CN113512444A - 燃料制造*** - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料制造***，即使在氢罐内的氢剩余量变少的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。所述燃料制造***1具备：气化装置3；电解装置60，其与再生发电设备5和商业电网8连接，并利用电力由水生成氢，所述商业电网8供给比再生发电设备5更大的二氧化碳排放强度的电力；氢罐62；氢供给泵64；及，控制装置7，其获取根据由商业电网8供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标。在氢剩余量少于下限阈值时，控制装置7从再生发电设备5和商业电网8向电解装置60供给电力来生成氢，并且基于电力指标来控制氢供给泵64的氢供给量及从商业电网8向电解装置60的商用电力供给量。

Description

燃料制造***
技术领域
本发明涉及一种燃料制造***。更详细来说，涉及一种燃料制造***，其基于生物质原料与可再生能源来制造液体燃料。
背景技术
近年来，作为化石燃料的代替物，合成燃料备受关注，所述合成燃料以使用可再生能源所产生的电力而生成的氢和从生物质或工厂中排出的二氧化碳等碳源作为原材料。
以生物质作为原料来制造甲醇或汽油等液体燃料的一般流程，如下所述。即，经过如下步骤由生物质原料来制造液体燃料：气化步骤，将经过特定的预处理的生物质原料，在气化炉内与水和氧气一起气化，生成包含氢气和一氧化碳的合成气体；清洗步骤，清洗所生成的合成气体以去除焦油；H2/CO比调整步骤，将经过清洗步骤的合成气体的H2/CO比调整为与要制造的液体燃料对应的目标比；脱硫步骤，从经过H2/CO比调整步骤的合成气体中去除硫成分；及，燃料制造步骤，由经过脱硫步骤的合成气体来制造液体燃料。
此处，在大部分情况下，经过气化步骤所生成的合成气体的H2/CO比，达不到目标比且处于氢气不足的状态。因此，在H2/CO比调整步骤中，使一氧化碳与水反应而产生氢气，从而使H2/CO比上升至目标比。
在专利文献1中，公开一种发明，是在由如上所述的生物质原料来制造合成燃料的燃料制造***中，使用由可再生能源所产生的电力来生成氢，并将所生成的氢与使用气化炉所生成的合成气体混合，由此，将H2/CO比调整为目标比。
[先行技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2002-193858号
发明内容
[发明所要解决的问题]
在专利文献1所示的燃料制造***中，使用由可再生能源所产生的电力并利用电解装置生成氢气，并将所生成的氢储存在氢罐中。此处，在专利文献1中，由于被假定为可再生能源的风能和太阳光并非总是以恒定的量产生，因此氢罐内的氢剩余量会根据环境条件而大幅波动。因此，如果氢剩余量接近氢罐的下限，可能无法向气化炉等供给充分的量的氢，进一步可能在上述气化步骤和H2/CO比调整步骤等的时候二氧化碳排放量增加。因此，其结果，由燃料制造***制造的液体燃料的二氧化碳排放强度(是为了制造单位量的液体燃料而排放的二氧化碳的量，也被称作“Carbon Intensity”)有时会恶化。
本发明的目的在于提供一种燃料制造***，即使在氢罐内的氢剩余量变少的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
[解决问题的技术手段]
(1)、本发明的燃料制造***(例如，后述的燃料制造***1)是一种燃料制造***，由生物质原料来制造液体燃料，其特征在于具备：气化装置(例如，后述的气化装置3)，其具备气化炉(例如，后述的气化炉30)，所述气化炉将生物质原料气化，并生成包含氢气和一氧化碳的合成气体；液体燃料制造装置(例如，后述的液体燃料制造装置4)，其由利用前述气化装置所生成的合成气体来制造液体燃料；电解装置(例如，后述的电解装置60)，其与第1电力供给源(例如，后述的再生发电设备5)和第2电力供给源(例如，后述的商业电网8)连接，并利用电力由水生成氢，所述第1电力供给源供给使用可再生能源所产生的电力，所述第2电力供给源供给比所述第1电力供给源更大的二氧化碳排放强度的电力；氢罐(例如，后述的氢罐62)，其储存由前述电解装置所生成的氢；氢剩余量获取手段(例如，后述的压力传感器63和控制装置7)，其获取前述氢罐内的氢剩余量；氢供给装置(例如，后述的氢供给泵64)，其将储存在前述氢罐内的氢供给至前述气化装置；电力指标获取手段(例如，后述的控制装置7)，其获取根据由第2电力供给源供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标；及，控制装置(例如，后述的控制装置7)，其在前述氢剩余量少于特定量时，从前述第1电力供给源和前述第2电力供给源向前述电解装置供给电力来生成氢，并且基于前述电力指标来控制前述氢供给装置的氢供给量及从前述第2电力供给源向前述电解装置的第2电力供给量。
(2)、此时优选的是，前述控制装置，随着前述电力指标变越大而越减少前述氢供给量和前述第2电力供给量，并随着前述电力指标变越小而越增多前述氢供给量和前述第2电力供给量。
(3)、此时优选的是，前述控制装置控制前述氢供给量和前述第2电力供给量，以使得前述液体燃料制造装置中制造的液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。。
(4)、此时优选的是，当将在由前述第2电力供给源供给的电力下于前述电解装置中生成的氢供给至前述气化装置，并利用前述液体燃料制造装置来制造单位量的液体燃料时，前述控制装置控制前述氢供给量和前述第2电力供给量，以使得合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的总和成为最小值，所述合成时CO2排放量相当于由前述气化装置排出的二氧化碳的量，所述氢生成时CO2排放量相当于由向前述第2电力供给源供给电力的发电设备(例如，后述的商用发电设备8a)排出的二氧化碳的量。
(5)、此时优选的是，前述电力指标获取手段，获取前述发电设备的电源构成信息，并基于所述电源构成信息来算出前述电力指标。
(发明的效果)
(1)、本发明的燃料制造***具备：气化装置，其将生物质原料气化来生成合成气体；液体燃料制造装置，其由合成气体来制造液体燃料；电解装置，其利用电力来生成氢；氢罐，其储存由电解装置所生成的氢；氢剩余量获取手段，其获取氢罐内的氢剩余量；及，氢供给装置，其将储存在氢罐内的氢供给至气化装置。在本发明中，将第1电力供给源和第2电力供给源的2个电力供给源与电解装置连接，并利用电力由水生成氢，所述第1电力供给源供给使用可再生能源所产生的电力，所述第2电力供给源供给比此第1电力供给源更大的二氧化碳排放强度的电力。另外，在氢罐的氢剩余量少于特定量时，控制装置是从使用可再生能源的前述第1电力供给源以及前述第2电力供给源向电解装置供给电力。由此，能够以电解装置生成气化装置中所需的量的氢。另外，电力指标获取手段获取根据由第2电力供给源供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标，在氢罐的氢剩余量少于特定量时，控制装置基于此电力指标来控制氢供给装置的氢供给量及从第2电力供给源向电解装置的第2电力供给量。由此，即使在氢罐内的氢剩余量变少于特定量的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(2)、当在由第2电力供给源供给的电力下于电解装置中生成单位量的氢时，电力指标变越大，由向第2电力供给源供给电力的发电设备排出的二氧化碳的量变越多。因此，在本发明中，控制装置，随着电力指标变越大而越减少氢供给量和第2电力供给量，并随着电力指标变越小而越增多氢供给量和前述第2电力供给量。由此，能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(3)、在将以由第2电力供给源供给的电力所生成的氢供给至气化装置并且利用此气化装置和液体燃料制造装置来制造液体燃料的过程中，主要的二氧化碳的发生源分成气化装置和向第2电力供给源供给电力的发电装置。另外，气化装置中的二氧化碳的排放量与向气化装置的氢供给量相关。因此，液体燃料的二氧化碳排放强度与氢供给量和第2电力供给量相关。利用此情形，控制装置控制氢供给量和第2电力供给量，以使得液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。由此，即使在氢剩余量变少于特定量的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(4)、在本发明中，当将在由第2电力供给源供给的电力下于电解装置中生成的氢供给至气化装置，并利用液体燃料制造装置来制造单位量的液体燃料时，控制装置控制氢供给量和第2电力供给量，以使得合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的总和成为最小值，所述合成时CO2排放量相当于由气化装置排出的二氧化碳的量，所述氢生成时CO2排放量相当于由向第2电力供给源供给电力的发电设备排出的二氧化碳的量。由此，即使在氢剩余量变少于特定量的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(5)、在本发明中，电力指标获取手段，获取向第2电力供给源供给电力的发电设备的电源构成信息，并基于此电源构成信息来算出电力指标。由此，能够基于根据时间而改变的发电设备的电源构成来高精度地算出电力指标。
附图说明
图1是绘示本发明的一实施方式的燃料制造***的结构的图。
图2是绘示气化炉内的合成气体的各成分的浓度与向气化炉内的氢供给量的关系的图。
图3是在以往的燃料制造***与本实施方式的燃料制造***中，将在生成特定量的特定的目标比的合成气体时，整个***中所产生的二氧化碳的量及其详细内容进行比较的图。
图4是合成气体生成处理的主要流程图。
图5是绘示对氢罐的氢剩余量设定的各种阈值的图。
图6是绘示常规控制处理的具体顺序的流程图。
图7是绘示剩余量减少处理的具体顺序的流程图。
图8是绘示在将气化炉的来自外部的氢供给量设为0时，在气化炉内所生成的合成气体的各成分的浓度与气化炉的温度的关系的图。
图9是绘示剩余量增加处理的具体顺序的流程图。
图10是绘示氢罐内的氢剩余量、商用发电设备中的发电量、及商业电网的电力的电力指数的1天的变动的一个例子的图。
图11是绘示在改变氢供给量和商用电力供给量时的合成时CO2排放量和氢生成时CO2排放量的变化的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的一实施方式的燃料制造***1，参考图式加以说明。
图1是绘示本实施方式的燃料制造***1的结构的图。燃料制造***1具备：生物质原料供给装置2，其供给生物质原料；气化装置3，其将从生物质原料供给装置2供给的生物质原料气化，并生成包含氢气和一氧化碳的合成气体；液体燃料制造装置4，其由气化装置3供给的合成气体来制造液体燃料；再生发电设备5，其使用可再生能源进行发电；氢气生成供给装置6，其利用由再生发电设备5或商业电网8供给的电力由水生成氢，并将生成的氢供给至气化装置3；及，控制装置7，其控制气化装置3、再生发电设备5、及氢气生成供给装置6，由此，由生物质原料来制造液体燃料。
生物质原料供给装置2对稻壳、甘蔗渣、及木材等生物质原料实施特定的预处理，并将经过该预处理的生物质原料经由原料供给路径20供给至气化装置3的气化炉30。此处，对生物质原料的预处理包括例如对原料进行干燥的干燥步骤、及将原料粉碎的粉碎步骤等。
气化装置3具备：气化炉30，其将经由原料供给路径20供给的生物质原料气化；气化炉传感器组31，由检测气化炉30的内部状态的多个传感器构成；水供给装置32，其向气化炉30内供给水；氧供给装置33，其向气化炉30内供给氧气；加热装置34，其对气化炉30进行加热；洗涤器35，其对从气化炉30中排出的合成气体进行清洗；及，脱硫装置36，其从被洗涤器35清洗的合成气体中去除硫成分，并将其供给至液体燃料制造装置4。
水供给装置32将储存在未图示的水箱中的水供给至气化炉30中。氧供给装置33将储存在未图示的氧气箱中的氧供给至气化炉30中。加热装置34藉由消耗从未图示的燃料箱供给的燃料或从未图示的电源供给的电力，对气化炉30进行加热。由控制装置7控制从水供给装置32向气化炉30内供给的水量、从氧供给装置33向气化炉30内供给的氧气量、及从加热装置34向气化炉30输入的热量。此外，在本实施方式的燃料制造***1中，藉由从后述的氢气生成供给装置6向气化炉30内或原料供给路径20内供给应氢气，有时无需积极地从水供给装置32向气化炉30内供给水。此时，也可以从燃料制造***1中移除水供给装置32。
如果向输入有生物质原料的气化炉30内使用如上所述的水供给装置32、氧供给装置33、及加热装置34输入水、氧气、热量等，则在气化炉30内，则进行例如由下式(1-1)～(1-5)表示的共10种气化反应及其逆反应，并生成包括氢气和一氧化碳的合成气体。
Figure BDA0002984259130000061
Figure BDA0002984259130000062
Figure BDA0002984259130000063
Figure BDA0002984259130000064
Figure BDA0002984259130000065
气化炉传感器组31例如由检测气化炉30内的压力的压力传感器、检测气化炉30内的温度的温度传感器、检测气化炉30内的合成气体的氢气与一氧化碳的比即H2/CO比的H2/CO传感器、及检测气化炉30内的二氧化碳的CO2传感器等构成。将构成气化炉传感器组31的这些传感器的检测信号发送给控制装置7。
气化装置3藉由在由如上述式(1-1)～(1-5)所示的气化反应及其逆反应所生成的合成气体中混合从后述的氢气生成供给装置6供给的氢气，来将合成气体的H2/CO比调整为与要制造的液体燃料相应的特定的目标比(例如，在制造甲醇时，H2/CO比的目标比为2)之后，将该合成气体供给至液体燃料制造装置4。
液体燃料制造装置4具备甲醇合成装置、MTG(甲醇转化制汽油，MethanolToGasoline)合成装置、FT(Fischer Tropsch)合成装置、及升级装置等，藉由使用这些装置，从在气化装置3中调整为特定的H2/CO比的合成气体中制造甲醇或汽油等液体燃料。
再生发电设备5由使用作为可再生能源的风力进行发电的风力发电设备和使用作为可再生能源的阳光进行发电的光伏发电设备等构成。再生发电设备5与氢气生成供给装置6连接，可以将在风力发电设备或光伏发电设备等中使用可再生能源所产生的电力供给至氢气生成供给装置6。再生发电设备5还与商业电网8连接。因此，在再生发电设备5中产生的一部分电力或全部电力也可以供给至商业电网8，并出售给电力公司。
向商业电网8供给由被电力公司运用的商用发电设备8a所产生的电力。商业电网8与与氢气生成供给装置6连接。因此，能够利用从电力公司购买来向氢气生成供给装置6供给商业电网8中的电力。商用发电设备8a是由被火力发电厂、核电厂、风力发电厂、太阳能发电厂、及地热发电厂等的电力公司运用的多个发电设备构成。
由商用发电设备8a所产生的电力的二氧化碳排放强度大于再生发电设备5中由再生能源所产生的电力的二氧化碳排放强度大。另外，商用发电设备8a的电源构成信息被适当地从电力公司发送给控制装置7。此处，所谓电源构成信息，是由算出商业电网8中的电力的二氧化碳排放强度所需的信息构成。更具体来说，电源构成信息是指，商用发电设备8a中为了发电而使用的原料或能量来源的构成比(即煤炭a％、石油b％、煤气c％、再生能源d％等)。
氢气生成供给装置6具备电解装置60、氢气填充泵61、氢罐62、压力传感器63、及氢供给泵64，藉由使用这些装置藉由从再生发电设备5和商业电网8供给的电力来生成氢，并将生成的氢供给至气化装置3。
电解装置60与再生发电设备5连接，并使用从再生发电设备5供给的电力由水藉由电解生成氢气。电解装置60还与商业电网8连接。因此，电解装置60不仅可以使用从再生发电设备5供给的电力来产生氢，而且还可以藉由从电力公司购买而使用由商业电网8供给的电力来生成氢。由控制装置7控制从商业电网8向电解装置60的电力的供给量(以下称作“商用电力供给量”)、和电解装置60产生的氢生成量。
氢气填充泵61压缩由电解装置60生成的氢，并填充到氢罐62中。由控制装置7控制氢气填充泵61填充的氢气填充量。氢罐62储存被氢气填充泵61压缩的氢气。压力传感器63检测氢罐62的罐内压力，并将检测信号发送给控制装置7。氢罐62内的氢剩余量由控制装置7基于压力传感器63的检测信号算出。因此，在本实施方式中，获取氢罐62内的氢剩余量的氢剩余量获取手段由压力传感器63和控制装置7构成。
氢供给泵64将储存在氢罐62内的氢供给至气化装置3的气化炉30内。由控制装置7控制从氢供给泵64向气化炉30内的氢供给量。此外，图1中以使用氢供给泵64将储存在氢罐62内的氢供给至气化炉30内为例进行说明，但本发明并不限定于此。储存在氢罐62中的氢也可以被供给至比气化炉30更靠近上游侧，更具体来说也可以被供给至生物质原料的原料供给路径20内。
控制装置7是基于来自气化炉传感器组31的检测信号或来自氢罐62的压力传感器63的检测信号等对如下内容进行控制的计算机，即水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量、电解装置60产生的氢生成量、氢气填充泵61填充的氢气填充量、及氢供给泵64的氢供给量等。之后参考图4～图11对由控制装置7控制氢供给量等的具体顺序进行说明。
接着，参考图2和图3，对向气化装置3中的气化炉30内或原料供给路径20内供给氢气产生的效果进行说明。
图2是绘示气化炉30内的合成气体的各成分的浓度[体积％]和向气化炉30内的氢供给量[kg/h]的关系的图。如图2所示的结果是藉由在特定的条件下进行模拟获得的。在图2中，粗实线表示气化炉30内的合成气体的氢气浓度，粗虚线表示气化炉30内的合成气体的一氧化碳浓度，细实线表示气化炉30内的合成气体的二氧化碳浓度。另外，在图2中，用粗虚线表示在由气化装置3生成特定量的特定的目标比的合成气体时在整个***中生成的二氧化碳的量[kg/h]。
图3是在以往的燃料制造***与本实施方式的燃料制造***1中，将在生成特定量的特定的目标比的合成气体时，整个***中产生的二氧化碳的量[kg/h]及其详细内容进行比较的图。此处，以往的燃料制造***是指，不从外部向气化装置3供给氢气的情况下，将由气化装置3使用水生成的合成气体的H2/CO比调整为目标比。
如图2所示，如果向气化炉30内的氢供给量为0，则气化炉30内的合成气体的H2/CO比小于目标比。因此，为了将由气化装置3生成的合成气体的H2/CO比提高至目标比，还需要进行H2/CO比调整步骤，即藉由使在气化炉30中生成的合成气体中剩余的一氧化碳与水反应来提高H2/CO比。然而，如果进行这种H2/CO比调整步骤，则会产生二氧化碳。因此，如图3所示，在以往的燃料制造***中，不仅气化炉30中的气化步骤会产生二氧化碳，在H2/CO比调整步骤中也会产生二氧化碳。
对此，如图2中虚线2a所示，如果增加向气化炉30内的氢供给量，则气化炉30内的合成气体的氢气浓度也增加相应的量。因此，藉由将向气化炉30内的氢供给量控制在特定量，可以将气化炉30内的合成气体的H2/CO比调整为目标比。因此，根据本实施方式的燃料制造***1，由于无需积极地进行H2/CO比调整步骤，因此，与以往的燃料制造***相比，至少可以减少相应的二氧化碳量。
另外，如果增加向气化炉30内的氢供给量，则与以往的燃料制造***相比，可以减少向气化炉30内供给的水量，其结果，能够抑制上述式(1-1)～(1-5)所示的气化炉30内的反应之中的一氧化碳和二氧化碳产生的反应。因此，如图2所示，伴随向气化炉30内的氢供给量的增加，气化炉30内的合成气体的一氧化碳浓度和二氧化碳浓度降低。因此，如图3所示，根据本实施方式的燃料制造***1，与以往的燃料制造***相比，也可以减少气化炉30内的在气化步骤中的二氧化碳的产生量。藉由以上可知，根据本实施方式的燃料制造***1，能够抑制整个燃料制造***1中的二氧化碳的产生量。
图4是使用气化装置3、氢气生成供给装置6、及再生发电设备5的合成气体生成处理的主要流程图。由控制装置7以特定的周期重复执行图4所示的合成气体生成处理。
图5是绘示对氢罐62的氢剩余量设定的各种阈值的图，是用于说明图4所示的合成气体生成处理的概念的图。图5中的氢上限量是指可以由氢罐62储存的氢气量的上限。因此，氢罐62中不能填充超过氢气上限量的氢气。另外，图5中的氢下限量是指为了藉由氢供给泵64将氢罐62内的氢气供给至气化炉30内而应确保在氢罐62内的最低程度的氢气量。因此，如果氢剩余量低于氢下限量，则不能藉由氢供给泵64向气化炉30内供给氢气。
在合成气体生成处理中，对氢剩余量设置比氢气上限量稍小的上限阈值和比该上限阈值小且比氢下限量稍大的下限阈值，并按照将氢罐62的氢剩余量尽量保持在这些上限阈值和下限阈值之间的正常范围内的方式，换句话说，按照氢剩余量不会脱离上述正常范围且不达到氢气上限量和氢下限量的方式控制气化装置3、氢气生成供给装置6、及再生发电设备5。
首先，在S1中，控制装置7基于压力传感器63的检测信号算出氢罐62的氢剩余量，并该氢剩余量是否在上限阈值以上。在S1的判断结果为NO(否)时，控制装置7移至S2。在S2中，控制装置7判断氢罐62的氢剩余量是否低于下限阈值。
在S2的判断结果为NO时，即氢罐62的氢剩余量在正常范围内时，控制装置7执行后述参考图6说明的常规控制处理(参考S3)之后，结束图4所示的处理。如图5所示，当氢剩余量在正常范围内是指如下的状态，即存在接受由电解装置60生成的氢的余量且存在可以供给气化炉30内所需量的氢气的余量。
在S1的判断结果为YES(是)时，即在氢罐62的氢剩余量在上限阈值以上时，控制装置7执行后述参考图7说明的剩余量减少处理(参考S4)之后，结束图4所示的处理。如图5所示，在氢剩余量在上限阈值以上时，需要减少氢剩余量，以使氢剩余量不会超过氢气上限量。如上所述，如果氢剩余量超过氢气上限量，则不能再向氢罐62中填充氢气，因此，将无法使用可再生能源生成氢气。因此，控制装置7藉由执行剩余量减少处理来减少氢剩余量。
在S2的判断结果为YES时，即在氢罐62的氢剩余量低于下限阈值时，控制装置7执行后述参考图9说明的剩余量增加处理(参考S5)之后，结束图4所示的处理。如图5所示，在氢剩余量低于下限阈值时，需要增加氢剩余量，以使氢剩余量不会低于氢下限量。如上所述，如果氢剩余量低于氢下限量，则将不能由氢供给泵64供给氢气。因此，控制装置7藉由执行剩余量增加处理来增加氢剩余量。
如上所述，在图4所示的合成气体生成处理中，藉由在氢剩余量在上限阈值以上时执行剩余量减少处理，在氢剩余量低于下限阈值时执行剩余量增加处理，在氢剩余量处于正常范围内时执行常规控制处理，从而将氢剩余量维持在正常范围内。
图6是绘示常规控制处理的具体顺序的流程图。
首先，在S11中，控制装置7基于来自气化炉传感器组31的检测信号算出气化炉30的最佳操作点。此处，气化炉30的操作点包括水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量、及氢供给泵64的氢供给量。另外，最佳操作点是指从气化炉30中排出的合成气体的H2/CO比成为目标比的操作点。控制装置7中存储有将来自气化炉传感器组31的检测信号和最佳操作点相关联的基本图，控制装置7藉由基于来自气化炉传感器组31的检测信号检索基本图来算出最佳操作点。
此外，气化炉30的最佳操作点，根据投入气化炉30内的生物质原料的种类和性状而变化。因此，优选的是，在控制装置7中针对每一种生物质原料的种类和性状存储不同的基本图，根据投入气化炉30内的生物质原料的种类和性状切换要参考的基本图并算出最佳操作点。由此，控制装置7根据投入气化炉30内的生物质原料的种类和性状来改变氢供给泵64的氢供给量等，并能够将从气化炉30中排出的合成气体的H2/CO比调整为目标比。
另外，在本实施方式中，以基于基本图算出最佳操作点为例进行说明，但本发明并不限定于此。也可以藉由基于气化炉传感器组31的检测信号和投入气化炉30内的生物质原料的种类和性状，执行预先确定的运算来算出最佳操作点。
在S12中，控制装置7控制水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量、及氢供给泵64的氢供给量，以实现算出的最佳操作点。
在S13中，控制装置7将在再生发电设备5中使用可再生能源所产生的电力供给至电解装置60，并由电解装置60生成氢气，然后将由氢气填充泵61生成的氢填充到氢罐62内，最后结束图6所示的常规控制处理。
此外，在将氢罐62的氢剩余量维持在正常范围内而不会产生大幅波动时，优选的是，控制装置7调整从再生发电设备5向电解装置60供给的电力量和再生发电设备5中的发电量，以使电解装置60生成的氢量和向氢罐62填充的氢气量与在S11中算出的氢供给泵64的氢供给量相等。其中，在再生发电设备5中，由于使用可再生能源进行发电，因此，有可能无法向电解装置60供给所需的电力。此时，由于氢供给量比氢生成量和氢气填充量多，因此，氢剩余量趋于减少。另外，当氢剩余量相对于上限阈值足够少时，也可以使用在再生发电设备5中产生的全部电力来生成氢，并填充到氢罐62内。此时，由于氢生成量和氢气填充量比氢供给量多，因此，氢剩余量趋于增加。由此，可以将可使用的可再生能源全部转换成氢气，储存在氢罐62内。
图7是示出减少氢罐62的氢剩余量的剩余量减少处理的具体顺序的流程图。在燃料制造***1中，将从氢罐62内取出的氢气供给至气化装置3，并将在电解装置60中生成的氢填充到氢罐62内。因此，在控制装置7中可以选择性地执行藉由使气化装置3中的氢使用量和氢供给泵64的氢供给量增加来减少氢剩余量的氢使用量增量控制(S22～S24)和由减少电解装置60生成的氢量和氢气填充泵61填充的氢气量来减少氢剩余量的氢生成量减量控制(S25～S28)中的任意一种来作为减少氢剩余量的方法。
首先，在S21中，控制装置7算出假设执行氢使用量增量控制时而获得的第一利益和假设执行氢生成量减量控制时而获得的第二利益，并判断第一利益是否在第二利益以上。在S21中的判定为YES时，即在与执行氢生成量减量控制相比，执行氢使用量增量控制获得更大的利益时，控制装置7移至S22。另外，在S21中的判定为NO时，即在与执行氢使用量增量控制相比，执行氢生成量减量控制获得更大的利益时，控制装置7移至S25。此外，在说明氢使用量增量控制和氢生成量减量控制的具体顺序之后，对计算第一利益和第二利益的具体顺序进行说明。
在S22中，控制装置7藉由根据在执行常规控制处理时的最佳操作点改变操作点，来降低由气化炉30内的反应所生成的合成气体的H2/CO比。此处“由气化炉30内的反应所生成的合成气体”是指除去气化炉30内的合成气体中从气化炉30的外部(即从氢供给泵64)供给的氢气的合成气体。换句话说，“由气化炉30内的反应所生成的合成气体”是指当氢供给泵64的氢供给量为0时在气化炉30内所生成的合成气体，其与“从气化炉30中排出的合成气体”不同。
控制装置7可以组合执行降低气化炉30的温度的炉温降低处理和减少向气化炉30内供给的水量的水量减少处理中的任意一种或两种，来作为在S22中减小合成气体的H2/CO比的方法。
图8是示出将来自气化炉30的外部的氢供给量设为0时，在气化炉30内所生成的合成气体的各成分的浓度与气化炉30的温度的关系的图。如图8所示，如果降低气化炉30的温度，则一氧化碳在合成气体中所占的比例增加，相对于此，氢气和二氧化碳在合成气体中所占的比例减少。即，如果降低气化炉30的温度，则由气化炉30内的反应所生成的合成气体的H2/CO比减小。利用这点，控制装置7在炉温降低处理中相对于在常规控制处理中确定的最佳操作点减少加热装置34输入的热量，从而强迫降低气化炉30的温度，并减小由气化炉30内的反应所生成的H2/CO比。
如图8所示，如果降低气化炉30的温度，则二氧化碳在合成气体中所占的比例减少。另外，如果减少加热装置34输入的热量，则加热装置34中的能量的消耗量也减少，因此，能够削减在气化装置3中生成的二氧化碳量。
另外，如上述式(1-1)～(1-5)所示，如果减少向气化炉30内供给的水量，则氢气在合成气体中所占的比例减少。利用这点，控制装置7藉由在水量减少处理中相对于在常规控制处理中确定的最佳操作点减少水供给装置32供给的水量，从而减小由气化炉30内的反应所生成的H2/CO比。此外，如果减少向气化炉30内供给的水量，则水的潜热量、加热装置34输入的热量也减少。因此，控制装置7优选由减少水供给装置32供给的水量并减少加热装置34输入的热量，来将气化炉30内的温度保持一定。
如上述式(1-1)～(1-5)所示，如果向气化炉30内供给的水量减少，二氧化碳在合成气体中所占的比例减少。另外，如果减少加热装置34输入的热量，则加热装置34中的能量的消耗量也减少，因此，能够削减在气化装置3中生成的二氧化碳量。
在S22中，控制装置7藉由组合执行上述炉温降低处理和水量减少处理中的任意一种或两种来减小由气化炉30内的反应所生成的合成气体的H2/CO比。更具体来说，在执行炉温降低处理时和执行水量减少处理时，可以削减的二氧化碳的生成量也不同。因此，控制装置7优选相对于在常规控制处理中确定的最佳操作点减少加热装置34输入的热量和水供给装置32供给的水量中的任意一种或两种，以使得气化装置3中的二氧化碳生成量成为最小值。
在S23中，控制装置7相对于在常规控制处理中确定的最佳操作点增加氢供给泵64的氢供给量，以使得从气化炉30中排出的合成气体的H2/CO比成为目标比。如果减少在S22中由气化炉30内的反应所生成的合成气体的H2/CO比，则为了将从气化炉30中排出的合成气体的H2/CO比调整为目标比，需要从在常规控制处理中确定的最佳操作点增加氢供给泵64的氢供给量。此外，氧供给装置33供给的氧气量与常规控制处理基本相同，因此，省略详细的说明。
在S24中，控制装置7藉由与常规控制处理S13中的处理相同的流程，将在再生发电设备5中使用可再生能源所产生的电力供给至电解装置60，并由电解装置60生成氢气，然后利用氢气填充泵61将所生成的氢填充到氢罐62内，最后结束图7所示的剩余量减少处理。
根据以上，在氢使用量增量控制(S22～S24)中，藉由使气化炉30内的反应所生成的合成气体的H2/CO比减小，并使氢供给泵64的氢供给量增加，可以在气化装置3中生成被调整为目标比的合成气体并减少氢罐62的氢剩余量。
如上所述，如果执行氢使用量增量控制，则可以减少加热装置34中的能量的消耗量。另外，如图2所示，随着从外部的氢供给量的增加，在气化炉30内产生的二氧化碳的量也减少，因此，气化炉30内的合成气体的生成效率(相对于向气化炉30内输入的生物质原料的量，在气化炉30内所生成的合成气体的比例)提高。因此，在S21中，控制装置7将由减少从加热装置34输入的热量获得的利益、及由提高气化炉30内的合成气体的生成效率获得的利益相加，从而算出第一利益。
在S25中，控制装置7藉由与常规控制处理S11中的处理相同的流程，基于来自气化炉传感器组31的检测信号算出气化炉30的最佳操作点。
在S26中，控制装置7藉由与常规控制处理S12中的处理相同的流程，控制水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量、及氢供给泵64的氢供给量，以实现算出的最佳操作点。
在S27中，控制装置7将在再生发电设备5中使用可再生能源所产生的一部分电力或全部电力供给至商业电网8，并出售给电力公司。
在S28中，控制装置7，使电解装置60中的氢生成量和氢气填充泵61填充的氢气量对应地减少相当于出售给电力公司的電量。
根据以上，在氢生成量减量控制(S25～S28)中，藉由出售使用可再生能源所产生的电力并减少电解装置60中的氢生成量，可以在气化装置3中生成被调整为目标比的合成气体并减少氢罐62的氢剩余量。如上所述，在氢生成量减量控制中，能够出售使用可再生能源所产生的电力。因此，在S21中，控制装置7算出藉由向电力公司出售在再生发电设备5中产生的电力而获得的利益作为第二利益。
图9是示出增加氢罐62的氢剩余量的剩余量增加处理的具体顺序的流程图。如参照图5所说明，在氢剩余量低于下限阈值时，需要增加氢剩余量，以使氢剩余量不会低于氢下限量。为了增加氢剩余量，需要增加电解装置60产生的氢生成量。另外，为了增加氢生成量，也需要增加向电解装置60的供给电力量。因此，图9所示的剩余量增加处理中，不仅从再生发电设备5，也从商业电网8向电解装置60供给电力，来生成氢。
首先，在S31中，控制装置7从电力公司获取商用发电设备8a的电源构成信息。接着，在S32中，控制装置7基于所获取的电源构成信息来算出当前由商业电网8供给的电力的二氧化碳排放强度也就是电力指标。此外，以下说明使用二氧化碳排放强度本身作为电力指标的情况，但是本发明不限于此情况。电力指标可以是根据由商业电网8供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标。
图10是绘示氢罐62内的氢剩余量、商用发电设备8a中的发电量、及商业电网8的电力的电力指数的1天的变动的一个例子的图。另外，图10中绘示中午前氢剩余量低于下限阈值且执行图9所示的剩余量增加处理的情况。
如图10的中段所示，商用发电设备8a中的发电量根据商业电网8的电力需求而变动。另外，商用发电设备8a的电源构成也在1天内变动。此外，图10中图示将商用发电设备8a的电源构成分成可再生能源和可再生能源以外。另外，如图10的下段所示，如果商用发电设备8a的电源构成改变，商业电网8中的电力的电力指标也改变。更具体来说，电力指标随着电源构成中的可再生能源所占的比例越增加而变越小。因此，如图10所示，S32中算出的电力指标随着氢剩余量变低于下限阈值的时机而改变。
回到图9，在S33中，当将在由商业电网8供给的电力下于电解装置60中生成的氢供给至气化装置3，并利用液体燃料制造装置4来制造单位量的液体燃料时，控制装置7控制氢供给量(以下将其称作“最佳氢供给量”)和商用电力供给量(以下将其称作“最佳电力供给量”)，以使得液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。以下说明算出使得液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值的最佳氢供给量和最佳电力供给量的顺序。
首先，在将以由商业电网8供给的电力所生成的氢供给至气化装置3并且利用此气化装置3和液体燃料制造装置4来制造液体燃料的过程中，主要的二氧化碳的发生源分成气化装置3和向商业电网8供给电力的商用发电设备8a。因此，当在由商业电网8供给的电力下于电解装置60中生成的氢供给至气化装置3，并利用液体燃料制造装置4来制造单位量的液体燃料时，由气化装置3排出的二氧化碳的量(以下将其称作“合成时CO2排放量”)与由向商业电网8供给电力的商用发电设备8a排出的二氧化碳的量(以下将其称作“氢生成时CO2排放量”)的总和，大致与液体燃料的二氧化碳排放强度成比例。
图11是绘示在改变氢供给量和商用电力供给量时的合成时CO2排放量和氢生成时CO2排放量的变化的图。图11的上段示出合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的关系，中段示出氢生成时CO2排放量与商用电力供给量的关系。
如图11的上段所示，越增多氢供给量，合成时CO2排放量越减少，越减少氢供给量，合成时CO2排放量越增加。相对于此，如图11的中段所示，越增多商用电力供给量，氢生成时CO2排放量越增加，越减少商用电力供给量，氢生成时CO2排放量越减少。另外，此氢生成时CO2排放量的斜率，随着电力指标变越大而变越大，并随着电力指标变越小而变越小。
此处，假设利用由商业电网8供给的电力在电解装置60中生成的氢全部供给至气化装置3。换句话说，假设氢供给量与源自商业电网8的电力所产生的氢生成量相等。在这样的假设下，商用电力供给量与氢供给量成比例。因此，如图11的下段所示，合成时CO2排放量和氢生成时CO2排放量都能够表示为氢供给量的函数。
如图11的下段所示，如果增多氢供给量，则合成时CO2排放量减少，相对于此，氢生成时CO2排放量增加。另外，相反地，如果减少氢供给量，则合成时CO2排放量增加，相对于此，氢生成时CO2排放量减少。因此，当将这些合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的总和设为氢供给量的函数时，存在最佳氢供给量作为将此总和设为最小值的解。另外，如上所述，氢生成时CO2排放量的斜率随着电力指标而改变。更具体来说，随着电力指标变越大而最佳氢供给量变越少，随着电力指标变越小而最佳氢供给量变越多。因此，最佳氢供给量能够表示为电力指标的函数。
控制装置7中存储有将如以上所述的最佳氢供给量和电力指标相关联的图。在S33中，控制装置7利用基于S32中算出的电力指标检索图，来算出最佳氢供给量。另外，控制装置7利用最佳氢供给量乘以特定系数并转换成电力，来算出最佳电力供给量。在控制装置7中，利用如以上所述的顺序，基于电力指标来算出最佳氢供给量和最佳电力供给量，以使得液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小。
在S34中，控制装置7将氢供给泵64的氢供给量固定为以S33中决定的最佳氢供给量，算出氢供给量以外的最佳操作点(水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量)。
在S35中，控制装置7控制水供给装置32供给的水量、氧供给装置33供给的氧气量、加热装置34输入的热量、及氢供给泵64的氢供给量，以实现算出的最佳操作点。
在S36中，控制装置7从再生发电设备5和商业电网8的两方将电力供给至电解装置60，并由电解装置60生成氢气，然后利用氢气填充泵61将所生成的氢填充到氢罐62内，最后结束图9所示的剩余量增加处理。此处，控制装置7控制从商业电网8向电解装置60的商用电力供给量，以实现S33中设定的最佳电力供给量。如上所述，控制装置7利用将最佳氢供给量转换成电力，来算出最佳电力供给量。因此，氢罐62内的氢剩余量仅增加了对应于从再生发电设备5供给至电解装置60的电力的量。
根据本实施方式的燃料制造***1，起到以下的效果。
(1)、燃料制造***1具备：气化装置3，其将生物质原料气化来生成合成气体；液体燃料制造装置4，其由合成气体来制造液体燃料；电解装置60，其利用电力来生成氢；氢罐62，其储存由电解装置60所生成的氢；及，氢供给泵64，其将储存在氢罐62内的氢供给至气化装置3。在燃料制造***1中，将再生发电设备5和商业电网8的2个电力供给源与电解装置60连接，所述再生发电设备5供给使用可再生能源所产生的电力，所述商业电网8供给比此再生发电设备5更大的二氧化碳排放强度的电力。另外，在氢罐62的氢剩余量少于下限阈值时，控制装置7从使用可再生能源的再生发电设备5以及商业电网8向电解装置60供给电力。由此，能够以电解装置60生成气化装置3中所需的量的氢。另外，控制装置7获取根据由商业电网8供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标，在氢罐62的氢剩余量少于下限阈值时，控制装置7基于此电力指标来控制氢供给泵64的氢供给量及从商业电网8向电解装置60的商用电力供给量。由此，即使在氢罐62内的氢剩余量变少于下限阈值的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(2)、当在由商业电网8供给的电力下于电解装置60中生成单位量的氢时，电力指标变越大，由向商业电网8供给电力的商用发电设备8a排出的二氧化碳的量变越多。因此，控制装置7，随着电力指标变越大而越减少氢供给量和商用电力供给量，并随着电力指标变越小而越增多氢供给量和商用电力供给量。由此，能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(3)、在将以由商业电网8供给的电力所生成的氢供给至气化装置3并且利用此气化装置3和液体燃料制造装置4来制造液体燃料的过程中，主要的二氧化碳的发生源分成气化装置3和向商业电网8供给电力的商用发电设备8a。另外，气化装置3中的二氧化碳的排放量与向气化装置3的氢供给量相关。因此，液体燃料的二氧化碳排放强度与氢供给量和商用电力供给量相关。利用此情形，控制装置7控制氢供给量和商用电力供给量，以使得液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。由此，即使在氢剩余量变少于下限阈值的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(4)、当将在由商业电网8供给的电力下于电解装置60中生成的氢供给至气化装置3，并利用液体燃料制造装置4来制造单位量的液体燃料时，控制装置7控制氢供给量和商用电力供给量，以使得合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的总和成为最小值，所述合成时CO2排放量相当于由气化装置3排出的二氧化碳的量，所述氢生成时CO2排放量相当于由向商业电网8供给电力的商用发电设备8a排出的二氧化碳的量。由此，即使在氢剩余量变少于下限阈值的情况下，也能够在不使液体燃料的二氧化碳排放强度恶化的情形下持续制造液体燃料。
(5)、控制装置7获取向商业电网8供给电力的商用发电设备8a的电源构成信息，并基于此电源构成信息来算出电力指标。由此，能够基于根据时间而改变的商用发电设备8a的电源构成来高精度地算出电力指标。
以上对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此。在本发明的主旨的范围内可对细节的构成进行适当变更。
附图标记
1 燃料制造***
3 气化装置
4 液体燃料制造装置
5 再生发电设备
6 氢气生成供给装置
7 控制装置(氢剩余量获取手段、电力指标获取手段)
30 气化炉
60 电解装置
61 氢气填充泵
62 氢罐
63 压力传感器(氢剩余量获取手段)
64 氢供给泵(氢供给装置)

Claims (6)

1.一种燃料制造***，由生物质原料来制造液体燃料，其特征在于，具备：
气化装置，其具备气化炉，所述气化炉将生物质原料气化，并生成包含氢气和一氧化碳的合成气体；
液体燃料制造装置，其由利用前述气化装置所生成的合成气体来制造液体燃料；
电解装置，其与第1电力供给源和第2电力供给源连接，并利用电力由水生成氢，所述第1电力供给源供给使用可再生能源所产生的电力，所述第2电力供给源供给比所述第1电力供给源更大的二氧化碳排放强度的电力；
氢罐，其储存由前述电解装置所生成的氢；
氢剩余量获取手段，其获取前述氢罐内的氢剩余量；
氢供给装置，其将储存在前述氢罐内的氢供给至前述气化装置；
电力指标获取手段，其获取根据由前述第2电力供给源供给的电力的二氧化碳排放强度而增减的电力指标；及，
控制装置，其在前述氢剩余量少于特定量时，从前述第1电力供给源和前述第2电力供给源向前述电解装置供给电力来生成氢，并且基于前述电力指标来控制前述氢供给装置的氢供给量及从前述第2电力供给源向前述电解装置的第2电力供给量。
2.根据权利要求1所述的燃料制造***，其中，前述控制装置，随着前述电力指标变越大而越减少前述氢供给量和前述第2电力供给量，并随着前述电力指标变越小而越增多前述氢供给量和前述第2电力供给量。
3.根据权利要求1所述的燃料制造***，其中，前述控制装置控制前述氢供给量和前述第2电力供给量，以使得前述液体燃料制造装置中制造的液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。
4.根据权利要求2所述的燃料制造***，其中，前述控制装置控制前述氢供给量和前述第2电力供给量，以使得前述液体燃料制造装置中制造的液体燃料的二氧化碳排放强度成为最小值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料制造***，其中，当将在由前述第2电力供给源供给的电力下于前述电解装置中生成的氢供给至前述气化装置，并利用前述液体燃料制造装置来制造单位量的液体燃料时，前述控制装置控制前述氢供给量和前述第2电力供给量，以使得合成时CO2排放量与氢生成时CO2排放量的总和成为最小值，所述合成时CO2排放量相当于由前述气化装置排出的二氧化碳的量，所述氢生成时CO2排放量相当于由向前述第2电力供给源供给电力的发电设备排出的二氧化碳的量。
6.根据权利要求5所述的燃料制造***，其中，前述电力指标获取手段，获取前述发电设备的电源构成信息，并基于所述电源构成信息来算出前述电力指标。
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