の周波数および外部電力制御部10から2次電池型燃料電池部20に供給される電力の周波数が高いときにはフィルタ部40の遮断周波数を低くするという条件を満たす所定の対応関係、および、燃料電池部2の損失電力とフィルタ部40の損失電力との合計の特性を、周波数判断部70が内蔵メモリ(不図示)に記憶しておくようにすることで、上記の動作が可能になる。
本実施形態に係る給電システムは、本発明の第1実施形態に係る給電システムと同様の効果を奏するとともに、燃料電池部2の損失電力とフィルタ部40の損失電力との合計を最小にするので本発明の第1実施形態に係る給電システムよりも高効率になる。
<その他>
上述した実施形態においては、燃料電池部2の電解質膜2Aとして固体酸化物電解質を用いて、発電の際に燃料極2B側で水を発生させるようにする。この構成によれば、燃料発生部材1が設けられた側で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開2009−99491号公報に開示された燃料電池のように、燃料電池部2の電解質膜2Aとして水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際に燃料電池部2の酸化剤極である酸化剤極2C側で水が発生されることになるため、この水を燃料発生部材1に伝搬する流路を設ければよい。また、上述した実施形態では、1つの燃料電池部2が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池(例えば発電専用の固体酸化物燃料電池)と水の電気分解器(例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池)が燃料発生部材1に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
上述した実施形態においては、燃料電池部2の電解質膜2Aとして固体酸化物電解質を用いて、発電の際に燃料極2B側で水を発生させるようにする。この構成によれば、燃料発生部材1が設けられた側で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開2009−99491号公報に開示された燃料電池のように、燃料電池部2の電解質膜2Aとして水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際に燃料電池部2の酸化剤極である酸化剤極2C側で水が発生されることになるため、この水を燃料発生部材1に伝搬する流路を設ければよい。また、上述した実施形態では、1つの燃料電池部2が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池(例えば発電専用の固体酸化物燃料電池)と水の電気分解器(例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池)が燃料発生部材1に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
また、上述した実施形態では、燃料発生部材1と燃料電池部2とを別々の容器に収容したが、同一の容器に収容しても構わない。
また、上述した実施形態では、燃料電池部2の燃料ガスを水素にしているが、一酸化炭素や炭化水素など水素以外の還元性ガスを燃料電池部2の燃料ガスとして用いても構わない。
1 燃料発生部材
2 燃料電池部
2A 電解質膜
2B 燃料極
2C 酸化剤極
3、4 ヒーター
5、6 容器
7 配管
8 ポンプ
9 スイッチ切替部
10 外部電力制御部
20 2次電池型燃料電池部
30 合成部
40 フィルタ部
50 差分部
60 電力指示調整部
70 周波数判断部
100 自然エネルギー発電設備
200 2次電池型燃料電池システム
C1 抵抗
R1〜R4 抵抗
S1、S2、SW1〜SW4 スイッチ
2 燃料電池部
2A 電解質膜
2B 燃料極
2C 酸化剤極
3、4 ヒーター
5、6 容器
7 配管
8 ポンプ
9 スイッチ切替部
10 外部電力制御部
20 2次電池型燃料電池部
30 合成部
40 フィルタ部
50 差分部
60 電力指示調整部
70 周波数判断部
100 自然エネルギー発電設備
200 2次電池型燃料電池システム
C1 抵抗
R1〜R4 抵抗
S1、S2、SW1〜SW4 スイッチ
Claims (4)
- 化学反応によって燃料ガスを放出することができ、前記燃料ガスが生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、
前記燃料発生部から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料ガスを含むガスを循環させる2次電池型燃料電池システムであって、
外部から供給される電力の変動を、前記発電・電気分解部の発電電力または前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力によって補償する電力補償部と、
時定数の変更が可能であり、前記電力補償部から出力される電力を平滑化するフィルタ部と、
前記外部から供給される電力の変動に基づいて前記フィルタ部の時定数を制御する時定数制御部とを備えることを特徴とする2次電池型燃料電池システム。 - 前記時定数制御部が、前記フィルタ部から出力される電力が所定の下限値を下回らず所定の上限値を上回らない条件下で前記フィルタ部の損失電力が最小となるように、前記フィルタ部の時定数を制御することを特徴とする請求項1に記載の2次電池型燃料電池システム。
- 前記発電・電気分解部の発電電力の周波数及び前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力の周波数を、前記フィルタ部の時定数に対応させて設定する周波数設定部を備え、
前記発電・電気分解部の損失電力と前記フィルタ部の損失電力との合計が最小となるように、前記時定数制御部が前記フィルタ部の時定数を制御し、前記周波数設定部が、前記発電・電気分解部の発電電力の周波数及び前記発電・電気分解部の電気分解に必要な電力の周波数を設定することを特徴とする請求項1に記載の2次電池型燃料電池システム。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の2次電池型燃料電池システムと、
自然エネルギーを用いて発電を行うとともに、前記2次電池型燃料電池システムに電力を供給する発電設備とを備えたことを特徴とする給電システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012262170A JP2014110074A (ja) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | 2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012262170A JP2014110074A (ja) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | 2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014110074A true JP2014110074A (ja) | 2014-06-12 |
Family
ID=51030610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012262170A Withdrawn JP2014110074A (ja) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | 2次電池型燃料電池システム及びそれを備えた給電システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014110074A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017149606A1 (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | 株式会社 東芝 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
-
2012
- 2012-11-30 JP JP2012262170A patent/JP2014110074A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017149606A1 (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-08 | 株式会社 東芝 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
JPWO2017149606A1 (ja) * | 2016-02-29 | 2019-01-17 | 株式会社東芝 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20151216 |