JP2022125850A - 水素製造システム、水素製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・設備稼働率の向上(水素製造量の増加)
・設備の耐用年数の向上(設備償却費の低減)
(a)高出力の運転を長時間(1000時間程度)保持すると劣化率が非常に大きい(つまり途中で出力を下げる間欠運転が望ましい);
(b)間欠運転の際、高出力と中間出力との間で遷移するよりも、高出力とゼロ出力との間で遷移する方が劣化抑制できる;
(c)間欠運転の際、出力サイクルの周期を短くすると(頻繁にON/OFFすると)早く劣化する。
図1は、本発明の実施形態1に係る水素製造システム1の構成図である。水素製造システム1は、再生可能エネルギーや送配電系統が供給するAC(交流)電力を用いて水素を製造するシステムである。水素製造システム1は、供給される電力を用いて水電解スタック11を稼働させることにより、水素を製造する。水素製造システム1は、水電解スタック11、DC/DCコンバータ12、AC/DC整流器13、電力分配制御システム14を備える。
本実施形態1に係る水素製造システム1は、水電解スタック11の動作状態を、稼働優先スタック=>停止優先スタック=>中間稼働スタックの順に割り当てる。これにより、従来のように水電解スタック11の稼働率を均等にする運転制御やON/OFFを頻繁に繰り返す運転制御と比較して、水電解スタック11の劣化を抑制することができる。
図12は、本発明の実施形態2に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態2においては、実施形態1で説明した構成に加えて、発電量予測部21を備える。発電量予測部21は、水素製造システム1の一部として構成してもよいし、水素製造システム1とは別の機能部として構成してもよい。
図13は、本発明の実施形態3に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態3においては、実施形態1で説明した構成に加えて、劣化モニタリング部3を備える。劣化モニタリング部3は、水素製造システム1の一部として構成してもよいし、水素製造システム1とは別の機能部として構成してもよい。
図15は、本発明の実施形態5に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態5において、水素製造システム1は送配電系統5から電力供給を受ける。したがって再生可能エネルギー電力を受け取る場合とは異なり、水電解スタック11に対して定電流負荷がかかるので、これによる劣化を考慮する必要がある。その他の構成は実施形態1~4と同じである。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
11:水電解スタック
12:DC/DCコンバータ
13:AC/DC整流器
14:電力分配制御システム
21:発電量予測部
3:劣化モニタリング部
41:マネジメントシステム
Claims (14)
- 複数の水電解スタックによって水素を製造する水素製造システムであって、
前記水電解スタックに対して供給する電力を制御する電力変換器、
前記電力変換器を制御することにより各前記水電解スタックに対して分配する電力を制御する電力分配制御部、
を備え、
前記電力分配制御部は、前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定する稼働計画策定部を備え、
前記電力分配制御部は、前記稼働ローテーション計画における前記水電解スタックの動作状態を割り当てるスタック動作割当部を備え、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックの動作状態として、
所定期間にわたって他の前記水電解スタックよりも優先的に電力分配を受ける稼働優先スタック、
所定期間にわたって他の前記水電解スタックよりも優先的に長く停止する停止優先スタック、
各前記水電解スタックに対して供給される電力の総和から前記稼働優先スタックへ供給される電力を差し引くとともに前記停止優先スタックへ供給される電力を差し引いた電力の分配を受ける中間稼働スタック、
のうちいずれかを割り当てる
ことを特徴とする水素製造システム。 - 前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記複数の水電解スタックのうち第1スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、および前記中間稼働スタックを第1順序で順次割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記複数の水電解スタックのうち前記第1スタックとは異なる第2スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、および前記中間稼働スタックを前記第1順序とは異なる第2順序で順次割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 - 前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記第1スタックの動作状態を、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、前記中間稼働スタックの順で割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記第1スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当てたときは前記第2スタックに対して前記稼働優先スタック以外の動作状態を割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記第1スタックに対して前記停止優先スタックを割り当てたときは前記第2スタックに対して前記停止優先スタック以外の動作状態を割り当てる
ことを特徴とする請求項2記載の水素製造システム。 - 前記電力分配制御部は、前記稼働ローテーション計画を実施した場合における前記水電解スタックの劣化率を、前記水電解スタックの劣化特性にしたがって計算する、劣化率計算部を備え、
前記スタック動作割当部は、前記計算した劣化率の各前記水電解スタック間の差分が小さくなるように、前記稼働ローテーション計画を割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 - 前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、前記中間稼働スタック、および、所定期間にわたって停止する停止スタックのうちいずれかを割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックに対して供給される電力が閾値未満となる低電力期間が生じる場合は、前記低電力期間のうち少なくとも一部において、各前記水電解スタックのうちいずれかの動作状態として前記停止スタックを割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 - 前記水電解スタックは、電力値が経時変動する変動電源から電力を受け取り、
前記電力分配制御部は、前記変動電源の発電量を予測した結果を受け取り、
前記電力分配制御部は、前記予測した発電量にしたがって、前記稼働優先スタックを割り当てる前記水電解スタックの個数を調整する
ことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 - 前記電力分配制御部は、前記予測した発電量が第1発電量であるときは、第1個数の前記水電解スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当て、
前記電力分配制御部は、前記予測した発電量が前記第1発電量よりも小さい第2発電量であるときは、前記第1個数よりも少ない第2個数の前記水電解スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当てる
ことを特徴とする請求項6記載の水素製造システム。 - 前記電力分配制御部は、前記水電解スタックの劣化状態を取得し、
前記電力分配制御部は、前記取得した劣化状態にしたがって、前記水電解スタックの動作状態を割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 - 前記電力分配制御部は、前記取得した劣化状態が第1劣化状態である前記水電解スタックについては、所定期間内において前記中間稼働スタックを割り当てる回数を第1回数以内に抑制し、
前記電力分配制御部は、前記取得した劣化状態が前記第1劣化状態よりも劣化度の小さい第2劣化状態である前記水電解スタックについては、所定期間内において前記中間稼働スタックを割り当てる回数を前記第1回数よりも多くする
ことを特徴とする請求項8記載の水素製造システム。 - 前記水素製造システムはさらに、前記変動電源から供給される供給電力を前記水電解スタックへ供給するかまたは送配電系統へ出力するかを切り替える分配器を備え、
前記水素製造システムはさらに、前記分配器が前記水電解スタックと前記送配電系統との間で前記供給電力を分配する比率を電力需要にしたがって制御するマネジメントシステムを備える
ことを特徴とする請求項6記載の水素製造システム。 - 前記電力分配制御部は、前記変動電源の発電量を予測した結果を受け取り、
前記マネジメントシステムは、前記予測した発電量が第1発電量であるときは、前記供給電力のうち第1比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御し、
前記マネジメントシステムは、前記予測した発電量が前記第1発電量よりも小さい第2発電量であるときは、前記供給電力のうち前記第1比率よりも小さい第2比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御する
ことを特徴とする請求項10記載の水素製造システム。 - 前記マネジメントシステムは、前記電力需要が第1電力量であるときは、前記供給電力のうち第1比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御し、
前記マネジメントシステムは、前記電力需要が前記第1電力量よりも小さい第2電力量であるときは、前記供給電力のうち前記第1比率よりも小さい第2比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御する
ことを特徴とする請求項10記載の水素製造システム。 - 前記マネジメントシステムは、熱需要、前記熱需要に対して供給される熱供給量、水素需要、および、前記水素製造システムが供給する水素供給量にしたがって、前記比率を制御する
ことを特徴とする請求項10記載の水素製造システム。 - 複数の水電解スタックによって水素を製造する水素製造方法であって、
前記水電解スタックに対して供給する電力を制御する電力変換器を制御することにより各前記水電解スタックに対して分配する電力を制御するステップを有し、
前記電力変換器を制御するステップは、
前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定するステップ、
前記稼働ローテーション計画における前記水電解スタックの動作状態を割り当てるステップ、
を有し、
前記水電解スタックの動作状態を割り当てるステップにおいては、前記水電解スタックの動作状態として、
所定期間にわたって他の前記水電解スタックよりも優先的に電力分配を受ける稼働優先スタック、
所定期間にわたって他の前記水電解スタックよりも優先的に長く停止する停止優先スタック、
各前記水電解スタックに対して供給される電力の総和から前記稼働優先スタックへ供給される電力を差し引くとともに前記停止優先スタックへ供給される電力を差し引いた電力の分配を受ける中間稼働スタック、
のうちいずれかを割り当てる
ことを特徴とする水素製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023181692A1 (ja) * | 2022-03-23 | 2023-09-28 | 株式会社デンソー | 水素製造システム |
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