JP7115175B2 - コミュニティシステム及び水素製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、水素を利用するコミュニティシステム及び水素製造方法に関する。
特許文献１には、有機廃棄物を分解することによってメタンを主成分としアンモニアと硫化水素を含有するメタン含有ガスを生成する工程と、アンモニアと硫化水素を分解して水素を生成する工程と、水素を用いて燃料電池で発電を行う工程と、を含むプロセスが開示されている。
特開２００４－３０３４８２号公報
しかしながら、アンモニアは強い刺激臭があるので、アンモニアから水素を生成する際にアンモニアの刺激臭が大きな問題とならないようなシステムや方法が望まれている。
（１）本発明の一形態によれば、水素を利用するコミュニティシステムが提供される。このコミュニティシステムは、工業地域に設けられ、アンモニアを水素に変換するアンモニア／水素変換装置を備える。
このコミュニティシステムによれば、アンモニアを取扱易い工業地域でアンモニアから水素を製造するので、人工密集地においてアンモニアの刺激臭が問題となることを防止することができ、また、コミュニティシステムでその水素を利用することができる。
（２）上記コミュニティシステムにおいて、前記アンモニア／水素変換装置から供給された水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、前記アンモニア／水素変換装置と前記水素貯蔵装置のうちの少なくとも一方から供給される水素を利用して発電を行う燃料電池を含むＦＣ発電設備と、前記ＦＣ発電設備から供給される電力と、前記アンモニア／水素変換装置と前記水素貯蔵装置のうちの少なくとも一方から供給される水素と、を利用する複数の住宅を含む住宅群と、を備えるものとしてもよい。
このコミュニティシステムによれば、アンモニア／水素変換装置を水素供給源として利用しており、また、水素を利用するための種々の設備が設置されているので、水素の利用を円滑に行うことができ、水素利用の効率化を図ることができる。
（３）上記コミュニティシステムにおいて、前記アンモニア／水素変換装置と住宅群とが、水素を流通させるパイプラインで互いに接続されているものとしてもよい。
このコミュニティシステムによれば、アンモニア／水素変換装置から住宅群に水素を容易に供給できる。
（４）上記コミュニティシステムにおいて、前記アンモニア／水素変換装置は、水素にアンモニアを含有させた混合ガスを前記パイプラインに供給するものとしてもよい。
このコミュニティシステムによれば、水素にアンモニアを含有させた混合ガスをパイプラインに供給するので、他の付臭剤を混入させることなく、水素漏れの検出が容易な状態で水素をパイプラインで供給できる。
（５）上記コミュニティシステムにおいて、前記混合ガス中の前記アンモニアの含有割合は、２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲であるものとしてもよい。
このコミュニティシステムによれば、アンモニア濃度を過度に高くすることなく、ガスの漏洩を検出し易い混合ガスとすることができる。
（６）本発明の他の形態によれば、水素を利用するコミュニティシステムにおける水素製造方法が提供される。この水素製造方法は、工業地域に設けられたアンモニア／水素変換装置を用いてアンモニアを水素に変換する変換工程を含む。
この水素製造方法によれば、アンモニアを取扱易い工業地域でアンモニアから水素を製造し、コミュニティシステムでその水素を利用することができる。
（７）上記水素製造方法において、前記アンモニア／水素変換装置と住宅群とが、水素を流通させるパイプラインで互いに接続されており、前記変換工程は、水素にアンモニアを含有させた混合ガスを前記パイプラインに供給する工程を含むものとしてもよい。
この水素製造方法によれば、水素にアンモニアを含有させた混合ガスをパイプラインに供給するので、他の付臭剤を混入させることなく、水素漏れの検出が容易な状態で水素をパイプラインで供給できる。
（８）上記水素製造方法において、前記混合ガス中の前記アンモニアの含有割合は２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲であるものとしてもよい。
この水素製造方法によれば、アンモニア濃度を過度に高くすることなく、ガスの漏洩を検出し易い混合ガスとすることができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、コミュニティシステム、コミュニティシステムの管理装置や管理方法、コミュニティシステムの建設方法、コミュニティシステムにおける水素製造方法等の形態で実現することができる。
一実施形態のコミュニティシステムの構成を示す説明図。 アンモニア／水素変換設備における水素製造方法の手順を示すフローチャート。 エネルギー管理システムの機能を示す機能ブロック図。 水素管理データベースの一例を示す説明図。 コミュニティシステムの水素管理方法の手順を示すフローチャート。 他の実施形態のコミュニティシステムの構成を示す説明図。 コミュニティシステムの建設方法の手順を示すフローチャート。
図１は、一実施形態としてのコミュニティシステムの構成を示す説明図である。このコミュニティシステムは、ＦＣ発電設備１００と、住宅群２００ａ～２００ｄと、水素ステーション３００と、エネルギー管理システム４００と、水素生成装置を有する工場５００と、アンモニア／水素変換設備６００と、を含んでいる。工場５００とアンモニア／水素変換設備６００は、工業地域ＩＡに設けられており、他の施設は住居地域ＲＡに設けられている。住居地域ＲＡと工業地域ＩＡは、国又は地方自治体によって指定された用途地域である。このコミュニティシステムは、水素を効率的に利用するコミュニティを構成するので、「水素コミュニティ」、「水素利用コミュニティ」、或いは、「水素スマートコミュニティ」と呼ぶことも可能である。
ＦＣ発電設備１００は、燃料電池システム１１０と、２次電池１２０とを有する。ＦＣ発電設備１００は、水素を用いて燃料電池システム１１０で発電を行い、電力を外部に供給すると共に、余剰の電力を２次電池１２０に蓄電する。燃料電池システム１１０を単に「燃料電池」とも呼ぶ。
図１の４つの住宅群２００ａ～２００ｄのそれぞれは、１つの集合住宅である。但し、４番目の住宅群２００ｄは未だ建設されておらず、その予定地が破線で描かれている。既設の３つの住宅群２００ａ～２００ｃのうち、２つの住宅群２００ａ，２００ｂについてはそれらの内部の居住部分が描かれており、他の１つの住宅群２００ｃについては屋上に設けられた複数のソーラーパネル２５０が描かれている。ソーラーパネル２５０は、壁面や窓に設置することも可能である。以下では、住宅群２００ａ～２００ｄを相互に区別する必要が無い場合には、「住宅群２００」と呼ぶ。各住宅群２００は、複数の住宅２１０と、水素貯蔵設備としての水素タンク２２０と、２次電池２３０とを有する。本実施形態において、個々の住宅２１０はアパートメントである。各住宅２１０には、燃料電池車両ＦＣＶが標準設備として備えられている。また、各住宅２１０には、燃料電池車両ＦＣＶに水素を補充する水素供給ノズル２１２と、水素を利用する水素利用設備２１４とが設けられている。水素供給ノズル２１２は、住宅２１０毎に設けても良いが、１つの住宅群２００に共用の水素供給ノズル２１２を１つ以上設けるようにしてもよい。水素供給ノズル２１２は、燃料電池車両ＦＣＶに水素を補充する水素補充装置の一種である。
水素利用設備２１４としては、例えば、以下の機器を採用可能である。
（１）水素ガスを利用する厨房機器
（２）人による水素ガスの吸引に使用される水素吸引機器
（３）水素水を利用する水素水利用機器
水素を利用する厨房機器としては、例えば、水素ガスを利用して調理を行う水素グリルや、野菜室に水素ガスを供給して野菜の鮮度を維持する冷蔵庫がある。水素グリルは、水素ガスを燃焼させて食材を焼く調理機器である。水素グリルでは、水蒸気が食材を包み込んで食材が蒸し焼き状態になる。この結果、火が早く通り、食材の中にある水分やうまみを逃すことなく焼き上げることができるので、食材の食感やうまみをそのまま残すことができる。水素ガスを利用した冷蔵庫は、水素ガスが活性酸素を還元する抗酸化作用を有するという水素の特性を利用している。すなわち、水素ガスを野菜に吹き付けると、野菜の酸化が抑制されて鮮度を維持することができる。
人による水素ガスの吸引に使用される水素吸引機器も、水素の抗酸化作用を利用した機器である。すなわち、人が水素ガスを吸引すると、人の体内にある活性酸素を還元する。活性酸素は、強力な酸化作用があり、ＤＮＡを酸化させて傷づけるので、動脈硬化や筋力低下、老化の原因にもなることが知られている。人が水素ガスを吸引することにより、これらの劣化の発生を抑制することが可能である。
水素水を利用する水素水利用機器としては、例えば、飲用の水素水を生成して供給する水素水ディスペンサや、水素風呂、野菜室に水素水を供給して野菜の鮮度を維持する冷蔵庫がある。これらの水素水利用機器も、水素の抗酸化作用を利用した機器である。
なお、水素が液体水素の形態で住宅群２００に供給される場合には、水素利用設備２１４として、液体水素の潜熱を利用した空調機器や冷蔵庫を採用することも可能である。すなわち、液体水素が気化する際には多量の潜熱を吸収するので、その潜熱を利用して空調機器や冷蔵庫の冷媒を冷却することができる。こうすれば、液体水素の潜熱を効率良く利用できる。
このように、住宅２１０には、様々な形態の水素利用設備２１４を設置することが可能であり、さまざまな形態で水素を利用できる。また、住宅群２００には水素を利用する設備２１２，２１４が設けられているので、水素の利用により低炭素化に貢献できる。
住宅群２００の各住宅２１０は、その住宅群２００に設けられた水素タンク２２０と、パイプライン２４０を介して接続されており、パイプライン２４０を介して水素の供給を受ける。パイプライン２４０は、複数の住宅群２００の間、及び、各住宅群２００とＦＣ発電設備１００との間を相互に接続する。また、電力供給のために、各住宅群２００とＦＣ発電設備１００との間は送電線２６０で相互に接続されている。
パイプライン２４０を流通する水素の形態としては、水素ガスや、液体水素、水素ガスから生成されたメタン、ＭＣＨ（メチルシクロヘキサン）等の種々の形態を利用可能である。これらの気体や液体は、すべて水素を含む燃料としての機能を有しているので、「水素含有燃料」と呼ぶ。本明細書において、「水素」という語句は、水素含有燃料を指す場合にも使用される。パイプライン２４０は、一般に、水素含有燃料を流通させる管路として実現可能である。水素含有燃料としてメタンを使用すれば、都市ガスの配管をパイプライン２４０として利用することができるので、簡易にパイプライン２４０を構築することが可能である。図示は省略しているが、パイプライン２４０には、バルブや、ポンプ、圧縮機、蓄圧器、水素含有燃料の変換装置、圧力計、温度計、流量計などの各種の装置が必要に応じて設けられる。
住宅群２００に設置された複数のソーラーパネル２５０は、太陽光を利用して発電する発電ユニットと、発電ユニットで生成された電力を用いて水を電気分解することによって水素を生成する水素生成ユニットとを有している。ソーラーパネル２５０で発生した電力は、住宅群２００内の電気機器で消費することが可能であり、また、住宅群２００内の２次電池２３０やＦＣ発電設備１００の２次電池１２０に蓄電することも可能である。ソーラーパネル２５０で生成された水素は、住宅群２００の水素利用設備２１４で消費することが可能であり、また、住宅群２００の水素タンク２２０に貯蔵することも可能である。
このように、水素を利用したエネルギーの形態としては、電力と水素の２つの形態を利用できる。短期間のエネルギーの保存には電力の形態が適しており、長期間のエネルギーの保存には水素の形態が適している。この理由は、水素よりも電力の方が利用し易いので電力の方が短期間の保存に適しており、また、電力よりも水素の方が保存中の損失が少ないので水素の方が長期間の保存に適しているためである。エネルギー管理システム４００は、このような電力と水素の特性を考慮し、また、電力需要や水素需要を考慮して、電力の形態と水素の形態での保存を適切に管理することが好ましい。
住宅群２００の複数のソーラーパネル２５０で発生する電力量と水素量は、その住宅群２００の複数の住宅２１０に割り当てられる。例えば、１つの住宅群２００の複数のソーラーパネル２５０による水素生成量は、その住宅群２００に属する複数の住宅２１０に均等に割り当てられても良く、或いは、各住宅２１０の占有面積に応じて割り当てられても良い。各住宅２１０に割り当てられた水素生成量は、その住宅２１０における水素持ち分を増加させる。また、各住宅２１０の水素利用設備２１４や水素供給ノズル２１２による水素の使用量は、その住宅２１０における水素持ち分を減少させる。このような水素持ち分の管理は、エネルギー管理システム４００によって行われる。ソーラーパネル２５０で発生した電力についても同様に管理される。このように、住宅群２００には、水素タンク２２０とソーラーパネル２５０が設けられているので、住宅群２００自身を水素バッファとして利用することができ、水素の利用効率を高めることが可能である。電力についても同様である。
水素貯蔵装置としての水素タンク２２０は、１つの住宅群２００内に１つ設けるようにしてもよい。この場合に、その住宅群２００の各住宅２１０の水素持ち分は、その住宅群２００の１つの水素タンク２２０に貯蔵される。こうすれば、住宅群２００の各住宅２１０の水素持ち分がその住宅群２００の１つの水素タンク２２０に貯蔵されるので、各住宅２１０の水素の持ち分の管理を容易に行うことが可能である。或いは、１つの住宅群２００に、その住宅群２００の各住宅２１０に割り当てられた複数の水素タンク２２０を設け、その住宅群２００の各住宅２１０の水素持ち分が、各住宅２１０に割り当てられた水素タンク２２０に貯蔵されるようにしてもよい。こうすれば、各住宅２１０の水素持ち分がその住宅に割り当てられた水素タンク２２０に貯蔵されるので、各住宅２１０の水素の持ち分の管理を容易に行うことが可能である。
図１の例では、ＦＣ発電設備１００の周囲に既設の３つの住宅群２００ａ～２００ｃが配置されており、また、追加で建設される１つの住宅群２００ｄの予定地が確保されている。このように、１つのＦＣ発電設備１００の周囲に複数の住宅群２００ａ～２００ｄを設置すれば、１つのＦＣ発電設備１００を複数の住宅群２００ａ～２００ｄで共用できるので、ＦＣ発電設備１００の利用効率を高めることができる。また、水素の利用効率も高めることが可能である。特に、ＦＣ発電設備１００を複数の住宅群２００ａ～２００ｄのほぼ中央に設置すれば、複数の住宅群２００ａ～２００ｄでＦＣ発電設備１００を利用し易い配置とすることができ、また、各住宅群２００毎にＦＣ発電設備１００を設置する場合に比べて設備効率を高めることができる。なお、ＦＣ発電設備１００と複数の住宅群２００の配置に関しては、後述する他の実施形態において改めて詳述する。
水素ステーション３００は、水素貯蔵設備としての水素タンク３２０と、燃料電池車両ＦＣＶに水素を補充する水素ディスペンサ３１０とを有している。水素タンク３２０は、パイプライン２４０を介して、複数の住宅群２００と、水素生成装置５１０を有する工場５００と、アンモニア／水素変換設備６００とに接続されている。水素ディスペンサ３１０は、燃料電池車両ＦＣＶに水素を補充する水素補充装置の一種である。
燃料電池車両ＦＣＶとしては、バスなどの大型車両をコミュニティに配備しておくことが好ましい。大型の燃料電池車両ＦＣＶは、搭載している水素タンクの容量も大きく、また、燃料電池の出力も大きいので、災害時における水素供給源や電力供給源として有効である。燃料電池車両ＦＣＶは、電力供給源として利用するために、電力を外部に供給する外部給電装置を備えることが好ましい。燃料電池車両ＦＣＶは、コミュニティ内の役所や、病院、学校等の公共施設に配備しておくことが特に好ましい。こうすれば、災害時において、公共施設に水素供給源や電力供給源を素早く提供することが可能である。
エネルギー管理システム４００は、図１に示すコミュニティシステム内の水素及び電力を管理する機能を有する。エネルギー管理システム４００は、水素及び電力の管理のために、コミュニティシステム内の他の設備１００，２００，３００，５００，６００と通信を行う。図１の例では、エネルギー管理システム４００と他の設備１００，２００，３００，５００，６００は、無線通信を行うものとしているが、通信の一部又は全部を有線通信としてもよい。エネルギー管理システム４００による水素及び電力の管理の例については更に後述する。なお、電力の管理は、他のシステムで行うものとしてもよい。
工場５００は、水素生成装置５１０と、水素貯蔵設備としての水素タンク５２０とを有する。水素生成装置５１０は、例えば、工場５００の廃熱を利用して水素を製造する装置である。或いは、水素生成装置５１０を、工場５００内の製鉄プロセスや化学プロセスで生成される副生ガスから水素を分離する装置として構成してももよい。工場５００の水素タンク５２０は、パイプライン２４０に接続されている。工場５００の廃熱を利用して水素生成装置５１０が水素を製造し、その水素をコミュニティシステム内で利用すれば、工場５００の廃熱を有効利用することができ、コミュニティシステムにおける水素及びエネルギーの利用効率を高めることが可能である。これは、工場５００の副生ガスに含まれる水素を利用する場合も同様である。
コミュニティで利用するための水素を工場５００で製造する処理は、工場５００の休業期間に行うようにしてもよい。こうすれば、工場５００の休業期間において廃熱や副生水素を効率的に利用できる。なお、このような水素の製造は、工場５００に限らず、他の商工業施設で行うようにしてもよい。ここで、「商工業施設」とは、商業施設と工業施設を包含する広い意味を有する。工場５００の水素生成装置５１０は、商工業施設で発生する廃熱を利用して水素を生成するか、又は、商工業施設で発生する副生ガスから水素を生成する水素生成装置に相当する。このような水素生成装置５１０を利用すれば、商工業施設の廃熱や副生ガスを有効利用することができ、コミュニティシステムにおける水素及びエネルギーの利用効率を高めることが可能である。
アンモニア／水素変換設備６００は、アンモニアタンク６１０と、水素タンク６２０と、アンモニア／水素変換装置６３０とを有している。アンモニアタンク６１０は、例えば、港湾ＰＴに停泊するアンモニア運搬船ＡＴＶから供給されるアンモニアを貯蔵する。アンモニア運搬船ＡＴＶは、例えば、外国から輸入されたアンモニアを港湾ＰＴまで輸送する。アンモニア運搬船ＡＴＶからアンモニアタンク６１０へのアンモニアの搬送は、タンクローリーを用いて行っても良いが、パイプラインを用いて行えば搬送がより容易である。タンクローリーを用いてアンモニアを搬送する場合には、アンモニア／水素変換設備６００を港湾ＰＴに設けなくても良い。但し、アンモニアは刺激臭が強いので、アンモニア／水素変換設備６００は住宅群２００から可能な限り離れた場所に設けることが好ましい。
アンモニア／水素変換処理におけるアンモニアの分解は吸熱反応なので、熱源が必要であり、通常はアンモニアを燃焼させて熱源として使用する。この代わりに、工場５００から廃熱をもらってアンモニア／水素変換処理の熱源として利用してもよい。この場合には、工場５００とアンモニア／水素変換設備６００との間に廃熱供給媒体用の配管を敷設することが好ましい。こうすれば、コミュニティシステム内の廃熱を有効に利用して水素を生成することができる。
アンモニア／水素変換装置６３０で生成された水素は水素タンク６２０に蓄積される。水素タンク６２０は、パイプライン２４０に接続されている。換言すれば、アンモニア／水素変換装置６３０で生成された水素は、パイプライン２４０を介してコミュニティシステムの他の施設に供給される。
アンモニア／水素変換装置６３０は、水素にアンモニアを含有させた混合ガスをパイプライン２４０に供給するようにしてもよい。一般に、アンモニア／水素変換装置６３０で行われるアンモニア分解処理では、いくらかのアンモニアが残存する。そこで、水素の純度を高めるために、アンモニア分解処理の後にアンモニア除去処理を行うことが一般的である。このアンモニア除去処理において、微量のアンモニアを残存させるように処理パラメーターを調整すれば、水素に微量のアンモニアを含有させた混合ガスを生成することが可能である。この混合ガスの生成方法は、アンモニア／水素変換装置６３０におけるアンモニア除去処理を調整するだけなので、容易に水素／アンモニア混合ガスを生成することが可能である。水素／アンモニア混合ガスをパイプライン２４０で供給する場合には、コミュニティシステム内の水素利用装置において、パイプライン２４０経由で供給された水素を利用する前に、アンモニアフィルターなどを用いて混合ガスからアンモニアを除去することが好ましい。
混合ガスにおけるアンモニア濃度は、例えば、２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲とすることが好ましく、２ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下の範囲とすることが好ましい。２ｐｐｍというアンモニア濃度は、アンモニア臭を人が十分容易に感知できる程度の濃度である。また、５０ｐｐｍというアンモニア濃度は、強烈なアンモニア臭を発生する濃度である。１００ｐｐｍというアンモニア濃度は、更に強烈なアンモニア臭を発生するが、アンモニアの毒性が人体に過度の悪影響を与えることが無い程度の濃度である。そこで、アンモニア濃度の下限を２ｐｐｍとすれば、混合ガスが漏洩した場合にアンモニア臭を人が感知できるので、漏洩を感知しやすい混合ガスとすることができる。また、アンモニア濃度の上限を１００ｐｐｍとすれば、混合ガスが漏洩した場合に強烈なアンモニア臭を発生する可能性があるが、アンモニアの毒性が人体に過度の悪影響を与えるほどの高濃度となることを避けることができる。また、アンモニア濃度を十分に低く抑えつつ十分なアンモニア臭を発生させるために、アンモニア濃度を２ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下の範囲とすることが更に好ましい。
図２は、アンモニア／水素変換設備６００における水素製造方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、まず、アンモニアをアンモニア／水素変換設備６００に搬送する。この搬送は、タンクローリーを用いて行っても良く、パイプラインを用いて行っても良い。ステップＳ１２０では、アンモニア／水素変換装置６３０において、アンモニア分解処理を実行することによって、水素を生成する。ステップＳ１３０では、アンモニア／水素変換装置６３０において、アンモニア除去処理を実行する。この際、アンモニア濃度を上述した好ましい範囲に調整してもよい。ステップＳ１４０では、生成された水素又は混合ガスを、パイプライン２４０経由でコミュニティシステムの他の施設に供給する。この水素製造方法によれば、アンモニアを取扱易い工業地域ＩＡでアンモニアから水素を製造し、コミュニティシステムでその水素を利用することができる。
図１において、水素供給源としては、住宅群２００に設けられたソーラーパネル２５０と、工場５００の水素生成装置５１０と、アンモニア／水素変換装置６３０とが設けられている。但し、コミュニティシステムは、これらの中の１つの水素供給源のみを有していてもよい。また、水素貯蔵装置としては、住宅群２００の水素タンク２２０と、水素ステーション３００の水素タンク３２０と、工場５００の水素タンク５２０と、アンモニア／水素変換設備６００の水素タンク６２０とが設けられている。但し、コミュニティシステムは、１つの水素貯蔵装置のみを有していてもよい。また、パイプライン２４０は、水素供給源と水素貯蔵装置のうちの少なくとも一方からＦＣ発電設備１００と水素ステーション３００と住宅群２００とに水素が供給されるように構成されていてもよい。
以上のように、図１に示すコミュニティシステムでは、ソーラーパネル２５０などの水素供給源と、水素タンク２２０などの水素貯蔵装置と、水素を利用する種々の設備が設置されており、また、エネルギー管理システム４００がコミュニティシステムにおける水素の管理を行うので、水素の利用を円滑に行うことができ、水素利用の効率化を図ることができる。特に、これらの施設はパイプライン２４０で相互に接続されているので、水素の利用効率を更に高めることが可能である。また、住宅群２００は、太陽光を利用して水素を製造するソーラーパネル２５０と、水素貯蔵装置としての水素タンク２２０とを有するので、水素の利用状況に応じて水素を蓄積したり放出したりする水素バッファとして機能することができる。
図３は、エネルギー管理システム４００の機能を示す機能ブロック図である。エネルギー管理システム４００は、管理装置４１０と、管理データベース４２０と、無線通信装置４３０とを有している。管理装置４１０は、例えば、プロセッサとメモリとを含むコンピュータで実現される。管理データベース４２０は、コミュニティシステム内の水素及び電力の管理を行うためのデータベースである。無線通信装置４３０は、コミュニティシステム内の他の施設と無線通信を実行して、各施設における水素及び電力の使用量及び生成量を含むエネルギー収支情報を受信する。管理装置４１０は、受信したエネルギー収支情報を用いて管理データベース４２０を更新することによって、水素及び電力の管理を実行する。
図４は、管理データベース４２０に登録されている水素管理データベースＨＭＤの一例を示す説明図である。水素管理データベースＨＭＤには、複数のレコードが登録されている。１つのレコードは、住宅ＩＤと、現在水素残量Ｖ１と、前月末水素残量Ｖ２と、水素生産量Ｖ３と、水素消費量Ｖ４と、水素購入量Ｖ５と、水素売却量Ｖ６とを含んでいる。住宅ＩＤは、住宅群２００内の個々の住宅２１０を識別するＩＤである。
水素量情報Ｖ１～Ｖ６の関係は以下の通りである。
Ｖ１＝Ｖ２＋Ｖ３－Ｖ４＋Ｖ５－Ｖ６ …（１）
また、水素量情報Ｖ１～Ｖ６の意味はそれぞれ以下の通りである。
（１）現在水素残量Ｖ１
現在水素残量Ｖ１は、現時点におけるその住宅２１０の水素の持ち分である。
（２）前月末水素残量Ｖ２
前月末水素残量Ｖ２は、前月末におけるその住宅２１０の水素の持ち分である。
（３）水素生産量Ｖ３
水素生産量Ｖ３は、今月初めから現時点までの期間におけるその住宅２１０の水素の持ち分の増加量である。例えば、水素生産量Ｖ３は、その住宅２１０が属する住宅群２００の水素生成装置であるソーラーパネル２５０で生成された水素量のうち、その住宅２１０に割り当てられた量である。各住宅群２００において、その住宅群のソーラーパネル２５０で生成された水素量を各住宅２１０にどのように割り当てるかを示す割り当て情報は、予め管理データベース４２０に設定されている。
（４）水素消費量Ｖ４
水素消費量Ｖ４は、今月初めから現時点までの期間におけるその住宅２１０の水素の消費量である。水素消費量Ｖ４は、その住宅２１０の水素供給ノズル２１２及び水素利用設備２１４で消費された水素量の合計である。
（５）水素購入量Ｖ５
水素購入量Ｖ５は、今月初めから現時点までの期間においてその住宅２１０が外部から購入した水素の量である。
（６）水素売却量Ｖ６
水素売却量Ｖ６は、今月初めから現時点までの期間においてその住宅２１０が外部に売却した水素の量である。水素売却量Ｖ６と水素購入量Ｖ５の差分（Ｖ６－Ｖ５）は、各住宅２１０における水素の譲渡量に相当する。
各住宅２１０における水素の購入や売却は、例えば、各住宅２１０に設けられた管理装置を用いるか、又は、各住宅２１０の住民がスマートフォンやパーソナルコンピュータにインストールされたアプリケーションプログラムを用いることによって実行できる。
エネルギー管理システム４００は、水素の生産量や消費量を用いて各住宅２１０の水素の持ち分である現在水素残量Ｖ１を更新するので、各住宅２１０の水素の増減を管理することが可能である。また、エネルギー管理システム４００は、各住宅２１０による水素の譲渡量（Ｖ６－Ｖ５）を各住宅２１０の水素持ち分である現在水素残量Ｖ１に反映するので、各住宅２１０での水素の利用をより促進させることが可能である。なお、各住宅２１０で水素が譲渡されたときに、その譲渡量（Ｖ６－Ｖ５）の水素を、その住宅２１０が属する住宅群２００に設けられた水素タンク２２０に実際に移動させるようにしてもよく、或いは、実際に水素を移動させることなく水素所有権のみを移動させるようにしてもよい。いずれの方法によっても、コミュニティシステム内で水素を効率的に使用することが可能である。
図５は、エネルギー管理システム４００が実行する水素管理方法の手順を示すフローチャートである。図５の処理は、例えば、一定時間毎に繰り返し実行される。ステップＳ２１０では、管理装置４１０が、各住宅２１０の水素量情報Ｖ２～Ｖ６を取得する。これらの水素量情報Ｖ２～Ｖ６の一部は、管理データベース４２０に格納されているものを読み出してもよい。また、水素量情報Ｖ２～Ｖ６の他の一部は、個々の住宅２１０に設けられた管理装置から取得するようにしてもよい。ステップＳ２２０では、管理装置４１０が、取得した水素量情報Ｖ２～Ｖ６から現在水素残量Ｖ１を算出する。また、管理装置４１０は、これらの水素量情報Ｖ１～Ｖ６を用いて管理データベース４２０を更新する。ステップＳ２３０では、水素の譲渡量である水素購入量Ｖ５又は水素売却量Ｖ６に応じて、水素を水素タンク２２０に実際に移動させるか、又は、実際に水素を移動させることなく水素所有権のみを移動させる。この水素管理方法によれば、各住宅２１０による水素の譲渡量を各住宅２１０の水素持ち分に反映するので、各住宅２１０での水素の利用をより促進させることが可能である。
なお、住宅２１０の他に、水素の生成と消費の少なくとも一方を行う他の施設についても図４及び図５と同様の水素量の管理を行っても良い。具体的には、エネルギー管理システム４００は、例えば、ＦＣ発電設備１００と、水素ステーション３００と、工場５００と、アンモニア／水素変換設備６００とについて、水素量の管理を実行するようにしてもよい。また、エネルギー管理システム４００は、水素量のみでなく、電力量についても住宅２１０や施設毎に図４及び図５と同様な管理を実行するようにしても良い。
このように、エネルギー管理システム４００は、水素及び電力の発生と消費をコミュニティシステム内で調整するので、水素及び電力の利用を円滑に行うことができ、水素及び電力の利用効率を高めることができ、低炭素化に貢献することができる。また、住宅群２００自体に水素生成装置としてのソーラーパネル２５０と水素タンク２２０とが設けられているので、住宅群２００が水素及び電気のバッファーとして機能することができる。
図６は、他の実施形態としてのコミュニティシステムの構成を示す説明図である。このコミュニティシステムは、以下の２点が図１と異なるだけであり、他の構成は図１のコミュニティシステムと同じである。
（１）図１のコミュニティシステムの住宅群２００ａ～２００ｄを、住宅群２００ｅ～２００ｈに変更した。
（２）ＦＣ発電設備１００を地下に埋設した。
図６の住宅群２００ｅ～２００ｈのそれぞれは、集合住宅では無く、一戸建ての住宅２１０の集合である。各住宅群２００を構成する複数の住宅２１０の少なくとも一部には、ソーラーパネル２５０が設けられている。図示は省略しているが、複数の住宅２１０の少なくとも一部には、図１で説明した水素利用設備２１４や水素供給ノズル２１２を設けても良い。各住宅群２００には、図１のコミュニティシステムと同様に、水素タンク２２０と２次電池２３０とが設けられている。図６に示すコミュニティシステムも、図１に示したコミュニティシステムとほぼ同様の構成を有しており、ほぼ同様の効果を有する。
図６のコミュニティシステムにおいて、ＦＣ発電設備１００は、地下に埋設されている。ＦＣ発電設備１００の上方の地表は、遊び場や、集会場、駐車場など、複数の住宅群２００の住人のための施設として利用することができる。この場合に、パイプライン２４０と送電線２６０も、地下に埋設することが好ましい。また、追加で建設する住宅群２００ｈの建設予定地に関しては、その住宅群２００ｈとＦＣ発電設備１００を接続するためのパイプライン２４０と送電線２６０を予め地下に埋設しておくか、又は、それらを敷設するための暗渠を形成しておくことが好ましい。
図６のコミュニティシステムにおいて、ＦＣ発電設備１００は、複数の住宅群２００ｅ～２００ｈのいずれにも面する位置に設置されている。換言すれば、ＦＣ発電設備１００は、複数の既設の住宅群２００ｅ～２００ｇのいずれにも面する位置、又は、複数の既設の住宅群２００ｅ～２００ｇと新たな住宅群２００ｈの建設予定地のいずれにも面する位置に設置されている。こうすれば、複数の住宅群２００ｅ～２００ｈでＦＣ発電設備１００を利用し易い配置とすることができ、また、各住宅群２００毎にＦＣ発電設備１００を設置する場合に比べて設備効率を高めることができる。なお、ＦＣ発電設備１００は、複数の既設の住宅群２００ｅ～２００ｇのほぼ中央、又は、複数の既設の住宅群２００ｅ～２００ｇと新たな住宅群２００ｈの建設予定地のほぼ中央に設置することが更に好ましい。こうすれば、複数の住宅群２００ｅ～２００ｈでＦＣ発電設備１００を更に利用し易い配置とすることができる。なお、「ＦＣ発電設備１００を複数の既設の住宅群２００ｅ～２００ｇのほぼ中央に設置する」という意味は、複数の住宅群２００ｅ～２００ｇとＦＣ発電設備１００の間の距離の平均値を１００％としたときに、各住宅群２００とＦＣ発電設備１００の間の距離が、１００±２０％の範囲にそれぞれ収まっていることを意味する。なお、１つの既設の住宅群２００とＦＣ発電設備１００の間の距離は、平面視において、その住宅群２００に含まれる複数の住宅２１０のうちでＦＣ発電設備１００に最も近い１つの住宅２１０と、ＦＣ発電設備１００との間の最短距離を意味する。また、新たな住宅群２００ｈの建設予定地とＦＣ発電設備１００の間の距離は、平面視において、その建設予定地の外接矩形と、ＦＣ発電設備１００との間の最短距離を意味する。これらの特徴や好ましい構成は、図１のコミュニティシステムにおいても同様である。
図７は、コミュニティシステムの建設方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ３１０では、住宅群２００や、ＦＣ発電設備１００、水素ステーション３００、エネルギー管理システム４００等のコミュニティシステムの施設の配置計画を作成する。この際、図６で説明したように、ＦＣ発電設備１００を複数の住宅群２００ｅ～２００ｈのいずれにも面する位置に配置することが好ましい。図１の例でも同様に、ＦＣ発電設備１００を複数の住宅群２００ａ～２００ｄのいずれにも面する位置に配置することが好ましい。ステップＳ３２０では、パイプライン２４０や送電線２６０などの配置計画を作成する。ステップＳ３３０では、ステップＳ３１０，Ｓ３２０で作成された配置計画に従って、各施設の建設を実行する。この建設方法によれば、ＦＣ発電設備１００を複数の住宅群２００のいずれにも面する位置に設置するので、複数の住宅群２００でＦＣ発電設備１００を利用し易い配置とすることができ、また、各住宅群２００毎にＦＣ発電設備１００を設置する場合に比べて設備効率を高めることができる。
上述した各実施形態のコミュニティシステムは、ＦＣ発電設備１００と、住宅群２００と、水素ステーション３００などの水素補充装置と、エネルギー管理システム４００と、水素生成装置を有する施設５００，６００とを含むので、このコミュニティシステムが属する地域に対して比較的小さな投資によって水素及び電力を効率的に利用できるローカルシステムを構築することができる。この結果、このコミュニティシステムのブランドとしての価値が向上するので、この地域及び住民にとって大きなメリットとなる。また、このコミュニティシステムでは、主に水素と太陽エネルギーを主要なエネルギー源としているので、住民にＣＯ２フリーライフを提供することができる。また、住宅群２００の各住宅２１０には、燃料電池車両ＦＣＶが標準設備として配備されているので、住民にＣＯ２フリーのモビリティーを提供できる。但し、各実施形態で説明した各種の施設や設備の一部は、省略してもよい。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。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、削除することが可能である。
１００…ＦＣ発電設備、１１０…燃料電池システム、１２０…２次電池、２００，２００ａ～２００ｄ…住宅群、２１０…住宅、２１２…水素供給ノズル、２１４…水素利用設備、２２０…水素タンク、２３０…２次電池、２４０…パイプライン、２５０…ソーラーパネル、２６０…送電線、３００…水素ステーション、３１０…水素ディスペンサ、３２０…水素タンク、４００…エネルギー管理システム、４１０…管理装置、４２０…管理データベース、４３０…無線通信装置、５００…工場、５１０…水素生成装置、５２０…水素タンク、６００…アンモニア／水素変換設備、６１０…アンモニアタンク、６２０…水素タンク、６３０…アンモニア／水素変換装置

Claims (3)

  1. 水素を利用するコミュニティシステムであって、
    工業地域に設けられ、アンモニアを水素に変換するアンモニア／水素変換装置と、
    水素を流通させるパイプラインで前記アンモニア／水素変換装置と接続されている住宅群と、を備え、
    前記アンモニア／水素変換装置は、水素にアンモニアを含有させた混合ガスを前記パイプラインに供給し、
    前記混合ガス中の前記アンモニアの含有割合は、２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲である、コミュニティシステム。
  2. 請求項１に記載のコミュニティシステムであって、更に、
    前記アンモニア／水素変換装置から供給された水素を貯蔵する水素貯蔵装置と、
    前記アンモニア／水素変換装置と前記水素貯蔵装置のうちの少なくとも一方から供給される水素を利用して発電を行う燃料電池を含むＦＣ発電設備と、を備え、
    前記住宅群は、前記ＦＣ発電設備から供給される電力と、前記アンモニア／水素変換装置と前記水素貯蔵装置のうちの少なくとも一方から供給される水素と、を利用する複数の住宅を含む、コミュニティシステム。
  3. 水素を利用するコミュニティシステムにおける水素製造方法であって、
    工業地域に設けられたアンモニア／水素変換装置を用いてアンモニアを水素に変換する変換工程を含み、
    前記アンモニア／水素変換装置と住宅群とが、水素を流通させるパイプラインで互いに接続されており、
    前記変換工程は、水素にアンモニアを含有させた混合ガスを前記パイプラインに供給する工程を含み、
    前記混合ガス中の前記アンモニアの含有割合は２ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の範囲である、水素製造方法。
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