WO2022044250A1 - 再生可能エネルギー発電システム - Google Patents

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憲久 和田
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株式会社日立製作所
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a renewable energy power generation system.
  • a wind power generator, a solar cell panel, and a wave power generator are provided on a megafloat, which is a floating body that can be moored on the sea. It is decomposed, and oxygen gas and hydrogen gas generated by the electric decomposition are liquefied and stored in a storage container, and has a structure that can be freely moved according to weather conditions and the like.
  • Patent Document 2 a hydrogen production plant that uses natural energy most efficiently, is freely movable, and can be easily controlled from land is provided, and hydrogen recovery that can formulate an optimum dispatch schedule for a hydrogen transport tanker.
  • the system is provided.
  • Patent Document 1 provides a production device that can be freely moved according to weather conditions and the like.
  • the meteorological data and ocean observation data which are elements for changing the position of a hydrogen production plant, are data such as the direction and magnitude of tidal current, wind power or sunlight, and hydrogen according to these natural conditions. By moving the position of the manufacturing plant, it is possible to extract natural energy under the most favorable conditions.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a renewable energy power generation system capable of improving the utilization efficiency of a renewable energy power generation system including energy users. ..
  • the renewable energy power generation system of the present invention uses a floating offshore power generation facility using one or more renewable energies and electric energy generated by the floating offshore power generation facility to generate seawater.
  • a hydrogen production facility with a floating offshore station equipped with a hydrogen production device that produces hydrogen by electrolysis and a hydrogen storage device, and a hydrogen production site by the hydrogen production facility are selected based on the amount of hydrogen demand, and hydrogen is selected. It is characterized by having a remote control device for remotely controlling a manufacturing facility.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration and an operation example of the floating offshore wind farm system 100 according to the first embodiment.
  • the floating offshore wind farm system 100 of the first embodiment as a renewable energy power generation system is generated by a floating offshore wind turbine 10 using one or more renewable energies and a floating offshore wind turbine 10.
  • a hydrogen production facility 120 having a floating offshore station 20 equipped with a hydrogen production device and a hydrogen storage device that electrolyzes seawater to produce hydrogen using the electric energy, and a remote control operation device 30 (remote control device).
  • a floating offshore wind farm WF is formed by a plurality of floating offshore wind power generation facilities 10.
  • the floating offshore wind farm system 100 is formed by including the hydrogen production facility 120 and the remote control operation device 30. Further, the hydrogen production facility 120 is formed including a floating offshore wind power generation facility 10 and a floating offshore station 20. Further, the floating offshore wind farm system WF is formed by a plurality of floating offshore wind power generation facilities 10. In the present embodiment, it can be said that the floating offshore wind farm WF and the floating offshore station 20 form a hydrogen production facility 120.
  • a hydrogen production facility 120 may be formed by one floating offshore wind farm WF and a plurality of floating offshore stations 20.
  • the remote control operation device 30 selects a demand area and gives an instruction to transport hydrogen by the hydrogen carrier 50. Further, the remote control operation device 30 selects a hydrogen production site (location of the hydrogen production facility 120) by the hydrogen production facility 120 based on the amount of hydrogen demand, and remotely controls the movement of the hydrogen production facility 120.
  • the remote control operation device 30 is installed in a facility on land, for example, but may be installed on a ship.
  • the remote control operation device 30 has the following features. (1) The remote control operation device 30 can select a hydrogen production area near a port near the demand area according to the amount of hydrogen demand. A move instruction is issued to the hydrogen production facility 120 according to seasonal demand. Details will be described later with reference to FIG. 7. (2) The remote control operation device 30 comprehensively determines the weather information, the transportation distance to the hydrogen demand area, the route, and the fishing ground, and selects the hydrogen production area. (3) The remote control operation device 30 selects a position for avoiding damage to the hydrogen production facility 120 due to the typhoon in consideration of the expected course of the typhoon. (4) The remote control operation device 30 selects a maintenance port close to the current hydrogen production site in order to perform maintenance on the hydrogen production facility 120 when the hydrogen demand is low.
  • the remote control operation device 30 detects the position of each floating offshore wind power generation facility 10 by GPS, and controls the position of the floating offshore wind power generation facility 10 by a radio signal. (6) The remote control operation device 30 monitors the remaining charge of the storage battery of each power generation facility of the floating offshore wind turbine 10 when instructing to move the floating offshore wind turbine 10 to the hydrogen production site. When the remaining amount of electricity stored becomes equal to or less than a predetermined value, the movement is interrupted, and the movement is restarted after the electricity storage by the floating offshore wind power generation facility 10 is completed. (7) The remote control operation device 30 changes the arrangement of each power generation facility to the optimum arrangement so as to reduce the way cross that affects the wind turbine on the wake side of the wind direction as the wind direction changes. Command.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a floating offshore wind power generation facility 10.
  • Each floating offshore wind turbine 10 has a power generation facility 11, a storage battery 12, and a control device 15 on the floating body 14.
  • the floating body 14 has an electric drive device 13 capable of driving a floating offshore wind power generation facility 10 by using the electric energy of the storage battery 12.
  • the electric energy from the power generation facility 11 can be charged in the storage battery 12 and transmitted to the floating offshore station 20 via the transmission line 16.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a floating offshore station 20.
  • the floating offshore station 20 is generated on the floating body 24 by a water electrolyzer 21 (hydrogen production device) that electrolyzes seawater using electric energy to produce hydrogen, an MCH conversion device 22 and an MCH conversion device 22 described later. It has an MCH storage tank 23 (hydrogen storage device) for storing the MCH (methylcyclohexane), a control device 25, and a storage battery 26.
  • the floating body 24 has an electric drive device 27 capable of driving the floating offshore station 20 by using the electric energy of the storage battery 26.
  • the electric energy transmitted from the power generation facility 11 via the power transmission line 16 charges the storage battery 26.
  • the MCH conversion device 22 is a device that reacts toluene with hydrogen to convert it to methylcyclohexane (MCH).
  • MCH methylcyclohexane
  • the MCH is stored in the MCH storage tank 23.
  • hydrogen is transported by the hydrogen carrier 50 in the state of this MCH.
  • Both toluene and MCH are in a liquid state at normal temperature and pressure. It is possible to store and transport hydrogen gas at normal temperature and pressure as a liquid with a volume of 1/500 at normal temperature and pressure.
  • Hydrogen is separated from MCH by a catalytic reaction at the hydrogen utilization site of the transportation destination and supplied. The toluene obtained at the same time can be used again as a raw material for MCH production.
  • FIG. 4 is a diagram showing details of a hydrogen production facility of a floating offshore wind farm system 100. Electricity is collected from a plurality of floating offshore wind turbines 10, that is, a floating offshore wind farm WF, and hydrogen is produced by a water electrolyzer 21 on the floating offshore station 20. Further, it is converted into MCH by the MCH conversion device 22 and stored in the MCH storage tank 23. Then, the MCH is delivered from the MCH storage tank 23 to the hydrogen carrier 50.
  • the floating offshore wind farm WF it is effective to arrange the floating offshore wind farm WF at a distance of 10 times the rotor diameter D and 3 times or more in the perpendicular direction with respect to the main wind direction so as not to interfere with each other's power generation. It is possible to move to the optimum arrangement by changing the wind direction.
  • the rotor diameter D of the wind turbine is about 130 m when the output is 5 MW.
  • the floating offshore wind farm WF of the present embodiment is formed by a plurality of floating offshore wind turbines 10. Since each floating offshore wind power generation facility 10 has an electric drive device 13, it can be moved to the optimum arrangement by changing the wind direction. Specifically, the arrangement of each floating offshore wind power generation facility 10 in the floating offshore wind farm WF is optimized so as to reduce the waycross that affects the wind turbine on the wake side of the wind direction as the wind direction changes. The remote control operation device 30 is instructed to change the arrangement.
  • the waycross is a phenomenon in which the output of a wind turbine that has entered the leeward direction decreases when another wind turbine is located on the windward side of a certain wind turbine.
  • FIG. 5 is a diagram showing a control block of a floating offshore wind power generation facility 10.
  • the remote control operation device 30 acquires power generation status and position information from the power generation facility 11, and also acquires the remaining battery level from the storage battery 12. When the remaining battery level of the storage battery 12 is less than a predetermined value, the remote control operation device 30 gives an operation command to the control device 15 to charge the storage battery 12. When the remaining battery level of the storage battery 12 is equal to or higher than a predetermined value, the remote control operation device 30 instructs the control device 15 to transmit power to the floating offshore station 20 via the power transmission line 16.
  • the remote control operation device 30 When the remote control operation device 30 optimally arranges the arrangement of the floating offshore wind power generation equipment 10 shown in FIG. 4, the remote control operation device 30 is provided with position information (for example, latitude and longitude) in the control device 15 and the floating offshore wind power generation equipment 10. ) Is sent.
  • position information for example, latitude and longitude
  • the control device 15 of the floating offshore wind power generation facility 10 receives the position information, the control device 15 drives the electric drive device 13 and moves to the received position.
  • FIG. 6 is a diagram showing a control block of the remote control operation device 30 (remote control device).
  • the remote control operation device 30 includes a communication unit 31, a storage unit 32, a power generation amount prediction unit 34, and a hydrogen production amount prediction unit 35, which communicate with the hydrogen production facility 120 (floating offshore wind power generation facility 10 and floating offshore station 20). It has a hydrogen production site determination unit 36, a hydrogen recovery planning unit 37, a power generation facility arrangement determination unit 40, an operation evacuation planning unit 41, a movement command unit 42, and the like.
  • the power generation amount prediction unit 34 predicts the power generation amount of the floating offshore wind power generation facility 10 based on the weather data 325.
  • the hydrogen production amount prediction unit 35 predicts the hydrogen production amount based on the predicted amount calculated by the power generation amount prediction unit 34.
  • the hydrogen production site determination unit 36 determines the hydrogen production site based on the hydrogen demand forecast information 321, the demand port information 322, the route data 323, the fishing ground data 324, the hydrogen production amount, and the hydrogen amount information of the floating offshore station 20. To decide.
  • the hydrogen recovery planning unit 37 makes a hydrogen recovery plan based on the hydrogen production site determined by the hydrogen production site determination unit 36, and orders the hydrogen carrier 50.
  • the power generation facility arrangement determination unit 40 obtains weather data 325 (wind direction, wind speed, amount of solar radiation, temperature), position information of each power generation facility (floating offshore wind turbine 10), and information on the floating offshore station 20, and the remaining amount of electricity stored. Based on this, the layout of each floating offshore wind turbine 10 is determined. When deciding the arrangement of the floating offshore wind power generation facility 10, as described above in FIG. 4, the waycross that affects the wind turbine on the wake side of the wind direction due to the change in the wind direction is reduced. It is instructed to change the arrangement of each floating offshore wind turbine 10 to the optimum arrangement.
  • the movement command unit 42 includes the arrangement configuration of the hydrogen production site (position of the hydrogen production facility 120) determined by the hydrogen production site determination unit 36 and the floating offshore wind power generation facility 10 determined by the power generation facility arrangement determination unit 40. Along with this, it is instructed to move to each power generation facility and the floating offshore station 20. That is, the remote control operation device 30 moves to the hydrogen production site determined by the hydrogen production site determination unit 36 as the hydrogen production facility 120, and at the same time, each power generation facility as a floating offshore wind farm WF at the hydrogen production site ( Detailed information on the layout of the floating offshore wind turbine 10) is instructed to each power generation facility.
  • FIG. 7 is a diagram showing annual changes in the actual power demand.
  • Figure 7 shows the actual power demand ratio (%) for northern Japan (Hokkaido), Kanto region (Tokyo), southern Japan (Okinawa prefecture), and national average monthly (April 2019 to March 2020). There is.
  • the operation of producing and supplying hydrogen in southern Japan in the summer and in northern Japan in the winter can contribute to a stable supply of energy, and the hydrogen production point and the demand area are close to each other, so that the hydrogen transportation distance is long. It is shortened and economically effective.
  • FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration and an operation example of the floating offshore mega solar system 200 according to the second embodiment. The difference between FIGS. 1 and 8 is whether the power generation device installed in the renewable energy power generation system is a floating offshore wind power generation facility 10 or a floating offshore photovoltaic power generation facility 210.
  • the floating offshore mega solar system 200 of the second embodiment as a renewable energy power generation system generates power by a floating offshore photovoltaic power generation facility 210 using one or more renewable energies and a floating offshore photovoltaic power generation facility 210.
  • a hydrogen production facility 220 having a floating offshore station 20 equipped with a hydrogen production device and a hydrogen storage device for producing hydrogen by electrolyzing seawater using the generated electric energy, and a remote control operation device 30 (remote control). It has a device).
  • a floating offshore mega solar MS is formed by a plurality of floating offshore photovoltaic power generation facilities 210. These correspondences are the same as in the first embodiment.
  • the renewable energy power generation system (floating offshore wind farm system 100 and floating offshore mega solar system 200) of the present embodiment described above has the following features.
  • Floating offshore power generation equipment using one or more renewable energies (for example, floating offshore wind power generation equipment 10) and electric energy generated by the floating offshore power generation equipment are used to electrolyze seawater to generate hydrogen.
  • a hydrogen production facility 120 having a floating offshore station 20 equipped with a hydrogen production device (for example, a water electrolyzer 21 and an MCH conversion device 22) and a hydrogen storage device (for example, an MCH storage tank 23) to be manufactured, and hydrogen production.
  • a hydrogen production device for example, a water electrolyzer 21 and an MCH conversion device 22
  • a hydrogen storage device for example, an MCH storage tank 23
  • a remote control device for example, a remote control operation device 30
  • selects a hydrogen production site by the facility 120 based on the amount of hydrogen demand and remotely controls the hydrogen production facility.
  • the remote control device it is advisable to select the hydrogen production area near the port near the demand area according to the hydrogen demand. This makes it possible to reduce the time and cost for transporting hydrogen.
  • the remote control device comprehensively judges the weather information, the transportation distance to the hydrogen demand area, the route, and the fishing ground, and selects the hydrogen production area. As a result, energy generated by renewable energy power generation can be efficiently generated and transported to hydrogen-demanding areas.
  • the remote control device should be selected in a position that avoids damage to the hydrogen production facility due to the typhoon (weather) in consideration of the expected course of the typhoon (weather information). This can reduce damage to the renewable energy power generation system.
  • the remote control device when the hydrogen demand is low, maintenance of the hydrogen production facility should be performed, so it is advisable to select a maintenance port close to the current hydrogen production area. As a result, the maintenance cost of the renewable energy power generation system can be reduced.
  • the floating offshore power generation facility has a storage battery 12 for storing the generated electric energy and an electric drive device 13, and when it is necessary to move, the storage battery 12 discharges the electric drive device 13 to operate the electric drive device 13 by itself. You can move to the place of manufacture. As a result, it is possible to reduce fuel costs, fuel transportation costs, etc. when moving to a hydrogen production area.
  • the remote control device may detect the position of the floating offshore power generation facility by GPS, and control the position of the floating offshore power generation facility by a wireless signal from the remote control device. This makes it possible to accurately manage the position of the floating offshore power generation facility.
  • the remote control device monitors the remaining amount of electricity stored in the storage battery 12 of each power generation facility of the floating offshore power generation facility when instructing to move the floating offshore power generation facility to the hydrogen production area, and the remaining amount of electricity stored is below a predetermined value. If this happens, it is advisable to suspend the movement and restart the movement after the electricity storage is completed by the power generation by the floating offshore power generation facility. As a result, it is possible to reduce fuel costs, fuel transportation costs, etc. when moving to a hydrogen production area.
  • the floating offshore power generation facility may be a wind power generation device or a solar power generation device (see FIGS. 1 and 8). If the floating offshore power generation facility is a wind power generation device, the remote control device arranges each power generation facility so as to reduce the waycross that affects the wind turbine on the wake side of the wind direction as the wind direction changes. It is advisable to instruct to change to the optimum arrangement. As a result, the renewable energy power generation system can generate power efficiently.
  • hydrogen may be compressed to a high pressure of about several tens of MPs with a compressor and stored and transported in a high-pressure container. Further, hydrogen may be stored in a hydrogen storage alloy and stored and transported in a container containing the hydrogen storage alloy.
  • MCH that is, hydrogen by a hydrogen carrier 50
  • transportation without a hydrogen carrier can also be taken as a modified example. That is, in this modification, when the hydrogen production facility 120 is moved near the port near the demand area, the hydrogen production facility 120 (MCH storage tank 23) and the port's MCH receiving facility are connected by a pipe or the like, and the MCH is connected by a pipe. Supply. After separating hydrogen from MCH, toluene is similarly piped back to the hydrogen production facility 120. Further, when the hydrogen production facility 120 is moved near the port near the demand area, another modification may be taken in which the hydrogen production facility 120 separates hydrogen from the MCH and supplies the hydrogen to the onshore facility by a pipe. In this other variant, transport of liquids such as MCH and toluene is not required.

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Abstract

再生可能エネルギー発電システムは、１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上風力発電設備（１０）と、浮体式洋上風力発電設備（１０）により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置及び水素貯留装置を備えた浮体式洋上ステーション（２０）と、を有する水素製造施設（１２０）と、水素製造施設による水素製造地を、水素需要量に基づいて選定し、水素製造施設を遠隔制御する遠隔制御操作装置（３０）と、を有する。

Description

再生可能エネルギー発電システム
　本発明は、再生可能エネルギー発電システムに関する。
　再生可能エネルギー発電設備は、陸地では天候、地形等で設置場所が限られる。また、それらの設置場所では電力系統の送電線容量が不足している状況が多いため、再生可能エネルギー発電の電源導入が進まない一因となっている。このため、洋上での再生可能エネルギー発電が各種検討されている。
　特許文献１では、海上に係留可能に形成される浮体であるメガフロート上に風力発電機、太陽電池パネル、波力発電機を設け、これらにより発電させた電力によりエネルギー変換貯蔵部において海水を電気分解し、該電気分解により発生した酸素ガス及び水素ガスを液化して貯蔵容器に貯蔵するものであり、気象条件等に合わせて自在に移動可能な構成となっている。
　特許文献２では、自然エネルギーを最も効率良く使用し、自由に移動可能で容易に陸地から制御可能である水素製造プラントを備え、水素輸送タンカの最適な配船スケジュールを立案することができる水素回収システムが提供されている。
特開２００１－５９４７２号公報 特開２００３－７２６７５号公報
　特許文献１は、気象条件等にあわせて自在に移動可能な生産装置を提供するとしている。特許文献２は、水素製造プラントの位置変更の要素となる気象データ及び海洋観測データとは、潮流、風力若しくは太陽光の向き及び大きさ等のデータことであり、これらの自然条件に応じて水素製造プラントの位置を移動させることにより、最も好条件で自然エネルギーを採取することができるとしている。
　しかしながら、いずれの文献も自然エネルギーでの発電効率を主眼においているため、エネルギー利用者を含めた再生可能エネルギー発電システムの効率の点に課題を有する。
　本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、エネルギー利用者を含めた再生可能エネルギー発電システムの利用効率をあげることができる再生可能エネルギー発電システムを提供することを目的とする。
　前記目的を達成するため、本発明の再生可能エネルギー発電システムは、１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上発電設備と、浮体式洋上発電設備により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置及び水素貯留装置を備えた浮体式洋上ステーションと、を有する水素製造施設と、水素製造施設による水素製造地を、水素需要量に基づいて選定し、水素製造施設を遠隔制御する遠隔制御装置と、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　本発明によれば、エネルギー利用者を含めた再生可能エネルギー発電システムの利用効率をあげることができる。
第１実施形態に係る浮体式洋上ウィンドファームシステムの全体構成と運用例を示す図である。 浮体式洋上風力発電設備の構成を示す図である。 浮体式洋上ステーションの構成を示す図である。 浮体式洋上ウィンドファームシステムの水素製造施設の詳細を示す図である。 浮体式洋上風力発電設備の制御ブロックを示す図である。 遠隔制御操作室の制御ブロックを示す図である。 電力需要実績の年度変化を示す図である。 第２実施形態に係る浮体式洋上メガソーラシステムの全体構成と運用例を示す図である。
　本発明を実施するため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１実施形態>>
　図１は、第１実施形態に係る浮体式洋上ウィンドファームシステム１００の全体構成と運用例を示す図である。再生可能エネルギー発電システムとしての第１実施形態の浮体式洋上ウィンドファームシステム１００は、１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上風力発電設備１０と、浮体式洋上風力発電設備１０により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置及び水素貯留装置を備えた浮体式洋上ステーション２０と、を有する水素製造施設１２０と、遠隔制御操作装置３０（遠隔制御装置）とを有する。複数の浮体式洋上風力発電設備１０により浮体式洋上ウィンドファームＷＦを形成する。
　すなわち、浮体式洋上ウィンドファームシステム１００は、水素製造施設１２０と遠隔制御操作装置３０とを含んで形成される。また、水素製造施設１２０は、浮体式洋上風力発電設備１０と浮体式洋上ステーション２０とを含んで形成される。また、浮体式洋上ウィンドファームシステムＷＦは、複数の浮体式洋上風力発電設備１０により形成される。本実施形態では、浮体式洋上ウィンドファームＷＦと浮体式洋上ステーション２０とで、水素製造施設１２０を形成していると言える。なお、１つの浮体式洋上ウィンドファームＷＦと複数の浮体式洋上ステーション２０とで水素製造施設１２０を形成していてもよい。
　遠隔制御操作装置３０は、需要地を選択し、水素運搬船５０で水素を運搬する指示を行う。また、遠隔制御操作装置３０は、水素製造施設１２０による水素製造地（水素製造施設１２０の場所）を、水素需要量に基づいて選定し、水素製造施設１２０の移動を遠隔制御する。この遠隔制御操作装置３０は、例えば陸上の施設に設置されるが、船上に設置されてもよい。
　遠隔制御操作装置３０は、以下の特徴を有する。
（１）遠隔制御操作装置３０は、水素製造地を、水素需要量に合わせて需要地近郊の港湾近くに選定することができる。季節の需要に合わせて、水素製造施設１２０に対し、移動指示を出す。詳細については、図７を参照して後記する。
（２）遠隔制御操作装置３０は、気象情報、水素需要地との輸送距離、航路、漁場を総合的に判断し、前記水素製造地を選定する。
（３）遠隔制御操作装置３０は、台風予想進路を考慮し、台風による水素製造施設１２０の損傷を回避する位置を選定する。
（４）遠隔制御操作装置３０は、水素需要量が少ない時は、水素製造施設１２０のメンテナンスを行うため、現在の水素製造地に近いメンテナンス港を選定する。
（５）遠隔制御操作装置３０は、個々の浮体式洋上風力発電設備１０の位置を、ＧＰＳにより検知し、浮体式洋上風力発電設備１０の位置制御を無線信号により行う。
（６）遠隔制御操作装置３０は、浮体式洋上風力発電設備１０の水素製造地への移動の指令の際は、浮体式洋上風力発電設備１０の各発電設備の蓄電池の蓄電残量を監視し、蓄電残量が所定値以下になった場合には移動を中断し、浮体式洋上風力発電設備１０による発電で蓄電が完了した後に移動を再開させる。
（７）遠隔制御操作装置３０は、風向の変化に伴い、風向きの後流側の風車への影響となるウェイクロスを低減するように、各発電設備の配列を最適な配置に変更するように指令する。
　図２は、浮体式洋上風力発電設備１０の構成を示す図である。個々の浮体式洋上風力発電設備１０は、浮体１４上に、発電設備１１、蓄電池１２、制御装置１５を有する。浮体１４は、蓄電池１２の電気エネルギーを使用して、浮体式洋上風力発電設備１０を駆動できる電動駆動装置１３を有する。発電設備１１からの電気エネルギーは、蓄電池１２に充電し、送電線１６を介して浮体式洋上ステーション２０に送電することができる。
　図３は、浮体式洋上ステーション２０の構成を示す図である。浮体式洋上ステーション２０は、浮体２４上に、電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水電解装置２１（水素製造装置）、後記するＭＣＨ転換装置２２、ＭＣＨ転換装置２２で生成したＭＣＨ（メチルシクロヘキサン；methylcyclohexane）を貯蔵するＭＣＨ貯蔵タンク２３（水素貯留装置）、制御装置２５、蓄電池２６を有する。浮体２４は、蓄電池２６の電気エネルギーを使用して、浮体式洋上ステーション２０を駆動できる電動駆動装置２７を有する。発電設備１１からの送電線１６を介して送電された電気エネルギーは、蓄電池２６に充電する。
　ＭＣＨ転換装置２２は、トルエンに水素を反応させてメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）に転換する装置である。前記のように、ＭＣＨは、ＭＣＨ貯蔵タンク２３に貯蔵される。本実施形態では、このＭＣＨの状態で水素を、水素運搬船５０で輸送する。トルエン、ＭＣＨともに常温・常圧で液体状態である。常温・常圧の水素ガスを１／５００の体積の常温・常圧の液体として貯蔵・輸送が可能である。輸送先の水素利用地で触媒反応によりＭＣＨから水素を分離し、供給する。同時に得られるトルエンは、再びＭＣＨ生成の原料として利用することができる。
　図４は、浮体式洋上ウィンドファームシステム１００の水素製造施設の詳細を示す図である。複数の浮体式洋上風力発電設備１０、すなわち浮体式洋上ウィンドファームＷＦから電気を収集し、浮体式洋上ステーション２０上で、水電解装置２１で水素が製造される。さらに、ＭＣＨ転換装置２２でＭＣＨに転換されＭＣＨ貯蔵タンク２３に貯蔵される。そして、ＭＣＨ貯蔵タンク２３から、水素運搬船５０へＭＣＨが受け渡される。
　浮体式洋上ウィンドファームＷＦは、互いの発電を阻害しないよう主風向に対し、ロータ径Ｄの１０倍、直角方向に３倍以上の間隔を持って配置することが有効である。風向の変化により最適配置に移動することができる。例えば、風車のロータ径Ｄは、出力５ＭＷの場合、１３０ｍ規模になる。
　特許文献１の場合、メガフロート上に、複数の風力発電機が設置できるとしているが、設置位置が固定であり、風向等により変更することができない。これに対し、本実施形態の浮体式洋上ウィンドファームＷＦは、複数の浮体式洋上風力発電設備１０で形成されている。そして、個々の浮体式洋上風力発電設備１０は電動駆動装置１３を有しているので、風向の変化により最適配置に移動することができる。具体的には、風向の変化に伴い、風向きの後流側の風車への影響となるウェイクロスを低減するように、浮体式洋上ウィンドファームＷＦにおける各浮体式洋上風力発電設備１０の配列を最適な配置に変更するように遠隔制御操作装置３０から指令される。なお、ウェイクロスは、他の風車がある風車の風上に位置する時に、風下に入った風車の出力が低下する現象である。
　図５は、浮体式洋上風力発電設備１０の制御ブロックを示す図である。遠隔制御操作装置３０は、発電設備１１から発電状況、位置情報を取得するとともに、蓄電池１２から電池残量を取得する。遠隔制御操作装置３０は、蓄電池１２の電池残量が所定値未満である場合、制御装置１５に蓄電池１２に充電する旨の操作指令をする。遠隔制御操作装置３０は、蓄電池１２の電池残量が所定値以上である場合、制御装置１５に送電線１６を介して浮体式洋上ステーション２０に送電するように指令する。
　遠隔制御操作装置３０は、図４に示した浮体式洋上風力発電設備１０の配列を最適な配置にする際には、制御装置１５に、浮体式洋上風力発電設備１０に位置情報（例えば緯度経度）を送信する。浮体式洋上風力発電設備１０の制御装置１５は、位置情報を受信すると、電動駆動装置１３を駆動して受信した位置に移動する。
　図６は、遠隔制御操作装置３０（遠隔制御装置）の制御ブロックを示す図である。遠隔制御操作装置３０は、水素製造施設１２０（浮体式洋上風力発電設備１０及び浮体式洋上ステーション２０）と通信する通信部３１、記憶部３２、発電量予測部３４、水素製造量予測部３５、水素製造地決定部３６、水素回収計画部３７、発電設備配置決定部４０、運転退避計画部４１、移動指令部４２などを有する。
　発電量予測部３４は、気象データ３２５に基づいて浮体式洋上風力発電設備１０の発電量を予測する。水素製造量予測部３５は、発電量予測部３４で算出された予測量を基に、水素の製造量を予測する。
　水素製造地決定部３６は、水素需要予測情報３２１、需要港情報３２２、航路データ３２３、漁場データ３２４、水素の製造量、及び浮体式洋上ステーション２０の水素量情報を基に、水素の製造地を決定する。水素回収計画部３７は、水素製造地決定部３６で決定された水素の製造地に基づき水素の回収計画を立て、水素運搬船５０に指令する。
　発電設備配置決定部４０は、気象データ３２５（風向、風速、日射量、気温）、各発電設備（浮体式洋上風力発電設備１０）及び浮体式洋上ステーション２０の情報の位置情報、蓄電残量を基に、個々の浮体式洋上風力発電設備１０の配置を決定する。浮体式洋上風力発電設備１０の配置を決定する際には、図４で前記したように、風向の変化に伴い、風向きの後流側の風車への影響となるウェイクロスを低減するように、各浮体式洋上風力発電設備１０の配列を最適な配置に変更するように指令する。
　移動指令部４２は、水素製造地決定部３６で決定された水素製造地（水素製造施設１２０の位置）と、発電設備配置決定部４０で決定された浮体式洋上風力発電設備１０の配置構成とに伴い、各発電設備と浮体式洋上ステーション２０に移動する旨を指令する。すなわち、遠隔制御操作装置３０は、水素製造施設１２０として、水素製造地決定部３６で決定された水素製造地に移動するとともに、水素製造地での浮体式洋上ウィンドファームＷＦとしての各発電設備（浮体式洋上風力発電設備１０）の配置構成の詳細情報を、各発電設備に指令する。
　図７は、電力需要実績の年度変化を示す図である。図７には、北日本(北海道)、関東地域(東京都)、南日本(沖縄県)、全国平均の月別（２０１９年４月から２０２０年３月）の電力需要実績比率（％）を示している。
　地域ごとに電力需要を比較すると、北日本（北海道）では冬季は夏季に比べ１．５倍程度需要が高く、逆に南日本（沖縄県）では夏季が冬季に比べ１．５倍程度需要が高い。なお、関東地域（東京都）においては、季節間の変動は比較的小さいものの、夏季および冬季の需要が高い。
　以上から、需要に合わせ、夏季は南日本において、冬季は北日本において水素を製造し供給する運用は、エネルギーの安定供給に貢献でき、さらに水素製造地点と需要地が近いことで水素の運搬距離が短くなり経済的にも有効である。
<<第２実施形態>>
　図８は、第２実施形態に係る浮体式洋上メガソーラシステム２００の全体構成と運用例を示す図である。図１と図８の差異は、再生可能エネルギー発電システム内に設置される発電装置が、浮体式洋上風力発電設備１０であるか浮体式洋上太陽光発電設備２１０であるかの違いである。
　再生可能エネルギー発電システムとしての第２実施形態の浮体式洋上メガソーラシステム２００は、１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上太陽光発電設備２１０と、浮体式洋上太陽光発電設備２１０により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置及び水素貯留装置を備えた浮体式洋上ステーション２０と、を有する水素製造施設２２０と、遠隔制御操作装置３０（遠隔制御装置）とを有する。複数の浮体式洋上太陽光発電設備２１０により浮体式洋上メガソーラＭＳを形成する。これらの対応関係は、第１実施形態と同様である。
　図８の構成及びそれらの作用効果は、第１実施形態において述べた内容と重複するため、詳細な説明は省略するが、第１実施形態において説明した浮体式洋上ウィンドファームシステム１００での作用効果は、本実施形態の浮体式洋上メガソーラシステム２００においても同様である。
　以上説明した本実施形態の再生可能エネルギー発電システム（浮体式洋上ウィンドファームシステム１００や浮体式洋上メガソーラシステム２００）は、次の特徴を有する。
　１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上発電設備（例えば、浮体式洋上風力発電設備１０）と、浮体式洋上発電設備により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置（例えば、水電解装置２１、ＭＣＨ転換装置２２）及び水素貯留装置（例えば、ＭＣＨ貯蔵タンク２３）を備えた浮体式洋上ステーション２０と、を有する水素製造施設１２０と、水素製造施設１２０による水素製造地を、水素需要量に基づいて選定し、水素製造施設を遠隔制御する遠隔制御装置（例えば、遠隔制御操作装置３０）と、を有することを特徴とする。本実施形態によれば、エネルギー利用者を含めた再生可能エネルギー発電システムの利用効率をあげることができる。
　遠隔制御装置は、水素製造地を、水素需要量に合わせて需要地近郊の港湾近くを選定するとよい。これにより、水素運搬への時間、運搬経費を削減することができる。
　遠隔制御装置は、気象情報、水素需要地との輸送距離、航路、漁場を総合的に判断し、水素製造地を選定する。これにより、再生可能エネルギー発電によるエネルギーを効率よく発生させ、水素需要地へ運搬することができる。
　遠隔制御装置は、台風予想進路（気象情報）を考慮し、台風（天候）による水素製造施設の損傷を回避する位置を選定するとよい。これにより、再生可能エネルギー発電システムの損傷を減少させることができる。
　遠隔制御装置は、水素需要量が少ない時は、水素製造施設のメンテナンスを行うため、現在の水素製造地に近いメンテナンス港を選定するとよい。これにより、再生可能エネルギー発電システムのメンテナンス費用を削減することができる。
　浮体式洋上発電設備は、発電した電気エネルギーを蓄電する蓄電池１２と、電動駆動装置１３を有し、移動が必要な場合には蓄電池１２から放電して電動駆動装置１３を運転し、自力で水素製造地へ移動することができる。これにより、水素製造地へ移動する際の燃料費、燃料運搬費等を削減することができる。
　遠隔制御装置は、浮体式洋上発電設備の位置を、ＧＰＳにより検知し、浮体式洋上発電設備の位置制御を遠隔制御装置からの無線信号により行うとよい。これにより、浮体式洋上発電設備の位置を精度よく管理することができる。
　遠隔制御装置は、浮体式洋上発電設備の水素製造地への移動の指令の際は、浮体式洋上発電設備の各発電設備の蓄電池１２の蓄電残量を監視し、蓄電残量が所定値以下になった場合には移動を中断し、浮体式洋上発電設備による発電で蓄電が完了した後に移動を再開させるとよい。これにより、水素製造地への移動する際の燃料費、燃料運搬費等を削減することができる。
　浮体式洋上発電設備は、風力発電装置又は太陽光発電装置であるとよい（図１、図８参照）。浮体式洋上発電設備は、風力発電装置である場合、遠隔制御装置は、風向の変化に伴い、風向きの後流側の風車への影響となるウェイクロスを低減するように、各発電設備の配列を最適な配置に変更するように指令するとよい。これにより、再生可能エネルギー発電システムで、効率よく発電することができる。
　なお、水素の貯蔵・運搬について、水素をＭＣＨに転換する例を示したが、水素を圧縮機で数十ＭＰ程度の高圧に圧縮して、高圧容器で貯蔵・運搬するようにしてもよい。また、水素を、水素吸蔵合金に吸蔵させて、水素吸蔵合金を内蔵した容器で貯蔵・運搬するようにしてもよい。
　また、ＭＣＨ、すなわち水素を水素運搬船５０で運搬する例を示したが、変形例として、水素運搬船を介さない輸送も採ることができる。すなわち、この変形例では、水素製造施設１２０を需要地近郊の港湾近く移動させた場合、水素製造施設１２０（ＭＣＨ貯蔵タンク２３）と港湾のＭＣＨ受け入れ施設とをパイプ等で結び、ＭＣＨをパイプで供給する。ＭＣＨから水素を分離した後のトルエンは、同様に、パイプで水素製造施設１２０に返送する。また、水素製造施設１２０を需要地近郊の港湾近く移動させた場合、水素製造施設１２０でＭＣＨから水素を分離し、水素をパイプで陸上の施設に供給する別の変形例も採り得る。この別の変形例では、液体であるＭＣＨやトルエンの輸送が不要である。
　１０　　浮体式洋上風力発電設備
　１１　　発電設備
　１２　　蓄電池
　１３　　電動駆動装置
　１４　　浮体
　１５　　制御装置
　１６　　送電線
　２０　　浮体式洋上ステーション
　２１　　水電解装置（水素製造装置）
　２２　　ＭＣＨ転換装置
　２３　　ＭＣＨ貯蔵タンク（水素貯留装置）
　２４　　浮体
　２５　　制御装置
　２６　　蓄電池
　２７　　電動駆動装置
　３０　　遠隔制御操作装置（遠隔制御装置）
　３１　　通信部
　３２　　記憶部
　３２１　　水素需要予測情報
　３２２　　需要港情報
　３２３　　航路データ
　３２４　　漁場データ
　３２５　　気象データ
　３４　　発電量予測部
　３５　　水素製造量予測部
　３６　　水素製造地決定部
　３７　　水素回収計画部
　４０　　発電設備配置決定部
　４１　　運転退避計画部
　４２　　移動指令部
　１００　　浮体式洋上ウィンドファームシステム
　１２０，２２０　　水素製造施設
　２００　　浮体式洋上メガソーラシステム
　２１０　　浮体式洋上太陽光発電設備
　Ｄ　　ロータ径
　ＭＳ　　浮体式洋上メガソーラ
　ＷＦ　　浮体式洋上ウィンドファーム

Claims (10)

  1. 　１つ以上の再生可能エネルギーを利用した浮体式洋上発電設備と、前記浮体式洋上発電設備により発電された電気エネルギーを用いて海水を電気分解して水素を製造する水素製造装置及び水素貯留装置を備えた浮体式洋上ステーションと、を有する水素製造施設と、
    　前記水素製造施設による水素製造地を、水素需要量に基づいて選定し、前記水素製造施設を遠隔制御する遠隔制御装置と、を有する
    　ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。
  2. 　前記遠隔制御装置は、前記水素製造地を、前記水素需要量に合わせて需要地近郊の港湾近くを選定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  3. 　前記遠隔制御装置は、気象情報、水素需要地との輸送距離、航路、漁場を総合的に判断し、前記水素製造地を選定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  4. 　前記遠隔制御装置は、台風予想進路を考慮し、台風による前記水素製造施設の損傷を回避する位置を選定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  5. 　前記遠隔制御装置は、前記水素需要量が少ない時は、前記水素製造施設のメンテナンスを行うため、現在の水素製造地に近いメンテナンス港を選定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  6. 　前記浮体式洋上発電設備は、
    　発電した電気エネルギーを蓄電する蓄電池と、電動駆動装置を有し、
    　移動が必要な場合には前記蓄電池から放電して電動駆動装置を運転し、自力で前記水素製造地へ移動する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  7. 　前記遠隔制御装置は、前記浮体式洋上発電設備の位置を、ＧＰＳにより検知し、前記浮体式洋上発電設備の位置制御を前記遠隔制御装置からの無線信号により行う
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  8. 　前記遠隔制御装置は、前記浮体式洋上発電設備の前記水素製造地への移動の指令の際は、前記浮体式洋上発電設備の各発電設備の前記蓄電池の蓄電残量を監視し、前記蓄電残量が所定値以下になった場合には移動を中断し、前記浮体式洋上発電設備による発電で蓄電が完了した後に移動を再開させる
    　ことを特徴とする請求項６に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  9. 　前記浮体式洋上発電設備は、風力発電装置又は太陽光発電装置である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の再生可能エネルギー発電システム。
  10. 　前記浮体式洋上発電設備は、風力発電装置であり、
    　前記遠隔制御装置は、風向の変化に伴い、風向きの後流側の風車への影響となるウェイクロスを低減するように、各発電設備の配列を最適な配置に変更するように指令する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の再生可能エネルギー発電システム。
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