JP2017139850A - Power supply system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system which uses renewable energy power generation equipment and an engine power generator, and which can be downsized and furthermore allows for reduction in an amount of use of engine fuel.SOLUTION: The power supply system is provided that supplies power using both of power generation equipment R converting renewable energy into electric energy and an engine power generator 7. A part of the electric energy obtained by the power generation equipment R is supplied to an electrolysis device 6 to produce hydrogen and oxygen, the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine power generator 7, which generates power using at least either the hydrogen or engine fuel as fuel. An amount of power supplied from a power distribution device to the electrolysis device is controlled in such a way that a load fluctuation ratio of the engine power generator falls within a predetermined range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機と電気分解装置を用いて安定的な発電を行うシステムに関する。   The present invention relates to a system for generating stable power using a renewable energy power generator, an engine generator, and an electrolyzer.

CO削減の課題や地下資源の枯渇問題から太陽光、風力などの再生可能エネルギーを利用して発電をすることが活発に進められている。しかしながら、再生可能エネルギーは自然環境に大きく影響を受けるため、それによる発電量は変動が大きく、大規模に導入していくと、系統電力が不安定になる。そのために、別途エネルギー貯蔵システムを準備する必要がある。たとえば特許文献1のように再生可能エネルギーによる発電の一部を用いて電気分解装置で水素を製造し、製造した水素を芳香族化合物に結合させて水素化物として貯蔵するシステムが提案されている。 Due to the problem of CO 2 reduction and the problem of depletion of underground resources, power generation using renewable energy such as sunlight and wind power is being actively promoted. However, since renewable energy is greatly affected by the natural environment, the amount of power generated by the energy changes greatly, and system power becomes unstable when introduced on a large scale. Therefore, it is necessary to prepare an energy storage system separately. For example, as in Patent Document 1, a system has been proposed in which hydrogen is produced by an electrolysis apparatus using a part of power generation by renewable energy, and the produced hydrogen is combined with an aromatic compound and stored as a hydride.

特開2014-84792JP 2014-84792

ところで、特許文献1に記載のシステムでは、再生可能エネルギーにより発電した電力の一部を水素エネルギーに変換して貯蔵するために、水素添加装置、水素化物タンク、脱水素化物タンク、反応器等のエネルギー貯蔵装置が必要となり、システムの大型化・設備コストの面で課題がある。   By the way, in the system of patent document 1, in order to convert and store a part of electric power generated by renewable energy into hydrogen energy, a hydrogenation device, a hydride tank, a dehydride tank, a reactor, etc. An energy storage device is required, and there are problems in terms of system enlargement and equipment costs.

一方、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システム簡素化のためにエネルギー貯蔵装置を無くした場合には以下の課題がある。エンジン発電機は再生可能エネルギーによる発電がゼロの時でも需要を賄える能力が必要である。そのため、再生可能エネルギー発電装置で需要電力の一部を供給できるときには、それに追従して出力を下げて運転することになる。しかし、エンジン発電機は低出力時に効率が低下するため、エンジン燃料の消費量が増加することが課題である。また、電力安定供給の観点からは、エンジン発電機は常に発電している状態として、エンジン発電機の出力を一定値以上に保つこと、エンジン発電機の負荷変動率を所定以内に維持する必要がある。そのため、エンジン発電機の発電状態を維持するためのエンジン燃料量が必要となり、燃料タンクの大型化や炭化水素燃料の燃焼によるCO排出といった問題がある。また、再生可能エネルギー発電装置で需要電力以上の電力が供給できるときでも、エンジン発電機を停止できないことから、再生可能エネルギーで発電可能な余剰分の電力を有効利用することができず、一定以上エンジン発電機に用いる燃料量を削減することができない。 On the other hand, in an electric power supply system using a renewable energy power generation device and an engine generator, there are the following problems when the energy storage device is eliminated to simplify the system. Engine generators need to be able to meet demand even when the generation of renewable energy is zero. Therefore, when a part of the demand power can be supplied by the renewable energy power generation apparatus, the output is lowered to follow the operation. However, since the efficiency of the engine generator is reduced at low output, the problem is that the consumption of engine fuel increases. Also, from the viewpoint of stable power supply, it is necessary to maintain the engine generator output at a constant value or higher and to maintain the engine generator load fluctuation rate within a predetermined range. is there. Therefore, the amount of engine fuel required to maintain the power generation state of the engine generator is required, and there are problems such as an increase in the size of the fuel tank and CO 2 emission due to combustion of hydrocarbon fuel. In addition, even if the renewable energy power generation device can supply more power than the demand power, the engine generator cannot be stopped, so the surplus power that can be generated with renewable energy cannot be used effectively, exceeding a certain level. The amount of fuel used for the engine generator cannot be reduced.

本発明は、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機、電気分解装置を用いた電力供給システムにおいて、システムの小型化とともに、エンジン燃料の使用量を従来に比べて削減できる電力供給システムおよびその制御手法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a power supply system using a renewable energy power generation apparatus, an engine generator, and an electrolysis apparatus, and a power supply system that can reduce the amount of engine fuel used and a control method thereof in addition to downsizing the system. The purpose is to provide.

本発明に係る電力供給システムは、再生可能エネルギーによる発電と、エンジン発電機による発電の双方を用いて、電力供給を行う電力供給システムであって、再生可能エネルギーを電気エネルギー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力の一部を電気分解装置へ供給する電力分配装置と、前記電力分配装置から供給された電力を用いて水素および酸素を製造する電気分解装置と、前記電気分解装置から水素および酸素を前記エンジン発電機に供給する第一の供給手段と、前記エンジン発電機に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクから前記エンジン発電機にエンジン燃料を供給する第二の供給手段と、電力供給システムを電子制御する制御部と、を備え、前記エンジン発電機は、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料として発電し、前記制御部は、前記エンジン発電機の負荷変動率が所定の範囲になるように前記電力分配装置から前記電気分解装置に供給する電力量を制御することを特徴とする。   An electric power supply system according to the present invention is an electric power supply system that supplies electric power using both power generation by renewable energy and power generation by an engine generator, and a power generation device that converts the renewable energy into electric energy; A power distribution device that supplies part of the power obtained by the power generation device to the electrolysis device, an electrolysis device that produces hydrogen and oxygen using the power supplied from the power distribution device, and the electrolysis First supply means for supplying hydrogen and oxygen from the apparatus to the engine generator, a fuel tank for storing engine fuel to be supplied to the engine generator, and supplying engine fuel from the fuel tank to the engine generator A second supply means, and a control unit for electronically controlling the power supply system, wherein the engine generator is hydrogen or energy. Power is generated using at least one of gin fuel as fuel, and the control unit controls the amount of power supplied from the power distribution device to the electrolyzer so that a load fluctuation rate of the engine generator falls within a predetermined range. It is characterized by.

本発明により、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システムの小型化とともに、再生可能エネルギー発電装置による発電電力の利用量拡大とエンジン燃料の使用量を削減できる。   According to the present invention, in a power supply system using a renewable energy power generation device and an engine generator, it is possible to reduce the size of the system, increase the amount of power generated by the renewable energy power generation device, and reduce the amount of engine fuel used.

本発明の実施形態に係る電力供給システムの構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Configuration explanatory drawing of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 供給電力に対する再生可能エネルギー発電量とエンジン発電量の関係の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the relationship of the renewable energy electric power generation amount with respect to supplied electric power, and an engine electric power generation amount. 再生可能エネルギー導入による化石燃料の消費量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the consumption of the fossil fuel by renewable energy introduction. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いるディーゼルエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show typically the cylinder head neighborhood of the diesel engine used for the engine generator which constitutes the electric power supply system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。It is an example of the partial enlarged view which shows typically the cylinder head vicinity of the spark ignition engine used for the engine generator which comprises the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。It is an example of the partial enlarged view which shows typically the cylinder head vicinity of the spark ignition engine used for the engine generator which comprises the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの運転モードの制御フロー図である。It is a control flowchart of the operation mode of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの運転モードの制御フロー図である。It is a control flowchart of the operation mode of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの運転モードの制御フロー図である。It is a control flowchart of the operation mode of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 再生可能エネルギーによる発電量が急減した場合に対する再生可能エネルギー発電量とエンジン発電量の関係の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the relationship of the renewable energy electric power generation amount with respect to the case where the electric power generation amount by renewable energy decreased rapidly, and an engine electric power generation amount. 系統需用電力が急増した場合に対する再生可能エネルギー発電量とエンジン発電量の関係の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the relationship between the renewable energy electric power generation amount and engine electric power generation amount with respect to the case where the grid power demand increases rapidly. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Configuration explanatory drawing of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの水供給ラインの構成説明図。The structure explanatory view of the water supply line of the power supply system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの水供給ラインの変更例の構成説明図。Structure explanatory drawing of the example of a change of the water supply line of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムの水供給ラインの変更例の構成説明図。Structure explanatory drawing of the example of a change of the water supply line of the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いるディーゼルエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show typically the cylinder head neighborhood of the diesel engine used for the engine generator which constitutes the electric power supply system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いるディーゼルエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show typically the cylinder head neighborhood of the diesel engine used for the engine generator which constitutes the electric power supply system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。It is an example of the partial enlarged view which shows typically the cylinder head vicinity of the spark ignition engine used for the engine generator which comprises the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。It is an example of the partial enlarged view which shows typically the cylinder head vicinity of the spark ignition engine used for the engine generator which comprises the electric power supply system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電力供給システムのエンジン発電機としてタービンエンジンを用いた場合の構成説明図。The structure explanatory view at the time of using a turbine engine as an engine generator of an electric power supply system concerning an embodiment of the present invention. 再生可能エネルギー由来の水素をタービンエンジンに供給した場合の供給燃料熱量に対する圧縮エネルギーを示した図である。It is the figure which showed the compression energy with respect to the supply fuel calorie | heat amount at the time of supplying hydrogen derived from renewable energy to a turbine engine. タービンエンジン断熱火炎温度に水供給の有無が与える影響を示した図である。It is the figure which showed the influence which the presence or absence of water supply has on the turbine engine adiabatic flame temperature. タービンエンジンへの高温高圧水供給が動力変換効率に与える影響を示した図である。It is the figure which showed the influence which high temperature high pressure water supply to a turbine engine has on power conversion efficiency. 排気中の水蒸気濃度と再生可能エネルギー由来の水素供給割合の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the water vapor | steam density | concentration in exhaust gas, and the hydrogen supply ratio derived from renewable energy. 外気温度とガス中の濃度を示した図である。It is the figure which showed the outside temperature and the density | concentration in gas.

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[第一の実施形態]
本実施形態に関わる電力供給システムは、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Rと、エンジン発電機7による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Rによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置6へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機7に供給し、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行うことを特徴とする。すなわち、変動する再生可能エネルギー由来の電力の一部を電気分解装置へ供給し、電気分解で生成された水素と酸素をエンジン発電機のアシスト燃料とするものである。需用電力、再生可能エネルギー発電量を参考に電気分解装置への電力供給量、エンジン発電機の発電量を決定し、生成水素量、酸素量を参考にエンジン燃料量を決定することで、電力の安定供給とエンジン燃料の削減が可能になる。
[First embodiment]
The power supply system according to the present embodiment is a system that supplies power using both a power generation device R that converts renewable energy into electric energy and power generation by the engine generator 7, and is obtained by the power generation device R. Hydrogen and oxygen are produced by supplying a part of the electrical energy to the electrolyzer 6, and the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine generator 7, and at least one of hydrogen or engine fuel is used as fuel for engine power generation It is characterized by generating electricity with a machine. That is, a part of the electric power derived from the fluctuating renewable energy is supplied to the electrolyzer, and hydrogen and oxygen generated by the electrolysis are used as assist fuel for the engine generator. By determining the amount of power supplied to the electrolyzer and the amount of power generated by the engine generator with reference to the power demand and the amount of renewable energy generated, the amount of hydrogen generated and the amount of oxygen to determine the engine fuel amount Stable supply and reduction of engine fuel.

以下に、電力供給システムの構成、ならびにシステムの動作および制御手法について説明する。   Hereinafter, the configuration of the power supply system, and the operation and control method of the system will be described.

<システムの構成>
図1は、本発明の実施形態に関わる電力供給システムの構成説明図である。図1に示すように、本実施形態に係る電力供給システムSは、再生可能エネルギーによる発電装置Rと、再生可能エネルギー発電量の計測をする再生可能エネルギー発電量計測装置104と、系統電力需要の計測する電力需要計測装置109と、発電装置Rで発電した電力を電気分解装置5と系統10に分配して供給する電力分配装置5と、水素および酸素を生成する電気分解装置6と、エンジン燃料、水素を燃焼させることで電力を発電するエンジン発電機7と、エンジン発電機7に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンク8と、エンジン発電機に水素、酸素、及び、エンジン燃料を供給する供給装置101、102、103と、エンジン発電機7で発電される電力を系統に供給する電力調整装置9と、制御部11を備えて構成される。図1において、実践は電気配線を、二重線は水素、酸素およびエンジン燃料のラインを、破線は計測または制御に用いる信号線を表している。
<System configuration>
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power supply system S according to the present embodiment includes a power generation device R based on renewable energy, a renewable energy power generation amount measuring device 104 that measures the amount of renewable energy power generation, and a system power demand. A power demand measuring device 109 for measuring, a power distribution device 5 for distributing and supplying power generated by the power generation device R to the electrolysis device 5 and the system 10, an electrolysis device 6 for generating hydrogen and oxygen, and engine fuel An engine generator 7 that generates electric power by burning hydrogen, a fuel tank 8 that stores engine fuel to be supplied to the engine generator 7, and a supply that supplies hydrogen, oxygen, and engine fuel to the engine generator The apparatus 101, 102, 103, a power adjustment device 9 that supplies power generated by the engine generator 7 to the system, and a control unit 11 are configured. In FIG. 1, the practice represents electrical wiring, the double line represents hydrogen, oxygen and engine fuel lines, and the broken line represents signal lines used for measurement or control.

本実施形態の電力供給システムでは、需用電力計測装置109より計測した需要電力(Wd)、再生可能エネルギー発電量計測装置104より計測した発電装置Rの発電量(Wr)を基にエンジン発電機の発電量(Weg)および電気分解装置へ供給する電力量(Wel)が決定され、電気分配装置5および制御部11を用いて水素、酸素、エンジン燃料を供給する供給装置101、102、103が制御される。これにより、需要電量に対して発電装置Rおよびエンジン発電機7より安定的に電力を供給する。   In the power supply system of this embodiment, the engine generator is based on the demand power (Wd) measured by the demand power measuring device 109 and the power generation amount (Wr) of the power generator R measured by the renewable energy power generation amount measuring device 104. Power generation amount (Weg) and electric power amount (Wel) to be supplied to the electrolyzer are determined, and supply devices 101, 102, and 103 for supplying hydrogen, oxygen, and engine fuel using the electric distribution device 5 and the control unit 11 are determined. Be controlled. Thereby, electric power is stably supplied from the power generator R and the engine generator 7 with respect to the electric power demand.

詳細な制御手法は制御部の説明とともに後に説明する。   A detailed control method will be described later together with the description of the control unit.

電気分解装置6で生成された水素と酸素をエンジン発電機7に供給してエンジン燃料のアシスト燃料として利用することで、再生可能エネルギーで発電可能な余剰分の電力も系統に供給するためのエネルギーとして有効利用することができる。また、水素と酸素をアシスト燃料としてエンジン発電機に供給することで、エンジン発電機7の発電効率の向上、エンジン燃料の使用量削減を図ることができる。この際、電気分解装置6で生成される水素の量によっては、エンジン燃料を使用せずに水素のみで発電することもできる。エンジン発電機の発電量(Weg)と発電装置Rから電気分解装置6に分配供給する電力量は、電気分解装置6の変換効率や、エンジン発電機7の発電効率および負荷変動率などを考慮して決定することが望ましい。これは、発電装置Rで発電可能な電力の全てを系統に供給するよりも、エンジン発電機の発電量を増やして、発電装置Rの電力の一部を電気分解装置6に供給することで水素と酸素をアシスト燃料としてエンジン発電機に供給した方が全体のシステム効率が高くなり、エンジン燃料の使用量が削減できる場合もあるためであり、需用電力を安定化できるためである。例えば、発電装置Rでの電力量が多く、エンジン発電機7の出力が小さくなる場合には、エンジン発電機7の発電効率の低下によるシステム全体の効率低下を招く。そのため、需要電力量に対する再生可能エネルギー量が所定以上の場合には、エンジン発電機の出力を低下させずに、再生可能エネルギー量の増加に応じて電力分配装置による電気分解装置への供給量を増加させることが好ましい。   Energy for supplying surplus power that can be generated with renewable energy to the system by supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 to the engine generator 7 and using them as assist fuel for engine fuel Can be used effectively. Further, by supplying hydrogen and oxygen as assist fuel to the engine generator, it is possible to improve the power generation efficiency of the engine generator 7 and reduce the amount of engine fuel used. At this time, depending on the amount of hydrogen produced by the electrolyzer 6, it is also possible to generate electricity using only hydrogen without using engine fuel. The amount of power generated by the engine generator (Weg) and the amount of power distributed and supplied from the power generator R to the electrolyzer 6 take into account the conversion efficiency of the electrolyzer 6, the power generator efficiency of the engine generator 7 and the load fluctuation rate. It is desirable to decide. Rather than supplying all the power that can be generated by the power generator R to the system, the amount of power generated by the engine generator is increased and a part of the power of the power generator R is supplied to the electrolyzer 6 to generate hydrogen. This is because the overall system efficiency becomes higher when oxygen and oxygen are supplied to the engine generator as assist fuel, and the amount of engine fuel used may be reduced, and the power demand can be stabilized. For example, when the amount of electric power in the power generator R is large and the output of the engine generator 7 is small, the efficiency of the entire system is reduced due to a decrease in the power generation efficiency of the engine generator 7. Therefore, when the amount of renewable energy with respect to the amount of power demand is greater than or equal to the predetermined amount, the amount of power supplied to the electrolyzer by the power distribution device is reduced according to the increase in the amount of renewable energy without reducing the output of the engine generator. It is preferable to increase.

以上のように、本実施形態の電力供給システムでは、エネルギー貯蔵装置を使わずに図2のように再生可能エネルギー発電装置Rによる発電量の変動を吸収でき、安定した電力供給を可能とする。また、図3のように従来のエネルギー貯蔵装置を使わないシステム構成では、エンジン発電機の出力を一定以下にできないため、エンジン燃料の削減効果が小さいが、本システムではエンジン燃料を用いずに100%再生可能エネルギーにより電力を安定供給することも可能になり、エンジン発電機の使用燃料量を削減することができる。また、本構成とすることで、再生可能エネルギー発電装置による変動分、余剰分を蓄電する蓄電装置、また水素貯蔵高圧タンク、有機ハイドライド等による水素貯蔵装置などのエネルギー貯蔵装置が不要となり、システムの簡素化を図ることができる。   As described above, in the power supply system of the present embodiment, fluctuations in the amount of power generated by the renewable energy power generation device R can be absorbed as shown in FIG. 2 without using an energy storage device, thereby enabling stable power supply. Further, in the system configuration that does not use the conventional energy storage device as shown in FIG. 3, the engine generator output cannot be reduced below a certain level, so the effect of reducing the engine fuel is small. It is also possible to stably supply power with% renewable energy, and the amount of fuel used by the engine generator can be reduced. In addition, this configuration eliminates the need for energy storage devices such as power storage devices that store fluctuations and surpluses from renewable energy power generation devices, and hydrogen storage devices such as hydrogen storage high-pressure tanks and organic hydrides. Simplification can be achieved.

<再生可能エネルギー装置>
再生可能エネルギー発電装置Rは太陽光発電装置1や風力発電装置2などの再生可能エネルギーによる電力発電装置により構成されている。その他、再生可能エネルギーによる発電装置であれば限定されない。発電装置には、各電力量を調整して系統へ供給することが可能な電流制御装置を含む。たとえば、太陽光発電装置1の場合におけるPCS3、風力発電装置における電力変換装置4(AC/DC/AC等)のように電圧、周波数等の統制を行い系統へ電力を供給可能なものであれば限定されない。
<Renewable energy equipment>
The renewable energy power generation apparatus R is configured by a power generation apparatus using renewable energy such as a solar power generation apparatus 1 or a wind power generation apparatus 2. In addition, it will not be limited if it is a power generator using renewable energy. The power generation device includes a current control device capable of adjusting each power amount and supplying it to the system. For example, PCS3 in the case of the solar power generation device 1 and power conversion device 4 in the wind power generation device (AC / DC / AC, etc.) that can control the voltage, frequency, etc. and can supply power to the system It is not limited.

<再生可能エネルギー発電量計測装置>
再生可能エネルギー発電量計測装置104は再生可能エネルギー発電機の発電量を計測できる装置であれば特に制限されない。日射量計、風力計等の公知の装置を用いて発電量を予測する装置でもよい。また、気象衛星による天気予報等の予測情報を用いて、発電量の予測を行う手法でもよい。
<Renewable energy power generation measuring device>
The renewable energy power generation amount measuring device 104 is not particularly limited as long as it can measure the power generation amount of the renewable energy generator. A device that predicts the amount of power generation using a known device such as a solar radiation meter or an anemometer may be used. Alternatively, a method for predicting the amount of power generation using prediction information such as weather forecasts by weather satellites may be used.

<電力需要計測装置>
電力需要計測装置109は、システム運転時の電力需要を計測できる装置であれば特に制限されない。また、過去の電力需要データを用いてシステム運転時の電力需要予測を行う方法でもよい。
<Power demand measuring device>
The power demand measuring device 109 is not particularly limited as long as it is a device that can measure power demand during system operation. Alternatively, a method for predicting power demand during system operation using past power demand data may be used.

<電力分配装置>
再生可能エネルギー発電装置で発電された電力の一部は電力分配装置5を介して電気分解装置6へ供給する。電力分配装置5は各電力値を電気分解装置6に供給することができるものであれば特に制限はない。ただし、制御部11により電気分解に供給する電力量を決定する。
<Power distribution device>
Part of the electric power generated by the renewable energy power generator is supplied to the electrolyzer 6 through the power distributor 5. The power distribution device 5 is not particularly limited as long as each power value can be supplied to the electrolyzer 6. However, the amount of power supplied to the electrolysis is determined by the control unit 11.

<電気分解装置>
電気分解装置6の具体的な構成は特に制限されないが、電気分解装置6は、例えば、電解液と、電解質と、当該電解質をはさむように設けられた反応促進用の電極触媒により水が電気分解され、水素および酸素が発生するようになっている。
<Electrolysis device>
The specific configuration of the electrolyzer 6 is not particularly limited. For example, the electrolyzer 6 is configured to electrolyze water using an electrolyte solution, an electrolyte, and a reaction promoting electrode catalyst provided so as to sandwich the electrolyte. Hydrogen and oxygen are generated.

電気分解装置6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気分解装置が好ましい。固体高分子水電解による電気分解装置は、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。   The electrolyzer 6 is preferably an electrolyzer using solid polymer water electrolysis or alkaline water electrolysis that can be electrolyzed at a relatively low temperature and can be started in a short time. The electrolysis apparatus based on solid polymer water electrolysis uses a polymer electrolyte having proton conductivity as a partition and an electrolyte to electrolyze pure water, and can efficiently produce high purity hydrogen. . An electrolysis apparatus based on alkaline water electrolysis produces hydrogen by electrolyzing an alkaline aqueous solution using an alkaline compound as an electrolyte when dissolved in water such as potassium hydroxide.

<燃料供給装置>
電気分解装置6より生成された水素および酸素は水素燃料供給装置101と酸素供給装置102を介してエンジン発電機7に供給する。また、燃料タンク8より燃料供給装置103を介してエンジン燃料をエンジン発電機7に供給する。供給装置101、102、103はインジェクター等の公知の供給手段が適用され、制御部7により供給量、供給圧力等が制御される。水素および酸素の供給圧力が低い場合にはコンプレッサー等で加圧を行ってもよい。
<Fuel supply device>
Hydrogen and oxygen generated from the electrolysis device 6 are supplied to the engine generator 7 via the hydrogen fuel supply device 101 and the oxygen supply device 102. Further, engine fuel is supplied from the fuel tank 8 to the engine generator 7 via the fuel supply device 103. Known supply means such as an injector is applied to the supply devices 101, 102, and 103, and the supply amount, supply pressure, and the like are controlled by the control unit 7. When the supply pressure of hydrogen and oxygen is low, pressurization may be performed with a compressor or the like.

<エンジン発電機>
エンジン発電機にはディーゼルエンジン、火花点火エンジン、ガスタービン等の公知のエンジンが適用される。エンジン発電機7は、水素およびエンジン燃料の燃焼により電力が発生する構成になっている。エンジン発電機7の台数は特に制限が無く、1台以上あればよい。エンジン発電機7で発生した電力は電力変換装置9により電圧および周波数等を調整し、系統へ供給される。電気分解で生成した酸素および水素は、エンジン発電機に供給する。エンジン発電機の排気熱は熱エネルギーとしてシステム内あるいは外部に供給して利用することができる。熱の供給先はエンジン排気熱を利用可能なものであれば特に制限はない。たとえば、電気分解装置6へ供給することで電気分解装置の温度上昇や暖房等に利用したり、エンジン排気熱を用いて熱電変換によって電力を供給してもよい。
<Engine generator>
A known engine such as a diesel engine, a spark ignition engine, or a gas turbine is applied to the engine generator. The engine generator 7 is configured to generate electric power by burning hydrogen and engine fuel. The number of engine generators 7 is not particularly limited and may be one or more. The electric power generated by the engine generator 7 is adjusted in voltage, frequency and the like by the power converter 9 and supplied to the system. Oxygen and hydrogen generated by electrolysis are supplied to the engine generator. The exhaust heat from the engine generator can be used as heat energy supplied inside or outside the system. The heat supply destination is not particularly limited as long as the engine exhaust heat can be used. For example, the electric power may be supplied to the electrolyzer 6 for use in raising the temperature of the electrolyzer, heating, or the like, or electric power may be supplied by thermoelectric conversion using engine exhaust heat.

<ディーゼルエンジン>
図4は、本実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機のエンジンにディーゼルエンジンを用いた場合のシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。ディーゼルエンジンは、シリンダ内で往復移動するピストン11を備え、シリンダ内の燃焼室12には、吸気管13および排気管14が接続されている。吸気管13には電気分解装置6で生成される水素および酸素を供給するための水素供給装置101と、酸素供給装置102が取り付けられている。水素供給装置101と酸素供給装置102より、水素と酸素が吸入空気と共にエンジンに供給される。水素は再生可能エネルギーをもとに製造されているため、水素を利用することで再生可能エネルギーの導入比率を高めることが可能である。また、水素の供給により、主燃料(エンジン燃料)の消費量削減、燃焼性の向上によりススの排出量の低減が可能となる。また、酸素をエンジンに供給することでエンジン吸入ガス中の酸素濃度を高めることができるため、エンジンの高出力化が可能になりエンジンの運転領域の拡大が可能になり、エンジンの小型化が可能となる。また、作動ガス中の酸素濃度の向上により燃焼効率の向上が可能となることから熱効率向上が可能となる。これより、エンジン燃料の消費量削減が可能となる。また、燃料タンク8のエンジン燃料をエンジンに直接供給するための燃料供給装置103が取り付けられている。
<Diesel engine>
FIG. 4 is a partially enlarged view schematically showing the vicinity of a cylinder head when a diesel engine is used as an engine of an engine generator constituting the power supply system according to the present embodiment. The diesel engine includes a piston 11 that reciprocates in a cylinder, and an intake pipe 13 and an exhaust pipe 14 are connected to a combustion chamber 12 in the cylinder. A hydrogen supply device 101 for supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 and an oxygen supply device 102 are attached to the intake pipe 13. Hydrogen and oxygen are supplied to the engine together with intake air from the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102. Since hydrogen is manufactured based on renewable energy, the introduction ratio of renewable energy can be increased by using hydrogen. In addition, the supply of hydrogen makes it possible to reduce the consumption of main fuel (engine fuel) and to reduce the amount of soot emission by improving the combustibility. In addition, the oxygen concentration in the engine intake gas can be increased by supplying oxygen to the engine, so the engine output can be increased, the engine operating range can be expanded, and the engine can be downsized. It becomes. Further, since the combustion efficiency can be improved by improving the oxygen concentration in the working gas, the thermal efficiency can be improved. This makes it possible to reduce engine fuel consumption. Further, a fuel supply device 103 for directly supplying the engine fuel of the fuel tank 8 to the engine is attached.

酸素の供給によりエンジン燃料の燃焼性が向上し、急速燃焼する。また、水素の供給により、エンジン燃料の着火時期が遅れる。これらの理由から、水素流量計105または酸素流量計106または両方からの計測値を参考にエンジン燃料の噴射時期および過給装置の制御を行う制御部を備えてもよい。これにより、水素または酸素またはその両方が供給された場合に安定した燃焼を可能とする。噴射時期および過給制御の指令値はエンジン発電機の仕様と水素または酸素の流量により任意の値と決定される。   The supply of oxygen improves the combustibility of the engine fuel and burns quickly. In addition, the ignition timing of the engine fuel is delayed by the supply of hydrogen. For these reasons, a control unit may be provided that controls the engine fuel injection timing and the supercharging device with reference to the measurement value from the hydrogen flow meter 105 or the oxygen flow meter 106 or both. This allows stable combustion when hydrogen or oxygen or both are supplied. The injection timing and the command value for supercharging control are determined to be arbitrary values based on the specifications of the engine generator and the flow rate of hydrogen or oxygen.

<火花エンジン>
図5は本実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機のエンジンに火花点火エンジンを用いた場合のシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。火花点火エンジンは、シリンダ内で往復移動するピストン21を備え、シリンダ内の燃焼室22には、吸気管23、排気管24、および点火プラグ25が接続されている。吸気管23には電気分解装置6で生成される水素および酸素を供給するための水素供給装置101と、酸素供給装置102が取り付けられている。水素供給装置101と酸素供給装置102より、水素と酸素が吸入空気と共にエンジンに供給される。水素は再生可能エネルギーをもとに製造されているため、水素を利用することで再生可能エネルギーの導入比率を高めることが可能である。また、水素は燃焼速度がエンジン燃料として一般的に使われている炭化水素系燃料に比べ大きいこと、燃焼範囲が炭化水素系燃料に比べて大きいことから、急速燃焼および希薄燃焼が可能となる。更に、炭化水素燃料に比べて燃焼性が高いことから燃焼効率の向上が可能となる。これにより、エンジン熱効率が向上し、エンジン燃料の消費量削減が可能となる。また、酸素をエンジンに供給することでエンジン吸入ガス中の酸素濃度を高めることができるため、エンジンの高出力化が可能になりエンジンの運転領域の拡大とエンジン熱効率の向上が可能になる。これらより、低負荷での運転による熱効率の低下を抑えることができるため、低負荷時でもエンジン燃料消費量の削減が可能となる。
<Spark engine>
FIG. 5 is a partially enlarged view schematically showing the vicinity of a cylinder head when a spark ignition engine is used as the engine of the engine generator constituting the power supply system according to the present embodiment. The spark ignition engine includes a piston 21 that reciprocates in a cylinder, and an intake pipe 23, an exhaust pipe 24, and an ignition plug 25 are connected to a combustion chamber 22 in the cylinder. A hydrogen supply device 101 for supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 and an oxygen supply device 102 are attached to the intake pipe 23. Hydrogen and oxygen are supplied to the engine together with intake air from the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102. Since hydrogen is manufactured based on renewable energy, the introduction ratio of renewable energy can be increased by using hydrogen. Further, since hydrogen has a higher combustion speed than hydrocarbon fuels generally used as engine fuels and a combustion range is larger than hydrocarbon fuels, rapid combustion and lean combustion are possible. Furthermore, since the combustibility is higher than that of hydrocarbon fuel, the combustion efficiency can be improved. As a result, the engine thermal efficiency is improved and the consumption of engine fuel can be reduced. Further, since oxygen concentration in the engine intake gas can be increased by supplying oxygen to the engine, the engine output can be increased, and the engine operating range can be expanded and the engine thermal efficiency can be improved. As a result, since it is possible to suppress a decrease in thermal efficiency due to operation at a low load, it is possible to reduce engine fuel consumption even at a low load.

また、燃料タンク8のエンジン燃料をエンジンに直接供給するためのエンジン燃料供給装置103が取り付けられている。なお、図6に示すようにエンジン燃料供給装置103はエンジン燃焼室に直接噴射する構造でもよい。   Further, an engine fuel supply device 103 for directly supplying the engine fuel of the fuel tank 8 to the engine is attached. As shown in FIG. 6, the engine fuel supply device 103 may have a structure in which it is directly injected into the engine combustion chamber.

酸素の供給によりエンジン燃料の燃焼性が向上し、急速燃焼する。また、水素の供給により、急速燃焼し、エンジン燃料の点火遅れが低減する。これらの理由から、水素流量計105または酸素流量計106または両方からの計測値を参考にエンジン燃料の噴射時期および点火プラグによる点火時期、吸気バルブ、排気バルブの動作時期などの制御を行う制御部を備えてもよい。これにより、水素または酸素またはその両方が供給された場合に安定した燃焼を可能とする。エンジン燃料の噴射時期および点火プラグによる点火時期、バルブの動作時期の指令値はエンジン仕様により任意の値と決定される。   The supply of oxygen improves the combustibility of the engine fuel and burns quickly. In addition, by supplying hydrogen, rapid combustion occurs, and the ignition delay of engine fuel is reduced. For these reasons, a control unit that controls engine fuel injection timing, ignition timing by the ignition plug, intake valve and exhaust valve operation timing, etc., with reference to the measured values from the hydrogen flow meter 105 and / or the oxygen flow meter 106 May be provided. This allows stable combustion when hydrogen or oxygen or both are supplied. The command values for the engine fuel injection timing, the ignition timing by the spark plug, and the valve operation timing are determined arbitrarily according to the engine specifications.

<エンジン燃料>
エンジン燃料にはガソリン、軽油、重油、天然ガス、バイオエタノール、バイオディーゼル等の公知の燃料が適用される。
<Engine fuel>
Known fuels such as gasoline, light oil, heavy oil, natural gas, bioethanol, and biodiesel are applied to the engine fuel.

<電力調整装置>
電力調整装置9はエンジン発電機により発生する電力を系統に供給するために電圧および周波数等を調整することができる装置であれば特に制限されない。具体的にはAC/ACコンバータ等の公知の装置を利用することができる。
<Power adjustment device>
The power adjustment device 9 is not particularly limited as long as it is a device that can adjust voltage, frequency, and the like in order to supply power generated by the engine generator to the system. Specifically, a known device such as an AC / AC converter can be used.

<系統>
系統10は、電力会社の電力系統に限らず、島や大規模工場などの独立した電力系統でもよく、特に制限はない。
<System>
The grid 10 is not limited to the power grid of an electric power company, and may be an independent power grid such as an island or a large-scale factory, and is not particularly limited.

<制御部>
次に、電力供給システムSを電子制御する制御部11について説明する。
<Control unit>
Next, the control unit 11 that electronically controls the power supply system S will be described.

制御部11は、CPU、ROM、RAM、各種インターフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、電力供給システムSを総合的に制御する。そして、制御部11は後述する手順に従って、図1に示す電力分配装置や各種供給装置等を制御する。この制御部11の実行する手順については、電力供給システムの動作説明とともに後に詳しく説明する。   The control unit 11 includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and comprehensively controls the power supply system S according to a program stored therein. And the control part 11 controls the electric power distribution apparatus shown in FIG. 1, various supply apparatuses, etc. according to the procedure mentioned later. The procedure executed by the control unit 11 will be described in detail later together with the operation description of the power supply system.

<電力供給システムの動作>
次に、本実施形態に係る電力供給システムの動作の一例について説明する。
<Operation of power supply system>
Next, an example of the operation of the power supply system according to this embodiment will be described.

図7に本システムの運転モードにおける制御部の実行する手順を示すフロー図である。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure executed by the control unit in the operation mode of the present system.

制御部11は、系統需要電力Wdを計測する(ステップS1)。その後、再生可能エネルギー発電量計測装置104より再生可能エネルギー発電量Wrを計測する(ステップS2)。その後、電気分解装置に供給する電気量Welを以下の式により決定する(ステップS3)。   The control unit 11 measures the system demand power Wd (step S1). Thereafter, the renewable energy power generation amount measuring device 104 measures the renewable energy power generation amount Wr (step S2). Thereafter, the amount of electricity Wel supplied to the electrolyzer is determined by the following equation (step S3).

Wel=Wr − Wrd
但し、上式が負の値になった場合は、Welは0とする
Wrdは系統に接続可能な再生可能エネルギー電力量とする
Wrdは電力需要Wdおよび系統接続可能割合αより以下の式で決定される。
Wel = Wr − Wrd
However, if the above expression becomes negative, Wel is 0.
Wrd is the amount of renewable energy that can be connected to the grid
Wrd is determined by the following formula from the power demand Wd and the grid connection possible ratio α.

Wrd/Wd<α
系統接続可能割合αは系統の大きさ、再生可能エネルギー発電機やエンジン発電機の仕様により事前に決定される。
Wrd / Wd <α
The system connectable ratio α is determined in advance according to the size of the system and the specifications of the renewable energy generator and the engine generator.

エンジン発電機による発電量Wegは以下の式より決定する(ステップS4)。   The power generation amount Weg by the engine generator is determined from the following equation (step S4).

Weg = Wd −Wrd
また、エンジン発電機の発電量Wegはエンジン発電機の性能および系統電力の安定化よりWegminを下限とする。Wegminはエンジン発電機の仕様および需用電力安定を考慮して、システム構成により決定される。
また、エンジン発電機の負荷変動は以下の式に示す負荷変動率Xが許容負荷変動率の範囲内か否かを判定する(ステップS5)。
X = ΔWeg /Δt
A<X<B
ここで、tは時間とする。Aは許容負荷低減率、Bは許容負荷変動増大率とする。
Weg = Wd −Wrd
The power generation amount Weg of the engine generator has a lower limit of Wegmin due to the performance of the engine generator and stabilization of the system power. Wegmin is determined by the system configuration, taking into account the specifications of the engine generator and stable power demand.
Further, it is determined whether or not the load fluctuation of the engine generator is within the range of the allowable load fluctuation rate (step S5).
X = ΔWeg / Δt
A <X <B
Here, t is time. A is an allowable load reduction rate, and B is an allowable load fluctuation increase rate.

負荷変動率Xが許容負荷変動率の範囲外の場合には、許容範囲内になるように以下の制御を行う。負荷変動率Xが許容負荷低減率A未満の場合、Welを増大させる。一方、負荷変動率Xが許容負荷増加率Bより大きい場合、Welを低減させる(ステップS101)。
その後ステップS4に戻って再度、エンジン発電機の発電量Wegを決定する。
エンジン発電機の負荷変動率が所定範囲内の場合は、電力分配装置5へ制御信号が送られる(ステップS6)。
When the load fluctuation rate X is out of the allowable load fluctuation rate range, the following control is performed so as to be within the allowable range. If the load fluctuation rate X is less than the allowable load reduction rate A, Wel is increased. On the other hand, when the load fluctuation rate X is larger than the allowable load increase rate B, Wel is reduced (step S101).
Thereafter, the process returns to step S4, and the power generation amount Weg of the engine generator is determined again.
When the load fluctuation rate of the engine generator is within a predetermined range, a control signal is sent to the power distribution device 5 (step S6).

その後、電気分解装置6より生成される水素量を水素流量計105、酸素量を酸素流量計106により計測する(ステップS7)。そして、水素供給流量と、酸素供給流量を決定し、水素供給装置101と、酸素供給装置102へ制御信号が送られる(ステップS8)。その後、水素供給流量と酸素供給流量に基づいて、エンジン燃料の供給量を決定しエンジン燃料供給装置103へ制御信号を送る(ステップS9)。その後、目標系統供給電力量かを判定し、目標系統供給電力量と異なる場合にはステップS9に戻ってフィードバック制御を実行する(ステップS10)。   Thereafter, the amount of hydrogen produced by the electrolyzer 6 is measured by the hydrogen flow meter 105, and the amount of oxygen is measured by the oxygen flow meter 106 (step S7). Then, the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate are determined, and control signals are sent to the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102 (step S8). Thereafter, the supply amount of engine fuel is determined based on the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate, and a control signal is sent to the engine fuel supply device 103 (step S9). Thereafter, it is determined whether the power supply amount is the target system power supply amount. If the power supply amount is different from the target system power supply amount, the process returns to step S9 to perform feedback control (step S10).

このような運転制御により、再生可能エネルギーの変動が発生した場合でも、エンジン発電機を所定範囲の負荷変動率で稼動でき、安定した電力供給が可能になる。また、貯蔵装置を用いずに余剰の再生可能エネルギー由来の電力を直接利用することができる。   By such operation control, even when a change in renewable energy occurs, the engine generator can be operated at a load fluctuation rate within a predetermined range, and a stable power supply can be achieved. Moreover, the electric power derived from surplus renewable energy can be directly utilized without using a storage device.

以上の通り、本実施形態の電力供給システムによれば、再生可能エネルギー発電による電力の一部を電気分解に利用し、水素および酸素を生成し、水素またはエンジン燃料をエンジン発電機に供給することで、電力を安定的に供給できる。また、エンジン発電機へ水素および酸素を供給することで、エンジン燃料である化石燃料の使用量削減が可能になる。また、エネルギー貯蔵装置が不要になることから、システム全体のコストが低減できる。   As described above, according to the power supply system of the present embodiment, a part of the power generated by the renewable energy power generation is used for electrolysis, hydrogen and oxygen are generated, and hydrogen or engine fuel is supplied to the engine generator. Thus, power can be supplied stably. Further, by supplying hydrogen and oxygen to the engine generator, it is possible to reduce the amount of fossil fuel used as engine fuel. Further, since the energy storage device is not necessary, the cost of the entire system can be reduced.

[第二の実施形態]
本実施形態に関わる電力供給システムは、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Rと、エンジン発電機7による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Rによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置6へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機7に供給し、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行うことを特徴とする。第一の実施形態と同じ構成は説明を省略する。
[Second Embodiment]
The power supply system according to the present embodiment is a system that supplies power using both a power generation device R that converts renewable energy into electric energy and power generation by the engine generator 7, and is obtained by the power generation device R. Hydrogen and oxygen are produced by supplying a part of the electrical energy to the electrolyzer 6, and the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine generator 7, and at least one of hydrogen or engine fuel is used as fuel for engine power generation It is characterized by generating electricity with a machine. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

<システムの構成>
制御部により需用電力量の変化率Yおよび再生可能エネルギーによる発電量の変化率Zを計測または予測し、システム制御を行う事を特徴とする。その他の構成は、第一の実施形態と同じ構成とする。 図8は本システムの運転モードにおける制御部の実行する手順を示すフロー図である。
<System configuration>
The control unit measures or predicts the rate of change Y of the amount of electric power for demand and the rate of change Z of the amount of power generated by renewable energy, and performs system control. Other configurations are the same as those in the first embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing a procedure executed by the control unit in the operation mode of the present system.

ステップ1からステップ10までは第一の実施形態と同じものとする。その後エンジン発電機による発電量Wegが下限値のWegminによる運転かつエンジン発電機へ水素を供給している場合はWegmin運転モードへ制御フローを移行する(ステップS102)。図9にWegmin運転モードの制御フローを示す。   Steps 1 to 10 are the same as those in the first embodiment. Thereafter, when the engine generator generates electric power Weg at the lower limit value Wegmin and supplies hydrogen to the engine generator, the control flow is shifted to the Wegmin operation mode (step S102). FIG. 9 shows a control flow in the Wegmin operation mode.

制御部11は、系統需要電力Wdを計測する(ステップS11)。その後、再生可能エネルギー発電量計測装置104より再生可能エネルギー発電量Wrを計測する(ステップS12)。その後、以下の式にて需用電力量の変化率Yおよび再生可能エネルギーによる発電量の変化率Zを算出する。(ステップS13)
Y=ΔWd/Δt
Z=ΔWr/Δt
ここで、tは時間とする。その後、需用電力量の変化率Yが需用電力の許容変化率Cより大きいまたは再生可能エネルギーによる発電量の変化率Zが発電量の許容変化率Dより小さいか判定する(ステップS14)。需用電力の許容変化率Cおよび発電量の許容変化率Dは系統の大きさ、再生可能エネルギー発電機やエンジン発電機の仕様により事前に決定される。異なる場合は図8のステップ3へ移行する。正しい場合はエンジン発電機の発電量Wegを決定する。ただし、Wegはエンジン発電機の許容負荷変動率Bにて増大させる(ステップS15)。その後、電気分解装置へ供給する電気量Welを以下の式にて決定する(ステップS16)。
Wel = Wd −Weg
その後、電力分配装置5へ制御信号が送られる(ステップS17)。
The control unit 11 measures the system demand power Wd (step S11). Thereafter, the renewable energy power generation amount Wr is measured by the renewable energy power generation amount measuring device 104 (step S12). Thereafter, the rate of change Y of the amount of electric power for demand and the rate of change Z of the amount of power generated by renewable energy are calculated by the following equations. (Step S13)
Y = ΔWd / Δt
Z = ΔWr / Δt
Here, t is time. Thereafter, it is determined whether the rate of change Y of the amount of power for demand is greater than the allowable rate of change C of the power for demand or the rate of change Z of the amount of power generated by renewable energy is smaller than the rate of change D of the amount of power generated (step S14). The allowable change rate C of power for demand and the allowable change rate D of the amount of power generation are determined in advance according to the size of the system and the specifications of the renewable energy generator and the engine generator. If they are different, the process proceeds to step 3 in FIG. If it is correct, the engine generator power generation amount Weg is determined. However, Weg is increased at the allowable load fluctuation rate B of the engine generator (step S15). Thereafter, the amount of electricity Wel supplied to the electrolyzer is determined by the following equation (step S16).
Wel = Wd −Weg
Thereafter, a control signal is sent to the power distribution device 5 (step S17).

その後、電気分解装置6より生成される水素量を水素流量計105、酸素量を酸素流量計106により計測する(ステップS18)。そして、水素供給流量と、酸素供給流量を決定し、水素供給装置101と、酸素供給装置102へ制御信号が送られる(ステップS19)。その後、水素供給流量と酸素供給流量に基づいて、エンジン燃料の供給量を決定しエンジン燃料供給装置103へ制御信号を送る(ステップS20)。その後、目標系統供給電力量かを判定し、目標系統供給電力量と異なる場合にはステップS20に戻ってフィードバック制御を実行する(ステップS21)。   Thereafter, the amount of hydrogen produced by the electrolyzer 6 is measured by the hydrogen flow meter 105, and the amount of oxygen is measured by the oxygen flow meter 106 (step S18). Then, the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate are determined, and control signals are sent to the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102 (step S19). Thereafter, the supply amount of engine fuel is determined based on the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate, and a control signal is sent to the engine fuel supply device 103 (step S20). Thereafter, it is determined whether the power supply amount is the target system power supply amount. If the power supply amount is different from the target system power supply amount, the process returns to step S20 to execute feedback control (step S21).

このような運転制御により、系統需用電力量および電力再生可能エネルギーの急激な変動が発生した場合でも、エンジン発電機の負荷変動率を所定内に保つことができ、安定した電力供給が可能になる。特に、図10に示すように再生可能エネルギーによる発電量が急減した場合または、図11に示す系統需用電力が急増した場合でも、エンジンの負荷変動率内で安定した運転を行うことができる。これより、電気分解装置により生成された水素をエンジン発電機の燃料として用いており、かつエンジン発電機の出力下限で運転を行っている場合でも、負荷変動許容内での運転が可能となる。これより、従来に比べて再生可能エネルギー由来の電力を多く、利用することができ、エンジン燃料の使用量を削減することができる。   With such operation control, even when sudden fluctuations in grid power consumption and power renewable energy occur, the load fluctuation rate of the engine generator can be kept within a predetermined range, enabling stable power supply. Become. In particular, stable operation can be performed within the load fluctuation rate of the engine even when the amount of power generated by renewable energy rapidly decreases as shown in FIG. 10 or when the grid demand power shown in FIG. 11 rapidly increases. As a result, even when the hydrogen generated by the electrolyzer is used as the fuel for the engine generator and the operation is performed at the lower output limit of the engine generator, the operation can be performed within the load fluctuation tolerance. As a result, more electric power derived from renewable energy can be used than before, and the amount of engine fuel used can be reduced.

[第三の実施形態]
本実施形態に関わる電力供給システムは、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Rと、エンジン発電機7による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Rによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置6へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機7に供給し、電気分解装置より製造された水素を一時的に保管できるようバッファタンク301を持ち、水素ラインに水素の流量を制御するバルブ201、202、203と、水素ラインおよび酸素ラインに圧力計を備え、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行うことを特徴とする。
[Third embodiment]
The power supply system according to the present embodiment is a system that supplies power using both a power generation device R that converts renewable energy into electric energy and power generation by the engine generator 7, and is obtained by the power generation device R. Hydrogen and oxygen are produced by supplying a part of the electric energy to the electrolyzer 6, the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine generator 7, and the hydrogen produced by the electrolyzer is temporarily supplied It has a buffer tank 301 for storage, valves 201, 202, 203 for controlling the hydrogen flow rate in the hydrogen line, and pressure gauges in the hydrogen line and oxygen line, and engine generator using at least one of hydrogen or engine fuel as fuel It is characterized by generating electricity at

第一または第二の実施形態と同じ構成については説明を省略する。   The description of the same configuration as the first or second embodiment is omitted.

<システムの構成>
図12に電力供給システムSの別の構成例を示す。電気分解装置6より生成される水素を一時的に保管できるバッファタンク301と、水素ラインにバルブ201、202、203と、バルブ201、202、203を制御する制御部を備える構成とする。その他の構成は、第一の実施形態または第二の実施形態と同じ構成とする。
<System configuration>
FIG. 12 shows another configuration example of the power supply system S. A buffer tank 301 that can temporarily store hydrogen generated from the electrolyzer 6, a valve 201, 202, 203 in a hydrogen line, and a control unit that controls the valve 201, 202, 203 are configured. Other configurations are the same as those in the first embodiment or the second embodiment.

電気分解装置6で生成された水素を一時的に保管できるバッファタンク301を備え、バルブ201,202,203を水素流量計105および水素供給装置101よりエンジン発電機に供給する水素量をもとに動作の制御を決定する。例えば、電気分解装置6より生成される水素量の全量を水素燃料供給装置よりエンジン発電機へ供給する場合はバルブ203を開き、バルブ201およびバルブ202は閉じる。一方、電気分解装置6より生成される水素量が水素燃料供給装置からエンジン発電機に供給可能な水素量を上回る場合はバルブ201及びバルブ203を開き、バルブ202は閉じる。また、電気分解装置6より生成される水素量が水素燃料供給装置からエンジン発電機に供給可能な水素量を下回る場合はバルブ202及びバルブ203を開き、バルブ201は閉じる。これにより、水素供給装置へ供給される水素圧力を所定圧力に保つことができるため、水素供給装置から供給する水素量を安定させることができる。また、系統の需用電力および再生可能エネルギーによる発電量の急峻な変動をバッファタンクの水素を用いることでエンジン発電機の負荷変動率を低減することができる。また、電気分解装置による水素生成量の急激な変化をバッファタンクを備えることで吸収できることから、エンジン発電機に供給する燃料中の水素割合の変化を低減できるため、エンジン発電機の燃焼状態の変化を抑えることで安定した燃焼を可能とする。また、圧力計110および111により圧力を計測し、水素ラインの圧力が高い場合には、バルブ201及びバルブ203を開き、バルブ202は閉じる。一方水素ラインの圧力が酸素ラインに比べて低い場合には、202及びバルブ203を開き、バルブ201は閉じる。これにより、水素ラインと酸素ラインの圧力差を一定以内にできることから、前記電気分解装置内の膜等の破壊を防ぐことができる。   It has a buffer tank 301 that can temporarily store the hydrogen generated in the electrolyzer 6, and controls the operation of valves 201, 202, and 203 based on the amount of hydrogen supplied to the engine generator from the hydrogen flow meter 105 and the hydrogen supply device 101. decide. For example, when the entire amount of hydrogen generated from the electrolyzer 6 is supplied from the hydrogen fuel supply device to the engine generator, the valve 203 is opened and the valves 201 and 202 are closed. On the other hand, when the amount of hydrogen generated from the electrolyzer 6 exceeds the amount of hydrogen that can be supplied from the hydrogen fuel supply device to the engine generator, the valve 201 and the valve 203 are opened, and the valve 202 is closed. When the amount of hydrogen generated from the electrolyzer 6 is less than the amount of hydrogen that can be supplied from the hydrogen fuel supply device to the engine generator, the valve 202 and the valve 203 are opened, and the valve 201 is closed. Thereby, since the hydrogen pressure supplied to the hydrogen supply device can be maintained at a predetermined pressure, the amount of hydrogen supplied from the hydrogen supply device can be stabilized. Further, the load fluctuation rate of the engine generator can be reduced by using the hydrogen in the buffer tank for the steep fluctuation of the power generation amount due to the power demand and the renewable energy of the system. In addition, since a sudden change in the amount of hydrogen produced by the electrolyzer can be absorbed by providing a buffer tank, the change in the hydrogen state in the fuel supplied to the engine generator can be reduced, so the change in the combustion state of the engine generator Stable combustion is possible by suppressing Further, when the pressure is measured by the pressure gauges 110 and 111 and the pressure of the hydrogen line is high, the valve 201 and the valve 203 are opened, and the valve 202 is closed. On the other hand, when the pressure of the hydrogen line is lower than that of the oxygen line, 202 and valve 203 are opened, and valve 201 is closed. As a result, the pressure difference between the hydrogen line and the oxygen line can be kept within a certain range, so that the membrane in the electrolyzer can be prevented from being broken.

バッファタンクの大きさは電気分解装置6およびエンジン発電機7の仕様により任意のサイズに決定される。材質に制限は無く、水素ガスを保管できるものであればよい。バルブ201、202、203は水素ラインの開閉を制御できるバルブであれば特に制限は無く公知のバルブが使用される。例えばラインの開閉のみを制御できるストップバルブや開度の調整が可能なニードルバルブなどが用いられる。   The size of the buffer tank is determined arbitrarily according to the specifications of the electrolyzer 6 and the engine generator 7. The material is not limited, and any material that can store hydrogen gas may be used. The valves 201, 202 and 203 are not particularly limited as long as they can control the opening and closing of the hydrogen line, and known valves are used. For example, a stop valve that can control only the opening and closing of the line, a needle valve that can adjust the opening, and the like are used.

[第四の実施形態]
本実施形態に関わる電力供給システムは、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Rと、エンジン発電機7による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Rによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置6へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機7に供給し、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行い、エンジン排気管に熱交換器を備え、排気ガス中の水蒸気を回収し、回収した水を一時的にタンクに貯め、回収した水を電気分解装置6とエンジン発電機7の双方またはどちらか一方へ供給することで水の循環サイクルを行うことを特徴とする。
[Fourth embodiment]
The power supply system according to the present embodiment is a system that supplies power using both a power generation device R that converts renewable energy into electric energy and power generation by the engine generator 7, and is obtained by the power generation device R. Hydrogen and oxygen are produced by supplying a part of the electrical energy to the electrolyzer 6, and the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine generator 7, and at least one of hydrogen or engine fuel is used as fuel for engine power generation The engine exhaust pipe is equipped with a heat exchanger, the steam in the exhaust gas is recovered, the recovered water is temporarily stored in a tank, and the recovered water is stored in the electrolyzer 6 and the engine generator 7 It is characterized by performing a water circulation cycle by supplying to both or one of them.

第一、第二または第三の実施形態と同じ構成については説明を省略する。   The description of the same configuration as that of the first, second, or third embodiment is omitted.

<システムの構成(変形例)>
図13に本実施形態のエンジン発電機および電気分解装置の別の構成図を示す。エンジン排気管に熱交換器401と、熱交換器によりエンジン発電機の排気ガスを冷却し排気ガス中の水蒸気から回収した水を貯留する水タンクと、回収した水を電気分解装置とエンジン発電機へ供給する水供給装置を備えて構成する。回収した水は電気分解装置とエンジン発電機の双方またはどちらか一方に供給する。この構成にすることで、排気ガスから回収した水で電気分解装置の水補給を行えることから、外部から電気分解装置へ供給する水の量を削減することができる。これにより、外部から水の補給が困難な地域においても再生可能エネルギーによる発電量の余剰分を電気分解装置へ供給することができ、電気分解装置より生成される水素を利用することで、余剰電力を有効利用でき、エンジン発電機へ供給するエンジン燃料を削減することができる。また、エンジン発電機に水を供給することで、燃焼温度の低温化が可能となり、エンジン発電機からのNOx排出量が低減する。また、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンにおいては燃焼温度の低温化によって冷却損失が低減するため、熱効率が向上する。これより、エンジン燃料の消費量を削減することができ、かつCO2の排出量が低減する。
<System configuration (modification)>
FIG. 13 shows another configuration diagram of the engine generator and the electrolyzer of the present embodiment. A heat exchanger 401 in the engine exhaust pipe, a water tank that cools the exhaust gas of the engine generator by the heat exchanger and stores water recovered from the water vapor in the exhaust gas, an electrolyzer and engine generator for the recovered water A water supply device for supplying water is provided. The recovered water is supplied to the electrolyzer and / or the engine generator. With this configuration, since the water supplied to the electrolyzer can be replenished with water collected from the exhaust gas, the amount of water supplied to the electrolyzer from the outside can be reduced. As a result, surplus electricity can be supplied to the electrolyzer even in areas where it is difficult to replenish water from the outside, and surplus power can be generated by using hydrogen generated from the electrolyzer. The engine fuel supplied to the engine generator can be reduced. Further, by supplying water to the engine generator, the combustion temperature can be lowered, and the NOx emission from the engine generator is reduced. In gasoline engines and diesel engines, the cooling loss is reduced by lowering the combustion temperature, so that the thermal efficiency is improved. As a result, the consumption of engine fuel can be reduced, and the amount of CO2 emission can be reduced.

また、図14に示すように、水タンクから電気分解装置およびエンジン発電機へ供給する水は熱交換器405を通すことで、加熱水または水蒸気とし、水供給装置403、404により電気分解装置とエンジン発電機の一方または双方に供給しても良い。このような構成とすることで、電気分解装置に供給される水が加熱され所定温度へ制御される。水を加熱することで、電気分解装置の過電圧を低くでき、電気分解装置の電気から水素への変換効率を高めることができる。または、図15に示すように、水タンクからエンジン発電機の冷却水ラインに供給し、エンジン発電機の冷却水温度の調整に用い、加熱された水を水供給装置403、404により電気分解装置とエンジン発電機の一方または双方に供給しても良い。このような構成とすることで、電気分解装置に供給される水が加熱され所定温度へ制御される。水を加熱することで、電気分解装置の過電圧を低くでき、電気分解装置の電気から水素への変換効率を高めることができる。また、エンジン冷却水を所定温度に冷却するための冷却器が不要なり、かつエンジン冷却水の持つ熱エネルギーにより水が加熱されるため、エンジン発電機の冷却損失を回収することができ、システム効率の向上が可能となる。   Further, as shown in FIG. 14, the water supplied from the water tank to the electrolyzer and the engine generator is passed through a heat exchanger 405 to be heated water or steam, and the water supply devices 403 and 404 are connected to the electrolyzer. You may supply to one or both of an engine generator. By setting it as such a structure, the water supplied to an electrolyzer is heated and controlled to predetermined temperature. By heating water, the overvoltage of the electrolyzer can be reduced, and the conversion efficiency of electricity from the electrolyzer to hydrogen can be increased. Alternatively, as shown in FIG. 15, the water is supplied to the cooling water line of the engine generator from the water tank and used for adjusting the cooling water temperature of the engine generator, and the heated water is electrolyzed by the water supply devices 403 and 404. And one or both of the generator and the engine generator. By setting it as such a structure, the water supplied to an electrolyzer is heated and controlled to predetermined temperature. By heating water, the overvoltage of the electrolyzer can be reduced, and the conversion efficiency of electricity from the electrolyzer to hydrogen can be increased. In addition, a cooling device for cooling the engine cooling water to a predetermined temperature is not required, and the water is heated by the thermal energy of the engine cooling water, so that the cooling loss of the engine generator can be recovered, and the system efficiency Can be improved.

水タンクは材質および形状に制限は無く、水を貯めておける容器であればよい。水タンクの大きさに関してはエンジン発電機および電気分解装置の仕様により任意の大きさに決定する。   The water tank is not limited in material and shape, and may be any container that can store water. The size of the water tank is determined arbitrarily depending on the specifications of the engine generator and the electrolyzer.

熱交換器においてその構成に特に制限は無く、公知の熱交換器が使用される。   There is no restriction | limiting in particular in the structure in a heat exchanger, A well-known heat exchanger is used.

水供給装置においてその構成に特に制限は無く、ポンプにより構成されエンジンおよび電気分解装置へ連続的に供給する、またはポンプとバルブまたはインジェクターを備え、流量の制御を可能とする構成としても良い。図16から図9に示すように水供給装置404からエンジンに供給する水または加熱水または水蒸気は、エンジンの吸気管へ供給する手法、または、燃焼室へ直接供給する手法のどちらでも良い。   The configuration of the water supply device is not particularly limited, and may be configured to be configured by a pump and continuously supplied to the engine and the electrolysis device, or to include a pump and a valve or an injector so as to control the flow rate. As shown in FIGS. 16 to 9, water, heated water, or steam supplied from the water supply device 404 to the engine may be supplied to the intake pipe of the engine or supplied directly to the combustion chamber.

[第五の実施形態]
<ガスタービンをエンジン発電機として使用した際の構成>
タービンシステムを活用した際の構成を図20に示す。電気分解装置から生成した水素は流量調整器(V3)を介して、エンジン燃料、たとえば、天然ガスと共に燃焼器に供給される。天然ガスは流量調整器(V4)を介して、燃焼器に供給される。電気分解装置で生成した酸素は 流量調整器(V5)を介して、空気とともに圧縮器に供給される。空気は流量調整器(V7)を介して圧縮器に供給される。
このような構成とすることで、燃焼器に供給する酸素は所定量供給すればよいことから、圧縮機で圧縮するガス流量を減らすことが可能となり、圧縮機の圧縮動力を低減することが可能となり(図21)、結果的にシステムの動力変換効率が向上する。
酸素の配管内は圧力計(P1)により測定され、P1が所定以上になるとV6により大気に解放されるように制御する。これにより、 電気分解装置の水素側と酸素側の圧力差を一定以内に保つことが可能となり、電気分解装置内の膜等の破壊を防ぐことができる。
[Fifth embodiment]
<Configuration when using a gas turbine as an engine generator>
The configuration when the turbine system is utilized is shown in FIG. Hydrogen generated from the electrolyzer is supplied to the combustor along with the engine fuel, for example, natural gas, through the flow regulator (V3). Natural gas is supplied to the combustor through a flow regulator (V4). Oxygen generated by the electrolyzer is supplied to the compressor together with air via the flow regulator (V5). Air is supplied to the compressor via the flow regulator (V7).
By adopting such a configuration, it is only necessary to supply a predetermined amount of oxygen to be supplied to the combustor. Therefore, it is possible to reduce the flow rate of gas compressed by the compressor, and to reduce the compression power of the compressor. As a result, the power conversion efficiency of the system is improved.
The inside of the oxygen pipe is measured by a pressure gauge (P1), and when P1 exceeds a predetermined value, it is controlled to be released to the atmosphere by V6. As a result, the pressure difference between the hydrogen side and the oxygen side of the electrolyzer can be kept within a certain range, and the film and the like in the electrolyzer can be prevented from being broken.

圧縮機より圧縮された空気には高温高圧の水蒸気が流量調整器(V2)を介して供給される。これにより燃焼器内の燃焼温度を所定範囲に調整するとともに(図22)、高いエンタルピーの水蒸気が供給されることからタービンの動力変換効率を高めることが可能となる。(図23)前記水蒸気は前記圧縮機後の空気に混合した後に燃焼器に供給してもよいが、前記水蒸気は燃焼器に直接供給してもよい。   High-temperature and high-pressure steam is supplied to the air compressed by the compressor via the flow rate regulator (V2). As a result, the combustion temperature in the combustor is adjusted to a predetermined range (FIG. 22), and the power conversion efficiency of the turbine can be increased because high enthalpy steam is supplied. (FIG. 23) Although the steam may be supplied to the combustor after being mixed with the air after the compressor, the steam may be supplied directly to the combustor.

このような構成とすることで、前記燃焼器には空気、電気分解槽から生成された水素、酸素、エンジン燃料、水蒸気をそれぞれ独立に供給する構成となり、燃焼器の温度制御を行い、その結果タービンに供給する燃焼ガス温度を制御できる。   With this configuration, the combustor is supplied with air, hydrogen generated from the electrolysis tank, oxygen, engine fuel, and water vapor independently, and the temperature of the combustor is controlled. The combustion gas temperature supplied to the turbine can be controlled.

タービンの耐熱温度には制限があり最新のもので最大1600℃である。一方、タービンの入口圧力、温度が高いほど、タービンの動力変換効率が高くなる。つまり、このような構成とすることで、タービンの温度を所定範囲に制御でき、タービンシステムの耐久性、動力変換効率を高めることが可能となる。より具体的には、本システムは電力の需用電力量および再生可能エネルギーによる発電量により電気分解装置へ供給する電力量が変動するため、電気分解装置から生成される水素、酸素の量が変化するが、 前記水素の変化に応じて、エンジン燃料、前記酸素、前記水蒸気、空気の量を制御し、系統へ一定電力、もしくは比較的低い変動周期の電力を供給することが可能となる。   There is a limit to the heat-resistant temperature of the turbine, and the latest is up to 1600 ° C. On the other hand, the higher the inlet pressure and temperature of the turbine, the higher the power conversion efficiency of the turbine. That is, with such a configuration, the turbine temperature can be controlled within a predetermined range, and the durability and power conversion efficiency of the turbine system can be improved. More specifically, in this system, the amount of hydrogen and oxygen generated from the electrolyzer changes because the amount of power supplied to the electrolyzer varies depending on the amount of power demanded and the amount of power generated by renewable energy. However, it is possible to control the amounts of engine fuel, oxygen, water vapor, and air in accordance with the change in hydrogen, and supply constant power or power with a relatively low fluctuation period to the system.

次に水の循環サイクルについて説明する。タービンで動力を生成した後、水蒸気を含んだガスがタービンより排出される。タービンの排気管に 熱交換器1, 熱交換器2を搭載し、排気ガスを冷却することで水蒸気が凝集し、水タンクへ回収される。熱交換器1は排ガスと回収水による熱交換を、熱交換器2は排ガスを外気で冷却する熱交換器である。 回収した水はポンプにより加圧されたのちに熱交換器1を通って、燃焼器の入口は供給される。また、回収水はポンプで加圧後に流量調整器(V8)を介して電気分解装置へ供給される。また、回収水はポンプで加圧後、熱交換器で加熱後に流量調整バルブ(V1)を通って前記電気分解装置へ供給される。このようにすることで、 電気分解装置およびタービンに供給される水は循環することが可能となり、水の補給が不要となる。   Next, the water circulation cycle will be described. After generating power in the turbine, gas containing water vapor is discharged from the turbine. Heat exchanger 1 and heat exchanger 2 are installed in the exhaust pipe of the turbine, and when the exhaust gas is cooled, water vapor is condensed and collected in the water tank. The heat exchanger 1 is a heat exchanger that heats the exhaust gas and recovered water, and the heat exchanger 2 is a heat exchanger that cools the exhaust gas with outside air. The recovered water is pressurized by the pump, passes through the heat exchanger 1, and is supplied to the inlet of the combustor. The recovered water is supplied to the electrolyzer via the flow rate regulator (V8) after being pressurized by a pump. The recovered water is supplied to the electrolyzer through a flow rate adjusting valve (V1) after being pressurized by a pump and heated by a heat exchanger. By doing so, the water supplied to the electrolyzer and the turbine can be circulated, and the replenishment of water becomes unnecessary.

電気分解装置に供給する水の温度は温度計(T1)により計測され、V1、V8を調整することで、 電気分解装置に供給する水の温度は所定温度(80〜90℃)に調整される。温度を高める際はV1の開度を高めるように調整する。 温度を低くする場合はその逆である。電気分解装置に供給する水を所定温度まで高めることで、電気分解装置の電力から水素へ変換する変換効率を高めることが可能となる。 水タンクはレベル計(L)により、残量を管理される。水タンク内の水量に応じて、V1,V2,V8は調整される。Lが所定値以下の場合は、電気分解装置に供給する水を優先するためにV2の供給を禁止する。   The temperature of water supplied to the electrolyzer is measured by a thermometer (T1), and the temperature of water supplied to the electrolyzer is adjusted to a predetermined temperature (80 to 90 ° C) by adjusting V1 and V8. . When increasing the temperature, adjustment is made to increase the opening of V1. The opposite is true when lowering the temperature. By increasing the water supplied to the electrolyzer to a predetermined temperature, it is possible to increase the conversion efficiency for converting the electric power of the electrolyzer into hydrogen. The remaining amount of the water tank is managed by a level meter (L). V1, V2, and V8 are adjusted according to the amount of water in the water tank. When L is less than or equal to a predetermined value, the supply of V2 is prohibited to prioritize the water supplied to the electrolyzer.

以下にタービン出力下限時の流量調整器の動作方法について表1により説明する。   The operation method of the flow rate regulator at the turbine output lower limit will be described below with reference to Table 1.

Figure 2017139850
Figure 2017139850

(1)水タンク残量Lが所定以上かつ電気分解装置へ供給する電力量が増加(パターン1)
V1,V8を大きくし、前記電解装置に供給する水量を増やし、電気分解する水素、酸素量を増加させる。そしてV3とV5を大きくすることで、水素と酸素のタービンへの供給量を増加させる。このとき燃焼器に供給する酸素量を所定量(エンジン燃料、水素の合計燃料量に対しての酸素量)にするため、V7を小さくし、空気の供給量を減らす。V6は閉じており、電気分解装置で生成した酸素は全て供給される。さらに燃焼器に供給する不活性ガスの量を所定量(エンジン燃料、水素の合計燃料量に対する酸素、窒素、水蒸気の合計量)にするために、V2を大きくし、水蒸気量を高める。また燃焼器に供給する天然ガス量を少なくするために、V4を小さくする。これによりタービンからの出力を制御する。
(1) The amount of electric power supplied to the electrolyzer is increased when the remaining amount L of the water tank exceeds a predetermined value (Pattern 1).
V1 and V8 are increased, the amount of water supplied to the electrolyzer is increased, and the amounts of hydrogen and oxygen to be electrolyzed are increased. And the supply amount of hydrogen and oxygen to the turbine is increased by increasing V3 and V5. At this time, in order to make the amount of oxygen supplied to the combustor a predetermined amount (the amount of oxygen with respect to the total fuel amount of engine fuel and hydrogen), V7 is reduced and the amount of air supply is reduced. V6 is closed and all the oxygen produced by the electrolyzer is supplied. Furthermore, in order to make the amount of the inert gas supplied to the combustor a predetermined amount (total amount of oxygen, nitrogen, and water vapor with respect to the total fuel amount of engine fuel and hydrogen), V2 is increased and the amount of water vapor is increased. Further, V4 is reduced in order to reduce the amount of natural gas supplied to the combustor. This controls the output from the turbine.

(2)水タンク残量Lが所定以下かつ電気分解装置へ供給する電力量が増加(パターン2)
水残量が小さいため、V2を小さくし、燃焼器に供給する水を削減する。V1,V8は大きくし、電気分解装置に優先して水を供給する。これにより余剰電力を捨てずに燃料として使用し、エンジン燃料を削減することを優先する。パターン2は燃焼器に供給する水蒸気が減少することから、V5,V7はパターン1に比べ小さくし、燃焼器に供給する空気量を増やすことで燃焼器に供給する不活性ガスの量が所定量になるよう調整する。V6はP1が所定範囲になるように調整される。
(2) The amount of power supplied to the electrolyzer increases when the water tank remaining amount L is below a predetermined value (Pattern 2).
Since the remaining amount of water is small, V2 is reduced and water supplied to the combustor is reduced. V1 and V8 are increased and water is supplied in preference to the electrolyzer. This gives priority to reducing the engine fuel by using surplus power as fuel without throwing it away. Since the water vapor supplied to the combustor decreases in the pattern 2, V5 and V7 are smaller than those in the pattern 1, and the amount of the inert gas supplied to the combustor is increased by increasing the amount of air supplied to the combustor. Adjust so that V6 is adjusted so that P1 falls within a predetermined range.

(3)水タンク残量Lが所定以下かつ電気分解装置へ供給する電力量が所定以上(パターン3)
電気分解装置へ供給する電力量が所定以上になると、燃焼器に供給する水素が増加し、従来燃料が小さくなる。そのため、水素由来で生成される燃焼中の水蒸気濃度が高くなる。熱交換器1,2を使い、水蒸気は回収されるが、外気温度と熱交換圧力が所定のもとでは、一部の水蒸気は、凝縮されずに排出される。そのため、水タンク内の水が所定以下のときは、を減少させないために、V1,V8、V3,V4を調整し、エンジン燃料(天然ガス等)由来で生成された水蒸気の濃度が所定値以上にして、水素由来で生成される水蒸気分は凝縮されるように制御する。図24にエンジン発電機(タービン)に供給する燃料中の電気分解装置から生成した水素の供給割合と、それに対する排気中の水蒸気濃度を示す。排気中の水蒸気濃度は天然ガス(メタン換算)の燃焼由来の水蒸気濃度と天然ガスと水素の燃焼の合計の水蒸気濃度を示した。外気温度が40℃のとき、チラー等の冷却器を使わない場合、排気中の水の凝縮が可能な濃度は6.2%以上の水蒸気である(図24のハッチング部)。水素の供給量を増加させると、天然ガスの燃焼由来の水蒸気濃度が下降し、水素の燃焼由来の水蒸気が上昇することから、水素の供給割合が約40%以上の条件では、水素の燃焼由来の水蒸気の一部を凝縮することが困難となる。その結果、回収水の量が低下し、電気分解装置に供給する水の確保が難しくなる。そのため、水タンクの残量が所定以下の場合、水素供給割合を40%以下にする必要がある(外気温度40度のとき)。水素供給割合の閾値は外気温度によって変化し、例えば外気温度が25℃の場合は、水素供給割合の閾値は約70%となる。これは図25に示すように外気温度に対する蒸気濃度の関係に依存する。そのため、外気温度によって、上記水素供給割合の閾値を制御することで、幅広い地域や時期において、余剰電力の供給割合を高めることができ、耐環境性の高いシステムとなる。構成図のV3,V4を調整することで、上記水素供給割合の閾値を制御する。それに伴い、電気分解装置に供給する水の供給量V1、V8を制御する。
(3) The remaining amount L of the water tank is less than a predetermined value and the amount of power supplied to the electrolyzer is more than a predetermined value (Pattern 3)
When the amount of power supplied to the electrolyzer exceeds a predetermined level, the amount of hydrogen supplied to the combustor increases and the conventional fuel becomes smaller. For this reason, the concentration of water vapor during combustion produced from hydrogen is increased. Although the water vapor is recovered using the heat exchangers 1 and 2, a part of the water vapor is discharged without being condensed under a predetermined outside air temperature and heat exchange pressure. Therefore, when the water in the water tank is below a predetermined value, V1, V8, V3, and V4 are adjusted so that the concentration of water vapor generated from engine fuel (natural gas, etc.) is not less than a predetermined value. Thus, the water vapor component generated from hydrogen is controlled to be condensed. FIG. 24 shows the supply ratio of hydrogen generated from the electrolyzer in the fuel supplied to the engine generator (turbine) and the water vapor concentration in the exhaust gas corresponding thereto. The water vapor concentration in the exhaust gas is the water vapor concentration derived from the combustion of natural gas (methane equivalent) and the total water vapor concentration of the combustion of natural gas and hydrogen. If the cooler such as a chiller is not used when the outside air temperature is 40 ° C., the concentration at which water in the exhaust can be condensed is 6.2% or more of water vapor (hatched portion in FIG. 24). When the supply amount of hydrogen is increased, the concentration of water vapor derived from the combustion of natural gas decreases and the amount of water vapor derived from the combustion of hydrogen increases, so under conditions where the hydrogen supply rate is about 40% or more, it is derived from the combustion of hydrogen. It becomes difficult to condense a part of the water vapor. As a result, the amount of recovered water decreases and it becomes difficult to secure the water supplied to the electrolyzer. Therefore, when the remaining amount of the water tank is less than a predetermined value, the hydrogen supply ratio needs to be 40% or less (when the outside air temperature is 40 degrees). The threshold value of the hydrogen supply ratio varies depending on the outside air temperature. For example, when the outside air temperature is 25 ° C., the threshold value of the hydrogen supply ratio is about 70%. This depends on the relationship of the vapor concentration to the outside air temperature as shown in FIG. Therefore, by controlling the threshold value of the hydrogen supply ratio according to the outside air temperature, the supply ratio of surplus power can be increased in a wide range of regions and times, and the system has high environmental resistance. The threshold value of the hydrogen supply ratio is controlled by adjusting V3 and V4 in the configuration diagram. Accordingly, the supply amounts V1 and V8 of water supplied to the electrolyzer are controlled.

S 電力供給システム
R 再生可能エネルギー発電装置
1 太陽光発電装置
2 風力発電装置
3 PCS
4 電力変換装置
5 電力分配装置
6 電気分解装置
7 エンジン発電機
8 燃料タンク
9 電力調整装置
10 系統
11 制御部
101水素燃料供給装置
102酸素供給装置
103エンジン燃料供給装置
104再生可能エネルギー発電量計測装置
105水素流量計
106酸素流量計
107エンジン発電機発電量計測器
108供給電力計測器
109需用電力計測装置
201バルブ
202バルブ
203バルブ
301バッファタンク
401熱交換器
402水タンク
403水供給装置
404水供給装置
405熱交換器
406水供給装置
S Power supply system
R Renewable energy generator
1 Solar power generator
2 Wind power generator
3 PCS
4 Power converter
5 Power distribution device
6 Electrolyzer
7 Engine generator
8 Fuel tank
9 Power conditioner
10 lines
11 Control unit
101 Hydrogen fuel supply system
102 oxygen supply
103 engine fuel supply system
104 Renewable energy power generation measuring device
105 hydrogen flow meter
106 oxygen flow meter
107 engine generator
108 Power supply meter
109 Electric power measuring device for demand
201 valve
202 valve
203 valve
301 buffer tank
401 heat exchanger
402 water tank
403 water supply equipment
404 water supply equipment
405 heat exchanger
406 water supply device

Claims (11)

再生可能エネルギーによる発電と、エンジン発電機による発電の双方を用いて、電力供給を行う電力供給システムであって、
再生可能エネルギーを電気エネルギー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力の一部を電気分解装置へ供給する電力分配装置と、
前記電力分配装置から供給された電力を用いて水素および酸素を製造する電気分解装置と、
前記電気分解装置から水素および酸素を前記エンジン発電機に供給する第一の供給手段と、
前記エンジン発電機に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料タンクから前記エンジン発電機にエンジン燃料を供給する第二の供給手段と、
電力供給システムを電子制御する制御部と、を備え、
前記エンジン発電機は、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料として発電し、前記制御部は、前記エンジン発電機の負荷変動率が所定の範囲になるように前記電力分配装置から前記電気分解装置に供給する電力量を制御することを特徴とする電力供給システム。
A power supply system that supplies power using both power generation by renewable energy and power generation by an engine generator,
A power generator that converts renewable energy into electrical energy;
A power distribution device for supplying a part of the power obtained by the power generation device to the electrolysis device;
An electrolyzer for producing hydrogen and oxygen using the power supplied from the power distribution device;
First supply means for supplying hydrogen and oxygen from the electrolyzer to the engine generator;
A fuel tank for storing engine fuel to be supplied to the engine generator;
Second supply means for supplying engine fuel from the fuel tank to the engine generator;
A control unit that electronically controls the power supply system,
The engine generator generates power using at least one of hydrogen and engine fuel as fuel, and the control unit changes the load variation rate of the engine generator from the power distribution device to the electrolysis device so as to fall within a predetermined range. A power supply system that controls the amount of power to be supplied.
請求項1において、前記制御部は、エンジン発電機の負荷変動率が所定の範囲になるように、エンジン発電機の負荷変化率が所定下限値未満の場合は、電力分配装置による電気分解装置への電力供給量を増大させ、エンジン発電機の発電量変化率が所定上限値より大きい場合は、電力分配装置による電気分解装置への電力供給量を低減させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。   The control unit according to claim 1, wherein when the load change rate of the engine generator is less than a predetermined lower limit value so that the load fluctuation rate of the engine generator falls within a predetermined range, the control unit moves to the electrolyzer by the power distribution device. When the rate of change in the amount of power generated by the engine generator is greater than a predetermined upper limit value, control is performed to reduce the amount of power supplied to the electrolyzer by the power distribution device. system. 請求項2において、前記制御部は、系統需用電力量の変化率および前記発電装置の電力量の変化率をもとに、エンジン発電機による発電量を所定範囲の大きさで増大させ、電気分解装置への電力供給量の制御を行うことを特徴とする電力供給システム。   The control unit according to claim 2, wherein the control unit increases the amount of power generated by the engine generator by a predetermined range based on the rate of change in the amount of power for grid demand and the rate of change in the amount of power of the power generator. A power supply system that controls the amount of power supplied to a decomposition apparatus. 請求項1において、前記電気分解装置で生成された水素を貯蔵するバッファタンクを備えることを特徴とする電力供給システム。   The power supply system according to claim 1, further comprising a buffer tank that stores hydrogen generated by the electrolyzer. 請求項1において、前記エンジン発電機は、排気ガス中の水を回収する第一の熱交換器を排気管に備え、前記熱交換器により回収した水を貯留できる水タンクと、前記水タンク内の水を電気分解装置またはエンジン発電機の少なくとも一方に供給する水供給装置と、を備えたこと特徴とする電力供給システム。   2. The engine generator according to claim 1, wherein the engine generator includes a first heat exchanger that recovers water in the exhaust gas in an exhaust pipe, and a water tank that can store the water recovered by the heat exchanger; And a water supply device for supplying the water to at least one of the electrolyzer and the engine generator. 請求項5において、前記エンジン発電機は、排気管に前記水タンクから供給される水を加熱するための第二の熱交換器を備え、前記第二の熱交換器で加熱された水または水蒸気を、前記水供給手段から電気分解装置およびエンジン発電機のどちらか一方または双方に供給することを特徴とする電力供給システム。   6. The engine generator according to claim 5, wherein the engine generator includes a second heat exchanger for heating water supplied from the water tank to an exhaust pipe, and water or steam heated by the second heat exchanger. Is supplied from the water supply means to one or both of the electrolyzer and the engine generator. 請求項5において、前記水タンクはレベル計を備え、前記制御部は、前記水タンク中の回収水量が所定以下のとき、前記電気分解装置から生成した水素を所定量以上、エンジン発電機に供給することを禁止することを特徴とする電力供給システム。   6. The water tank according to claim 5, wherein the water tank includes a level meter, and the control unit supplies the engine generator with a predetermined amount or more of hydrogen generated from the electrolyzer when the amount of recovered water in the water tank is a predetermined amount or less. A power supply system that is prohibited from performing. 請求項1において、前記第一の供給手段は、前記電気分解装置で生成される水素および酸素の流量を検出する流量検出装置を備え、
前記制御部は、前記流量検出装置で検出された水素および酸素の流量をもとに、第二の供給手段から前記エンジン発電機に供給されるエンジン燃料の供給量を制御することを特徴とする電力供給システム。
In Claim 1, said 1st supply means is provided with a flow rate detection device which detects flow rates of hydrogen and oxygen which are generated with said electrolysis device,
The control unit controls the supply amount of engine fuel supplied from the second supply means to the engine generator based on the flow rates of hydrogen and oxygen detected by the flow rate detection device. Power supply system.
請求項8において、前記制御部は、水素および酸素の流量を検出する流量検出装置の検出値をもとにエンジンの制御を行う制御部を備える事を特徴とする電力供給システム。   9. The power supply system according to claim 8, wherein the control unit includes a control unit that controls the engine based on detection values of a flow rate detection device that detects flow rates of hydrogen and oxygen. 請求項8において、前記制御部は、需要電力量と前記発電装置の発電量に基づいて、電気分解装置へ供給する電力量、エンジン発電機の発電量を決定し、前記電力分配装置、及び、前記エンジン発電機を制御することを特徴とする電力供給システム。   9. The control unit according to claim 8, wherein the control unit determines the amount of power to be supplied to the electrolyzer and the amount of power generated by the engine generator based on the amount of power demand and the amount of power generated by the power generation device, and the power distribution device; A power supply system for controlling the engine generator. 請求項8において、前記制御部は、需要電力量に対する前記発電装置の電力量が所定以上の場合に、前記発電装置の電力量の増加に応じて電力分配装置による電気分解装置への電力供給量を増加させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。   9. The power supply amount to the electrolyzer by the power distribution device according to claim 8, wherein, when the power amount of the power generation device with respect to the demand power amount is equal to or greater than a predetermined amount, A power supply system that performs control to increase the power.
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