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図面 (13)

課題

電力系統余剰電力を吸収することができる水素製造システムを提供する。

解決手段

電力系統に接続され、純水を電気分解して水素を製造するように構成された水素製造装置と、電力系統からの要求に応じて電力系統から水素製造装置に供給される電力の量を制御可能な出力制御部と、純水を水素製造装置に供給するための第1純水ラインと、第1純水ラインを介して水素製造装置に供給される純水の量を調節可能な第1調節装置と、電力系統から水素製造装置へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号に基づいて、第1調節装置を制御して水素製造装置に供給される純水の量を調節するように構成された第1制御部と、を備える。

概要

背景

特許文献1には、廃棄物を焼却する焼却炉排熱を利用して水素を製造する水素製造システムが開示されている。特許文献1の水素製造システムは、廃棄物を焼却する焼却炉と、原水から純水を製造する純水製造装置と、焼却炉から排出される排ガスの熱を回収し、純水製造装置が製造した純水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、蒸気を利用して発電する発電機と、発電機が発電した電力を利用して純水製造装置が製造した純水を電気分解し、水素と酸素を製造する水電気分解装置と、水素を貯蔵する水素タンクと、酸素を貯蔵する酸素タンクと、を備える。

概要

電力系統余剰電力を吸収することができる水素製造システムを提供する。電力系統に接続され、純水を電気分解して水素を製造するように構成された水素製造装置と、電力系統からの要求に応じて電力系統から水素製造装置に供給される電力の量を制御可能な出力制御部と、純水を水素製造装置に供給するための第1純水ラインと、第1純水ラインを介して水素製造装置に供給される純水の量を調節可能な第1調節装置と、電力系統から水素製造装置へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号に基づいて、第1調節装置を制御して水素製造装置に供給される純水の量を調節するように構成された第1制御部と、を備える。

目的

本発明の少なくとも一実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電力系統に接続され、純水を電気分解して水素を製造するように構成された水素製造装置と、前記電力系統からの要求に応じて前記電力系統から前記水素製造装置に供給される電力の量を制御可能な出力制御部と、純水を前記水素製造装置に供給するための第1純水ラインと、前記第1純水ラインを介して前記水素製造装置に供給される純水の量を調節可能な第1調節装置と、前記電力系統から前記水素製造装置へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号に基づいて、前記第1調節装置を制御するように構成された第1制御部と、を備える、水素製造システム

請求項2

前記電力系統から前記水素製造装置へ供給される電力の量を計測する電力計を更に備え、前記電力量信号は、前記電力計の出力信号であり、前記第1制御部は、前記電力計の出力信号に基づいて前記第1調節装置を制御するように構成された、請求項1に記載の水素製造システム。

請求項3

前記電力量信号は、前記水素製造装置に供給される電力の量を前記出力制御部が制御するための制御信号であり、前記第1制御部は、前記出力制御部の前記制御信号に基づいて前記第1調節装置を制御するように構成された、請求項1に記載の水素製造システム。

請求項4

前記第1純水ラインは、ボイラ及び前記ボイラの蒸気で駆動する蒸気タービンを含む蒸気サイクルにおける、前記蒸気タービンの下流側且つ前記ボイラの上流側の位置に純水を供給するための第2純水ラインに接続する、請求項1乃至3の何れか1項に記載の水素製造システム。

請求項5

前記水素製造装置で製造した水素を前記ボイラに供給するための水素ラインを更に備える、請求項4に記載の水素製造システム。

請求項6

前記水素製造装置で製造された水素を貯蔵するための水素貯蔵装置を更に備え、前記蒸気タービンによって駆動される発電機が、前記電力系統に接続された、請求項5に記載の水素製造システム。

請求項7

原水不純物を除去して純水を製造するよう構成され、前記第2純水ラインに純水を供給する純水製造装置を更に備え、前記第2純水ラインの前記第1純水ラインとの接続位置よりも上流側かつ前記純水製造装置の下流側に、前記純水製造装置で製造された純水を貯留する純水タンクを更に備える、請求項4乃至6の何れか1項に記載の水素製造システム。

請求項8

前記第2純水ラインを介して前記ボイラに供給される純水の量を調節可能な第2調節装置と、前記第1純水ラインから前記水素製造装置に供給される純水の量に関する情報を示す第1信号に基づいて、前記第2調節装置を制御するように構成された第2制御部と、を更に備える、請求項4乃至6の何れか1項に記載の水素製造システム。

請求項9

前記第2制御部は、前記水素製造装置への純水の供給が前記蒸気サイクルへの純水の供給よりも優先されるように、前記第2純水ラインから前記ボイラに供給される純水の量を制限する制限モードを実行可能に構成された、請求項8に記載の水素製造システム。

請求項10

前記第2制御部は、前記制限モードにおいて、前記蒸気サイクルへ純水を供給する期間を、前記水素製造装置への純水の供給を停止している期間又は前記水素製造装置への純水の供給量基準量以下である期間に制限するように構成された、請求項9に記載の水素製造システム。

請求項11

前記水素製造システムは、純水製造装置で製造された純水を貯留する純水タンクと、前記純水タンクの残量を検知するための残量検知部と、を更に備え、前記第2制御部は、前記残量検知部によって検知した前記残量が基準値を下回っている場合に、前記制限モードを実行するように構成された、請求項9又は10に記載の水素製造システム。

請求項12

前記ボイラのブロー水を排出するためのブロー水ラインと、前記ブロー水ラインから排出されるブロー水の量を調節するためのブロー水量調節装置と、前記第1純水ラインから前記水素製造装置に供給される純水の量に関する情報を示す第2信号に基づいて、前記ブロー水量調節装置を制御するように構成されたブロー水制御部と、を更に備える、請求項8乃至11の何れか1項に記載の水素製造システム。

請求項13

前記ブロー水ラインから排出される前記ブロー水の量を計測する水量計を更に備え、前記第1信号は、前記水量計の出力信号であり、前記第2制御部は、前記水量計の出力信号に基づいて前記第2調節装置を制御するように構成された、請求項12に記載の水素製造システム。

技術分野

0001

本開示は、水素製造システムに関する。

背景技術

0002

特許文献1には、廃棄物を焼却する焼却炉排熱を利用して水素を製造する水素製造システムが開示されている。特許文献1の水素製造システムは、廃棄物を焼却する焼却炉と、原水から純水を製造する純水製造装置と、焼却炉から排出される排ガスの熱を回収し、純水製造装置が製造した純水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、蒸気を利用して発電する発電機と、発電機が発電した電力を利用して純水製造装置が製造した純水を電気分解し、水素と酸素を製造する水電気分解装置と、水素を貯蔵する水素タンクと、酸素を貯蔵する酸素タンクと、を備える。

先行技術

0003

特開2017−89916号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、電力系統において再生可能エネルギーの導入や電力需要の変動等に伴って電力の需給バランス崩れると、余剰電力が発生して電力を無駄に消費することとなってしまう。

0005

この点、上記特許文献1に記載の水素製造システムでは、システム内の焼却炉の排ガスを利用して発生させた蒸気によって発電機を回し、該発電機から得られる電力を用いて水素を製造しているに過ぎず、電力系統の余剰電力を吸収するものではない。

0006

本発明の少なくとも一実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、電力系統の余剰電力を吸収することができる水素製造システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造システムは、
電力系統に接続され、純水を電気分解して水素を製造するように構成された水素製造装置と、
前記電力系統からの要求に応じて前記電力系統から前記水素製造装置に供給される電力の量を制御可能な出力制御部と、
純水を前記水素製造装置に供給するための第1純水ラインと、
前記第1純水ラインを介して前記水素製造装置に供給される純水の量を調節可能な第1調節装置と、
前記電力系統から前記水素製造装置へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号に基づいて、前記第1調節装置を制御するように構成された第1制御部と、
を備える。

0008

上記(1)の構成によれば、電力系統において再生可能エネルギーの出力変動や電力需要の変動等に伴って余剰電力が発生した場合、電力系統からの要求に基づいて、電力系統の余剰電力を水素製造装置に受け入れて、該余剰電力を利用して純水を電気分解して水素を製造することができる。

0009

ここで、電力系統の余剰電力の量は、再生可能エネルギーの出力変動や電力需要の変動等に伴って変化する。この点、上記(1)の構成では、電力系統から水素製造装置へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号に基づいて第1制御部が第1調節装置を制御することにより、水素製造装置に供給される純水の量が調節される。

0010

このため、電力系統から水素製造装置へ供給される電力の量に応じて適切な量の純水を水素製造装置へ供給することで、電力系統の余剰電力を吸収しながら水素製造装置の性能を発揮して効率的に水素を製造することができる。これにより、電力系統の安定化や再生可能エネルギー由来の電力の無駄の少ない運用に寄与することができる。また、再生可能エネルギー由来の電力で水素を製造し活用することで、CO2排出量を低減することができる。

0011

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記電力系統から前記水素製造装置へ供給される電力の量を計測する電力計を更に備え、
前記電力量信号は、前記電力計の出力信号であり、
前記第1制御部は、前記電力計の出力信号に基づいて前記第1調節装置を制御するように構成される。

0012

上記(2)の構成によれば、電力計によって計測された水素製造装置に供給される電力の量に応じて、第1純水ラインから水素製造装置に供給される純水の量を調節することができるため、電力系統から水素製造装置へ実際に供給される電力の量に応じた適切な量の純水を水素製造装置へ供給することが可能となる。これにより、水素製造装置の性能を効果的に発揮して効率的に水素を製造することができる。

0013

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記電力量信号は、前記水素製造装置に供給される電力の量を前記出力制御部が制御するための制御信号であり、
前記第1制御部は、前記出力制御部の前記制御信号に基づいて前記第1調節装置を制御するように構成される。

0014

上記(3)の構成によれば、上記電力計を用いることなく、電力系統から水素製造装置へ供給される電力の量に応じた適切な量の純水を水素製造装置へ供給することが可能となる。これにより、簡素な構成で水素製造装置の性能を発揮して効率的に水素を製造することができる。

0015

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記第1純水ラインは、ボイラ及び前記ボイラの蒸気で駆動する蒸気タービンを含む蒸気サイクルにおける、前記蒸気タービンの下流側且つ前記ボイラの上流側の位置に純水を供給するための第2純水ラインに接続する。

0016

上記(4)の構成によれば、水素製造装置に供給する純水を製造するための純水製造装置と、ボイラに供給する純水を製造するための純水製造装置とを共通化することができる。これにより、ボイラに供給する純水を製造するための純水製造装置と、水素製造装置に供給する純水を製造するための純水製造装置とを別々に設ける場合と比較して、純水製造装置の設備構成を簡素化し、設備費及び運営費を低減することができる。

0017

(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、
前記水素製造装置で製造した水素を前記ボイラに供給するための水素ラインを更に備える。

0018

上記(5)の構成によれば、ボイラにおいて燃料に水素を混ぜて燃焼させることが可能となるため、水素製造装置で製造した水素を活用してボイラで蒸気を生成し、蒸気タービンに接続された発電機で発電することができる。

0019

(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記水素製造装置で製造された水素を貯蔵するための水素貯蔵装置を更に備え、
前記蒸気タービンによって駆動される発電機が、前記電力系統に接続される。

0020

上記(6)の構成によれば、電力系統の余剰電力を活用して水素製造装置で製造した水素を水素貯蔵装置で貯蔵し、電力系統で余剰電力が発生しない時間帯に水素貯蔵装置から水素をボイラに供給して上述の方法により発電機による発電を行うことができる。これにより、電力系統の安定化に寄与するとともに再生可能エネルギーを有効活用することができ、CO2排出量を低減することができる。

0021

(7)幾つかの実施形態では、上記(4)乃至(6)の何れかの構成において、
原水の不純物を除去して純水を製造するよう構成され、前記第2純水ラインに純水を供給する純水製造装置を更に備え、
前記第2純水ラインの前記第1純水ラインとの接続位置よりも上流側かつ前記純水製造装置の下流側に、前記純水製造装置で製造された純水を貯留する純水タンクを更に備える。

0022

上記(7)の構成によれば、水素製造装置に純水を供給するための純水タンクと、ボイラに純水を供給するための純水タンクとを共通化することができる。これにより、ボイラに純水を供給するための純水タンクと、水素製造装置に純水を供給するための純水タンクとを別々に設ける場合と比較して、純水タンクの設備構成を簡素化し、設備費及び運営費を低減することができる。また、水素製造装置に供給すべき純水の量とボイラに供給すべき純水の量が変動した場合であっても、純水タンクに貯留された純水を放出することで当該変動に柔軟に対応することができ、純水製造装置の設備構成を簡素化することができる。

0023

(8)幾つかの実施形態では、上記(4)乃至(6)の何れかの構成において、
前記第2純水ラインを介して前記ボイラに供給される純水の量を調節可能な第2調節装置と、
前記第1純水ラインから前記水素製造装置に供給される純水の量に関する情報を示す第1信号に基づいて、前記第2調節装置を制御するように構成された第2制御部と、
を更に備える。

0024

上記(8)に記載の構成によれば、第1純水ラインから水素製造装置に供給される純水の量を考慮して、第2純水ラインを介してボイラに供給される純水の量を適切に調節することができる。

0025

(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、
前記第2制御部は、前記水素製造装置への純水の供給が前記蒸気サイクルへの純水の供給よりも優先されるように、前記第2純水ラインから前記ボイラに供給される純水の量を制限する制限モードを実行可能に構成される。

0026

上記(9)に記載の構成によれば、蒸気タービンを介した発電機による発電を可能な範囲で行いつつ、電力系統の余剰電力を効果的に吸収することができる。

0027

(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の構成において、
前記第2制御部は、前記制限モードにおいて、前記蒸気サイクルへ純水を供給する期間を、前記水素製造装置への純水の供給を停止している期間又は前記水素製造装置への純水の供給量基準量以下である期間に制限するように構成される。

0028

上記(10)の構成によれば、水素製造装置へ純水を供給する期間と蒸気サイクルへ純水を供給する期間との重複を避けることができるため、純水製造装置や純水タンクの設備容量の増大を抑制して水素製造システムの設備費及び運営費を低減するとともに、電力系統の余剰電力を吸収することができる。

0029

(11)幾つかの実施形態では、上記(9)又は(10)の構成において、
前記水素製造システムは、
純水製造装置で製造された純水を貯留する純水タンクと、
前記純水タンクの残量を検知するための残量検知部と、
を更に備え、
前記第2制御部は、前記残量検知部によって検知した前記残量が基準値を下回っている場合に、前記制限モードを実行するように構成される。

0030

純水タンクに十分な残量がある場合と比較して、純水タンクの残量が少ない場合には、水素製造装置とボイラに供給できる純水の量は少なくなる。このため、上記(9)又は(10)に記載のように、純水タンクの残量が基準値を上回っている場合には制限モードを実行せず、基準値を下回っている場合に制限モードを実行することにより、水素製造装置による水素の製造と発電機による発電とを効率的に行いつつ、電力系統の余剰電力を吸収することができる。

0031

(12)幾つかの実施形態では、上記(8)乃至(11)の何れかの構成において、
前記ボイラのブロー水を排出するためのブロー水ラインと、
前記ブロー水ラインから排出されるブロー水の量を調節するためのブロー水量調節装置と、
前記第1純水ラインから前記水素製造装置に供給される純水の量に関する情報を示す第2信号に基づいて、前記ブロー水量調節装置を制御するように構成されたブロー水制御部と、
を更に備える。

0032

上記(12)に記載の構成によれば、第1純水ラインから水素製造装置に供給される純水の量を考慮して、ブロー水ラインから排出されるブロー水の量を適切に調節することができる。

0033

(13)幾つかの実施形態では、上記(12)の構成において、
前記ブロー水ラインから排出される前記ブロー水の量を計測する水量計を更に備え、
前記第1信号は、前記水量計の出力信号であり、
前記第2制御部は、前記水量計の出力信号に基づいて前記第2調節装置を制御するように構成される。

0034

上記(13)に記載の構成によれば、ブロー水ラインから排出されたブロー水の量に応じて適切な量の純水をボイラに供給することが可能となり、蒸気サイクルに必要な純水の量を適切に維持することができる。

発明の効果

0035

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、電力系統の余剰電力を吸収することができる水素製造システムが提供される。

図面の簡単な説明

0036

一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。
一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。
一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。
一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。
一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。
図1及び図3図5に示した幾つかの実施形態における発電機20,60の発電量発電装置62の発電量、及び電力需要について、一日の推移の一例を示す図である。
図1図5に示した幾つかの実施形態における水素製造装置6への電力供給量について、一日の推移の一例を示す図である。
図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、水素製造装置6への純水供給量の一日の推移の一例を示す図である。
図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、ボイラ22のブロー水量の一日の推移の一例を示す図である。
図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、蒸気サイクル92への純水供給量の一日の推移の一例を示す図である。
上述した出力制御部82、第1制御部12、第2制御部36及びブロー水制御部42の各々のハードウェア構成を示す図である。
一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。

実施例

0037

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

0038

図1は、一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。図2は、一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。図3は、一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。図4は、一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。図5は、一実施形態に係る水素製造システム2の概略構成を示す図である。

0039

幾つかの実施形態では、水素製造システム2が接続される電力系統5は、火力発電原子力発電等、枯渇性エネルギーを利用した発電を行う発電機60と、太陽光発電風力発電等、外部環境要因によって発電量が変動する再生可能エネルギーを利用した発電を行う発電装置62とを含む。発電機60は変圧器64を介して電力系統5の送電網66に接続されており、発電装置62はパワーコンディショナーPCS: Power Conditioning system)68及び変圧器70を介して送電網66に接続されている。電力の需要体72は、変圧器74を介して送電網66に接続されている。

0040

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、純水製造装置4と、水素製造装置6と、第1純水ライン8と、第1調節装置10と、第1制御部12とを備える。

0041

純水製造装置4は、原水の不純物を除去して純水を製造するように構成される。水素製造装置6は、受変電設備80を介して電力系統5に接続され、電力系統5から受けた電力を用いて純水を電気分解して水素を製造するように構成される。受変電設備80は、交直変換器76及び変圧器78を含み、電力系統5から供給される交流電力電圧を変圧器78で調整するとともに、交直変換器76で交流電力を直流電力に変換してから水素製造装置6に供給する。図示する形態では、水素製造システム2は、電力系統5からの要求に応じて水素製造装置6の出力を制御可能な出力制御部82を備えている。出力制御部82は、電力系統5からの要求に応じて電力系統5から受変電設備80を介して水素製造装置6に供給される電力の量を制御する。

0042

第1純水ライン8は、純水製造装置4で製造された純水を水素製造装置6に供給するように構成される。第1調節装置10は、第1純水ライン8を介して水素製造装置6に供給される純水の量を調節可能に構成される。第1制御部12は、電力系統5から水素製造装置6へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号V0に基づいて、第1調節装置10を制御するように構成される。図示する形態では、第1調節装置10は、第1純水ライン8に設けられたバルブ14であり、第1制御部12は、電力量信号V0に基づいて第1バルブ14の開度を制御することにより、水素製造装置6に供給される純水の量を調節するように構成される。

0043

かかる構成によれば、電力系統5において再生可能エネルギーの出力変動や電力需要の変動等に伴って余剰電力が発生した場合、電力系統5からの要求に基づいて、電力系統5の余剰電力を水素製造装置6に受け入れて、該余剰電力を利用して純水を電気分解して水素を製造することができる。

0044

ここで、電力系統5の余剰電力の量は、再生可能エネルギーの出力変動や電力需要の変動等に伴って変化する。この点、水素製造システム2では、電力系統5から水素製造装置6へ供給される電力の量に関する情報を示す電力量信号V0に基づいて、第1制御部12が第1調節装置10を制御する。

0045

このため、電力系統5から水素製造装置6へ供給される電力の量に応じて適切な量の純水を水素製造装置6へ供給することで、電力系統5の余剰電力を吸収しながら水素製造装置6の性能を発揮して効率的に水素を製造することができる。これにより、電力系統5の安定化や再生可能エネルギー由来の電力の無駄の少ない運用に寄与することができる。また、再生可能エネルギー由来の電力で水素を製造し活用することで、CO2排出量を低減することができる。

0046

幾つかの実施形態では、例えば図1図3及び図5に示すように、水素製造システム2は、電力系統5から水素製造装置6に供給される電力の量を計測する電力計84を備える。この場合、上述の電力量信号V0は、電力計84の出力信号である。すなわち、第1制御部12は、電力計84の出力信号に基づいて第1調節装置10を制御する。

0047

かかる構成によれば、電力計84によって計測された水素製造装置6に供給される電力の量に応じて、第1純水ライン8から水素製造装置6に供給される純水の量を調節することができるため、電力系統5から水素製造装置6へ実際に供給される電力の量に応じた適切な量の純水を水素製造装置6へ供給することが可能となる。これにより、水素製造装置6の性能を効果的に発揮して効率的に水素を製造することができる。

0048

幾つかの実施形態では、例えば図4に示すように、上述の電力量信号V0は、出力制御部82によって水素製造装置6の出力を制御するための制御信号である。すなわち、第1制御部12は、水素製造装置6の出力を制御するために出力制御部82が送信する制御信号に基づいて、第1調節装置10を制御して水素製造装置6に供給される純水の量を調節する。

0049

かかる構成によれば、上記電力計84を用いることなく、電力系統5から水素製造装置6へ供給される電力の量に応じた適切な量の純水を水素製造装置6へ供給することが可能となる。これにより、簡素な構成で水素製造装置6の性能を発揮して効率的に水素を製造することができる。

0050

幾つかの実施形態では、例えば図1図2図4及び図5に示すように、水素製造装置6は、受変電設備80を介して送電網66に接続されており、再生可能エネルギーを利用する発電装置62に対して送電網66を介して接続されている。この場合、再生可能エネルギーを利用する発電装置62から得られる電力は、パワーコンディショナー68及び変圧器70を介して高圧の交流電力に変換されて送電網66で送電され、受変電設備80を介して低圧の直流電力に変換されて水素製造装置6に供給される。これにより、電力系統5の余剰電力を送電網66を介して少ない送電損失で水素製造装置6に供給することができる。

0051

幾つかの実施形態では、例えば図3に示すように、水素製造装置6は、再生可能エネルギーを利用する発電装置62に対して電力系統5の送電網66を介さずに直接的に接続される。この場合、再生可能エネルギーを利用する発電装置62から得られる電力は、パワーコンディショナー68を介して交流電圧に変換されて送電線67で送電され、受変電設備80を介して直流電力に変換されて水素製造装置6に供給される。これにより、電力系統5の余剰電力を高圧の送電網66を介さずに少ない送電損失で直接的に水素製造装置6に供給することができる。

0052

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、ボイラ22及びボイラ22の蒸気で駆動する蒸気タービン18を含む蒸気サイクル92と、蒸気タービン18によって駆動されるように構成された発電機20と、純水製造装置4で製造された純水を蒸気サイクル92における蒸気タービン18の下流側且つボイラ22の上流側の位置に供給するための第2純水ライン28と、を備える。そして、第1純水ライン8は第2純水ラインに接続している。

0053

かかる構成によれば、水素を製造する水素製造装置6と、発電機20に接続された蒸気タービン18を駆動するためのボイラ22とを備える場合において、水素製造装置6に供給する純水を製造するための純水製造装置4と、ボイラ22に供給する純水を製造するための純水製造装置4とを共通化することができる。これにより、ボイラ22に供給する純水を製造するための純水製造装置と、水素製造装置6に供給する純水を製造するための純水製造装置とを別々に設ける場合と比較して、純水製造装置の設備構成を簡素化し、設備費及び運営費を低減することができる。

0054

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、第2純水ライン28の第1純水ライン8との接続位置P1よりも上流側且つ純水製造装置4の下流側に、純水製造装置4で製造された純水を貯留する純水タンク30を備える。

0055

かかる構成によれば、水素製造装置6に純水を供給するための純水タンク30と、ボイラ22に純水を供給するための純水タンク30とを共通化することができる。これにより、ボイラ22に純水を供給するための純水タンクと、水素製造装置6に純水を供給するための純水タンクとを別々に設ける場合と比較して、純水タンクの設備構成を簡素化し、設備費及び運営費を低減することができる。また、水素製造装置6に供給すべき純水の量とボイラ22に供給すべき純水の量が変動した場合であっても、純水タンク30に貯留された純水を放出することで当該変動に柔軟に対応することができ、純水製造装置4の設備構成を簡素化することができる。

0056

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、ボイラ22は、燃料を燃焼させる火炉44と、火炉44から排出された排ガスを利用して蒸気を発生させる熱交換器46を含む。図示する例示的形態では、ボイラ22は循環流動層ボイラである、火炉44は燃料として石炭を燃焼するように構成され、ボイラ22は、火炉44内での燃焼により発生した排ガスが導かれて該排ガス中に含まれる粒子捕集するサイクロン48と、サイクロン48で捕集された排ガス中の粒子の熱エネルギーを回収する外部熱交換器50とを含む。火炉44の底部からは、空気が火炉44の内部に供給されるとともに灰が火炉44の外部に排出される。

0057

熱交換器46で発生した蒸気は、蒸気ライン26を介して蒸気タービン18に供給され、蒸気タービン18で仕事をした後、復水ライン51を通って復水器52で凝縮され、凝縮水となる。凝縮水は、水処理装置54を通過した後、給水ライン45に設けられた給水ポンプ90で昇圧されて熱交換器46に再び供給される。このように、図示する形態では、熱交換器46、蒸気ライン26、蒸気タービン18、復水ライン51、復水器52、水処理装置54、給水ライン45及び給水ポンプ90が蒸気サイクル92を構成する。なお、熱交換器46で熱交換を行った排ガスは、浄化処理された後に煙突56から排出される。

0058

水処理装置54は、例えば給水に対して複合水処理(CWT:Combined Water Treatment)を行ってもよい。複合水処理は、給水に対して酸素を注入することにより鉄の不働体化を図り、系統材料の母材表面ヘマタイト保護被膜を形成して防食を行う処理である。この場合、図5に示すように、水素製造装置6で水の電気分解により製造された酸素を水処理装置54による複合水処理に使用してもよい。これにより、水素製造装置6の副産物である酸素を水処理に活用することで、酸素の調達費用を削減できる。

0059

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、水素製造装置6で製造した水素を火炉44に供給するための水素ライン86を備える。これにより、火炉44において燃料(図示する例示的形態では石炭)に水素を混ぜて燃焼させることが可能となるため、水素製造装置6で製造した水素を活用してボイラ22で蒸気を生成し、蒸気タービン18に接続された発電機20で発電することができる。なお、他の実施形態では、火炉44において、石炭を燃料として使用せずに水素製造装置6で製造された水素のみを燃料として燃焼させてもよい。

0060

幾つかの実施形態では、例えば図1及び図3図5に示すように、水素製造システム2は、水素製造装置6で製造された水素を貯蔵するように水素ライン86に設けられた水素貯蔵装置58を備える。この場合、発電機20は、電力系統5の送電網66に変圧器88を介して接続される。

0061

かかる構成によれば、電力系統5の余剰電力を活用して水素製造装置6で製造した水素を水素貯蔵装置58で貯蔵し、電力需要に対して電力系統5における発電量が不足する時間帯に、水素貯蔵装置58から水素を火炉44に供給して上述の方法により発電機20による発電を行うことができる。これにより、電力系統の安定化に寄与するとともに再生可能エネルギーを有効活用することができ、CO2排出量を低減することができる。なお、電力系統で余剰電力が発生する時間帯であっても、例えば、化石燃料による発電コストが水素製造装置6で製造した水素を利用した発電機20による発電コストよりも高い場合等には、化石燃料よりも水素を優先的に利用して発電を行ってもよい。

0062

図6は、図1及び図3図5に示した幾つかの実施形態における発電機20,60の発電量、発電装置62の発電量、及び電力需要について、一日の推移の一例を示す図である。
図6に示すように、昼間には、太陽光発電を含む再生可能エネルギーを用いた発電装置62の発電量が増加することにより、発電量の総量が増加して電力需要を上回り、余剰電力が発生しやすい。このため、余剰電力が発生する昼間には、出力制御部82は、電力系統5側からの要求に基づき、受変電設備80を介して余剰電力を水素製造装置6に供給して水素を製造し、水素貯蔵装置58に水素を貯蔵するように制御を行う。

0063

太陽光発電等の出力が無くなる夜間には、主として火力発電等の枯渇性エネルギーを用いて発電機60による発電が行われる。出力制御部82は、昼間に製造して水素貯蔵装置58に貯蔵した水素を、夜間に水素貯蔵装置58から放出させて石炭とともに火炉44に供給するよう制御を行う。これにより、昼間に再生可能エネルギーを利用して製造し貯蔵した水素のエネルギーを夜間に活用して、夜間に発電機20による発電を行うことができる。したがって、電力系統の安定化に寄与するとともに再生可能エネルギーを有効活用するとともにことができ、CO2排出量を低減することができる。なお、他の実施形態では、火炉44において、夜間に石炭を燃料として使用せずに水素貯蔵装置58から放出した水素のみを燃料として燃焼させてもよい。

0064

幾つかの実施形態では、例えば図2に示すように、水素製造システム2は、上述した水素貯蔵装置58を備えておらず、水素製造装置6で製造した水素を貯蔵することなく水素ライン86を介して火炉44に供給する。この場合、発電機20は、電力系統5の送電網66に接続されておらず、自家発電機として機能する。

0065

かかる構成によれば、発電機20が電力系統5側の需要の影響を受けない自家発電機として機能することにより、水素製造装置6で製造した水素を貯蔵することなくリアルタイムで活用することができる。

0066

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、第2純水ライン28を介してボイラ22に供給される純水の量を調節可能な第2調節装置32と、第1純水ライン8から水素製造装置6に供給される純水の量に関する情報を示す第1信号V1に基づいて、第2調節装置32を制御するように構成された第2制御部36と、を備える。図示する形態では、第2調節装置32は、第2純水ライン28に設けられたバルブ38であり、第2制御部36は、第1信号V1に基づいてバルブ38の開度を制御することにより、ボイラ22に供給される純水の量を調節するように構成される。

0067

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、ボイラ22のブロー水を排出するためのブロー水ライン34と、ブロー水ライン34から排出されるブロー水の量を調節するためのブロー水量調節装置40と、第1純水ライン8から水素製造装置6に供給される純水の量に関する情報を示す第2信号V2に基づいて、ブロー水量調節装置40を制御するように構成されたブロー水制御部42と、を備える。

0068

図示する形態では、ブロー水量調節装置40は、ブロー水ライン34に設けられたバルブ96であり、ブロー水制御部42は、第2信号V2に基づいてバルブ96の開度を制御することにより、ブロー水ライン34から排出されるブロー水の量を調節するように構成される。第2信号V2は、例えば上述した電力量信号V0であってもよいし、第1純水ライン8から水素製造装置6に供給される純水の量の計測値を示す信号であってもよい。

0069

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、ブロー水ライン34から排出されるブロー水の量を計測する水量計25を備える。上述した第1信号V1は、水量計25の出力信号であってもよいし、電力量信号V0であってもよいし、第1純水ライン8から水素製造装置6に供給される純水の量の計測値を示す信号であってもよい。

0070

図1図5に示した幾つかの実施形態では、例えば図7図10に示すような制御を実行することができる。図7は、図1図5に示した幾つかの実施形態における水素製造装置6への電力供給量について、一日の推移の一例を示す図である。図8は、図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、水素製造装置6への純水供給量の一日の推移の一例を示す図である。図9は、図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、ボイラ22のブロー水量の一日の推移の一例を示す図である。図10は、図7に示した電力供給量の一日の推移に対応する、蒸気サイクル92への純水供給量の一日の推移の一例を示す図である。なお、図7図10に示した各量の一日の推移は、図6に示した発電量等の一日の推移に対応している。

0071

図7及び図8に示すように、電力系統5の余剰電力が多くなりやすい昼間には、余剰電力を吸収するように水素製造装置6へ電力及び純水が供給され、電力系統5の余剰電力が少なくなりやすい夜間には、水素製造装置6への電力及び純水の供給が停止される。

0072

一方、図9及び図10に示すように、水素製造装置6へ電力及び純水が供給されている昼間には、水素製造装置6への純水の供給を蒸気サイクル92への純水の供給よりも優先し、蒸気サイクル92への純水の供給は行われない。そして、水素製造装置6への電力及び純水の供給が停止している夜間には、ブロー水の排出及び蒸気サイクル92への純水の供給を行う。

0073

このように、第2制御部36(図1図5参照)は、水素製造装置6への純水の供給が蒸気サイクル92への純水の供給よりも優先されるように、第2純水ライン28からボイラ22に供給される純水の量を制限する制限モードを実行可能に構成される。これにより、蒸気タービン18を介した発電機20による発電を可能な範囲で行いつつ、電力系統5の余剰電力を効果的に吸収することができる。

0074

また、第2制御部36は、上記制限モードにおいて、蒸気サイクル92へ純水を供給する期間を、水素製造装置6への純水の供給を停止している期間又は水素製造装置6への純水の供給量が基準量以下である期間に制限するように構成される。これにより、水素製造装置6へ純水を供給する期間と蒸気サイクル92へ純水を供給する期間との重複を避けることができるため、純水製造装置4や純水タンク30の設備容量の増大を抑制して水素製造システム2の設備費及び運営費を低減するとともに、電力系統5の余剰電力を吸収することができる。また、典型的なボイラ22では、ボイラ22のブロー水の排出は例えば一日に一回程度の頻度で足りるため、水素製造装置6への純水の供給をボイラ22のブロー水の排出及び蒸気サイクル92への純水の供給より優先しても、蒸気サイクル92の運転を良好に行うことができる。

0075

幾つかの実施形態では、例えば図1図5に示すように、水素製造システム2は、純水タンク30の残量を検知するための残量検知部94を備え、第2制御部36は、残量検知部94によって検知された純水タンク30の残量が基準値を上回っている場合には、上記制限モードを実行せず、残量検知部94によって検知された純水タンク30の残量が該基準値を下回っている場合には、上記制限モードを実行するように構成される。残量検知部94は、例えば水位計であってもよい。

0076

純水タンク30に純水の十分な残量がある場合と比較して、純水タンク30の残量が少ない場合には、水素製造装置6とボイラ22に供給できる純水の量は少なくなる。このため、上記のように、純水タンク30の残量が基準値を上回っている場合には制限モードを実行せず、基準値を下回っている場合に制限モードを実行することにより、水素製造装置による水素の製造と発電機による発電とを効率的に行いつつ、電力系統の余剰電力を吸収することができる。

0077

なお、図11は上述した出力制御部82、第1制御部12、第2制御部36及びブロー水制御部42の各々のハードウェア構成を示す図である。各制御部におけるハードウェア構成の概要は同様であるため、図11では便宜的に同一の符号を用いている。各制御部は、CPU(Central Processing Unit)98、RAM(Random Access Memory)100、ROM(Read Only Memory)102、HDD(Hard Disk Drive)104、入力I/F106、及び出力I/F108を含み、これらがバス110を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。なお、各制御部のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路記憶装置との組み合わせにより構成されてもよい。また各制御部は、各制御部の機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。上述した各制御部の機能は、例えばROM102に保持されるプログラムをRAM100にロードしてCPU98で実行するとともに、RAM100やROM102におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

0078

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した形態では、蒸気を生成する手段として、火炉44及び熱交換器46を含む循環流動層ボイラを例示した。しかしながら、蒸気を生成する手段は、上述した形態に限定されず、例えば微粉炭焚ボイラ天然ガス焚ボイラ又は重原油焚ボイラであってもよいし、図12に示すように、ガスタービンコンバインドサイクルGTCC:Gas Turbine Combined Cycle)におけるガスタービン112と排熱回収ボイラ114(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)の組み合わせ等であってもよい。
図12に示す形態では、水素製造装置6で製造された水素は、水素貯蔵装置58を介してガスタービン112に供給され、ガスタービン112の燃焼器113において天然ガスと混焼される。また、給水ライン45を介して排熱回収ボイラ114に供給された給水は、排熱回収ボイラ114にてガスタービン112の排熱によって蒸発して蒸気となり、蒸気タービン18に供給される。この場合、第2純水ライン28は、排熱回収ボイラ114及び排熱回収ボイラ114の蒸気で駆動する蒸気タービン18を含む蒸気サイクル116における、蒸気タービン18の下流側且つ排熱回収ボイラ114の上流側の位置に純水を供給するように構成される。なお、他の実施形態では、ガスタービン112の燃焼器113では、天然ガスを燃料として使用せずに水素製造装置6で製造された水素のみを燃料として燃焼させてもよい。

0079

2水素製造システム
4純水製造装置
5電力系統
6水素製造装置
8 第1純水ライン
10 第1調節装置
12 第1制御部
14 第1バルブ
18蒸気タービン
20発電機
22ボイラ
25水量計
26蒸気ライン
28 第2純水ライン
30純水タンク
32 第2調節装置
34ブロー水ライン
36 第2制御部
38 第2バルブ
40ブロー水量調節装置
42 ブロー水制御部
44火炉
45給水ライン
46熱交換器
48サイクロン
50外部熱交換器
51復水ライン
52復水器
54水処理装置
56煙突
58水素貯蔵装置
60 発電機
62発電装置
64,70,74,78,88変圧器
66送電網
68パワーコンディショナー
72需要体
76交直変換器
80受変電設備
82出力制御部
84電力計
86水素ライン
90給水ポンプ
92蒸気サイクル
94残量検知部
96 バルブ
98 CPU
100 RAM
102 ROM
104 HDD
106 入力I/F
108 出力I/F
110バス
112ガスタービン
113燃焼器
114排熱回収ボイラ
116 蒸気サイクル

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