JP2017204429A - Power generation system and uninterruptible power source system arranged by use thereof - Google Patents

Power generation system and uninterruptible power source system arranged by use thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2017204429A
JP2017204429A JP2016096923A JP2016096923A JP2017204429A JP 2017204429 A JP2017204429 A JP 2017204429A JP 2016096923 A JP2016096923 A JP 2016096923A JP 2016096923 A JP2016096923 A JP 2016096923A JP 2017204429 A JP2017204429 A JP 2017204429A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
hydrogen
generated
power generation
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016096923A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6563851B2 (en
Inventor
勝 豊田
Masaru Toyoda
勝 豊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2016096923A priority Critical patent/JP6563851B2/en
Publication of JP2017204429A publication Critical patent/JP2017204429A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6563851B2 publication Critical patent/JP6563851B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation system which is compact in size and small in maintenance labor.SOLUTION: An uninterruptible power source system comprises: a power cable 3 having a conductor 3a of which one end is set in a terrestrial heat gathering spot 20; a temperature difference power-generation apparatus 4 which uses a temperature difference between the other end of the conductor 3a and the surface 22 of the earth to generate a DC power; a water vapor electrolytic device 6 which electrolyzes water vapor to generate hydrogen by the DC power; and a fuel cell 8 which uses the hydrogen as a fuel to generate a DC power. Therefore, unlike such a conventional system that uses a multi-stage gas-liquid separator and a turbine for power generation, a system which is compact in size and small in maintenance labor can be materialized.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は発電システムおよびそれを用いた無停電電源システムに関し、特に、地熱を用いた発電システムと、それを用いた無停電電源システムとに関する。   The present invention relates to a power generation system and an uninterruptible power supply system using the same, and more particularly to a power generation system using geothermal heat and an uninterruptible power supply system using the same.

特許文献１には、水素を燃料として電力を生成する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を用いて水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、自然エネルギーを用いて電力を生成する発電装置と、発電装置によって生成された電力を使用し、水蒸気発生装置によって生成された水蒸気を電気分解して燃料電池用の水素を生成する電解装置とを備える発電システムが開示されている。   Patent Document 1 discloses a fuel cell that generates power using hydrogen as fuel, a steam generator that generates steam using heat generated by the fuel cell, a power generator that generates power using natural energy, and power generation A power generation system is disclosed that includes an electrolysis device that uses electric power generated by the apparatus and electrolyzes water vapor generated by the water vapor generation device to generate hydrogen for a fuel cell.

特許文献２には、生産井から採取した蒸気、熱水、および粒状固形物から蒸気を分離する複数段の気液分離器と、複数段の気液分離器によって分離された蒸気によって駆動されて電力を発生する発電用タービンとを備えた地熱発電装置が開示されている。   Patent Document 2 is driven by a plurality of gas-liquid separators that separate steam from steam, hot water, and granular solids collected from a production well, and steam separated by a plurality of gas-liquid separators. A geothermal power generation apparatus including a power generation turbine that generates electric power is disclosed.

特開２０１５−１７６６７５号公報JP2015-176675A 特開２０１３−２３１３９１号公報JP2013-231391A

特許文献１において、自然エネルギーとして太陽光を用いると夜間には発電できず、風力を用いると無風時には発電できないという問題がある。これに対して、自然エネルギーとして地熱を用いれば、昼夜を問わず、風の有無に関係なく常時発電することができる。   In Patent Document 1, there is a problem that when sunlight is used as natural energy, power cannot be generated at night, and when wind power is used, power cannot be generated when there is no wind. On the other hand, if geothermal is used as natural energy, it is possible to always generate power regardless of the presence or absence of wind regardless of day or night.

しかし、特許文献２の地熱発電装置では、複数段の気液分離器および発電用タービンを備えているので、装置が大型化し、メンテナンスの手間が大きくなるという問題がある。   However, since the geothermal power generation apparatus of Patent Document 2 includes a plurality of stages of gas-liquid separators and a power generation turbine, there is a problem in that the apparatus becomes large and maintenance labor is increased.

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で、メンテナンスの手間が小さな発電システムと、それを用いた無停電電源システムとを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a power generation system that is small in size and requires little maintenance, and an uninterruptible power supply system using the power generation system.

この発明に係る発電システムは、地熱溜りの熱を用いて電力を生成する発電システムであって、一方端部が地熱溜りに設置され、一方端部から他方端部に地熱溜りの熱を伝導させる熱伝導部材と、熱伝導部材の他方端部の熱を用いて水素を生成する水素発生装置と、水素発生装置によって生成された水素を燃料として直流電力を生成する燃料電池とを備えたものである。   The power generation system according to the present invention is a power generation system that generates electric power using the heat of the geothermal pool, wherein one end is installed in the geothermal pool, and the heat of the geothermal pool is conducted from one end to the other end. A heat conduction member, a hydrogen generation device that generates hydrogen using the heat of the other end of the heat conduction member, and a fuel cell that generates DC power using hydrogen generated by the hydrogen generation device as fuel. is there.

この発明に係る発電システムでは、熱伝導部材の一方端部を地熱溜りに設置し、熱伝導部材の他方端部の熱を用いて水素を生成し、その水素を燃料として直流電力を生成する。したがって、複数段の気液分離器および発電用タービンを使用する従来に比べ、小型で、メンテナンスの手間が小さな発電システムを実現することができる。   In the power generation system according to the present invention, one end of the heat conducting member is installed in a geothermal pool, hydrogen is generated using the heat of the other end of the heat conducting member, and DC power is generated using the hydrogen as a fuel. Therefore, it is possible to realize a power generation system that is small in size and requires less labor for maintenance as compared to the conventional case using a multi-stage gas-liquid separator and a power generation turbine.

この発明の実施の形態１による無停電電源システム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 uninterruptible power supply system by Embodiment 1 of this invention. 図１に示した電力ケーブルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric power cable shown in FIG. 図２に示した電力ケーブルの埋設方法を例示する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for burying a power cable shown in FIG. 2. 図１に示した水蒸気電解装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the water vapor electrolysis apparatus shown in FIG. この発明の実施の形態２による無停電電源システム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 uninterruptible power supply system by Embodiment 2 of this invention. 図５に示した電力ケーブルの埋設方法を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the embedding method of the power cable shown in FIG.

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、この無停電電源システムは、太陽光発電装置１、風力発電装置２、電力ケーブル３、温度差発電装置４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５，１２、水蒸気電解装置６、水素貯蔵装置７、燃料電池８、水蒸気発生装置９、直流母線１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、蓄電池１３、ＤＣ／ＡＣコンバータ１４、およびバイパススイッチ１５を備える。 [Embodiment 1]
1 is a block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, this uninterruptible power supply system includes a solar power generation device 1, a wind power generation device 2, a power cable 3, a temperature difference power generation device 4, DC / DC converters 5 and 12, a steam electrolysis device 6, a hydrogen storage device 7, A fuel cell 8, a steam generator 9, a DC bus 10, an AC / DC converter 11, a storage battery 13, a DC / AC converter 14, and a bypass switch 15 are provided.

太陽光発電装置１は、太陽光の光エネルギーを直流電力に変換する。風力発電装置２は、風力を交流電力に変換し、その交流電力を直流電力に変換する。電力ケーブル３は、地熱溜り２０と温度差発電装置４との間に接続され、地熱溜り２０から温度差発電装置４に熱を伝導させる。   The solar power generation device 1 converts the light energy of sunlight into DC power. The wind power generator 2 converts wind power into AC power, and converts the AC power into DC power. The power cable 3 is connected between the geothermal reservoir 20 and the temperature difference power generation device 4, and conducts heat from the geothermal reservoir 20 to the temperature difference power generation device 4.

電力ケーブル３は、図２に示すように、導体３ａ（熱伝導部材）と絶縁体３ｂとを含む。導体３ａは、たとえば、複数の銅線を撚ったものである。各銅線の表面は、ニッケルを用いてメッキされている。導体３ａは、通常は電流を流すために使用されるが、本実施の形態１では地熱溜り２０から温度差発電装置４に熱を伝導させるために使用される。   As shown in FIG. 2, the power cable 3 includes a conductor 3a (heat conducting member) and an insulator 3b. The conductor 3a is formed by twisting a plurality of copper wires, for example. The surface of each copper wire is plated with nickel. The conductor 3a is normally used for flowing current, but in the first embodiment, it is used for conducting heat from the geothermal reservoir 20 to the temperature difference power generation device 4.

導体３ａの一方端部および他方端部を除いて、導体３ａの表面は絶縁体３ｂで被覆されている。絶縁体３ｂは、たとえば、マイカ、有機ポリマーなどを組み合わせたものであり、耐熱性、難燃性を有する。絶縁体３ｂは、通常は導体３ａと電力ケーブル３の外部との間を電気的に絶縁するために使用されるが、本実施の形態１では導体３ａから電力ケーブル３の外部（たとえば大地）に熱が伝導して導体３ａの温度が低下することを防止するために使用される。   Except for one end and the other end of the conductor 3a, the surface of the conductor 3a is covered with an insulator 3b. The insulator 3b is, for example, a combination of mica, organic polymer, and the like, and has heat resistance and flame retardancy. Insulator 3b is usually used to electrically insulate between conductor 3a and the outside of power cable 3, but in Embodiment 1, from conductor 3a to the outside of power cable 3 (for example, the ground). It is used to prevent the conduction of heat to lower the temperature of the conductor 3a.

図３は、電力ケーブル３の埋設方法を例示する断面図である。図３において、地熱溜り２０は、火山を有する国立公園または国定公園の地下に存在する場合が多い。国立公園および国定公園の各々には、公園の景観を極力保護することが必要な地域として第一種特別保護地域が設けられている。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for embedding the power cable 3. In FIG. 3, the geothermal pool 20 often exists in the basement of a national park or quasi-national park having a volcano. Each of the national parks and quasi-national parks has a first-class special protection area as an area where it is necessary to protect the park landscape as much as possible.

国立公園および国定公園内であっても第一種特別保護地域を除く地域では、公園の景観と調和する外観を有する発電施設の設置、建設は許可されている。さらに、第一種特別保護地域の地表に影響を与えなければ、第一種特別保護地域外から地域内の地下に斜めに孔を掘削することが許可されている。   Even in national parks and quasi-national parks, the installation and construction of power generation facilities that have an exterior that harmonizes with the park landscape is permitted in areas other than the Type 1 Special Protected Area. Furthermore, it is permitted to drill holes diagonally from the outside of the Type 1 Special Protected Area to the basement of the area without affecting the surface of the Type 1 Special Protected Area.

そこで、本実施の形態１では、地熱溜り２０が第一種特別保護地域内に存在する場合には、図３に示すように、第一種特別保護地域外の地表から地域内の地下の地熱溜り２０の内部まで斜めに孔２１を掘削し、孔２１内に電力ケーブル３を挿入する。これにより、電力ケーブル３の導体３ａの一方端部が地熱溜り２０の内部に設置され、導体３ａの他方端部が地表に設置される。地熱溜り２０の熱は導体３ａの一方端部から他方端部に伝導し、導体３ａの他方端部の温度ＴＨが地表２２（冷熱源）の温度ＴＬよりも十分に高くなる。なお、地熱溜り２０が第一種特別保護地域以外の地域の地下にある場合には、孔２１を垂直方向に掘削し、その孔２１に電力ケーブル３を挿入するとよい。   Therefore, in the first embodiment, when the geothermal reservoir 20 exists in the first type special protected area, as shown in FIG. 3, the underground geothermal in the area from the surface outside the first type special protected area is obtained. The hole 21 is excavated obliquely to the inside of the reservoir 20, and the power cable 3 is inserted into the hole 21. Thereby, the one end part of the conductor 3a of the power cable 3 is installed inside the geothermal pool 20, and the other end part of the conductor 3a is installed on the ground surface. The heat of the geothermal reservoir 20 is conducted from one end of the conductor 3a to the other end, and the temperature TH of the other end of the conductor 3a is sufficiently higher than the temperature TL of the ground surface 22 (cold heat source). In addition, when the geothermal reservoir 20 is in the basement of the area other than the first type special protection area, the hole 21 is excavated in the vertical direction, and the power cable 3 may be inserted into the hole 21.

温度差発電装置４は、導体３ａの他方端部の温度ＴＨと地表２２の温度ＴＬとの温度差ＴＨ−ＴＬを利用して直流電力を生成する。温度差発電装置４は、ゼーベック効果を利用したものでもよいし、温度差を利用して発電用タービンを回転駆動させるものでもよい。冷熱源は、地表２２に限るものではなく、空冷（または水冷）される冷却器でもよいし、川の流水でもよい。   The temperature difference power generation device 4 generates DC power by using a temperature difference TH-TL between the temperature TH of the other end of the conductor 3a and the temperature TL of the ground surface 22. The temperature difference power generation device 4 may use the Seebeck effect or may rotate the power generation turbine using the temperature difference. The cooling heat source is not limited to the ground surface 22, and may be a cooler that is air-cooled (or water-cooled), or river running water.

図１に戻って、ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、太陽光発電装置１の出力電圧と風力発電装置２の出力電圧と温度差発電装置４の出力電圧とを受け、所定値の直流電圧Ｖ５を出力する。水蒸気電解装置６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ５を用いて、水蒸気発生装置９で生成された水蒸気を電気分解して水素を生成する。   Returning to FIG. 1, the DC / DC converter 5 receives the output voltage of the solar power generation device 1, the output voltage of the wind power generation device 2, and the output voltage of the temperature difference power generation device 4, and outputs a DC voltage V 5 having a predetermined value. To do. The steam electrolyzer 6 uses the output voltage V5 of the DC / DC converter 5 to electrolyze the steam generated by the steam generator 9 to generate hydrogen.

図４は、水蒸気電解装置６の構成を例示する図である。図４において、水蒸気電解装置６は、板状の電解質６ａと、電解質６ａの表面および裏面にそれぞれ形成された電極６ｂ，６ｃとを含む。電極６ｃ，６ｂ間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電圧Ｖ５が印加される。電極６ｂの表面に高温（たとえば６００℃）の水蒸気を供給すると、水蒸気は電極６ｂの表面で水素（Ｈ２）と酸素イオン（Ｏ２−）に電気分解され、酸素イオン（Ｏ２−）は電解質内を通過して他方の電極６ｃから酸素（Ｏ２）になって放出される。 FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the water vapor electrolysis apparatus 6. In FIG. 4, the steam electrolyzer 6 includes a plate-like electrolyte 6a and electrodes 6b and 6c formed on the front and back surfaces of the electrolyte 6a, respectively. The output voltage V5 of the DC / DC converter 5 is applied between the electrodes 6c and 6b. When high-temperature (for example, 600 ° C.) water vapor is supplied to the surface of the electrode 6b, the water vapor is electrolyzed into hydrogen (H 2 ) and oxygen ions (O 2− ) on the surface of the electrode 6b, and the oxygen ions (O 2− ) It passes through the electrolyte and is released from the other electrode 6c as oxygen (O 2 ).

図１に戻って、水蒸気電解装置６によって生成された水素は、水素貯蔵装置７に供給される。水素貯蔵装置７は、水蒸気電解装置６によって生成された水素を貯蔵するとともに、所定圧力の水素を燃料電池８に供給する。   Returning to FIG. 1, the hydrogen generated by the steam electrolyzer 6 is supplied to the hydrogen storage device 7. The hydrogen storage device 7 stores hydrogen generated by the steam electrolysis device 6 and supplies hydrogen at a predetermined pressure to the fuel cell 8.

燃料電池８は、水素貯蔵装置７からの水素を燃料として直流電力を生成し、生成した直流電力を直流母線１０に供給する。燃料電池８では、水素と空気中の酸素とが電気化学反応して直流電力とともに熱が発生する。水蒸気発生装置９は、水と燃料電池８で発生した熱とを用いて水蒸気を生成し、生成した水蒸気を水蒸気電解装置６に供給する。   The fuel cell 8 generates DC power using hydrogen from the hydrogen storage device 7 as fuel, and supplies the generated DC power to the DC bus 10. In the fuel cell 8, hydrogen and oxygen in the air undergo an electrochemical reaction to generate heat with DC power. The water vapor generator 9 generates water vapor using water and the heat generated in the fuel cell 8, and supplies the generated water vapor to the water vapor electrolyzer 6.

発電装置１，２，４、電力ケーブル３、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、水蒸気電解装置６、水素貯蔵装置７、燃料電池８、および水蒸気発生装置９は、自然エネルギーを用いて直流電力を生成する発電システムを構成する。   The power generators 1, 2, 4, the power cable 3, the DC / DC converter 5, the steam electrolyzer 6, the hydrogen storage device 7, the fuel cell 8, and the steam generator 9 generate power that generates direct-current power using natural energy. Configure the system.

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、商用交流電源５０（電力系統）と直流母線１０との間に設けられる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されている場合には、直流母線１０の直流電圧ＶＤＣが定格電圧ＶＲになるように、商用交流電源５０と直流母線１０の間で電力を授受する。   The AC / DC converter 11 is provided between the commercial AC power supply 50 (electric power system) and the DC bus 10. When the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 50, the AC / DC converter 11 is connected to the commercial AC power supply 50 and the DC bus 10 so that the DC voltage VDC of the DC bus 10 becomes the rated voltage VR. Send and receive power between them.

換言すると、燃料電池８によって生成された直流電力が不足している場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、商用交流電源５０からの交流電力を直流電力に変換して直流母線１０に供給する。燃料電池８によって生成された直流電力が余剰している場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流母線１０から受けた直流電力を交流電力に変換して商用交流電源５０に戻す。商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されていない場合（たとえば停電時）には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の運転は停止される。   In other words, when the DC power generated by the fuel cell 8 is insufficient, the AC / DC converter 11 converts AC power from the commercial AC power supply 50 into DC power and supplies it to the DC bus 10. When the DC power generated by the fuel cell 8 is surplus, the AC / DC converter 11 converts the DC power received from the DC bus 10 into AC power and returns it to the commercial AC power supply 50. When AC power is not normally supplied from commercial AC power supply 50 (for example, during a power failure), operation of AC / DC converter 11 is stopped.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、直流母線１０と蓄電池１３の間に設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されている場合には、直流母線１０から受けた直流電力を蓄電池１３に蓄える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されていない場合（たとえば停電時）には、蓄電池１３の直流電力を直流母線１０に供給する。   The DC / DC converter 12 is provided between the DC bus 10 and the storage battery 13. The DC / DC converter 12 stores the DC power received from the DC bus 10 in the storage battery 13 when the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 50. The DC / DC converter 12 supplies the DC power of the storage battery 13 to the DC bus 10 when AC power is not normally supplied from the commercial AC power supply 50 (for example, during a power failure).

ＤＣ／ＡＣコンバータ１４は、直流母線１０と負荷５１の間に設けられ、直流母線１０から受けた直流電力をたとえば商用周波数の交流電力に変換して負荷５１に供給する。バイパススイッチ１５は、商用交流電源５０と負荷５１の間に接続され、商用交流電源５０からの交流電力を負荷５１に供給するバイパス給電モード時にオンされる。さらにバイパススイッチ１５は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１４によって生成される交流電力を負荷５１に供給している場合において、ＤＣ／ＡＣコンバータ１４が故障したときに瞬時にオンし、負荷５１の運転を継続させる。   The DC / AC converter 14 is provided between the DC bus 10 and the load 51, converts the DC power received from the DC bus 10 into AC power having a commercial frequency, for example, and supplies the AC power to the load 51. The bypass switch 15 is connected between the commercial AC power supply 50 and the load 51 and is turned on in the bypass power supply mode in which AC power from the commercial AC power supply 50 is supplied to the load 51. Further, the bypass switch 15 is turned on instantaneously when the DC / AC converter 14 fails in the case where the AC power generated by the DC / AC converter 14 is supplied to the load 51, and the operation of the load 51 is continued. .

次に、この無停電電源システムの動作について説明する。太陽光発電装置１、風力発電装置２、および温度差発電装置４によって生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して水蒸気電解装置６に供給される。水蒸気電解装置６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５から受けた直流電力を用いて、水蒸気発生装置９から供給される水蒸気を電気分解して水素を生成する。水蒸気電解装置６によって生成された水素は、水素貯蔵装置７によって所定圧力に調整されて燃料電池８に供給される。   Next, the operation of this uninterruptible power supply system will be described. The direct current power generated by the solar power generation device 1, the wind power generation device 2, and the temperature difference power generation device 4 is supplied to the steam electrolysis device 6 via the DC / DC converter 5. The steam electrolyzer 6 uses the direct current power received from the DC / DC converter 5 to electrolyze the steam supplied from the steam generator 9 to generate hydrogen. Hydrogen produced by the steam electrolyzer 6 is adjusted to a predetermined pressure by the hydrogen storage device 7 and supplied to the fuel cell 8.

燃料電池８では、水素貯蔵装置７から供給される水素と空気中の酸素とが電気化学反応して直流電力および熱が発生する。水と燃料電池８で発生した熱とが水蒸気発生装置９に供給されて水蒸気が生成され、生成された水蒸気は水蒸気電解装置６に供給される。燃料電池８によって生成された直流電力は、直流母線１０を介してＤＣ／ＡＣコンバータ１４に供給され、交流電力に変換されて負荷５１に供給される。   In the fuel cell 8, hydrogen supplied from the hydrogen storage device 7 and oxygen in the air undergo an electrochemical reaction to generate DC power and heat. Water and heat generated in the fuel cell 8 are supplied to the steam generator 9 to generate steam, and the generated steam is supplied to the steam electrolyzer 6. The DC power generated by the fuel cell 8 is supplied to the DC / AC converter 14 via the DC bus 10, converted into AC power, and supplied to the load 51.

商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されている場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流母線１０の直流電圧ＶＤＣが定格電圧ＶＲになるように、商用交流電源５０と直流母線１０との間で電力を授受する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、直流母線１０から受けた直流電力を蓄電池１３に蓄える。   When AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 50, the AC / DC converter 11 causes the commercial AC power supply 50, the DC bus 10 and the like so that the DC voltage VDC of the DC bus 10 becomes the rated voltage VR. Give and receive power. The DC / DC converter 12 stores the DC power received from the DC bus 10 in the storage battery 13.

燃料電池８によって生成される直流電力が不足している場合は、不足分の電力は商用交流電源５０からＡＣ／ＤＣコンバータ１１を介して直流母線１０に供給される。燃料電池８によって生成された直流電力が余剰している場合は、余剰電力は直流母線１０からＡＣ／ＤＣコンバータ１１を介して商用交流電源５０に戻され、商用交流電源５０に接続された他の負荷(図示せず)によって消費される。   When the DC power generated by the fuel cell 8 is insufficient, the insufficient power is supplied from the commercial AC power supply 50 to the DC bus 10 via the AC / DC converter 11. When the DC power generated by the fuel cell 8 is surplus, the surplus power is returned from the DC bus 10 to the commercial AC power supply 50 via the AC / DC converter 11 and is connected to the other AC power supply 50 connected to the commercial AC power supply 50. Consumed by a load (not shown).

商用交流電源５０から交流電力が正常に供給されていない場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータの運転が停止される。燃料電池８によって生成される直流電力が不足している場合は、不足分の電力は蓄電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介して直流母線１０に供給される。ＤＣ／ＡＣコンバータ１４は、直流母線１０から受けた直流電力を商用周波数の交流電力に変換して負荷５１に供給する。   When AC power is not normally supplied from the commercial AC power supply 50, the operation of the AC / DC converter is stopped. When the DC power generated by the fuel cell 8 is insufficient, the insufficient power is supplied from the storage battery 13 to the DC bus 10 via the DC / DC converter 12. The DC / AC converter 14 converts the DC power received from the DC bus 10 into AC power having a commercial frequency and supplies it to the load 51.

ＤＣ／ＡＣコンバータ１４が故障した場合には、バイパススイッチ１５が瞬時にオンする。これにより、商用交流電源５０からバイパススイッチ１５を介して負荷５１に交流電力が供給され、負荷５１の運転が継続される。   When the DC / AC converter 14 fails, the bypass switch 15 is turned on instantaneously. As a result, AC power is supplied from the commercial AC power supply 50 to the load 51 via the bypass switch 15, and the operation of the load 51 is continued.

以上のように、この実施の形態１では、電力ケーブル３の導体３ａの一方端部を地熱溜り２０に設置し、導体３ａの他方端部と地表２２との温度差を用いて直流電力を生成し、その直流電力により水蒸気を電気分解して水素を生成し、その水素を燃料として直流電力を生成する。したがって、複数段の気液分離器および発電用タービンを使用する従来技術（特許文献２）と比べ、装置の小型化、メンテナンスの手間の軽減化を図ることができる。   As described above, in the first embodiment, one end of the conductor 3a of the power cable 3 is installed in the geothermal reservoir 20, and DC power is generated using the temperature difference between the other end of the conductor 3a and the ground surface 22. Then, the steam is electrolyzed with the DC power to generate hydrogen, and DC power is generated with the hydrogen as a fuel. Therefore, compared with the prior art (Patent Document 2) that uses a plurality of stages of gas-liquid separators and a power generation turbine, it is possible to reduce the size of the device and reduce the labor of maintenance.

なお、この実施の形態１では、熱伝導部材として電力ケーブル３を使用したが、これに限るものではなく、地熱溜り２０の熱を地表まで効率よく伝導できるものであれば、どのようなものを使用しても構わない。   In the first embodiment, the power cable 3 is used as the heat conducting member. However, the present invention is not limited to this, and any material can be used as long as the heat of the geothermal reservoir 20 can be efficiently conducted to the ground surface. You can use it.

[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図５を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、温度差発電装置４および電力ケーブル３が除去され、電力ケーブル３Ａが設けられている点である。電力ケーブル３Ａは、地熱溜り２０と水蒸気発生装置９との間に接続され、地熱溜り２０から水蒸気発生装置９に熱を伝導させる。電力ケーブル３Ａの構成は電力ケーブル３と同じであり、図２で説明した通りである。 [Embodiment 2]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply system according to Embodiment 2 of the present invention, and is a diagram to be compared with FIG. Referring to FIG. 5, this uninterruptible power supply system is different from the uninterruptible power supply system of FIG. 1 in that temperature difference power generation device 4 and power cable 3 are removed and power cable 3A is provided. The power cable 3 </ b> A is connected between the geothermal reservoir 20 and the steam generator 9, and conducts heat from the geothermal reservoir 20 to the steam generator 9. The configuration of the power cable 3A is the same as that of the power cable 3, and is as described with reference to FIG.

図６は、電力ケーブル３Ａを埋設する方法を例示する図であって、図３と対比される図である。電力ケーブル３Ａは、電力ケーブル３と同様に、地表２２から地熱溜り２０の内部まで斜めに掘削された孔２１に挿入される。電力ケーブル３Ａの導体の一方端部は地熱溜り２０の内部に設置され、その他方端部は地表２２上に設置される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a method of embedding the power cable 3A, and is a diagram contrasted with FIG. Similarly to the power cable 3, the power cable 3 </ b> A is inserted into the hole 21 that is excavated obliquely from the ground surface 22 to the inside of the geothermal reservoir 20. One end of the conductor of the power cable 3 </ b> A is installed inside the geothermal reservoir 20, and the other end is installed on the ground surface 22.

地熱溜り２０の熱は、電力ケーブル３Ａの導体の一方端部から他方端部に伝導される。水蒸気発生装置９は、電力ケーブル３Ａの導体の他方端部から受ける熱と、燃料電池８から受ける熱と、水とを用いて水蒸気を生成し、その水蒸気を水蒸気電解装置６に与える。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。   The heat of the geothermal reservoir 20 is conducted from one end of the conductor of the power cable 3A to the other end. The steam generator 9 generates steam using heat received from the other end of the conductor of the power cable 3A, heat received from the fuel cell 8, and water, and supplies the steam to the steam electrolyzer 6. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.

この実施の形態２では、電力ケーブル３Ａの導体の一方端部を地熱溜り２０の内部に設置し、その導体の他方端部に伝導された熱を用いて水蒸気を生成し、その水蒸気を電気分解して水素を生成し、その水素を燃料として直流電力を生成する。したがって、複数段の気液分離器および発電用タービンを使用する従来技術（特許文献２）と比べ、装置の小型化、メンテナンスの手間の軽減化を図ることができる。   In the second embodiment, one end of the conductor of the power cable 3A is installed inside the geothermal reservoir 20, and steam is generated using heat conducted to the other end of the conductor, and the steam is electrolyzed. Thus, hydrogen is generated, and DC power is generated using the hydrogen as fuel. Therefore, compared with the prior art (Patent Document 2) that uses a plurality of stages of gas-liquid separators and a power generation turbine, it is possible to reduce the size of the device and reduce the labor of maintenance.

なお、実施の形態１と２を組合せ、地熱溜り２０の熱を電力ケーブル３を介して温度差発電装置４に与えるとともに、地熱溜り２０の熱を電力ケーブル３Ａを介して水蒸気発生装置９に与えてもよい。   In addition, Embodiments 1 and 2 are combined, and heat from the geothermal reservoir 20 is applied to the temperature difference power generator 4 via the power cable 3, and heat from the geothermal reservoir 20 is applied to the steam generator 9 via the power cable 3A. May be.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１ 太陽光発電装置、２ 風力発電装置、３，３Ａ 電力ケーブル、３ａ 導体、３ｂ 絶縁体、４ 温度差発電装置、５，１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６ 水蒸気電解装置、７ 水素貯蔵装置、８ 燃料電池、９ 水蒸気発生装置、１０ 直流母線、１１ ＡＣ／ＤＣコンバータ、１３ 蓄電池、１４ ＤＣ／ＡＣコンバータ、１５ バイパススイッチ、２０ 地熱溜り、２１ 孔、２２ 地表、５０ 商用交流電源、５１ 負荷。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar power generation device, 2 Wind power generation device, 3,3A Power cable, 3a conductor, 3b insulator, 4 Temperature difference power generation device, 5,12 DC / DC converter, 6 Steam electrolysis device, 7 Hydrogen storage device, 8 Fuel Battery, 9 Water vapor generator, 10 DC bus, 11 AC / DC converter, 13 Storage battery, 14 DC / AC converter, 15 Bypass switch, 20 Geothermal pool, 21 holes, 22 Surface, 50 Commercial AC power, 51 Load.

Claims (8)

地熱溜りの熱を用いて電力を生成する発電システムであって、
一方端部が前記地熱溜りに設置され、一方端部から他方端部に前記地熱溜りの熱を伝導させる熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の他方端部の熱を用いて水素を生成する水素発生装置と、
前記水素発生装置によって生成された水素を燃料として直流電力を生成する燃料電池とを備える、発電システム。 A power generation system that generates power using the heat of a geothermal pool,
One end is installed in the geothermal pool, and a heat conducting member that conducts heat from the geothermal pool from one end to the other end;
A hydrogen generator for generating hydrogen using heat at the other end of the heat conducting member;
A power generation system comprising: a fuel cell that generates direct-current power using hydrogen generated by the hydrogen generator as a fuel. 前記水素発生装置は、
前記熱伝導部材の他方端部と冷熱源との温度差を用いて電力を生成する発電装置と、
前記発電装置によって生成された電力を使用し、水蒸気を電気分解して水素を生成する電解装置とを含み、
前記燃料電池は、前記電解装置によって生成された水素を燃料として直流電力を生成する、請求項１に記載の発電システム。 The hydrogen generator is
A power generation device that generates electric power using a temperature difference between the other end of the heat conducting member and a cold heat source; and
An electrolysis device that uses the power generated by the power generation device to electrolyze water vapor to produce hydrogen,
The power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell generates DC power using hydrogen generated by the electrolyzer as fuel. 前記水素発生装置は、
さらに、前記燃料電池で発生する熱を用いて水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、
前記電解装置によって生成された水素を蓄える水素貯蔵装置とを含み、
前記電解装置は前記水蒸気発生装置によって生成された水蒸気を電気分解し、
前記燃料電池は、前記電解装置によって生成されて前記水素貯蔵装置に蓄えられた水素を燃料として直流電力を生成する、請求項２に記載の発電システム。 The hydrogen generator is
Furthermore, a steam generator that generates steam using heat generated in the fuel cell;
A hydrogen storage device for storing hydrogen generated by the electrolysis device,
The electrolyzer electrolyzes water vapor generated by the water vapor generator,
The power generation system according to claim 2, wherein the fuel cell generates direct-current power using hydrogen generated by the electrolysis device and stored in the hydrogen storage device as fuel. 前記水素発生装置は、
前記熱伝導部材の他方端部の熱を用いて水蒸気を生成する水蒸気発生装置と、
自然エネルギーを用いて電力を生成する発電装置と、
前記発電装置によって生成された電力を使用し、前記水蒸気発生装置によって生成された水蒸気を電気分解して水素を生成する電解装置とを含み、
前記燃料電池は、前記電解装置によって生成された水素を燃料として直流電力を生成する、請求項１に記載の発電システム。 The hydrogen generator is
A water vapor generating device that generates water vapor using heat at the other end of the heat conducting member;
A power generation device that generates power using natural energy;
An electrolysis device that uses the power generated by the power generation device and electrolyzes the water vapor generated by the water vapor generation device to generate hydrogen,
The power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell generates DC power using hydrogen generated by the electrolyzer as fuel. 前記水素発生装置は、さらに、前記電解装置によって生成された水素を蓄える水素貯蔵装置を含み、
前記燃料電池は、前記電解装置によって生成されて前記水素貯蔵装置に蓄えられた水素を燃料として直流電力を生成する、請求項４に記載の発電システム。 The hydrogen generator further includes a hydrogen storage device for storing hydrogen generated by the electrolysis device,
5. The power generation system according to claim 4, wherein the fuel cell generates DC power using hydrogen generated by the electrolysis device and stored in the hydrogen storage device as fuel. 6. 前記熱伝導部材は電力用ケーブルを含み、
前記電力用ケーブルは、地表と前記地熱溜りの間に形成された孔に挿入されている、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の発電システム。 The heat conducting member includes a power cable,
The power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the power cable is inserted into a hole formed between a ground surface and the geothermal pool. 前記孔は、前記地表に対して斜め方向に形成されている、請求項６に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 6, wherein the hole is formed in an oblique direction with respect to the ground surface. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の発電システムを備え、前記燃料電池によって生成される直流電力、交流電源から供給される交流電力、または電力貯蔵装置の直流電力を用いて負荷を駆動させる無停電電源システムであって、
前記燃料電池によって生成された直流電力を受ける直流母線と、
前記交流電源から交流電力が正常に供給されている第１の場合は、前記直流母線の直流電圧が予め定められた直流電圧になるように前記交流電源と前記直流母線との間で電力を授受し、前記交流電源から交流電力が正常に供給されていない第２の場合は、その運転が停止されるＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１の場合は、前記直流母線から受けた直流電力を前記電力貯蔵装置に蓄え、前記第２の場合は、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流母線に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流母線から受けた直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給するＤＣ／ＡＣコンバータとを備える、無停電電源システム。 A power generation system according to any one of claims 1 to 7, comprising DC power generated by the fuel cell, AC power supplied from an AC power supply, or DC power of a power storage device. An uninterruptible power supply system that drives a load,
A DC bus that receives the DC power generated by the fuel cell;
In the first case where AC power is normally supplied from the AC power source, power is transferred between the AC power source and the DC bus so that the DC voltage of the DC bus becomes a predetermined DC voltage. In the second case where AC power is not normally supplied from the AC power source, an AC / DC converter whose operation is stopped,
In the first case, DC power received from the DC bus is stored in the power storage device, and in the second case, a DC / DC converter that supplies DC power of the power storage device to the DC bus;
An uninterruptible power supply system comprising: a DC / AC converter that converts DC power received from the DC bus into AC power and supplies the AC power to the load.
JP2016096923A 2016-05-13 2016-05-13 Power generation system and uninterruptible power supply system using the same Active JP6563851B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016096923A JP6563851B2 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Power generation system and uninterruptible power supply system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016096923A JP6563851B2 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Power generation system and uninterruptible power supply system using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017204429A true JP2017204429A (en) 2017-11-16
JP6563851B2 JP6563851B2 (en) 2019-08-21

Family

ID=60322527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016096923A Active JP6563851B2 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Power generation system and uninterruptible power supply system using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6563851B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58165004U (en) * 1982-04-26 1983-11-02 佐藤　賢二 Geothermal snow melting equipment
JP2009141079A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 Jr Higashi Nippon Consultants Kk Thermoelectric element module
JP2012047163A (en) * 2010-08-24 2012-03-08 Yoshio Matsufuji Heat transfer system (mechanism) in using geothermal heat
JP2014220152A (en) * 2013-05-09 2014-11-20 株式会社ノーリツ Power generation device
JP2015176675A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 日本電信電話株式会社 Distributed power supply system, and method of operating the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58165004U (en) * 1982-04-26 1983-11-02 佐藤　賢二 Geothermal snow melting equipment
JP2009141079A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 Jr Higashi Nippon Consultants Kk Thermoelectric element module
JP2012047163A (en) * 2010-08-24 2012-03-08 Yoshio Matsufuji Heat transfer system (mechanism) in using geothermal heat
JP2014220152A (en) * 2013-05-09 2014-11-20 株式会社ノーリツ Power generation device
JP2015176675A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 日本電信電話株式会社 Distributed power supply system, and method of operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6563851B2 (en) 2019-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ingole et al. Hybrid power generation system using wind energy and solar energy
US10770903B2 (en) Distributed energy system with four conductor bipolar DC bus
KR101469904B1 (en) Power Control Board Mode control System for Solar installations with ESS.
EP2065901A3 (en) Power Backup System For Offshore Wind Generators
Rohouma et al. Comparative study of different PV modules configuration reliability
BRPI1005205A2 (en) Method for Providing Auxiliary Electrical Power and Underwater Well Installation
Hossain et al. Solar PV-Hydrogen Fuel cell system for electrification of a remote village in Bangladesh
Elkadeem et al. Techno-economic design and assessment of grid-isolated hybrid renewable energy system for agriculture sector
US20180331242A1 (en) Efficient Solar Energy Generation and Conversion System
Alkarrami et al. Optimal sizing of a stand-alone hybrid energy system for water pumping in Sirte, Libya
US20220109173A1 (en) Hydrogen Based Renewable Energy Storage System
Khan et al. An investigation of cell efficiency of pathor kuchi leaf (PKL) cell for electricity generation
Brey et al. Integration of renewable energy sources as an optimised solution for distributed generation
JP7452842B2 (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
JP6563851B2 (en) Power generation system and uninterruptible power supply system using the same
US11271230B2 (en) Method for electrical supply of an apparatus by an autonomous hybrid station
CN206635425U (en) A kind of wind and solar integrated cathode protection device of the intelligence of highly redundant
Johnson et al. Solar Electricity System Design for Administrative Buildings
JPH0491638A (en) Energy system
Luta et al. Potential benefits of renewable fuel cell systems for rural communities’ power supply
Saini et al. Performance evaluation and simulation of solar panel, wind mill, fuel cell hybrid system for small scale energy harvesting
JP2013007319A (en) Power generation system using novel energy
Khan et al. Installation of Solar Power System used for Street Lights and Schools in Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan
Awad et al. Hybrid PV/FC system design and simulation
Imam et al. Sizing and economic analysis of hybrid PV/PEMFC systems for remote areas residential utilization

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180604

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190320

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190514

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190723

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190725

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6563851

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250