JPWO2017149606A1 - Hydrogen production system and hydrogen production method - Google Patents
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Abstract
【課題】再生可能エネルギーを利用して水を電気分解して水素を製造する場合に、電解装置が適切な電気分解を行うことが可能な水素製造システムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、水素製造システムは、再生可能エネルギーから得られた電力を少なくとも第1成分および第2成分に分離する電力変換装置を備える。前記システムはさらに、前記第1成分を用いて第1電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第1電解装置を備える。前記システムはさらに、前記第2成分を用いて第2電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第2電解装置を備える。The present invention provides a hydrogen production system in which an electrolysis apparatus can perform appropriate electrolysis when water is electrolyzed using renewable energy to produce hydrogen.
According to an embodiment, a hydrogen production system includes a power conversion device that separates electric power obtained from renewable energy into at least a first component and a second component. The system further includes a first electrolyzer that produces hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the first electrolysis method using the first component. The system further includes a second electrolysis apparatus that produces hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the second electrolysis method using the second component.
Description
本発明の実施形態は、水素製造システムおよび水素製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a hydrogen production system and a hydrogen production method.
近年、化石燃料の枯渇、二酸化炭素排出による地球温暖化などの環境問題、エネルギーセキュリティなどの観点から、太陽光、風力、地熱などに代表される再生可能エネルギーの導入が産業部門や民間部門で推進されている。一方、ほとんどの再生可能エネルギーは出力が安定していないため、再生可能エネルギーの一部を貯蔵装置に貯蔵することが検討されている。 In recent years, the introduction of renewable energy represented by solar, wind, geothermal, etc. has been promoted in the industrial and private sectors from the viewpoints of fossil fuel depletion, environmental issues such as global warming due to carbon dioxide emissions, and energy security. Has been. On the other hand, since the output of most renewable energy is not stable, it is considered to store a part of the renewable energy in a storage device.
このような貯蔵装置の例は、蓄電池である。この場合、再生可能エネルギーを獲得する設備が大規模化すると、大量の再生可能エネルギーを貯蔵するために、蓄電池の設置台数を増やし、貯蔵可能なエネルギー量を増やす必要がある。そのため、多数の蓄電池を設置することが必要となるが、再生可能エネルギーの出力が低いときにこれらの蓄電池の多くが無駄になる。よって、蓄電池以外の貯蔵装置を採用することが検討されている。 An example of such a storage device is a storage battery. In this case, when the facility for acquiring renewable energy becomes large, in order to store a large amount of renewable energy, it is necessary to increase the number of installed storage batteries and increase the amount of energy that can be stored. Therefore, it is necessary to install a large number of storage batteries, but many of these storage batteries are wasted when the output of renewable energy is low. Therefore, adopting a storage device other than the storage battery has been studied.
そこで、再生可能エネルギーにより液体または気体の水を電気分解して水素を製造し、水素、または水素から得られた物質(水素化物など)を貯蔵する方法が注目されている。この場合、水素を燃料電池に使用して電力を生成することや、水素化物を燃料として使用することが可能である。しかしながら、再生可能エネルギーは天候や気象条件により変動するため、電気分解を行う電解装置がこの変動に追随できない場合がある。さらに、この変動が電解装置の耐久性などに影響を及ぼす可能性があり、場合によっては、電解装置の入力電力を下げたり、電解装置の耐久性を改善する必要がでてくる。 Thus, attention has been focused on a method of producing hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water with renewable energy and storing hydrogen or a substance (hydride or the like) obtained from hydrogen. In this case, hydrogen can be used in the fuel cell to generate electric power, or hydride can be used as fuel. However, since renewable energy varies depending on the weather and weather conditions, an electrolyzer that performs electrolysis may not be able to follow this variation. Further, this variation may affect the durability of the electrolysis apparatus, and in some cases, it is necessary to reduce the input power of the electrolysis apparatus or improve the durability of the electrolysis apparatus.
上述のように、再生可能エネルギーを水素や水素化物の形で貯蔵する場合には、再生可能エネルギーの変動が問題となる。また、再生可能エネルギーを風力発電等のように回転機を用いて獲得する場合には、再生可能エネルギーは交流電力に変換される。この場合、電気分解用に交流電力を直流電力に変換すると、直流電力に高周波成分がのる可能性があり、高周波成分が電解装置に悪影響を与える可能性がある。 As described above, when the renewable energy is stored in the form of hydrogen or hydride, the fluctuation of the renewable energy becomes a problem. Moreover, when acquiring renewable energy using a rotating machine like a wind power generation etc., renewable energy is converted into alternating current power. In this case, if AC power is converted into DC power for electrolysis, a high frequency component may be carried on the DC power, and the high frequency component may adversely affect the electrolysis apparatus.
本発明が解決しようとする課題は、再生可能エネルギーを利用して水を電気分解して水素を製造する場合に、電解装置が適切な電気分解を行うことが可能な水素製造システムおよび水素製造方法を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is a hydrogen production system and a hydrogen production method in which an electrolysis apparatus can perform appropriate electrolysis when water is electrolyzed using renewable energy to produce hydrogen. Is to provide.
本発明の実施形態によれば、水素製造システムは、再生可能エネルギーから得られた電力を少なくとも第1成分および第2成分に分離する電力変換装置を備える。前記システムはさらに、前記第1成分を用いて第1電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第1電解装置を備える。前記システムはさらに、前記第2成分を用いて第2電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第2電解装置を備える。 According to the embodiment of the present invention, the hydrogen production system includes a power conversion device that separates electric power obtained from renewable energy into at least a first component and a second component. The system further includes a first electrolyzer that produces hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the first electrolysis method using the first component. The system further includes a second electrolysis apparatus that produces hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the second electrolysis method using the second component.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図1から図6では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1 to FIG. 6, the same or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の水素製造システム1の構成を示すブロック図である。図1は、水素製造システム1と、発電設備2と、水素利用設備3とを示している。発電設備2は、再生可能エネルギーから電力を生成する。この再生可能エネルギーの例は、太陽光、風力、地熱などである。水素製造システム1は、発電設備2から供給された電力を用いて液体または気体の水を電気分解して水素を製造する。水素利用設備3は、水素製造システム1から供給された水素、またはこの水素から得られた物質(水素化物など)をエネルギー源として利用する。水素利用設備3は例えば、水素を燃料電池に使用して電力を生成してもよいし、水素化物を燃料として使用してもよい。(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
図1の水素製造システム1は、電力変換装置11と、第1および第2電解装置12a、12bを有する電解装置部12と、水素貯蔵装置13とを備えている。
The
電力変換装置11は、再生可能エネルギーから得られた電力が発電設備2から供給される。再生可能エネルギーは天候や気象条件により変動するため、この電力も天候や気象条件により変動する。電力変換装置11は、この電力を一定成分と変動成分とに分離し、一定成分を第1電解装置12aに供給し、変動成分を第2電解装置12bに供給する。一定成分は第1成分の例であり、変動成分は第2成分の例である。一定成分と変動成分の詳細は後述する。電力変換装置11は、例えばパワーコントローラである。
The
第1電解装置12aは、一定成分を用いて第1電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する。第2電解装置12bは、変動成分を用いて第2電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する。第1および第2電解方式は、互いに異なる電解方式であることが望ましいが、同じ電解方式でもよい。第1および第2電解方式の例は、アルカリ電解質、固体高分子型電解質膜、または固体酸化物形電解質膜を使用する電解方式である。第1および第2電解方式の詳細は後述する。
The
水素貯蔵装置13は、第1および第2電解装置12a、12bにより製造された水素を貯蔵する。水素貯蔵装置13は、例えば水素タンクである。本実施形態では、水素タンクから水素利用設備3に配管を介して水素を供給してもよいし、人間が水素タンクを水素利用設備3まで運んでもよい。
The
図2は、第1実施形態の電解装置の例を示す模式図である。本実施形態の第1電解装置12aは、図2(a)〜図2(c)に示す電解装置のいずれかに相当する。同様に、本実施形態の第2電解装置12bは、図2(a)〜図2(c)に示す電解装置のいずれかに相当する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the electrolysis apparatus according to the first embodiment. The
図2(a)は、アルカリ電解方式の電解装置を示している。この電解装置は、陰極21、陽極22、および電解槽23を備えている。電解槽23は、アルカリ電解質(例えば水酸化ナトリウム)の水溶液を有し、陰極21と陽極22は、この水溶液に浸されている。陰極21と陽極22との間に電圧を印加すると、電解槽23内の水が電気分解される。その結果、陰極21付近から水素が発生し、陽極22付近から酸素が発生する。
FIG. 2A shows an alkaline electrolysis apparatus. The electrolyzer includes a
図2(b)は、固体高分子方式の電解装置を示している。この電解装置は、陰極31、陽極32、および固体高分子型電解質膜33を備え、液体の水を電気分解の対象とする。固体高分子型電解質膜33は、陰極31と陽極32との間に配置されている。陰極31と陽極32との間に電圧を印加すると、液体の水が電気分解される。その結果、陰極31付近から水素が発生し、陽極32付近から酸素が発生する。水は、陰極31側に供給されても陽極32側に供給されてもよい。ただし、図2(b)の場合には、固体高分子型電解質膜33内をH+(水素イオン)が移動する場合が多いため、水は陽極32側に供給されることが一般的である。FIG. 2B shows a solid polymer electrolytic device. This electrolysis apparatus includes a
図2(c)は、固体酸化物方式の電解装置を示している。この電解装置は、陰極41、陽極42、および固体酸化物形電解質膜43を備え、気体の水(水蒸気)を電気分解の対象とする。気体の水の温度は、例えば600〜800℃である。固体酸化物形電解質膜43は、例えばセラミックである。固体酸化物形電解質膜43は、陰極41と陽極42との間に配置されている。陰極41と陽極42との間に電圧を印加すると、気体の水が電気分解される。その結果、陰極41付近から水素が発生し、陽極42付近から酸素が発生する。水は、陰極41側に供給されても陽極42側に供給されてもよい。ただし、固体酸化物形電解質膜43内をO2−(酸素イオン)が移動する場合には、図2(c)のように水が陰極41側に供給されることが一般的である。一方、固体酸化物形電解質膜43内をH+が移動する場合には、水が陽極42側に供給されることが一般的である。FIG. 2C shows a solid oxide electrolytic device. This electrolysis apparatus includes a
本実施形態の第1電解装置12aは、第1電解方式として、アルカリ電解方式、固体高分子方式、および固体酸化物方式のいずれを採用してもよい。同様に、本実施形態の第2電解装置12bは、第2電解方式として、アルカリ電解方式、固体高分子方式、および固体酸化物方式のいずれを採用してもよい。また、第1および第2電解方式は、同じ電解方式でもよいし、互いに異なる電解方式でもよい。ただし、後述するように、第1電解方式は、アルカリ電解方式または固体酸化物方式とすることが望ましく、第2電解方式は、固体高分子方式とすることが望ましい。
The
なお、本実施形態の第1電解装置12aは、図2(a)〜図2(c)の陰極21、31、41と陽極22、32、42との間に、上述の一定成分の電力を供給する。一方、本実施形態の第2電解装置12bは、図2(a)〜図2(c)の陰極21、31、41と陽極22、32、42との間に、上述の変動成分の電力を供給する。
The
図3は、第1実施形態の電力成分について説明するためのグラフである。図3(a)および図3(b)において、縦軸は電力を表し、横軸は時間を表す。 FIG. 3 is a graph for explaining the power component of the first embodiment. 3 (a) and 3 (b), the vertical axis represents power, and the horizontal axis represents time.
図3(a)は、電力変換装置11に供給された電力Pと、一定成分P1と、変動成分P2の例を示している。図3(a)では、電力Pと一定成分P1が曲線で示されている。本実施形態の電力変換装置11は、電力Pを一定成分P1と変動成分P2のみに分離するため、変動成分P2は、電力Pと一定成分P1との差で与えられる(P2=P−P1)。図3(a)では、変動成分P2が、電力Pの曲線と一定成分P1の曲線との間の斜線領域で示されている。
FIG. 3A shows an example of the power P supplied to the
図3(a)では、一定成分P1の電力値は、各期間R内で一定であり、期間Rの変化に伴い変動する。一方、変動成分P1の電力値は、各期間R内でも変動する。図3(a)では、電力変換装置11は、電力Pを、各期間R内で一定の一定成分P1と、各期間R内でも変動する変動成分P2とに分離している。各期間Rは、所定の期間の例である。期間R同士の長さは、同じでもよいし、異なっていてもよい。また、これらの期間Rは、時間をどのように分割して設定してもよい。
In FIG. 3A, the power value of the constant component P1 is constant within each period R, and fluctuates as the period R changes. On the other hand, the power value of the fluctuation component P1 also fluctuates within each period R. In FIG. 3A, the
なお、図3(a)の方法で電力Pを分離する場合には、例えば、N段階の電力値をあらかじめ電力変換装置11内に設定しておく(Nは2以上の整数)。そして、電力変換装置11は、各期間Rにおける一定成分P1の電力値を、N段階の電力値のいずれかに設定する。これにより、各期間R内で一定で、期間Rの変化に伴い変動する一定成分P1を得ることができる。
When the power P is separated by the method of FIG. 3A, for example, N-stage power values are set in the
図3(b)は、電力変換装置11に供給された電力Pと、一定成分P1と、変動成分P2の別の例を示している。図3(b)では、電力変換装置11は、電力Pを、常に一定の一定成分P1と、少なくともいずれかの時点か期間に変動する変動成分P2とに分離する。本実施形態の電力変換装置11は、図3(a)と図3(b)のいずれの方法を採用してもよい。
FIG. 3B shows another example of the power P supplied to the
次に、図1を再び参照し、第1および第2電解装置12a、12bの電解方式について説明する。
Next, referring to FIG. 1 again, the electrolysis method of the first and
第1電解装置12aは、一定成分を用いて第1電解方式により水を電気分解して水素を製造する。第2電解装置12bは、変動成分を用いて第2電解方式により水を電気分解して水素を製造する。第1電解装置12aは、第1電解方式として、アルカリ電解方式または固体酸化物方式を採用することが望ましく、第2電解装置12bは、第2電解方式として、固体高分子方式を採用することが望ましい。その理由は次の通りである。
The
一般に、アルカリ電解方式は、使用実績が多く、電気分解の信頼性が高く、低コストで実施できるという利点を有する。また、固体酸化物方式は、電気分解の効率が高いという利点を有する。しかしながら、アルカリ電解方式と固体酸化物方式は、入力電力の変動への追随性が低く、入力電力の変動に対する電解装置の耐久性も比較的低い。一方、固体高分子方式は、入力電力の変動への追随性が高く、入力電力の変動に対する電解装置の耐久性も比較的高いという利点を有する。 In general, the alkaline electrolysis method has advantages in that it has many uses, has high electrolysis reliability, and can be implemented at low cost. Further, the solid oxide system has an advantage of high electrolysis efficiency. However, the alkaline electrolysis method and the solid oxide method have low followability to fluctuations in input power, and the durability of the electrolysis apparatus with respect to fluctuations in input power is also relatively low. On the other hand, the solid polymer system has an advantage that the followability to the fluctuation of the input power is high and the durability of the electrolyzer against the fluctuation of the input power is relatively high.
そこで、本実施形態の第2電解装置12bは、第2電解方式として、固体高分子方式を採用する。これにより、第2電解装置12bは、変動成分に適切に追随して効率的に動作することができ、かつ変動成分に対して高い耐久性を有することができる。
Therefore, the
しかしながら、固体高分子方式では、一般に電極触媒に貴金属などを用いるため、電解装置を大型化するとコストが高くなる。一方、アルカリ電解方式や固体酸化物方式では、一般に高価な材料を用いないため、コスト的に電解装置の大型化に適している。ここで、一定成分は大電力であることが多いことから、第1電解装置12aは、大電力を処理するために大きな容量を有することが望ましい。一方、変動成分は小電力であることが多いことから、第2電解装置12bは、小さな容量を有していれば十分である。
However, since the solid polymer system generally uses a noble metal or the like for the electrode catalyst, the cost increases when the electrolysis apparatus is enlarged. On the other hand, the alkaline electrolysis method and the solid oxide method are generally suitable for increasing the size of the electrolysis apparatus because no expensive material is used. Here, since the constant component is often high power, it is desirable that the
そこで、本実施形態の第1電解装置12aは、第1電解方式として、アルカリ電解方式または固体酸化物方式を採用し、本実施形態の第2電解装置12bは、第2電解方式として、固体高分子方式を採用する。さらに、本実施形態では、第1電解装置12aの容量を第2電解装置12bの容量よりも大きく設定する。これにより、比較的大型の第1電解装置12aを低コストで実現できると共に、比較的小型の第2電解装置12bにより第2電解装置12bのコストを抑制することができる。
Therefore, the
図4は、固体酸化物形電解質膜43の熱中立点Kを説明するためのグラフである。図4において、縦軸は、発生する水素の温度を表し、横軸は、図2(c)の陰極41と陽極42との間に供給される電力を表す。
FIG. 4 is a graph for explaining the heat neutral point K of the solid
陰極41と陽極42との間に熱中立点Kの電力Eを供給すると、水素の温度が、電力がゼロのときの水素の温度Tと同じになる。また、陰極41と陽極42との間にEより低い電力を印加すると、水素の温度はTよりも低くなる。一方、陰極41と陽極42との間にEより高い電力を印加すると、水素の温度はTよりも高くなる。これは、Eよりも低い電力を用いると吸熱反応が起こり、Eよりも高い電力を用いると発熱反応が起こることを示している。
When power E at the heat neutral point K is supplied between the
吸熱反応が起こると、電解装置への熱供給が必要となるため、電解装置の電解効率が低下してしまう。一方、発熱反応が起こると、電解装置の熱自立運転が可能であり、電解装置への熱供給が不要となるため、電解装置の電解効率が向上する。 When the endothermic reaction occurs, it is necessary to supply heat to the electrolysis apparatus, so that the electrolysis efficiency of the electrolysis apparatus decreases. On the other hand, when an exothermic reaction occurs, the electrolyzer can be operated in a self-sustained manner, and heat supply to the electrolyzer becomes unnecessary, so that the electrolysis efficiency of the electrolyzer is improved.
よって、本実施形態の第1電解装置12aは、固体酸化物形電解質膜43を使用する場合、固体酸化物形電解質膜43の熱中立点Kの電力E以上の電力を有する一定成分を用いて電気分解を行うことが望ましい。また、本実施形態の第2電解装置12bは、固体酸化物形電解質膜43を使用する場合、固体酸化物形電解質膜43の熱中立点Kの電力E以上の電力を有する変動成分を用いて電気分解を行うことが望ましい。
Therefore, when using the solid
ただし、第1および第2電解装置12a、12bの電気分解は、これに限定されるものではない。例えば、第1電解装置12aは、固体酸化物形電解質膜43を使用する場合に、固体酸化物形電解質膜43の熱中立点Kの電力E未満の電力を有する一定成分を用いて電気分解を行ってもよい。同様に、第2電解装置12bは、固体酸化物形電解質膜43を使用する場合に、固体酸化物形電解質膜43の熱中立点Kの電力E未満の電力を有する変動成分を用いて電気分解を行ってもよい。
However, the electrolysis of the first and
以上のように、本実施形態の水素製造システム1は、再生可能エネルギーから得られた電力を一定成分および変動成分に分離し、一定成分を用いて第1電解方式により水を電気分解して水素を製造し、変動成分を用いて第2電解方式により水を電気分解して水素を製造する。
As described above, the
よって、本実施形態によれば、再生可能エネルギーを利用して水を電気分解して水素を製造する場合に、電解装置12a、12bが適切な電気分解を行うことが可能となる。例えば、入力電力の変動への追随性および耐久性が高い第2電解装置12bにより電気分解を行うことや、低コストで大型の第1電解装置12aにより電気分解を行うことが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, when hydrogen is produced by electrolyzing water using renewable energy, the
なお、電力変換装置11は、再生可能エネルギーから得られた電力を3つ以上の成分に分離してもよい。この場合、水素製造システム1は、これらの成分により電気分解を行う3基以上の電解装置を備えていてもよい。また、水素製造システム1は、これらの成分の一部により電気分解を行う2基以上の電解装置と、これらの成分の残りの一部を貯蔵する1基以上の二次電池とを備えていてもよい。このような水素製造システム1の一例を第2実施形態にて説明する。
In addition, the
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態の水素製造システム1の構成を示すブロック図である。図5の水素製造システム1は、電力変換装置11と、第1および第2電解装置12a、12bを有する電解装置部12と、水素貯蔵装置13と、二次電池14とを備えている。(Second Embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the
電力変換装置11は、再生可能エネルギーから得られた電力を一定成分と変動成分とに分離し、変動成分を低周波成分と高周波成分とに分離する。一定成分は第1電解装置12aに供給され、低周波成分は第2電解装置12bに供給され、高周波成分は二次電池14に供給される。一定成分は第1成分の例であり、低周波成分は第2成分の例であり、高周波成分は第3成分の例である。低周波成分と高周波成分の詳細は後述する。
The
第1電解装置12aは、一定成分を用いて第1電解方式により水を電気分解して水素を製造する。第2電解装置12bは、低周波成分を用いて第2電解方式により水を電気分解して水素を製造する。第1および第2電解装置12a、12bにより製造された水素は、水素貯蔵装置13に貯蔵される。
The
一方、高周波成分の電力は、電解装置部12に供給されずに、二次電池14に充電され貯蔵される。二次電池14内の電力は、水素製造システム1の補機電力として使用してもよいし、系統へ放電してもよい。
On the other hand, the high frequency component power is not supplied to the
図6は、第2実施形態の電力成分について説明するためのグラフである。図6の縦軸は電力を表し、図6の横軸は時間を表す。 FIG. 6 is a graph for explaining the power component of the second embodiment. The vertical axis in FIG. 6 represents power, and the horizontal axis in FIG. 6 represents time.
図6は、電力変換装置11に供給された電力Pと、一定成分P1と、変動成分の低周波成分P2と、変動成分の高周波成分P3の例を示している。図6では、電力P、一定成分P1、および低周波成分P2が曲線で示されている。本実施形態の電力変換装置11は、電力Pを一定成分P1、低周波成分P2、および高周波成分P3のみに分離するため、高周波成分P3は、電力Pから一定成分P1および低周波成分P2を差し引くことで与えられる(P2=P−P1−P2)。図6では、高周波成分P3が、電力Pの曲線と低周波成分P2の曲線との間の斜線領域で示されている。
FIG. 6 shows an example of the power P supplied to the
低周波成分P2は例えば、変動成分に含まれ、所定周波数よりも低い周波数を有する成分を含んでいる。一方、高周波成分P3は例えば、変動成分に含まれ、所定周波数よりも高い周波数を有する成分を含んでいる。所定周波数よりも低い周波数は、第1周波数の例であり、所定周波数よりも高い周波数は、第2周波数の例である。 The low frequency component P2 is included in the fluctuation component, for example, and includes a component having a frequency lower than a predetermined frequency. On the other hand, the high frequency component P3 is, for example, included in the fluctuation component and includes a component having a frequency higher than a predetermined frequency. A frequency lower than the predetermined frequency is an example of the first frequency, and a frequency higher than the predetermined frequency is an example of the second frequency.
なお、図6の一定成分P1は、図3(b)の例と同様に常に一定であるが、図3(a)の例と同様に各期間R内で一定でもよい。すなわち、図6の一定成分P1は、期間Rの変化に伴い変動してもよい。 The constant component P1 in FIG. 6 is always constant as in the example of FIG. 3B, but may be constant in each period R as in the example of FIG. That is, the constant component P <b> 1 in FIG. 6 may vary as the period R changes.
次に、図5を再び参照し、低周波成分および高周波成分について説明する。再生可能エネルギーを風力発電等のように回転機を用いて獲得する場合には、再生可能エネルギーは交流電力に変換される。この場合、電力変換装置11は例えば、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を一定成分と変動成分とに分離する。しかしながら、交流電力を直流電力に変換すると、直流電力に高周波成分がのる可能性があり、高周波成分が電解装置部12の耐久性などに悪影響を与える可能性がある。図6において、電力Pは、このような直流電力の一例を示しており、高周波成分P3は、直流電力にのった高周波成分の一例を示している。
Next, the low frequency component and the high frequency component will be described with reference to FIG. 5 again. When renewable energy is acquired using a rotating machine such as wind power generation, the renewable energy is converted into AC power. In this case, for example, the
そこで、本実施形態の電力変換装置11は、変動成分を低周波成分と高周波成分とに分離する。また、本実施形態の高周波成分の電力は、電解装置部12に供給されずに、二次電池14に充電され貯蔵される。
Therefore, the
よって、本実施形態によれば、高周波成分の電力を電解装置部12に供給しないことにより、高周波成分が電解装置部12の耐久性などに悪影響を与えることを回避することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、高周波成分の電力を二次電池14に貯蔵することにより、高周波成分の電力を有効利用することが可能となり、再生可能エネルギーの利用効率を向上させることが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the high frequency component from adversely affecting the durability of the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit 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.
1:水素製造システム、2:発電設備、3:水素利用設備、
11:電力変換装置、12:電解装置部、12a:第1電解装置、
12b:第2電解装置、13:水素貯蔵装置、14:二次電池、
21:陰極、22:陽極、23:電解槽、
31:陰極、32:陽極、33:固体高分子型電解質膜、
41:陰極、42:陽極、43:固体酸化物形電解質膜1: Hydrogen production system, 2: Power generation equipment, 3: Hydrogen utilization equipment,
11: power converter, 12: electrolyzer unit, 12a: first electrolyzer,
12b: second electrolysis device, 13: hydrogen storage device, 14: secondary battery,
21: cathode, 22: anode, 23: electrolytic cell,
31: cathode, 32: anode, 33: polymer electrolyte membrane,
41: cathode, 42: anode, 43: solid oxide electrolyte membrane
Claims (7)
前記第1成分を用いて第1電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第1電解装置と、
前記第2成分を用いて第2電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する第2電解装置と、
を備える水素製造システム。A power converter that separates electric power obtained from renewable energy into at least a first component and a second component;
A first electrolyzer that produces hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the first electrolysis method using the first component;
A second electrolysis device for producing hydrogen by electrolyzing liquid or gaseous water by the second electrolysis method using the second component;
A hydrogen production system comprising:
前記第2成分は、少なくとも前記所定の期間内において変動する、
請求項1に記載の水素製造システム。The first component is constant at least within a predetermined period;
The second component varies at least within the predetermined period.
The hydrogen production system according to claim 1.
前記第1成分は、少なくとも所定の期間において一定であり、
前記第2成分は、少なくとも前記所定の期間内において変動し、かつ第1周波数を有する成分を含み、
前記第3成分は、少なくとも前記所定の期間内において変動し、かつ前記第1周波数よりも高い第2周波数を有する成分を含む、
請求項1に記載の水素製造システム。The power conversion device separates power obtained from the renewable energy into at least the first component, the second component, and a third component,
The first component is constant for at least a predetermined period;
The second component includes a component that fluctuates at least within the predetermined period and has a first frequency;
The third component includes a component that fluctuates at least within the predetermined period and has a second frequency higher than the first frequency.
The hydrogen production system according to claim 1.
前記第1成分を用いて第1電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造し、
前記第2成分を用いて第2電解方式により液体または気体の水を電気分解して水素を製造する、
ことを含む水素製造方法。Separating power obtained from renewable energy into at least a first component and a second component;
Hydrogen is produced by electrolyzing liquid or gaseous water by the first electrolysis method using the first component,
Hydrogen is produced by electrolyzing liquid or gaseous water by the second electrolysis method using the second component,
A method for producing hydrogen.
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