JP6005503B2 - Hydrogen power supply system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、水素電力供給システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a hydrogen power supply system.
化石燃料の枯渇、および大気中への二酸化炭素の放出による地球温暖化への対策が様々な産業部門で推進されているが、特に運輸関係におけるインパクトは大きい。従来の化石燃料で駆動される内燃機関車両の代替として、蓄電池でモーターを駆動する電気自動車(Electric Vehicle:EV)、および水素による燃料電池発電を介してモーターを駆動する燃料電池自動車(Fuel Cell Vehicle:FCV)の導入検討が進められている。 Countermeasures against global warming due to the depletion of fossil fuels and the release of carbon dioxide into the atmosphere are being promoted in various industrial sectors, but the impact on transportation is particularly great. As an alternative to conventional internal combustion engine vehicles driven by fossil fuels, electric vehicles (EVs) that drive motors with storage batteries and fuel cell vehicles (Fuel Cell Vehicles) that drive motors via fuel cell power generation using hydrogen : FCV) is being studied.
いずれについても、導入に際しての課題として、ガソリンスタンドに代わるエネルギー補給設備の充実が挙げられる。燃料となる電力及び水素については、化石燃料によらないエネルギー源として、太陽光や風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーを基に製造・供給されることが望ましいが、現段階では、十分な設備が整えられているとはいえない。 In both cases, the challenge for introduction is the enhancement of energy supply equipment to replace the gas station. It is desirable to produce and supply electric power and hydrogen as fuel based on renewable energy represented by sunlight, wind power, geothermal heat, etc. as an energy source that does not depend on fossil fuels. It cannot be said that the facilities are in place.
また、電気自動車および燃料電池自動車は、これまでのところエネルギー供給インフラを含めて別個に開発・導入準備が進められているが、導入時期が重なる場合には、設備の無駄を省いて、両者に高効率で電力および水素を提供できる設備を提供できることが望ましい。 In addition, electric vehicles and fuel cell vehicles have so far been separately prepared for development and introduction, including the energy supply infrastructure. It is desirable to be able to provide facilities that can provide power and hydrogen with high efficiency.
さらに、再生可能エネルギーは出力が安定しないことが課題であり、車両へのエネルギー供給も決して連続的には行われないことが予想されることから、実際の利用に当たっては、エネルギーの授受双方についての変動の吸収が必要になる。 In addition, the issue of renewable energy is that the output is not stable, and it is expected that the energy supply to the vehicle will never be carried out continuously. It is necessary to absorb fluctuations.
このためには、可能な限り大容量のエネルギー貯蔵設備が求められる。再生可能エネルギーを供給可能なエリアの中で、需要と供給のギャップを吸収できない場合には、既存の電力系統との電力授受が必要になるが、この場合はできるだけ急激な変動を避けるなど、電力系統への負荷軽減が重要である。このためにも高速・大容量でエネルギーを変換・貯蔵できる設備の役割は大きい。 For this purpose, an energy storage facility having a capacity as large as possible is required. If the gap between demand and supply cannot be absorbed in an area where renewable energy can be supplied, it will be necessary to exchange power with the existing power system. It is important to reduce the load on the grid. For this reason, the role of equipment capable of converting and storing energy at high speed and large capacity is significant.
これまで、車両への水素供給や電気エネルギーの供給インフラに関する技術が提案されているが、これらの技術内容は、いずれも停電時や負荷平準化に対応する電力供給技術であり、水素と電気の双方を供給するための技術ではない。 Until now, technologies related to hydrogen supply to vehicles and infrastructure for supplying electric energy have been proposed, but these technologies are all power supply technologies for power outages and load leveling. It is not a technology for supplying both.
太陽光や風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーによる電気自動車および燃料電池自動車へのエネルギー供給については、化石燃料によらないエネルギー源として、太陽光や風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーを用いることが望ましいが、殆どの再生可能エネルギーは出力が安定しておらず、常時稼動する自動車へのエネルギー供給手段としての活用が難しい。 Regarding energy supply to electric vehicles and fuel cell vehicles using renewable energy represented by sunlight, wind, geothermal, etc., renewable energy represented by sunlight, wind, geothermal, etc., as an energy source that does not depend on fossil fuels. Although it is desirable to use energy, the output of most renewable energy is not stable, and it is difficult to use it as an energy supply means for an automobile that is always in operation.
電気自動車に対しては、再生可能エネルギーの出力の不安定さを解決するために、二次電池などによる蓄電システムを備える電気スタンドが考えられるが、二次電池は短周期出力の制御用バッファとしての機能としての容量程度を備える場合が多い。 For electric vehicles, in order to solve the unstable output of renewable energy, a desk lamp equipped with a power storage system such as a secondary battery can be considered, but the secondary battery is used as a short-cycle output control buffer. In many cases, it has a capacity as a function.
そのため、停電や災害時に1日〜数日間といった長時間の自立を想定する場合、大容量の蓄エネルギーが必要になるが、二次電池などの蓄電池を持つシステムでは、稼働率などの観点を含めて大容量化の対応が難しい。 Therefore, when assuming long-term independence such as one day to several days in the event of a power failure or disaster, a large amount of energy storage is required. However, in systems with storage batteries such as secondary batteries, including aspects such as operation rate It is difficult to cope with large capacity.
また、再生可能エネルギーを用いて水電解などで製造した水素を燃料電池車に供給する水素ステーションは実証試験も含めて徐々に設置されつつある。 Hydrogen stations that supply hydrogen produced by water electrolysis using renewable energy to fuel cell vehicles are gradually being installed, including demonstration tests.
水素ステーションについても不安定な出力に対応するため、系統商用電源を用いて出力を安定化させ、水素製造を行っているが、この場合、系統電力による出力調整が必要で、自立したステーションとしては成立しない。 In order to cope with the unstable output of the hydrogen station as well, the output is stabilized using the grid commercial power supply and hydrogen production is performed. In this case, output adjustment by grid power is necessary, and as a self-supporting station, Not satisfied.
また、電気自動車および燃料電池自動車については併行して市場導入が進められているが、実際に導入時期が重なる場合には、設備の無駄を省いて両者に高効率でエネルギーを供給する設備を提供できることが望ましい。 Electric vehicles and fuel cell vehicles are also being introduced to the market at the same time. However, when the introduction time actually overlaps, facilities that supply energy to both parties with high efficiency are provided without waste of facilities. It is desirable to be able to do it.
本発明が解決しようとする課題は、電気自動車および燃料電池自動車の双方に対して再生可能エネルギーを用いて安定的にかつ高効率に自立してエネルギーを供給することができる水素電力供給システムを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogen power supply system capable of supplying energy stably and efficiently independently to both electric vehicles and fuel cell vehicles using renewable energy. There is to do.
実施形態の水素電力供給システムは、再生可能エネルギー発電ユニット、蓄電ユニット、水電解ユニット、水素貯蔵ユニット、水素発電ユニット、蓄熱ユニット、電力供給ユニット、水素供給ユニット、管理ユニットを備える。再生可能エネルギー発電ユニットは再生可能エネルギーを利用して発電する。蓄電ユニットは発電された電力の一部を蓄える。水電解ユニットは蓄電ユニットにより蓄電された電力によって水を電気分解して水素を製造する。水素貯蔵ユニットは水電解ユニットにより製造された水素を備蓄する。水素発電ユニットは水素貯蔵ユニットに備蓄された水素を用いて発電を行う。蓄熱ユニットは再生可能エネルギー発電ユニットおよび水素発電ユニットの少なくとも一方で発電時に発生する熱を蓄積し、熱を水電解ユニットに供給する。電力供給ユニットは蓄電ユニットに蓄電された電力、外部の電力系統から供給された電力および再生可能エネルギー発電ユニットから供給された電力の少なくとも一つの電力を供給対象に供給する。水素供給ユニットは水素貯蔵ユニットに貯蔵されている水素または水素を含む媒体を、供給対象に供給する。管理ユニットは各ユニットにおける電力、水素、熱の需給状況を監視し、監視した需給状況に基づき今後の不足分を補うよう各ユニットの運転を制御する。 Hydrogen power supply system of the embodiment comprises renewable energy generation units, the power storage unit, water electrolysis unit, the hydrogen storage unit, hydrogen generation unit, thermal storage units, power supply units, the hydrogen supply unit, the management unit. The renewable energy power generation unit generates power using renewable energy. The power storage unit stores a part of the generated power . Water electrolysis unit by electrolysis of water by power stored by a charge reservoir unit to produce a hydrogen. The hydrogen storage unit stores hydrogen produced by the water electrolysis unit . Hydrogen generation unit for generating electric power using the hydrogen that is stockpiled hydrogen storage unit. Thermal storage unit stores the heat generated during power generation in at least one of the renewable energy unit and hydrogen generation unit, supplies heat to the water electrolysis unit. The power supply unit supplies at least one of the power stored in the power storage unit, the power supplied from the external power system, and the power supplied from the renewable energy power generation unit to the supply target. The hydrogen supply unit supplies hydrogen or a medium containing hydrogen stored in the hydrogen storage unit to a supply target. The management unit monitors the supply / demand situation of power, hydrogen, and heat in each unit, and controls the operation of each unit so as to compensate for future shortages based on the monitored supply / demand situation.
本発明によれば、水素自動車および燃料電池自動車に対して、再生可能エネルギーを利用して安定的にかつ高効率に自立してエネルギーを供給することができる電気・水素併給のスタンドシステムを構築することができる。 According to the present invention, an electric / hydrogen combined stand system that can supply energy to hydrogen vehicles and fuel cell vehicles in a stable and highly efficient manner using renewable energy is constructed. be able to.
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態の水素電力供給システムの構成を示す図である。
図1に示すように、この第1実施形態の水素電力供給システム10は、電力供給ユニット11、水素供給ユニット12、再生可能エネルギー発電ユニット13、蓄電ユニット14、水電解ユニット15、水供給ユニット16、水素貯蔵ユニット17、酸素貯蔵ユニット18、水素発電ユニット19、水回収ユニット20、蓄熱ユニットとしての蓄熱・熱交換ユニット21、外部電力系統接続ユニット22、水素補給ユニット23、管理ユニット24などを備える。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a hydrogen power supply system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the hydrogen power supply system 10 of the first embodiment includes a power supply unit 11, a
電力供給ユニット11は、蓄電ユニット14に蓄電された電力、外部電力系統接続ユニット22から供給された電力または再生可能エネルギー発電ユニット13から供給された電力を供給対象(電気自動車など)に供給する。
The power supply unit 11 supplies the power stored in the
水素供給ユニット12は、水素貯蔵ユニット17に貯蔵されている水素または水素を含む媒体を、供給対象(燃料電池自動車など)に供給する。すなわち水素供給ユニット12は、水素貯蔵ユニット17に貯蔵された水素の一部を直接供給対象、つまり燃料電池自動車などに供給する。
The
再生可能エネルギー発電ユニット13は、太陽光、太陽熱、風力、地熱などの再生可能エネルギーのうち少なくとも一つの再生可能エネルギーを利用して発電する。この他、再生可能エネルギーとして潮力などを用いてもよい。蓄電ユニット14は、再生可能エネルギー発電ユニット13により発電された電力の一部を蓄える。
The renewable energy
水電解ユニット15には、例えばアルカリ電解装置や固体高分子膜型セルによる電解装置、さらには固体酸化物形セルを利用した電解装置などが適用可能である。水電解ユニット15は、水供給ユニット16により供給された水を、蓄電ユニット14により蓄電された電力によって電気分解して水素および酸素を製造する。
As the
水供給ユニット16は、電気分解用の水(精製水)を水電解ユニット15へ供給する。水供給ユニット16には外部から精製水を補給する。水素貯蔵ユニット17は、水電解ユニット15により製造された水素を備蓄する。
The
酸素貯蔵ユニット18は、水電解ユニット15により製造された酸素を備蓄する。酸素貯蔵ユニット18に蓄積した酸素は、医療や養殖など外部用途に用いてもよく、再び水素と共に水素発電ユニット19での発電に用いてもよい。
The oxygen storage unit 18 stores the oxygen produced by the
水素発電ユニット19は、水素貯蔵ユニット17に備蓄されている水素を用いて発電を行う。水素発電ユニット19としては、固体高分子形や固体酸化物形等の各種燃料電池の他に、内燃機関による発電機なども適用が可能である。水回収ユニット20は、発電時に発生する水を回収する。
The hydrogen
蓄熱・熱交換ユニット21は、再生可能エネルギー発電ユニット13内で発電時に発生する熱、および水電解ユニット15により水素製造時に吸収される熱を管理する。
The heat storage / heat exchange unit 21 manages heat generated during power generation in the renewable energy
具体的には、蓄熱・熱交換ユニット21は、再生可能エネルギー発電ユニット13および水素発電ユニット19が発電時に発生する熱を蓄える蓄熱槽21aと、この蓄熱槽21aに蓄えられた熱を水電解ユニット15と水素貯蔵ユニット17に供給する供給機構21bとを備える。
Specifically, the heat storage / heat exchange unit 21 includes a
蓄熱・熱交換ユニット21は、再生可能エネルギー発電ユニット13内で発電時に発生する熱を蓄熱槽に蓄積し、水電解ユニット15が水素を製造するときに、蓄熱槽21aに蓄積されている熱を供給機構21bが水電解ユニット15と水素貯蔵ユニット17に供給する。
The heat storage / heat exchange unit 21 stores heat generated during power generation in the renewable energy
外部電力系統接続ユニット22は、外部の電力系統との電力授受を管理する。外部電力系統接続ユニット22は、外部の電力系統との接続を遮断する際に、このユニット自体を動作させる(運用する)ための電力を、水素貯蔵ユニット17が貯蔵する水素による発電または蓄電ユニット14からの給電を受けて外部の電力系統との接続を遮断するよう電力線を切り替える。
The external power
水素補給ユニット23は、発電の基となる水素が不足する自体を考慮し、例えばバイオマスの改質などで得られる水素をタンクローリーやパイプラインなどで外部から得て水素貯蔵ユニット17に貯蔵する。すなわち水素補給ユニット23は、外部より水素または水素を貯蔵する媒体を補給する。
The
すなわち、この第1実施形態の水素電力供給システム10は、電気自動車に電力を供給する電力供給ユニット11と、燃料電池自動車に水素を供給する水素供給ユニット12の、少なくとも2種類の次世代自動車用燃料供給ユニットとを有する。
That is, the hydrogen power supply system 10 of the first embodiment is for at least two types of next-generation vehicles, that is, a power supply unit 11 that supplies power to an electric vehicle and a
再生可能エネルギー発電ユニット13は、太陽光、太陽熱、風力、地熱などの再生可能エネルギーを利用して発電する。この再生可能エネルギー発電ユニット13により発電された電力は、電力供給ユニット11での消費分および蓄電ユニット14への蓄電に必要な分を除いて、水電解ユニット15にて水の電気分解に用いられ、水素および酸素が製造される。
The renewable energy
水素貯蔵ユニット17には、水電解ユニット15で製造された水素が貯蔵(蓄積)される。酸素貯蔵ユニット18には、水電解ユニット15で製造された酸素が備蓄(蓄積)される。
Hydrogen produced in the
管理ユニット24は、監視対象の各ユニットを監視し、電気・水素・熱の収支の状況(需給バランス)を把握し、需給バランスの変化に応じて各ユニットの運転を制御する。
すなわち、管理ユニット24は、各ユニットにおける電力、水素、熱の需給状況(貯蔵量または生産量と供給量)を監視し、監視した需給状況に基づき今後不足すると予測される貯蔵量または生産量の不足分を補うよう各ユニットの運転を制御する。
The
That is, the
例えば電力を一例にして考える場合、管理ユニット24は、電力供給ユニット11における電力の需要量と再生可能エネルギー発電ユニット13からの電力の供給量を監視しており、互いの差分(需給バランス)が予め設定された閾値を超えた場合に、電力の不足分を補うように各ユニットの運転を制御する。
For example, when considering electric power as an example, the
管理ユニット24は、電力供給ユニット11における電力の需要量と、再生可能エネルギー発電ユニット13からの電力の供給量との差分が閾値を超えた場合、つまり電力の需要量が供給量を大幅に上回った場合に、水素発電ユニット19の発電量を増加させる制御を行いつつその前段の水素貯蔵ユニット17へ水素の貯蔵量を増加させる。このようにして水素発電ユニット19による発電により需要量の増加に対する不足分の電力を補償する。
When the difference between the amount of power demand in the power supply unit 11 and the amount of power supplied from the renewable energy
水回収ユニット20は、水素による発電時に発生する水を回収し、再び水供給ユニット16に還流する。管理ユニット24は、運転中に供給水の水量が不足する場合、必要に応じて水供給ユニット16を制御する。これにより水供給ユニット16が外部から精製水を補給する。
The
ここで、本実施形態の水素電力供給システムの概要動作を説明する。
本実施形態では、管理ユニット24が、電力と水の需給状況を常に監視し、需給バランスを維持するように各ユニットを運用制御する。
Here, the outline | summary operation | movement of the hydrogen power supply system of this embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, the
例えば再生可能エネルギー発電ユニット13から得られる電力のうち、電気自動車への充電およびシステム自体の維持に必要な電力以外を、水電解ユニット15にて水素に変換して水素貯蔵ユニット17に蓄えておき、再生可能エネルギー発電ユニット13からの受電以上に電力が必要になった場合は、燃料電池などの水素発電ユニット19で不足分を供給する。
For example, the electric power obtained from the renewable energy
また、燃料電池自動車への水素補給時には、水素貯蔵ユニット17より水素供給ユニット12を経て必要量の水素を供給する。これにより、変動の大きな再生可能エネルギーによる電力を効率的に利用することができる。
Further, when hydrogen is supplied to the fuel cell vehicle, a required amount of hydrogen is supplied from the hydrogen storage unit 17 via the
さらに、再生可能エネルギー発電ユニット13で発電する電力が余剰となるような場合は、余剰電力を用いて、水素の充填圧力を高めたりして、水素供給ユニット12および電力供給ユニット11のエネルギー容量を増大させたりすることが可能である。
Furthermore, when the power generated by the renewable energy
また、水素貯蔵ユニット17への水素貯蔵が十分と判断される場合は、再生可能エネルギー発電ユニット13からの入力の余分を、外部の電力系統に送って売電することも可能である。
In addition, when it is determined that the hydrogen storage in the hydrogen storage unit 17 is sufficient, it is also possible to sell power by sending an excess of the input from the renewable energy
また、実際のシステムの運用に際しては、天候や自動車の利用状況などに関する過去実績および将来予測に基づき、システムへの受電量や、システムから供給する電力量および水素貯蔵量の時間変化を、ある程度定量的に予測することが可能となる。 In actual system operation, the amount of power received by the system, the amount of power supplied from the system, and the temporal change in the amount of hydrogen stored are quantified to some extent, based on past results and future predictions regarding the weather and vehicle usage. Predictive.
このシステムでは、管理ユニット24は、ある程度定量的に予測した電力量および水素貯蔵量の時間変化に基づき、システム内の各ユニットの動作と、外部の電力系統からの電力授受量を決定する。
In this system, the
そして、管理ユニット24により決定されたシステム内の各ユニットの動作と、外部の電力系統からの電力授受量と、実際の運用状況の変化との差分を求め、予め設定しておいた需給バランスの閾値との比較により、今後の需給量を満たすように水素または電力を増減するよう各ユニットを制御および運用することで、システム全体を効率よく運用することが可能になる。
Then, the difference between the operation of each unit in the system determined by the
運用コストを最小限に抑えるためには、外部の電力系統からの受電量を最小限に抑え、システムから外部の電力系統への送電量を最大とすることが望ましい。 In order to minimize the operating cost, it is desirable to minimize the amount of power received from the external power system and maximize the amount of power transmitted from the system to the external power system.
また、本システムは、原則的には外部の電力系統からの電力供給なしで自立運転が可能であるが、再生可能エネルギー発電ユニット13からの受電がない局面で、事故や災害などのトラブルで外部系統との接続遮断が必要となった場合に備えて、ユニットを運用するための電力を、貯蔵する水素による発電および付設する蓄電ユニット14からの給電により得るように切り替える外部電力系統接続ユニット22を設けている。これにより、緊急時にもシステムの自立運用が可能になる。
In addition, this system is capable of independent operation without power supply from an external power system in principle, but when there is no power reception from the renewable energy
さらに、バイオマスの改質などで得られる水素を、水素補給ユニット23が、外部から補給することで、再生可能エネルギー発電ユニット13からの受電がなくかつ外部の電力系統との接続が遮断された状態が続いた場合にも水素および電力双方の供給を継続して行うことが可能になる。
Furthermore, the
続いて、第1実施形態の水素電力供給システムの動作(水素電力供給方法)を説明する。 Subsequently, the operation (hydrogen power supply method) of the hydrogen power supply system of the first embodiment will be described.
この第1実施形態の水素電力供給システム10では、システム内のエネルギー効率を高めるために、再生可能エネルギー発電ユニット13や水素発電ユニット19で発電時に発生する熱は、蓄熱・熱交換ユニット21により回収され、吸熱反応を行う水電解ユニット14における水の電気分解反応や、水素貯蔵ユニット17からの水素供給に活用される。
In the hydrogen power supply system 10 of the first embodiment, heat generated during power generation by the renewable energy
また、この水素電力供給システム10は、外部電力系統接続ユニット22を介して外部の電力系統と接続されており、再生可能エネルギー発電ユニット13で得られた電力が水素電力供給システム10内の需要(電気自動車、燃料電池自動車へのエネルギー補給+水素貯蔵)を上回った場合は蓄電ユニット14に備蓄されている電力を外部系統に提供する。
In addition, the hydrogen power supply system 10 is connected to an external power system via an external power
逆に電力供給ユニット11から電気自動車へ供給する電力の需要が、再生可能エネルギー発電ユニット13および水素発電ユニット19から供給可能な電力量を上回った場合は、外部の電力系統から外部電力系統接続ユニット22を介して必要な電力量を導入する。
Conversely, when the demand for power supplied from the power supply unit 11 to the electric vehicle exceeds the amount of power that can be supplied from the renewable energy
さらに、管理ユニット24は、水素の貯蔵量が不足する場合、あるいはシステム外から水素や水素吸蔵媒体が供給可能な場合は、外部から水素補給ユニット23を介して水素や水素吸蔵媒体を水素貯蔵ユニット17へ導入する。
Further, when the hydrogen storage amount is insufficient, or when hydrogen or a hydrogen storage medium can be supplied from outside the system, the
すなわち、管理ユニット24は、各ユニットにおける発電量や蓄熱量、水素の貯蔵量、各ラインにおける電流値やガス流量、水流量などを監視しており、内外において電力の最適な運用がなされるように各入出力を調整(運用制御)する。
That is, the
管理ユニット24は、電気自動車や燃料電池自動車へのエネルギー供給量や頻度の予測を基に、日・週単位で運用予定をスケジューリング(計画)し、実際の使用状況との差分を調整することで、高効率でシステムを運用することができる。
The
さらに、外部の電力系統からの受電量を設定可能な範囲で最小とし、本ユニットから電力系統に供給する送電量を最大とすると、再生可能エネルギー発電措置を有するシステムの自立性最大限に生かし、運用費や環境負荷の抑制が可能である。 Furthermore, minimum and a settable range received power amount from the external power system, a power amount to be supplied to the power system from the unit when the maximum, the autonomy maximum system with renewable energy measures It is possible to reduce operating costs and environmental impact.
このようにこの第1実施形態によれば、管理ユニット24は、再生可能エネルギー発電ユニット13における発電量と、水素貯蔵ユニット19における水素貯蔵量と、供給対象(電気自動車、燃料電池自動車)への電力および水素の供給量の実績および予め設定された予測値を基に、水電解ユニット14および水素発電ユニット19の動作と蓄熱・熱交換ユニット21の動作と外部の電力系統からの電力授受量とを決定し、各ユニットを運用制御するので、再生可能エネルギーを利用した発電出力と水素貯蔵ユニット19に貯蔵した水素を用いて、電気自動車および燃料電池自動車などに対して、安定的かつ高効率に自立してエネルギーを供給することができる水素と電力の併給スタンドを構築できる。
As described above, according to the first embodiment, the
この結果、水素自動車および燃料電池自動車双方に対して、再生可能エネルギーを利用して安定的にかつ高効率に自立してエネルギーを供給することができる。 As a result, it is possible to supply energy to both hydrogen vehicles and fuel cell vehicles in a stable and highly efficient manner using renewable energy.
(第2実施形態)
図2は第2実施形態の水素電力供給システムの構成を示す図である。なお図2において第1実施形態(図1)と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the hydrogen power supply system according to the second embodiment. In FIG. 2, the same components as those in the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この第2実施形態では、熱の利用方法について説明する。再生可能エネルギー発電ユニット13や水素発電ユニット19が稼動時に発生する熱は、蓄熱槽21aにて一旦蓄熱した後、水電解ユニット15における水の電気分解や水素貯蔵ユニット17における水素の放出など、熱を必要とする反応に供給することで、システム全体の効率をさらに高めることができる。なお蓄熱槽21aに蓄えた熱量については、必要に応じて温水として取り出し可能である。
In the second embodiment, a method of using heat will be described. The heat generated during operation of the renewable energy
逆に、このシステムの系統内で必要とされる熱量が蓄熱分よりも多い場合は、水素貯蔵ユニット17に蓄えられている水素の一部を燃焼させたり、または蓄電ユニット14から取り出した電流による加熱を行うことによって補うことも可能である。
On the contrary, when the amount of heat required in the system of this system is larger than the amount of heat stored, a part of the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 17 is burned or the current taken out from the
そこで、この第2実施形態は、図2に示すように、水供給ユニット16と蓄熱・熱交換ユニット21とをパイプラインで接続し、蓄熱・熱交換ユニット21からの温水を水電解ユニット15や水素貯蔵ユニット17へ供給できるよう構成する。
Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, the
また上述したように、温水の他にも水電解ユニット15や水素貯蔵ユニット17などで蓄熱量以上の熱量が必要とされる場合も考えられるため、この例では、予備の熱補給ユニット25を新たに設置するものとする。
As described above, in addition to the hot water, there may be a case where the
この熱補給ユニット25は、必要とする熱量が蓄熱槽21aの熱量よりも多い場合、水素貯蔵ユニット17内から水素を取り出して燃焼させることで不足分の熱量を得て、得られた熱量を蓄熱・熱交換ユニット21へ供給することで不足分の熱量を得る。
When the required amount of heat is greater than the amount of heat in the
また、熱補給ユニット25は、蓄電ユニット14からの電力による発熱で不足分の熱量を得て、得られた熱量を蓄熱・熱交換ユニット21へ供給することで不足分の熱量を得る。
Further, the heat supply unit 25 obtains a shortage of heat by the heat generated by the electric power from the
この第2実施形態の場合、水供給ユニット16と蓄熱・熱交換ユニット21とをパイプラインで接続し、蓄熱・熱交換ユニット21からの温水を水電解ユニット15や水素貯蔵ユニット17へ供給する。
ここで、蓄熱・熱交換ユニット21の蓄熱槽21aに蓄熱されている熱量が、必要とする熱量よりも少ない場合、換言すると、必要とする熱量が蓄熱槽21aに蓄熱されている熱量よりも多い場合、管理ユニット24は、蓄電ユニット14に蓄えられている電力、または水素貯蔵ユニット17に貯蔵されている水素の一部を熱補給ユニット25へ供給するよう水素貯蔵ユニット17と蓄電ユニット14を制御する。
In the case of the second embodiment, the
Here, when the amount of heat stored in the
これにより、電力または水素の供給を受けた熱補給ユニット25が、熱を発生して蓄熱・熱交換ユニット21に供給することで、蓄熱・熱交換ユニット21が発生する蓄熱量以上の熱量(不足分)を補い、温水を安定的に水電解ユニット15や水素貯蔵ユニット17へ供給するようにしている。
As a result, the heat supply unit 25 that has been supplied with electric power or hydrogen generates heat and supplies it to the heat storage / heat exchange unit 21, so that the amount of heat more than the amount of heat stored by the heat storage / heat exchange unit 21 (insufficient) The warm water is stably supplied to the
この第2実施形態によれば、水供給ユニット16と蓄熱・熱交換ユニット21とをパイプラインで接続し、水供給ユニット16から蓄熱・熱交換ユニット21に供給した水を加熱し温水にして水電解ユニット15や水素貯蔵ユニット17へ供給するので、再生可能エネルギーを効率よく生成し供給することができる。
According to the second embodiment, the
また、蓄熱・熱交換ユニット21に熱を補給する予備の熱補給ユニット25を新たに設置したことで、蓄熱・熱交換ユニット21の既定の発生熱量では供給する熱量が不足する場合、熱補給ユニット25から蓄熱・熱交換ユニット21へ熱を供給することで、既定の蓄熱量以上の熱量で(熱量を補って)水を加熱して温水を供給できるようになり、さらに効率を向上することができる。 In addition, when the heat storage / heat exchange unit 21 is newly provided with a spare heat supply unit 25 to supply heat, the heat supply unit when the amount of heat to be supplied is insufficient with the predetermined heat generation amount of the heat storage / heat exchange unit 21. By supplying heat to the heat storage / heat exchange unit 21 from 25, it becomes possible to heat the water with a heat quantity equal to or greater than a predetermined heat storage quantity (supplementing the heat quantity) and supply hot water, further improving efficiency. it can.
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…水素電力供給ユニット、11…電力供給ユニット、12…水素供給ユニット、13…再生可能エネルギー発電ユニット、14…蓄電ユニット、15…水電解ユニット、16…水供給ユニット、17…水素貯蔵ユニット、18…酸素貯蔵ユニット、19…水素発電ユニット、20…水回収ユニット、21… 蓄熱・熱交換ユニット、22…外部電力系統接続ユニット、23…水素補給ユニット、24…管理ユニット、25…熱補給ユニット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen power supply unit, 11 ... Power supply unit, 12 ... Hydrogen supply unit, 13 ... Renewable energy power generation unit, 14 ... Power storage unit, 15 ... Water electrolysis unit, 16 ... Water supply unit, 17 ... Hydrogen storage unit, 18 ... Oxygen storage unit, 19 ... Hydrogen power generation unit, 20 ... Water recovery unit, 21 ... Heat storage / heat exchange unit, 22 ... External power system connection unit, 23 ... Hydrogen supply unit, 24 ... Management unit, 25 ... Heat supply unit .
Claims (8)
前記発電された電力の一部を蓄える蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットにより蓄電された電力によって水を電気分解して水素を製造する水電解ユニットと、
前記水電解ユニットにより製造された水素を備蓄する水素貯蔵ユニットと、
前記水素貯蔵ユニットに備蓄された水素を用いて発電を行う水素発電ユニットと、
前記再生可能エネルギー発電ユニットおよび前記水素発電ユニットの少なくとも一方で発電時に発生する熱を蓄積し、前記熱を前記水電解ユニットに供給する蓄熱ユニットと、
前記蓄電ユニットに蓄電された電力、外部の電力系統から供給された電力および前記再生可能エネルギー発電ユニットから供給された電力のいずれか一つの電力を供給対象に供給する電力供給ユニットと、
前記水素貯蔵ユニットに貯蔵されている水素または水素を含む媒体を、供給対象に供給する水素供給ユニットと、
各ユニットにおける電力、水素、熱の需給状況を監視し、監視した需給状況に基づき今後の不足分を補うよう各ユニットの運転を制御する管理ユニットと
を具備する水素電力供給システム。 A renewable energy power generation unit that generates power using renewable energy;
A power storage unit for storing a part of the generated power;
A water electrolysis unit electrolytically decomposing water to produce hydrogen by power stored by the previous SL energy storage unit,
A hydrogen storage unit for storing hydrogen produced by the water electrolysis unit;
And hydrogen generation unit for generating electric power by using hydrogen which has been stockpiled before Symbol hydrogen storage unit,
Before SL accumulates heat generated during power generation in at least one of the renewable energy unit and the hydrogen generation unit, and the heat storage unit for supplying the heat to the water electrolysis unit,
A power supply unit that supplies any one of the power stored in the power storage unit, the power supplied from an external power system, and the power supplied from the renewable energy power generation unit to a supply target;
A hydrogen supply unit that supplies hydrogen or a medium containing hydrogen stored in the hydrogen storage unit to a supply target;
A hydrogen power supply system comprising: a management unit that monitors the supply / demand situation of power, hydrogen, and heat in each unit and controls the operation of each unit to compensate for future shortages based on the monitored supply / demand situation.
前記再生可能エネルギー発電ユニットおよび前記水素発電ユニットが発電時に発生する熱を蓄える蓄熱槽と、
前記蓄熱槽に蓄えられた熱を前記水電解ユニットと前記水素貯蔵ユニットに供給する供給機構と
を備える請求項1に記載の水素電力供給システム。 The heat storage unit is
A heat storage tank for storing heat generated during power generation by the renewable energy power generation unit and the hydrogen power generation unit;
The hydrogen power supply system according to claim 1, further comprising: a supply mechanism that supplies heat stored in the heat storage tank to the water electrolysis unit and the hydrogen storage unit.
前記再生可能エネルギー発電ユニットにおける発電量と、前記水素貯蔵ユニットにおける水素貯蔵量と、前記供給対象への電力および水素の供給量の実績および予め設定された予測値を基に、前記水電解ユニットおよび前記水素発電ユニットの動作と前記蓄熱ユニットの動作と外部の電力系統からの電力授受量とを決定し、各ユニットを運用制御する請求項1乃至請求項4いずれか1項に記載の水素電力供給システム。 The management unit is
Based on the power generation amount in the renewable energy power generation unit, the hydrogen storage amount in the hydrogen storage unit, the results of power and hydrogen supply amounts to the supply target, and preset prediction values, the water electrolysis unit and wherein determining a power transfer amount from the operation as the external electric power system of the蓄hot oil knit hydrogen generation unit, hydrogen according to any one claims 1 to 4, operational controls each unit Power supply system.
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