JP5327585B2 - エネルギーシステム - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーシステムに関し、特に、再生可能エネルギーを利用したエネルギーシステムに関する。

再生可能エネルギーは、バイオマス燃料、バイオマス由来の廃棄物により製造された燃料、バイオマス由来の熱などの他に、いったんは電気に変化されて取り出される大規模水力発電、中小水力発電、太陽光発電、風力発電、地熱発電、波力発電、海洋温度差発電など、多くの自然エネルギーがある。従来、この再生可能エネルギー由来の電気は、電力会社に売却されるか、その場で電解式水素製造装置により水素・酸素への変換が行なわれている。

水素は、同じ二次エネルギーである電力に比べて、貯蔵性の点では決定的な優位性を持っている。気候や季節に依存し、出力のコントロールが困難な自然エネルギーが多くをしめる再生可能エネルギーを有効に利用するうえで、水素のこの利点はきわめて重要である。

しかし、水素を二次エネルギーとして利用するとき、特に自然エネルギーを利用して水素を製造する場合には、自然エネルギーを得る場所が、奥深い山中、風の強い海岸など、水素の多くを消費する都会とは離れていることが多い。これらの場所は、水素の輸送インフラであるパイプラインや水素の液化輸送の機器の普及など輸送手段が未熟であることから、再生可能エネルギーの開発が進まないという課題があった。また、開発が進まないことにより輸送手段が未熟のままであるという悪循環となっている。

さらに、現在風力や中小水力などで発電された電気は、電力会社に売電されているが、電力会社への買い取り相場は低く発電コストとの採算性が悪いという課題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、再生可能エネルギーを効率良く利用する技術の提供にある。

本発明のある態様は、エネルギーシステムに関する。このエネルギーシステムは、再生可能エネルギーにより発電し、発電された電気を近傍の電力会社の送電ネットワークから託送する複数の発電装置と、前記送電ネットワークに接続され、前記発電装置から託送された電気を受け取って、受け取った電気により水素、又は水素及び酸素を製造する電解式水素製造装置と、を備える。

エネルギーシステムは、前記発電装置を管理する事業者に与える対価を管理する課金サーバを更に備え、前記課金サーバは、前記電解式水素製造装置により製造された水素又は酸素を利用者に譲渡することにより得られる対価を管理する水素売価管理部と、前記送電ネットワークによる託送に要する費用を管理する託送費用管理部と、を備えることを特徴とする。

エネルギーシステムは、前記送電ネットワークの送電状況を管理する管理サーバを更に備えてもよく、前記管理サーバは、前記送電ネットワーク全体の信頼性が確保される範囲内で、前記発電装置から託送する電気の授受時間を調整する調整部を備えてもよい。

前記電解式水素製造装置は、前記水素又は水素及び酸素を製造する際に、前記発電装置から託送された電気のみでは不足している場合、前記送電ネットワークから更に電気を受け取ってもよい。

前記発電装置は、既存ダムの発電用水利以外の農業用水、工業用水道用水、上水道用水、かんがい用水、洪水調節・農地防災用水、消流雪用水、河川維持用水、不特定用水、レクリエーション用水から選ばれた一つ又は複数の任意の組み合わせを利用して発電を行ってもよい。

エネルギーシステムは、該エネルギーシステムの運用を監視する監視サーバを更に備えてもよく、前記監視サーバは、通信ネットワークを介して前記発電装置から前記発電装置の状態情報を取得する発電状態取得部と、通信ネットワークを介して前記電解式水素製造装置から水素又は酸素の製造情報を取得する製造情報取得部と、前記発電装置の状態情報及び前記電解式水素製造装置の製造情報を分析して、前記発電装置及び前記電解式水素製造装置の運転制御の内容を決定する分析部と、前記通信ネットワークを介して前記発電装置又は前記電解式水素製造装置に前記分析部による分析情報又は運転制御情報を送信する送信部と、を備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、再生可能エネルギーを効率良く利用する技術を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るエネルギーシステムの構成を示す。エネルギーシステム１０は、再生可能エネルギーにより発電し、発電された電気を近傍の電力会社の送電ネットワーク２０から託送する複数の発電システム２１〜２７と、送電ネットワーク２０に接続され、発電システム２１〜２７から託送された電気を受け取って、受け取った電気により水素、又は水素及び酸素を製造する電解式水素製造装置２８と、電解式水素製造装置２８から製造された水素を受け取って、受け取った水素を利用する水素利用者装置２９と、エネルギーシステム全体を管理する管理システム４０を備える。

複数の発電システムは、太陽光発電システム２１、既存ダム未利用水力発電システム２２、地熱発電システム２３、バイオマス発電システム２４、中小水力発電システム２５、風力発電システム２６、及び波力発電システム２７を含む。既存ダム未利用水力発電システム２２又は中小水力発電システム２５は、例えば、既存ダムの発電用水利以外の農業用水、工業用水道用水、上水道用水、かんがい用水、洪水調節・農地防災用水、消流雪用水、河川維持用水、不特定用水、レクリエーション用水から選ばれた一つ又は複数の任意の組み合わせを利用して発電を行う。

複数の発電システム２１〜２７は、通信ネットワークの一例であるインターネット３０に接続されており、インターネット３０を介して、管理システム４０との間でデータを送受信する。

本実施の形態のエネルギーシステム１０では、点在する発電システム２１〜２７において再生可能エネルギーにより発電された電気を、送電ネットワーク２０により託送し、水素需要地域に電解式水素製造装置２８を設けて、送電ネットワーク２０から受け取った電気で水素を製造し、需要者に販売する。

再生可能エネルギーは、地球温暖化効果ガスをほとんど排出しない理想的なエネルギーであるが、ダムの発電未利用水、自流水、中小河川発電、風力、上水道ライン、下水放流口などは全国に点在する。これらは、大規模なものから多くの小規模なものまで存在しており、それぞれ丁寧に開発していく必要がある。一方で、温暖化効果ガスの排出の削減に向けて、国、地方自治体、大企業を中心に、再生可能エネルギーの使用比率を高めていく必要があり、再生可能エネルギーの需要は拡大する。従来のように、再生可能エネルギーが得られる場所で水素を製造すると、それぞれの場所で水素の製造、貯蔵、及び輸送のための設備投資が必要であり、さらに輸送されてきた様々な量の水素を購入者の必要量にまとめて再輸送する設備も必要となるので、ここにも設備投資が必要であった。

本実施の形態のエネルギーシステム１０によれば、それぞれの場所での水素の製造設備と貯蔵と輸送のための設備投資が不要となる。また、需要の高い地域に大型の電解式水素製造装置２８を設置して水素製造を行えば、需要地域における水素インフラの整備を最小限に抑え、エネルギーシステム１０全体の設備投資を大幅に少なくすることができる。また、水素の輸送手段が整備されていない、山中や海岸などの不便な場所の再生可能エネルギーであっても、電気の形態で、ほぼ全国を網羅している送電ネットワークにより容易に都市部へ託送して利用することができるので、貴重で重要なクリーンエネルギー資源を増大させ、拡大する需要に応えることができる。また、発電システムの管理事業者からみても、再生可能エネルギーを、低い買い取り相場で電力会社に売電されるのではなく、付加価値の最も高い水素や酸素に変換して売ることができるので、採算性が良くなるというメリットがある。

図２は、管理システム４０の構成を示す。管理システム４０は、それぞれの発電システム２１〜２７を管理する事業者に与える対価を管理する課金サーバ５０、送電ネットワーク２０の送電状況を管理する管理サーバ６０、及びエネルギーシステム１０の運用を監視する監視サーバ７０を備える。

課金サーバ５０は、電解式水素製造装置２８により製造された水素又は酸素を水素利用者装置２９に譲渡することにより得られる対価を管理する水素売価管理部５１、送電ネットワーク２０による託送に要する費用を管理する託送費用管理部５２、及び課金情報を格納する課金データベース５３を備える。水素売価管理部５１及び託送費用管理部５２は、各装置の管理者に対して与えるべき対価や、各装置の管理者が支払うべき費用を算出し、課金データベース５３に記録する。電解式水素製造装置２８は、水素又は水素及び酸素を製造する際に、発電システムから託送された電気のみでは不足している場合、送電ネットワーク２０から更に電気を受け取ってもよい。この場合、課金サーバ５０は、電解式水素製造装置２８が更に受け取った電気の量を取得し、その対価を電解式水素製造装置２８の管理者に対して課金する処理を行う。これにより、エネルギーシステム１０に関与する事業者及び利用者の課金情報を統括的に管理することができる。

管理サーバ６０は、それぞれの発電システム２１〜２７から託送される電気の送電状況を取得する送電状況取得部６１、送電ネットワーク２０全体の信頼性が確保される範囲内で、発電システム２１〜２７から託送する電気の授受時間を調整する調整部６２、及び託送する電気の授受時間に関する指令をそれぞれの発電システム２１〜２７へ送信する送信部６３を備える。調整部６２は、それぞれの発電システム２１〜２７から単位時間に託送可能な電気量の上限値を保持しておき、送電状況取得部６１が取得した情報を参照して、送電量が上限値を超える場合は、送電量を制限する。これにより、送電ネットワーク２０全体の信頼性を確保することができる。

監視サーバ７０は、インターネット３０を介して発電システム２１〜２７から発電システム２１〜２７の状態情報を取得する発電状態取得部７１と、インターネット３０を介して電解式水素製造装置２８から水素又は酸素の製造情報を取得する製造情報取得部７２と、発電システム２１〜２７の状態情報及び電解式水素製造装置２８の製造情報を分析して、発電システム２１〜２７及び電解式水素製造装置２８の運転制御の内容を決定する分析部７３と、インターネット３０を介して発電システム２１〜２７又は電解式水素製造装置２８に分析部７３による分析情報又は運転制御情報を送信する送信部７４とを備える。分析部７３は、例えば、発電システム２１〜２７による送電量の総和が、電解式水素製造装置２８が必要としている電気量の総和を所定量以上超える場合に、発電システム２１〜２７による送電を制限してもよい。逆に、電解式水素製造装置２８が必要としている電気量の総和が、発電システム２１〜２７による送電量の総和を超える場合に、可能であれば、発電システム２１〜２７の発電量を増加させ、それが不可能であれば、電解式水素製造装置２８の運転を制限してもよい。分析部７３は、課金サーバ５０が管理している課金情報を更に参照し、託送に要する費用、水素の売価、現在までの課金額などを考慮して、エネルギーシステム１０全体の経済効果を分析してもよい。これにより、エネルギー効率を向上させることができるとともに、エネルギーシステム１０全体のコストパフォーマンスを向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態に係るエネルギーシステムの構成を示す図である。 実施の形態に係る管理システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０ エネルギーシステム、２０ 送電ネットワーク、２８ 電解式水素製造装置、２９ 水素利用者装置、３０ インターネット、４０ 管理システム、５０ 課金サーバ、５１ 水素売価管理部、５２ 託送費用管理部、５３ 課金データベース、６０ 管理サーバ、６１ 送電状況取得部、６２ 調整部、６３ 送信部、７０ 監視サーバ、７１ 発電状態取得部、７２ 製造情報取得部、７３ 分析部、７４ 送信部。

Claims (5)

1. 再生可能エネルギーにより発電し、発電された電気を近傍の電力会社の送電ネットワークから託送する複数の発電装置と、
   前記送電ネットワークに接続され、前記発電装置から託送された電気を受け取って、受け取った電気により水素、又は水素及び酸素を製造する電解式水素製造装置と、
   前記発電装置を管理する事業者に与える対価を管理する課金サーバとを備え、
   前記課金サーバは、前記電解式水素製造装置により製造された水素又は酸素の譲渡利用により得られる対価を管理する水素売価管理部と、前記送電ネットワークによる託送に要する費用を管理する託送費用管理部と、
   を備えることを特徴とするエネルギーシステム。
2. 前記送電ネットワークの送電状況を管理する管理サーバを更に備え、
   前記管理サーバは、
   前記送電ネットワーク全体の信頼性が確保される範囲内で、前記発電装置から託送する電気の授受時間を調整する調整部を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
3. 前記電解式水素製造装置は、前記水素又は水素及び酸素を製造する際に、前記発電装置から託送された電気のみでは不足している場合、前記送電ネットワークから更に電気を受け取ることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のエネルギーシステム。
4. 前記発電装置は、既存ダムの発電用水利以外の農業用水、工業用水道用水、上水道用水、かんがい用水、洪水調節・農地防災用水、消流雪用水、河川維持用水、不特定用水、レクリエーション用水から選ばれた一つ又は複数の任意の組み合わせを利用して発電を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエネルギーシステム。
5. 該エネルギーシステムの運用を監視する監視サーバを更に備え、
   前記監視サーバは、
   通信ネットワークを介して前記発電装置から前記発電装置の状態情報を取得する発電状態取得部と、
   通信ネットワークを介して前記電解式水素製造装置から水素又は酸素の製造情報を取得する製造情報取得部と、
   前記発電装置の状態情報及び前記電解式水素製造装置の製造情報を分析して、前記発電装置及び前記電解式水素製造装置の運転制御の内容を決定する分析部と、
   前記通信ネットワークを介して前記発電装置又は前記電解式水素製造装置に前記分析部による分析情報又は運転制御情報を送信する送信部と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエネルギーシステム。

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