WO2016125717A1 - 電力供給システム - Google Patents

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雄三 白川
島田　敦史
寛人 内藤
石川　敬郎
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株式会社日立製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers

Definitions

  • the present invention relates to a system for performing stable power generation using a renewable energy power generation device and an engine generator.
  • Patent Document 1 a system has been proposed in which hydrogen is produced by an electrolysis apparatus using a part of power generation by renewable energy, and the produced hydrogen is combined with an aromatic compound and stored as a hydride.
  • the amount of engine fuel required to maintain the power generation state of the engine generator is required, and there are problems such as an increase in the size of the fuel tank and CO 2 emission due to combustion of the engine fuel.
  • the renewable energy power generation apparatus can supply more power than the demand power, the engine generator cannot be stopped, so that the surplus power that can be generated with the renewable energy cannot be effectively used.
  • An object of the present invention is to provide a power supply system that uses a renewable energy power generation device and an engine generator, and that can reduce the amount of engine fuel used while reducing the size of the system.
  • a power supply system is a system that supplies power using both power generation by renewable energy and power generation by an engine generator, and includes a power generation device that converts renewable energy into electrical energy, and a power generation device
  • a power distribution device that supplies a part of the electric energy obtained by the method to the electrolysis device, an electrolysis device that produces hydrogen and oxygen using the electric energy supplied from the power distribution device, and hydrogen and oxygen from the electrolysis device
  • the engine generator generates electricity using at least one of hydrogen and engine fuel as fuel.
  • the amount of engine fuel used can be reduced along with downsizing the system.
  • the power supply system is a system that supplies power using both a power generation device R that converts renewable energy into electric energy and power generation by the engine generator 7, and is obtained by the power generation device R.
  • Hydrogen and oxygen are produced by supplying a part of the electric energy to the electrolyzer 6, and the produced hydrogen and oxygen are directly supplied to the engine generator 7, and at least one of hydrogen and engine fuel is used as fuel for engine power generation. It is characterized by generating electricity with a machine. That is, a part of the electric power derived from the fluctuating renewable energy is supplied to the electrolyzer, and hydrogen and oxygen generated by the electrolysis are used as assist fuel for the engine generator.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply system S according to this embodiment includes a power generator R using renewable energy, and a power distribution that distributes and supplies power generated by the power generator R to the electrolyzer 5 and the system 10.
  • An apparatus 5 an electrolyzer 6 that generates hydrogen and oxygen, an engine generator 7 that generates electric power by burning engine fuel and hydrogen, and a fuel tank 8 that stores engine fuel to be supplied to the engine generator 7
  • the practice represents electrical wiring
  • the double line represents hydrogen and oxygen lines
  • the broken line represents signal lines used for measurement or control.
  • the power generation amount (Weg) of the engine generator is set so that the demand power (Wd), the power generation amount (Weg) of the engine generator, and the power generation amount (Wr) of the power generator R satisfy the following relationship. ) Is determined. Thereby, electric power is stably supplied with respect to electric power demand.
  • Wd-Weg ⁇ Wr Energy for supplying surplus power that can be generated with renewable energy to the system by supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 to the engine generator 7 and using them as assist fuel for engine fuel Can be used effectively. Further, by supplying hydrogen and oxygen as assist fuel to the engine generator, it is possible to improve the power generation efficiency of the engine generator 7 and reduce the amount of engine fuel used. At this time, depending on the amount of hydrogen produced by the electrolyzer 6, it is also possible to generate electricity using only hydrogen without using engine fuel.
  • the amount of power generated by the engine generator (Weg) and the amount of power distributed and supplied from the power generator R to the electrolyzer 6 can be determined in consideration of the efficiency of the electrolyzer 6 and the power generator efficiency of the engine generator 7, etc. desirable.
  • the amount of power generated by the engine generator is increased and a part of the power of the power generator R is supplied to the electrolyzer 6 to generate hydrogen. This is because there are cases where the overall system efficiency is higher when oxygen and oxygen are supplied to the engine generator as assist fuel. For example, when the amount of power in the power generator R is large and the output of the engine generator 7 is small, the system efficiency is reduced due to the reduction in the power generation efficiency of the engine generator 7. Therefore, when the amount of renewable energy with respect to the amount of power demand is greater than or equal to the predetermined amount, the amount of power supplied to the electrolyzer by the power distribution device is reduced according to the increase in the amount of renewable energy without reducing the output of the engine generator. It is preferable to increase.
  • the renewable energy power generation apparatus R is configured by a power generation apparatus using renewable energy such as a solar power generation apparatus 1 or a wind power generation apparatus 2. In addition, it will not be limited if it is a power generator using renewable energy.
  • the power generation device includes a current control device capable of adjusting each power amount and supplying it to the system. For example, PCS3 in the case of the solar power generation device 1 and power conversion device 4 in the wind power generation device (AC / DC / AC, etc.) that can control the voltage, frequency, etc. and can supply power to the system It is not limited.
  • ⁇ Power distribution device Part of the electric power generated by the renewable energy power generator is supplied to the electrolyzer 6 through the power distributor 5.
  • the power distribution device 5 is not particularly limited as long as each power value can be supplied to the electrolyzer 6. However, the amount of power supplied to the electrolysis is determined by the control unit 11.
  • the specific configuration of the electrolyzer 6 is not particularly limited.
  • the electrolyzer 6 is configured to electrolyze water using an electrolyte solution, an electrolyte, and a reaction promoting electrode catalyst provided so as to sandwich the electrolyte. Hydrogen and oxygen are generated.
  • the electrolyzer 6 is preferably an electrolyzer using solid polymer water electrolysis or alkaline water electrolysis that can be electrolyzed at a relatively low temperature and can be started in a short time.
  • the electrolysis apparatus based on solid polymer water electrolysis uses a polymer electrolyte having proton conductivity as a partition and an electrolyte to electrolyze pure water, and can efficiently produce high purity hydrogen.
  • An electrolysis apparatus based on alkaline water electrolysis produces hydrogen by electrolyzing an alkaline aqueous solution using an alkaline compound as an electrolyte when dissolved in water such as potassium hydroxide.
  • ⁇ Fuel supply device Hydrogen and oxygen generated from the electrolysis device 6 are supplied to the engine generator 7 via the hydrogen fuel supply device 101 and the oxygen supply device 102. Further, engine fuel is supplied from the fuel tank 8 to the engine generator 7 via the fuel supply device 103.
  • Known supply means such as an injector is applied to the supply devices 101, 102, and 103, and the supply amount, supply pressure, and the like are controlled by the control unit 7. When the supply pressure of hydrogen and oxygen is low, pressurization may be performed with a compressor or the like.
  • ⁇ Engine generator> A known engine such as a diesel engine or a spark ignition engine is applied to the engine generator.
  • the engine generator 7 is configured to generate electric power by burning hydrogen and engine fuel.
  • the electric power generated by the engine generator 7 is adjusted in voltage, frequency and the like by the power converter 9 and supplied to the system. Oxygen and hydrogen generated by electrolysis are supplied to the engine generator.
  • the exhaust heat from the engine generator can be used as heat energy supplied inside or outside the system.
  • the heat supply destination is not particularly limited as long as the engine exhaust heat can be used.
  • the electric power may be supplied to the electrolyzer 6 for use in raising the temperature of the electrolyzer, heating, or the like, or electric power may be supplied by thermoelectric conversion using engine exhaust heat.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view schematically showing the vicinity of a cylinder head when a diesel engine is used as an engine of an engine generator constituting the power supply system according to the present embodiment.
  • the diesel engine includes a piston 11 that reciprocates in a cylinder, and an intake pipe 13 and an intake pipe 14 are connected to a combustion chamber 12 in the cylinder.
  • a hydrogen supply device 101 for supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 and an oxygen supply device 102 are attached to the intake pipe 13. Hydrogen and oxygen are supplied to the engine together with intake air from the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102. Since hydrogen is manufactured based on renewable energy, the introduction ratio of renewable energy can be increased by using hydrogen.
  • the oxygen concentration in the engine intake gas can be increased by supplying oxygen to the engine, so the engine output can be increased, the engine operating range can be expanded, and the engine can be downsized. It becomes.
  • a fuel supply device 103 for directly supplying the engine fuel of the fuel tank 8 to the engine is attached.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view schematically showing the vicinity of a cylinder head when a spark ignition engine is used as the engine of the engine generator constituting the power supply system according to the present embodiment.
  • the spark ignition engine includes a piston 21 that reciprocates in a cylinder, and an intake pipe 23, an intake pipe 24, and an ignition plug 25 are connected to a combustion chamber 22 in the cylinder.
  • a hydrogen supply device 101 for supplying hydrogen and oxygen generated by the electrolyzer 6 and an oxygen supply device 102 are attached to the intake pipe 23. Hydrogen and oxygen are supplied to the engine together with intake air from the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102. Since hydrogen is manufactured based on renewable energy, the introduction ratio of renewable energy can be increased by using hydrogen.
  • hydrogen has a higher combustion speed than hydrocarbon fuels generally used as engine fuel, so that it is possible to improve engine thermal efficiency. Further, since oxygen concentration in the engine intake gas can be increased by supplying oxygen to the engine, it is possible to prevent a decrease in engine output due to hydrogen supply.
  • an engine fuel supply device 103 for directly supplying the engine fuel of the fuel tank 8 to the engine is attached. As shown in FIG. 6, the engine fuel supply device 103 may have a structure in which it is directly injected into the engine combustion chamber.
  • the power adjustment device 9 is not particularly limited as long as it is a device that can adjust voltage, frequency, and the like in order to supply power generated by the engine generator to the system. Specifically, a known device such as an AC / AC converter can be used.
  • the grid 10 is not limited to the power grid of an electric power company, and may be an independent power grid such as an island or a large-scale factory, and is not limited.
  • the control unit 11 includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and comprehensively controls the power supply system S according to a program stored therein. And the control part 11 controls the electric power distribution apparatus shown in FIG. 1, various supply apparatuses, etc. according to the procedure mentioned later. The procedure executed by the control unit 11 will be described in detail later together with the description of the power supply system.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure executed by the control unit in the operation mode of the present system.
  • the control unit 11 measures the system demand power Wd (step S1). Thereafter, the target system supply power Wt is determined (step S2). Then, the renewable energy power generation amount Wr is measured from the power meter 104 (step S3). Then, the amount of electricity Wel supplied to the electrolyzer is determined, and a control signal is sent to the power distribution device 5 (step S4).
  • the amount of electricity Wel supplied to the electrolyzer is determined with reference to the target system supply power Wt and A shown in the following equation.
  • A Renewable energy generation amount Wr / Target system power supply Wt Wel is determined from the values of the target grid supply power Wt and A. This is determined in advance by the efficiency of the electrolyzer actually used, the power generation efficiency of the engine generator, and the like. Thereafter, the power generation amount We of the engine generator is determined (step S5). Thereafter, the amount of hydrogen produced by the electrolyzer 6 is measured by the hydrogen flow meter 105, and the amount of oxygen is measured by the oxygen flow meter 106 (step S6). Then, the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate are determined, and control signals are sent to the hydrogen supply device 101 and the oxygen supply device 102 (step S7).
  • step S8 the supply amount of engine fuel is determined based on the hydrogen supply flow rate and the oxygen supply flow rate, and a control signal is sent to the engine fuel supply device 103 (step S8). Thereafter, it is determined whether the power supply amount is the target system power supply amount. If the power supply amount is different from the target system power supply amount, the process returns to step S3 to perform feedback control (step S9).
  • Such operation control makes it possible to maintain the engine power generation amount at the required amount even when the generation amount of hydrogen and oxygen changes due to fluctuations in renewable energy, and enables stable power supply.
  • a part of the power generated by the renewable energy power generation is used for electrolysis, hydrogen and oxygen are generated, and hydrogen or engine fuel is supplied to the engine generator.
  • power can be supplied stably.
  • hydrogen and oxygen it is possible to reduce the amount of fossil fuel used as engine fuel. Further, since the energy storage device is not necessary, the cost of the entire system can be reduced.

Abstract

　再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システムの小型化とともに、エンジン燃料の使用量を削減できる電力供給システムを提供する。本発明は、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Ｒと、エンジン発電機７による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Ｒによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置６へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機７に供給し、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行うことを特徴とする。

Description

電力供給システム
　本発明は、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いて安定的な発電を行うシステムに関する。
　ＣＯ2削減の課題や地下資源の枯渇問題から太陽光、風力などの再生可能エネルギーを利用して発電をすることが活発に進められている。しかしながら、再生可能エネルギーは自然環境に大きく影響を受けるため変動が大きく、それを大規模に導入していくと、系統電力が不安定になる。そのために、別途エネルギー貯蔵システムを準備する必要がある。たとえば特許文献１のように再生可能エネルギーによる発電の一部を用いて電気分解装置で水素を製造し、製造した水素を芳香族化合物に結合させて水素化物として貯蔵するシステムが提案されている。
　また、現在再生可能エネルギーによる発電で全需要をまかなうことは不可能であるため、火力発電等のその他発電装置と組み合わせて利用されている。
特開2014-84792
　ところで、特許文献１に記載のシステムでは、再生可能エネルギーにより発電した電力の一部を水素エネルギーに変換して貯蔵するために、水素添加装置、水素化物タンク、脱水素化物タンク、反応器等のエネルギー貯蔵装置が必要となり、システムの大型化・設備コストの面で課題がある。
　一方、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システム簡素化のためにエネルギー貯蔵装置を無くした場合には以下の課題がある。エンジン発電機は再生可能エネルギーによる発電がゼロの時でも需要を賄える能力が必要である。そのため、再生可能エネルギー発電装置で需要電力の一部を供給できるときには、それに追従して出力を下げて運転することになる。しかし、エンジン発電機は低出力時に効率が低下するため、エンジン燃料の消費量が増加することが課題である。また、電力安定供給の観点からは、エンジン発電機は常に発電している状態として、エンジン発電機の出力を一定値以上に保つ必要がある。そのため、エンジン発電機の発電状態を維持するためのエンジン燃料量が必要となり、燃料タンクの大型化やエンジン燃料の燃焼によるＣＯ2排出といった問題がある。また、再生可能エネルギー発電装置で需要電力以上の電力が供給できるときでも、エンジン発電機を停止できないことから、再生可能エネルギーで発電可能な余剰分の電力を有効利用することができない。
　本発明は、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システムの小型化とともに、エンジン燃料の使用量を削減できる電力供給システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る電力供給システムは、再生可能エネルギーによる発電と、エンジン発電機による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、発電装置によって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置へ供給する電力分配装置と、電力分配装置から供給された電気エネルギーを用いて水素および酸素を製造する電気分解装置と、電気分解装置から水素および酸素をエンジン発電機に供給する第一の供給手段と、エンジン発電機に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンクと、燃料タンクから前記エンジン発電機にエンジン燃料を供給する第二の供給手段と、を備え、エンジン発電機が、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料として発電することを特徴とする。
　本発明により、再生可能エネルギー発電装置とエンジン発電機を用いた電力供給システムにおいて、システムの小型化とともに、エンジン燃料の使用量を削減できる。
本発明の実施形態に係る電力供給システムの構成説明図。 供給電力に対する再生可能エネルギー発電量とエンジン発電量の関係の一例を示した図である。 再生可能エネルギー導入による化石燃料の消費量の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いるディーゼルエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。 本発明の実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機に用いる火花点火エンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図の一例である。 本発明の実施形態に係る電力供給システムの運転モードの制御フロー図である。
以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
［第一の実施形態］
　本実施形態に関わる電力供給システムは、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置Ｒと、エンジン発電機７による発電の双方を用いて電力供給を行うシステムであって、発電装置Ｒによって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置６へ供給することで水素および酸素を製造し、製造した水素、酸素を直接エンジン発電機７に供給し、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料としてエンジン発電機で発電を行うことを特徴とする。すなわち、変動する再生可能エネルギー由来の電力の一部を電気分解装置へ供給し、電気分解で生成された水素と酸素をエンジン発電機のアシスト燃料とするものである。需用電力、再生可能エネルギー発電量を参考に電気分解装置への電力供給量、エンジン発電機の発電量を決定し、生成水素量、酸素量を参考にエンジン燃料量を決定することで、電力の安定供給とエンジン燃料の削減が可能になる。
　以下に、電力供給システムの構成、ならびにシステムの動作について説明する。
＜システムの構成＞
　図１は、本発明の実施形態に関わる電力供給システムの構成説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力供給システムSは、再生可能エネルギーによる発電装置Rと、発電装置Rで発電した電力を電気分解装置5と系統10に分配して供給する電力分配装置5と、水素および酸素を生成する電気分解装置6と、エンジン燃料、水素を燃焼させることで電力を発電するエンジン発電機7と、エンジン発電機7に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンク8と、エンジン発電機に水素、酸素、エンジン燃料を供給する供給装置101、102、103と、エンジン発電機7で発電される電力を系統に供給する電力調整装置9と、制御部11を備えて構成される。図１において、実践は電気配線を、二重線は水素および酸素のラインを、破線は計測または制御に用いる信号線を表している。
　本実施形態の電力供給システムでは、需要電力（Ｗｄ）、エンジン発電機の発電量（Ｗｅｇ）、発電装置Rの発電量（Ｗｒ）が以下の関係を満たすようにエンジン発電機の発電量（Ｗｅｇ）が決定される。これにより、需要電量に対して安定的に電力を供給する。
　Ｗｄ－Ｗｅｇ≦Ｗｒ
　そして、需要電力（Ｗｄ）、エンジン発電機の発電量（Ｗｅｇ）、発電装置Rの発電量（Ｗｒ）が以下の関係となる場合に、発電装置Rの電力の一部が電力分配装置5によって分配されて電気分解装置6に供給される。
　Ｗｄ－Ｗｅｇ＜Ｗｒ
　電気分解装置6で生成された水素と酸素をエンジン発電機7に供給してエンジン燃料のアシスト燃料として利用することで、再生可能エネルギーで発電可能な余剰分の電力も系統に供給するためのエネルギーとして有効利用することができる。また、水素と酸素をアシスト燃料としてエンジン発電機に供給することで、エンジン発電機7の発電効率の向上、エンジン燃料の使用量削減を図ることができる。この際、電気分解装置6で生成される水素の量によっては、エンジン燃料を使用せずに水素のみで発電することもできる。エンジン発電機の発電量（Ｗｅｇ）と発電装置Rから電気分解装置6に分配供給する電力量は、電気分解装置6の効率や、エンジン発電機7の発電効率などを考慮して決定することが望ましい。これは、発電装置Rで発電可能な電力の全てを系統に供給するよりも、エンジン発電機の発電量を増やして、発電装置Rの電力の一部を電気分解装置6に供給することで水素と酸素をアシスト燃料としてエンジン発電機に供給した方が全体のシステム効率が高い場合もあるためである。例えば、発電装置Rでの電力量が多く、エンジン発電機7の出力が小さくなる場合には、エンジン発電機7の発電効率に低下によるシステム効率の低下を招く。
そのため、需要電力量に対する再生可能エネルギー量が所定以上の場合には、エンジン発電機の出力を低下させずに、再生可能エネルギー量の増加に応じて電力分配装置による電気分解装置への供給量を増加させることが好ましい。
　以上のように、本実施形態の電力供給システムでは、エネルギー貯蔵装置を使わずに図２のように再生可能エネルギー発電装置Rによる発電量の変動を吸収でき、安定した電力供給を可能とする。また、図３のように従来のエネルギー貯蔵装置を使わないシステム構成では、エンジン発電機の出力を一定以下にできないため、エンジン燃料の削減効果が小さいが、本システムではエンジン燃料を用いずに１００％再生可能エネルギーにより電力を安定供給することも可能になり、エンジン発電機の使用燃料量を削減することができる。また、本構成とすることで、再生可能エネルギー発電装置による変動分、余剰分を蓄電する蓄電装置、また水素貯蔵高圧タンク、有機ハイドライド等の水素貯蔵装置などのエネルギー貯蔵装置が不要となり、システムの簡素化を図ることができる。
　＜再生可能エネルギー装置＞
　再生可能エネルギー発電装置Rは太陽光発電装置１や風力発電装置２などの再生可能エネルギーによる電力発電装置により構成されている。その他、再生可能エネルギーによる発電装置であれば限定されない。発電装置には、各電力量を調整して系統へ供給することが可能な電流制御装置を含む。たとえば、太陽光発電装置1の場合におけるＰＣＳ3、風力発電装置における電力変換装置4（AC/DC/AC等）のように電圧、周波数等の統制を行い系統へ電力を供給可能なものであれば限定されない。
　＜電力分配装置＞
　再生可能エネルギー発電装置で発電された電力の一部は電力分配装置5を介して電気分解装置6へ供給する。電力分配装置5は各電力値を電気分解装置6に供給することができるものであれば特に制限はない。ただし、制御部11により電気分解に供給する電力量を決定する。
　＜電気分解装置＞
　電気分解装置6の具体的な構成は特に制限されないが、電気分解装置6は、例えば、電解液と、電解質と、当該電解質をはさむように設けられた反応促進用の電極触媒により水が電気分解され、水素および酸素が発生するようになっている。
　電気分解装置6としては、比較的低温で電気分解が可能であり、短時間で起動が可能な固体高分子水電解やアルカリ水電解を用いた電気分解装置が好ましい。固体高分子水電解による電気分解装置は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質を隔壁、電解質として用いて純水を電気分解するものであり、高純度の水素を効率よく製造することができる。アルカリ水電解による電解装置は、水酸化カリウム等の水に溶解させたときにアルカリ性を示す化合物を電解質とし、アルカリ性水溶液を電気分解することで水素を製造するものである。
　＜燃料供給装置＞
　電気分解装置6より生成された水素および酸素は水素燃料供給装置101と酸素供給装置102を介してエンジン発電機7に供給する。また、燃料タンク8より燃料供給装置103を介してエンジン燃料をエンジン発電機7に供給する。供給装置101、102、103はインジェクター等の公知の供給手段が適用され、制御部７により供給量、供給圧力等が制御される。水素および酸素の供給圧力が低い場合にはコンプレッサー等で加圧を行ってもよい。
　＜エンジン発電機＞
　エンジン発電機にはディーゼルエンジン、火花点火エンジン等の公知のエンジンが適用される。エンジン発電機7は、水素およびエンジン燃料の燃焼により電力が発生する構成になっている。エンジン発電機7で発生した電力は電力変換装置9により電圧および周波数等を調整し、系統へ供給される。電気分解で生成した酸素および水素は、エンジン発電機に供給する。エンジン発電機の排気熱は熱エネルギーとしてシステム内あるいは外部に供給して利用することができる。熱の供給先はエンジン排気熱を利用可能なものであれば特に制限はない。たとえば、電気分解装置6へ供給することで電気分解装置の温度上昇や暖房等に利用したり、エンジン排気熱を用いて熱電変換によって電力を供給してもよい。
　＜ディーゼルエンジン＞
　図4は、本実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機のエンジンにディーゼルエンジンを用いた場合のシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。ディーゼルエンジンは、シリンダ内で往復移動するピストン１１を備え、シリンダ内の燃焼室１２には、吸気管１３および吸気管１４が接続されている。吸気管１３には電気分解装置6で生成される水素および酸素を供給するための水素供給装置101と、酸素供給装置102が取り付けられている。水素供給装置101と酸素供給装置102より、水素と酸素が吸入空気と共にエンジンに供給される。水素は再生可能エネルギーをもとに製造されているため、水素を利用することで再生可能エネルギーの導入比率を高めることが可能である。また、酸素をエンジンに供給することでエンジン吸入ガス中の酸素濃度を高めることができるため、エンジンの高出力化が可能になりエンジンの運転領域の拡大が可能になり、エンジンの小型化が可能となる。また、燃料タンク8のエンジン燃料をエンジンに直接供給するための燃料供給装置103が取り付けられている。
　＜火花エンジン＞
　図5は本実施形態に係る電力供給システムを構成するエンジン発電機のエンジンに火花点火エンジンを用いた場合のシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大図である。火花点火エンジンは、シリンダ内で往復移動するピストン21を備え、シリンダ内の燃焼室22には、吸気管23、吸気管24、および点火プラグ25が接続されている。吸気管23には電気分解装置6で生成される水素および酸素を供給するための水素供給装置101と、酸素供給装置102が取り付けられている。水素供給装置101と酸素供給装置102より、水素と酸素が吸入空気と共にエンジンに供給される。水素は再生可能エネルギーをもとに製造されているため、水素を利用することで再生可能エネルギーの導入比率を高めることが可能である。また、水素は燃焼速度がエンジン燃料として一般的に使われている炭化水素系燃料に比べ大きいため、エンジン熱効率の向上を可能にする。また、酸素をエンジンに供給することでエンジン吸入ガス中の酸素濃度を高めることができるため、水素供給によるエンジンの出力低下を防ぐことができる。
　また、燃料タンク8のエンジン燃料をエンジンに直接供給するためのエンジン燃料供給装置103が取り付けられている。なお、図6に示すようにエンジン燃料供給装置103はエンジン燃焼室に直接噴射する構造でもよい。
　＜エンジン燃料＞
　エンジン燃料にはガソリン、軽油、重油、天然ガス、バイオエタノール、バイオディーゼル等の公知の炭化水素系燃料が適用される。
　＜電力調整装置＞
　電力調整装置9はエンジン発電機により発生する電力を系統に供給するために電圧および周波数等を調整することができる装置であれば特に制限されない。具体的にはAC/ACコンバータ等の公知の装置を利用することができる。
　＜系統＞
　系統10は、電力会社の電力系統に限らず、島や大規模工場などの独立した電力系統でもよく、制限はない。
　＜制御部＞
　次に、電力供給システムＳを電子制御する制御部11について説明する。
　制御部11は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、電力供給システムＳを総合的に制御する。そして、制御部11は後述する手順に従って、図１に示す電力分配装置や各種供給装置等を制御する。この制御部11の実行する手順については、電力供給システムの説明とともに後に詳しく説明する。
　＜電力供給システムの動作＞
　次に、本実施形態に係る電力供給システムの動作の一例について説明する。
　図７に本システムの運転モードにおける制御部の実行する手順を示すフロー図である。
　制御部11は、系統需要電力Wdを計測する（ステップS1）。その後、目標系統供給電力Wtを決定する（ステップS2）。その後、電力計測器104より再生可能エネルギー発電量Wrを計測する（ステップS3）。そして電気分解装置に供給する電気量Welを決定し、電力分配装置5へ制御信号が送られる（ステップS4）。電気分解装置へ供給する電気量Welは目標系統供給電力Wtと以下の式に示すAを参考に決定する。
　A＝再生可能エネルギー発電量Wr／目標系統供給電力Wt
　目標系統供給電力WtとAの値よりWelを決定する。これは実際に用いる電気分解装置の効率や、エンジン発電機の発電効率などにより予め決定される。その後、エンジン発電機の発電量Weを決定（ステップS5）する。その後、電気分解装置6より生成される水素量を水素流量計105、酸素量を酸素流量計106により計測する（ステップS6）。そして、水素供給流量と、酸素供給流量を決定し、水素供給装置101と、酸素供給装置102へ制御信号が送られる（ステップS7）。その後、水素供給流量と酸素供給流量に基づいて、エンジン燃料の供給量を決定しエンジン燃料供給装置103へ制御信号を送る（ステップS8）。その後、目標系統供給電力量かを判定し、目標系統供給電力量と異なる場合にはステップS3に戻ってフィードバック制御を実行する（ステップS9）。
　このような運転制御により、再生可能エネルギーの変動により水素および酸素の生成量が変化した場合でもエンジン発電量を要求量に一定に保つことができ、安定した電力供給が可能になる。
　以上の通り、本実施形態の電力供給システムによれば、再生可能エネルギー発電による電力の一部を電気分解に利用し、水素および酸素を生成し、水素またはエンジン燃料をエンジン発電機に供給することで、電力を安定的に供給できる。また、エンジン発電機へ水素および酸素を供給することで、エンジン燃料である化石燃料の使用量削減が可能になる。また、エネルギー貯蔵装置が不要になることから、システム全体のコストが低減できる。
S　電力供給システム
R　再生可能エネルギー発電装置
1　太陽光発電装置
2　風力発電装置
3　PCS
4　電力変換装置
5　電力分配装置
6　電気分解装置
7　エンジン発電機
8　燃料タンク
9　電力調整装置
10　系統
11　制御部
101水素燃料供給装置
102酸素供給装置
103エンジン燃料供給装置
104再生可能エネルギー発電量計測器
105水素流量計
106酸素流量計
107エンジン発電機発電量計測器
108供給電力計測器

Claims (5)

  1. 　再生可能エネルギーによる発電と、エンジン発電機による発電の双方を用いて、電力供給を行う電力供給システムであって、
    　再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、
    　前記発電装置によって得られた電気エネルギーの一部を電気分解装置へ供給する電力分配装置と、
    　前記電力分配装置から供給された電気エネルギーを用いて水素および酸素を製造する電気分解装置と、
    　前記電気分解装置から水素および酸素を前記エンジン発電機に供給する第一の供給手段と、
    　前記エンジン発電機に供給するエンジン燃料を貯蔵する燃料タンクと、
    　前記燃料タンクから前記エンジン発電機にエンジン燃料を供給する第二の供給手段と、
    　電力供給システムを電子制御する制御部と、を備え、
    　前記エンジン発電機は、水素またはエンジン燃料の少なくとも一方を燃料として発電することを特徴とする電力供給システム。
  2. 　請求項１において、前記第一の供給手段は、前記電気分解装置で生成される水素および酸素の流量を検出する流量検出装置と、水素および酸素をエンジン発電機へ供給するラインと、水素燃料供給装置と、酸素供給装置と、を備え、
    　前記制御部は、前記流量検出装置で検出された水素および酸素の流量をもとに、第二の供給手段から前記エンジン発電機に供給されるエンジン燃料の供給量を制御することを特徴とする電力供給システム。
  3. 　請求項１において、前記制御部は、需要電力量と前記発電装置の発電量に基づいて、電気分解装置へ供給する電力量、エンジン発電機の発電量を決定し、前記電力分配装置、及び、前記エンジン発電機を制御することを特徴とする電力供給システム。
  4. 　請求項１において、前記制御部は、需要電力量に対する前記発電装置の電力量が所定以上の場合に、前記発電装置の電力量の増加に応じて電力分配装置による電気分解装置への電力供給量を増加させる制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
  5. 　請求項１において、前記エンジン燃料が炭化水素系燃料であることを特徴とする電力供給システム。
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