JP2022110287A - 水素製造システム、制御装置及び水素製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造される水素のＣＯ２排出量を制御しつつ、効率的な水素製造を可能とする水素製造システムを提供する。【解決手段】水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、水素製造システム、制御装置及び水素製造方法に関する。

近年、ＣＯ_２（以下、ＣＯ２と記載）排出量削減のためのエネルギー源として水素に注目が集まっている。

例えば、特許文献１には、太陽光発電機などで発電された電力と、電力系統から供給された電力とを受電して水素を製造する水素製造装置への入力電力を制御する制御装置が開示されている。

国際公開第２０２０／１２１４３６号

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置は、水素製造装置に関する電力需給調整の確実性を高めることを目的としている。このため、水素製造時のＣＯ２排出量を制御できないという課題がある。

特に、脱炭素化社会に向けて水素製造時のＣＯ２排出量によって水素を分類する世界的な動きが見られるが、特許文献１に記載の制御装置では、このような動きに対応して水素を製造することは困難である。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製造される水素のＣＯ２排出量を制御しつつ、効率的な水素製造を可能とする水素製造システム、制御装置及び水素製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備える。

本開示の他の一態様に係る制御装置は、水素製造システムに備えられる水素製造装置を制御する制御装置であって、前記水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備え、前記制御装置は、前記水素製造装置の入力電力として、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する。

本開示の他の一態様に係る水素製造方法は、水素製造装置が、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造するステップと、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を第１貯蔵装置に貯蔵するステップと、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を第２貯蔵装置に貯蔵するステップとを含む。

なお、本開示は、制御装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなコンピュータプログラムを、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。

本開示によると、製造される水素のＣＯ２排出量を制御しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

図１は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図２は、本開示の実施形態１に係る制御装置のハードウェア構成及び機能構成を示すブロック図である。 図３は、本開示の実施形態１に係る表示制御部による画面表示の一例を示す図である。 図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図６は、電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）との関係を示す図である。 図７は、本開示の実施形態２に係る表示制御部による画面表示の一例を示す図である。 図８は、本開示の実施形態２に係る制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、本開示の実施形態３に係る制御装置による水素製造システムの制御例を説明するための図である。 図１０は、本開示の実施形態４に係る制御装置による水素製造システムの制御例を説明するための図である。

［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備える。

この構成によると、発電電力が選択された時間においては、発電電力を水素製造装置の消費電力として製造された第１水素が第１貯蔵装置に貯蔵される。また、受電電力が選択された時間においては、受電電力を水素製造装置の消費電力として製造された第２水素が第２貯蔵装置に貯蔵される。このように、１台の水素製造装置で、時分割で第１水素及び第２水素を製造し、それぞれの水素を別個に貯蔵することができる。これにより、１台の水素製造装置を用いて、例えば、発電電力量が少ない時間においては受電電力を消費して第２水素を製造し、受電電力料金が高い時間においては発電電力を消費して第１水素を製造するなどの切り替え制御を行うことができる。このため、効率的な水素製造を可能とすることができる。また、水素製造に用いた電力の種類に応じて貯蔵装置を分けている。このため、第１水素と第２水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

（２）好ましくは、上述の水素製造システムは、前記第１貯蔵装置に貯蔵された前記第１水素と、前記第２貯蔵装置に貯蔵された前記第２水素とを混合する混合装置をさらに備える。

この構成によると、第１水素と第２水素とを適切な比率で混合することができる。これにより、水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

（３）さらに好ましくは、上述の水素製造システムは、前記水素製造装置の入力電力として、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する制御装置をさらに備える。

この構成によると、制御装置は、１台の水素製造装置に時分割で第１水素及び第２水素を製造させることができる。これにより、効率的な水素製造を可能とすることができる。

（４）また、前記制御装置は、前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部と、前記水素製造装置の定格入力電力量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定し、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する決定部とを含んでもよい。

この構成によると、時間ごとに、発電電力及び受電電力の一方の電力を水素製造装置に消費させて水素製造装置に第１水素及び第２水素を製造させることができる。

（５）また、前記決定部は、時間ごとに、前記水素製造装置に入力される電力量が前記定格入力電力量を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、前記受電電力量を決定してもよい。

この構成によると、時間ごとに水素製造装置への入力電力量が定格入力電力量を超えないようにしつつ、所定の目的関数を最適化することができる。例えば、水素製造量の最大化を目的関数の最適化とすることにより、効率的な水素製造が可能となる。

（６）また、前記制御装置は、前記発電機による発電時間及び発電電力量を取得する発電電力量取得部と、前記水素製造装置の目標稼働率と、前記発電機による発電時間及び発電電力量とに基づいて、前記受電電力の受電時間を決定する決定部とを含んでもよい。

この構成によると、水素製造装置の目標稼働率が達成できるように受電電力の受電時間を決定することができる。これにより、効率的な水素製造が可能となる。

（７）また、前記制御装置は、前記第１貯蔵装置に貯蔵された前記第１水素の量及び当該第１水素の製造のための二酸化炭素排出量と、前記第２貯蔵装置に貯蔵された前記第２水素の量及び当該第２水素の製造のための二酸化炭素排出量とを画面に表示させる表示制御部をさらに備えてもよい。

この構成によると、ユーザは、水素製造において、どのくらいの割合の二酸化炭素が排出されているかを知ることができる。

（８）また、前記表示制御部は、さらに、前記水素製造装置に入力される前記発電電力及び前記受電電力を前記画面に表示させてもよい。

この構成によると、ユーザは、どのくらいの量の発電電力及び受電電力が水素製造に利用されているかを知ることができる。

（９）また、前記表示制御部は、さらに、前記発電電力及び前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を前記画面に表示させてもよい。

この構成によると、発電電力及び受電電力の値と合わせて、発電電力及び受電電力の製造における二酸化炭素排出量が画面に表示される。これにより、ユーザは、水素製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。例えば、受電電力の値と受電電力の製造における二酸化炭素排出量とを乗算することにより、第２水素の製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。

（１０）また、前記発電電力を充電する蓄電池をさらに備え、前記発電機又は前記蓄電池からの出力電力が、前記発電機による発電電力とされてもよい。

この構成によると、蓄電池を備える構成においても、水素製造時の二酸化炭素排出量を制御しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

（１１）また、上述の水素製造システムは、水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値に基づいて、前記混合装置による前記第１水素及び前記第２水素の混合比率を制御する制御装置をさらに備えてもよい。

この構成によると、目標値に合わせて第１水素及び第２水素を混合することができる。これにより、製造される水素の二酸化炭素排出量を制御することができる。

（１２）本開示の他の実施形態に係る制御装置は、水素製造システムに備えられる水素製造装置を制御する制御装置であって、前記水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備え、前記制御装置は、前記水素製造装置の入力電力として、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する。

この構成によると、発電電力を選択した時間において、第１水素を第１貯蔵装置に貯蔵させることができる。また、受電電力を選択した時間において、第２水素を第２貯蔵装置に貯蔵させることができる。このように、１台の水素製造装置で、時分割で第１水素及び第２水素を製造し、それぞれの水素を別個に貯蔵することができる。これにより、１台の水素製造装置を用いて、例えば、発電電力量が少ない時間においては受電電力を消費して第２水素を製造し、受電電力料金が高い時間においては発電電力を消費して第１水素を製造するなどの切り替え制御を行うことができる。このため、効率的な水素製造を可能とすることができる。また、水素製造に用いた電力の種類に応じて貯蔵装置を分けている。このため、第１水素と第２水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

（１３）本開示の他の実施形態に係る水素製造方法は、水素製造装置が、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造するステップと、前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を第１貯蔵装置に貯蔵するステップと、前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を第２貯蔵装置に貯蔵するステップとを含む。

この構成によると、発電電力が選択された時間においては、発電電力を水素製造装置の消費電力として製造された第１水素が第１貯蔵装置に貯蔵される。また、受電電力が選択された時間においては、受電電力を水素製造装置の消費電力として製造された第２水素が第２貯蔵装置に貯蔵される。このように、１台の水素製造装置で、時分割で第１水素及び第２水素を製造し、それぞれの水素を別個に貯蔵することができる。これにより、１台の水素製造装置を用いて、例えば、発電電力量が少ない時間においては受電電力を消費して第２水素を製造し、受電電力料金が高い時間においては発電電力を消費して第１水素を製造するなどの切り替え制御を行うことができる。このため、効率的な水素製造を可能とすることができる。また、水素製造に用いた電力の種類に応じて貯蔵装置を分けている。このため、第１水素と第２水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

また、同一の構成要素には同一の符号を付す。それらの機能及び名称も同様であるため、それらの説明は適宜省略する。

＜実施形態１＞
〔水素製造システムの全体構成〕
図１は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。

水素製造システム１は、太陽光発電機３と、切替開閉器４と、水素製造装置５と、バルブ６、７と、系統水素タンク８と、再エネ水素タンク９と、バルブ１０、１１と、混合水素タンク１２と、制御装置１３と、表示装置１４とを備える。

太陽光発電機３は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機の一例であり、太陽光エネルギーを直流の電力に変換する。なお、本実施形態では、再生可能エネルギー発電機として太陽光発電機３を用いる例について説明するが、太陽光発電機３の代わりに、又は太陽光発電機３とともに、風力発電機などの他の再生可能エネルギー発電機を用いてもよい。

なお、図１においては、太陽光発電機３の発電電力を直流から交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ又はＰＣＳ（パワーコンディショナー）の図示を省略している。

切替開閉器４は、電力系統２、太陽光発電機３、水素製造装置５及び制御装置１３に接続される。切替開閉器４は、電力系統２からの受電電力及び太陽光発電機３による発電電力を入力として受け、制御装置１３から送信される切り替え指示信号に基づいて、いずれか一方の電力を選択し、選択した電力を水素製造装置５に出力する。例えば、切り替え指示信号が１を示す場合には受電電力を選択することを指示し、０を示す場合には発電電力を選択することを指示するものとする。切替開閉器４は、切り替え指示信号が１を示す場合には、電力系統２と水素製造装置５とを接続し、電力系統２からの受電電力を水素製造装置５に出力し、太陽光発電機３の発電電力を水素製造装置５に出力しない。切替開閉器４は、切り替え指示信号が０を示す場合には、太陽光発電機３と水素製造装置５とを接続し、太陽光発電機３の発電電力を水素製造装置５に出力し、電力系統２から受電電力を水素製造装置５に出力しない。

水素製造装置５は、切替開閉器４から出力される直流電力を消費電力として用いて、水を水素と酸素に電気分解して、水素を取り出す。水素製造装置５は、例えば、固体高分子型水電解方式を採用し、正極側に水を供給することにより酸素と水素イオンとを発生させ、水素イオンをフッ素樹脂系カチオン膜などを通過させ陰極側に移動させることにより、電子を得た水素を発生させる。ただし、水の電気分解方式は上記したものに限定されるものではない。水の電気分解方式として、アルカリ水電解、高温水蒸気電解などの他の方式を用いてもよい。また、水素製造装置５は、水の電気分解以外にもトルエン電解還元などの方式を用いて水素を発生させてもよい。トルエン電解還元方式の場合には、水の代わりにトルエンが用いられる。

バルブ６は、水素製造装置５と系統水素タンク８とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素製造装置５で発生した水素の出力量を調整するために用いられる。バルブ６を開くことにより、水素製造装置５が製造した水素が系統水素タンク８に出力され、系統水素タンク８に水素が追加貯蔵される。バルブ６を閉じることにより、水素製造装置５が製造した水素が系統水素タンク８に出力されなくなる。

バルブ７は、水素製造装置５と再エネ水素タンク９とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、水素製造装置５で発生した水素の出力量を調整するために用いられる。バルブ７を開くことにより、水素製造装置５が製造した水素が再エネ水素タンク９に出力され、再エネ水素タンク９に水素が追加貯蔵される。バルブ７を閉じることにより、水素製造装置５が製造した水素が再エネ水素タンク９に出力されなくなる。

バルブ６及びバルブ７の開閉制御は、制御装置１３から出力される開閉指示信号に基づいて実行される。例えば、バルブ６は、開閉指示信号が１を示す場合にはバルブ６を開き、開閉指示信号が０を示す場合にはバルブ７を閉じる。同様に、バルブ７は、開閉指示信号が１を示す場合にはバルブ７を開き、開閉指示信号が０を示す場合にはバルブ７を閉じる。

なお、バルブ６への開閉指示信号とバルブ７への開閉指示信号とが同時に１を示す場合はないものとする。つまり、バルブ６の開閉指示信号が１を示す場合には、バルブ７の開閉指示信号は０を示す。また、バルブ７の開閉指示信号が１を示す場合には、バルブ６の開閉指示信号が０を示す。これにより、任意の時間に水素製造装置５から出力される水素は、系統水素タンク８及び再エネ水素タンク９の一方に貯蔵され、両方に貯蔵されないようにすることができる。

具体的には、切り替え指示信号が１を示す場合には、バルブ６の開閉指示信号は１を示し、バルブ７の開閉指示信号は０を示すものとする。これにより、電力系統２からの受電電力を消費して水素製造装置５により製造された水素は、系統水素タンク８に貯蔵されることになる。

また、切り替え指示信号が０を示す場合には、バルブ６の開閉指示信号は０を示し、バルブ７の開閉指示信号は１を示すものとする。これにより、太陽光発電機３の発電電力を消費して水素製造装置５により製造された水素は、再エネ水素タンク９に貯蔵されることになる。

系統水素タンク８は、水素導管を介してバルブ６と接続され、水素製造装置５で発生した水素を貯蔵するタンクである。

再エネ水素タンク９は、水素導管を介してバルブ７と接続され、水素製造装置５で発生した水素を貯蔵するタンクである。

系統水素タンク８及び再エネ水素タンク９の各々は、例えば、水素を高圧で圧縮して貯蔵するタンクである。ただし、各水素タンクによる水素貯蔵方法はこれに限定されるものではない。各水素タンクは、例えば、水素を低温で液化して貯蔵するタンクであってもよい。また、各水素タンクは、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵するタンクであってもよいし、カーボンナノチューブなどに水素を吸着させて貯蔵するタンクであってもよい。また、各水素タンクは、水素とトルエンとを反応させてメチルシクロヘキサンに変換するなど、水素を他の物質に変換して貯蔵するタンクであってもよい。

バルブ１０は、系統水素タンク８と混合水素タンク１２とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、系統水素タンク８に貯蔵された水素の出力量を調整するために用いられる。バルブ１０を開くほど系統水素タンク８から混合水素タンク１２への水素の出力量を増加させることができる。バルブ１０を完全に閉じることにより、系統水素タンク８から水素が出力されないようにすることができる。

バルブ１１は、再エネ水素タンク９と混合水素タンク１２とを接続する水素導管の途中に設置される水素供給用のバルブであり、再エネ水素タンク９に貯蔵された水素の出力量を調整するために用いられる。バルブ１１を開くほど再エネ水素タンク９から混合水素タンク１２への水素の出力量を増加させることができる。バルブ１１を完全に閉じることにより、再エネ水素タンク９から水素が出力されないようにすることができる。

バルブ１０及びバルブ１１は、系統水素タンク８及び再エネ水素タンク９に貯蔵された水素を混合する混合装置としての機能を有する。

バルブ１０及びバルブ１１の開閉制御は、制御装置１３から出力される開閉指示信号に基づいて実行される。例えば、開閉指示信号は、バルブ１０及びバルブ１１の開閉量を０から１の間の数値で示すものとする。開閉指示信号が１の場合にはバルブを全開することを示し、開閉指示信号が０の場合にはバルブを全閉することを示す。また、開閉指示信号が０．３の場合には、全開の場合の開閉量を１とした場合に、その０．３倍の開閉量だけバルブを開くことを示す。

混合水素タンク１２は、水素導管を介してバルブ１０及びバルブ１１と接続され、系統水素タンク８及び再エネ水素タンク９に貯蔵された水素を貯蔵するタンクである。

混合水素タンク１２は、系統水素タンク８及び再エネ水素タンク９と同様に、例えば、水素を高圧で圧縮して貯蔵するタンクである。ただし、混合水素タンク１２による水素貯蔵方法はこれに限定されるものではない。混合水素タンク１２は、例えば、水素を低温で液化して貯蔵するタンクであってもよい。また、混合水素タンク１２は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵するタンクであってもよいし、カーボンナノチューブなどに水素を吸着させて貯蔵するタンクであってもよい。また、混合水素タンク１２は、水素とトルエンとを反応させてメチルシクロヘキサンに変換するなど、水素を他の物質に変換して貯蔵するタンクであってもよい。

制御装置１３は、水素製造装置５の入力電力として、電力系統２からの受電電力及び太陽光発電機３の発電電力のうち一方を時間ごとに選択する。制御装置１３は、選択結果に基づいて、切替開閉器４、水素製造装置５、バルブ６及びバルブ７を制御する。

つまり、受電電力を選択する場合には、制御装置１３は、電力系統２と水素製造装置５を接続するための切り替え制御信号を切替開閉器４に送信する。また、制御装置１３は、バルブ６を開くための開閉指示信号をバルブ６の制御装置に送信し、バルブ７を閉じるための開閉指示信号をバルブ７の制御装置に送信する。

また、発電電力を選択する場合には、制御装置１３は、太陽光発電機３と水素製造装置５を接続するための切り替え制御信号を切替開閉器４に送信する。また、制御装置１３は、バルブ６を閉じるための開閉指示信号をバルブ６の制御装置に送信し、バルブ７を開くための開閉指示信号をバルブ７の制御装置に送信する。

制御装置１３は、二酸化炭素（以下、ＣＯ２と記載）排出量の目標値に基づいて、バルブ１０及びバルブ１１の開閉量を決定し、決定した開閉量を指示するための開閉指示信号をバルブ１０及びバルブ１１にそれぞれ送信する。

また、制御装置１３は、水素製造システム１の稼働状況を表示装置１４に表示する。表示装置１４の表示例については後述する。

〔制御装置１３の構成〕
図２は、本開示の実施形態１に係る制御装置１３のハードウェア構成及び機能構成を示すブロック図である。

制御装置１３は、例えばコンピュータであり、バス３０を介して相互に接続される、制御部２１と、通信部２２と、記憶部２３とを備える。

制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、記憶部２３にあらかじめ記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される機能的な処理部として、目標値取得部２４と、排出量取得部２５と、発電電力量取得部２６と、決定部２７と、指令送信部２８と、表示制御部２９とを備える。

通信部２２は、太陽光発電機３、切替開閉器４、水素製造装置５、バルブ６、７、１０及び１１の制御装置、系統水素タンク８の制御装置、再エネ水素タンク９の制御装置、並びに、水素製造システム１の受電点に設けられた受電電力を監視するための電力量計などの各装置との通信処理を実行する通信装置より構成される。つまり、通信部２２は、制御部２１から与えられた情報を、通信線を介して各装置に送信するとともに、通信線を介して各装置から受信した情報を制御部２１に与える。

記憶部２３は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性のメモリ素子、フラッシュメモリ若しくはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性のメモリ素子、又は、ハードディスクなどの磁気記憶装置などにより構成されている。記憶部２３は、制御部２１が実行するコンピュータプログラム、及びその実行に必要なデータなどを記憶する。

目標値取得部２４は、水素製造装置５による水素製造時のＣＯ２排出量の目標値を取得する。具体的には、目標値取得部２４は、記憶部２３にあらかじめ記憶されている、基準のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅ［ｋｇ／Ｎｍ^３］と、ＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅ［％／１００］とを、記憶部２３から目標値として読み出す。

ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅは、例えば、天然ガス改質により水素を１Ｎｍ^３製造した場合に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］を示す。

ＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅは、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅを基準としたときの水素製造装置５によるＣＯ２排出量の許容率を示す。つまり、ＣＯ２許容率ＣＯ２_ＲａｔｅにＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅを掛けた値（ＣＯ２_Ｒａｔｅ×ＣＯ２_Ｂａｓｅ）が、水素製造装置５により水素を１Ｎｍ^３製造した場合に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値を示す。

排出量取得部２５は、太陽光発電機３による発電電力及び電力系統２からの受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量を取得する。具体的には、排出量取得部２５は、記憶部２３にあらかじめ記憶されている、太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］と、電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］とを、記憶部２３から読み出す。ここで、ｔは対象期間を示し、例えば、３０分単位の期間を示す。

発電電力量取得部２６は、太陽光発電機３による発電電力量を取得する。具体的には、発電電力量取得部２６は、記憶部２３にあらかじめ記憶されている対象期間ｔごとの太陽光発電機３の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を、記憶部２３から読み出す。

決定部２７は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）と、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）及びＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）と、発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とに基づいて、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を決定する。

以下、決定部２７による受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］の決定方法についてより詳細に説明する。

決定部２７は、時間ごとに、水素製造装置５に入力される電力量が水素製造装置５の定格入力電力量を超えないという制約条件のもと，所定の目的関数を最適化することにより、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。

例えば、決定部２７は、以下の式１４から式１７に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）の決定には、所定の数理最適化手法が用いられる。

次に、各式について説明する。
＜＜目的関数＞＞
水素製造量［Ｎｍ^３］：Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最大化 …（式１）

式１は、決定部２７が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置５によるトータルの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最大化を目的関数とする。

＜＜パラメータ＞＞
太陽光発電機３の発電電力量（予測値）［ｋＷｈ］：Ｐ_Ｐｖ（ｔ） …（式２）
系統電力のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式３）
太陽光発電機３のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ） …（式４）
基準のＣＯ２排出量［ｋｇ／Ｎｍ^３］：ＣＯ２_Ｂａｓｅ …（式５）
ＣＯ２許容率［％／１００］：ＣＯ２_Ｒａｔｅ …（式６）
水素製造効率［Ｎｍ^３／ｋＷｈ］：ξ …（式７）
水素製造装置５の定格入力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ} …（式８）

式２から式８は、目的関数又は後述の制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式２は、発電電力量取得部２６が取得した太陽光発電機３の対象期間ｔにおける発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）は、例えば、当日の天候や気温等の気象情報に基づく予測値である。

式３は、排出量取得部２５が取得した、対象期間ｔにおける電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式４は、排出量取得部２５が取得した、対象期間ｔにおける太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式５は、目標値取得部２４が取得した基準のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｓｅ［ｋｇ／Ｎｍ^３］を示す。

式６は、目標値取得部２４が取得したＣＯ２許容率ＣＯ２_Ｒａｔｅ［％／１００］を示す。

式７に示す水素製造効率ξは、水素製造装置５への入力電力１ｋＷｈ当たりの水素製造量［Ｎｍ^３］を示す。

式８は、水素製造装置５の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}［ｋＷｈ］を示す。

式７及び式８の値は予め記憶部２３に記憶されており、決定部２７がこれらの値を記憶部２３から読み出す。

＜＜変数＞＞
対象期間：ｔ［０，１，…，ｔｍａｘ］ …（式９）
系統連系モード：Ｍｏｄｅ（ｔ）［０，１］ …（式１０）
受電電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式１１）
水素製造装置５の入力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_ＷＥ（ｔ） …（式１２）
水素製造量［Ｎｍ^３］：Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ） …（式１３）

式９から式１３は、目的関数又は制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式９は、対象期間ｔを表す変数であり、ｔは０からｔｍａｘまでのｔｍａｘ＋１の期間を示す。各期間は、例えばデマンド時限に対応した３０分間である。ただし、期間の長さは３０分間に限定されるものではない。

式１０は、水素製造システム１が系統連系しているか否かを示す変数である。

系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が１の場合には、対象期間ｔにおいて水素製造システム１が系統連系していることを示す。なお、系統連系している場合には、切替開閉器４は、電力系統２と水素製造装置５とを接続し、電力系統２からの受電電力を水素製造装置５に入力し、太陽光発電機３の発電電力を水素製造装置５に入力しない。また、バルブ６は開き、バルブ７は閉じる。

一方、系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が０の場合には、対象期間ｔにおいて水素製造システム１が系統連系していないことを示す。系統連系していない場合には、切替開閉器４は、太陽光発電機３と水素製造装置５とを接続し、太陽光発電機３の発電電力を水素製造装置５に入力し、電力系統２から受電電力を水素製造装置５に入力しない。また、バルブ６は閉じ、バルブ７は開く。

つまり、系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］は、対象期間ｔごとに、電力系統２からの受電電力及び太陽光発電機３の発電電力のうち水素製造装置５の入力電力として選択された電力を示す変数である。

式１１は、対象期間ｔにおける電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式１２は、対象期間ｔにおける水素製造装置５への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式１３は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５による水素製造量［Ｎｍ^３］を示す。

＜＜制約条件＞＞
Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）×Ｍｏｄｅ（ｔ）＋Ｐ_Ｐｖ（ｔ）×（１－Ｍｏｄｅ（ｔ））
＝Ｐ_ＷＥ（ｔ） …（式１４）
Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）＝Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１） …（式１５）
Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）＝Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）×ξ
…（式１６）
Ｐ_ＷＥ（ｔ）≦Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ} …（式１７）

式１４から式１７は、式１に示す目的関数を最大化する際の制約条件を示す。

式１４は、対象期間ｔにおける電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）と対象期間ｔにおける太陽光発電機３の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とを加算した値が、対象期間ｔにおける水素製造装置５への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）と等しいことを示す。また、式１４は、同一の対象期間ｔにおいては、電力系統２及び太陽光発電機３の一方からしか水素製造装置５に電力が入力されないことを、変数Ｍｏｄｅ（ｔ）により示している。

式１５は、対象期間０から対象期間ｔまでの総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ－１）に、電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）と、太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１）とを加算した値と等しいことを示す。

式１６は、対象期間０からｔまでの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）は、対象期間０からｔ－１までの水素製造量Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ－１）に、入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）と水素製造効率ξとの乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式１７は、対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）は、水素製造装置５の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}以下であることを示す。

再び図１及び図２を参照して、指令送信部２８は、対象期間ｔごとに、系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］に基づいて、切替開閉器４に対する切り替え指示信号を生成する。つまり、指令送信部２８は、対象期間ｔにおいて系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が１の場合には、１を示す切り替え指示信号を生成する。また、指令送信部２８は、対象期間ｔにおいて系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が０の場合には、０を示す切り替え指示信号を生成する。指令送信部２８は、生成した切り替え指示信号を切替開閉器４又は切替開閉器４による開閉を制御する制御装置に送信する。

また、指令送信部２８は、対象期間ｔごとに、系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］に基づいて、バルブ６及びバルブ７に対する切り替え指示信号を生成する。つまり、指令送信部２８は、対象期間ｔにおいて系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が１の場合には、１を示すバルブ６用の開閉指示信号を生成し、０を示すバルブ７用の開閉指示信号を生成する。また、指令送信部２８は、対象期間ｔにおいて系統連系モードＭｏｄｅ［ｔ］が０の場合には、０を示すバルブ６用の開閉指示信号を生成し、１を示すバルブ７用の開閉指示信号を生成する。指令送信部２８は、生成したバルブ６用の開閉指示信号をバルブ６の制御装置に送信し、生成したバルブ７用の開閉指示信号をバルブ７の制御装置に送信する。

指令送信部２８は、バルブ１０及びバルブ１１の開閉指示信号を生成する。つまり、指令送信部２８は、系統水素タンク８に貯蔵された水素と、再エネ水素タンク９に貯蔵された水素との混合比率を決定する。つまり、指令送信部２８は、（ＣＯ２_Ｒａｔｅ×ＣＯ２_Ｂａｓｅ）と、ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）と、ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）とに基づいて、混合比率を決定する。つまり、指令送信部２８は、再エネ水素タンク９に貯蔵される水素１Ｎｍ^３あたりのＣＯ２の重量［ｋｇ］が目標値ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ以下となるように、混合比率を決定する。

混合比率、つまり、系統水素タンク８に貯蔵された水素と再エネ水素タンク９に貯蔵された水素との出力量の決定方法について詳細に説明する。指令送信部２８は、ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）／３６００の積算値を計算する。ここで、ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）／３６００の積算値をＴｏｔａｌＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋｇ］とする。同様に、指令送信部２８は、ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ）／３６００の積算値を計算する。ここで、ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ）／３６００の積算値をＴｏｔａｌＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）［ｋｇ］とする。

指令送信部２８は、ＴｏｔａｌＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）と、ＴｏｔａｌＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）と、再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ）と、系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ）［Ｎｍ３］と、水素必要量ＨｙＤｅｍａｎｄ［Ｎｍ３］とに基づいて、以下の式１８及び式１９を満たすように、再エネ水素タンク９から出力する水素量ＨｙＴａｎｋ１［Ｎｍ３］と、系統水素タンク８から出力する水素量ＨｙＴａｎｋ２［Ｎｍ３］とを算出する。
ＨｙＤｅｍａｎｄ＝ＨｙＴａｎｋ１＋ＨｙＴａｎｋ２ …（式１８）
ＨｙＴａｎｋ１×（ＴｏｔａｌＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）／ＴＡＮＫ１（ｔ））
＋ＨｙＴａｎｋ２×（ＴｏｔａｌＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）／ＴＡＮＫ２（ｔ））
＝ＣＯ２Ｒａｔｅ×ＣＯ２Ｂａｓｅ …（式１９）

また、指令送信部２８は、水素製造システム１の受電点を流れる電力量を監視し、当該電力量が決定部２７により決定された受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）に一致するように、水素製造装置５への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を式１４に従い決定する。指令送信部２８は、水素製造装置５に対して入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を送信する。水素製造装置５は、指令送信部２８から指令を受信し、指令が示す入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）に一致するように、対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量を制御する。

表示制御部２９は、系統水素タンク８に貯蔵された水素の量及び当該水素の製造のための二酸化炭素排出量と、再エネ水素タンク９に貯蔵された水素の量及び当該水素の製造のための二酸化炭素排出量とを表示装置１４の画面に表示させる。また、表示制御部２９は、水素製造装置５に入力される発電電力及び受電電力を表示装置１４の画面に表示させる。また、表示制御部２９は、発電電力及び受電電力それぞれの製造におけるＣＯ２排出量を表示装置１４の画面に表示させる。

図３は、本開示の実施形態１に係る表示制御部２９による画面表示の一例を示す図である。

例えば、グラフ７１では、系統水素タンク８への水素の貯蔵割合がハッチング領域により示されている。また、水素製造量がＮＮＮ［Ｎｍ^３］であることが数値により示されている。また、水素製造装置５による水素製造時に発生するＣＯ２排出量がＡＡＡ［ｋｇ／Ｎｍ^３］であり、基準ＣＯ２排出比率が３５［％］であることが数値で示されている。ここでの、基準ＣＯ２排出比率とは、ＣＯ２排出量の目標値に対する、水素製造装置５による水素製造において消費される電力（水素製造装置５に入力される受電電力）の製造におけるＣＯ２排出量の割合を示す。

また、グラフ７２では、再エネ水素タンク９への水素の貯蔵割合がハッチング領域により示されている。また、水素製造量がＭＭＭ［Ｎｍ^３］であることが数値により示されている。また、水素製造装置５による水素製造時に発生するＣＯ２排出量がＢＢＢ［ｋｇ／Ｎｍ^３］であり、基準ＣＯ２排出比率が４［％］であることが数値で示されている。ここでの、基準ＣＯ２排出比率とは、ＣＯ２排出量の目標値に対する、水素製造装置５による水素製造において消費される電力（水素製造装置５に入力される発電電力）の製造におけるＣＯ２排出量の割合を示す。

また、水素製造装置５に入力される電力系統２からの受電電力がＰ［ｋＷ］であり、水素製造装置５に入力される太陽光発電機３の発電電力がＱ［ｋＷ］であることが示されている。また、水素製造装置５の入力電力がＷ［ｋＷ］であることが示されている。

また、電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量がｘｘｘ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。また、太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量がｙｙｙ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。

〔制御装置１３の処理の流れ〕
図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置１３の処理手順の一例を示すフローチャートである。

目標値取得部２４は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ１）。

排出量取得部２５は、電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ２）。

排出量取得部２５は、太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ３）。

発電電力量取得部２６は、太陽光発電機３の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）を、記憶部２３から読み出す（Ｓ４）。

決定部２７は、式１４から式１７に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、各変数の値を決定する（Ｓ５）。

指令送信部２８は、決定した系統連系モードＭｏｄｅ（ｔ）に基づいて、対象期間ｔごとに、切替開閉器４の切り替え指示信号と、バルブ６用の開閉指示信号と、バルブ７用の開閉指示信号とを作成する。指令送信部２８は、作成した切り替え指示信号を切替開閉器４に送信する。また、指令送信部２８は、作成したバルブ６用の開閉指示信号をバルブ６の制御装置に送信し、バルブ７用の開閉指示信号をバルブ７の制御装置に送信する（Ｓ６）。

指令送信部２８は、決定した水素製造装置５への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を、水素製造装置５に送信する（Ｓ６）。

〔実施形態１の効果等〕
以上説明したように、水素製造装置５は、再生可能エネルギーを利用した太陽光発電機３による発電電力及び電力系統２からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する。また、再エネ水素タンク９は、発電電力を消費して水素製造装置５により製造された第１水素を貯蔵する。系統水素タンク８は、受電電力を消費して水素製造装置５により製造された第２水素を貯蔵する。

つまり、発電電力が選択された時間においては、発電電力を水素製造装置５の消費電力として製造された第１水素が再エネ水素タンク９に貯蔵される。また、受電電力が選択された時間においては、受電電力を水素製造装置５の消費電力として製造された第２水素が系統水素タンク８に貯蔵される。このように、１台の水素製造装置５で、時分割で第１水素及び第２水素を製造し、それぞれの水素を別個に貯蔵することができる。これにより、１台の水素製造装置５を用いて、例えば、発電電力量が少ない時間においては受電電力を消費して第２水素を製造し、受電電力料金が高い時間においては発電電力を消費して第１水素を製造するなどの切り替え制御を行うことができる。このため、効率的な水素製造を可能とすることができる。また、水素製造に用いた電力の種類に応じて貯蔵装置を分けている。このため、第１水素と第２水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

また、混合装置（バルブ１０、１１）は、再エネ水素タンク９に貯蔵された第１水素と、系統水素タンク８に貯蔵された第２水素とを混合する。このため、混合装置は、第１水素と第２水素とを適切な比率で混合することができる。これにより、水素の混合比率を変更することにより、製造される水素のＣＯ２排出量を制御することができる。

また、制御装置１３は、水素製造装置５の入力電力として、発電電力及び受電電力のうち一方を時間ごとに選択する。このため、制御装置１３は、１台の水素製造装置５に時分割で第１水素及び第２水素を製造させることができる。これにより、効率的な水素製造を可能とすることができる。

また、制御装置１３は、太陽光発電機３による発電電力量を取得する発電電力量取得部２６と、水素製造装置５の定格入力電力量と、発電電力量とに基づいて、電力系統からの受電電力量を決定し、発電電力及び受電電力のうち一方を時間ごとに選択する決定部２７とを含む。このため、制御装置１３は、時間ごとに、発電電力及び受電電力の一方の電力を水素製造装置５に消費させて水素製造装置５に第１水素及び第２水素を製造させることができる。

なお、決定部２７は、時間ごとに、水素製造装置５に入力される電力量が定格入力電力量を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、受電電力量を決定する。このため、決定部２７は、時間ごとに水素製造装置５への入力電力量が定格入力電力量を超えないようにしつつ、所定の目的関数を最適化することができる。例えば、水素製造量の最大化を目的関数の最適化とすることにより、効率的な水素製造が可能となる。

また、表示制御部２９は、再エネ水素タンク９に貯蔵された水素の量及び当該水素の製造のための二酸化炭素排出量と、系統水素タンク８に貯蔵された水素の量及び当該水素の製造のための二酸化炭素排出量とを画面に表示させる。これにより、ユーザは、水素製造において、どのくらいの割合の二酸化炭素が排出されているかを知ることができる。

また、表示制御部２９は、水素製造装置５に入力される発電電力及び受電電力を画面に表示させる。これにより、ユーザは、どのくらいの量の発電電力及び受電電力が水素製造に利用されているかを知ることができる。

また、表示制御部２９は、発電電力及び受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を画面に表示させる。つまり、発電電力及び受電電力の値と合わせて、発電電力及び受電電力の製造における二酸化炭素排出量が画面に表示される。これにより、ユーザは、水素製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。例えば、受電電力の値と受電電力の製造における二酸化炭素排出量とを乗算することにより、系統水素タンク８に貯蔵される水素の製造のための二酸化炭素排出量がどの程度かを知ることができる。

また、制御装置１３は、水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値に基づいて、バルブ１０及びバルブ１１による系統水素タンク８に貯蔵された水素及び再エネ水素タンク９に貯蔵された水素の混合比率を制御する。このため、目標値に合わせて２種類の水素を混合することができる。これにより、製造される水素の二酸化炭素排出量を制御することができる。

＜変形例１＞
上述の実施形態１に示す制約条件に、以下に示す制約条件が含まれていてもよい。
ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ
≧Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ_ｍａｘ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ） …（式２０）

式２０は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造時の１Ｎｍ^３あたりのＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ_ｍａｘ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置５による１Ｎｍ^３の水素製造時に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ以下であることを示す。

＜変形例２＞
上述の実施の形態又は変形例１では、決定部２７は、水素製造量を最大化することにより（式１）、各変数の値を決定したが、目的関数は式１に示したものに限定されない。例えば、目的関数として、以下の式２１又は式２２に示すサブ目的関数を用いてもよい。

決定部２７は、式１４から式１７に示した制約条件と、以下の式３７から式４８に示すサブ制約条件とのもとで、式２１又は式２２に示すサブ目的関数を最適化することにより、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。

次に、各式について説明する。
＜＜サブ目的関数＞＞
水素製造総コスト［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最小化…（式２１）
水素製造装置５の稼働率［％／１００］：ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）の最大化
…（式２２）

式２１は、決定部２７が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置５によるトータルの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ_ｍａｘ）の最小化を目的関数の最適化とする。

式２２は、決定部２７が最適化する目的関数を示し、ここでは、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置５の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）の最大化を目的関数の最適化とする。

＜＜サブパラメータ＞＞
系統電力単価［円／ｋＷｈ］：Ｃｏｓｔ（ｔ） …（式２３）
再エネ水素タンク９のタンク容量上限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＨＬ１ …（式２４）
再エネ水素タンク９のタンク容量下限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＬＬ１ …（式２５）
系統水素タンク８のタンク容量上限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＨＬ２ …（式２６）
系統水素タンク８のタンク容量下限［Ｎｍ^３］：Ｔ_ＬＬ２ …（式２７）
水素製造装置５の稼働率上限［％／１００］：Ｒ_ＨＬ …（式２８）
水素製造装置５の稼働率下限［％／１００］：Ｒ_ＬＬ …（式２９）

式２３から式２９は、サブ目的関数又はサブ制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式２３は、対象期間ｔにおける電力系統２からの受電電力の単価である系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ）［円／ｋＷｈ］を示す。

式２４は、再エネ水素タンク９の容量の上限であるタンク容量上限Ｔ_ＨＬ１［Ｎｍ^３］を示す。

式２５は、再エネ水素タンク９の容量の下限であるタンク容量下限Ｔ_ＬＬ１［Ｎｍ^３］を示す。

式２６は、系統水素タンク８の容量の上限であるタンク容量上限Ｔ_ＨＬ２［Ｎｍ^３］を示す。

式２７は、系統水素タンク８の容量の下限であるタンク容量下限Ｔ_ＬＬ２［Ｎｍ^３］を示す。

式２８は、水素製造装置５の稼働率の上限Ｒ_ＨＬ［％／１００］を示す。

式２９は、水素製造装置５の稼働率の下限Ｒ_ＬＬ［％／１００］を示す。

式２３から式２９の値は予め記憶部２３に記憶されており、決定部２７がこれらの値を記憶部２３から読み出す。

＜＜サブ変数＞＞
水素製造時の総ＣＯ２排出量［ｋｇ］：Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ） …（式３０）
再エネ水素タンク９の水素残量［Ｎｍ^３］：ＴＡＮＫ１（ｔ） …（式３１）
系統水素タンク８の水素残量［Ｎｍ^３］：ＴＡＮＫ２（ｔ） …（式３２）
購入電力金額［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ） …（式３３）
水素製造装置５の総入力電力［ｋＷｈ］：ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ） …（式３４）
水素製造総コスト［円］：ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ） …（式３５）
水素製造装置５の稼働率［％／１００］：ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ） …（式３６）

式３０から式３６は、サブ目的関数又はサブ制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式３０は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５による水素製造時の総ＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）［ｋｇ］を示す。

式３１は、対象期間ｔにおける再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ）［Ｎｍ^３］を示す。

式３２は、対象期間ｔにおける系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ）［Ｎｍ^３］を示す。

式３３は、対象期間０から対象期間ｔまでの電力系統２からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［円］を示す。

式３４は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式３５は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５による水素製造に要する総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）［円］を示す。

式３６は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）［％／１００］を示す。

＜＜サブ制約条件＞＞
ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）＝ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋Ｃｏｓｔ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１） …（式３７）
ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）＝ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ－１）
＋Ｃｏｓｔ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
…（式３８）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）＝ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）
／（ｔ×Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}） …（式３９）
ＴＡＮＫ１（ｔ）＝ＴＡＮＫ１（ｔ－１）
＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）×ξ×（１－Ｍｏｄｅ（ｔ）） …（式４０）
ＴＡＮＫ１（ｔ）≧Ｔ_ＬＬ１ …（式４１）
ＴＡＮＫ１（ｔ）≦Ｔ_ＨＬ１ …（式４２）
ＴＡＮＫ２（ｔ）＝ＴＡＮＫ２（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）×ξ×Ｍｏｄｅ（ｔ）
…（式４３）
ＴＡＮＫ２（ｔ）≧Ｔ_ＬＬ２ …（式４４）
ＴＡＮＫ２（ｔ）≦Ｔ_ＨＬ２ …（式４５）
ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）＝ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ－１）＋Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）
…（式４６）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）≧Ｒ_ＬＬ …（式４７）
ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）≦Ｒ_ＨＬ …（式４８）

式３７から式４８は、式２１又は式２２に示すサブ目的関数を最適化する際の制約条件を示す。

式３７は、対象期間０から対象期間ｔまでの電力系統２からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの電力系統２からの購入電力の金額ＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）に、系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ－１）と電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）の乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式３８は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの水素製造総コストＴｏｔａｌＣｏｓｔ_Ｈ２（ｔ－１）に、系統電力単価Ｃｏｓｔ（ｔ－１）と電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）の乗算値を加算した値と等しいことを示す。

式３９は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５の総入力電力を対象期間ｔと水素製造装置５の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}の乗算値で除算した値と等しいことを示す。

式４０は、対象期間ｔにおける再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ）は、対象期間ｔ－１における再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ－１）に、系統連系モードＭｏｄｅ（ｔ）が０の場合の水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）と水素製造効率ξとの乗算値を加算した値に等しいことを示す。

式４１は、対象期間ｔにおける再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ）は、タンク容量下限Ｔ_ＬＬ１以上であることを示す。

式４２は、対象期間ｔにおける再エネ水素タンク９の水素残量ＴＡＮＫ１（ｔ）は、タンク容量上限Ｔ_ＨＬ１以下であることを示す。

式４３は、対象期間ｔにおける系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ）は、対象期間ｔ－１における系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ－１）に、系統連系モードＭｏｄｅ（ｔ）が１の場合の水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）と水素製造効率ξとの乗算値を加算した値に等しいことを示す。

式４４は、対象期間ｔにおける系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ）は、タンク容量下限Ｔ_ＬＬ２以上であることを示す。

式４５は、対象期間ｔにおける系統水素タンク８の水素残量ＴＡＮＫ２（ｔ）は、タンク容量上限Ｔ_ＨＬ２以下であることを示す。

式４６は、対象期間０から対象期間ｔまでの水素製造装置５の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ）は、対象期間０から対象期間ｔ－１までの水素製造装置５の総入力電力ＴａｔａｌＰ_ＷＥ（ｔ－１）に水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ－１）を加算した値であることを示す。

式４７は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置５の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置５の稼働率下限Ｒ_ＬＬ以上であることを示す。

式４８は、対象期間０からｔｍａｘまでの水素製造装置５の稼働率ＴｏｔａｌＲａｔｅ（ｔ_ｍａｘ）は、水素製造装置５の稼働率上限Ｒ_ＨＬ以下であることを示す。

＜変形例３＞
式２０の制約条件の代わりに、以下の式２０Ａの制約条件を用いてもよい。
ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ≧Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）
…（式２０Ａ）

式２０Ａは、対象期間０からｔｍａｘまでの各対象期間ｔについて、対象期間０からｔまでの水素製造時の１Ｎｍ^３あたりのＣＯ２排出量Ｔｏｔａｌ_ｃｏ２（ｔ）／Ｔｏｔａｌ_Ｈ２（ｔ）は、水素製造装置５による１Ｎｍ^３の水素製造時に発生するＣＯ２の重量［ｋｇ］の目標値ＣＯ２_Ｂａｓｅ×ＣＯ２_Ｒａｔｅ以下であることを示す。

＜変形例４＞
式２に示した太陽光発電機３の発電電力量として予測値の代わりに実測値を用い、リアルタイムで電力系統２からの受電電力量を決定するようにしてもよい。

＜実施形態２＞
実施形態１では、水素製造システム１は蓄電池を備えない構成としたが、実施形態２では水素製造システム１が蓄電池を備える構成について説明する。

〔水素製造システムの全体構成〕
図５は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。

図５に示す水素製造システム１は、実施形態１に係る水素製造システム１の構成において、さらに、蓄電池１５を備える。

蓄電池１５は、パワーコンディショナー１６（図６）を介して太陽光発電機３に接続され、太陽光発電機３の出力電力を充電する。また、蓄電池１５は、充電された電力を放電する。蓄電池１５は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。

パワーコンディショナー１６は、電力線を介して蓄電池１５に接続される。パワーコンディショナー１６は、蓄電池１５から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。

蓄電池１５は、制御装置１３から蓄電池１５の充放電量を制御するための指令データを受信し、受信した指示データに基づいて、蓄電池１５の充放電量を制御する。

制御装置１３の構成は、図２に示した実施形態１に係る制御装置１３の構成と同様である。ただし、一部の機能が異なる。制御装置１３は、蓄電池１５を制御する。

排出量取得部２５は、蓄電池１５に充電される電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を取得する。つまり、排出量取得部２５は、蓄電池１５への充電前の状態における蓄電池１５に充電済みの電力の製造における二酸化炭素排出量と、蓄電池１５に充電される電力の製造における二酸化炭素排出量とに基づいて、蓄電池１５への充電後の状態における蓄電池１５に充電済みの電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を算出する。ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）は、後述の式６３により算出される。

決定部２７は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）と、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）、ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）及びＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）と、発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）とに基づいて、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］を決定する。

以下、決定部２７による受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）［ｋＷｈ］の決定方法についてより詳細に説明する。

例えば、決定部２７は、式１４から式１７に示す制約条件と、以下の式６０から式６７に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、電力系統２からの受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）を決定する。受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）の決定には、所定の数理最適化手法が用いられる。

次に、各式について説明する。
＜＜パラメータ＞＞
充放電効率［％／１００］：μ …（式４９）
ＳＯＣ上限［ｋＷｈ］：ＳＯＣ_ＨＬ …（式５０）
ＳＯＣ下限［ｋＷｈ］：ＳＯＣ_ＬＬ …（式５１）

式４９から式５１は、目的関数又は制約条件を算出するのに必要なパラメータを示す。

式４９は、蓄電池１５に接続されたパワーコンディショナー１６の変換ロスを考慮した蓄電池１５の充放電効率［％／１００］を示す。

式５０は、蓄電池１５の充電残量を示す蓄電池１５のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の上限ＳＯＣ_ＨＬ［ｋＷｈ］を示す。

式５１は、蓄電池１５のＳＯＣの下限ＳＯＣ_ＬＬ［ｋＷｈ］を示す。

＜＜変数＞＞
蓄電池ＡＣ出力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ） …（式５２）
蓄電池ＤＣ出力電力量［ｋＷｈ］：Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ） …（式５３）
蓄電池放電運転：Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ） ［０，１］ …（式５４）
蓄電池充電運転：Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ） ［０，１］ …（式５５）
蓄電池残量［ｋＷｈ］：ＳＯＣ（ｔ） …（式５６）
蓄電池のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ） …（式５７）
蓄電池電力によるＣＯ２排出量［ｋｇ］：Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）…（式５８）
系統と太陽光のＣＯ２排出量［ｋｇ／ｋＷｈ］：ＣＯ２_ｉｎ（ｔ） …（式５９）
式５２から式５６は、目的関数又は制約条件を算出する際に用いられる変数を示す。

式５２は、対象期間ｔにおいて、蓄電池１５から出力され、パワーコンディショナー１６により変換された交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式５３は、対象期間ｔにおいて、蓄電池１５から出力された直流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

図６は、電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）との関係を示す図である。蓄電池１５からの放電電力を正の値とし、蓄電池１５への充電電力を負の値とする。蓄電池１５から出力される電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）の電力が充放電効率μで交流の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）に変換される。

式５４は、蓄電池１５が放電運転をしているか否かを示す変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）であり、変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）が１の場合には蓄電池１５が放電運転をしていることを示し、０の場合には放電運転をしていないことを示す。

式５５は、蓄電池１５が充電運転をしているか否かを示す変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）であり、変数Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）が１の場合には蓄電池１５が充電運転をしていることを示し、０の場合には充電運転をしていないことを示す。

式５６は、対象期間ｔにおける蓄電池１５の残量ＳＯＣ（ｔ）［ｋＷｈ］を示す。

式５７は、対象期間ｔにおける蓄電池１５から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

式５８は、対象期間ｔにおける蓄電池１５から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）［ｋｇ］を示す。

式５９は、電力系統２からの受電電力と太陽光発電機３の発電電力を合計した電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）［ｋｇ／ｋＷｈ］を示す。

＜＜制約条件＞＞
Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）＝Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）×（Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）／μ）
＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ）×（Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）×μ）
…（式６０）
ＳＯＣ（ｔ）＝ＳＯＣ（ｔ－１）－Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１） …（式６１）
ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）＝（ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）×Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）
＋ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ－１）×Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１））
／（Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ－１）＋Ｐ_Ｐｖ（ｔ－１）） …（式６２）
ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）＝Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ－１）×ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ－１）
＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｃｒｇ}（ｔ－１）×
｛（ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ－１）×ＳＯＣ（ｔ－１）
－ＣＯ２_ｉｎ（ｔ－１）×Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１））
／ＳＯＣ（ｔ）｝ …（式６３）
Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）＝ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）×Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）
…（式６４）
Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）＋Ｓ_{Ｂａｔ＿ｄｃｒｇ}（ｔ）＝１ …（式６５）
ＳＯＣ（ｔ）＞＝ＳＯＣ_ＬＬ …（式６６）
ＳＯＣ（ｔ）＜＝ＳＯＣ_ＨＬ …（式６７）

式６０から式６７は、式１に示す目的関数を最大化する際の制約条件を示す。

式６０は、対象期間ｔにおける蓄電池１５から出力された直流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ）は、放電時の交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）を充放電効率μで除算した値と、充電時の交流電力の電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）と充放電効率μとを乗算した値との加算値であることを示す。

式６１は、対象期間ｔにおける蓄電池１５の残量ＳＯＣ（ｔ）は、対象期間ｔ－１における蓄電池１５の残量ＳＯＣ（ｔ－１）から出力電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ｄｃ}（ｔ－１）を減算した値であることを示す。

式６２は、対象期間ｔにおけるＣＯ２排出量ＣＯ２_ｉｎ（ｔ）は、電力系統２からの受電電力及び太陽光発電機３の発電電力の製造時のＣＯ２排出量を、受電電力及び発電電力の合計で除算した値であることを示す。

式６３は、対象期間ｔにおける蓄電池１５の充電電力のＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）は、放電時の蓄電池１５の出力の製造におけるＣＯ２排出量と、充電時の蓄電池１５の出力の製造におけるＣＯ２排出量との和であることを示す。

式６４は、対象期間ｔにおける蓄電池１５から出力された電力の製造時のＣＯ２排出量Ｃ_{Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｂａｔ}（ｔ）は、ＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）と蓄電池１５の出力電力量Ｐ_{Ｂａｔ＿ａｃ}（ｔ）との積であることを示す。

式６５は、対象期間ｔにおいては、蓄電池１５は放電運転又は充電運転を行うことを示す。

式６６は、対象期間ｔにおける蓄電池１５の蓄電池残量ＳＯＣ（ｔ）は下限ＳＯＣ_ＬＬ以上であることを示す。

式６７は、対象期間ｔにおける蓄電池１５の蓄電池残量ＳＯＣ（ｔ）は上限ＳＯＣ_ＨＬ以下であることを示す。

図７は、本開示の実施形態２に係る表示制御部２９による画面表示の一例を示す図である。

図７に示す表示画面は、図３に示した実施形態１に係る表示画面と同様である。ただし、蓄電池１５に関する情報が加えられている。

つまり、太陽光発電機３から蓄電池１５に充電される電力がＲ［ｋＷ］であることが示されている。なお、蓄電池１５から電力が放電される場合には、矢印が逆向きとなり、放電電力が表示される。

また、蓄電池１５に充電されている電力の製造におけるＣＯ２排出量がｚｚｚ［ｋｇ／ｋＷｈ］であることが示されている。

〔制御装置１３の処理の流れ〕
図８は、本開示の実施形態２に係る制御装置１３の処理手順の一例を示すフローチャートである。

目標値取得部２４は、ＣＯ２排出量の目標値（ＣＯ２_Ｂａｓｅ、ＣＯ２_Ｒａｔｅ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ１）。

排出量取得部２５は、電力系統２からの受電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｇｒｉｄ（ｔ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ２）。

排出量取得部２５は、太陽光発電機３の発電電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｐｖ（ｔ）を記憶部２３から読み出す（Ｓ３）。

排出量取得部２５は、式６３に従い、蓄電池１５に充電される電力の製造におけるＣＯ２排出量ＣＯ２_Ｂａｔ（ｔ）を算出する（Ｓ１１）。

発電電力量取得部２６は、太陽光発電機３の発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）を、記憶部２３から読み出す（Ｓ４）。

決定部２７は、式１４から式１７に示す制約条件と、式６０から式６７に示す制約条件のもと、式１に示す目的関数を最大化することにより、各変数の値を決定する（Ｓ１２）。

指令送信部２８は、決定した系統連系モードＭｏｄｅ（ｔ）に基づいて、対象期間ｔごとに、切替開閉器４の切り替え指示信号と、バルブ６用の開閉指示信号と、バルブ７用の開閉指示信号とを作成する。指令送信部２８は、作成した切り替え指示信号を切替開閉器４に送信する。また、指令送信部２８は、作成したバルブ６用の開閉指示信号をバルブ６の制御装置に送信し、バルブ７用の開閉指示信号をバルブ７の制御装置に送信する（Ｓ６）。

指令送信部２８は、受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）に基づいて、水素製造装置５への入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定し、外部Ｉ／Ｆ装置４４に対して入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を含む指令を送信する（Ｓ６）。

〔実施形態２の効果等〕
以上説明したように、太陽光発電機３又は蓄電池１５からの出力電力が、太陽光発電機３による発電電力とされ、水素製造システム１の制御が行われる。このため、蓄電池１５を備える構成においても、水素製造時の二酸化炭素排出量を制御しつつ、効率的な水素製造が可能となる。

＜実施形態３＞
実施形態１では、所定の制約条件のもと目的関数を最適化することにより、水素製造システム１の制御を行った。本開示では、あらかじめ設定された目標稼働率を満たすように水素製造システム１を制御する構成について説明する。

実施形態３に係る水素製造システム１の構成は、実施形態１と同様である。このため、その詳細な説明を繰り返さない。

制御装置１３の発電電力量取得部２６は、太陽光発電機３による発電時間及び発電電力量を取得する。具体的には、発電電力量取得部２６は、記憶部２３にあらかじめ記憶されている太陽光発電機３の対象期間ｔごとの発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を、記憶部２３から読み出す。

発電電力量取得部２６の決定部２７は、水素製造装置５の目標稼働率と、発電電力量取得部２６が取得した太陽光発電機３の対象期間ｔごとの発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］とに基づいて、電力系統２からの受電電力の受電時間を決定する。なお、水素製造装置５の目標稼働率は、記憶部２３にあらかじめ記憶されており、決定部２７は、記憶部２３から目標稼働率の情報を読み出すものとする。

図９は、本開示の実施形態３に係る制御装置１３による水素製造システム１の制御例を説明するための図である。横軸は時間を示し、縦軸は電力を示す。図９では、０時から２４時までの２４時間の電力の推移を示している。

例えば、２４時間が、系統時間帯Ｔｇ及び再エネ時間帯Ｔｒのいずれかに分けられている。例えば、深夜電力料金の時間帯が系統時間帯Ｔｇとされ、それ以外の時間帯が再エネ時間帯Ｔｒとされる。再エネ時間帯Ｔｒは昼間の時間帯であるため太陽光発電機３が多くの電力を発電することができる。

再エネ時間帯Ｔｒにおける太陽光発電機３の発電電力８１を実線で示している。また、再エネ時間帯Ｔｒにおける水素製造装置５の入力電力８２をハッチングを施した領域で示し、系統時間帯Ｔｇにおける水素製造装置５の入力電力８３をハッチングを施した領域で示している。

ここで、以下の式６８は、水素製造装置５を２４時間の間、定格入力電力量で稼働させた場合の水素製造装置５の合計入力電力量を示す。

以下の式６９は、再エネ時間帯Ｔｒにおける水素製造装置５の合計入力電力量を示す。以下の式７０は、系統時間帯Ｔｇにおける水素製造装置５の合計入力電力量を示す。

以下の式７１は、系統時間帯Ｔｇにおける水素製造装置５の入力電力量を決める条件式を示す。ここで、式７１に示すηは、水素製造装置５の目標稼働率を示すものとする。式７１は、水素製造装置５の２４時間の合計入力電力量がＰ_ｍａｘ×ηに一致又は限りなく一致するように、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥを決定するための条件式である。つまり、式７１に従えば、水素製造装置５の２４時間の合計入力電力量（Ｐ_ｔｒ＋Ｐ_ｔｇ）がＰ_ｍａｘ×η未満の場合には、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）は定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}とされる。また、水素製造装置５の２４時間の合計入力電力量（Ｐ_ｔｒ＋Ｐ_ｔｇ）がＰ_ｍａｘ×η以上の場合には、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）は０とされる。

決定部２７は、式７１に従い、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定する。決定部２７は、決定した入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）として決定する。
Ｐ_ｍａｘ＝Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}×２４ …（式６８）
Ｐ_ｔｒ＝ΣＰ_ＷＥ（ｔ） ［ｔ∈Ｔｒ］ …（式６９）
Ｐ_ｔｇ＝ΣＰ_ＷＥ（ｔ） ［ｔ∈Ｔｇ］ …（式７０）
Ｉｆ（Ｐ_ｍａｘ×η＞Ｐ_ｔｒ＋Ｐ_ｔｇ）
Ｐ_ＷＥ（ｔ）＝Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}［ｔ∈Ｔｇ］
Ｅｌｓｅ
Ｐ_ＷＥ（ｔ）＝０［ｔ∈Ｔｇ］ …（式７１）

実施形態３によると、水素製造装置５の目標稼働率ηが達成できるように受電電力の受電時間を決定することができる。これにより、効率的な水素製造が可能となる。

＜変形例５＞
実施形態３では、目標稼働率を満たすように水素製造システム１を制御したが、総ＣＯ２排出量が目標値以下になるように水素製造システム１を制御してもよい。

具体的には、決定部２７は、上述の式２０を満たすように、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定してもよい。

＜実施形態４＞
実施形態２では、所定の制約条件のもと目的関数を最適化することにより、水素製造システム１の制御を行った。本開示では、あらかじめ設定された目標稼働率を満たすように水素製造システム１を制御する構成について説明する。

実施形態４に係る水素製造システム１の構成は、実施形態４と同様である。このため、その詳細な説明を繰り返さない。

制御装置１３の発電電力量取得部２６は、太陽光発電機３による発電時間及び発電電力量を取得する。具体的には、発電電力量取得部２６は、記憶部２３にあらかじめ記憶されている太陽光発電機３の対象期間ｔごとの発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］を、記憶部２３から読み出す。

発電電力量取得部２６の決定部２７は、水素製造装置５の目標稼働率と、発電電力量取得部２６が取得した太陽光発電機３の対象期間ｔごとの発電電力量Ｐ_Ｐｖ（ｔ）［ｋＷｈ］とに基づいて、電力系統２からの受電電力の受電時間を決定する。なお、水素製造装置５の目標稼働率は、記憶部２３にあらかじめ記憶されており、決定部２７は、記憶部２３から目標稼働率の情報を読み出すものとする。

図１０は、本開示の実施形態４に係る制御装置１３による水素製造システム１の制御例を説明するための図である。横軸は時間を示し、縦軸は電力を示す。図１０では、０時から２４時までの２４時間の電力の推移を示している。

例えば、２４時間が、系統時間帯Ｔｇ及び再エネ時間帯Ｔｒのいずれかに分けられている。例えば、深夜電力料金の時間帯が系統時間帯Ｔｇとされ、それ以外の時間帯が再エネ時間帯Ｔｒとされる。再エネ時間帯Ｔｒは昼間の時間帯であるため太陽光発電機３が多くの電力を発電することができる。

再エネ時間帯Ｔｒにおける太陽光発電機３の発電電力８１を実線で示している。また、再エネ時間帯Ｔｒにおける水素製造装置５の入力電力８２をハッチングを施した領域で示し、系統時間帯Ｔｇにおける水素製造装置５の入力電力８３をハッチングを施した領域で示している。

なお、水素製造装置５の定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}を超えて太陽光発電機３が発電した電力は蓄電池１５に充電され、太陽光発電機３の発電電力量が定格入力電力量Ｐ_{ＷＥ＿ｒａｔｅ}未満の時間において蓄電池１５から放電される。

決定部２７は、実施形態３と同様に、式７１に従い、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける水素製造装置５の入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を決定する。決定部２７は、決定した入力電力量Ｐ_ＷＥ（ｔ）を、系統時間帯Ｔｇに含まれる各対象期間ｔにおける受電電力量Ｐ_Ｇｒｉｄ（ｔ）として決定する。

実施形態４によると、水素製造装置５の目標稼働率ηが達成できるように受電電力の受電時間を決定することができる。これにより、効率的な水素製造が可能となる。

［付記］
上記の制御装置１３を構成する構成要素の一部又は全部は、１又は複数のシステムＬＳＩなどの半導体装置から構成されていてもよい。

また、上記したコンピュータプログラムを、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させてもよい。また、コンピュータプログラムを、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送して流通させてもよい。

また、制御装置１３は、複数のコンピュータ又は複数のプロセッサにより実現されてもよい。

また、制御装置１３の一部又は全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。つまり、制御装置１３の一部又は全部の機能がクラウドサーバにより実現されていてもよい。

さらに、上記実施形態及び上記変形例の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 水素製造システム
２ 電力系統
３ 太陽光発電機
４ 切替開閉器
５ 水素製造装置
６ バルブ
７ バルブ
８ 系統水素タンク（第２貯蔵装置）
９ 再エネ水素タンク（第１貯蔵装置）
１０ バルブ（混合装置）
１１ バルブ（混合装置）
１２ 混合水素タンク
１３ 制御装置
１４ 表示装置
１５ 蓄電池
１６ パワーコンディショナー
２１ 制御部
２２ 通信部
２３ 記憶部
２４ 目標値取得部
２５ 排出量取得部
２６ 発電電力量取得部
２７ 決定部
２８ 指令送信部
２９ 表示制御部
３０ バス
４４ 外部Ｉ／Ｆ装置
７１ グラフ
７２ グラフ
８１ 発電電力
８２ 入力電力
８３ 入力電力

Claims (13)

1. 再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、
   前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、
   前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備える、水素製造システム。
2. 前記第１貯蔵装置に貯蔵された前記第１水素と、前記第２貯蔵装置に貯蔵された前記第２水素とを混合する混合装置をさらに備える、請求項１に記載の水素製造システム。
3. 前記水素製造装置の入力電力として、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する制御装置をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の水素製造システム。
4. 前記制御装置は、
   前記発電機による発電電力量を取得する発電電力量取得部と、
   前記水素製造装置の定格入力電力量と、前記発電電力量とに基づいて、前記電力系統からの受電電力量を決定し、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する決定部とを含む、請求項３に記載の水素製造システム。
5. 前記決定部は、時間ごとに、前記水素製造装置に入力される電力量が前記定格入力電力量を超えないという制約条件のもと、所定の目的関数を最適化することにより、前記受電電力量を決定する、請求項４に記載の水素製造システム。
6. 前記制御装置は、
   前記発電機による発電時間及び発電電力量を取得する発電電力量取得部と、
   前記水素製造装置の目標稼働率と、前記発電機による発電時間及び発電電力量とに基づいて、前記受電電力の受電時間を決定する決定部とを含む、請求項３に記載の水素製造システム。
7. 前記制御装置は、
   前記第１貯蔵装置に貯蔵された前記第１水素の量及び当該第１水素の製造のための二酸化炭素排出量と、前記第２貯蔵装置に貯蔵された前記第２水素の量及び当該第２水素の製造のための二酸化炭素排出量とを画面に表示させる表示制御部をさらに備える、請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の水素製造システム。
8. 前記表示制御部は、さらに、前記水素製造装置に入力される前記発電電力及び前記受電電力を前記画面に表示させる、請求項７に記載の水素製造システム。
9. 前記表示制御部は、さらに、前記発電電力及び前記受電電力それぞれの製造における二酸化炭素排出量を前記画面に表示させる、請求項８に記載の制御装置。
10. 前記発電電力を充電する蓄電池をさらに備え、
    前記発電機又は前記蓄電池からの出力電力が、前記発電機による発電電力とされる、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の水素製造システム。
11. 水素製造時の二酸化炭素排出量の目標値に基づいて、前記混合装置による前記第１水素及び前記第２水素の混合比率を制御する制御装置をさらに備える、請求項２に記載の水素製造システム。
12. 水素製造システムに備えられる水素製造装置を制御する制御装置であって、
    前記水素製造システムは、
    再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造する水素製造装置と、
    前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を貯蔵する第１貯蔵装置と、
    前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を貯蔵する第２貯蔵装置とを備え、
    前記制御装置は、前記水素製造装置の入力電力として、前記発電電力及び前記受電電力のうち一方を時間ごとに選択する、制御装置。
13. 水素製造装置が、再生可能エネルギーを利用した発電機による発電電力及び電力系統からの受電電力のうち時間ごとに選択された一方の電力を消費することにより水素を製造するステップと、
    前記発電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第１水素を第１貯蔵装置に貯蔵するステップと、
    前記受電電力を消費して前記水素製造装置により製造された第２水素を第２貯蔵装置に貯蔵するステップとを含む、水素製造方法。

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