WO2021177028A1 - 広域電力供給システム - Google Patents

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WO2021177028A1
WO2021177028A1 PCT/JP2021/005803 JP2021005803W WO2021177028A1 WO 2021177028 A1 WO2021177028 A1 WO 2021177028A1 JP 2021005803 W JP2021005803 W JP 2021005803W WO 2021177028 A1 WO2021177028 A1 WO 2021177028A1
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hydrogen
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PCT/JP2021/005803
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正通 亀井
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株式会社ランドビジネス
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    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a wide area power supply system using hydrogen energy that does not require a conventional power transmission tower or the like.
  • a form of power supply system using hydrogen energy is roughly that hydrogen is produced by a hydrogen production device or a hydrogen production facility using electricity generated by a power plant or a power generation facility, and the produced hydrogen is hydrogen. It is stored in a storage device or a hydrogen storage facility, and hydrogen is generated from the stored hydrogen by a hydrogen gas turbine or the like and supplied as normal power.
  • hydrogen energy is used by supplying hydrogen to fuel cell vehicles at hydrogen stations.
  • a technique for utilizing hydrogen energy for example, there are inventions described in the following patent documents.
  • Patent Document 1 describes a renewable energy power generation unit and power generation as a method capable of stably and highly efficiently and independently supplying energy to a hydrogen vehicle and a fuel cell vehicle by using renewable energy.
  • a power storage unit that stores a part of electricity, a water supply unit that supplies water for electrolysis, and water supplied by the water supply unit are electrolyzed by the power stored by the power storage unit to produce hydrogen and oxygen.
  • a water electrolysis unit, a hydrogen storage unit that stores hydrogen produced by the water electrolysis unit, an oxygen storage unit that stores oxygen produced by the water electrolysis unit, and hydrogen stored in the hydrogen storage unit are used to generate electricity.
  • the water recovery unit that the hydrogen power generation unit recovers the water generated during power generation
  • the water electrolysis unit that accumulates the heat generated during power generation in the renewable energy power generation unit and produces hydrogen.
  • a heat storage unit that supplies heat to the water electrolysis unit, a power supply unit that supplies the power stored in the power storage unit to the supply target, and hydrogen stored in the hydrogen storage unit or a medium containing hydrogen are supplied to the supply target.
  • the supply system is disclosed.
  • Patent Document 2 describes, as a hydrogen energy supply system for a building, a hydrogen energy generation unit that generates electric power using stored hydrogen and an electric power supplied from the hydrogen energy generation unit to the outside of the building.
  • a power supply unit that can be supplied via at least one of a first route that supplies power to the inside of the building and a second route that supplies power to the inside of the building, and a power supply unit that supplies power.
  • a control unit that controls electric power, and is at least one of a control that starts power supply via the first route and a control that increases the power supply range in the first route when the power system fails.
  • a system including a control unit that performs either of them is disclosed.
  • Patent Document 3 describes, as a hydrogen energy system capable of more efficiently exchanging energy with an energy network, an acquisition unit that acquires a plurality of predetermined time-series physical quantities regarding hydrogen production.
  • a setting unit that sets priorities for each time-series physical quantity and a planning unit that generates multiple time-series planned values that are related to each other, and the planned values corresponding to each of the multiple time-series physical quantities are set for each physical quantity.
  • a hydrogen energy system including a planning unit for generating according to the priority of is disclosed.
  • Patent Document 4 describes a hydrogen production unit that produces hydrogen by electrolysis of water using power supplied from a power generation unit that generates electricity from renewable energy, and a hydrogen storage unit that stores hydrogen produced by the hydrogen production unit. And a different route from the hydrogen power generation unit that supplies the load with the power generated using hydrogen acquired through the path communicating with the hydrogen storage unit and the hydrogen power generation unit that supplies the hydrogen stored in the hydrogen storage unit to the hydrogen power generation unit. Controls at least one of the hydrogen power generation unit and the hydrogen production unit according to the supply unit, the hydrogen amount acquisition unit that acquires the first hydrogen amount supplied by the supply unit in a specific period, and the first hydrogen amount.
  • a hydrogen energy storage system including a control unit is disclosed.
  • Patent Document 5 as a power supply technology capable of diagnosing the degree of deterioration of hydrogen storage capacity without stopping the operation of the entire system, the first hydrogen gas is produced using the power input from the power generation device.
  • At least two or more tanks in which the hydrogen production unit is connected to the first transport pipe for transporting the first hydrogen gas and the hydrogen storage material is housed therein, and the second transport pipe is connected to these plurality of tanks.
  • the fuel cell in which the second hydrogen gas released from the hydrogen storage material is transported via the hydrogen storage material, and the transport of both the first hydrogen gas and the second hydrogen gas in any one of the plurality of tanks is closed.
  • a power supply system including a decompression pump that decompresses the inside of the tank, a third transport pipe that transports the third hydrogen gas inside the decompressed tank, and a measuring unit that measures the amount of the third hydrogen gas transported. Is disclosed.
  • Patent Document 6 describes a hydrogen transportation system in which hydrogen produced in a hydrogen production plant can be easily and quickly transported to a target hydrogen consumption facility, and existing equipment can be used.
  • a hydrogen production plant that electrolyzes water to produce hydrogen using electricity generated using natural energy is provided, and a storage means for accommodating the produced hydrogen in a plurality of transport tanks and a plurality of transport tanks thereof.
  • Hydrogen having a first transport means for loading and transporting to port facilities near the hydrogen station, and a second transport means for individually transporting each hydrogen station for a transport tank unloaded from the first transport means.
  • the transportation system is disclosed.
  • Patent Document 7 regarding the form of an electric power network using hydrogen energy, the electric power generated by a hydrogen power generation device using the generated hydrogen gas is commercially distributed in a production / manufacturing facility, an entertainment gymnasium, a shopping center, etc.
  • a production / manufacturing facility an entertainment gymnasium, a shopping center, etc.
  • bioprocessing equipment that processes urine and garbage
  • decalin / cyclohexane supply stands organic hydride centers, etc.
  • Hydrogen energy is a clean and environmentally friendly energy that emits almost no harmful substances such as carbon dioxide that lead to global warming, and has the advantage of being able to be stored and transported.
  • the wide-area power supply system of the present invention was invented based on the above background, and has a small impact on the environment as a wide-area power supply network using hydrogen energy that does not require a conventional transmission tower or the like.
  • the purpose is to provide a wide-area power supply system that is economical and can minimize the effects of natural disasters.
  • the wide area power supply system of the present invention is intended to utilize hydrogen energy, and is composed of one or a plurality of primary power plants for supplying power to a wide area and electricity generated at the primary power plant.
  • a hydrogen production facility that produces hydrogen, a plurality of primary hydrogen storage facilities that are dispersed over a wide area and store hydrogen produced at the hydrogen production facility, and a plurality of primary hydrogen storage facilities that are dispersed among the individual primary hydrogen storage facilities.
  • a regional power network laid in a plurality of specific residential areas and sending power to a power consumption facility or a dwelling unit in each specific residential area, and each of the specific residential areas.
  • a secondary power generation device or a secondary power generation facility that converts hydrogen that has been installed and transported through the primary hydrogen storage facility or the secondary hydrogen storage facility into electric power, the hydrogen production facility, and the primary hydrogen storage facility.
  • the regional power grid in the present invention mainly assumes a power grid composed of power cables installed underground in a specific residential area.
  • the present invention makes it possible to eliminate a power transmission method using a power transmission line or the like stretched along a large number of conventional power transmission towers, and underground power is arranged underground without using utility poles even in a city. It is desirable to use a cable power supply method.
  • the primary power plant is preferably a hydroelectric power plant, a solar power plant, or a power plant equipped with a wind power generation facility that uses renewable energy with less impact on the environment, but depending on the conditions, power generation using renewable energy is preferable. Until the supply is secured, it is possible to use other conventional power plants together.
  • the hydrogen production facility in the present invention is assumed to be produced using electricity generated by a primary power plant, and a method of electrolyzing water to produce hydrogen is common, but is limited to this. It is not something that will be done.
  • the specific residential area referred to in the present invention means, for example, an apartment house as a building, an office building, a public facility, or a residential area having an urban function equipped with a hospital.
  • These specific residential areas may include dwelling units such as single houses, and are equipped with parks, forests, lakes, recreation facilities, various means of transportation, and transportation facilities, and are assumed to constitute one urban space where people live. doing.
  • a flood-resistant wall with watertightness has been constructed so as to surround almost the entire circumference of the building except for the opening, and this flood-resistant wall has a height higher than the inundation depth expected in the applicable area.
  • it is a wall that has the resistance to withstand water pressure above the expected inundation depth, and has an urban structure such that the opening is provided with an opening closing means that closes the opening watertightly at the time of inundation. It may be a city as a living space with a flood wall.
  • the secondary power generation device or secondary power generation facility in the present invention is a device or equipment for reconverting hydrogen energy into electricity and supplying it to the above-mentioned regional power grid, and a large-capacity energy conversion to a part or all thereof.
  • a method the form of a hydrogen gas turbine power plant is preferable.
  • the reconverted electricity can be reconverted to the regional power grid without affecting the traffic in the residential area. Can be supplied to.
  • Another form of reconverting hydrogen energy into electricity is a hydrogen fuel engine or a hydrogen fuel cell, in which a hydrogen fuel engine or a hydrogen fuel cell is installed in a part of a secondary power generation device or a secondary power generation facility. Then, secondary power generation can be performed.
  • a hydrogen fuel engine or a hydrogen fuel cell it is difficult to generate a large capacity like a hydrogen gas turbine power plant, so it may be arranged appropriately according to the city plan.
  • a trailer or a high-pressure hydrogen transportation vehicle of the curdle type can be used as a means of transportation. These vehicles provide suitable roads for large vehicles between the hydrogen production facility and the primary hydrogen storage facility, between the primary hydrogen storage facility and the secondary hydrogen storage facility, the primary hydrogen storage facility or the secondary hydrogen storage facility.
  • a hydrogen transport vehicle-based power supply network instead of the conventional power grid using a transmission tower.
  • a power consumption area It is possible to build a highly efficient wide area power supply system by shifting from the use of large transportation means to the use of small transportation means as it approaches a specific residential area, and by developing a transportation network corresponding to it. can.
  • one or more hydrogen stations that handle hydrogen may be installed to supply hydrogen to vehicles such as fuel cell vehicles (FCVs), or factories in the specific residential area.
  • Hydrogen may be supplied directly to power consumption facilities such as hydrogen refueling vehicles and hospitals, or to homes.
  • the hydrogen sent to the hydrogen station can be converted into electricity and directly supplied to consumers.
  • a hydrogen fuel engine device or a household hydrogen fuel cell is installed as a small power generation device in each household, hydrogen energy can be used directly in each household in addition to electricity from the regional power network. can. In that case, at the same time as the conversion to electricity, the heat energy can be taken out and used in the form of hot water or the like.
  • the wide-area power supply system of the present invention is a system that uses hydrogen energy, which is clean and has a low environmental load, and emits almost no harmful substances such as carbon dioxide that lead to global warming. Hydrogen energy can be stored and transported. There is a merit that there is.
  • transmission towers and transmission lines greatly damage the landscape, and by eliminating them, it is possible to preserve the beautiful landscape of nature.
  • transmission towers and transmission lines may cause large economic losses due to natural disasters such as typhoons and earthquakes, whereas transportation means such as vehicles are less susceptible to disasters, and even if they are damaged, vehicles It is also highly economical in that it is easy to substitute such as.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing the entire system of the wide area power supply system of the present invention.
  • the general flow of the power supply system in the figure is as follows: primary power plant 1, hydrogen production facility 2, primary hydrogen storage facility 3, secondary hydrogen storage facility 4, secondary power generation facility 5 (hydrogen gas turbine power plant), area. It becomes the power grid 6.
  • the electricity generated at the primary power plant 1 is sent to the hydrogen production facility 2 attached to the primary power plant 1 or installed near the primary power plant 1, and hydrogen is produced at the hydrogen production facility 2. ..
  • a power plant using renewable energy such as a hydropower plant 1a, a wind power plant 1b, or a solar power plant 1c as the primary power plant 1.
  • a water electrolyzer or the like is installed in the hydrogen production facility 2, and hydrogen can be produced using electricity sent from the primary power plant 1.
  • the hydrogen produced in the hydrogen production facility 2 is sent to the primary hydrogen storage facility distributed over a wide area by using a transportation means such as a trailer 7.
  • a plurality of secondary hydrogen storage facilities 4 as smaller storage facilities are dispersedly arranged with respect to the individual primary hydrogen storage facilities 3, and the primary hydrogen storage facilities 3 to the secondary hydrogen storage facilities 3 to the secondary hydrogen storage facilities 3 are arranged in a distributed manner according to the demand. Hydrogen is transported toward the facility 4 by a transportation means such as a trailer 7 and stored in the secondary hydrogen storage facility 4.
  • the secondary hydrogen storage facility 4 may be as small as a hydrogen station used as a facility for supplying hydrogen to vehicles such as fuel cell vehicles (FCVs).
  • FCVs fuel cell vehicles
  • the regional power grid 6 assumes a power grid composed of power cables installed underground in a specific residential area. Even in the city, a beautiful landscape can be created and maintained by using an underground power cable installed underground without using utility poles.
  • a secondary power generation facility 5 such as a hydrogen gas turbine power plant is installed in the vicinity of the regional power grid 6 in a specific residential area, and is directly transported from the above-mentioned secondary hydrogen storage facility 4 or primary hydrogen storage facility 3 by a trailer 7 or the like. Secondary power generation is performed using the generated hydrogen, and the electricity generated by this secondary power generation is supplied to the regional power grid 6.
  • a secondary power generation device 8 such as a hydrogen fuel engine or a hydrogen fuel cell is installed in each household in a specific residential area to generate electric power of the regional power grid 6. Can be used separately or in combination.

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Abstract

本発明の広域電力供給システム１は、従来の送電鉄塔等が不要な水素エネルギーを利用した広域の電力供給網として、環境に対する負荷が小さく、経済性にも優れた広域電力供給システムを提供するものであり、１次発電所１と、１次発電所１の電気により水素を製造する水素製造施設２と、広域に分散配置された１次水素貯蔵施設３と、個々の１次水素貯蔵施設３に対して分散配置された２次水素貯蔵施設４と、居住区域内の電力消費施設または住戸に電力を送る地域電力網６と、居住区域に対して設置され、１次水素貯蔵施設３または２次水素貯蔵施設４を介して輸送されてきた水素を電力に変換する２次発電施設５と、水素製造施設２と１次水素貯蔵施設３との間、1次水素貯蔵施設３と２次水素貯蔵施設４との間、および１次水素貯蔵施設３または２次水素貯蔵施設４と２次発電施設５との間で、水素を輸送するトレーラー７などの輸送手段によって構成される。

Description

広域電力供給システム
　本発明は、従来の送電鉄塔等を不要とする水素エネルギーを利用した広域電力供給システムに関するものである。
　温室効果ガスの排出による地球温暖化が大きな問題となっている。その解決手段の一つとして水素エネルギーを利用した電力供給システムが注目されており、多くの実証実験が行われ、また一部が実用化されている。
　水素エネルギーを利用した電力供給システムの一形態は、大まかには、発電所あるいは発電設備で発電された電気を利用して水素製造装置あるいは水素製造施設により水素を製造し、製造された水素を水素貯蔵装置あるいは水素貯蔵施設に貯蔵し、貯蔵された水素から水素ガスタービンなどで水素発電して通常の電力として供給するものである。
　この他、水素ステーションにおいて燃料電池自動車に水素を供給するなどして、水素エネルギーが利用されている。
　水素エネルギーの利用に関する技術としては、例えば以下の特許文献に記載された発明がある。
　特許文献１には、水素自動車および燃料電池自動車に対して、再生可能エネルギーを利用して安定的にかつ高効率に自立してエネルギーを供給できる方法として、再生可能エネルギー発電ユニットと、発電された電力の一部を蓄える蓄電ユニットと、電気分解用の水を供給する水供給ユニットと、水供給ユニットにより供給された水を、蓄電ユニットにより蓄電された電力によって電気分解して水素および酸素を製造する水電解ユニットと、水電解ユニットにより製造された水素を備蓄する水素貯蔵ユニットと、水電解ユニットにより製造された酸素を備蓄する酸素貯蔵ユニットと、水素貯蔵ユニットに備蓄された水素を用いて発電を行う水素発電ユニットと、水素発電ユニットが発電時に発生する水を回収する水回収ユニットと、再生可能エネルギー発電ユニット内で発電時に発生する熱を蓄積し、水電解ユニットが水素を製造するときに熱を前記水電解ユニットに供給する蓄熱ユニットと、蓄電ユニットに蓄電された電力を供給対象に供給する電力供給ユニットと、水素貯蔵ユニットに貯蔵されている水素または水素を含む媒体を、供給対象に供給する水素供給ユニットと、各ユニットにおける電力、水素、熱の需給状況を監視し、監視した需給状況に基づき今後の不足分を補うよう各ユニットの運転を制御する管理ユニットとを備えた電力水素供給システムが開示されている。
　特許文献２には、建築物用の水素エネルギー供給システムとして、貯蔵された水素を用いて電力を生成する水素エネルギー生成部と、水素エネルギー生成部から供給される電力を、建築物の外部に対して電力を供給する第１のルート、および建築物の内部に対して電力を供給する第２のルートのうちの少なくともいずれかを介して供給可能である電力供給部と、電力供給部が供給する電力を制御する制御部であって、電力系統が停電した場合に、第１のルートを介した電力供給を開始させる制御、および第１のルートにおける電力の供給範囲を増加させる制御のうちの少なくともいずれかを行う制御部とを備えるシステムが開示されている。
　特許文献３には、エネルギー網との間で、より効率的にエネルギーの授受を行うことが可能な水素エネルギーシステムとして、水素製造に関して予め定められた時系列な物理量を複数取得する取得部と、時系列な物理量毎に優先度を設定する設定部と、相互に関連する複数の時系列な計画値を生成する計画部であって、複数の時系列な物理量それぞれに対応する計画値を物理量毎の優先度に応じて生成する計画部とを備える水素エネルギーシステムが開示されている。
　特許文献４には、再生可能エネルギーにより発電する発電部から供給された電力を用いて、水の電気分解により水素を製造する水素製造部と、水素製造部が製造した水素を貯蔵する水素貯蔵部と、水素貯蔵部と連通する経路を介して取得した水素を用いて発電した電力を負荷に供給する水素発電部と、水素貯蔵部に貯蔵された水素を水素発電部に供給する経路と異なる経路により供給する供給部と、供給部が特定期間に供給する第１水素量を取得する水素量取得部と、第１水素量に応じて、水素発電部及び水素製造部のうちの少なくとも一方を制御する制御部とを備える水素エネルギー貯蔵システムが開示されている。
　特許文献５には、システム全体としての運用を停止させることなく、水素吸蔵能力の劣化度を診断することができる電力供給技術として、発電装置から入力した電力を用いて第１水素ガスを製造する水素製造部と、この第１水素ガスを輸送する第１輸送管が接続するとともに内部に水素吸蔵材料が収容されている少なくとも２つ以上のタンクと、これら複数のタンクに接続する第２輸送管を介して水素吸蔵材料から放出される第２水素ガスが輸送される燃料電池と、複数のうちいずれか一つのタンクにおける第１水素ガスおよび第２水素ガスの両方の輸送を閉止した状態でこのタンクの内部を減圧する減圧ポンプと、減圧されたタンクの内部に第３水素ガスを輸送する第３輸送管と、この第３水素ガスの輸送量を計測する計測部とを備えた電力供給システムが開示されている。
　この他、特許文献６には、水素製造プラントで製造した水素を、目的とする水素消費施設に容易にかつ短時間で輸送することができ、また既存の設備を利用可能である水素の輸送システムとして、自然エネルギーを利用して発電した電力により、水を電気分解して水素を製造する水素製造プラントを備え、製造した水素を複数の輸送タンクに収容する収容手段と、その複数の輸送タンクを積載して水素ステーション近傍の港湾設備に輸送する第１の輸送手段と、第１の輸送手段から降ろした輸送タンクを目的とする水素ステーション毎に個別輸送する第２の輸送手段とを備える水素の輸送システムが開示されている。
　また、特許文献７には、水素エネルギーを利用した電力網の形態に関し、生成された水素ガスを用いて水素発電装置で発電された電力が、生産製造施設、娯楽体育施設、ショッピングセンターなどの商業流通施設、官公庁などの公的施設、化学工場、インフラ施設、一戸建住宅やマンションなどの住宅施設、し尿や生ゴミなどを処理するバイオ処理装置、デカリン・シクロヘキサン供給スタンド、有機ハイドライドセンターなど電力を使用する各種用途に供給されることに関する記載がある。
日本国特許第６００５５０３号公報 国際公開ＷＯ２０１７／０９８６６２ 国際公開ＷＯ２０１８／０７８８７５ 国際公開ＷＯ２０１８／０６９９９３ 国際公開ＷＯ２０１８／０７８６９５ 日本国特開２００５－２２０９４６号公報 日本国特開２００２－２３４７０３号公報
　水素エネルギーは、地球温暖化につながる二酸化炭素などの有害物質をほとんど排出しないクリーンで環境に優しいエネルギーであり、また貯蔵や輸送が可能であるといったメリットがある。
　その反面、現状においては水素を製造するコスト、水素の輸送コスト、製造された水素を電気や熱に変換する際の変換効率やコストに関するデメリットがあるとされている。
　しかしながら、現状の送電鉄塔、送電線による電力供給網においてもその整備のための建設コスト、維持コストは膨大であり、また地震や台風などの自然災害によって電力供給網が遮断されうるといった問題がある。また、老朽化した鉄塔の改修や取替の費用も膨大なものとなる。
　一方、現状において水素エネルギー利用におけるデメリットとされているコストや変換効率の課題に関しては、水素エネルギー利用が広がるにつれて、また水素関技術が進歩するにつれて大幅な改善が見込まれるため、長期的にはコストが低減され、大きな経済的効果が期待できる。
　本発明の広域電力供給システムは上述のような背景のもとに発明されたものであり、従来の送電鉄塔等が不要な水素エネルギーを利用した広域の電力供給網として、環境に対する負荷が小さく、経済性にも優れ、自然災害などによる影響も最小限に抑えることができる広域電力供給システムを提供することを目的としたものである。
　本発明の広域電力供給システムは、水素エネルギーの利用を図ったものであり、広域への電力供給を行うための１または複数の１次発電所と、前記１次発電所で発電された電気により、水素を製造する水素製造施設と、広域に分散配置され、前記水素製造施設で製造された水素を貯蔵する複数の１次水素貯蔵施設と、個々の前記１次水素貯蔵施設に対して複数分散配置された複数の２次水素貯蔵施設と、複数の特定居住区域内に敷設され、各特定居住区域内の電力消費施設または住戸に電力を送る地域電力網と、個々の前記特定居住区域に対して設置され、前記１次水素貯蔵施設または２次水素貯蔵施設を介して輸送されてきた水素を電力に変換する２次発電装置または２次発電施設と、前記水素製造施設と前記１次水素貯蔵施設との間、前記1次水素貯蔵施設と前記２次水素貯蔵施設との間、および前記１次水素貯蔵施設または前記２次水素貯蔵施設と前記２次発電施設との間で、前記水素を輸送する多数の輸送手段と、を備えていることを特徴とする。
　本発明における地域電力網は主として、特定居住区域内の地下に設置された電力ケーブルによって構成される電力網を想定している。本発明は従来の多数の送電鉄塔に沿って張り巡らした送電線などによる送電方式を排除できるようにしたものであり、都市内においても電柱などを用いずに地下に配設された地中電力ケーブルによる電力の供給方式とすることが望ましい。
　それによって、都市本来の美しい景観を造り出すことができ、また自然災害などによる影響を受けにくいといった効果がある。
　１次発電所は環境への負荷が少ない再生可能エネルギーを利用する水力発電施設、太陽光発電施設、または風力発電施設を備えた発電所などが好ましいが、条件によっては、再生可能エネルギーによる発電の供給量が確保されるまでは、従前のその他の発電所を併用する場合も考えられる。
　本発明における水素製造施設は、１次発電所で発電された電気を用いて製造することを想定しており、水を電気分解して水素を製造する方式が一般的であるが、これに限定されるものではない。
　本発明で言う特定居住区域は、例えば建物としての集合住宅、オフィスビル、公共施設、や病院を備えた都市機能を備えた居住区域を意味する。これらの特定居住区域は単独住宅などの住戸を含んでもよく、また公園や森、湖、レクリエーション施設、多種の交通機関、交通施設を備え、人々が生活する一つの都市空間を構成するものを想定している。
　さらに具体的には、例えば日本国特許第６５０１９６１号公報に示されるような、建物としての集合住宅、ホテル、オフィスビル、病院建築物または工場の周囲に、建物と間隔をおいて、常時の出入口としての開口部を除く建物のほぼ全周を取り巻く形で水密性を有する耐洪水塀が構築されており、この耐洪水塀は適用対象地域で想定される浸水深以上の高さを有し、かつ想定される浸水深以上の水圧に抵抗可能な耐力を有する塀であり、その開口部には浸水時に開口部を水密に閉塞する開口部閉塞手段が設けられているといった都市構造を備えた耐洪水塀を備えた居住空間としての都市であってもよい。
　また、分散させた複数の特定居住区域間の余った土地には、高速道路網、鉄道網を整備したり、自然環境をそのまま残した地域、さらには人工的な森や湖、大規模な公園、レジャー施設などを作ることもできる。
　本発明における２次発電装置または２次発電施設は、水素エネルギーを電気に再変換して、上述の地域電力網に供給するための装置あるいは設備であり、その一部あるいは全部に大容量のエネルギー変換方式としては水素ガスタービン発電所の形態が好ましい。
　このような水素ガスタービン発電所は、特定居住区域外部の特定居住区域に近接した場所に設置するようにすれば、当該居住区域内の交通に影響を与えることなく、再変換した電気を地域電力網に供給することができる。
　また、水素エネルギーを電気に再変換する他の形態としては、水素燃料エンジンまたは水素燃料電池があり、２次発電装置または２次発電施設のうちの一部に水素燃料エンジンまたは水素燃料電池を設置して２次発電を行うことができる。水素燃料エンジンまたは水素燃料電池の場合、水素ガスタービン発電所のような大容量の発電は困難であるため、都市計画に応じて適宜配置するようにすればよい。
　輸送手段はトレーラーまたはカードル形式の高圧水素輸送車両などを用いることができる。これらの車両は大型車両の通行に適した道路を、水素製造施設と１次水素貯蔵施設との間、１次水素貯蔵施設と２次水素貯蔵施設との間、１次水素貯蔵施設または２次水素貯蔵施設と２次発電施設との間に造り、整備することで、従来の送電鉄塔による電力網に代わる水素輸送車両主体の電力供給網を構築することができる。
　また、水素製造施設から１次水素貯蔵施設、１次水素貯蔵施設から次水素貯蔵施設、１次水素貯蔵施設または２次水素貯蔵施設から２次発電施設という段階的な構成において、電力の消費地である特定居住区域に近付くにしたがって大型の輸送手段の利用から小型の輸送手段の利用に移すようにし、それに応じた交通網を整備することにより、効率の高い広域電力供給システムを構築することができる。
　また、適用対象となる地域の特性によっては、輸送の一部を河川や海の往来手段である船舶を利用しての輸送を併用することもできる。
　特定居住区域内においては、上述の地域電力網とは別に、水素を取り扱う１または複数の水素ステーションを設置し、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などの車両に水素を供給したり、特定居住区域内の工場や病院など電力消費施設、あるいは家庭などに、直接、水素を供給できるようにしてもよい。
　地域電力網により効率的に電気の配線を設置することができた場合においても、水素ステーションに送られてくる水素を電気に変え、直接消費者に供給することができる。例えば、個々の家庭に小型の発電装置として、水素燃料エンジン装置あるいは家庭用水素燃料電池を設置すれば、地域電力網からの電気に加え、直接、各家庭で水素エネルギーを併用して利用することができる。その場合、電気への変換と同時に、熱エネルギーを温水などの形で取り出して利用することもできる。
　すなわち、特定居住区域内の電力消費施設または住戸の少なくとも一部に水素を利用する個別の発電手段と水素供給手段を設け、個別にも水素エネルギーによる電気などを利用できるようにすることができる。
　家庭あるいは比較的小規模な電力消費施設での小容量で水素エネルギーの使用に関しては、家庭用水素燃料電池または小型の水素燃料エンジンなどの利用が考えられ、その場合、水素供給手段として、カセット式に交換可能な水素タンクなどを利用することができる。
　本発明の広域電力供給システムは、地球温暖化につながる二酸化炭素などの有害物質をほとんど排出しないクリーンで環境の負荷が少ない水素エネルギーを利用するシステムであり、また水素エネルギーは貯蔵や輸送が可能であるといったメリットがある。
　１次発電所として、環境への負荷が少ない再生可能エネルギーを利用する水力発電施設、太陽光発電施設、または風力発電施設を備えた発電所などを用いれば、トータル的にも地球温暖化、その他の環境問題の解決に大きく貢献させることができる。
　現状においては水素を製造するコスト、水素の輸送コスト、製造された水素を電気や熱に変換する際の変換効率やコストに関するデメリットがあるとされているが、送電鉄塔、送電線による電力供給網においてもその整備のための建設コスト、維持コストは膨大であり、また地震や台風などの自然災害によって電力供給網が遮断されうるといった問題や老朽化した鉄塔の改修や取替の費用も膨大なものとなるといった問題があり、長期的に見た場合には、輸送手段としてのトレーラーやカードルなどの車両を利用した方が自由度が高く、かえって経済的でシステムであるといえる。
　また、送電鉄塔、送電線は、景観を大きく毀損するものであり、これらを排除することで自然の美しい景観を保全することができる。また、送電鉄塔、送電線は、台風や地震などの自然災害によって大きな経済損失を発生させる恐れがあるのに対し、車両などの輸送手段は災害の被害を受けにくく、被害を受けた場合でも車両等の代替が容易であるという面でも経済性が高い。
　製造した水素による水素エネルギー大量保存や移動の自由度が高いため、電力の供給において、災害から都市や地域、国を守るのみでなく、その時の状況に応じて可変的に電力を供給することができる。
　また、現状において水素エネルギー利用におけるデメリットとされているコストや変換効率は、水素エネルギー利用が広がるにつれて、また水素関技術の進歩に伴って大幅な改善が見込まれるため、長期的にはコストが低減され、大きな経済的効果が期待できる。
本発明の広域電力供給システムの全体系を示した概念図である。
　以下、本発明を添付した図面に基づいて説明する。
　図１は本発明の広域電力供給システムの全体系を概念的に示した図である。
　図における大まかな電力供給系統の流れは、１次発電所１、水素製造施設２、１次水素貯蔵施設３、２次水素貯蔵施設４、２次発電施設５（水素ガスタービン発電所）、地域電力網６となる。
　まず、１次発電所１で発電された電気を、１次発電所１に付帯させたあるいは１次発電所１の近傍に設置した水素製造施設２に送り、水素製造施設２で水素を製造する。
　１次発電所１としては、環境保護の観点からは、水力発電所１ａ、風力発電所１ｂ、あるいは太陽光発電所１ｃのような再生可能エネルギーによる発電所を利用することが望ましい。
　水素製造施設２には、水電気分解装置などが設置され、１次発電所１より送られてくる電気を用いて水素を製造することができる。
　水素製造施設２で製造された水素は、トレーラー７などの輸送手段を利用して、広域に分散配置された１次水素貯蔵施設に送られる。
　さらに、個々の１次水素貯蔵施設３に対して、より小型な貯蔵施設としての２次水素貯蔵施設４が複数分散配置されており、需要に応じて１次水素貯蔵施設３から２次水素貯蔵施設４に向けて、トレーラー７などの輸送手段により、水素が搬送され、２次水素貯蔵施設４に貯蔵される。
　２次水素貯蔵施設４は規模が小さいものは、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などの車両に水素を供給する施設として用いられている水素ステーション程度のものとなる場合もある。
　地域電力網６は、特定居住区域内の地下に設置された電力ケーブルによって構成される電力網を想定している。都市内においても電柱などを用いずに地下に配設された地中電力ケーブルによる電力の供給方式とすることで、美しい景観を造り上げ、また維持することができる。
　特定居住区域の地域電力網６に近接して、水素ガスタービン発電所などの２次発電施設５が設置され、上述の２次水素貯蔵施設４あるいは１次水素貯蔵施設３から直接トレーラー７などで搬送されてくる水素を利用して２次発電を行い、この２次発電による電気を地域電力網６に供給する。
　また、水素エネルギーを電気に再変換する他の形態としては、特定居住区域内の各家庭に、水素燃料エンジンまたは水素燃料電池などの２次発電装置８を設置して、地域電力網６の電力とは別に、あるいは併用して利用することができる。
　家庭用あるいは比較的小規模な電力消費施設での小容量で水素エネルギーの使用に関しては、家庭用水素燃料電池または小型の水素燃料エンジンなどの利用が考えられ、その場合、水素供給手段として、カセット式に交換可能な水素タンクなどを利用することができる。
　１…１次発電所、１ａ…水力発電所、１ｂ…風力発電所、１ｃ…太陽光発電所、
　２…水素製造施設、３…１次水素貯蔵施設、４…２次水素貯蔵施設、５…２次発電施設（水素ガスタービン発電所）、６…地域電力網、７…トレーラー、８…２次発電装置
 

Claims (10)

  1. 　広域への電力供給を行うための１または複数の１次発電所と、
    　前記１次発電所で発電された電気により、水素を製造する水素製造施設と、
    　広域に分散配置され、前記水素製造施設で製造された水素を貯蔵する複数の１次水素貯蔵施設と、
    　個々の前記１次水素貯蔵施設に対して複数分散配置された複数の２次水素貯蔵施設と、
    　複数の特定居住区域内に敷設され、各特定居住区域内の電力消費施設または住戸に電力を送る地域電力網と、
    　個々の前記特定居住区域に対して設置され、前記１次水素貯蔵施設または２次水素貯蔵施設を介して輸送されてきた水素を電力に変換する２次発電装置または２次発電施設と、
    　前記水素製造施設と前記１次水素貯蔵施設との間、前記1次水素貯蔵施設と前記２次水素貯蔵施設との間、および前記１次水素貯蔵施設または前記２次水素貯蔵施設と前記２次発電施設との間で、前記水素を輸送する多数の輸送手段と、
    を備え、
    　前記地域電力網は主として前記特定居住区域内の地下に設置された電力ケーブルによって構成されていることを特徴とする広域電力供給システム。
  2. 　請求項１記載の広域電力供給システムにおいて、前記１次発電所は水力発電施設、太陽光発電施設、または風力発電施設を備えた発電所であることを特徴とする広域電力供給システム。
  3. 　請求項１または２記載の広域電力供給システムにおいて、前記水素製造施設は、前記１次発電所で発電された電気を用いて水を電気分解して水素を製造する施設であることを特徴とする広域電力供給システム。
  4. 　請求項１～３の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記特定居住区域は、少なくとも建物としての集合住宅、オフィスビル、公共施設、および病院を備えた都市機能を備えた居住区域であることを特徴とする広域電力供給システム。
  5. 　請求項１～４の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記２次発電装置または２次発電施設のうちの少なくとも一部は水素ガスタービン発電所であることを特徴とする広域電力供給システム。
  6. 　請求項１～４の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記２次発電装置または２次発電施設のうちの一部は、水素燃料エンジンまたは水素燃料電池を利用したものであることを特徴とする広域電力供給システム。
  7. 　請求項１～６の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記輸送手段はトレーラーまたはカードル形式の輸送車両であることを特徴とする広域電力供給システム。
  8. 　請求項１～７の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記特定居住区域内に前記水素を個別に供給するための１または複数の水素ステーションが設置されていることを特徴とする広域電力供給システム。
  9. 　請求項１～８の何れかに記載の広域電力供給システムにおいて、前記特定居住区域内の電力消費施設または住戸の少なくとも一部に水素を利用する個別の発電手段と水素タンクが設置されていることを特徴とする広域電力供給システム。
  10. 　請求項９記載の広域電力供給システムにおいて、前記住戸に設置される個別の発電手段と水素供給手段は家庭用水素燃料電池または水素燃料エンジンと、交換可能な水素タンクであることを特徴とする広域電力供給システム。
     
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