JP2005135650A - Hydrogen plant equipped with power generation system utilizing natural energy - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen plant equipped with a power generation system utilizing natural energy as hydrogen fuel of the fuel cell power generation system while cryogenic energy of liquid hydrogen generated with electric power generated with the power generation system utilizing natural energy is effectively utilized by minimizing energy loss. <P>SOLUTION: The hydrogen plant is equipped with the power generation system utilizing natural energy, a hydrogen gas manufacturing device generating hydrogen gas by hydrolysis of water with electric power generated with the power generation system utilizing natural energy, and a hydrogen liquefying device generating liquid hydrogen by liquefying the hydrogen gas with electric power generated, and a liquid hydrogen utilizing heat exchanger generating liquid air by heat exchange of the liquid hydrogen with air and a liquid air utilizing heat exchanger gasifying the liquid air by heat exchanging the liquid air generated with the liquid hydrogen utilizing heat exchanger with heating medium gas are installed, and air generated with the liquid air utilizing heat exchanger is supplied to the fuel cell power generation system. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、風力、太陽熱、太陽光、波力、潮力、海洋温度差等の自然エネルギーを利用して電力を発生する自然エネルギー利用発電設備による発電電力で水を電気分解して水素ガスを生成する水素ガス製造装置及び該自然エネルギー利用発電設備による発電電力で液体水素を生成する水素液化装置とを備えてなる自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラントに関する。   In the present invention, hydrogen gas is generated by electrolyzing water with power generated by a power generation facility using natural energy that generates power using natural energy such as wind power, solar heat, sunlight, wave power, tidal power, and ocean temperature difference. The present invention relates to a hydrogen plant provided with a natural energy generation power generation facility including a hydrogen gas production device to be generated and a hydrogen liquefaction device that generates liquid hydrogen with power generated by the natural energy generation power generation facility.

海洋上に浮設した洋上浮体上に、太陽熱エネルギー、風力エネルギー、波力エネルギー等の自然エネルギーを利用して、清浄な燃料である水素を生成する洋上浮体式水素製造プラントが、特許文献１（特開２００２−３０３４５４号公報）等において提供されている。   An offshore floating hydrogen production plant that generates hydrogen, which is a clean fuel, using natural energy such as solar thermal energy, wind energy, wave energy, etc. on an offshore floating body floating on the ocean is disclosed in Patent Document 1 ( Japanese Patent Laid-Open No. 2002-303454) and the like.

特許文献１に開示されている水素製造プラントにおいては、海洋上に移動可能に浮設した洋上浮体上に、太陽熱により海水を蒸発させこの蒸気によって作動する蒸気タービン及び該蒸気タービンにより駆動される発電機を設け、該蒸気タービンを通った蒸気を熱交換器にて海水により冷却して得られた淡水を貯水タンクに貯留し、水電気分解装置において、前記淡水を、前記蒸気タービンにより駆動される発電機からの電力、風力発電設備、波力発電設備、潮力発電設備等からの電力により水素と酸素とに電気分解して、水素及び酸素の量産を自然エネルギーを利用して効率よく行うように構成されている。   In the hydrogen production plant disclosed in Patent Document 1, seawater is evaporated by solar heat on an offshore floating body movably floated on the ocean, and a steam turbine that is operated by the steam and power generation driven by the steam turbine. A fresh water obtained by cooling the steam that has passed through the steam turbine with seawater in a heat exchanger is stored in a water storage tank, and the fresh water is driven by the steam turbine in a water electrolysis apparatus. Electric power from generators, wind power generation facilities, wave power generation facilities, tidal power generation facilities, etc. are electrolyzed into hydrogen and oxygen so that mass production of hydrogen and oxygen can be efficiently performed using natural energy It is configured.

特開２００２−３０３４５４号公報JP 2002-303454 A

特許文献１にて提供されている技術にあっては、洋上浮体上に、太陽熱を利用した蒸気タービン発電設備、風力発電設備、波力発電設備、潮力発電設備等の自然エネルギーを利用した発電設備を設け、前記蒸気タービン発電設備を通った蒸気を前記自然エネルギーにより水電気分解して水素及び酸素の量産を可能としているにとどまり、洋上浮体上の水電気分解装置で生成した水素ガスを清浄なエネルギーとして活用する手段については開示されていない。   In the technology provided in Patent Document 1, power generation using natural energy such as a steam turbine power generation facility, wind power generation facility, wave power generation facility, tidal power generation facility using solar heat on an offshore floating body The facility has been installed, and the steam that has passed through the steam turbine power generation facility is hydroelectrolyzed by the natural energy to enable mass production of hydrogen and oxygen, and the hydrogen gas generated by the water electrolyzer on the offshore floating body is purified. There is no disclosure of means for utilizing the energy.

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、風力、太陽熱、太陽光、波力、潮力等の自然エネルギーを利用して電力を発生する自然エネルギー利用発電設備による発電電力を用いて生成した液体水素の冷熱エネルギーを、エネルギー損失を最小限に抑制して有効利用してから燃料電池発電設備の水素燃料として使用し得る自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラントを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention is generated using the power generated by the natural energy generation power generation facility that generates power using natural energy such as wind power, solar heat, sunlight, wave power, tidal power, etc. An object of the present invention is to provide a hydrogen plant equipped with a natural energy-use power generation facility that can be used as hydrogen fuel for a fuel cell power generation facility after effectively using the cold energy of liquid hydrogen while minimizing energy loss. .

本発明はかかる目的を達成するもので、風力、太陽熱、太陽光、波力、潮力、海洋温度差等の自然エネルギーを利用して電力を発生する自然エネルギー利用発電設備と、該自然エネルギー利用発電設備による発電電力で水を電気分解して水素ガスを生成する水素ガス製造装置と、該自然エネルギー利用発電設備による発電電力で該水素ガスを液化して液体水素を生成する水素液化装置とを備えた水素プラントにおいて、前記液体水素と空気とを熱交換して液体空気を生成する液体水素利用熱交換器と、該液体水素利用熱交換器にて生成された液体空気と熱媒流体とを熱交換して該液体空気を気化する液体空気利用熱交換器とを設け、該液体空気利用熱交換器にて生成された空気を燃料電池発電設備に供給するように構成されてなることを特徴とする。   The present invention achieves such an object, and uses a natural energy generation power generation facility that generates electric power using natural energy such as wind power, solar heat, sunlight, wave power, tidal power, and ocean temperature difference, and the use of the natural energy. A hydrogen gas production device that generates hydrogen gas by electrolyzing water with power generated by a power generation facility, and a hydrogen liquefaction device that generates liquid hydrogen by liquefying the hydrogen gas with power generated by the power generation facility using natural energy In the hydrogen plant provided, a liquid hydrogen-based heat exchanger that generates liquid air by heat-exchanging the liquid hydrogen and air, and the liquid air and the heat transfer fluid generated in the liquid hydrogen-based heat exchanger. And a liquid-air heat exchanger that vaporizes the liquid air by heat exchange, and is configured to supply air generated by the liquid-air heat exchanger to a fuel cell power generation facility. To.

そして、かかる発明において好ましくは、前記液体水素利用熱交換器からの水素ガスを膨張させてその膨張仕事により発電を行う冷熱発電装置を備え、該冷熱発電装置を経た水素ガスを前記燃料電池発電設備に供給するように構成し、
さらには、前記液体水素利用熱交換器と液体空気利用熱交換器との間に、該液体水素利用熱交換器にて生成された液体空気を液体空気利用熱交換器に圧送する液体空気ポンプを設置する。 And in this invention, Preferably, it is provided with the cold power generator which expands the hydrogen gas from the said liquid hydrogen utilization heat exchanger, and produces electric power by the expansion work, The hydrogen gas which passed through this cold heat generator is used as the said fuel cell power generation equipment Configured to supply to
Further, a liquid air pump that pumps liquid air generated by the liquid hydrogen heat exchanger to the liquid air heat exchanger between the liquid hydrogen heat exchanger and the liquid air heat exchanger. Install.

かかる発明によれば、前記自然エネルギー利用発電設備による発電電力により作動する水素ガス製造装置及び水素液化装置により生成された約−２５０℃の液体水素を液体水素利用熱交換器に導入し、該液体水素利用熱交換器において液体水素と空気とを熱交換することにより該液体水素の冷熱により約−２００℃の液体空気を生成し、この液体空気を液体空気ポンプによって液体空気利用熱交換器に搬入し、該液体空気利用熱交換器において該液体空気とＣＯ２ガス等の熱媒ガスとを熱交換することにより液体空気を気化し、この空気を反応空気として燃料電池発電設備に供給するとともに、
前記液体水素利用熱交換器からの水素ガスを冷熱発電装置に導入してその膨張仕事により発電電力を得てから、該水素ガスを水素燃料として燃料電池発電設備に供給することが可能となる。 According to this invention, the liquid hydrogen at about −250 ° C. generated by the hydrogen gas production apparatus and the hydrogen liquefaction apparatus operated by the power generated by the natural energy utilization power generation facility is introduced into the liquid hydrogen utilization heat exchanger, and the liquid Liquid hydrogen and air are heat-exchanged in a hydrogen-based heat exchanger to generate liquid air at about −200 ° C. due to the cold heat of the liquid hydrogen, and this liquid air is carried into the liquid-air-based heat exchanger by a liquid air pump. In the heat exchanger using liquid air, the liquid air is vaporized by exchanging heat between the liquid air and a heat medium gas such as CO 2 gas, and this air is supplied as reaction air to the fuel cell power generation facility.
The hydrogen gas from the liquid hydrogen heat exchanger is introduced into the cold power generator and the generated power is obtained by the expansion work, and then the hydrogen gas can be supplied to the fuel cell power generation facility as hydrogen fuel.

従ってかかる発明によれば、液体水素利用熱交換器において約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーで約−２００℃の液体空気を生成することにより、小さい温度差でかつ高い熱交換効率で以って液体空気を生成することができ、該液体水素の冷熱エネルギーで気体空気を液体空気とすることにより、気体空気の状態よりも小さい搬送動力で以って燃料電池発電設備側へ反応空気を搬送することができる。
さらに、液体空気利用熱交換器において前記液体空気とＣＯ２ガス等の熱媒流体とを熱交換することにより、該液体空気の冷熱エネルギーを熱媒流体の液化に活用してから、該液体空気を気体空気に戻して反応空気として燃料電池発電設備に供給することができるとともに、
前記液体水素利用熱交換器において液体空気の生成に供した後の水素ガスの冷熱エネルギーを冷熱発電装置における該水素ガスの膨張仕事によって電力の発生に活用してから、水素燃料として燃料電池発電設備に供給することができる。 Therefore, according to this invention, by generating liquid air at about −200 ° C. with the cold energy of liquid hydrogen at about −250 ° C. in the heat exchanger using liquid hydrogen, it is possible to achieve a small temperature difference and high heat exchange efficiency. Liquid air can be generated, and the reaction air is transported to the fuel cell power generation equipment side with a transport power smaller than that of the gaseous air by using the cold energy of the liquid hydrogen as the gaseous air. can do.
Further, by exchanging heat between the liquid air and a heat transfer fluid such as CO 2 gas in a liquid air heat exchanger, the cold energy of the liquid air is utilized for liquefaction of the heat transfer fluid, and then the liquid air Can be returned to gaseous air and supplied to the fuel cell power generation facility as reaction air,
After the cold energy of the hydrogen gas that has been used for the production of liquid air in the heat exchanger using liquid hydrogen is used for generating electric power by the expansion work of the hydrogen gas in the cold power generator, the fuel cell power generation facility is used as hydrogen fuel Can be supplied to.

これにより、約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、該液体空気の冷熱エネルギーをエネルギー損失が最小限になるように有効利用してから、燃料電池発電設備の水素燃料及び反応空気として供給することが可能となって、高効率の水素プラントを提供することができる。   As a result, liquid air is generated using the cold energy of liquid hydrogen at about −250 ° C., and the cold energy of the liquid air is effectively used so that the energy loss is minimized. It becomes possible to supply as fuel and reaction air, and a highly efficient hydrogen plant can be provided.

また、かかる発明において好ましくは、ＣＯ２ガス（炭酸ガス）発生源からのＣＯ２ガスを回収し、前記熱媒ガスとして前記液体空気利用熱交換器に送給するＣＯ２回収設備を備え、前記液体空気利用熱交換器は前記ＣＯ２ガスと前記液体空気とを熱交換して該液体空気を気化するとともに、前記ＣＯ２ガスを液化して液化ＣＯ２を生成するように構成されてなる。
このように構成すれば、液体水素利用熱交換器において液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、液体空気利用熱交換器において該液体空気の冷熱エネルギーを用いて、ＣＯ２回収設備にて回収されたＣＯ２ガスを液化して搬送容易な液化ＣＯ２を生成することができ、液体水素を媒体として、ＣＯ２ガスの処理目的地までの搬送、投棄が容易にできる。 In this invention, preferably, CO 2 recovery equipment for recovering CO 2 gas from a CO 2 gas (carbon dioxide) generation source and supplying it to the liquid air heat exchanger as the heat transfer gas is provided, The liquid-air heat exchanger is configured to exchange heat between the CO 2 gas and the liquid air to vaporize the liquid air and to liquefy the CO 2 gas to generate liquefied CO 2 .
If comprised in this way, in the liquid hydrogen utilization heat exchanger, liquid air will be generated using the cold energy of liquid hydrogen, and in the liquid air utilization heat exchanger, the cold energy of the liquid air will be used for the CO 2 recovery facility. The recovered CO 2 gas can be liquefied to produce liquefied CO 2 that can be easily transported, and the transport and dumping of CO 2 gas to the processing destination can be facilitated using liquid hydrogen as a medium.

また、前記液体水素利用熱交換器は、前記液体水素と空気とを熱交換して液体空気を生成するとともに、前記液体水素とＣＯ２ガスとを熱交換して該ＣＯ２ガスを降温せしめるように構成され、さらに、前記液体水素利用熱交換器のＣＯ２側流路入口とＣＯ２側流路出口とを接続するバイパスＣＯ２通路及び該バイパスＣＯ２通路を開閉するバイパス弁を設けるように構成するのがよい。
このように構成すれば、燃料電池発電設備での発電電力が小さい場合等においては、バイパス弁によりバイパスＣＯ２通路を閉じて、前記液体水素利用熱交換器において液体水素によりＣＯ２ガスを冷却することにより、ＣＯ２ガスを該液体水素利用熱交換器及び液体空気利用熱交換器にて２段冷却することが可能となり、前記バイパス弁の開閉によってＣＯ２ガスの液化容量つまり液化ＣＯ２の発生量を調整できる。 Further, the liquid hydrogen heat exchanger generates liquid air by exchanging heat between the liquid hydrogen and air, and lowers the temperature of the CO 2 gas by exchanging heat between the liquid hydrogen and CO 2 gas. is configured, furthermore, to provide a bypass valve for opening and closing the bypass CO 2 passage and the bypass CO 2 passage which connects the CO 2 side flow path inlet and CO 2 side flow path outlet of the liquid hydrogen utilization heat exchanger It should be configured.
With this configuration, when the power generated by the fuel cell power generation facility is small, the bypass CO 2 passage is closed by the bypass valve, and the CO 2 gas is cooled by liquid hydrogen in the liquid hydrogen utilization heat exchanger. As a result, the CO 2 gas can be cooled in two stages by the liquid hydrogen heat exchanger and the liquid air heat exchanger, and the liquefied capacity of the CO 2 gas, that is, generation of liquefied CO 2 is generated by opening and closing the bypass valve. The amount can be adjusted.

また、本発明に係る自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラントは、前記自然エネルギー利用発電設備、水素ガス製造装置、及び水素液化装置を洋上に浮設された洋上浮体上に設置するとともに、少なくとも前記液体水素利用熱交換器、液体空気利用熱交換器及び燃料電池発電設備を地上に設置して、前記洋上浮体上の水素液化装置において生成された液体水素を船舶により洋上輸送して、地上に設置された前記液体水素利用熱交換器に供給するように構成されてなることを特徴とする。
そして、かかる発明において好ましくは、前記液体空気利用熱交換器においてＣＯ２ガスと液体空気とを熱交換することにより液化された液化ＣＯ２を船舶により洋上輸送して、前記洋上浮体上に設置されたＣＯ２海中投棄設備に搬入しあるいは該船舶から海中投棄するように構成する。 In addition, a hydrogen plant equipped with a natural energy-utilizing power generation facility according to the present invention is configured to install the natural energy-utilizing power generation facility, the hydrogen gas production device, and the hydrogen liquefaction device on an offshore floating body floating on the ocean, and at least The liquid hydrogen heat exchanger, the liquid air heat exchanger, and the fuel cell power generation facility are installed on the ground, and the liquid hydrogen generated in the hydrogen liquefaction apparatus on the offshore floating body is transported offshore by a ship to the ground. It is configured to supply to the installed heat exchanger using liquid hydrogen.
And in this invention, Preferably, the liquefied CO 2 liquefied by exchanging heat between CO 2 gas and liquid air in the liquid-air heat exchanger is transported offshore by ship and installed on the offshore floating body. It is configured to be carried into a CO 2 underwater dumping facility or dumped into the sea from the ship.

かかる発明によれば、洋上浮体上に設置された自然エネルギー利用発電設備の発生電力によって水素ガス製造装置及び水素液化装置を作動させて液体水素を生成し、液体水素の状態にて船舶により洋上輸送して、地上に設置された前記液体水素利用熱交換器に搬入するので、多量の水素を容易に搬送できて、多量の液体水素の冷熱エネルギーを、液体空気の生成を介して液化ＣＯ２の生成及び液体空気の冷熱発電装置における電力の発生に有効利用した上で、燃料電池発電設備に水素燃料及び反応空気として利用できる。
そして、液体水素利用熱交換器において、多量の液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、液体空気利用熱交換器において該液体空気の冷熱エネルギーを用いてＣＯ２回収設備にて回収されたＣＯ２ガスを液化して液化ＣＯ２を生成することにより、多量のＣＯ２を容易に搬送ことが可能となる。 According to this invention, the hydrogen gas production device and the hydrogen liquefaction device are operated by the generated power of the natural energy generation power generation facility installed on the floating body on the ocean to generate liquid hydrogen, and transported offshore by ship in the liquid hydrogen state. Then, since it is carried into the heat exchanger using liquid hydrogen installed on the ground, a large amount of hydrogen can be easily transported, and the cold energy of the large amount of liquid hydrogen can be transferred to the liquefied CO 2 through generation of liquid air. It can be used as hydrogen fuel and reaction air in a fuel cell power generation facility after being effectively used for generating and generating electric power in a cold air power generation apparatus of liquid air.
Then, in the liquid hydrogen utilization heat exchanger, it is collected by a large amount of using the cooling energy of the liquid hydrogen to produce a liquid air, CO 2 recovery facility using cooling energy of the liquid air in a liquid air utilization heat exchanger A large amount of CO 2 can be easily transported by liquefying the CO 2 gas to produce liquefied CO 2 .

これにより、洋上浮体上の自然エネルギー利用発電設備の発生電力によって作動される水素ガス製造装置及び水素液化装置により生成された液体水素を媒体として、該液体水素の冷熱エネルギーを用いての液体空気の生成、及び該液体空気の冷熱エネルギーを用いての液化ＣＯ２を生成、及び冷熱発電装置における電力の発生によって、液体水素の冷熱エネルギーの有効利用を促進できるとともに、ＣＯ２ガスを液化することによりＣＯ２ガス処理目的地までの搬送を容易にでき、ＣＯ２ガスの投棄処理を効率良く施行できる。 As a result, the liquid hydrogen produced by the hydrogen gas production apparatus and the hydrogen liquefaction apparatus operated by the generated power of the natural energy generation power generation facility on the offshore floating body is used as a medium, and the liquid air using the cold energy of the liquid hydrogen is used. By generating and generating liquefied CO 2 using the cold energy of the liquid air, and generating electric power in the cold power generator, the effective use of the cold energy of liquid hydrogen can be promoted, and the CO 2 gas can be liquefied. The transportation to the CO 2 gas processing destination can be facilitated, and the CO 2 gas dumping process can be performed efficiently.

さらに、かかる発明において好ましくは、地上に設置されて、地上に設置された前記液体水素利用熱交換器、液体空気利用熱交換器及び燃料電池発電設備等の地上設備を運転制御するとともに、洋上浮体上に設置された前記自然エネルギー利用発電設備、水素ガス製造装置、及び水素液化装置等の洋上設備を通信衛星を介して運転制御する主制御装置を備える。
このように構成すれば、主制御装置によって、地上に設置された液体水素利用熱交換器、液体空気利用熱交換器及び燃料電池発電設備等の地上設備を直接に、かつ洋上浮体上に設置された自然エネルギー利用発電設備、水素ガス製造装置、及び水素液化装置等の洋上設備を通信衛星を介して、容易にかつ高精度で運転制御することが可能となる。 Further, in this invention, preferably, the liquid hydrogen utilization heat exchanger, the liquid air utilization heat exchanger, and the fuel cell power generation facility that are installed on the ground are operated and controlled, and an offshore floating body. A main control device that controls the operation of offshore facilities such as the natural energy generation power generation facility, the hydrogen gas production device, and the hydrogen liquefaction device installed on the communication satellite is provided.
If comprised in this way, main equipment will install ground equipment, such as a liquid hydrogen utilization heat exchanger, a liquid air utilization heat exchanger, and a fuel cell power generation equipment, which are installed on the ground, directly on the floating body. In addition, offshore facilities such as a natural energy generation power generation facility, a hydrogen gas production device, and a hydrogen liquefaction device can be easily and accurately controlled through a communication satellite.

本発明によれば、液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、該液体空気の冷熱エネルギーをエネルギー損失が最小限になるように有効利用してから、燃料電池発電設備の水素燃料及び反応空気として供給することができることとなって、高効率の水素プラントを提供することが可能となる。   According to the present invention, liquid air is generated using the cold energy of liquid hydrogen, and the cold energy of the liquid air is effectively used so that energy loss is minimized. Since it can supply as reaction air, it becomes possible to provide a highly efficient hydrogen plant.

また、本発明によれば、自然エネルギー利用発電設備の発生電力によって作動される水素ガス製造装置及び水素液化装置により生成された液体水素を媒体として、該液体水素の冷熱エネルギーを用いての液体空気の生成、及び該液体空気の冷熱エネルギーを用いての液化ＣＯ２の生成、及び冷熱発電装置における電力の発生によって、液体水素の冷熱エネルギーの有効利用を促進できるとともに、ＣＯ２ガスを液化することにより、ＣＯ２ガス処理目的地までの搬送を容易にでき、ＣＯ２ガスの投棄処理を効率良く施行できる。 Further, according to the present invention, liquid air using the hydrogen energy produced by the hydrogen gas production device and the hydrogen liquefaction device operated by the power generated by the natural energy generation power generation facility and using the cold energy of the liquid hydrogen as a medium. And the generation of liquefied CO 2 using the cold energy of the liquid air, and the generation of electric power in the cold power generator, the effective use of the cold energy of liquid hydrogen can be promoted and the CO 2 gas can be liquefied. Thus, the transportation to the CO 2 gas processing destination can be facilitated, and the CO 2 gas dumping process can be performed efficiently.

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.

図１は本発明の実施例に係る洋上風力発電設備を備えた水素プラントの全体構成図である。図２は水素プラントの通信衛生を用いた制御の構成図である。図３は冷熱発電装置の構成を示すブロック図である。図４は洋上風力発電設備を備えた水素プラントの制御ブロック図である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a hydrogen plant equipped with an offshore wind power generation facility according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of control using communication hygiene of a hydrogen plant. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the cold power generator. FIG. 4 is a control block diagram of a hydrogen plant equipped with an offshore wind power generation facility.

本発明の実施例に係る洋上風力発電設備を備えた水素プラントの全体構成を示す図１において、１は海洋１００上に移動可能に浮設された洋上浮体で、該洋上浮体１上には風力エネルギーで電力を発生する風力発電設備２、該風力発電設備２による発電電力で海水を直接または淡水化した後に電気分解して水素ガスを生成する水電解装置（水素ガス製造装置）３、該風力発電設備２による発電電力で前記水電解装置３で生成された水素ガスを液化して液体水素を生成する水素液化装置４が設置されている。
また、前記洋上浮体１上には、前記水素液化装置４で生成された液体水素を貯蔵する複数の液体水素タンク５、後述する液体空気利用熱交換器１３で生成された液化ＣＯ２を貯蔵する複数の液化ＣＯ２タンク６、該液化ＣＯ２タンク６内の液化ＣＯ２をＣＯ２圧入管８を通して海底１０３に注入するＣＯ２圧入ポンプ７等が搭載されている。
以上の機器により洋上設備６０を構成する。 In FIG. 1 which shows the whole structure of the hydrogen plant provided with the offshore wind power generation equipment based on the Example of this invention, 1 is an offshore floating body movably floated on the ocean 100, and wind power is on this offshore floating body 1 A wind power generation facility 2 that generates electric power by energy, a water electrolysis device (hydrogen gas production device) 3 that generates hydrogen gas by electrolysis after seawater is directly or desalinated with power generated by the wind power generation facility 2, and the wind power A hydrogen liquefaction device 4 is installed for liquefying the hydrogen gas generated by the water electrolysis device 3 with the power generated by the power generation facility 2 to generate liquid hydrogen.
Further, on the offshore floating body 1, a plurality of liquid hydrogen tanks 5 for storing liquid hydrogen generated by the hydrogen liquefying device 4 and liquefied CO 2 generated by a liquid air heat exchanger 13 described later are stored. A plurality of liquefied CO 2 tanks 6, a CO 2 injection pump 7 for injecting the liquefied CO 2 in the liquefied CO 2 tank 6 into the sea floor 103 through the CO 2 injection pipe 8 and the like are mounted.
The offshore equipment 60 is comprised by the above apparatus.

９は前記洋上浮体１上の液体水素タンク５を地上１０１に搬送する液体水素搬送船である。
地上１０１には、次のような地上設備５０が設置されている。
５は前記液体水素搬送船９により搬送された液体水素タンクである。１２は液体水素利用熱交換器で、前記液体水素タンク５から液体水素ポンプ３６により送り込まれた−２５３℃の液体水素と空気ブロア１８から送り込まれる常温の空気とを熱交換して−２００℃程度の液体空気を生成する。
従って、前記液体水素利用熱交換器１２において約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーで約−２００℃の液体空気を生成することにより、小さい温度差でかつ高い熱交換効率で以って液体空気を生成することができる。
また、該液体水素利用熱交換器１２は、後述するＣＯ２回収設備１１からのＣＯ２ガスと前記液体水素とを熱交換してＣＯ２ガスを液化する機能も備えている。 Reference numeral 9 denotes a liquid hydrogen transport ship for transporting the liquid hydrogen tank 5 on the offshore floating body 1 to the ground 101.
The following ground equipment 50 is installed on the ground 101.
Reference numeral 5 denotes a liquid hydrogen tank transported by the liquid hydrogen transport ship 9. Reference numeral 12 denotes a liquid hydrogen heat exchanger, which exchanges heat between -253 ° C. liquid hydrogen fed from the liquid hydrogen tank 5 by the liquid hydrogen pump 36 and room temperature air fed from the air blower 18 to about −200 ° C. Produces liquid air.
Accordingly, by generating liquid air of about −200 ° C. with the cold energy of liquid hydrogen of about −250 ° C. in the liquid hydrogen utilizing heat exchanger 12, the liquid air has a small temperature difference and high heat exchange efficiency. Can be generated.
Moreover, liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 is also provided with a function to liquefy the CO 2 gas and the liquid hydrogen and CO 2 gas from the CO 2 recovery facility 11 to be described later with heat exchange.

１１は工場１０等からのＣＯ２ガスを回収するＣＯ２回収設備で、該ＣＯ２回収設備１１にて回収されたＣＯ２ガスは、ＣＯ２ガス管３２を通りバイパス弁３２０を介して前記液体水素利用熱交換器１２に導入され、あるいは該バイパス弁３２０からＣＯ２バイパス管３２１及びＣＯ２ガス管３３を通って液体空気利用熱交換器１３に送り込まれる。
即ち、前記燃料電池発電設備１７での発電電力が小さい場合等においては、バイパス弁３２０によりＣＯ２バイパス管３２１側を閉じて、前記液体水素利用熱交換器１２へのＣＯ２ガス管３３側を開き、該液体水素利用熱交換器１２において液体水素によりＣＯ２ガスを冷却することにより、ＣＯ２ガスを該液体水素利用熱交換器１２及び液体空気利用熱交換器１３にて２段冷却することが可能となり、前記バイパス弁３２０の開閉によってＣＯ２ガスの液化容量つまり液化ＣＯ２の発生量を調整できる。
また、通常運転時には前記バイパス弁３２０によりＣＯ２バイパス管３２１側を開き、ＣＯ２ガスを、ＣＯ２バイパス管３２１を通って液体空気利用熱交換器１３にて送り込み、該液体空気利用熱交換器１３にてＣＯ２ガスを液化する。
このように、液体水素の冷熱エネルギーによりＣＯ２ガスを液化して、液化ＣＯ２タンク６に収容して搬送することにより、ＣＯ２ガス処理目的地である前記洋上浮体１までの搬送を容易にでき、ＣＯ２ガスの投棄処理を効率良く施行可能となる。 11 is a CO 2 recovery facility for recovering CO 2 gas from the plant 10 or the like, CO 2 gas recovered by the CO 2 recovery facility 11, via said through bypass valve 320 to CO 2 gas pipe 32 liquid It is introduced into the hydrogen utilization heat exchanger 12, or is sent from the bypass valve 320 to the liquid air utilization heat exchanger 13 through the CO 2 bypass pipe 321 and the CO 2 gas pipe 33.
That is, when the power generated by the fuel cell power generation facility 17 is small, the CO 2 bypass pipe 321 side is closed by the bypass valve 320, and the CO 2 gas pipe 33 side to the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 is closed. Open and cool the CO 2 gas with liquid hydrogen in the liquid hydrogen heat exchanger 12 to cool the CO 2 gas in two stages with the liquid hydrogen heat exchanger 12 and the liquid air heat exchanger 13. The liquefaction capacity of CO 2 gas, that is, the generation amount of liquefied CO 2 can be adjusted by opening and closing the bypass valve 320.
Further, during normal operation, the CO 2 bypass pipe 321 side is opened by the bypass valve 320, and CO 2 gas is fed through the CO 2 bypass pipe 321 by the liquid air heat exchanger 13, and the liquid air heat exchanger At 13, the CO 2 gas is liquefied.
In this way, the CO 2 gas is liquefied by the cold energy of liquid hydrogen, accommodated in the liquefied CO 2 tank 6 and transported, so that the transport to the offshore floating body 1 that is the CO 2 gas processing destination is facilitated. It is possible to efficiently perform the CO 2 gas dumping process.

また、１４は前記液体水素利用熱交換器１２出口からの液体空気管１５１に設けられた液体空気バッファタンク、１５は該液体空気管１５１に設けられて前記液体水素利用熱交換器１２で液化された液体空気を液体空気利用熱交換器１３に圧送する液体空気ポンプである。
このように構成することにより、前記液体水素利用熱交換器１２において約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーで約−２００℃の液体空気を生成し、液体空気ポンプ１５で液体空気利用熱交換器１３に圧送することにより、気体空気の状態で空気圧縮機で圧送する場合よりも小さい搬送動力で以って燃料電池発電設備１７側へ反応空気を搬送することができる。 Reference numeral 14 denotes a liquid air buffer tank provided in the liquid air pipe 151 from the outlet of the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12, and 15 is liquefied by the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 provided in the liquid air pipe 151. This is a liquid air pump for pumping the liquid air to the liquid air heat exchanger 13.
With this configuration, the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 generates liquid air of about −200 ° C. with the cold energy of liquid hydrogen of about −250 ° C., and the liquid air pump 15 uses the liquid air utilization heat exchanger 12 to generate liquid air. By pumping to 13, the reaction air can be transported to the fuel cell power generation equipment 17 side with smaller transport power than when pumping in the state of gaseous air with an air compressor.

前記液体空気利用熱交換器１３においては、前記液体空気ポンプ１５により圧送された液体空気と前記ＣＯ２バイパス管３２１及びＣＯ２ガス管３３を通って導入されたＣＯ２ガスとを熱交換して、該液体空気を気化するとともにＣＯ２ガスを液化する。
１７は水素ガスと空気とを反応させて電力を発生する公知の燃料電池発電設備、１６は前記液体水素利用熱交換器１２からの水素ガスを膨張させてその膨張仕事により発電を行う冷熱発電装置である。該冷熱発電装置１６の詳細は後述する。３１は前記液体空気利用熱交換器１３において液体空気が気化された空気を前記燃料電池発電設備１６に導入するための空気管である。
６は前記液体空気利用熱交換器１３において液化された液体ＣＯ２が収容される液化ＣＯ２タンクである。該液化ＣＯ２タンク６は液化ＣＯ２搬送船１９によって前記洋上浮体１上に搬送されるようになっている。 Wherein the liquid air utilization heat exchanger 13, and a CO 2 gas introduced through said liquid air is pumped CO 2 bypass pipe 321 and the CO 2 gas pipe 33 by the liquid air pump 15 and heat exchanger The liquid air is vaporized and the CO 2 gas is liquefied.
17 is a known fuel cell power generation facility that generates electric power by reacting hydrogen gas and air, and 16 is a cold power generator that expands the hydrogen gas from the liquid hydrogen heat exchanger 12 and generates power by its expansion work. It is. Details of the cold power generator 16 will be described later. Reference numeral 31 denotes an air pipe for introducing air into which the liquid air is vaporized in the liquid air heat exchanger 13 into the fuel cell power generation facility 16.
Reference numeral 6 denotes a liquefied CO 2 tank in which liquid CO 2 liquefied in the liquid air utilization heat exchanger 13 is accommodated. The liquefied CO 2 tank 6 is transported onto the offshore floating body 1 by a liquefied CO 2 transport ship 19.

前記冷熱発電装置１６の詳細を示す図３において、３６は前記液体水素ポンプ、１２は前記液体水素利用熱交換器、１６７は該液体水素ポンプ３６からの液体水素を液体水素利用熱交換器１２に供給するための液体水素管である（何れも図１参照）。
１６２は第一段タービンで、前記液体水素利用熱交換器１２からの水素ガスの膨張仕事により回転駆動される。該第一段タービン１６２の回転駆動により、これに直結された発電機１６３に電力を発生せしめる。
前記第一段タービン１６２における膨張仕事によって降温された水素ガスは、中間熱交換器１６４に導入される。 In FIG. 3 showing the details of the thermal power generation apparatus 16, 36 is the liquid hydrogen pump, 12 is the liquid hydrogen utilization heat exchanger, and 167 is liquid hydrogen from the liquid hydrogen pump 36 to the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12. It is a liquid hydrogen pipe for supply (all refer to FIG. 1).
Reference numeral 162 denotes a first stage turbine that is driven to rotate by the expansion work of hydrogen gas from the liquid hydrogen heat exchanger 12. The first stage turbine 162 is rotationally driven to generate power in the generator 163 directly connected thereto.
The hydrogen gas cooled by the expansion work in the first stage turbine 162 is introduced into the intermediate heat exchanger 164.

該中間熱交換器１６４においては、前記第一段タービン１６２からの降温された水素ガスと前記ＣＯ２回収設備１１からのＣＯ２ガスとを熱交換して該ＣＯ２ガスを液化するとともに水素ガスを昇温させて液化を防止する。該中間熱交換器１６４からの液化ＣＯ２は液化ＣＯ２タンク６（図１参照）に収容される。従って、この冷熱発電装置１６においても、前記第一段タービン１６２における膨張仕事により降温された水素ガスとＣＯ２ガスとを前記中間熱交換器１６４にて熱交換することによって、ＣＯ２ガスから液化ＣＯ２を生成することが可能となる。 Hydrogen gas together in the intermediate heat exchanger 164, liquefying the CO 2 gas and CO 2 gas from the first stage the CO 2 recovery facility 11 and cooled hydrogen gas from the turbine 162 to the heat exchanger To prevent liquefaction. The liquefied CO 2 from the intermediate heat exchanger 164 is accommodated in the liquefied CO 2 tank 6 (see FIG. 1). Therefore, also in this cold power generator 16, the hydrogen gas and the CO 2 gas cooled by the expansion work in the first stage turbine 162 are liquefied from the CO 2 gas by exchanging heat in the intermediate heat exchanger 164. CO 2 can be generated.

前記中間熱交換器１６４にて昇温された水素ガスは第二段タービン１６５に導入される。該第二段タービン１６５は、前記中間熱交換器１６４からの水素ガスの膨張仕事により回転駆動される。該第二段タービン１６５の回転駆動により、これに直結された発電機１７４に電力を発生せしめる。
前記第二段タービン１６５における膨張仕事によって降温された水素ガスは、出口側熱交換器１６６に導入される。該出口側熱交換器１６６においては、前記第二段タービン１６５からの降温された水素ガスとＣＯ２回収設備１１からのＣＯ２ガスあるいは海水とを熱交換して水素ガスを前記燃料電池発電設備１７に供給可能な常温程度に昇温させて、水素ガス管３０を通して該燃料電池発電設備１７に供給する。
以上によって、前記液体水素利用熱交換器１２からの水素ガスを冷熱発電装置１６に導入し、その膨張仕事により発電電力を得てから、該水素ガスを水素燃料として燃料電池発電設備１７に供給することが可能となる。 The hydrogen gas heated by the intermediate heat exchanger 164 is introduced into the second stage turbine 165. The second stage turbine 165 is rotationally driven by the expansion work of hydrogen gas from the intermediate heat exchanger 164. By the rotational drive of the second stage turbine 165, electric power is generated in the generator 174 directly connected thereto.
The hydrogen gas cooled by the expansion work in the second stage turbine 165 is introduced into the outlet side heat exchanger 166. In outlet-side heat exchanger 166, the second-stage temperature lowering hydrogen gas and CO 2 recovery facility 11 CO 2 gas or seawater heat exchange with the fuel cell power plant the hydrogen gas of from from turbine 165 The temperature is raised to a room temperature that can be supplied to the fuel cell 17 and supplied to the fuel cell power generation facility 17 through the hydrogen gas pipe 30.
As described above, the hydrogen gas from the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 is introduced into the cold power generation device 16 to obtain generated power by the expansion work, and then the hydrogen gas is supplied to the fuel cell power generation facility 17 as hydrogen fuel. It becomes possible.

次に、図２において、２０は地上に設置された主制御装置、２５は通信衛星である。該主制御装置は、後述する制御動作によって、地上１０１に設置された前記液体水素利用熱交換器１２、液体空気利用熱交換器１３、燃料電池発電設備１７、冷熱発電装置１６、液体空気ポンプ１５等の地上設備５０を制御回線５０１を介して運転制御するとともに、洋上浮体１上に設置された前記風力発電設備２、水電解装置３、水素液化装置４等の洋上設備６０を前記通信衛星２５を介して運転制御し、さらには前記通信衛星２５を介して海洋１００上を航行する前記液体水素搬送船９及び液化ＣＯ２搬送船１９の運航を制御するようになっている。 Next, in FIG. 2, 20 is a main controller installed on the ground, and 25 is a communication satellite. The main control device is configured by the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12, the liquid air utilization heat exchanger 13, the fuel cell power generation equipment 17, the cold power generation apparatus 16, and the liquid air pump 15 installed on the ground 101 by a control operation described later. The ground facilities 50 such as the above are controlled and controlled via the control line 501, and the offshore facilities 60 such as the wind power generation facility 2, the water electrolysis device 3, and the hydrogen liquefaction device 4 installed on the offshore floating body 1 are connected to the communication satellite 25. In addition, the operation of the liquid hydrogen carrier ship 9 and the liquefied CO 2 carrier ship 19 navigating on the ocean 100 via the communication satellite 25 is controlled.

このように構成すれば、前記主制御装置２０によって、地上１０１に設置された液体水素利用熱交換器１２、液体空気利用熱交換器１３、燃料電池発電設備１７、冷熱発電装置１６、液体空気ポンプ１５等の地上設備５０を制御回線５０１を介して直接に、かつ洋上浮体１上に設置された風力発電設備２、水電解装置３、水素液化装置４等の洋上設備６０を前記通信衛星２５を介して容易にかつ高精度で運転制御することが可能となる。
尚、図２において１０３は海底を示す。 If comprised in this way, the said main control apparatus 20 will use the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12, the liquid air utilization heat exchanger 13, the fuel cell power generation equipment 17, the cold energy generation apparatus 16, and the liquid air pump which were installed in the ground 101. The offshore equipment 60 such as the wind power generation equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the hydrogen liquefaction equipment 4 installed on the offshore floating body 1 directly through the control line 501 with the ground equipment 50 such as 15 is connected to the communication satellite 25. Therefore, operation control can be easily performed with high accuracy.
In FIG. 2, 103 indicates the seabed.

次に、図４に基づき、前記主制御装置２０による前記水素プラントの運転制御動作について説明する。
図４において、２１は前記主制御装置２０から制御回線５０１（図２参照）を介して伝送される制御信号により地上設備５０を運転制御する地上設備制御装置、２２は該制御装置２０から通信衛星２５（図２参照）を介して伝送される制御信号により洋上設備６０を運転制御する洋上設備制御装置である。
前記地上設備制御装置２１において、２１８は前記液体空気利用熱交換器１３の熱交換量を算出する熱交換量制御部で、ＣＯ２流量制御部２１１で算出された液体空気利用熱交換器１３へのＣＯ２ガス流量と液体空気流量制御部２１２で算出された液体空気利用熱交換器１３への液体空気流量とにより、該液体空気利用熱交換器１３における熱交換量を算出して、該液体空気利用熱交換器１３の熱交換量が前記熱交換量算出値になるように制御する。 Next, the operation control operation of the hydrogen plant by the main controller 20 will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, 21 is a ground equipment control device that controls the operation of the ground equipment 50 by a control signal transmitted from the main control device 20 via a control line 501 (see FIG. 2), and 22 is a communication satellite from the control device 20. 25 is an offshore facility control apparatus that controls the operation of the offshore facility 60 using a control signal transmitted via the control unit 25 (see FIG. 2).
In the ground equipment control device 21, reference numeral 218 denotes a heat exchange amount control unit that calculates the heat exchange amount of the liquid air use heat exchanger 13, and the liquid air use heat exchanger 13 calculated by the CO 2 flow control unit 211. The amount of heat exchange in the liquid air heat exchanger 13 is calculated based on the CO 2 gas flow rate and the liquid air flow rate to the liquid air heat exchanger 13 calculated by the liquid air flow controller 212, and the liquid Control is performed so that the heat exchange amount of the air-based heat exchanger 13 becomes the heat exchange amount calculation value.

２１９は前記液体水素利用熱交換器１２の熱交換量を算出する熱交換量制御部で、空気流量制御部２１３で算出された液体水素利用熱交換器１２への前記空気ブロア１８（図１参照）からの空気流量と、液体水素流量制御部２１５で算出された液体水素利用熱交換器１２への液体水素タンク５（図１参照）からの液体水素流量と、ＣＯ２流量制御部２１１で算出された液体水素利用熱交換器１２へのＣＯ２ガス流量（図１において前記バイパス弁３２０がＣＯ２バイパス管３２１を閉じ液体水素利用熱交換器１２へのＣＯ２ガス管３２を開いている場合に行う）とにより、該液体水素利用熱交換器１２における熱交換量を算出して、該液体水素利用熱交換器１２の熱交換量が前記熱交換量算出値になるように制御する。 219 is a heat exchange amount control unit for calculating the heat exchange amount of the liquid hydrogen heat exchanger 12, and the air blower 18 to the liquid hydrogen heat exchanger 12 calculated by the air flow rate controller 213 (see FIG. 1). ), The liquid hydrogen flow rate from the liquid hydrogen tank 5 (see FIG. 1) to the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12 calculated by the liquid hydrogen flow rate control unit 215, and the CO 2 flow rate control unit 211. The flow rate of CO 2 gas to the liquid hydrogen heat exchanger 12 (in FIG. 1, the bypass valve 320 closes the CO 2 bypass pipe 321 and opens the CO 2 gas pipe 32 to the liquid hydrogen heat exchanger 12). To calculate the heat exchange amount in the liquid hydrogen heat exchanger 12 so that the heat exchange amount of the liquid hydrogen heat exchanger 12 becomes the calculated heat exchange value.

２２０は前記燃料電池発電設備１７における発電量を算出する発電量制御部で、空気投入量制御部２１６で算出された燃料電池発電設備１７への前記液体空気利用熱交換器１３からの空気流量と、水素投入量制御部２１７で算出された燃料電池発電設備１７への冷熱発電装置（図１参照）からの水素ガス流量とにより、該燃料電池発電設備１７における発電量を算出して、該燃料電池発電設備１７の発電量が前記発電量算出値になるように制御する。   A power generation amount control unit 220 calculates the power generation amount in the fuel cell power generation facility 17, and the air flow rate from the liquid air heat exchanger 13 to the fuel cell power generation facility 17 calculated by the air input amount control unit 216 The amount of power generation in the fuel cell power generation facility 17 is calculated based on the hydrogen gas flow rate from the cold power generation device (see FIG. 1) to the fuel cell power generation facility 17 calculated by the hydrogen input amount control unit 217, Control is performed so that the power generation amount of the battery power generation facility 17 becomes the calculated power generation amount.

また、前記洋上設備制御装置２２において、２２３は前記風力発電設備２における発電出力を算出する発電出力制御部で、ピッチ角制御部２２１で算出された風力発電設備２（図１参照）の風車のピッチ角と、回転数制御部２２２で算出された前記風車駆動発電機の運転回転数とにより、該風力発電設備２における発電出力を算出して、該風力発電設備２の発電出力が前記発電出力算出値になるように制御する。
２２５は投入電力制御部で、前記水素液化装置４（図１参照）における前記風力発電設備２からの投入電力を算出して、該水素液化装置４への投入電力が前記投入電力算出値になるように制御する。２２４は投入電力制御部で、前記水電解装置３（図１参照）における前記風力発電設備２からの投入電力を算出して、該水電解装置３への投入電力が前記投入電力算出値になるように制御する。 Further, in the offshore facility control device 22, 223 is a power generation output control unit that calculates the power generation output in the wind power generation facility 2, and the wind turbine of the wind power generation facility 2 (see FIG. 1) calculated by the pitch angle control unit 221. The power generation output in the wind power generation facility 2 is calculated based on the pitch angle and the operating rotational speed of the wind turbine drive generator calculated by the rotation speed control unit 222, and the power generation output of the wind power generation facility 2 is the power generation output. Control to obtain a calculated value.
An input power control unit 225 calculates the input power from the wind power generation facility 2 in the hydrogen liquefaction device 4 (see FIG. 1), and the input power to the hydrogen liquefaction device 4 becomes the input power calculation value. To control. An input power control unit 224 calculates input power from the wind power generation facility 2 in the water electrolysis apparatus 3 (see FIG. 1), and the input power to the water electrolysis apparatus 3 becomes the input power calculation value. To control.

かかる実施例によれば、風力発電設備２による発電電力により作動する水電解装置３及び水素液化装置４により生成された約−２５０℃の液体水素を液体水素利用熱交換器１２に導入し、該液体水素利用熱交換器１２において液体水素と空気ブロア１８からの空気とを熱交換することにより該液体水素の冷熱により約−２００℃の液体空気を生成し、この液体空気を液体空気ポンプ１５によって液体空気利用熱交換器１３に搬入し、該液体空気利用熱交換器１３において該液体空気と前記ＣＯ２回収設備１１からのＣＯ２ガスとを熱交換することにより液体空気を気化し、この空気を空気管３１を通して反応空気として前記燃料電池発電設備１７に供給することができる。
一方、前記液体水素利用熱交換器１２で前記空気ブロア１８からの空気との熱交換により液化された水素ガスを冷熱発電装置１６に導入し、その膨張仕事により発電電力を得てから、該水素ガスを水素燃料として前記燃料電池発電設備１７に供給することが可能となる。 According to such an embodiment, about -250 ° C. liquid hydrogen generated by the water electrolysis apparatus 3 and the hydrogen liquefaction apparatus 4 that are operated by the power generated by the wind power generation facility 2 is introduced into the liquid hydrogen utilization heat exchanger 12, The liquid hydrogen heat exchanger 12 exchanges heat between the liquid hydrogen and the air from the air blower 18 to generate liquid air at about −200 ° C. by the cold heat of the liquid hydrogen. carried into the liquid air utilization heat exchanger 13, and a CO 2 gas from the with the liquid air CO 2 recovery facility 11 liquid air vaporizing by heat exchange in the liquid air utilization heat exchanger 13, the air Can be supplied to the fuel cell power generation facility 17 through the air pipe 31 as reaction air.
On the other hand, the hydrogen gas liquefied by the heat exchange with the air from the air blower 18 in the liquid hydrogen heat exchanger 12 is introduced into the cold power generator 16 and the generated power is obtained by the expansion work. Gas can be supplied to the fuel cell power generation facility 17 as hydrogen fuel.

従ってかかる実施例によれば、液体水素利用熱交換器１２において約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーで約−２００℃の液体空気を生成することにより、小さい温度差でかつ高い熱交換効率で以って液体空気を生成することができるとともに、該液体水素の冷熱エネルギーで気体空気を液化して液体空気とすることにより、気体空気の状態での搬送よりも小さい搬送動力で以って燃料電池発電設備１７側へ反応空気を搬送することができる。   Therefore, according to such an embodiment, by generating liquid air of about −200 ° C. with the cold energy of liquid hydrogen of about −250 ° C. in the liquid hydrogen utilizing heat exchanger 12, with a small temperature difference and high heat exchange efficiency. Thus, liquid air can be generated, and by liquefying the gaseous air with the cold energy of the liquid hydrogen to form liquid air, the fuel can be produced with a smaller conveying power than the conveying in the gaseous air state. Reaction air can be conveyed to the battery power generation equipment 17 side.

即ち、かかる実施例によれば、液体空気利用熱交換器１３において液体空気とＣＯ２ガスとを熱交換することにより、該液体空気の冷熱エネルギーをＣＯ２ガスの液化に活用してから、該液体空気を気体空気に戻して反応空気として燃料電池発電設備１７に供給することができるとともに、
前記液体水素利用熱交換器１２において液体空気の生成に供した後の水素ガスの冷熱エネルギーを、冷熱発電装置１６における該水素ガスの膨張仕事によって電力の発生に活用してから、水素燃料として燃料電池発電設備１７に供給することができる。
これにより、約−２５０℃の液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、該液体空気の冷熱エネルギーをエネルギー損失が最小限になるように有効利用してから、燃料電池発電設備１７の水素燃料及び反応空気として供給することができることとなって、高効率の水素プラントを提供することが可能となる。 That is, according to the embodiment, the liquid air and the CO 2 gas are heat-exchanged in the liquid air utilization heat exchanger 13 so that the cold energy of the liquid air is utilized for the liquefaction of the CO 2 gas. Liquid air can be returned to gaseous air and supplied to the fuel cell power generation facility 17 as reaction air.
After the cold energy of the hydrogen gas that has been used for the production of liquid air in the liquid hydrogen heat exchanger 12 is utilized for generating electric power by the expansion work of the hydrogen gas in the cold power generator 16, the fuel as the hydrogen fuel The battery power generation equipment 17 can be supplied.
As a result, liquid air is generated using the cold energy of liquid hydrogen at approximately −250 ° C., and the cold energy of the liquid air is effectively used to minimize energy loss. Since it can supply as hydrogen fuel and reaction air, it becomes possible to provide a highly efficient hydrogen plant.

また、かかる実施例によれば、洋上浮体１上に設置された風力発電設備２の発生電力によって水電解装置３及び水素液化装置４を作動させて液体水素を生成し、液体水素の状態にて液体水素搬送船９により洋上輸送して地上１０１に設置された前記液体水素利用熱交換器１２に搬入するので、多量の水素を容易に搬送できて、多量の液体水素の冷熱エネルギーを、液体空気の生成を介して、液化ＣＯ２の生成、及び液体空気の冷熱発電装置１６における電力の発生に有効利用した上で、燃料電池発電設備１７に水素燃料及び反応空気として利用できる。
そして、前記液体水素利用熱交換器１２において、多量の液体水素の冷熱エネルギーを用いて液体空気を生成し、前記液体空気利用熱交換器１３において該液体空気の冷熱エネルギーを用いてＣＯ２回収設備１１にて回収されたＣＯ２ガスを液化して液化ＣＯ２を生成して液化ＣＯ２タンク６に収容して搬送することにより、多量のＣＯ２を容易に搬送ことが可能となる。
尚、本発明は、前記洋上浮体１上に設置された風力発電設備２、水電解装置（水素ガス製造装置）３、水素液化装置４、ＣＯ２圧入管８、ＣＯ２圧入ポンプ７等の洋上設備６０を地上１０１に設ける場合にも適用できる。
さらに本発明は、前記実施例における風力発電設備２に代えて、太陽熱利用した発電設備、太陽光を利用した発電設備、波力を利用した発電設備、潮力を利用した発電設備、海洋温度差を利用した発電設備等の、自然エネルギーを利用して電力を発生する自然エネルギー利用発電設備全般に適用できる。 Moreover, according to this Example, the water electrolysis apparatus 3 and the hydrogen liquefying apparatus 4 are operated by the electric power generated by the wind power generation facility 2 installed on the offshore floating body 1 to generate liquid hydrogen, and in the liquid hydrogen state Since it is transported offshore by the liquid hydrogen carrier ship 9 and carried into the liquid hydrogen heat exchanger 12 installed on the ground 101, a large amount of hydrogen can be easily transported, and the cold energy of the large amount of liquid hydrogen can be transferred to the liquid air. After being effectively used for generation of liquefied CO 2 and generation of electric power in the cold / hot power generator 16 of liquid air, the fuel cell power generation equipment 17 can use the fuel as hydrogen fuel and reaction air.
The liquid hydrogen utilizing heat exchanger 12 generates liquid air using a large amount of liquid hydrogen cold energy, and the liquid air utilizing heat exchanger 13 uses the cold energy of the liquid air to recover CO 2. by liquefying the recovered CO 2 gas to produce liquefied CO 2 to be conveyed accommodates the liquefied CO 2 tank 6 at 11, it is possible easily carry the large amount of CO 2.
In the present invention, the offshore of the wind power generation facility 2, the water electrolysis device (hydrogen gas production device) 3, the hydrogen liquefaction device 4, the CO 2 injection pipe 8, the CO 2 injection pump 7 and the like installed on the floating body 1 is offshore. The present invention can also be applied when the facility 60 is provided on the ground 101.
Furthermore, the present invention replaces the wind power generation facility 2 in the above-described embodiment with a solar power generation facility, solar power generation facility, wave power generation facility, tidal power generation facility, ocean temperature difference It can be applied to natural power generation facilities that use natural energy, such as power generation facilities that use power.

本発明によれば、自然エネルギー利用発電設備による発電電力を用いて生成した液体水素の冷熱エネルギーを、エネルギー損失を最小限に抑制して有効利用してから、燃料電池発電設備の水素燃料として使用し得る自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラントを提供することが可能となる。   According to the present invention, the cryogenic energy of liquid hydrogen generated by using the power generated by the power generation facility using natural energy is effectively used while minimizing energy loss, and then used as hydrogen fuel for the fuel cell power generation facility. It is possible to provide a hydrogen plant equipped with a natural energy utilization power generation facility.

本発明の実施例に係る洋上風力発電設備を備えた水素プラントの全体構成図である。It is a whole block diagram of the hydrogen plant provided with the offshore wind power generation equipment which concerns on the Example of this invention. 前記実施例における水素プラントの通信衛生を用いた制御の構成図である。It is a block diagram of the control using the communication hygiene of the hydrogen plant in the said Example. 前記実施例における冷熱発電装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the thermal power generation apparatus in the said Example. 前記実施例における洋上風力発電設備を備えた水素プラントの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the hydrogen plant provided with the offshore wind power generation installation in the said Example.

符号の説明Explanation of symbols

１ 洋上浮体
２ 風力発電設備
３ 水電解装置
４ 水素液化装置
５ 液体水素タンク
６ 液化ＣＯ２タンク
９ 液体水素搬送船
１１ ＣＯ２回収設備
１２ 液体水素利用熱交換器
１３ 液体空気利用熱交換器
１５ 液体空気ポンプ
１６ 冷熱発電装置
１７ 燃料電池発電設備
１８ 空気ブロア
１９ 液化ＣＯ２搬送船
２０ 主制御装置
２１ 地上設備制御装置
２２ 洋上設備制御装置
２５ 通信衛生
３６ 液体水素ポンプ
５０ 地上設備
６０ 海上設備
１００ 海洋
１０１ 地上
３２０ バイパス弁
３２１ ＣＯ２バイパス管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Offshore body 2 Wind power generation equipment 3 Water electrolysis apparatus 4 Hydrogen liquefaction apparatus 5 Liquid hydrogen tank 6 Liquefied CO 2 tank 9 Liquid hydrogen carrier 11 CO 2 collection | recovery equipment 12 Liquid hydrogen utilization heat exchanger 13 Liquid air utilization heat exchanger 15 Liquid Air pump 16 Chiller power generator 17 Fuel cell power generator 18 Air blower 19 Liquefied CO 2 carrier 20 Main controller 21 Ground equipment controller 22 Offshore equipment controller 25 Communications hygiene 36 Liquid hydrogen pump 50 Ground equipment 60 Marine equipment 100 Ocean 101 320 above the ground bypass valve 321 CO 2 bypass pipe

Claims (8)

風力、太陽熱、太陽光、波力、潮力、海洋温度差等の自然エネルギーを利用して電力を発生する自然エネルギー利用発電設備と、該自然エネルギー利用発電設備による発電電力で水を電気分解して水素ガスを生成する水素ガス製造装置と、該自然エネルギー利用発電設備による発電電力で該水素ガスを液化して液体水素を生成する水素液化装置とを備えた水素プラントにおいて、前記液体水素と空気とを熱交換して液体空気を生成する液体水素利用熱交換器と、該液体水素利用熱交換器にて生成された液体空気と熱媒流体とを熱交換して該液体空気を気化する液体空気利用熱交換器とを設け、該液体空気利用熱交換器にて生成された空気を燃料電池発電設備に供給するように構成されてなることを特徴とする自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。   Natural energy power generation equipment that generates power using natural energy such as wind power, solar heat, sunlight, wave power, tidal power, ocean temperature difference, etc., and water is electrolyzed with power generated by the natural energy power generation equipment In a hydrogen plant comprising: a hydrogen gas production device that generates hydrogen gas; and a hydrogen liquefaction device that generates liquid hydrogen by liquefying the hydrogen gas with power generated by the natural energy generation power generation facility, the liquid hydrogen and air A liquid hydrogen heat exchanger that exchanges heat with each other to generate liquid air, and a liquid that vaporizes the liquid air by exchanging heat between the liquid air generated in the liquid hydrogen heat exchanger and the heat transfer fluid An air-based heat exchanger, and is provided with a natural energy-based power generation facility configured to supply air generated by the liquid air-based heat exchanger to the fuel cell power generation facility Hydrogen plant was. 前記液体水素利用熱交換器からの水素ガスを膨張させてその膨張仕事により発電を行う冷熱発電装置を備え、該冷熱発電装置を経た水素ガスを前記燃料電池発電設備に供給するように構成してなることを特徴とする請求項１記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。   A cooling power generation apparatus that expands hydrogen gas from the heat exchanger using liquid hydrogen and generates power by the expansion work, and is configured to supply hydrogen gas that has passed through the cooling power generation apparatus to the fuel cell power generation facility; The hydrogen plant provided with the natural energy utilization power generation facility according to claim 1. 前記液体水素利用熱交換器と液体空気利用熱交換器との間に、該液体水素利用熱交換器にて生成された液体空気を液体空気利用熱交換器に圧送する液体空気ポンプを設置したことを特徴とする請求項１記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。   A liquid air pump that pressure-feeds liquid air generated by the liquid hydrogen heat exchanger to the liquid air heat exchanger is installed between the liquid hydrogen heat exchanger and the liquid air heat exchanger. A hydrogen plant provided with the natural energy utilization power generation facility according to claim 1. ＣＯ２ガス（炭酸ガス）発生源からのＣＯ２ガスを回収し前記熱媒流体として前記液体空気利用熱交換器に送給するＣＯ２回収設備を備え、前記液体空気利用熱交換器は前記ＣＯ２ガスと前記液体空気とを熱交換して該液体空気を気化するとともに、前記ＣＯ２ガスを液化して液化ＣＯ２を生成するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。 CO 2 recovery equipment is provided for recovering CO 2 gas from a CO 2 gas (carbon dioxide gas) generation source and supplying the CO 2 gas to the liquid air heat exchanger as the heat transfer fluid, and the liquid air heat exchanger includes the CO 2 2. The apparatus according to claim 1, wherein heat exchange is performed between two gases and the liquid air to vaporize the liquid air, and the CO 2 gas is liquefied to generate liquefied CO 2 . A hydrogen plant equipped with power generation facilities using natural energy. 前記液体水素利用熱交換器は前記液体水素と空気とを熱交換して液体空気を生成するとともに前記液体水素とＣＯ２ガスとを熱交換して該ＣＯ２ガスを降温せしめるように構成され、さらに、前記液体水素利用熱交換器のＣＯ２側流路入口とＣＯ２側流路出口とを接続するバイパスＣＯ２通路及び該バイパスＣＯ２通路を開閉するバイパス弁を設けたことを特徴とする請求項１及び４記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。 The liquid hydrogen utilization heat exchanger is configured to allowed to cooled the CO 2 gas and the liquid hydrogen and CO 2 gas to generate a liquid air and air above the liquid hydrogen and heat exchange heat exchange, further characterized in that a bypass valve for opening and closing the bypass CO 2 passage and the bypass CO 2 passage which connects the CO 2 side flow path inlet and CO 2 side flow path outlet of the liquid hydrogen utilization heat exchanger A hydrogen plant provided with the natural energy utilization power generation facility according to claim 1. 前記自然エネルギー利用発電設備、水素ガス製造装置、及び水素液化装置を洋上に浮設された洋上浮体上に設置するとともに、少なくとも前記液体水素利用熱交換器、液体空気利用熱交換器及び燃料電池発電設備を地上に設置して、前記洋上浮体上の水素液化装置において生成された液体水素を船舶により洋上輸送して、地上に設置された前記液体水素利用熱交換器に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。   The natural energy utilization power generation facility, the hydrogen gas production apparatus, and the hydrogen liquefaction apparatus are installed on an offshore floating body floating on the ocean, and at least the liquid hydrogen utilization heat exchanger, the liquid air utilization heat exchanger, and the fuel cell power generation The equipment is installed on the ground, and the liquid hydrogen generated in the hydrogen liquefier on the offshore floating body is transported offshore by ship, and is supplied to the liquid hydrogen utilizing heat exchanger installed on the ground. The hydrogen plant provided with the natural energy utilization power generation facility according to claim 1. 前記液体空気利用熱交換器においてＣＯ２ガスと液体空気とを熱交換することにより液化された液化ＣＯ２を船舶により洋上輸送して前記洋上浮体上に設置されたＣＯ２海中投棄設備に搬入しあるいは該船舶から海中投棄するように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。 The liquefied CO 2 liquefied by heat exchange between CO 2 gas and liquid air in the heat exchanger using liquid air is transported offshore by ship and is carried into a CO 2 underwater dumping facility installed on the offshore floating body. Or the hydrogen plant provided with the natural energy utilization power generation equipment of Claim 4 comprised so that it may dump in the sea from this ship. 地上に設置されて、地上に設置された前記液体水素利用熱交換器、液体空気利用熱交換器及び燃料電池発電設備等の地上設備を運転制御するとともに、洋上浮体上に設置された前記自然エネルギー利用発電設備、水素ガス製造装置、及び水素液化装置等の洋上設備を通信衛星を介して運転制御する主制御装置を備えたことを特徴とする請求項６記載の自然エネルギー利用発電設備を備えた水素プラント。   The above-mentioned natural energy installed on the offshore floating body while operating and controlling the ground equipment such as the liquid hydrogen utilizing heat exchanger, the liquid air utilizing heat exchanger and the fuel cell power generation facility installed on the ground. 7. A power generation facility using natural energy according to claim 6, further comprising a main controller that controls operation of offshore facilities such as a power generation facility, a hydrogen gas production device, and a hydrogen liquefaction device via a communication satellite. Hydrogen plant.
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