JP2020060847A - 水素需給マッチングシステム - Google Patents

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哲 藤堂
幸一 池本
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幸一 池本
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Shiki Hamazaki
志紀 濱崎
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Katsuhiko Hirose
雄彦 広瀬
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Atsushi Mizutani
篤志 水谷
俊太郎 加藤
Shuntaro Kato
俊太郎 加藤
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洋平 谷川
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Abstract

【課題】水素の需給状態を複数の地域間でマッチングさせる技術を提供する。【解決手段】水素需給マッチングシステムは、それぞれ水素利用設備を有する複数の水素利用地域と、複数の水素利用地域における水素量を管理する管理システムと、を備える。管理システムは、（ａ）複数の水素利用地域における水素の需給状態を予測し、（ｂ）複数の水素利用地域における需給状態に応じて、複数の水素利用地域の間での水素の授受を提案する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の地域間の水素の需給状態をマッチングさせる水素需給マッチングシステムに関する。
特許文献１には、燃料ガス製造装置を活用して水素ガスを含む自家製ガスを売却するシステムが開示されている。
特開２００４−２８８４２２号公報
水素の需給状態は地域毎に大きく異なるので、水素の需給状態を複数の地域間でマッチングさせることが好ましい。しかしながら、従来は、水素の需給状態を複数の地域間でマッチングさせる技術については十分な工夫がなされていなかった。
（１）本発明の一形態によれば、水素需給マッチングシステムが提供される。この水素需給マッチングシステムは、それぞれ水素利用設備を有する複数の水素利用地域と、複数の水素利用地域における水素量を管理する管理システムと、を備え、前記管理システムは、
（ａ）前記複数の水素利用地域における水素の需給状態を予測し、（ｂ）前記複数の水素利用地域における前記需給状態に応じて、前記複数の水素利用地域の間での水素の授受を提案する。
この水素需給マッチングシステムによれば、複数の水素利用地域における水素の需給状態に応じて水素の授受を提案するので、複数の水素利用地域における水素の需給をマッチングさせることができる。
（２）水素需給マッチングシステムにおいて、前記管理システムは、（ｂ１）前記複数の水素利用地域における前記需給状態に応じて、前記複数の水素利用地域のうちから水素の授受に適する２つ以上の水素利用地域を選択し、（ｂ２）前記２つ以上の水素利用地域の間での水素の授受を提案する水素マッチング情報を、前記２つ以上の水素利用地域の管理を行う２つ以上の管理装置に送信するものとしてもよい。
この水素需給マッチングシステムによれば、水素の授受に適した２つ以上の水素利用地域間における水素の需給をマッチングさせることができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、水素需給マッチングシステム、水素需給マッチングシステムの管理装置や管理方法等の形態で実現することができる。
一実施形態の水素需給マッチングシステムの構成を示す説明図。 中央管理システムの機能を示す機能ブロック図。 平日の日中における水素需給例を示す説明図。 休日の夜間における水素需給例を示す説明図。 中央管理システムと地域管理装置間の情報の授受を示す説明図。 水素需給マッチング処理の手順を示すフローチャート。 地域水素管理情報を表示するウィンドウの一例を示す説明図。 水素マッチング情報を表示するウィンドウの一例を示す説明図。
図１は、一実施形態としての水素需給マッチングシステムの構成を示す説明図である。この水素需給マッチングシステムは、複数の水素利用地域１００ａ〜１００ｃと、水素管理センター３００とを含んでいる。３つの水素利用地域１００ａ〜１００ｃのうちの２つの地域１００ａ，１００ｂは住居地域であり、他の１つの地域１００ｃは工業地域である。３つの水素利用地域１００ａ〜１００ｃの符号の末尾に付された「ａ」〜「ｃ」の文字は、３つの水素利用地域１００ａ〜１００ｃを区別するために付されたものであり、これらの区別が不要の場合には単に「水素利用地域１００」と呼ぶ。各水素利用地域１００内の装置の符号についても同様である。
第１の住居地域１００ａは、複数の住宅１１０と、地域管理装置１２０ａと、水素タンク１３０ａとを含んでいる。複数の住宅１１０のうちの少なくとも一部の住宅１１０は、ソーラーパネル１１２を有している。ソーラーパネル１１２は、太陽光を利用して発電する発電ユニットと、発電ユニットで生成された電力を用いて水を電気分解することによって水素を生成する水素生成ユニットとを有している。ソーラーパネル１１２で発生した電力は、その住宅１１０内の電気機器で消費することが可能であり、また、外部に売電することも可能である。ソーラーパネル１１２で生成された水素は、その住宅１１０が有する水素利用設備１１４で消費することが可能であり、また、住居地域１００ａの水素タンク１３０ａに貯蔵することも可能である。水素利用設備１１４としては、例えば、水素ガスを利用する厨房機器や、人による水素ガスの吸引に使用される水素吸引機器、水素水を利用する水素水利用機器などを利用可能である。水素を利用する厨房機器の代表例は、水素ガスを利用して調理を行う水素グリルや、野菜室に水素ガスを供給して野菜の鮮度を維持する冷蔵庫である。地域管理装置１２０ａは、住居地域１００ａ内の水素量を管理する。地域管理装置１２０ａは、例えば、その住居地域１００ａの管理を行う行政組織や自治会が有するコンピュータである。地域管理装置１２０ａの管理内容については後述する。
第２の住居地域１００ｂも、第１の住居地域１００ａと同様に、複数の住宅１１０と、地域管理装置１２０ｂと、水素タンク１３０ｂとを含んでいる。第２住居地域１００ｂの構成は第１の住居地域１００ａと同様なのでその説明を省略する。
工業地域１００ｃは、複数の工場２１０と、地域管理装置１２０ｃと、水素タンク１３０ｃとを含んでいる。工場２１０は、水素消費装置２１２と、水素製造装置２１４とを有している。工場２１０は、例えば製鉄所や化学プラントである。水素製造装置２１４で製造された水素は、その工場２１０内の水素消費装置２１２で消費される。また、工場２１０で消費しなかった余剰の水素は、水素タンク１３０ｃに貯蔵される。
水素管理センター３００は、複数の水素利用地域１００の水素の需給をマッチングさせる機能を有する。水素管理センター３００は、中央管理システム３２０と、水素バッファ３３０とを有している。中央管理システム３２０は、水素の管理のために、各水素利用地域１００の地域管理装置１２０と通信を行う。図１の例では、中央管理システム３２０とは、地域管理装置１２０と無線通信を行うものとしているが、通信の一部又は全部を有線通信としてもよい。水素バッファ３３０は、複数の水素利用地域１００の間における水素の需給をマッチングさせるために、水素を一時的に格納するバッファである。
水素バッファ３３０と、複数の水素利用地域１００の水素タンク１３０と、複数の住宅１１０と、複数の工場２１０は、パイプライン３４０を介して互いに接続されている。但し、水素タンク１３０の一部又は全部を省略可能である。
パイプライン３４０を流通する水素の形態としては、水素ガスや、液体水素、水素ガスから生成されたメタン、ＭＣＨ（メチルシクロヘキサン）等の種々の形態を利用可能である。これらの気体や液体は、すべて水素を含む燃料としての機能を有しているので、「水素含有燃料」と呼ぶ。本明細書において、「水素」という語句は、水素含有燃料を指す場合にも使用される。パイプライン３４０は、一般に、水素含有燃料を流通させる管路として実現可能である。水素含有燃料としてメタンを使用すれば、都市ガスの配管をパイプライン３４０として利用することができるので、簡易にパイプライン３４０を構築することが可能である。図示は省略しているが、パイプライン３４０には、バルブや、ポンプ、圧縮機、蓄圧器、水素含有燃料の変換装置、圧力計、温度計、流量計などの各種の装置が必要に応じて設けられる。
図１の例では中央管理システム３２０と地域管理装置１２０とが協働して水素の管理を行うものとしているが、これらを統合して１つの管理システムで水素の管理を行うものとしてもよい。
図２は、中央管理システム３２０の機能を示す機能ブロック図である。中央管理システム３２０は、管理装置３２２と、管理データベース３２４と、無線通信装置３２６とを有している。管理装置３２２は、例えば、プロセッサとメモリとを含むコンピュータで実現される。管理データベース３２４は、複数の水素利用地域１００の水素の需給履歴を登録するデータベースである。無線通信装置３２６は、複数の水素利用地域１００の地域管理装置１２０と無線通信を実行して、各種の情報の送受信を実行する。
図３は、平日の日中における水素需給例を示す説明図であ。図３の棒グラフは、各地域の水素の生産量をプラスとし消費量をマイナスとした正味の水素量を示している。この例では、平日の日中の時間帯において、住居地域１００ａ，１００ｂでは水素の生産量が消費量を上回っており、逆に、工業地域１００ｃでは水素の消費量が生産量を上回っている。この場合に、住居地域１００ａ，１００ｂで生産された水素を、水素バッファ３３０に一時的に保存し、工業地域１００ｃからの要求に応じてその水素を水素バッファ３３０から工業地域１００ｃに供給することによって３つの地域１００ａ〜１００ｃの間の需給をバランスさせることができる。
図４は、休日の夜間における水素需給例を示す説明図である。この例では、休日の夜間の時間帯において、住居地域１００ａ，１００ｂでは水素の消費量が生産量を上回っており、逆に、工業地域１００ｃでは水素の生産量が消費量を上回っている。この場合に、工業地域１００ｃで生産された水素を、水素バッファ３３０に一時的に保存し、住居地域１００ａ，１００ｂからの要求に応じてその水素を水素バッファ３３０から住居地域１００ａ，１００に供給することによって３つの地域１００ａ〜１００ｃの間の需給をバランスさせることができる。
図３及び図４の例では、余剰の水素を水素バッファ３３０に一時的に保存するものとしているが、水素バッファ３３０を省略して複数の地域１００間で水素を直接授受してもよい。
図５は、中央管理システム３２０と地域管理装置１２０ａ〜１２０ｃの間の情報の授受を示す説明図である。中央管理システム３２０は、３つの水素利用地域１００ａ〜１００ｃにおける水素需給のマッチングを行うために、地域管理装置１２０ａ〜１２０ｃから地域水素管理情報ＲＭａ〜ＲＭｃをそれぞれ受信し、また、地域管理装置１２０ａ〜１２０ｃに水素マッチング情報ＨＭａ〜ＨＭｃをそれぞれ送信する。以下では、３つの地域水素管理情報ＲＭａ〜ＲＭｃを区別する必要が無い場合には、これらを「地域水素管理情報ＲＭ」と呼ぶ。同様に、３つの水素マッチング情報ＨＭａ〜ＨＭｃを区別する必要が無い場合には、これらを「水素マッチング情報ＨＭ」と呼ぶ。
図６は、中央管理システム３２０が実行する水素需給マッチング処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、各地域１００の地域管理装置１２０から地域水素管理情報ＲＭをそれぞれ受信する。
図７は、地域水素管理情報ＲＭを表示するウィンドウＷ１の一例を示す説明図である。この例では、地域水素管理情報ＲＭは、或る水素利用地域１００の特定の１ヶ月における水素の消費量と生産量を含んでいる。また、水素の消費量と生産量は、（ａ）平日の日中、（ｂ）平日の夜間、（ｃ）休日の日中、（ｄ）休日の夜間、の４つの時間帯毎にそれぞれ算出されている。この例のように、地域水素管理情報ＲＭが、複数の時間帯毎に水素の消費量と生産量の実績値を含むように構成されていれば、この地域水素管理情報ＲＭからその地域１００における水素の需給状況を容易に把握することができる。このようなウィンドウＷ１は、地域管理装置１２０や中央管理システム３２０の画面に表示されることが好ましい。
地域水素管理情報ＲＭは、図７に示した情報の他に、以下のような各種の情報のうちの少なくとも一部を含むように構成されていてもよい。
（１）季節による水素の生産量と消費量の変化
（２）日照時間や気温を含む地域１００の天気予報
（３）工場２１０の操業計画
図６のステップＳ１２０では、中央管理システム３２０が、各地域１００から受信した地域水素管理情報ＲＭを用いて、各地域１００の水素需給状態を予測する。各地域１００の水素需給状態は、例えば、各地域１００において他の地域から譲渡してもらう必要がある水素量や、他の地域に譲渡できる水素量を数値で表したものである。この水素需給状態の予測は、例えば、複数の時間帯毎や、複数の期間毎に行うことが好ましい。
図６のステップＳ１３０では、中央管理システム３２０が、予測した水素需給状態を用いて、水素の授受に適する２つ以上の地域１００を選択し、ステップＳ１４０ではそれらの地域１００に水素マッチング情報ＨＭを送信する。
図８は、水素マッチング情報ＨＭを表示するウィンドウＷ２の一例を示す説明図である。この例では、水素マッチング情報ＨＭは、或る水素利用地域１００の水素の需給予測と、マッチング提案とを含んでいる。水素の需給予測は、ステップＳ１２０で予測された各地域１００の水素需給状態を示している。マッチング提案は、その地域１００に対して、他の地域１００との間で授受を行う水素量を提案している。このウィンドウＷ２は、例えば、ステップＳ１４０で受信した水素マッチング情報ＨＭに応じて、各地域１００の地域管理装置１２０に表示される。その地域１００の管理を行っている管理者がこのマッチング提案に合意する場合には、「合意する」ボタンを押すことによってマッチング処理を進めることができる。なお、マッチング提案としては、複数個の提案が表示されるようにしてもよい。また、水素マッチング情報ＨＭとして、水素の需給状況を地域１００毎や時間帯毎に示すマップを表示するようにしてもよい。こうすれば、各地域１００の水素の需給状態を視覚的に容易に把握できる。
図６のステップＳ１５０では、中央管理システム３２０が、ステップＳ１３０で選択された２つ以上の地域１００の間で合意が成立したか否かを判定する。合意が成立しない場合には、図６の処理を終了する。一方、合意が成立した場合には、ステップＳ１６０に進み、中央管理システム３２０が、２つ以上の地域１００の間の水素授受契約の仲介を行う。
上述した水素需給マッチングシステムによれば、複数の水素利用地域１００における水素の需給状態に応じて水素の授受を提案するので、複数の水素利用地域１００における水素の需給をマッチングさせることができる。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１００，１００ａ〜１００ｃ…水素利用地域、１１０…住宅、１１２…ソーラーパネル、１１４…水素利用設備、１２０，１２０ａ〜１２０ｃ…地域管理装置、１３０，１３０ａ〜１３０ｃ…水素タンク、２１０…工場、２１２…水素消費装置、２１４…水素製造装置、３００…水素管理センター、３２０…中央管理システム、３２２…管理装置、３２４…管理データベース、３２６…無線通信装置、３３０…水素バッファ、３４０…パイプライン

Claims (2)

  1. 水素需給マッチングシステムであって、
    それぞれ水素利用設備を有する複数の水素利用地域と、
    複数の水素利用地域における水素量を管理する管理システムと、
    とを備え、
    前記管理システムは、
    （ａ）前記複数の水素利用地域における水素の需給状態を予測し、
    （ｂ）前記複数の水素利用地域における前記需給状態に応じて、前記複数の水素利用地域の間での水素の授受を提案する、水素需給マッチングシステム。
  2. 請求項１に記載の水素需給マッチングシステムであって、
    前記管理システムは、
    （ｂ１）前記複数の水素利用地域における前記需給状態に応じて、前記複数の水素利用地域のうちから水素の授受に適する２つ以上の水素利用地域を選択し、
    （ｂ２）前記２つ以上の水素利用地域の間での水素の授受を提案する水素マッチング情報を、前記２つ以上の水素利用地域の管理を行う２つ以上の管理装置に送信する、
    水素需給マッチングシステム。
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