JPH04349356A - 水素エネルギによる電力貯蔵システム - Google Patents
水素エネルギによる電力貯蔵システムInfo
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- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素エネルギによる電
力貯蔵システムに関する。
力貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質からなる板の両面に電極を設
け、電極間に直流電圧を印加すれば、水あるいは水蒸気
を電気分解して水素と酸素とが得られることは公知であ
る。また、固体電解質の両面に、水素と酸素をそれぞれ
供給すれば、燃料電池作用によって電流が発生し、発電
できることも知られ、一枚の固体電解質を用いて水素の
製造と発電とを交互に可逆的に行う事ができることも知
られている。
け、電極間に直流電圧を印加すれば、水あるいは水蒸気
を電気分解して水素と酸素とが得られることは公知であ
る。また、固体電解質の両面に、水素と酸素をそれぞれ
供給すれば、燃料電池作用によって電流が発生し、発電
できることも知られ、一枚の固体電解質を用いて水素の
製造と発電とを交互に可逆的に行う事ができることも知
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質を介して水
素を出し入れし電力の貯蔵と発電を行うシステムでは、
電気エネルギから水素エネルギへ、更に水素エネルギを
電気エネルギに変換するが、システムの各プロセスにお
けるエネルギ転換効率をいかに高めエネルギ損失を最小
にとどめるかが課題である。また、固体電解質による電
気分解のエネルギ効率は９０〜９５％と高いが、固体電
解質を用いる燃料電池の発電効率は５０〜６０％である
。従って、可逆的な操業によるエネルギ効率は、４５〜
５７％となり、従来から電力貯蔵として実用されている
揚水発電所のエネルギ効率を上回ることはできない状態
である。
素を出し入れし電力の貯蔵と発電を行うシステムでは、
電気エネルギから水素エネルギへ、更に水素エネルギを
電気エネルギに変換するが、システムの各プロセスにお
けるエネルギ転換効率をいかに高めエネルギ損失を最小
にとどめるかが課題である。また、固体電解質による電
気分解のエネルギ効率は９０〜９５％と高いが、固体電
解質を用いる燃料電池の発電効率は５０〜６０％である
。従って、可逆的な操業によるエネルギ効率は、４５〜
５７％となり、従来から電力貯蔵として実用されている
揚水発電所のエネルギ効率を上回ることはできない状態
である。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
、可逆的プロセスの総合エネル効率を従来と比べて向上
しえる水素エネルギによる電力貯蔵システムを提供する
ことを目的とする。
、可逆的プロセスの総合エネル効率を従来と比べて向上
しえる水素エネルギによる電力貯蔵システムを提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本可逆的水素エネルギ利
用プロセスにおけるエネルギ損失は、発電操業時に発生
する余剰の熱が有効に利用されないことにある。一方、
水素の製造時には、電力の他に、吸熱反応に見合う熱を
与える必要がある。両者のプロセスを考察し、本発明者
は、発熱操業時の余剰熱を蓄えておき、この熱を水素製
造時に供給するシステムを提案した。即ち、可逆的水素
エネルギプロセスに、蓄熱システムを組み合わせ、理論
的には可逆プロセス全体としてみた場合には、プロセス
外へ廃熱されないで、エネルギ損失のないシステムを提
案した。
用プロセスにおけるエネルギ損失は、発電操業時に発生
する余剰の熱が有効に利用されないことにある。一方、
水素の製造時には、電力の他に、吸熱反応に見合う熱を
与える必要がある。両者のプロセスを考察し、本発明者
は、発熱操業時の余剰熱を蓄えておき、この熱を水素製
造時に供給するシステムを提案した。即ち、可逆的水素
エネルギプロセスに、蓄熱システムを組み合わせ、理論
的には可逆プロセス全体としてみた場合には、プロセス
外へ廃熱されないで、エネルギ損失のないシステムを提
案した。
【０００６】
【作用】本発明において、電気分解操業時に必要なとな
るエネルギは、（１）電力Ｗ１ 、（２） 吸熱反応に
対応する入熱ΔＱ１ 、（３） 水を所要の温度に加熱
する熱ΔＱ２ であり、この操業において発生する熱と
して（４） 電力損失に伴うジュ−ル熱ΔＱ３ である
。従って、正味、供給されなければならない熱Ｑ１ は
ΔＱ１ ＋ΔＱ２ −ΔＱ３ となる。
るエネルギは、（１）電力Ｗ１ 、（２） 吸熱反応に
対応する入熱ΔＱ１ 、（３） 水を所要の温度に加熱
する熱ΔＱ２ であり、この操業において発生する熱と
して（４） 電力損失に伴うジュ−ル熱ΔＱ３ である
。従って、正味、供給されなければならない熱Ｑ１ は
ΔＱ１ ＋ΔＱ２ −ΔＱ３ となる。
【０００７】一方、発電時においては、本来水素のもつ
化学結合エネルギＱ０ が利用されるが、これは（１）
電力Ｗ２ 、（２） 発熱反応熱ΔＱ４ 、（３）
水素と酸素を所要温度へ加熱する熱ΔＱ５ に分配され
る。正味の発熱Ｑ２ はΔＱ４ −ΔＱ５ となる。し
かるに、本発明では、発電時の発熱Ｑ２ を一時貯えて
おき、可逆的プロセスにおいて、水素製造の時に必要と
なる熱Ｑ１ として供給するものである。従来、このＱ
１ はすべて電力Ｗ３ として与えられていたが、本発
明のシステムによって、Ｗ３ −Ｗ１ の電力が節減さ
れ、エネルギ効率がの上昇につながるものである。
化学結合エネルギＱ０ が利用されるが、これは（１）
電力Ｗ２ 、（２） 発熱反応熱ΔＱ４ 、（３）
水素と酸素を所要温度へ加熱する熱ΔＱ５ に分配され
る。正味の発熱Ｑ２ はΔＱ４ −ΔＱ５ となる。し
かるに、本発明では、発電時の発熱Ｑ２ を一時貯えて
おき、可逆的プロセスにおいて、水素製造の時に必要と
なる熱Ｑ１ として供給するものである。従来、このＱ
１ はすべて電力Ｗ３ として与えられていたが、本発
明のシステムによって、Ｗ３ −Ｗ１ の電力が節減さ
れ、エネルギ効率がの上昇につながるものである。
【０００８】
【実施例１】図１は本発明の一実施例に係る水素エネル
ギによる電力貯蔵システムの説明図、図２は発電時のプ
ロセスの流れの説明図である。
ギによる電力貯蔵システムの説明図、図２は発電時のプ
ロセスの流れの説明図である。
【０００９】固体電解質による発電セルは、電解セル２
内を例えば板状に成形した固体電解質１ａで仕切り、両
面に多孔質の電極１ｂを取り付け、電極にリ−ドケ−ブ
ル３を接続してなる。これに水素タンク４、酸素タンク
５から水素及び酸素を、それぞれの電極部に供給するこ
とによって、水素と酸素が結合し、水蒸気が生成され電
力を発生する。これを直交，交直変換器６へ送電する。 このとき、同時に熱発生がある。この反応熱は略発生電
力に匹敵するが、一部は第１熱交換器７によって水素及
び酸素の加熱に用い、残りは蓄熱器８により蓄熱し、凝
縮水として凝縮水タンク９に貯留する。なお、図中の１
０は第２熱交換器、１１は気液分離器、１２は循環ポン
プ、１３は水蒸気サ−キュレ−タ、１４は給水ポンプ、
１５は止め弁Ａ、１６は止め弁Ｂ、１７は送電線を示す
。
内を例えば板状に成形した固体電解質１ａで仕切り、両
面に多孔質の電極１ｂを取り付け、電極にリ−ドケ−ブ
ル３を接続してなる。これに水素タンク４、酸素タンク
５から水素及び酸素を、それぞれの電極部に供給するこ
とによって、水素と酸素が結合し、水蒸気が生成され電
力を発生する。これを直交，交直変換器６へ送電する。 このとき、同時に熱発生がある。この反応熱は略発生電
力に匹敵するが、一部は第１熱交換器７によって水素及
び酸素の加熱に用い、残りは蓄熱器８により蓄熱し、凝
縮水として凝縮水タンク９に貯留する。なお、図中の１
０は第２熱交換器、１１は気液分離器、１２は循環ポン
プ、１３は水蒸気サ−キュレ−タ、１４は給水ポンプ、
１５は止め弁Ａ、１６は止め弁Ｂ、１７は送電線を示す
。
【００１０】図３は、水素製造時のプロセスの流れを説
明する図である。この場合は、発電時と流れ方向が逆向
きとなり、水蒸気サ−キュレ−タ１３を停止し、給水ポ
ンプ１４と循環ポンプ１２を運転する。水素は電力を送
電線１７から受電し、直交，交直変換器６を経て、電解
セル２に供給する。水は給水ポンプ１３により蓄熱器１
２を通り、水蒸気にされ、電解セル２に送られ、ここで
電気分解によって酸素が固体電解質１ａを透過して分離
され、水素と水蒸気は第１熱交換器７及び第２熱交換器
１０を経て、気液分離機１１に達し、ここで水素は水と
分離されて、水素タンク４へ入る。このような電気分解
プロセスにおいては、電気分解が吸熱反応であるので、
固体電解質１ａに対し、電力の他に、熱を必要とする。 本プロセスでは、この熱は蓄熱器から水蒸気として与え
られ、電気分解反応が進行する。
明する図である。この場合は、発電時と流れ方向が逆向
きとなり、水蒸気サ−キュレ−タ１３を停止し、給水ポ
ンプ１４と循環ポンプ１２を運転する。水素は電力を送
電線１７から受電し、直交，交直変換器６を経て、電解
セル２に供給する。水は給水ポンプ１３により蓄熱器１
２を通り、水蒸気にされ、電解セル２に送られ、ここで
電気分解によって酸素が固体電解質１ａを透過して分離
され、水素と水蒸気は第１熱交換器７及び第２熱交換器
１０を経て、気液分離機１１に達し、ここで水素は水と
分離されて、水素タンク４へ入る。このような電気分解
プロセスにおいては、電気分解が吸熱反応であるので、
固体電解質１ａに対し、電力の他に、熱を必要とする。 本プロセスでは、この熱は蓄熱器から水蒸気として与え
られ、電気分解反応が進行する。
【００１１】このように、上記実施例による水素エネル
ギによる電力貯蔵システムによれば、本プロセスにおい
て消費されるエネルギは、水素と酸素の加熱、冷却エネ
ルギとプロセスからの放熱であり、これが消費した電力
と発生した電力の差となる。
ギによる電力貯蔵システムによれば、本プロセスにおい
て消費されるエネルギは、水素と酸素の加熱、冷却エネ
ルギとプロセスからの放熱であり、これが消費した電力
と発生した電力の差となる。
【００１２】事実、本プロセスにおける蓄熱量は、水素
製造時の所要総エネルギの約１０％に相当する。電力へ
の寄与率を考慮すると、本プロセスの採用によって、電
力貯蔵効率（発電量／電力消費量）は約５％程度向上す
るものと予想される。
製造時の所要総エネルギの約１０％に相当する。電力へ
の寄与率を考慮すると、本プロセスの採用によって、電
力貯蔵効率（発電量／電力消費量）は約５％程度向上す
るものと予想される。
【００１３】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、可逆
的プロセスの総合エネル効率を従来と比べて向上しえる
水素エネルギによる電力貯蔵システムを提供できる。
的プロセスの総合エネル効率を従来と比べて向上しえる
水素エネルギによる電力貯蔵システムを提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係るに水素エネルギによる
電力貯蔵システムの系統図。
電力貯蔵システムの系統図。
【図２】本システムによる発電時のシステムの流れの説
明図。
明図。
【図３】本システムによる水素製造時のシステムの流れ
の説明図。
の説明図。
１ａ…固体電解質、１ｂ…電極、２…電解セル、３…リ
−ドケ−ブル、４…水素タンク、５…酸素タンク、６…
直交，交直変換器、７…第１熱交換器、８…蓄熱器、９
…凝縮水タンク、１０…第２熱交換器、１１…気液分離
器、１２…循環ポンプ、１３…水蒸気サ−キュレ−タ、
１４…給水ポンプ、１７…送電線。
−ドケ−ブル、４…水素タンク、５…酸素タンク、６…
直交，交直変換器、７…第１熱交換器、８…蓄熱器、９
…凝縮水タンク、１０…第２熱交換器、１１…気液分離
器、１２…循環ポンプ、１３…水蒸気サ−キュレ−タ、
１４…給水ポンプ、１７…送電線。
Claims (1)
- 【請求項１】 水素エネルギを利用する電力貯蔵シス
テムにおいて、水素の製造と、水素による発電を交互に
同一の固体電解質を用いて行なうとともに、発電時に生
成する水蒸気のエネルギを蓄熱器に貯蔵し、かつ貯蔵し
た熱エネルギを水素製造時に利用することを特徴とする
水素エエネルギによる電力貯蔵システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3001940A JP2891548B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 水素エネルギによる電力貯蔵システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3001940A JP2891548B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 水素エネルギによる電力貯蔵システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04349356A true JPH04349356A (ja) | 1992-12-03 |
| JP2891548B2 JP2891548B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=11515611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3001940A Expired - Lifetime JP2891548B2 (ja) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | 水素エネルギによる電力貯蔵システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2891548B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996023322A1 (en) * | 1995-01-25 | 1996-08-01 | Westinghouse Electric Corporation | An electrochemical energy conversion and storage system |
| JP2001126742A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| WO2003085769A1 (fr) * | 2002-04-05 | 2003-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Chargeur, batterie de pile a combustible, et procede permettant de charger une batterie de pile a combustible |
| DE112010000826T5 (de) | 2009-02-16 | 2012-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Elektrisches Stromspeichersystem unter Verwendung von Wasserstoff und Verfahren zum Speichern von elektrischem Strom unter Verwendung von Wasserstoff |
| JP2014095118A (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | 水素電力貯蔵システムおよび方法 |
| JP2016098387A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | 水素製造装置、水素製造方法及び電力貯蔵システム |
| CN115074751A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-09-20 | 华北电力大学 | 一种可连续稳定运行的高温电解制氢系统、方法及其应用 |
-
1991
- 1991-01-11 JP JP3001940A patent/JP2891548B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996023322A1 (en) * | 1995-01-25 | 1996-08-01 | Westinghouse Electric Corporation | An electrochemical energy conversion and storage system |
| JP2001126742A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池発電装置 |
| WO2003085769A1 (fr) * | 2002-04-05 | 2003-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Chargeur, batterie de pile a combustible, et procede permettant de charger une batterie de pile a combustible |
| DE112010000826T5 (de) | 2009-02-16 | 2012-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Elektrisches Stromspeichersystem unter Verwendung von Wasserstoff und Verfahren zum Speichern von elektrischem Strom unter Verwendung von Wasserstoff |
| US8394543B2 (en) | 2009-02-16 | 2013-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrical power storage system using hydrogen and method for storing electrical power using hydrogen |
| US9362576B2 (en) | 2009-02-16 | 2016-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrical power storage system using hydrogen and method for storing electrical power using hydrogen |
| JP2014095118A (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Toshiba Corp | 水素電力貯蔵システムおよび方法 |
| JP2016098387A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | 水素製造装置、水素製造方法及び電力貯蔵システム |
| CN115074751A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-09-20 | 华北电力大学 | 一种可连续稳定运行的高温电解制氢系统、方法及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2891548B2 (ja) | 1999-05-17 |
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