JPH0864220A - 水素貯蔵発電システム - Google Patents

水素貯蔵発電システム

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JPH0864220A
JPH0864220A JP6199142A JP19914294A JPH0864220A JP H0864220 A JPH0864220 A JP H0864220A JP 6199142 A JP6199142 A JP 6199142A JP 19914294 A JP19914294 A JP 19914294A JP H0864220 A JPH0864220 A JP H0864220A
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power generation
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Takeo Takahashi
武男 高橋
Yoshiaki Kurata
義昭 倉田
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電力を環境汚染のないクリーンな水素に変換し
て効率よく貯蔵し、必要時にこの水素を利用して電力を
取り出せるようにした新規,かつ経済的な水素貯蔵発電
システムを提供する。 【構成】太陽電池1,商用電源2などを一次電源とし
て、一次電源からの電力で水素を生成する水電解装置4
と、水電解装置で生成した水素を除湿する膜式ガス乾燥
装置5と、水素吸蔵合金7を用いて前記水素を吸蔵,放
出する水素貯蔵装置6と、水素貯蔵装置から放出した水
素を燃料として発電する燃料電池8などの発電装置とを
組合わせてシステムを構成し、一次電源の電力を水素の
形に変換して貯蔵し、必要な時に水素吸蔵合金から放出
した水素を利用して発電し、電力として取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素を利用して電力を
貯蔵し、電力需要のピーク時,ないし非常時などの必要
時に電力を取り出すようにした水素貯蔵発電システムに
関する。
【0002】
【従来の技術】電力エネルギーの貯蔵技術については、
超電導,フライホイール,圧縮空気など利用した方式も
含めて各種方式のものが提唱されているが、現在最も一
般的なに用いられている電力貯蔵手段は二次電池(蓄電
池)であり、そのほかに夜間の余剰電力を利用した揚水
発電システムなども多く採用されている。
【0003】また、停電時などの緊急時に使用する非常
用電源装置としては、軽油,重油を燃料とするエンジン
発電機が一般に使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、二次電池は
大形でコストが高く、しかも寿命が短いといった問題が
あり、大容量の電力貯蔵には不向きである。また、揚水
発電所は大規模な貯水施設を要することから電力需要の
多い都市近郊での建設は殆ど不可能である。さらに、軽
油,重油などを燃料とする非常用電源装置は、運転に伴
って窒素酸化物などの大気汚染物質を多量に発生する問
題がある。
【0005】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、電力を環境汚染のないクリーンな水素に変換し
て効率よく貯蔵し、必要時にこの水素を利用して電力を
取り出せるようにした新規,かつ経済的な水素貯蔵発電
システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の水素貯蔵発電システムは、一次電源と、該
電源から給電して水素を生成させる水電解装置と、水電
解装置で生成した水素を除湿するガス乾燥装置と、水素
吸蔵合金を用いて前記水素を吸蔵,放出する水素貯蔵装
置と、水素貯蔵装置から放出した水素を燃料とする発電
装置とからなり、一次電源の電力を水素の形に変換して
貯蔵し、必要時にこの水素を利用して電力を取り出すも
のとする。
【0007】また、前記の水素貯蔵発電システムは、具
体的に次記のような態様で実施,運転することができ
る。 (1)一次電源として、太陽電池,風力発電機,商用電
源などを採用する。 (2)水電解装置に固体高分子膜型水電解装置を採用す
る。 (3)ガス乾燥装置は、高分子分離膜を水蒸気透過膜と
して、その一次側に湿潤ガス,二次側にパージ用ガスを
流して湿潤ガス中の水分を除湿する膜式ガス乾燥装置を
採用する。そして水電解装置で生成した酸素ガス,もし
くはコンプレッサの圧縮空気を除湿してガス乾燥装置の
パージ用ガスに用いる。
【0008】(4)発電装置には、燃料電池,あるいは
水素エンジン発電機を採用する。そしてこの発電装置の
排熱を水素吸蔵合金からの水素ガス放出に利用する。 (5)水電解装置で生成した酸素を燃料電池の反応ガス
に利用する。 (6)電力需要のピークカット対策として、商用電源の
夜間余剰電力を利用して水素を生成,貯蔵し、昼間の電
力需要ピーク時に発電して電力を供給する。
【0009】(7)非常用電源として、定常時には商用
電源の電力で水素を生成,貯蔵し、商用電源の停電時に
発電して負荷に電力を供給する。
【0010】
【作用】上記システムにおいては、太陽光,風力を利用
して発電した電力,ないしは夜間の余剰電力などを水電
解装置に給電し、ここで生成した水素ガスをガス乾燥装
置により除湿した上で水素吸蔵合金に吸蔵させて貯蔵す
る。そして、電力需要のピーク時,ないしは非常時など
電力を必要とする時には水素吸蔵合金に蓄えておいた水
素ガスを放出し、この水素ガスを利用して燃料電池,あ
るいは水素エンジン発電機などの発電装置から電力とし
て取り出す。これにより、一次電源の電力を水素ガスの
形に変換して貯蔵しておき、必要時にはこの水素ガスを
利用して発電し、電力として取り出すことができる。
【0011】この場合に、水電解装置で生成した水素ガ
スの湿度は殆ど飽和状態にあり、このままでは水素吸蔵
合金に吸蔵させることが極めて困難であるが、水素ガス
貯蔵装置の前段に膜式ガス乾燥装置を組合わせことによ
り、一次側に流れる湿潤水素ガスの水分を選択的にパー
ジガスの流れる二次側に透過させて効果的に脱湿するこ
とができ、これにより多量の水素ガスを効率よく水素吸
蔵合金に吸蔵させることが可能となる。
【0012】また、水素吸蔵合金から水素ガスを放出す
る際には水素吸蔵合金を60℃程度に加温する必要があ
るが、この場合に燃料電池などの発電装置の排熱を利用
することでシステムの運転効率が向上する。同様に、水
電解装置で生成した酸素を膜式ガス乾燥装置のパージガ
ス,燃料電池の反応ガスに利用することも有効である。
【0013】なお、当該水素貯蔵発電システムは、その
規模によって次記のような用途への適用が考えられる。 (1)例えば電力会社の変電所に設置して夜間の余剰電
力を水素の形で貯蔵し、昼間の電力需要ピーク時に発電
して電力として取り出す、電力需要のピークカット対策
として使用する。(6〜10MW程度の規模) (2)例えば一般家庭などに設置した太陽電池と組合わ
せ、日中に太陽電池で発電した電力を水素の形で貯蔵
し、必要時に電力として取り出す。(数KW程度の規
模) (3)非常用電源として電力需要家に設置し、定常時に
商用電源の電力を水素の形で貯蔵し、商用電源が停電し
た非常時に発電して負荷に給電する。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、一次電源に太陽電池,および商用電源を使
用し、発電装置に燃料電池を採用した実施例のシステム
系統図を図1に示す。図1において、1は太陽電池、2
は商用電源、3は商用電源2に接続したAC/DC変換
器、4は固体高分子膜型の水電解装置、5は膜式ガス乾
燥装置、6は水素吸蔵合金7を用いた水素貯蔵装置、8
は燃料電池(例えば固体高分子型燃料電池)、9は燃料
電池8の出力側に接続したDC/AC変換器、10は酸
素ガスの貯蔵タンク、11は膜式ガス乾燥装置5と同様
な酸素のガス乾燥器である。
【0015】また、図2(a),(b)は前記した膜式ガ
ス乾燥装置5の製品例(SUNSEP−Wモジュール
(商品名):旭硝子株式会社製)であり、外筒12の内
部にはフッ素系高分子からなる中空糸膜(外形500〜
600μm)13が多数束ねて収納されている。そし
て、湿潤ガス(水電解装置4で生成した水素ガス)を中
空糸膜13の内側(一次側)に、パージ用乾燥ガスを外
側(二次側)に流すと、湿潤ガスが中空糸膜13の内側
を流れる過程で、湿潤ガス中の水分(水蒸気)が中空糸
膜内外の水蒸気分圧の差によって外側に透過し、パージ
用ガスと一緒に排出される。これにより、湿潤ガスは除
湿されてモジュールの他端から乾燥ガス(到達露点:〜
−35(−60)℃)が得られる。なお、前記したパー
ジ用乾燥ガスには、図1における水分解装置4で生成し
た酸素、あるいはコンプレッサの圧縮空気を乾燥して使
用することができる。
【0016】次に、図1に戻ってシステムの動作を説明
する。まず、日中に太陽電池1で発電した電力,あるい
は商用電源1の夜間余剰電力を直流に変換して水電解装
置4に給電すると、水電解装置4に供給した純水(温水
装置で加温しておく)が電気分解されて水素と酸素が生
成し、ここで水素ガスは膜式ガス乾燥装置5で脱湿した
上で水素貯蔵装置6に送り込んで水素吸蔵合金7に吸蔵
させる。なお、この吸蔵過程では水素吸蔵合金7が発熱
するので外部から常温水を流して冷却するようにする。
一方、水電解装置4で生成した酸素はガス乾燥器11で
除湿してガスタンク10に貯え、ここから抽出した酸素
を膜式ガス乾燥装置5のパージ用乾燥ガスとして利用す
る。
【0017】そして、昼間の電力需要ピーク時などで電
力を必要とする際には、水素貯蔵装置に水温60℃程度
の温水を流して水素吸蔵合金7に吸蔵されている水素ガ
スを放出し、燃料電池8に供給して発電し、その出力を
交流に変換して電力系統に給電する。なお、燃料電池8
の運転時には前記の酸素タンク10に蓄えておいた酸素
を反応ガス(酸化剤ガス)に利用でき、さらに燃料電池
8の冷却排水(温水)を水素貯蔵装置6に供給し、燃料
電池の排熱を水素放出用熱源の一部に利用することも可
能である。
【0018】なお、図示実施例では、一次電源として太
陽電池1,商用電源2を使用しているが、そのほかに風
力発電機を使って電力貯蔵を行うこともできる。また、
発電装置には燃料電池8のほかに、水素ガスを燃料とし
た水素エンジン発電機も使用できる。特に非常用電源に
は燃料電池に比べて短時間で起動できる水素エンジン発
電機を採用するのが有利である。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の水素貯蔵発
電システムによれば、水素を利用して電力を貯蔵し、必
要時に電力として取り出せる。特に、水電解装置で生成
した水素を水素吸蔵合金に吸蔵させる際に、その前段で
湿潤状態にある水素を膜式ガス乾燥装置を用いて除湿さ
せることにより、多量の水素ガスを効率よく水素吸蔵合
金に吸蔵させることができる。
【0020】しかも、水素は水を電気分解するだけで容
易に生成でき、かつ資源としては無尽蔵で燃焼しても水
に戻るだけで環境汚染問題を引き起こすことがない。ま
た、発明者等が試算したところによれは、本発明の水素
貯蔵発電システムは、二次電池に比べて寸法は約1/
2,建設費,運転費を含めてコストは約1/4,耐用寿
命は約3倍以上であり、二次電池に代わる理想的な電力
貯蔵手段となり得る。
【0021】そのほか、電力会社にとって大きな課題と
なっている夜間の余剰電力を昼間の需要ピークにシフト
するピークカット対策として大きな貢献が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による水素貯蔵発電システムの
系統図
【図2】図1における膜式ガス乾燥装置の構成図であ
り、(a)は装置全体の断面図、(b)は要部の拡大断
面図
【符号の説明】
1 太陽電池 2 商用電源 4 水電解装置 5 膜式ガス乾燥装置 6 水素貯蔵装置 7 水素吸蔵合金 8 燃料電池

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一次電源と、一次電源から給電して水素を
    生成させる水電解装置と、水電解装置で生成した水素を
    除湿するガス乾燥装置と、水素吸蔵合金を用いて前記水
    素を吸蔵,放出する水素貯蔵装置と、水素貯蔵装置から
    放出した水素を燃料とする発電装置とを組合わせてな
    り、一次電源の電力を水素の形に変換して貯蔵し、必要
    時にこの水素を利用して発電し、電力として取り出すよ
    うにしたことを特徴とする水素貯蔵発電システム。
  2. 【請求項2】一次電源が太陽電池,風力発電機,商用電
    源のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の水
    素貯蔵発電システム。
  3. 【請求項3】水電解装置が固体高分子膜型水電解装置で
    あることを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵発電シス
    テム。
  4. 【請求項4】ガス乾燥装置が高分子分離膜を水蒸気透過
    膜として、その一次側に湿潤ガス,二次側にパージ用ガ
    スを流して湿潤ガス中の水分を除湿する膜式ガス乾燥装
    置であることを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵発電
    システム。
  5. 【請求項5】発電装置が燃料電池,水素エンジン発電機
    のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の水素
    貯蔵発電システム。
  6. 【請求項6】発電装置の排熱を水素吸蔵合金からの水素
    放出用熱源に利用することを特徴とする請求項1記載の
    水素貯蔵発電システム。
  7. 【請求項7】水電解装置で生成した酸素,もしくはコン
    プレッサの圧縮空気を除湿してガス乾燥装置のパージ用
    ガスに用いることを特徴とする請求項1,4に記載の水
    素貯蔵発電システム。
  8. 【請求項8】水電解装置で生成した酸素を燃料電池の反
    応ガスに利用することを特徴とする請求項1,5記載の
    水素貯蔵発電システム。
  9. 【請求項9】商用電源の夜間余剰電力を利用して水素を
    生成,貯蔵し、昼間の電力需要ピーク時に発電して電力
    を供給することを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵発
    電システム。
  10. 【請求項10】定常時には商用電源の電力で水素を生
    成,貯蔵し、商用電源の停電時に発電して負荷に電力を
    供給することを特徴とする請求項1記載の水素貯蔵発電
    システム。
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