JP2022142852A - Control device, water electrolysis system, operation method of water electrolysis device, and program - Google Patents

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智之 香山
Tomoyuki Kayama
節治 豊田
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Abstract

To provide other techniques for improving efficiency of a water electrolysis device.SOLUTION: A control device is configured to allow hydrogen produced in a water electrolysis device to be stored in a hydrogen storage part connected to the water electrolysis device. The control device calculates a scheduled operating time of the water electrolysis device from an inputted hydrogen demand. When the scheduled operating time is less than a predetermined operating time threshold, the water electrolysis device is in a cold start state, and an operation stop condition is satisfied that the amount obtained by subtracting a hydrogen demand from the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage part is greater than a predetermined storage threshold, the control device does not cause the water electrolysis device to operate while when the operation stop condition is not satisfied, the control device causes the water electrolysis device to operate for at least the scheduled operating time. The operating time threshold is a value near a minimum time at which a basic unit of hydrogen production becomes substantially constant in a relation between an operating time from the cold start of the water electrolysis device and the basic unit of hydrogen production.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、水電解装置に関する。 The present invention relates to a water electrolysis device.

水の電気分解によって水素と酸素を生成する水電解装置において、従来、水電解装置の効率を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、高圧水電解装置に供給される循環水の温度を検出し、循環水の温度が上昇する運転起動時は、定格運転時の電流密度よりも低い低電流密度で運転し、循環水の温度が一定の温度範囲内に維持される際は定格運転に移行し、定格運転時に、循環水の温度に基づいて予め設定された電流密度で運転する技術が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a technique for improving the efficiency of a water electrolyzer that generates hydrogen and oxygen by electrolyzing water (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, the temperature of circulating water supplied to a high-pressure water electrolysis device is detected, and when the temperature of the circulating water rises, the device is operated at a low current density lower than the current density during rated operation, A technology is disclosed in which when the temperature of the circulating water is maintained within a certain temperature range, the operation shifts to the rated operation, and during the rated operation, the operation is performed at a preset current density based on the temperature of the circulating water.

特開2012-153965号公報JP 2012-153965 A

特許文献1に記載の技術の場合、循環水の温度を検出する温度センサを設ける必要があり、かつ検出された循環水温度に応じて、複雑な制御を行う必要がある。そのため、より簡易な制御により、水電解装置の効率を向上させる技術が望まれている。 In the case of the technique described in Patent Document 1, it is necessary to provide a temperature sensor for detecting the temperature of the circulating water, and it is necessary to perform complicated control according to the detected circulating water temperature. Therefore, a technique for improving the efficiency of the water electrolysis device through simpler control is desired.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、水電解装置の効率を向上させる他の技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide another technique for improving the efficiency of a water electrolysis device.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as the following modes.

(1)本発明の一形態によれば、水の電気分解により水素を製造する水電解装置を制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記水電解装置において製造された水素を、前記水電解装置に接続された水素貯留部に貯留可能に構成されており、前記制御装置は、入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出し、前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させ、前記運転時間閾値は、前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a control device that controls a water electrolysis device that produces hydrogen by electrolyzing water. The control device is configured to be able to store hydrogen produced in the water electrolysis device in a hydrogen storage unit connected to the water electrolysis device, and the control device determines the calculating a scheduled operating time of the water electrolysis device, wherein the scheduled operating time is less than a predetermined operating time threshold, the water electrolysis device is in a cold start state, and the hydrogen demand is calculated from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit; If a shutdown condition that the reduced amount is greater than a predetermined storage threshold is satisfied, the water electrolysis device is not operated; The operation time threshold is set in the vicinity of the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant in the relationship between the operation time from the cold start of the water electrolysis device and the hydrogen production unit consumption. value.

ここで、コールドスタートの状態とは、例えば、水電解装置の運転を停止してから時間が経過した場合等、水電解装置の効率が良くない状態である。
この構成によれば、水素要求を受け付けた際に、必ず、水電解装置を運転させるわけではなく、水素要求量から算出される水電解装置の予定運転時間が水電解装置の効率が良くない範囲であって、貯留水素量が要求水素量より十分に多い場合には、水電解装置を運転させない。そして、水電解装置がコールドスタートの状態でない場合や、予定運転時間が水電解装置の効率が良くなる範囲である場合に、水電解装置を運転させることができる。そのため、水素要求を受け付けた際に、水電解装置の状態に関わらず、常に、水電解装置を運転させる場合と比較して、水電解装置の効率を、向上させることができる。また、この構成によれば、水電解装置の効率が低くなる場合には、水電解装置を運転させないことにより、水電解装置の効率を向上させるため、制御を簡易化することができる。
Here, the cold start state is a state in which the efficiency of the water electrolysis device is not good, such as when a period of time has passed since the operation of the water electrolysis device was stopped.
According to this configuration, the water electrolysis device is not always operated when a hydrogen demand is received, and the scheduled operation time of the water electrolysis device calculated from the hydrogen demand is within a range in which the water electrolysis device is not efficient. When the amount of stored hydrogen is sufficiently larger than the required amount of hydrogen, the water electrolyzer is not operated. Then, the water electrolysis device can be operated when the water electrolysis device is not in a cold start state or when the planned operation time is within a range in which the efficiency of the water electrolysis device is improved. Therefore, when a request for hydrogen is received, the efficiency of the water electrolysis device can be improved compared to the case where the water electrolysis device is always operated regardless of the state of the water electrolysis device. Moreover, according to this configuration, when the efficiency of the water electrolysis device becomes low, the efficiency of the water electrolysis device is improved by not operating the water electrolysis device, so that the control can be simplified.

(2)上記形態の制御装置であって、前記水電解装置の運転停止継続時間が所定の運転停止継続時間閾値より大きい場合に、前記水電解装置がコールドスタートの状態であると判断してもよい。このようにすると、コールドスタートの状態であることを判断するためのセンサ等を要さないため、コスト低減に資することができる。 (2) In the control device of the above aspect, even if it is determined that the water electrolysis device is in a cold start state when the operation stoppage duration of the water electrolysis device is greater than a predetermined operation stoppage duration time threshold. good. With this configuration, a sensor or the like for determining the cold start state is not required, which contributes to cost reduction.

(3)本発明の他の形態によれば、水の電気分解により水素を製造する水電解装置と、前記水電解装置を制御する制御装置と、を備える水電解システムが提供される。この水電解システムにおいて、前記水電解装置は、前記水電解装置において製造された水素を、前記水電解装置に接続された水素貯留部に貯留可能に構成されており、前記制御装置は、上記形態の制御装置である。 (3) According to another aspect of the present invention, there is provided a water electrolysis system including a water electrolysis device that produces hydrogen by electrolyzing water, and a control device that controls the water electrolysis device. In this water electrolysis system, the water electrolysis device is configured so that hydrogen produced in the water electrolysis device can be stored in a hydrogen storage unit connected to the water electrolysis device, and the control device has the above configuration. is a control device.

この構成によれば、水素要求を受け付けた際に、必ず、水電解装置を運転させるわけではなく、水素要求量から算出される水電解装置の予定運転時間が水電解装置の効率が良くない範囲であって、貯留水素量が要求水素量より十分に多い場合には、水電解装置を運転させない。そして、水電解装置がコールドスタートの状態でない場合や、予定運転時間が水電解装置の効率が良くなる範囲である場合に、水電解装置を運転させることができる。そのため、水素要求を受け付けた際に、水電解装置の状態に関わらず、常に、水電解装置を運転させる場合と比較して、水電解装置の効率を、向上させることができる。また、この構成によれば、水電解装置の効率が低くなる場合には、水電解装置を運転させないことにより、水電解装置の効率を向上させるため、制御を簡易化することができる。 According to this configuration, the water electrolysis device is not always operated when a hydrogen demand is received, and the scheduled operation time of the water electrolysis device calculated from the hydrogen demand is within a range in which the water electrolysis device is not efficient. When the amount of stored hydrogen is sufficiently larger than the required amount of hydrogen, the water electrolyzer is not operated. Then, the water electrolysis device can be operated when the water electrolysis device is not in a cold start state or when the planned operation time is within a range in which the efficiency of the water electrolysis device is improved. Therefore, when a request for hydrogen is received, the efficiency of the water electrolysis device can be improved compared to the case where the water electrolysis device is always operated regardless of the state of the water electrolysis device. Moreover, according to this configuration, when the efficiency of the water electrolysis device becomes low, the efficiency of the water electrolysis device is improved by not operating the water electrolysis device, so that the control can be simplified.

(4)上記形態の水電解システムであって、前記水電解装置は、n(n≧1の整数)個の固体高分子形の水電解スタックと、前記n個の前記水電解スタックのそれぞれに対して、電源から入力される入力電力を、個別に分配可能な電力供給部を、備え、前記制御装置は、前記水電解装置を運転させる際、前記n個の水電解スタックのうち、m(1≦m≦nの整数)個の前記水電解スタックを選択し、前記電力供給部を制御して、前記m個の水電解スタックのそれぞれへ、下限電流値以上の電流の電力を供給させ、前記下限電流値は、前記水電解スタックの電流効率が98%以上となり、かつ、前記電源の電源効率と、前記水電解スタックの電力効率と、の積である総合電力効率が最大となる電流値であり、前記mは、前記入力電力に応じて決定され、前記m個の水電解スタックのそれぞれに、前記下限電流値で電力を供給可能な最大数であってもよい。 (4) In the water electrolysis system of the above aspect, the water electrolysis device includes n solid polymer type water electrolysis stacks (an integer of n≧1), and each of the n water electrolysis stacks has On the other hand, a power supply unit capable of individually distributing input power input from a power source is provided, and when the water electrolysis device is operated, the control device controls m ( an integer of 1 ≤ m ≤ n) of the water electrolysis stacks are selected, and the power supply unit is controlled to supply each of the m water electrolysis stacks with power of a current equal to or higher than the lower limit current value; The lower limit current value is the current value at which the current efficiency of the water electrolysis stack is 98% or more and the total power efficiency, which is the product of the power efficiency of the power supply and the power efficiency of the water electrolysis stack, is maximized. and m may be determined according to the input power, and may be the maximum number of power that can be supplied to each of the m water electrolysis stacks at the lower limit current value.

この構成によれば、入力電力に応じて作動させる水電解スタックの数を決定することができる。そして、作動させる水電解スタックのそれぞれに、下限電流値以上の電流の電力を供給することができる。下限電流値を、いわゆるクロスリークの量を低減可能な電流範囲の内、総合電力効率が最大となるよう設定しているため、水電解スタックの耐久性を向上させると共に、水電解スタックの効率を適切にすることができる。そのため、さらに、水電解装置の効率を向上させることができる。 According to this configuration, the number of water electrolysis stacks to be operated can be determined according to the input power. Then, electric power with a current equal to or higher than the lower limit current value can be supplied to each of the water electrolysis stacks to be operated. The lower limit current value is set to maximize the total power efficiency within the current range that can reduce the amount of so-called cross leakage, so the durability of the water electrolysis stack is improved and the efficiency of the water electrolysis stack is increased. can be made appropriate. Therefore, the efficiency of the water electrolysis device can be further improved.

(5)本発明の他の形態によれば、水の電気分解により製造した水素を、自身に接続された水素貯留部に貯留可能に構成された水電解装置の運転方法が提供される。この水電解装置の運転方法は、入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出し、前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させ、前記運転時間閾値は、前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である。 (5) According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a water electrolysis device configured to store hydrogen produced by electrolysis of water in a hydrogen storage unit connected thereto. This method of operating a water electrolysis device includes calculating a scheduled operating time of the water electrolysis device from an input hydrogen demand amount, calculating the scheduled operating time of the water electrolysis device from a predetermined operating time threshold value, and performing a cold start of the water electrolysis device. and when the operation stop condition is satisfied that the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit is larger than a predetermined storage threshold, the water electrolysis device is not operated and the operation If the stop condition is not satisfied, the water electrolysis device is operated for at least the scheduled operation time, and the operation time threshold is the relationship between the operation time from the cold start of the water electrolysis device and the hydrogen production unit consumption. in the vicinity of the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant.

この水電解装置の運転方法によれば、水素要求を受け付けた際に、必ず、水電解装置を運転させるわけではなく、水素要求量から算出される水電解装置の予定運転時間が水電解装置の効率が良くない範囲であって、貯留水素量が要求水素量より十分に多い場合には、水電解装置を運転させない。そして、水電解装置がコールドスタートの状態でない場合や、予定運転時間が水電解装置の効率が良くなる範囲である場合に、水電解装置を運転させることができる。そのため、水素要求を受け付けた際に、水電解装置の状態に関わらず、常に、水電解装置を運転させる場合と比較して、水電解装置の効率を、向上させることができる。 According to this method of operating a water electrolyzer, the water electrolyzer is not always operated when a hydrogen demand is received. When the amount of stored hydrogen is sufficiently larger than the required amount of hydrogen, the water electrolyzer is not operated. Then, the water electrolysis device can be operated when the water electrolysis device is not in a cold start state or when the planned operation time is within a range in which the efficiency of the water electrolysis device is improved. Therefore, when a request for hydrogen is received, the efficiency of the water electrolysis device can be improved compared to the case where the water electrolysis device is always operated regardless of the state of the water electrolysis device.

(6)本発明の他の形態によれば、電気分解により製造した水素を、自身に接続された水素貯留部に貯留可能に構成された水電解装置を制御するためのプログラムが提供される。このプログラムは、コンピュータに、入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出する機能と、前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させる機能と、を実現させるためのプログラムであって、前記運転時間閾値は、前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である。 (6) According to another aspect of the present invention, there is provided a program for controlling a water electrolysis device configured to store hydrogen produced by electrolysis in a hydrogen storage unit connected thereto. This program has a function of calculating a scheduled operation time of the water electrolysis device from the hydrogen demand input to the computer, and a function of calculating the scheduled operation time of the water electrolysis device from the hydrogen demand input to the computer, and when the operation stop condition is satisfied that the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit is larger than a predetermined storage threshold, the water electrolysis device is not operated and the operation and a function of operating the water electrolysis device for at least the scheduled operation time when a stop condition is not satisfied, wherein the operation time threshold is set to a cold start of the water electrolysis device. It is a value in the vicinity of the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant in the relationship between the operation time from the start and the hydrogen production unit unit.

このプログラムに従って、水電解装置を制御するコンピュータが機能すれば、水素要求を受け付けた際に、必ず、水電解装置を運転させるわけではなく、水素要求量から算出される水電解装置の予定運転時間が水電解装置の効率が良くない範囲であって、貯留水素量が要求水素量より十分に多い場合には、水電解装置を運転させない。そして、水電解装置がコールドスタートの状態でない場合や、予定運転時間が水電解装置の効率が良くなる範囲である場合に、水電解装置を運転させることができる。そのため、水素要求を受け付けた際に、水電解装置の状態に関わらず、常に、水電解装置を運転させる場合と比較して、水電解装置の効率を、向上させることができる。また、水電解装置の効率を向上させるためのプログラムを簡易化することができる。 If the computer that controls the water electrolyzer functions according to this program, the water electrolyzer will not necessarily be operated when a hydrogen demand is received. is in a range in which the efficiency of the water electrolyzer is not good, and when the amount of stored hydrogen is sufficiently larger than the required amount of hydrogen, the water electrolyzer is not operated. Then, the water electrolysis device can be operated when the water electrolysis device is not in a cold start state or when the planned operation time is within a range in which the efficiency of the water electrolysis device is improved. Therefore, when a request for hydrogen is received, the efficiency of the water electrolysis device can be improved compared to the case where the water electrolysis device is always operated regardless of the state of the water electrolysis device. Also, the program for improving the efficiency of the water electrolysis device can be simplified.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、水電解システムを備えるメタン製造システム、水電解システムを備える二酸化炭素回収システム、水電解システムを備える水素ステーション、コンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various aspects, for example, a methane production system comprising a water electrolysis system, a carbon dioxide recovery system comprising a water electrolysis system, a hydrogen station comprising a water electrolysis system, and a computer program. It can be implemented in the form of a server device for distribution, a non-temporary storage medium storing a computer program, or the like.

実施形態の水電解システムの構成を概念的に示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows notionally the structure of the water electrolysis system of embodiment. 水電解セルの概略構成を概念的に示す説明図である。1 is an explanatory diagram conceptually showing a schematic configuration of a water electrolysis cell; FIG. 制御装置における運転有無決定処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows operation existence decision processing in a control device. 運転時間と水素製造原単位との関係を概念的示す図である。FIG. 2 is a diagram conceptually showing the relationship between operation time and hydrogen production unit consumption; 制御装置における供給電力制御の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of power supply control in a control device; 本実施形態の下限電流値の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the lower limit current value of the embodiment;

<実施形態>
図1は、本発明の一実施形態の水電解システム100の構成を概念的に示す模式図である。本実施形態の水電解システム100には、水素貯留部300が接続されており、水電解システム100において製造された水素が、水素貯留部300を介して水素消費装置400に供給される。残余の水素は、水素貯留部300に貯留される。本実施形態の水電解システム100は、例えば、工場に設置され、水素消費装置400としての燃料電池フォークリフトに水素を供給する。
<Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram conceptually showing the configuration of a water electrolysis system 100 according to one embodiment of the present invention. A hydrogen reservoir 300 is connected to the water electrolysis system 100 of the present embodiment, and hydrogen produced in the water electrolysis system 100 is supplied to the hydrogen consuming device 400 via the hydrogen reservoir 300 . The remaining hydrogen is stored in hydrogen storage unit 300 . The water electrolysis system 100 of this embodiment is installed, for example, in a factory, and supplies hydrogen to a fuel cell forklift as the hydrogen consuming device 400 .

本実施形態の水電解システム100は、水電解装置50と、制御装置30と、を備える。水電解装置50は、4個の水電解スタック10と、4個の水電解スタック10に電力を分配する電力供給部20と、4個の水電解スタック10に対して水を供給可能な水供給部40と、を備える。水電解システム100は、各水電解スタック10において水を電気分解することで酸素と水素を生成する。 A water electrolysis system 100 of this embodiment includes a water electrolysis device 50 and a control device 30 . The water electrolysis device 50 includes four water electrolysis stacks 10 , a power supply unit 20 that distributes power to the four water electrolysis stacks 10 , and a water supply unit that can supply water to the four water electrolysis stacks 10 . a portion 40; The water electrolysis system 100 electrolyzes water in each water electrolysis stack 10 to generate oxygen and hydrogen.

4個の水電解スタック10を区別する場合には、それぞれ、第1水電解スタック11、第2水電解スタック12、第3水電解スタック13、および第4水電解スタック14と、呼ぶ。なお、水電解スタック10の個数は、本実施形態に限定されず、目的に応じて、任意に設定することができる。 When distinguishing the four water electrolysis stacks 10, they are called a first water electrolysis stack 11, a second water electrolysis stack 12, a third water electrolysis stack 13, and a fourth water electrolysis stack 14, respectively. Note that the number of water electrolysis stacks 10 is not limited to that of the present embodiment, and can be arbitrarily set according to the purpose.

水電解スタック10は、高分子電解質膜を隔膜に用いた水電解セルが複数個積層されて形成される。
図2は、水電解セル10Cの概略構成を概念的に示す説明図である。水電解セル10Cは、PEM(Polymer Electrolyte Membrane:固体高分子電解質膜)形水電解セルであって、膜電極接合体(以下、「MEA」という)1を有する。MEA1は、プロトン(H+)と水を通すことが可能な電解質膜1aの両面に、水を分解し酸素とプロトン(水素イオン)を生成する酸素極1bと、水素イオンから水素を生成する水素極1cと、が接合されたものである。酸素極1bの表面には、金属メッシュ等から成る給電体5が配置され、MEA1の酸素極1b側には、ガスケット2を介してセパレータ4が配置されている。同様に、水素極1cの表面には、金属メッシュ等から成る給電体6が配置され、MEA1の水素極1c側には、ガスケット3を介してセパレータ4が配置されている。セパレータ4は、いわゆる、複極板である。
The water electrolysis stack 10 is formed by stacking a plurality of water electrolysis cells using a polymer electrolyte membrane as a diaphragm.
FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing the schematic configuration of the water electrolysis cell 10C. The water electrolysis cell 10</b>C is a PEM (Polymer Electrolyte Membrane) type water electrolysis cell and has a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 1 . The MEA 1 has an oxygen electrode 1b that decomposes water to generate oxygen and protons (hydrogen ions) and a hydrogen electrode that generates hydrogen from hydrogen ions on both sides of an electrolyte membrane 1a that can pass protons (H + ) and water. and the pole 1c are joined together. A power supply 5 made of a metal mesh or the like is arranged on the surface of the oxygen electrode 1b, and a separator 4 is arranged via a gasket 2 on the MEA 1 on the side of the oxygen electrode 1b. Similarly, a power supply 6 made of a metal mesh or the like is arranged on the surface of the hydrogen electrode 1c, and a separator 4 is arranged on the side of the hydrogen electrode 1c of the MEA 1 with a gasket 3 interposed therebetween. The separator 4 is a so-called bipolar plate.

水電解セル10Cの構造は、水電解が可能である限りにおいて、特に限定されない。例えば、水電解セル10Cは、
(a)酸素極側及び水素極側の双方において、水を循環させる両極循環方式、
(b)酸素極側のみ水を循環させる片側循環方式
のいずれであっても良い。
The structure of the water electrolysis cell 10C is not particularly limited as long as water electrolysis is possible. For example, the water electrolysis cell 10C is
(a) a bipolar circulation system in which water is circulated on both the oxygen electrode side and the hydrogen electrode side;
(b) Any one-side circulation system in which water is circulated only on the oxygen electrode side may be used.

水電解セル10Cでは、水供給部40から酸素極側に水が供給されている状態において、電力が供給されると、酸素極1bにおいて水が電気分解され、酸素と水素イオンが生成される。生成された酸素は、電気分解されなかった水の一部とともに排出される。酸素極1bで生成された水素イオンは、水(随伴水)とともに、水素極側に移動し、水素極1cにおいて電子と結合することで水素になる。水素極1cにおいて生成された水素は、電解質膜を透過した透過水、および随伴水とともに排出される。 In the water electrolysis cell 10C, when water is supplied from the water supply unit 40 to the oxygen electrode side, when electric power is supplied, water is electrolyzed at the oxygen electrode 1b to generate oxygen and hydrogen ions. The oxygen produced is discharged along with some of the water that has not been electrolyzed. The hydrogen ions generated at the oxygen electrode 1b move to the hydrogen electrode side together with water (accompanied water) and combine with electrons at the hydrogen electrode 1c to become hydrogen. The hydrogen produced at the hydrogen electrode 1c is discharged together with permeated water that has permeated the electrolyte membrane and associated water.

図2に示すように、水素極1cで生成された水素が、水素極側と酸素極側との圧力差(水素極側の圧力が高い)および水素濃度差により、電解質膜1aを透過して酸素極側に移動する場合がある。また、同様に、酸素極1bで生成された酸素が、水素極側と酸素極側との酸素濃度差により、水素極側に移動する場合がある。これを、「クロスリーク」とも言う。クロスリークは、低電流域で生じやすい。 As shown in FIG. 2, hydrogen generated at the hydrogen electrode 1c permeates the electrolyte membrane 1a due to the pressure difference between the hydrogen electrode and the oxygen electrode (the pressure on the hydrogen electrode side is high) and the hydrogen concentration difference. It may move to the oxygen electrode side. Similarly, oxygen generated at the oxygen electrode 1b may move to the hydrogen electrode side due to the oxygen concentration difference between the hydrogen electrode side and the oxygen electrode side. This is also called "cross leak". Cross leak tends to occur in the low current range.

電力供給部20(図1)は、電源200と接続されると共に、4個の水電解スタック10のそれぞれと接続されている。電力供給部20は、いわゆる、電力調整器を備え、電源200から入力される入力電力を、4個の水電解スタック10のそれぞれに対して、個別に分配する。 The power supply unit 20 ( FIG. 1 ) is connected to the power source 200 and each of the four water electrolysis stacks 10 . The power supply unit 20 has a so-called power regulator, and distributes the input power input from the power source 200 to each of the four water electrolysis stacks 10 individually.

制御装置30は、水電解システム100全体の作動を制御する。詳しくは、制御装置30は、水電解システム100に対して、水素供給の要求が入力された場合に、水電解装置50の運転の有無を決定する運転有無決定処理を行う。また、制御装置30は、電力供給部20を制御して、水電解スタック10へ電力を供給させる、電力供給制御を行う。電力供給制御では、電源200からの電力を供給して作動させる水電解スタック10の個数を決定し、決定した個数の水電解スタック10に、電源200から入力される入力電力を、分配する。さらに、水素貯留部300から水素消費装置400への水素の供給を制御する。制御装置30における各制御については、後に詳述する。 The control device 30 controls the operation of the water electrolysis system 100 as a whole. Specifically, when a request for hydrogen supply is input to the water electrolysis system 100 , the control device 30 performs operation/non-operation determination processing for determining whether or not the water electrolysis device 50 is to be operated. In addition, the control device 30 performs power supply control by controlling the power supply unit 20 to supply power to the water electrolysis stack 10 . In power supply control, the number of water electrolysis stacks 10 to be operated by supplying power from the power source 200 is determined, and the input power from the power source 200 is distributed to the determined number of water electrolysis stacks 10 . Furthermore, it controls the supply of hydrogen from the hydrogen reservoir 300 to the hydrogen consuming device 400 . Each control in the control device 30 will be detailed later.

上述の運転有無決定処理、電力供給制御等を実現するプログラムは、制御装置30に、予め記憶されていてもよい。また、プログラムはプログラム提供者側から通信ネットワークを介して、提供されてもよい。また、プログラムは、市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納されていてもよい。この場合、この可搬型記憶媒体は外付け又は内蔵の読取装置にセットされて、制御装置30によってそのプログラムが読み出されて、実行されてもよい。可搬型記憶媒体としてはCD-ROM、DVD-ROM、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ICカード、USBメモリ装置など様々な形式の記憶媒体を使用することができる。このような記憶媒体に格納されたプログラムが読取装置によって読み取られる。 A program that implements the above-described operation/non-operation determination process, power supply control, and the like may be stored in advance in the control device 30 . Alternatively, the program may be provided by a program provider via a communication network. Also, the program may be stored in a commercially available and distributed portable storage medium. In this case, the portable storage medium may be set in an external or built-in reading device, and the program may be read and executed by the control device 30 . Various types of storage media such as CD-ROMs, DVD-ROMs, flexible disks, optical disks, magneto-optical disks, IC cards, and USB memory devices can be used as portable storage media. A program stored in such a storage medium is read by a reader.

水供給部40は、水電解スタック10の酸素極1bに水を供給可能に構成されている。酸素極1bに供給される水は、電解の原料となる。水供給部40の構造は、作動する水電解スタック10(以下、「作動水電解スタック」)とも呼ぶ)に必要量の水を供給可能なものである限りにおいて、特に限定されない。水電解スタック10の酸素極1bに水を供給しても、電力が供給されない限り電解は行われない。そのため、水供給装置は、すべての水電解スタック10に同時に水を供給するものでも良く、あるいは、作動する水電解スタック10に選択的に水を供給するものでも良い。 The water supply unit 40 is configured to supply water to the oxygen electrode 1b of the water electrolysis stack 10 . Water supplied to the oxygen electrode 1b serves as a raw material for electrolysis. The structure of the water supply unit 40 is not particularly limited as long as it can supply a required amount of water to the operating water electrolysis stack 10 (hereinafter also referred to as "operating water electrolysis stack"). Even if water is supplied to the oxygen electrode 1b of the water electrolysis stack 10, electrolysis is not performed unless power is supplied. Therefore, the water supply device may supply water to all the water electrolysis stacks 10 at the same time, or may selectively supply water to the water electrolysis stacks 10 that are in operation.

なお、水電解システム100は、水電解スタック10の水素極1cに水を供給するための第2水供給部をさらに備えていても良い。電解中に水素極1cに水を供給すると、水素極1cの表面に吸着した水素ガスの脱離を促進させることができる。 The water electrolysis system 100 may further include a second water supply unit for supplying water to the hydrogen electrode 1c of the water electrolysis stack 10. FIG. When water is supplied to the hydrogen electrode 1c during electrolysis, desorption of hydrogen gas adsorbed on the surface of the hydrogen electrode 1c can be promoted.

電源200は、水電解スタック10に電力を供給する。本実施形態において、電源200は、再生可能エネルギー源である。すなわち、電力供給部20に入力される入力電力は、比較的大きく変動する。電源200の種類は、特に限定されず、商用電源であっても良い。 A power supply 200 supplies power to the water electrolysis stack 10 . In this embodiment, power source 200 is a renewable energy source. That is, the input power inputted to the power supply unit 20 fluctuates relatively greatly. The type of power supply 200 is not particularly limited, and may be a commercial power supply.

水素貯留部300は、水電解システム100と接続されると共に、水素消費装置400に接続される。詳しくは、水素貯留部300は水素タンク(不図示)を備え、水電解システム100の水電解スタック10において生成された水素が流れる流路の下流に接続され、水素タンクの内部に水素を貯留可能である。また、制御装置30からの指示に従い、所定の流量で、水素タンク内の水素を、水素消費装置400に供給する。また、水素貯留部300には、水素タンク内の水素量を検出する水素残量センサ302が設けられており、水素残量センサ302による検出結果は、制御装置30に入力される。 Hydrogen reservoir 300 is connected to water electrolysis system 100 and to hydrogen consuming device 400 . Specifically, the hydrogen storage unit 300 includes a hydrogen tank (not shown), is connected downstream of the flow path through which hydrogen generated in the water electrolysis stack 10 of the water electrolysis system 100 flows, and can store hydrogen inside the hydrogen tank. is. In addition, according to instructions from the control device 30, the hydrogen in the hydrogen tank is supplied to the hydrogen consumption device 400 at a predetermined flow rate. Further, the hydrogen storage unit 300 is provided with a hydrogen remaining amount sensor 302 that detects the amount of hydrogen in the hydrogen tank.

水素消費装置400は、水素をエネルギー源とする装置であり、例えば、燃料電池フォークリフト、燃料電池自動車、水素飛行機、燃料電池プラント等、種々の水素をエネルギー源とする装置を適用可能である。水素消費装置400は、水素貯留部300を介して水電解システム100に接続されており、水電解システム100において生成された水素が供給される。水素消費装置400は、必要な水素量(水素要求量)を、制御装置30に対して出力する。 The hydrogen consuming device 400 is a device that uses hydrogen as an energy source, and various devices that use hydrogen as an energy source, such as a fuel cell forklift, a fuel cell automobile, a hydrogen airplane, and a fuel cell plant, can be applied. Hydrogen consuming device 400 is connected to water electrolysis system 100 via hydrogen reservoir 300 and is supplied with hydrogen produced in water electrolysis system 100 . Hydrogen consuming device 400 outputs the required hydrogen amount (hydrogen demand amount) to control device 30 .

図3は、制御装置30における運転有無決定処理を示すフローチャートである。
制御装置30は、水素消費装置400から水素要求量a[Nm3]を受け付けると(ステップS102)、予定運転時間t1を算出する(ステップS104)。予定運転時間t1は、水電解装置50において水素要求量a[Nm3]の水素を生成するのに要する時間である。制御装置30は、予め記憶されている水電解装置50の運転時間と水素生成量との関係を示すマップ、算出式等を用いて、予定運転時間t1を算出する。なお、本実施形態では、水素要求量aは、水素消費装置400から入力されているが、他の実施形態では、水素消費装置400と異なる入力装置により入力されてもよい。例えば、水電解システム100に設けられた操作パネルや、水電解システム100に接続されたキーボード等を利用して、人が入力してもよい。
FIG. 3 is a flow chart showing operation presence/absence determination processing in the control device 30 .
Control device 30 receives hydrogen demand a [Nm3] from hydrogen consuming device 400 (step S102), and calculates scheduled operation time t1 (step S104). The scheduled operating time t1 is the time required for the water electrolysis device 50 to generate the hydrogen demand amount a [Nm3]. The control device 30 calculates the scheduled operation time t1 using a pre-stored map showing the relationship between the operation time of the water electrolysis device 50 and the hydrogen production amount, a calculation formula, and the like. Although the hydrogen demand a is input from the hydrogen consuming device 400 in this embodiment, it may be input from an input device different from the hydrogen consuming device 400 in other embodiments. For example, a person may input using an operation panel provided in the water electrolysis system 100, a keyboard connected to the water electrolysis system 100, or the like.

ステップS106では、制御装置30は、予定運転時間t1が運転時間閾値T1より小さいか否か判断する。運転時間閾値T1は、水電解装置50のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、水素製造原単位が略一定になる最小の時間に設定されている。水素製造原単位とは、水電解装置50において単位水素量を製造するために必要な電力量である。本実施形態において、コールドスタートとは、水電解装置50の運転が停止されてから所定の時間以上経過した後、運転を開始することとしている。所定の時間は、任意に設定可能であるが、水電解装置50が十分に冷却される程度の時間を設定するのか好ましい。本実施形態では、当該所定の時間を、例えば、7時から21時の運転を想定し、夜間の10時間に設定している。この所定の時間を、以降、「運転停止継続時間閾値T2」と呼ぶ。 In step S106, the control device 30 determines whether or not the scheduled operating time t1 is smaller than the operating time threshold T1. The operating time threshold value T1 is set to the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes approximately constant in the relationship between the operation time from the cold start of the water electrolysis device 50 and the hydrogen production unit consumption. The basic unit of hydrogen production is the amount of electric power required to produce a unit amount of hydrogen in the water electrolysis device 50 . In the present embodiment, cold start refers to starting the operation of the water electrolysis device 50 after a predetermined period of time or more has elapsed since the operation of the water electrolysis device 50 was stopped. Although the predetermined time can be set arbitrarily, it is preferable to set the time to the extent that the water electrolysis device 50 is sufficiently cooled. In this embodiment, the predetermined time is set to 10 hours at night, for example, assuming driving from 7:00 to 21:00. This predetermined time is hereinafter referred to as "operation stop duration time threshold value T2".

図4は、運転時間と水素製造原単位との関係を概念的示す図である。図4の横軸は、水電解装置50のコールドスタートからの運転時間である。図示するように、水素製造原単位は、コールドスタートからの運転時間が運転時間閾値T1までは、運転時間の長さに伴い低下し、運転時間閾値T1以降は、略一定となっている。発明者らは、コールドスタートからの運転時間と、水素製造原単位との関係を、水電解スタック10に供給される水(以下、被電解水とも呼ぶ)の温度が異なる複数の月について調べた。水素製造原単位には、水温が大きく影響すると考えられるためである。その結果、コールドスタートからの運転時間と、水素製造原単位との関係は、複数の月の間で、略一致し、図4に示すような関係が得られた。その理由は、以下の通りと考えられる。被電解水の水温が高い程、電気分解に対して必要な電気エネルギーが減少する。そのため、被電解水の温度が低いときは、水温が上昇するまで電気分解における電力消費量が大きく、水電解スタック10の温度制御をするためのチラー電力は小さい。一方、被電解水の温度が高いときは、水温がすぐに上昇するので、電気分解における電力消費量が少なく、チラー電力が大きい。このバランスにより、水温が異なる複数の月において、同様の傾向が得られたと考えられる。ここで、水素製造原単位の算出に用いる電力量は、水電解システム100全体で消費される電力量である。また、図4は、上記調査により得られた離散的データを、値が収束するような近似曲線で示したものである。近似曲線としては、累乗近似を使用した。 FIG. 4 is a diagram conceptually showing the relationship between operation time and hydrogen production unit consumption. The horizontal axis of FIG. 4 is the operating time from the cold start of the water electrolysis device 50 . As shown in the figure, the hydrogen production unit consumption decreases with the length of the operating time from the cold start up to the operating time threshold T1, and is substantially constant after the operating time threshold T1. The inventors investigated the relationship between the operation time from the cold start and the hydrogen production unit consumption for a plurality of months in which the temperature of the water supplied to the water electrolysis stack 10 (hereinafter also referred to as electrolyzed water) was different. . This is because it is considered that the water temperature has a great influence on the hydrogen production unit consumption. As a result, the relationship between the operation time from the cold start and the hydrogen production unit consumption was substantially the same for a plurality of months, and the relationship shown in FIG. 4 was obtained. The reason is considered as follows. The higher the temperature of the water to be electrolyzed, the less electrical energy is required for electrolysis. Therefore, when the temperature of the water to be electrolyzed is low, the power consumption in electrolysis is large until the water temperature rises, and the chiller power for controlling the temperature of the water electrolysis stack 10 is small. On the other hand, when the temperature of the water to be electrolyzed is high, the water temperature rises quickly, so the power consumption in electrolysis is small and the chiller power is large. This balance is thought to have resulted in similar trends in multiple months with different water temperatures. Here, the electric energy used for calculating the hydrogen production unit consumption is the electric energy consumed by the water electrolysis system 100 as a whole. Further, FIG. 4 shows the discrete data obtained by the above survey as an approximated curve whose values converge. Power approximation was used as the approximation curve.

図4に示すように、運転時間が運転時間閾値T1以上では、運転時間閾値T1より短い場合より水素製造原単位が低く、略一定である。そのため、運転時間閾値T1以上の時間、水電解装置50を運転させることにより、水電解装置50の効率を良好にすることができる。 As shown in FIG. 4, when the operating time is equal to or greater than the operating time threshold T1, the hydrogen production unit consumption is lower than when the operating time is shorter than the operating time threshold T1, and is substantially constant. Therefore, the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved by operating the water electrolysis device 50 for a time equal to or greater than the operating time threshold value T1.

図3に示すように、予定運転時間t1が運転時間閾値T1以上の場合(ステップS106においてNO)、制御装置30は、水電解装置50を運転させることを決定し(ステップS112)、運転有無決定処理を終了し、水電解装置50の運転を開始する。水電解装置50の運転方法については、後述する。上述の通り、運転時間が運転時間閾値T1より長いと、水電解装置50の効率を良好にすることができる。 As shown in FIG. 3, when the scheduled operating time t1 is equal to or greater than the operating time threshold T1 (NO in step S106), the control device 30 determines to operate the water electrolysis device 50 (step S112), and determines whether or not to operate. After finishing the process, the operation of the water electrolysis device 50 is started. A method of operating the water electrolysis device 50 will be described later. As described above, when the operating time is longer than the operating time threshold value T1, the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved.

一方、予定運転時間t1が運転時間閾値T1より小さい場合(ステップS106においてYES)、制御装置30は、ステップS108へ進む。 On the other hand, when the scheduled operating time t1 is smaller than the operating time threshold T1 (YES in step S106), the control device 30 proceeds to step S108.

ステップS108では、制御装置30は、運転停止継続時間t2が運転停止継続時間閾値T2より大きいか否か判断する。本実施形態において、運転停止継続時間t2は、水電解装置50の運転を停止してから、水素要求量aの入力を受け付けるまでの時間である。水電解装置50の運転停止は、全ての水電解スタック10に対する電力供給または水の供給が停止されたときとしている。ステップS108では、制御装置30は、受付けた水素要求量aの水素を、水電解装置50において製造する場合に、水電解装置50がコールドスタートの状態であるか否かを、判断している。 In step S108, the control device 30 determines whether or not the shutdown duration time t2 is greater than the shutdown duration time threshold value T2. In the present embodiment, the operation stop duration time t2 is the time from when the operation of the water electrolysis device 50 is stopped until the input of the hydrogen demand amount a is received. The operation of the water electrolysis device 50 is stopped when the power supply or water supply to all the water electrolysis stacks 10 is stopped. In step S108, the control device 30 determines whether or not the water electrolysis device 50 is in a cold start state when the water electrolysis device 50 produces hydrogen of the received hydrogen demand amount a.

運転停止継続時間t2が運転停止継続時間閾値T2以下の場合(ステップS108においてNO)、制御装置30は、水電解装置50を運転させることを決定し(ステップS112)、運転有無決定処理を終了し、水電解装置50の運転を開始する。このとき、水電解装置50はコールドスタートの状態ではなく、水電解装置50の効率を良好にすることができる。 When the shutdown duration time t2 is equal to or less than the shutdown duration threshold value T2 (NO in step S108), the control device 30 determines to operate the water electrolysis device 50 (step S112), and terminates the operation presence/absence determination process. , the operation of the water electrolysis device 50 is started. At this time, the water electrolysis device 50 is not in a cold start state, and the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved.

一方、運転停止継続時間t2が運転停止継続時間閾値T2より大きい場合(ステップS106においてYES)、制御装置30は、ステップS110へ進む。 On the other hand, if the shutdown duration t2 is greater than the shutdown duration threshold T2 (YES in step S106), the control device 30 proceeds to step S110.

ステップS110では、制御装置30は、水素貯留部300内の水素貯留量b[Nm3]から水素要求量a[Nm3]を減じた量が所定の貯留閾値c[Nm3]より大きいか否か判断する。貯留閾値cは、余裕量としての値であり、任意に設定可能である。本実施形態では、例えば、一日の平均使用量に設定している。水素貯留量として、水素貯留部300に設けられた水素残量センサ302から入力される測定結果を用いる。 In step S110, control device 30 determines whether or not the amount obtained by subtracting hydrogen demand amount a [Nm3] from hydrogen storage amount b [Nm3] in hydrogen storage unit 300 is greater than a predetermined storage threshold value c [Nm3]. . The retention threshold c is a value as a margin and can be arbitrarily set. In this embodiment, for example, it is set to the daily average usage amount. As the hydrogen storage amount, the measurement result input from the hydrogen remaining amount sensor 302 provided in the hydrogen storage unit 300 is used.

ステップS110の算出結果において、水素貯留部300内の水素貯留量bから水素要求量aを減じた量が所定の貯留閾値c以下の場合(ステップS110において、NO)、制御装置30は、水電解装置50を運転させることを決定し(ステップS112)、運転有無決定処理を終了し、水電解装置50の運転を開始する。すなわち、水素貯留部300に貯留された水素から水素要求量aの水素を、水素消費装置400に対して供給すると、水素貯留部300内に残る水素の量が貯留閾値c以下になってしまう場合には、水電解装置50を運転させる。このようにすると、貯留閾値cより多い量の水素を水素貯留部300に貯留しておくことができる。 If the calculation result in step S110 shows that the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount a from the hydrogen storage amount b in the hydrogen storage unit 300 is equal to or less than the predetermined storage threshold value c (NO in step S110), the control device 30 performs water electrolysis. It is determined to operate the device 50 (step S112), the operation presence/absence determination process is terminated, and the operation of the water electrolysis device 50 is started. That is, when the hydrogen demand amount a from the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 300 is supplied to the hydrogen consumption device 400, the amount of hydrogen remaining in the hydrogen storage unit 300 becomes equal to or less than the storage threshold value c. , the water electrolysis device 50 is operated. In this way, the amount of hydrogen larger than the storage threshold value c can be stored in the hydrogen storage unit 300 .

一方、水素貯留部300内の水素貯留量bから水素要求量aを減じた量が所定の貯留閾値cより大きい場合(ステップS110において、YES)、制御装置30は、水電解装置50を運転しないことを決定し(ステップS114)、運転有無決定処理を終了する。そして、制御装置30は、水素貯留部300を制御して、水素貯留部300に貯留されている水素から水素要求量aの水素を、水素消費装置400に供給させる。すなわち、制御装置30は、水電解装置50を運転させず、水素貯留部300内に貯留されている水素を、水素消費装置400に供給させる。 On the other hand, when the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount a from the hydrogen storage amount b in the hydrogen storage unit 300 is greater than the predetermined storage threshold value c (YES in step S110), the control device 30 does not operate the water electrolysis device 50. is determined (step S114), and the operation presence/absence determination process is terminated. Then, the control device 30 controls the hydrogen storage unit 300 to supply the hydrogen demand amount a from the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 300 to the hydrogen consumption device 400 . That is, the control device 30 causes the hydrogen consuming device 400 to supply the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 300 without operating the water electrolysis device 50 .

制御装置30が、ステップS106、ステップS108、およびステップS110において、満たすか否か判断する3つの条件を全て満たすという条件を、「運転停止条件」とも呼ぶ。 The condition that the control device 30 satisfies all of the three conditions for determining whether or not to be satisfied in steps S106, S108, and S110 is also referred to as a "shutdown condition."

上述の通り、制御装置30は、運転有無決定処理において水電解装置50を運転することを決定する(ステップS112)と、水電解装置50の運転を開始する。制御装置30は水電解装置50の運転を開始すると、水供給部40(図1)を制御して、全ての水電解スタック10に水を供給させ、以下に説明する供給電力制御を行う。 As described above, when the control device 30 determines to operate the water electrolysis device 50 in the operation presence/absence determination process (step S112), the operation of the water electrolysis device 50 is started. After starting the operation of the water electrolysis device 50, the control device 30 controls the water supply unit 40 (FIG. 1) to supply water to all the water electrolysis stacks 10, and performs supply power control described below.

図5は、制御装置30における供給電力制御の説明図である。図5の左側には、電力供給部20に入力される入力電力の経時変化を示す。図5の右側には、入力電力の変動に対応する電力分配を示す。図に示す「ILOW」は、下限電流値(後述する)である。 FIG. 5 is an explanatory diagram of power supply control in the control device 30. As shown in FIG. The left side of FIG. 5 shows changes over time in the input power input to the power supply unit 20 . The right side of FIG. 5 shows the power distribution corresponding to variations in input power. "I LOW " shown in the figure is the lower limit current value (described later).

上述の通り、電源200は再生可能エネルギー源であり、発電量が変動するため、電力供給部20に入力される入力電力は、図示するように変動する。本実施形態の制御装置30は、1個の水電解スタック10に供給する電流が下限電流値ILOW以上になるように、作動水電解スタックの数を決定する。具体的には、入力電力から、下限電流値ILOWで電力を供給可能な水電解スタック10の最大数を、作動させる水電解スタック10の個数として決定し、決定した個数の水電解スタック10に、入力電力を均等に分配する。すなわち、本実施形態の水電解システム100において、水電解システム100は、常に、下限電流値ILOW以上の電力で運転される。 As described above, the power source 200 is a renewable energy source and the amount of power generation fluctuates, so the input power input to the power supply unit 20 fluctuates as illustrated. The control device 30 of the present embodiment determines the number of working water electrolysis stacks so that the current supplied to one water electrolysis stack 10 is equal to or higher than the lower limit current value ILOW . Specifically, from the input power, the maximum number of water electrolysis stacks 10 to which power can be supplied at the lower limit current value I LOW is determined as the number of water electrolysis stacks 10 to be operated, and the determined number of water electrolysis stacks 10 , to evenly distribute the input power. That is, in the water electrolysis system 100 of this embodiment, the water electrolysis system 100 is always operated with power equal to or higher than the lower limit current value I LOW .

図5に示す例では、時間<1>のとき、1個の水電解スタック10に下限電流値ILOWで電力を供給すると、入力電力の残りが下限電流値ILOWより小さいため、制御装置30は、電力を供給する水電解スタック10(作動水電解スタック)の個数を1個と決定し、入力電力の全てを第1水電解スタック11(図1)のみに供給する。 In the example shown in FIG. 5, when power is supplied to one water electrolysis stack 10 at the lower limit current value I LOW at time <1>, the remaining input power is smaller than the lower limit current value I LOW . determines that the number of water electrolysis stacks 10 (working water electrolysis stacks) to which power is supplied is one, and supplies all of the input power only to the first water electrolysis stack 11 (FIG. 1).

時間<2>のとき、2個の水電解スタック10に下限電流値ILOWで電力を供給すると、入力電力の残りが0のため、制御装置30は、作動水電解スタックの個数を2個と決定し、入力電力を、第1水電解スタック11と第2水電解スタック12に、下限電流値ILOWで均等に分配する。 At time <2>, when power is supplied to the two water electrolysis stacks 10 at the lower limit current value ILOW , the remaining input power is 0, so the controller 30 sets the number of working water electrolysis stacks to two. The input power is evenly distributed to the first water electrolysis stack 11 and the second water electrolysis stack 12 at the lower limit current value ILOW .

時間<3>のとき、2個の水電解スタック10に下限電流値ILOWで電力を供給すると、入力電力の残りが下限電流値ILOWより小さいため、制御装置30は、作動水電解スタックの個数を2個と決定する。そして、入力電力の残りを第1水電解スタック11と第2水電解スタック12に均等に分配し、下限電流値ILOWと合わせて下限電流値ILOWより大きい電流密度で、第1水電解スタック11と第2水電解スタック12に均等に分配する。 At time <3>, when power is supplied to the two water electrolysis stacks 10 at the lower limit current value I LOW , the rest of the input power is smaller than the lower limit current value I LOW . The number is determined to be two. Then, the rest of the input power is evenly distributed to the first water electrolysis stack 11 and the second water electrolysis stack 12, and combined with the lower limit current value ILOW , the current density higher than the lower limit current value ILOW is applied to the first water electrolysis stack. 11 and the second water electrolysis stack 12 .

時間<4>のとき、4個の水電解スタック10に下限電流値ILOWで電力を供給しても、入力電力が余るため、制御装置30は、作動水電解スタックの個数を4個(すべて)と決定する。そして、入力電力の残りを4個の水電解スタック10に均等に分配し、下限電流値ILOWと合わせて下限電流値ILOWより大きい電流密度で、4個の水電解スタック10の全てに均等に分配する。 At the time <4>, even if power is supplied to the four water electrolysis stacks 10 at the lower limit current value ILOW , the input power remains. ). Then, the rest of the input power is evenly distributed to the four water electrolysis stacks 10, and combined with the lower limit current value I LOW , the current density is greater than the lower limit current value I LOW . distribute to

このように、本実施形態の水電解システム100では、作動水電解スタックの個数に応じて水電解スタック10を選択する際、第1水電解スタック11から昇順に(数の小さいものから大きいものへ)選択する。 As described above, in the water electrolysis system 100 of the present embodiment, when selecting the water electrolysis stack 10 according to the number of working water electrolysis stacks, in ascending order from the first water electrolysis stack 11 (from the smallest number to the largest number). )select.

図6は、本実施形態の下限電流値ILOWの説明図である。図6では、水電解スタック10における電流密度と総合電力効率との関係を、電解質膜1aの膜厚みが互いに異なる4種類(10μm、25μm、50μm、175μm)の水電解セルについて図示している。ここで、総合電流効率は、水電解スタック10の電力効率と電源200の電源効率の積である(後述する)。本実施形態において、下限電流値ILOWより低い電流は、水電解スタック10に供給されないため、図6では、各膜厚みについて、下限電流値ILOWより低い電流密度を、点線で図示している。図示するように、下限電流値は、電解質膜1aの膜厚みによって異なる。膜厚みが25μmの電解質膜1aを用いた場合について示すように、本実施形態の下限電流値ILOWは、総合電力効率が最大になる電流値IMより高い。膜厚みが10μmの場合も同様に、下限電流値ILOWは、総合電力効率が最大になる電流値より高い。膜厚みが50μmの電解質膜1aを用いた場合は、下限電流値ILOWは、総合電力効率が最大になる電流値Iと、ほぼ一致している。膜厚みが175μmの電解質膜1aを用いた場合は、下限電流値ILOWは、ほぼ0であり、全電流域を利用することができる。本実施形態において、各膜厚について、作動水電解スタックの1個当たりの電流効率が98%以上となり、かつ、電源200の電源効率と、作動水電解スタックの1個当たりの電力効率と、の積である総合電力効率が最大となる電流を、下限電流値ILOWとしている。下限電流値ILOWは、例えば、特願2020-88153に記載された方法により決定することができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram of the lower limit current value I LOW in this embodiment. FIG. 6 shows the relationship between the current density and the overall power efficiency in the water electrolysis stack 10 for four types of water electrolysis cells (10 μm, 25 μm, 50 μm, 175 μm) having different thicknesses of the electrolyte membrane 1a. Here, the total current efficiency is the product of the power efficiency of the water electrolysis stack 10 and the power efficiency of the power supply 200 (described later). In the present embodiment, a current lower than the lower limit current value I LOW is not supplied to the water electrolysis stack 10, so in FIG . . As shown, the lower limit current value varies depending on the thickness of the electrolyte membrane 1a. As shown in the case of using the electrolyte membrane 1a with a film thickness of 25 μm, the lower limit current value I LOW in this embodiment is higher than the current value IM at which the total power efficiency is maximized. Similarly, when the film thickness is 10 μm, the lower limit current value I LOW is higher than the current value that maximizes the total power efficiency. When the electrolyte membrane 1a with a film thickness of 50 μm is used, the lower limit current value I LOW substantially coincides with the current value I at which the total power efficiency is maximized. When the electrolyte membrane 1a with a film thickness of 175 μm is used, the lower limit current value I LOW is almost 0, and the entire current range can be used. In the present embodiment, for each film thickness, the current efficiency per working water electrolysis stack is 98% or more, and the power efficiency of the power supply 200 and the power efficiency per working water electrolysis stack are The current that maximizes the total power efficiency, which is the product, is the lower limit current value I LOW . The lower limit current value I LOW can be determined, for example, by the method described in Japanese Patent Application No. 2020-88153.

制御装置30がこのように水電解装置50を運転させると、電源200から入力される入力電力に応じて作動させる水電解スタック10の数を決定することができる。そして、作動させる水電解スタック10のそれぞれに、下限電流値ILOW以上の電流の電力を供給することができる。そのため、水電解スタック10に対する供給電力の低電流化を抑制することができ、低電流による電解質膜の劣化を抑制することができる。また、作動水電解スタックの1個当たりの電流効率が98%以上となり、かつ、電源200の電源効率と、作動水電解スタックの1個当たりの電力効率と、の積である総合電力効率が最大となる電流を、下限電流値ILOWとしているため、水電解スタック10の電力効率を適切にすることができる。 When the controller 30 operates the water electrolysis device 50 in this manner, the number of water electrolysis stacks 10 to be operated can be determined according to the input power input from the power source 200 . Then, electric power with a current equal to or higher than the lower limit current value I LOW can be supplied to each of the water electrolysis stacks 10 to be operated. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the current of the electric power supplied to the water electrolysis stack 10, and it is possible to suppress deterioration of the electrolyte membrane due to a low current. In addition, the current efficiency per working water electrolysis stack is 98% or more, and the total power efficiency, which is the product of the power efficiency of the power supply 200 and the power efficiency per working water electrolysis stack, is maximum. is set to the lower limit current value I LOW , the power efficiency of the water electrolysis stack 10 can be made appropriate.

以上説明したように、本実施形態の水電解システム100によれば、制御装置30が水素要求量aを受け付けたときに、常に、水電解装置50を運転させるのではなく、運転停止条件を満たすか否か判断し、運転停止条件を満たす場合には、水電解装置50を運転させず、運転停止条件を満たさない場合に、水電解装置50を運転させる。運転停止条件を、水電解装置50の効率が悪くなる条件に設定しており、運転停止条件を満たす場合に、水電解装置50を運転させないため、効率が悪い条件で水電解装置50が運転されることが低減される。その結果、水電解装置50の効率を向上させることができる。 As described above, according to the water electrolysis system 100 of the present embodiment, when the control device 30 receives the hydrogen demand amount a, the water electrolysis device 50 is not always operated, but the operation stop condition is satisfied. If the operation stop condition is satisfied, the water electrolysis device 50 is not operated, and if the operation stop condition is not satisfied, the water electrolysis device 50 is operated. The operation stop condition is set to a condition in which the efficiency of the water electrolysis device 50 is deteriorated, and when the operation stop condition is satisfied, the water electrolysis device 50 is not operated. is reduced. As a result, the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved.

運転停止条件は、3つの条件から構成されており、1つの条件でも満たさなければ、運転停止条件は満たされないため、水電解装置50の運転が行われる。そのため、予定運転時間t1が運転時間閾値T1以上であれば、水電解装置50の運転が行われる。上述の通り、運転時間が運転時間閾値T1以上であれば、コールドスタートであっても、効率が良いため、水電解装置50の効率を向上させることができる。また、予定運転時間t1が運転時間閾値T1より短くても、コールドスタートでなければ、水電解装置50の運転が行われる。コールドスタートでなければ、水電解装置50の効率が良いため、水電解装置50の効率を向上させることができる。 The operation stop condition consists of three conditions, and if even one condition is not met, the operation stop condition is not satisfied, so the water electrolysis device 50 is operated. Therefore, if the scheduled operating time t1 is equal to or greater than the operating time threshold T1, the water electrolysis device 50 is operated. As described above, if the operation time is equal to or greater than the operation time threshold value T1, the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved even if the cold start is performed. Further, even if the scheduled operating time t1 is shorter than the operating time threshold T1, the water electrolysis device 50 is operated unless the cold start is performed. If it is not a cold start, the efficiency of the water electrolysis device 50 is high, so the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved.

また、予定運転時間t1が運転時間閾値T1より短く、かつコールドスタートであって、水素貯留部300内の水素によって水素要求量aを供給することができても、水素要求量aを供給した残りの貯留量が貯留閾値c以下の場合には、水電解装置50を運転する。そのため、水素貯留部300内の水素貯留量を貯留閾値c以上に維持することができる。 In addition, even if the scheduled operating time t1 is shorter than the operating time threshold T1 and the start is cold, and the requested hydrogen amount a can be supplied by the hydrogen in the hydrogen storage unit 300, the remainder of the requested hydrogen amount a is supplied. is less than or equal to the storage threshold value c, the water electrolysis device 50 is operated. Therefore, the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage unit 300 can be maintained at or above the storage threshold value c.

また、本実施形態の制御装置30によれば、水電解装置50の効率が低くなる場合には、水電解装置50を運転させないことにより、水電解装置の効率を向上させるため、制御を簡易化することができる。そのため、演算資源を小さくすることができる。また、特許文献1に記載の技術と比較すると、温度センサを要さないため、水電解システムの部品点数の増加を抑制することができる。そのため、システムの複雑化の抑制、小型化、コスト低減に資することができる。 In addition, according to the control device 30 of the present embodiment, when the efficiency of the water electrolysis device 50 is low, the water electrolysis device 50 is not operated, thereby improving the efficiency of the water electrolysis device, thereby simplifying the control. can do. Therefore, computational resources can be reduced. Moreover, compared with the technique described in Patent Document 1, since no temperature sensor is required, an increase in the number of parts of the water electrolysis system can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to suppression of system complication, downsizing, and cost reduction.

また、本実施形態の水電解システム100によれば、電源200から入力される入力電力に応じて作動させる水電解スタック10の数を決定することができる。そして、作動させる水電解スタックのそれぞれに、下限電流値ILOW以上の電流の電力を供給することができる。入力電力が変動して、入力電力が小さい場合に、4個の水電解スタックの全てに均等に電力を分配する場合と比較して、供給電力の低電流化を抑制することができる。低電流条件では、水素および酸素が電解質膜を透過する現象(一般に、「クロスリーク」とも言われる)により、触媒上で酸素と水とが反応して過酸化水素が発生し、電解質膜を分解することで、水電解スタックの劣化が生じる可能性がある。本実施形態の水電解システム100によれば、供給電力の低電流化を抑制することができるため、電解質膜の劣化を抑制することができる。 Moreover, according to the water electrolysis system 100 of the present embodiment, the number of water electrolysis stacks 10 to be operated can be determined according to the input power input from the power supply 200 . Then, power with a current equal to or higher than the lower limit current value I LOW can be supplied to each of the water electrolysis stacks to be operated. When the input power fluctuates and the input power is small, it is possible to prevent the supplied power from becoming low compared to the case where the power is evenly distributed to all four water electrolysis stacks. Under low current conditions, hydrogen and oxygen permeate the electrolyte membrane (generally referred to as "cross-leak"), causing oxygen and water to react on the catalyst to generate hydrogen peroxide, which decomposes the electrolyte membrane. This may cause deterioration of the water electrolysis stack. According to the water electrolysis system 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane because it is possible to suppress the supply power from being lowered.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications are possible.

・上記実施形態における運転有無決定処理を、特願2020-88153、特開2020-84259号公報に記載された水電解システムに適用してもよい。当該水電解システムに適用する場合、本実施形態と同様に、水電解システムにおいて生成された水素が流れる流路の下流に、水素貯留部300を接続すると共に、水素貯留部300に水素消費装置400を接続し、水電解システムにおいて生成された水素が、水素貯留部300を介して水素消費装置400に供給される構成にするのが好ましい。 - The operation presence/absence determination process in the above embodiment may be applied to the water electrolysis system described in Japanese Patent Application No. 2020-88153 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-84259. When applied to the water electrolysis system, the hydrogen storage unit 300 is connected downstream of the flow path through which hydrogen generated in the water electrolysis system flows, and the hydrogen consumption device 400 is connected to the hydrogen storage unit 300, as in the present embodiment. , and the hydrogen generated in the water electrolysis system is preferably supplied to the hydrogen consuming device 400 via the hydrogen reservoir 300 .

・水電解装置50は、上記実施形態に限定されず、任意の水電解装置に適用することができる。例えば、1つの水電解スタック10を備える構成にしてもよい。また、PEM(Polymer Electrolyte Membrane:固体高分子電解質膜)形の水電解装置に限らず、アルカリ形、SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell:固体酸化物型水電解)等、種々の水電解装置を用いることができる。 - The water electrolysis device 50 is not limited to the above embodiment, and can be applied to any water electrolysis device. For example, one water electrolysis stack 10 may be provided. In addition, it is possible to use various water electrolysis devices such as alkaline type water electrolysis devices and SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cells) in addition to PEM (Polymer Electrolyte Membrane) type water electrolysis devices. can be done.

・また、運転有無決定処理において、運転させることを決定した後の水電解装置の運転方法は、上記実施形態に限定されず、任意の運転方法を採用することができる。例えば、電源200から供給される電力を、4つの水電解スタック10に均等に分配してもよい。 - In addition, in the operation presence/absence determination process, the operation method of the water electrolysis device after it is determined to operate is not limited to the above-described embodiment, and any operation method can be adopted. For example, power supplied from the power supply 200 may be evenly distributed to the four water electrolysis stacks 10 .

・上記実施形態において、水電解装置50がコールドスタートの状態であることを、運転停止継続時間t2が運転停止継続時間閾値T2以上であることにより判断する例を示したが、水電解装置50がコールドスタートの状態であることは、別の条件により判断してもよい。例えば、制御装置30が水素要求量aを受付けたときの水電解スタック10の温度に基づいて判断してもよい。水電解スタック10の温度としては、例えば、水電解スタック10への水の供給口内の温度、水電解スタック10の温度調節をするための熱媒体の温度等を用いることができる。これらの温度が低温(効率が悪い任意の値を設定)の場合にコールドスタートと判断することができる。 - In the above-described embodiment, an example is shown in which the water electrolysis device 50 is in a cold start state by judging that the operation stoppage duration time t2 is equal to or greater than the operation stoppage duration time threshold value T2. The cold start state may be determined according to another condition. For example, the determination may be made based on the temperature of the water electrolysis stack 10 when the control device 30 receives the hydrogen demand a. As the temperature of the water electrolysis stack 10, for example, the temperature inside the water supply port to the water electrolysis stack 10, the temperature of the heat medium for adjusting the temperature of the water electrolysis stack 10, or the like can be used. A cold start can be determined when these temperatures are low (arbitrary values with poor efficiency are set).

・上記実施形態において、水電解システム100において生成された水素が水素貯留部300を介して水素消費装置400に供給される例を示したが、これに限定されない。例えば、水電解システム100から、水素貯留部300を介さず水素消費装置400に水素を供給する流路をさらに備える構成にしてもよい。 - In the above-described embodiment, an example in which hydrogen generated in the water electrolysis system 100 is supplied to the hydrogen consuming device 400 via the hydrogen reservoir 300 is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the configuration may further include a flow path for supplying hydrogen from the water electrolysis system 100 to the hydrogen consuming device 400 without passing through the hydrogen reservoir 300 .

・上記実施形態において、運転時間閾値T1を、水電解装置50のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、水素製造原単位が略一定になる最小の時間に設定しているが、これに限定されず、最小の時間の近傍に設定することができる。ここで、近傍の範囲を、水素製造原単位が略一定になる最小の時間の±αとしたとき、αを、以下のように定義することができる。運転時間が(水素製造原単位が略一定になる最小の時間-α)のときの水素製造原単位と、運転時間が水素製造原単位が略一定になる最小の時間のときの水素製造原単位との差が、図4に示す運転時間と水素製造原単位との関係における水素製造原単位の最大値と、一定の値に収束した値(収束値)との差の10%になる。このようにしても、水電解装置50の効率を向上させることができる。 - In the above-described embodiment, the operating time threshold T1 is set to the minimum time at which the hydrogen production unit consumption is substantially constant in the relationship between the operation time from the cold start of the water electrolysis device 50 and the hydrogen production unit consumption. However, it is not limited to this, and can be set near the minimum time. Here, when the neighborhood range is ±α of the minimum time when the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant, α can be defined as follows. Hydrogen production intensity when operating time is (minimum time at which hydrogen production intensity becomes approximately constant - α) and hydrogen production intensity when operating time is the minimum time at which hydrogen production intensity becomes approximately constant is 10% of the difference between the maximum value of the hydrogen production unit consumption in the relationship between the operation time and the hydrogen production unit consumption shown in FIG. Also in this way, the efficiency of the water electrolysis device 50 can be improved.

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。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、削除することができる。 Although the present invention has been described above based on the embodiments and modifications, the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the present invention. This invention may be modified and modified without departing from its spirit and scope of the claims, and this invention includes equivalents thereof. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

1…MEA
1a…電解質膜
1b…酸素極
1c…水素極
2、3…ガスケット
4…セパレータ
5、6…給電体
10…水電解システム
10、11、12、13、14…水電解スタック
10C…水電解セル
20…電力供給部
30…制御部
40…水供給部
50…水電解装置
100…水電解システム
200…電源
300…水素貯留部
302…水素残量センサ
400…水素消費装置
1...MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a... Electrolyte membrane 1b... Oxygen electrode 1c... Hydrogen electrode 2, 3... Gasket 4... Separator 5, 6... Feeder 10... Water electrolysis system 10, 11, 12, 13, 14... Water electrolysis stack 10C... Water electrolysis cell 20 Power supply unit 30 Control unit 40 Water supply unit 50 Water electrolysis device 100 Water electrolysis system 200 Power supply 300 Hydrogen reservoir 302 Remaining hydrogen sensor 400 Hydrogen consumption device

Claims (6)

水の電気分解により水素を製造する水電解装置を制御する制御装置であって、
前記水電解装置は、前記水電解装置において製造された水素を、前記水電解装置に接続された水素貯留部に貯留可能に構成されており、
前記制御装置は、
入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出し、
前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させ、
前記運転時間閾値は、
前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である、
制御装置。
A control device for controlling a water electrolysis device that produces hydrogen by electrolysis of water,
The water electrolysis device is configured to store hydrogen produced in the water electrolysis device in a hydrogen storage unit connected to the water electrolysis device,
The control device is
calculating the scheduled operating time of the water electrolysis device from the input hydrogen demand;
The scheduled operation time is less than a predetermined operation time threshold, the water electrolysis device is in a cold start state, and the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit is less than the predetermined storage threshold. If the operation stop condition of being large is satisfied, the water electrolysis device is not operated, and if the operation stop condition is not satisfied, the water electrolysis device is operated for at least the scheduled operation time,
The driving time threshold is
In the relationship between the operating time from the cold start of the water electrolysis device and the hydrogen production unit consumption, it is a value near the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant.
Control device.
請求項1に記載の制御装置であって、
前記水電解装置の運転停止継続時間が所定の運転停止継続時間閾値より大きい場合に、前記水電解装置がコールドスタートの状態であると判断する、
制御装置。
The control device according to claim 1,
determining that the water electrolysis device is in a cold start state when the shutdown duration of the water electrolysis device is greater than a predetermined shutdown duration time threshold;
Control device.
水の電気分解により水素を製造する水電解装置と、前記水電解装置を制御する制御装置と、を備える水電解システムであって、
前記水電解装置は、前記水電解装置において製造された水素を、前記水電解装置に接続された水素貯留部に貯留可能に構成されており、
前記制御装置は、
請求項1または請求項2に記載の制御装置である、
水電解システム。
A water electrolysis system comprising: a water electrolysis device that produces hydrogen by electrolysis of water; and a control device that controls the water electrolysis device,
The water electrolysis device is configured to store hydrogen produced in the water electrolysis device in a hydrogen storage unit connected to the water electrolysis device,
The control device is
A control device according to claim 1 or claim 2,
water electrolysis system.
請求項3に記載の水電解システムであって、
前記水電解装置は、
n(n≧1の整数)個の固体高分子形の水電解スタックと、
前記n個の前記水電解スタックのそれぞれに対して、電源から入力される入力電力を、個別に分配可能な電力供給部を、備え、
前記制御装置は、
前記水電解装置を運転させる際、
前記n個の水電解スタックのうち、m(1≦m≦nの整数)個の前記水電解スタックを選択し、前記電力供給部を制御して、前記m個の水電解スタックのそれぞれへ、下限電流値以上の電流の電力を供給させ、
前記下限電流値は、
前記水電解スタックの電流効率が98%以上となり、かつ、前記電源の電源効率と、前記水電解スタックの電力効率と、の積である総合電力効率が最大となる電流値であり、
前記mは、
前記入力電力に応じて決定され、前記m個の水電解スタックのそれぞれに、前記下限電流値で電力を供給可能な最大数である、
水電解システム。
The water electrolysis system according to claim 3,
The water electrolysis device is
n solid polymer type water electrolysis stacks (an integer of n≧1);
a power supply unit capable of individually distributing input power input from a power supply to each of the n water electrolysis stacks;
The control device is
When operating the water electrolysis device,
m (integer of 1 ≤ m ≤ n) water electrolysis stacks are selected from the n water electrolysis stacks, and the power supply unit is controlled to each of the m water electrolysis stacks, supply power with current equal to or higher than the lower limit current value,
The lower limit current value is
A current value at which the current efficiency of the water electrolysis stack is 98% or more and the total power efficiency, which is the product of the power supply efficiency of the power supply and the power efficiency of the water electrolysis stack, is maximized,
Said m is
is determined according to the input power, and is the maximum number of power that can be supplied to each of the m water electrolysis stacks at the lower limit current value;
water electrolysis system.
水の電気分解により製造した水素を、自身に接続された水素貯留部に貯留可能に構成された水電解装置の運転方法であって、
入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出し、
前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させ、
前記運転時間閾値は、
前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である、
水電解装置の運転方法。
A method of operating a water electrolysis device configured to be able to store hydrogen produced by electrolysis of water in a hydrogen storage unit connected thereto, comprising:
calculating the scheduled operating time of the water electrolysis device from the input hydrogen demand;
The scheduled operation time is less than a predetermined operation time threshold, the water electrolysis device is in a cold start state, and the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit is less than the predetermined storage threshold. If the operation stop condition of being large is satisfied, the water electrolysis device is not operated, and if the operation stop condition is not satisfied, the water electrolysis device is operated for at least the scheduled operation time,
The driving time threshold is
In the relationship between the operating time from the cold start of the water electrolysis device and the hydrogen production unit consumption, it is a value near the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant.
A method of operating a water electrolysis device.
水の電気分解により製造した水素を、自身に接続された水素貯留部に貯留可能に構成された水電解装置を制御するためのプログラムであって、コンピュータに、
入力される水素要求量から、前記水電解装置の予定運転時間を算出する機能と、
前記予定運転時間が所定の運転時間閾値より小さく、かつ前記水電解装置がコールドスタートの状態であり、かつ前記水素貯留部内の水素貯留量から前記水素要求量を減じた量が所定の貯留閾値より大きいという運転停止条件を満たす場合は、前記水電解装置を運転させず、前記運転停止条件を満たさない場合に、前記水電解装置を、少なくとも前記予定運転時間の間、運転させる機能と、を実現させるためのプログラムであって、
前記運転時間閾値は、
前記水電解装置のコールドスタートからの運転時間と水素製造原単位との関係において、前記水素製造原単位が略一定になる最小の時間の近傍の値である、
プログラム。
A program for controlling a water electrolysis device configured to store hydrogen produced by electrolysis of water in a hydrogen storage unit connected thereto, the program comprising:
a function of calculating a scheduled operating time of the water electrolysis device from the input hydrogen demand;
The scheduled operation time is less than a predetermined operation time threshold, the water electrolysis device is in a cold start state, and the amount obtained by subtracting the hydrogen demand amount from the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit is less than the predetermined storage threshold. and a function of not operating the water electrolysis device when the operation stop condition of being large is satisfied, and operating the water electrolysis device for at least the scheduled operation time when the operation stop condition is not satisfied. A program for
The driving time threshold is
In the relationship between the operating time from the cold start of the water electrolysis device and the hydrogen production unit consumption, it is a value near the minimum time at which the hydrogen production unit consumption becomes substantially constant.
program.
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