JP2020045430A - Renewable energy utilization system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、再生可能エネルギー利用システムに関し、より詳しくは、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて製造した水素と、バイオガス生成時又はバイオマス発電時に発生する二酸化炭素とを合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する再生可能エネルギー利用システムに関する。 The present invention relates to a renewable energy utilization system, and more specifically, synthesizes hydrogen produced using surplus power of a renewable energy power generation device and carbon dioxide generated during biogas generation or biomass power generation to produce methane. And the like.
一般に、市場での電力需要は一定ではなく、例えば、昼間と夜間で電力需要は大きく変化している。そのため、電力系統以外の電源である分散型電源を配置し、昼間の電力系統からの電力需要が大きい時には、分散型電源から積極的に電力系統に電力を供給し、夜間の電力系統の電力需要が小さい時には、分散型電源の発電量を抑制するか、分散型電源を電力系統から分離することが行われている。そして、分散型電源における上記発電制限等により、本来の発電ポテンシャルを発揮できない未利用のエネルギーとしての余剰電力を、どのように有効活用するかが課題であり、その課題解決手段として、余剰電力を気体燃料に変換(気体変換)して貯蔵・利用する方法(いわゆる「パワーツーガス(Power to Gas)」が注目されている。また、その一つとして、余剰電力を水素に変換し、既存のエネルギー供給インフラである都市ガス導管系に供給し得るメタン等に変換するメタネーション技術が検討されている。 Generally, the power demand in the market is not constant, and for example, the power demand greatly changes between daytime and nighttime. For this reason, a distributed power source, which is a power source other than the power system, is arranged.When the power demand from the power system during the day is large, the power is actively supplied from the distributed power source to the power system, and the power demand of the power system at night is increased. Is smaller, the amount of power generated by the distributed power source is suppressed or the distributed power source is separated from the power system. The problem is how to effectively use surplus power as unused energy that cannot exhibit the original power generation potential due to the above-mentioned power generation limitation in a distributed power source. Attention has been focused on a method of converting gas into fuel (gas conversion) and storing and using it (so-called “Power to Gas”). A methanation technology for converting methane and the like that can be supplied to a city gas pipeline system as an energy supply infrastructure is being studied.
例えば、特許文献1には、図4に示すように、電力系統(A)の安定運用の目的で備えられる分散型電源101の運転システムであって、 電力系統以外の電源である分散型電源101の余剰電力から水電解装置を含む水素製造手段102によって得られる水素と、水素製造手段102によって得られる水素と運転システム内の二酸化炭素分離回収装置103およびまたは運転システム外の二酸化炭素貯蔵タンク104から得られる二酸化炭素とからメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する炭化水素燃料製造手段105と、 炭化水素燃料製造手段105が製造した炭化水素燃料を都市ガス導管系(B)に注入する炭化水素燃料注入手段106とを少なくとも備える分散型電源の運転システム100が記載されている。 ここで、分散型電源101は、再生可能エネルギーを利用する分散型電源を少なくとも含み、再生可能エネルギーを利用する分散型電源101が、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、バイオマス発電装置のいずれかまたはそれらの2つ以上の組み合わせであることが記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses an operation system of a
上記分散型電源の運転システム100によれば、施設の稼働率の低下を阻止しながら、余剰エネルギーの有効活用と二酸化炭素のリサイクルを図ることが可能となり、環境負荷を低減することができる。また、都市ガス導管系は、製造される炭化水素燃料を受け入れ、分散型電源やガス消費機器で連続的に使用することができることや貯蔵の機能も具備していることから、別途、燃料貯蔵庫等を必要とせず、施設としての低コスト化も実現できる。
According to the
しかしながら、上記分散型電源の運転システム100では、以下の問題があった。すなわち、分散型電源101の余剰電力から水電解装置を含む水素製造手段102によって水素と共に得られる純度の高い酸素が、同システム内でコスト的に有効活用されていないという問題である。例えば、同システム内に燃料電池を補助電源として備え、電力系統(A)の電力需要が大きい時に、燃料電池の燃料として余剰電力から得られる酸素を使用することも可能である(例えば、特開平11−46460号公報を参照)が、この場合、分散型電源101の余剰電力から酸素が製造される時期と燃料電池の燃料として酸素を使用する時期とが異なるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が必要となり、施設の規模が増大してコスト的に好ましくない。
However, the distributed power
また、再生可能エネルギーを利用する分散型電源101の内で、太陽光発電装置や、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置等は、天候や昼夜などの気象条件によって電力量が変動しやすく、その余剰電力が不安定となるので、当該余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できないという問題があった。
Also, among the
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to stably produce a hydrocarbon fuel such as methane from surplus power of a renewable energy power generation device while reducing the size of the facility, and It is an object of the present invention to provide a renewable energy utilization system capable of effectively utilizing oxygen obtained together with hydrogen from electric power in the system.
上記課題を解決するために、本発明に係る再生可能エネルギー利用システムは、次のような構成を有している。
(1)再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、活性汚泥槽と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記活性汚泥槽に供給すること、
前記二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
In order to solve the above problem, a renewable energy utilization system according to the present invention has the following configuration.
(1) A water electrolysis device that produces hydrogen and oxygen using surplus power of a renewable energy power generation device, and methane or the like obtained by synthesizing hydrogen produced by the water electrolysis device and carbon dioxide generated in the system. A renewable energy utilization system comprising a methanation facility for producing a hydrocarbon fuel,
The system includes a biogasification facility having an activated sludge tank, a fermentation tank tank, and a carbon dioxide separation device,
The water electrolyzer uses the surplus power to produce oxygen together with hydrogen, supplying the activated sludge tank,
The method is characterized in that carbon dioxide separated by the carbon dioxide separator and hydrogen obtained by the water electrolyzer are synthesized by the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane.
本発明においては、システム内には、活性汚泥層と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽に供給するので、活性汚泥槽の汚泥中に含まれる好気性の微生物が汚泥を積極的に有機物に分解し、分解した有機物を豊富に含んだ汚泥を発酵タンク槽にて嫌気性発酵させて生成したメタン(約60%)と二酸化炭素(約40%)とを二酸化炭素分離装置にて分離し、CO2フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。そのため、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、システム内で有効活用できる。特に、水電解装置が製造する酸素は、高純度であり空気に比べて酸素分圧が高いので、活性汚泥槽において好気性の微生物の活動性を高めて有機物の分解を促進させることができる。また、活性汚泥槽における上記高性能化に伴い、汚泥槽やその関連装置のコンパクト化が可能となると共に、汚泥処理時間の短縮等にも寄与できる。 In the present invention, the system is provided with a biogasification facility having an activated sludge layer, a fermentation tank, and a carbon dioxide separator, and the water electrolyzer uses the surplus power to produce oxygen produced together with hydrogen. Since the sludge is supplied to the tank, aerobic microorganisms contained in the sludge in the activated sludge tank actively decompose the sludge into organic substances, and the sludge containing the decomposed organic substances is anaerobically fermented in the fermentation tank tank. The generated methane (about 60%) and carbon dioxide (about 40%) are separated by a carbon dioxide separation device, so that CO2-free methane and carbon neutral carbon dioxide can be stably produced. Therefore, the oxygen produced by the water electrolysis device together with the hydrogen using the surplus electric power can be effectively used in the system. In particular, the oxygen produced by the water electrolysis apparatus is high in purity and has a higher oxygen partial pressure than air, so that the activity of aerobic microorganisms in the activated sludge tank can be enhanced to promote the decomposition of organic substances. In addition, with the above-mentioned high performance of the activated sludge tank, the sludge tank and its related devices can be made compact, and the sludge treatment time can be reduced.
また、二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置にて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、余剰電力から水電解装置によって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備の活性汚泥槽に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。 In addition, carbon dioxide separated by the carbon dioxide separator and hydrogen obtained by the water electrolyzer are synthesized in a methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. Combined with the fuel and methane separated by the carbon dioxide separator, a hydrocarbon fuel such as methane with a low environmental load can be stably produced. In addition, oxygen obtained from the surplus electric power together with hydrogen by the water electrolyzer is supplied to the activated sludge tank of the biogasification facility, which eliminates the need for a storage means for temporarily storing oxygen and makes the facility compact. You can also.
よって、本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to stably produce a hydrocarbon fuel such as methane from surplus electric power of a renewable energy power generation device while reducing the size of the facility, and to convert oxygen obtained together with hydrogen from surplus electric power into a system. It is possible to provide a renewable energy utilization system that can be effectively used within a building.
(2)(1)に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記システム内には、前記バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、前記バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
(2) In the renewable energy utilization system described in (1),
The system includes a biomass power generation device that generates power by burning biofuel discharged from the biogasification facility, and a carbon dioxide separation and recovery device that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device,
The method is characterized in that carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and recovery device and hydrogen obtained by the water electrolysis device are synthesized by the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane.
本発明においては、システム内には、バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するので、二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して製造したメタン等の他に、バイオガス化設備の二酸化炭素分離装置にて分離されたメタン等のバイオガスやバイオガス化設備の発酵タンク槽に残る有機物等を、バイオ燃料として燃焼するバイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して製造したメタン等を得て、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を、より多くかつ安定して製造することができる。 In the present invention, the system includes a biomass power generation device that generates power by burning biofuel discharged from the biogasification facility, and a carbon dioxide separation and recovery device that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device. , The carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and recovery device and the hydrogen obtained by the water electrolysis device are synthesized in a methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. In addition to methane and the like produced by synthesizing separated carbon dioxide and hydrogen obtained by a water electrolyzer in a methanation facility, biomass such as methane separated in a carbon dioxide separator in a biogasification facility Gas and organic matter remaining in the fermentation tank of the biogasification facility are converted into carbon dioxide from the exhaust gas of a biomass power generator that burns as biofuel. Obtain methane and the like produced by synthesizing carbon dioxide separated and recovered by the separation and recovery device with hydrogen obtained by the water electrolysis device in a methanation facility, and produce hydrocarbon fuel such as methane with low environmental load, More and more stable production is possible.
なお、二酸化炭素分離回収装置では、例えば、バイオマス発電装置の排ガス中の二酸化炭素をアミン溶液からなる吸収液に化学的に吸収させた後、加熱することで二酸化炭素を吸収液から分離回収することができる(化学吸収法)。その加熱には、バイオマス発電装置の排熱を利用しても良い。 In the carbon dioxide separation and capture device, for example, after the carbon dioxide in the exhaust gas of the biomass power generation device is chemically absorbed by the absorption solution composed of the amine solution, the carbon dioxide is separated and recovered from the absorption solution by heating. Can be obtained (chemical absorption method). The exhaust heat of the biomass power generation device may be used for the heating.
(3)再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の燃焼器に供給すること、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。ここで、ゴミ発電装置は、ゴミ(廃棄物)をエネルギー源として発電する装置を意味し、ゴミ(廃棄物)には、産業廃棄物も含まれる。
(3) A water electrolysis apparatus that produces hydrogen and oxygen using surplus power of a renewable energy power generation apparatus, and methane or the like obtained by synthesizing hydrogen produced by the water electrolysis apparatus and carbon dioxide generated in the system. A renewable energy utilization system comprising a methanation facility for producing a hydrocarbon fuel,
The system includes a biomass power generation device or a refuse power generation device, and a carbon dioxide separation / recovery device for separating and recovering carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device or the refuse power generation device,
The water electrolysis device produces oxygen together with hydrogen using the surplus power, supplying the biomass power generation device or a combustor of the garbage power generation device,
It is characterized in that carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and recovery apparatus and hydrogen obtained by the water electrolysis apparatus are synthesized by the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. . Here, the garbage power generation device means a device that generates power using garbage (waste) as an energy source, and the garbage (waste) includes industrial waste.
本発明においては、システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼器に供給するので、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。 In the present invention, the system includes a biomass power generation device or a waste power generation device, and a carbon dioxide separation / recovery device that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device, and the water electrolysis device uses excess power to generate hydrogen. The oxygen produced together with the biomass power generator or refuse power generator is supplied to the combustor, so that the combustion temperature of the biomass power generator or refuse power generator can be improved and the combustion can be improved. Generation can be easily suppressed. Therefore, oxygen obtained together with hydrogen from surplus power can be effectively used in the system.
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置の排ガスから、二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。なお、余剰電力から水電解装置によって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼器に供給するので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。 In addition, carbon dioxide separated and recovered by a carbon dioxide separation and recovery device from the exhaust gas of a biomass power generation device or a garbage power generation device and hydrogen obtained by a water electrolysis device are synthesized in a methanation facility to produce hydrocarbons such as methane. Since the fuel is manufactured, the carbon dioxide separated and captured by the carbon dioxide separation and capture device from the exhaust gas of the biomass power generator or garbage power generator that can be operated continuously without being affected by the weather conditions such as weather and day and night is stabilized. As a result, a hydrocarbon fuel such as methane can be stably produced. The oxygen obtained from the surplus electric power together with the hydrogen by the water electrolyzer is supplied to the combustor of the biomass power generator or the garbage power generator, so that storage means for temporarily storing oxygen is not required, and the facility is compact. It can also be converted.
よって、本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to stably produce a hydrocarbon fuel such as methane from surplus electric power of a renewable energy power generation device while reducing the size of the facility, and to convert oxygen obtained together with hydrogen from surplus electric power into a system. It is possible to provide a renewable energy utilization system that can be effectively used within a building.
(4)(2)又は(3)に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記水電解装置には、前記再生可能エネルギー発電装置又は前記バイオマス発電装置若しくは前記ゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給することを特徴とする。
(4) In the renewable energy utilization system described in (2) or (3),
A surplus electric power is selectively supplied to the water electrolysis device from the renewable energy power generation device, the biomass power generation device, or the waste power generation device.
本発明においては、水電解装置には、再生可能エネルギー発電装置又はバイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給するので、水電解装置が量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。 In the present invention, the water electrolysis device selectively supplies surplus power from a renewable energy power generation device, a biomass power generation device, or a garbage power generation device. Can be used to produce hydrogen and oxygen, and a more stable and inexpensive hydrocarbon fuel such as methane can be produced.
例えば、再生可能エネルギー発電装置が、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置のいずれか、又はそれらの組み合わせである場合、季節又は昼夜等の気象条件によって、電力量が変動しやすく、その余剰電力における電力コストも変動しやすい。ところが、バイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置は、一般に下水や生活ゴミ、産業廃棄物等を原料とするので、発電量が季節又は昼夜等の気象条件による影響を受けにくく、その余剰電力も安定して得やすい状況にある。 For example, when the renewable energy power generation device is any one of a solar power generation device, a wind power generation device, a hydroelectric power generation device, a wave power generation device, or a combination thereof, the amount of power may be changed depending on weather conditions such as season or day and night. It is easy to fluctuate, and the power cost of the surplus power is also likely to fluctuate. However, biomass power generation equipment or garbage power generation equipment generally uses sewage, household garbage, industrial waste, and the like as raw materials, so the amount of power generation is hardly affected by weather conditions such as seasonal or day and night, and the surplus power is stable. The situation is easy to obtain.
したがって、水電解装置に対する余剰電力の供給先を、余剰電力の余り具合や、電力コストの高低等に基づいて選択可能とすることにより、水電解装置に対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。その結果、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。また、余剰電力を安定的に供給することによって、余剰電力を活用する水電解装置の稼働率を向上でき、「パワーツーガス」の経済性を高めることができる。 Therefore, the destination of the surplus power to the water electrolysis device, the surplus of the surplus power, by making it possible to select based on the level of the power cost, etc., the surplus power to the water electrolysis device more stably, Also, it can be supplied at low cost. As a result, hydrocarbon fuel such as methane can be more stably manufactured at low cost. Further, by stably supplying the surplus power, the operation rate of the water electrolysis device that utilizes the surplus power can be improved, and the economics of “power-to-gas” can be improved.
(5)(4)に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、前記水電解装置には、前記太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給することを特徴とする。
(5) In the renewable energy utilization system described in (4),
The renewable energy power generation device is a photovoltaic power generation device, the water electrolysis device supplies surplus power during the day from the photovoltaic power generation device, and the surplus power during the night from the biomass power generation device or the garbage power generation device. Is supplied.
本発明においては、再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、水電解装置には、太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給するので、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置に供給することができる。そのため、余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置に供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。 In the present invention, the renewable energy power generation device is a photovoltaic power generation device, and the water electrolysis device is supplied with surplus power during the day from the photovoltaic power generation device, and the surplus power at night is supplied from the biomass power generation device or the garbage power generation device. Therefore, surplus power can be stably supplied to the water electrolysis device day and night. Therefore, surplus electric power can be supplied to the water electrolysis device more stably and at low cost, and a more stable and inexpensive hydrocarbon fuel such as methane can be produced.
(6)(4)又は(5)に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置は、前記水電解装置と同一構内に配置したことを特徴とする。
(6) In the renewable energy utilization system described in (4) or (5),
The biomass power generation device or the refuse power generation device is arranged in the same premises as the water electrolysis device.
本発明においては、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置は、水電解装置と同一構内に配置したので、余剰電力を水電解装置に供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がない。そのため、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置に供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。 In the present invention, the biomass power generation device or the refuse power generation device is disposed in the same premises as the water electrolysis device, so that when supplying surplus power to the water electrolysis device, there is no need to pass through an off-site power system. Therefore, surplus power can be supplied to the water electrolysis device more easily and at lower cost, and a more stable and inexpensive hydrocarbon fuel such as methane can be produced.
(7)(2)乃至(6)のいずれか1つに記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置には、前記メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給することを特徴とする。
(7) In the renewable energy utilization system according to any one of (2) to (6),
A part of a hydrocarbon fuel such as methane produced in the methanation facility is supplied to the biomass power generation device or the refuse power generation device as a fuel for auxiliary combustion.
本発明においては、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置には、メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給するので、CO2フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置における発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システムを実現できる。 In the present invention, a part of the hydrocarbon fuel such as methane produced by the methanation facility is supplied to the biomass power generation device or the garbage power generation device as an auxiliary fuel, so that the hydrocarbon fuel such as CO2-free methane is supplied. By utilizing in the system, the carbon dioxide emission coefficient at the time of power generation in the biomass power generation device or the garbage power generation device can be further reduced, and a renewable energy utilization system with even less environmental load can be realized.
本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to stably produce a hydrocarbon fuel such as methane from surplus power of a renewable energy power generation device while reducing the size of the facility, and to obtain oxygen obtained together with hydrogen from surplus power in the system. A renewable energy utilization system that can be used effectively can be provided.
次に、本発明に係る実施形態である再生可能エネルギー利用システムについて、図面を参照して詳細に説明する。以下に、本再生可能エネルギー利用システムの第1実施例〜第3実施例のシステム構成を詳細に説明し、その動作方法について説明する。 Next, a renewable energy utilization system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, system configurations of the first to third embodiments of the present renewable energy utilization system will be described in detail, and an operation method thereof will be described.
<本再生可能エネルギー利用システムの構成と動作方法>
本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システムの第1実施例〜第3実施例のシステム構成と動作方法を、図1〜図3を用いて説明する。図1に、本実施形態に係る第1実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図2に、本実施形態に係る第2実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図3に、本実施形態に係る第3実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。
<Configuration and operation method of this renewable energy utilization system>
The system configurations and operation methods of the first to third examples of the renewable energy utilization system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a system configuration conceptual diagram of a renewable energy utilization system of a first example according to the present embodiment. FIG. 2 shows a conceptual diagram of a system configuration in a renewable energy utilization system of a second example according to the present embodiment. FIG. 3 shows a conceptual diagram of a system configuration in a renewable energy utilization system of a third example according to the present embodiment.
(第1実施例)
図1に示すように、第1実施例における再生可能エネルギー利用システム10は、再生可能エネルギー発電装置1の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置2と、水電解装置2にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備3とを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a renewable
ここで、再生可能エネルギー発電装置1には、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの2つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置1が発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置1が発電する電力である。また、水電解装置2は、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル(SOEC)等が該当する。また、メタネーション設備3は、水素と二酸化炭素(一酸化炭素に還元して使用する場合も含む)とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
Here, the renewable energy power generation device 1 corresponds to a solar power generation device, a wind power generation device, a hydroelectric power generation device, a wave power generation device, a geothermal power generation device, a biomass power generation device, or the like. Combinations of two or more are also included. The surplus power is the unused power obtained by subtracting the power supplied to the power system or the like from the power generated by the renewable energy power generation device 1, or the renewable energy when the supply to the power system or the like is stopped. This is the power generated by the power generation device 1. The water electrolysis device 2 is a device for producing hydrogen and oxygen by electrolyzing water or water vapor, and includes an alkaline water electrolysis cell, a solid polymer electrolysis cell, a solid oxide electrolysis cell (SOEC), and the like. Applicable. The
また、本システム内には、活性汚泥槽41と発酵タンク槽42と二酸化炭素分離装置43とを有するバイオガス化設備4を備え、水電解装置2が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽41に供給することを特徴とする。バイオガス化設備4では、以下のような過程で、CO2フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。
In addition, the present system includes a biogasification facility 4 having an activated
すなわち、活性汚泥槽41では、下水道等から送られてくる汚水に活性汚泥(好気性微生物を多量に含んたドロ)を加え、水電解装置2が余剰電力を用いて製造する純酸素を汚水中に吹き込んで曝気する。曝気する気体の酸素濃度が高いので、活性汚泥中に含まれる好気性の微生物が高濃度の酸素によって活性化されて、汚泥を積極的に有機物に分解(難分解性の有機物も分解)し、有機物を豊富に含んだ汚泥が海綿状になって沈殿する。沈殿した汚泥の水分を減らして有機物を濃縮させた上で、発酵タンク槽42に投入する。発酵タンク槽42では、嫌気性の微生物が有機物を発酵させてメタン(約60%)と二酸化炭素(約40%)とを生成する。発酵タンク槽42で生成されたメタンと二酸化炭素を二酸化炭素分離装置43にて分離し、CO2フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。なお、二酸化炭素分離装置43には、例えば、吸着剤として活性炭を使用し、メタンと二酸化炭素の吸着速度の違いを利用して分離する方法を用いる装置がある。
That is, in the activated
また、バイオガス化設備4の二酸化炭素分離装置43にて分離された二酸化炭素と水電解装置2によって得られた水素とをメタネーション設備3にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置43にて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、本システムでは、余剰電力から水電解装置2によって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備4の活性汚泥槽41に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
Further, carbon dioxide separated by the
(第2実施例)
図2に示すように、第2実施例における再生可能エネルギー利用システム10Bは、再生可能エネルギー発電装置1Bの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置2Bと、水電解装置2Bにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備3Bとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 2, the renewable
ここで、再生可能エネルギー発電装置1Bには、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの2つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置1Bが発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置1Bが発電する電力である。また、水電解装置2Bは、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル(SOEC)等が該当する。また、メタネーション設備3Bは、水素と二酸化炭素(一酸化炭素に還元して使用する場合も含む)とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
Here, the renewable energy
また、本システム10B内には、活性汚泥槽41Bと発酵タンク槽42Bと二酸化炭素分離装置43Bとを有するバイオガス化設備4Bに加えて、バイオガス化設備4Bから排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置5Bと、バイオマス発電装置5Bの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置6Bとを備え、二酸化炭素分離回収装置6Bにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3Bにて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。本システム10Bでは、バイオマス発電装置5Bと二酸化炭素分離回収装置6Bとを追加することによって、以下のような過程で、CO2フリーのメタン等のバイオ燃料からカーボンニュートラルな二酸化炭素を安定的に製造することができる。
Further, in the
すなわち、バイオガス化設備4Bでは、二酸化炭素分離装置43Bにて分離したCO2フリーのメタン等のバイオガスや、発酵タンク槽42Bに残渣として残る有機物(バイオマス資源)がバイオ燃料として排出される。バイオマス発電装置5Bは、例えば、バイオガスを高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する、又は有機物(バイオマス資源)を燃焼器で直接燃焼させ、その燃焼器の熱で加熱した蒸気を用いて蒸気タービンを回転させて発電する。また、バイオマス発電装置5Bがバイオ燃料を燃焼させたときの排ガス(燃焼ガス)は、二酸化炭素分離回収装置6Bによって二酸化炭素に分離回収されて排出される。この二酸化炭素は、生物由来のバイオマス資源が原料となり、生物の成長過程で二酸化炭素を吸収するので、吸収と排出が相殺されてカーボンニュートラルの二酸化炭素として扱われる。したがって、CO2フリーのメタン等からカーボンニュートラルな二酸化炭素を安定的に製造することができる。
That is, in the
また、二酸化炭素分離回収装置6Bにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3Bにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。かかるメタン等の炭化水素燃料は、二酸化炭素分離装置43Bにて分離されたメタンがバイオ燃料としてバイオマス発電装置5Bで燃焼されない場合には、このメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。
Further, carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and
また、水電解装置2Bには、再生可能エネルギー発電装置1B又はバイオマス発電装置5Bから余剰電力を選択的に供給しても良い。この場合、水電解装置2Bが量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造できるように、再生可能エネルギー発電装置1B及びバイオマス発電装置5Bに対して余剰電力の余り具合を監視する余剰電力監視装置8Bを設けると良い。例えば、余剰電力監視装置8Bは、余剰電力の余り具合や電力コストの高低等に基づいて、複数の再生可能エネルギー発電装置1Bやシステム内のバイオマス発電装置5Bの中から、水電解装置2Bに対する余剰電力の供給先を選択することにより、水電解装置2Bに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。
Further, surplus power may be selectively supplied to the
また、再生可能エネルギー発電装置1Bは、太陽光発電装置1Baであり、水電解装置2Bには、太陽光発電装置1Baから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置5Bから夜間の余剰電力を供給しても良い。この場合、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置2Bに供給することができる。すなわち、太陽光発電装置1Baでは、昼間に多くの余剰電力が生じ得るので、その余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置2Bに供給できる。一方、夜間では、太陽光発電装置1Baの発電量が零になるので、昼夜にあまり関係なく発電できるバイオマス発電装置5Bから余剰電力を水電解装置2Bへ供給する。これによって、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, the renewable energy
また、バイオマス発電装置5Bは、水電解装置2Bと同一構内に配置しても良い。この場合、バイオマス発電装置5Bの余剰電力を水電解装置2Bに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置2Bに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, the biomass
また、バイオマス発電装置5Bには、メタネーション設備3Bにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給しても良い。この場合、CO2フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置5Bにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム10Bを実現できる。
Further, a part of a hydrocarbon fuel such as methane produced by the methanation facility 3B may be supplied to the biomass
なお、本システム10Bでは、余剰電力から水電解装置2Bによって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備4Bの活性汚泥槽41Bに供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。また、水電解装置2Bが製造したCO2フリーの水素は、水素吸蔵合金7Bに吸蔵させて、水素吸蔵合金7Bからメタネーション設備3Bに供給すると良い。水素吸蔵合金7Bは、液体水素にて貯蔵する場合に比べて水素密度を2倍程度高めて貯蔵でき、よりコンパクトなシステム構成とすることができる。また、水素吸蔵合金7Bは、水素を排出するときに加熱する必要があるが、メタネーション設備3Bによってメタンを生成するときの排熱を利用すれば、加熱装置を新たに追加する必要がない。
In the
(第3実施例)
図3に示すように、第3実施例における再生可能エネルギー利用システム10Cは、再生可能エネルギー発電装置1Cの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置2Cと、水電解装置2Cにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備3Cとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 3, a renewable
ここで、再生可能エネルギー発電装置1Cには、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの2つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置1Cが発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置1Cが発電する電力である。また、水電解装置2Cは、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル(SOEC)等が該当する。また、メタネーション設備3Cは、水素と二酸化炭素(一酸化炭素に還元して使用する場合も含む)とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
Here, the renewable energy
また、本システム10C内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cと、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置6Cとを備え、水電解装置2Cが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器に供給する。この場合、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器でバイオマス資源又はゴミ資源がより高温で燃焼される。すなわち、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器における燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。
Further, the
ここで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cには、間伐材や可燃性ごみ等のバイオ資源や産業廃棄物資源等を燃焼器で直接燃焼して蒸気タービンを回して発電する直接燃焼方式や、間伐材や可燃性ごみ等のバイオ資源や産業廃棄物資源等を加熱することによって発生させた熱分解ガスを燃焼器で高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する熱分解ガス化方式、家畜の糞尿や下水汚泥等のバイオ資源を発酵させてメタン等のバイオガスを発生させバイオガスを燃焼器で高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する生物化学的ガス化方式等があり、いずれを用いても良い。 Here, the biomass power generation device or the garbage power generation device 5C includes a direct combustion system in which bioresources such as thinned wood and combustible waste and industrial waste resources are directly burned by a combustor to generate power by turning a steam turbine, The pyrolysis gas generated by heating bio-resources such as thinned wood and combustible waste and industrial waste resources is burned at high temperature and high pressure in a combustor and sent to a gas turbine to turn the gas turbine to generate electricity. Pyrolysis gasification method, fermenting bioresources such as animal manure and sewage sludge to generate biogas such as methane, and sending the combustion gas, which has been burned at high temperature and high pressure in a combustor, to a gas turbine and rotating the gas turbine There is a biochemical gasification system for generating electric power by using any method, and any of them may be used.
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから二酸化炭素分離回収装置6Cにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Cによって得られた水素とをメタネーション設備3Cにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。この場合、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから、二酸化炭素分離回収装置6Cにて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。
In addition, carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and
また、水電解装置2Cには、再生可能エネルギー発電装置1C又はバイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置5Cから余剰電力を選択的に供給しても良い。この場合、水電解装置2Cが量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造できるように、再生可能エネルギー発電装置1C及びバイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cに対して余剰電力の余り具合を監視する余剰電力監視装置8Cを設けると良い。例えば、余剰電力監視装置8Cは、余剰電力の余り具合や電力コストの高低等に基づいて、複数の再生可能エネルギー発電装置1Cやシステム内のバイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの中から、水電解装置2Cに対する余剰電力の供給先を選択することにより、水電解装置2Cに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。
Further, surplus power may be selectively supplied to the
また、再生可能エネルギー発電装置1Cは、太陽光発電装置1Caであり、水電解装置2Cには、太陽光発電装置1Caから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cから夜間の余剰電力を供給しても良い。この場合、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置2Cに供給することができる。すなわち、太陽光発電装置1Caでは、昼間に多くの余剰電力が生じ得るので、その余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置2Cに供給できる。一方、夜間では、太陽光発電装置1Caの発電量が零になるので、昼夜にあまり関係なく発電できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cから余剰電力を水電解装置2Cへ供給する。これによって、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
In addition, the renewable energy
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cは、水電解装置2Cと同一構内に配置しても良い。この場合、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの余剰電力を水電解装置2Cに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置2Cに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, the biomass power generation device or the waste power generation device 5C may be disposed in the same premises as the
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cには、メタネーション設備3Cにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給しても良い。この場合、CO2フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム10Cを実現できる。
Further, a part of a hydrocarbon fuel such as methane produced in the methanation facility 3C may be supplied to the biomass power generation device or the waste power generation device 5C as a fuel for auxiliary combustion. In this case, by utilizing a hydrocarbon fuel such as CO2-free methane in the system, the carbon dioxide emission coefficient at the time of power generation in the biomass power generation device or the garbage power generation device 5C can be further reduced, and renewable with less environmental load. An
なお、本システム10Cでは、余剰電力から水電解装置2Cによって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。また、水電解装置2Cが製造したCO2フリーの水素は、水素吸蔵合金7Cに吸蔵させて、水素吸蔵合金7Cからメタネーション設備3Cに供給すると良い。水素吸蔵合金7Cは、液体水素にて貯蔵する場合に比べて水素密度を2倍程度高めて貯蔵でき、よりコンパクトなシステム構成とすることができる。また、水素吸蔵合金7Cは、水素を排出するときに加熱する必要があるが、メタネーション設備3Cによってメタンを生成するときの排熱を利用すれば、加熱装置を新たに追加する必要がない。
In the
<作用効果>
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システム10、10Bによれば、システム内には、活性汚泥槽41、41Bと発酵タンク槽42、42Bと二酸化炭素分離装置43、43Bとを有するバイオガス化設備4、4Bを備え、水電解装置2、2Bが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽41、41Bに供給するので、活性汚泥槽41、41Bの汚泥中に含まれる好気性の微生物が汚泥を積極的に有機物に分解し、分解した有機物を豊富に含んだ汚泥を発酵タンク槽42、42Bにて嫌気性発酵させて生成したメタン(約60%)と二酸化炭素(約40%)とを二酸化炭素分離装置43、43Bにて分離し、CO2フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。そのため、水電解装置2、2Bが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、システム内で有効活用できる。特に、水電解装置2、2Bが製造する酸素は、高純度であり空気に比べて酸素分圧が高いので、活性汚泥槽41、41Bにおいて好気性の微生物の活動性を高めて有機物の分解を促進させることができる。また、活性汚泥槽41、41Bにおける上記高性能化に伴い、汚泥槽やその関連装置のコンパクト化が可能となると共に、汚泥処理時間の短縮等にも寄与できる。
<Effects>
As described above in detail, according to the renewable
また、二酸化炭素分離装置43、43Bにて分離された二酸化炭素と水電解装置2、2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3、3Bにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置43、43Bにて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、余剰電力から水電解装置2、2Bによって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備4、4Bの活性汚泥槽41、41Bに供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
In addition, carbon dioxide separated by the
よって、本実施形態によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置1、1Bの余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システム10、10Bを提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to stably produce hydrocarbon fuel such as methane from the surplus power of the renewable energy
また、本実施形態によれば、システム内には、バイオガス化設備4Bから排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置5Bと、バイオマス発電装置5Bの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置6Bとを備え、二酸化炭素分離回収装置6Bにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3Bにて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するので、二酸化炭素分離装置43Bにて分離された二酸化炭素と水電解装置2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3Bにて合成して製造したメタン等の他に、バイオガス化設備4Bの二酸化炭素分離装置43Bにて分離されたメタン等のバイオガスやバイオガス化設備4Bの発酵タンク槽42Bに残る有機物等を、バイオ燃料として燃焼するバイオマス発電装置5Bの排ガスから二酸化炭素分離回収装置6Bにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Bによって得られた水素とをメタネーション設備3Bにて合成して製造したメタン等を得て、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を、より多くかつ安定して製造することができる。
Further, according to the present embodiment, in the system, a biomass
なお、二酸化炭素分離回収装置6Bでは、例えば、バイオマス発電装置5Bの排ガス中の二酸化炭素をアミン溶液からなる吸収液に化学的に吸収させた後、加熱することで二酸化炭素を吸収液から分離回収することができる(化学吸収法)。その加熱には、バイオマス発電装置5Bの排熱を利用しても良い。
In the carbon dioxide separation /
また、本実施形態によれば、システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cと、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置6Cとを備え、水電解装置2Cが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器に供給するので、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。
Further, according to the present embodiment, the system includes the biomass power generation device or refuse power generation device 5C, and the carbon dioxide separation /
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから二酸化炭素分離回収装置6Cにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置2Cによって得られた水素とをメタネーション設備3Cにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの排ガスから、二酸化炭素分離回収装置6Cにて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。なお、余剰電力から水電解装置2Cによって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置5Cの燃焼器に供給するので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
In addition, carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and
よって、本実施形態によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置1Cの余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システム10Cを提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to stably produce a hydrocarbon fuel such as methane from the surplus power of the renewable energy
また、本実施形態によれば、水電解装置2B、2Cには、再生可能エネルギー発電装置1B、1C又はバイオマス発電装置5B、5C若しくはゴミ発電装置5Cから余剰電力を選択的に供給するので、水電解装置2B、2Cが量的やコスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, according to the present embodiment, since the surplus power is selectively supplied to the
例えば、再生可能エネルギー発電装置1B、1Cが、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置のいずれか、又はそれらの組み合わせである場合、季節又は昼夜等の気象条件によって、電力量が変動しやすく、その余剰電力における電力コストも変動しやすい。ところが、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cは、一般に下水や生活ゴミ、産業廃棄物等を原料とするので、発電量が季節又は昼夜等の気象条件による影響を受けにくく、その余剰電力も安定して得やすい状況にある。
For example, when the renewable energy
したがって、水電解装置2B、2Cに対する余剰電力の供給先を、余剰電力の余り具合や、電力コストの高低等に基づいて選択可能とすることにより、水電解装置2B、2Cに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。その結果、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。また、余剰電力を安定的に供給することによって、余剰電力を活用する水電解装置2B、2Cの稼働率を向上でき、「パワーツーガス」の経済性を高めることができる。
Therefore, the surplus power to the
また、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置1B、1Cは、太陽光発電装置1Ba、1Caであり、水電解装置2B、2Cには、太陽光発電装置1Ba、1Caから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cから夜間の余剰電力を供給するので、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置2B、2Cに供給することができる。そのため、余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置2B、2Cに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, according to the present embodiment, the renewable energy
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cは、水電解装置2B、2Cと同一構内に配置したので、余剰電力を水電解装置2B、2Cに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がない。そのため、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置2B、2Cに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cには、メタネーション設備3B、3Cにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給するので、CO2フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム10B、10Cを実現できる。
According to the present embodiment, a part of hydrocarbon fuel such as methane produced by the methanation facilities 3B and 3C is supplied to the
<変形例>
上述した実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することができる。例えば、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置1B、1Cは、太陽光発電装置1Ba、1Caであり、水電解装置2B、2Cには、太陽光発電装置1Ba、1Caから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cから夜間の余剰電力を供給するが、必ずしもこれに限る必要はない。例えば、再生可能エネルギー発電装置は、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置であり、水電解装置には、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置から昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置5B、5Cから夜間の余剰電力を供給することでもよい。再生可能エネルギー発電装置は、その種類によって余剰電力の発生時期が相違することがあり、これを有効に活用できれば良いからである。
<Modification>
The embodiment described above can be modified without changing the gist of the present invention. For example, according to the present embodiment, the renewable energy
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cは、水電解装置2B、2Cと同一構内に配置したが、再生可能エネルギー発電装置1B、1C及びバイオマス発電装置5B、5C又はゴミ発電装置5Cを、水電解装置2B、2Cと同一構内に配置してもよい。再生可能エネルギー発電装置1B、1Cから水電解装置2B、2Cに余剰電力を供給する際も、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置2B、2Cに供給できるからである。
Further, according to the present embodiment, the
本発明は、例えば、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて製造した水素と、バイオガス生成時又はバイオマス発電時に発生する二酸化炭素とを合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する再生可能エネルギー利用システムとして利用できる。 The present invention provides, for example, a method of synthesizing hydrogen produced using surplus power of a renewable energy power generation device and carbon dioxide generated during biogas generation or biomass power generation to produce a hydrocarbon fuel such as methane. It can be used as a possible energy utilization system.
1、1B、1C 再生可能エネルギー発電装置
1Ba、1Ca 太陽光発電装置
2、2B、2C 水電解装置
3、3B、3C メタネーション設備
4、4B バイオガス化設備
5B、5C バイオマス発電装置
5C ゴミ発電装置
6B、6C 二酸化炭素分離回収装置
7B、7C 水素吸蔵合金
8B、8C 余剰電力監視装置
10、10B、10C 再生可能エネルギー利用システム
41、41B 活性汚泥槽
42、42B 発酵タンク槽
43、43B 二酸化炭素分離装置
1, 1B, 1C Renewable energy power generator 1Ba, 1Ca
Claims (7)
前記システム内には、活性汚泥槽と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記活性汚泥槽に供給すること、
前記二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 A water electrolysis device that produces hydrogen and oxygen using surplus power of a renewable energy power generation device, and a hydrocarbon such as methane obtained by synthesizing hydrogen produced by the water electrolysis device and carbon dioxide generated in the system. A renewable energy utilization system comprising a methanation facility for producing fuel,
The system includes a biogasification facility having an activated sludge tank, a fermentation tank tank, and a carbon dioxide separation device,
The water electrolyzer uses the surplus power to produce oxygen together with hydrogen, supplying the activated sludge tank,
Renewable by synthesizing carbon dioxide separated by the carbon dioxide separation device and hydrogen obtained by the water electrolysis device in the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. Energy utilization system.
前記システム内には、前記バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、前記バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 In the renewable energy utilization system according to claim 1,
The system includes a biomass power generation device that generates power by burning biofuel discharged from the biogasification facility, and a carbon dioxide separation and recovery device that separates and recovers carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device,
Regeneration characterized in that carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and recovery apparatus and hydrogen obtained by the water electrolysis apparatus are synthesized by the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. Possible energy utilization system.
前記システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の燃焼器に供給すること、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 A water electrolysis device that produces hydrogen and oxygen using surplus power of a renewable energy power generation device, and a hydrocarbon such as methane obtained by synthesizing hydrogen produced by the water electrolysis device and carbon dioxide generated in the system. A renewable energy utilization system comprising a methanation facility for producing fuel,
The system includes a biomass power generation device or a refuse power generation device, and a carbon dioxide separation / recovery device for separating and recovering carbon dioxide from exhaust gas of the biomass power generation device or the refuse power generation device,
The water electrolysis device produces oxygen together with hydrogen using the surplus power, supplying the biomass power generation device or a combustor of the garbage power generation device,
It is characterized in that carbon dioxide separated and recovered by the carbon dioxide separation and recovery apparatus and hydrogen obtained by the water electrolysis apparatus are synthesized by the methanation facility to produce a hydrocarbon fuel such as methane. Renewable energy utilization system.
前記水電解装置には、前記再生可能エネルギー発電装置又は前記バイオマス発電装置若しくは前記ゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 In the renewable energy utilization system according to claim 2 or 3,
A renewable energy utilization system, wherein surplus power is selectively supplied to the water electrolysis device from the renewable energy power generation device, the biomass power generation device, or the waste power generation device.
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、前記水電解装置には、前記太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 In the renewable energy utilization system according to claim 4,
The renewable energy power generation device is a photovoltaic power generation device, the water electrolysis device supplies surplus power during the day from the photovoltaic power generation device, and the surplus power during the night from the biomass power generation device or the garbage power generation device. Renewable energy utilization system characterized by supplying.
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置は、前記水電解装置と同一構内に配置したことを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 In the renewable energy utilization system according to claim 4 or 5,
The biomass power generation device or the refuse power generation device is disposed in the same premises as the water electrolysis device, wherein a renewable energy utilization system is provided.
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置には、前記メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 In the renewable energy utilization system according to any one of claims 2 to 6,
A renewable energy utilization system, wherein a part of a hydrocarbon fuel such as methane produced in the methanation facility is supplied to the biomass power generation device or the refuse power generation device as an auxiliary fuel.
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