JP2019090084A - 低炭素エネルギーシステム及び低炭素エネルギーネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を効率良く抑制できる低炭素エネルギーシステムを提供すること。【解決手段】水電解装置３とメタネーション装置４を水素供給ライン１３を介して接続し、メタネーション装置４とコージェネレーションシステム５を第１メタン供給ライン１４を介して接続し、水電解装置３とコージェネレーションシステム５を酸素供給ライン１２を介して接続し、コージェネレーションシステム５とメタネーション装置４を第１二酸化炭素回収手段１５を介して接続することにより、コージェネレーションシステム５が、水電解装置３から供給される酸素とメタネーション装置４から供給されるメタンガスを利用して動作する場合に発生する二酸化炭素を、メタネーション装置４に供給し、メタネーション装置４が、水電解装置３から供給される水素とコージェネレーションシステム５から回収した二酸化炭素を反応させてメタンガスを生成するようにする。【選択図】 図１

Description

本発明は、低炭素エネルギーシステム及び低炭素エネルギーネットワークシステムに関する。

例えば、ガス設備においてガスを燃焼させると、窒素や二酸化炭素などを含む排ガスが発生する。例えば、特許文献１には、ガスタービン発電機から排出された燃焼排ガスから二酸化炭素を回収し、回収された二酸化炭素と水素とを原料ガスとしてメタンを製造し、製造されたメタンをガスタービン装置が用いる発電システムが開示されている。

特開２０１５−１０９７６７号公報

しかしながら、従来の技術には以下の問題があった。すなわち、特許文献１に記載する技術は、空気を用いてメタンガスを燃焼させるため、燃焼排ガスに二酸化炭素だけでなく、窒素が多く含まれる。そのため、特許文献１に記載する技術は、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収分離するために、化学吸収などの特殊な処理が必要になる。よって、ガス設備から大気に排出される二酸化炭素を効率良く抑制する技術には、改善の余地があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、従来は大気放散していた酸素を有効活用して、二酸化炭素を効率良く抑制できる低炭素エネルギーシステム及び低炭素エネルギーネットワークシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）水を水素と酸素に分解する水分解装置と、水素と二酸化炭素を反応させてメタンガスを生成するメタネーション装置と、酸素とメタンガスを用いて動作するガス設備と、前記水分解装置が生成した水素を前記メタネーション装置に供給する水素供給手段と、前記メタネーション装置が生成したメタンガスを前記ガス設備に供給する第１メタン供給手段と、前記水分解装置が生成した酸素を前記ガス設備に供給する酸素供給手段と、前記ガス設備が前記水分解装置から供給された酸素と前記メタネーション装置から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する二酸化炭素を、前記メタネーション装置に回収させる第１二酸化炭素回収手段と、を有すること、を特徴とする。

従来のガス設備は、空気とメタンガスを用いて動作するのが一般的だが、上記構成の低炭素エネルギーシステムは、水分解装置が水から分解した酸素（純酸素）をガス設備に供給し、ガス設備が、水分解装置から供給される酸素とメタネーション装置から供給されるメタンガスを用いて動作する。従来、水分解装置は、水素の生成が主目的であり、酸素は副生成物として活用されていなかった。しかし、上記構成の低炭素エネルギーシステムは、水分解装置が水素製造時に発生する酸素をガス設備に供給するので、従来は大気放散していた酸素を有効活用できる。また、ガス設備は、酸素とメタンガスを用いて動作するので、動作時に発生する排ガスがほぼ二酸化炭素と水のみを含む。つまり、排ガスが窒素を殆ど含まない。ガス設備から発生した二酸化炭素は、メタネーション装置に回収される。メタネーション装置は、ガス設備から回収した二酸化炭素と水分解装置から供給された水素を反応させ、メタンガスを生成する。生成されたメタンガスは、ガス設備に供給されて使用される。このように、低炭素エネルギーシステムは、ガス設備から排出される排ガスがほぼ二酸化炭素と水のみを含むので、二酸化炭素を回収する処理が簡単になり、二酸化炭素を効率良く回収できる。そして、低炭素エネルギーシステムは、ガス設備から発生する二酸化炭素を大気に放出したり固定化したりせずにメタンガスの生成に利用するので、ガス設備から大気に放出される二酸化炭素を大幅に削減できる。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステムによれば、従来は大気放散していた酸素を有効活用して、二酸化炭素を効率良く抑制できる。
尚、ガス設備には、コージェネレーションシステム、ボイラー、吸収式冷凍機、工業炉などが含まれる。コージェネレーションシステムの種類には、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池が含まれる。
また、水分解装置には、電気エネルギーを用いた水電解装置、太陽光エネルギーを用いた光触媒システム、高温熱を用いた熱分解装置などが含まれる。

（２）（１）に記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記ガス設備が前記水分解装置から供給された酸素と前記メタネーション装置から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する水を、前記水分解装置に回収させる第１水再利用手段を有すること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、ガス設備で発生した水を水素と酸素に分解して、有効活用できる。また、例えば、水分解装置に水道管から水を供給できない非常時でも、ガス設備と水分解装置との間で水が循環するので、システムの自立性を高めることができる。

（３）（１）又は（２）に記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、前記発電装置から前記水分解装置に電力を供給する電力供給手段とを有すること、前記水分解装置が水電解装置であること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、発電装置が、天候の影響を受けて、電力の安定供給の不安定要素になる電力を発生しても、その電力を水電解装置にて水素に変換し、メタンガスの生成に有効活用することができる。

（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、所定のエリア内で複数の設備を接続して、エネルギーを相互に利用できるようにしたエネルギー負荷ネットワークと、前記エネルギー負荷ネットワーク内で発生した二酸化炭素を回収して、前記メタネーション装置に供給する第２二酸化炭素回収手段とを有すること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、第２二酸化炭素回収手段がエネルギー負荷ネットワークから回収した二酸化炭素を、メタネーション装置がメタンガスの生成に利用する。エネルギー負荷ネットワークは、例えば、一定規模の住宅、公共施設、商業施設などからなるローカルタウンや、様々な設備からなる工場などである。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステムによれば、エネルギー負荷ネットワーク内で発生した二酸化炭素が大気に放出されることを抑制し、低炭素化を図ることができる。

（５）（４）に記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記メタネーション装置が生成したメタンガスを前記エネルギー負荷ネットワークに供給する第２メタン供給手段を有すること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、エネルギー負荷ネットワーク内の設備が、メタネーション装置にて低炭素で生成されたメタンガスを使用するので、エネルギー負荷ネットワークを含めて低炭素化を図ることができる。

（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記メタネーション装置に都市ガスを供給する都市ガス供給手段を有すること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、例えば、再生可能エネルギーを利用して発電された電力を水素に変換する場合、水分解装置の水素製造量が天候に作用され、更には、メタネーション装置のメタンガス生成量が天候に左右される。メタネーション装置がガス設備に供給するメタンガスが不足する場合でも、メタンを約９０％含む都市ガスによりその不足分を補い、ガス設備を稼動させることができる。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステムによれば、天候等の影響を受けることなくガス設備にメタンガスを適切に供給して、ガス設備を安定稼働させることができる。

（７）（１）乃至（６）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記メタネーション装置は、メタンとカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を含むバイオガスを発生させるバイオガス発生装置に接続されていること、前記メタネーション装置が、前記カーボンニュートラルとされる二酸化炭素を再利用して前記メタンガスを生成することにより、カーボンマイナス効果が得られること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタネーション装置がメタンガスを生成できる。バイオガス発生装置から排出される二酸化炭素は、生物由来であるため、カーボンニュートラルとされ、大気中に排出されても排出カウントされない。上記構成の低炭素エネルギーシステムは、このようなカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を再利用してメタネーション装置がメタンガスを生成するので、大気中の二酸化炭素を削減するカーボンマイナス効果を得ることができる。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステムによれば、大気中の二酸化炭素の低減に貢献することができる。

（８）（１）乃至（７）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記メタネーション装置が前記メタンガスを生成する場合に生じた水を前記水分解装置に供給する第２水再利用手段を有すること、を特徴とする。

上記構成の低炭素エネルギーシステムは、メタネーション装置で発生した水を水素と酸素に分解して、有効活用できる。また、例えば、水分解装置に水道管から水を供給できない非常時でも、メタネーション装置と水分解装置との間で水が循環するので、システムの自立性を高めることができる。

（９）（１）乃至（８）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムが、第１エリアと、前記第１エリアと異なる第２エリアに、それぞれ設けられていること、前記第１エリアの低炭素エネルギーシステムと前記第２エリアの低炭素エネルギーシステムは、各々で発生した電力と水素と酸素とメタンガスと二酸化炭素の少なくとも１つを、相互に供給可能であること、を特徴とする低炭素エネルギーネットワークシステムである。

上記構成の低炭素エネルギーネットワークシステムによれば、第１エリアと第２エリアに設けられた低炭素エネルギーシステムを、電力と水素と酸素とメタンガスと二酸化炭素の少なくとも１つを補うバッファとして相互に利用することにより、機能性を高めることができる。

本発明によれば、従来は大気放散していた酸素を有効活用して、二酸化炭素を効率良く抑制できる低炭素エネルギーシステム及び低炭素エネルギーネットワークシステムを実現することができる。

本発明の実施形態に係る低炭素エネルギーシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る低炭素エネルギーネットワークシステムの概略構成図である。 低炭素エネルギーシステムの変形例である。

以下に、本発明に係る低炭素エネルギーシステム及び低炭素エネルギーネットワークシステムの実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る低炭素エネルギーシステム１の概略構成図である。

低炭素エネルギーシステム１は、主に、再生可能エネルギー発電システム２と、水電解装置３と、メタネーション装置４と、コージェネレーションシステム５と、分離回収装置６を備える。

第１電力供給ライン１１は、再生可能エネルギー発電システム２と水電解装置３を接続している。酸素供給ライン１２は、水電解装置３とコージェネレーションシステム５を接続している。水素供給ライン１３は、水電解装置３とメタネーション装置４を接続している。第１メタン供給ライン１４は、メタネーション装置４とコージェネレーションシステム５を接続している。第１二酸化炭素回収手段１５は、コージェネレーションシステム５とメタネーション装置４を接続している。第１二酸化炭素回収手段１５は、排気ライン１５ａと分離回収装置６と第１回収ライン１５ｂにより構成されている。排気ライン１５ａは、コージェネレーションシステム５と分離回収装置６を接続する。分離回収装置６は、排ガスを二酸化炭素と水に分離する。第１回収ライン１５ｂは、分離回収装置６とメタネーション装置４を接続する。ドレン回収ライン１６は、分離回収装置６と水電解装置３を接続している。更に、水再利用ライン２４は、メタネーション装置４と水電解装置３を接続している。

また、低炭素エネルギーシステム１は、エネルギー負荷ネットワーク７を備える。エネルギー負荷ネットワーク７は、一定規模の住宅、公共施設、商業施設などからなるローカルタウンや、様々なエネルギー設備からなる工場など、所定のエリア内で複数の設備を接続して、エネルギーを相互に利用できるようにしたものである。エネルギー負荷ネットワーク７は、第２電力供給ライン１８を介して再生可能エネルギー発電システム２に接続されている。また、エネルギー負荷ネットワーク７は、エネルギーライン１９を介してコージェネレーションシステム５に接続されている。第２メタン供給ライン２７は、エネルギー負荷ネットワーク７内に敷設され、エネルギー負荷ネットワーク７内に設置された各設備に都市ガス供給源８から都市ガスを供給するガス導管に、接続されている。

エネルギー負荷ネットワーク７内に設置された設備には、酸素を用いる１又は２以上のネットワーク側ガス設備が含まれる。低炭素エネルギーシステム１は、１又は２以上のネットワーク側ガス設備と水電解装置３を接続する酸素パイプライン３０を有する。１又は２以上のネットワーク側ガス設備は、水電解装置３から酸素パイプライン３０を介して供給される酸素を使用する際に、ほぼ水と二酸化炭素のみを含む排ガスを発生する。エネルギー負荷ネットワーク７は、１又は２以上のネットワーク側ガス設備が発生した排ガスを回収する排ガスパイプライン３１を備える。排ガスパイプライン３１は、分離回収装置６に接続されている。尚、本形態では、排ガスパイプライン３１と、分離回収装置６と、第１回収ライン１５ｂにより、第２二酸化炭素回収手段２９の一例が構成されている。

また、低炭素エネルギーシステム１は、都市ガス供給源８が都市ガス供給ライン２０を介して第１メタン供給ライン１４に接続されている。更に、低炭素エネルギーシステム１は、バイオガス発生装置９がバイオガス供給ライン２３を介してメタネーション装置４に接続されている。

水電解装置３と、メタネーション装置４と、コージェネレーションシステム５と、分離回収装置６は、所定のエリアを管轄するエネルギーセンター１０の中で一括管理されている。

尚、再生可能エネルギー発電システム２は、発電装置の一例である。水電解装置３は、水分解装置の一例である。コージェネレーションシステム５は、ガス設備の一例である。第１電力供給ライン１１は、電力供給手段の一例である。水素供給ライン１３は、水素供給手段の一例である。第１メタン供給ライン１４は、第１メタン供給手段の一例である。酸素供給ライン１２は、酸素供給手段の一例である。ドレン回収ライン１６は、第１水再利用手段の一例である。都市ガス供給ライン２０は、都市ガス供給手段の一例である。水再利用ライン２４は、第２水再利用手段の一例である。第２メタン供給ライン２７は、第２メタン供給手段の一例である。

次に、低炭素エネルギーシステム１の動作を説明する。

再生可能エネルギー発電システム２は、太陽光発電システムや風力発電システムなど、エネルギー源として持続可能に利用することができると認められるもの（例えば、風力、太陽光、地熱など）を利用して電力を発生させる。再生可能エネルギー発電システム２が発電した電力は、第２電力供給ライン１８を介してエネルギー負荷ネットワーク７に供給される。

ここで、再生可能エネルギー発電システム２の出力電力は、日照時間や風力など、天候に左右されて大きく変動し、時期によっては余剰する。このように変動が大きい電力や余剰電力は、電力系統にとって、電力を安定供給できない不安定要素になる。本形態では、このような余剰電力や変動電力などの不安定要素となる電力が、第１電力供給ライン１１を介して水電解装置３に供給される。

水電解装置３は、再生可能エネルギー発電システム２の不安定要素となる電力を利用して、水を水素と酸素に分解する。つまり、再生可能エネルギー発電システム２の不安定要素となる電力（余剰電力、変動電力）が、水電解装置３にて、水素に変換される。水電解装置３により分解された水素は、水素供給ライン１３を介してメタネーション装置４に供給される。一方、水電解装置３により分解された酸素は、廃棄されることなく、酸素供給ライン１２を介して水電解装置３からコージェネレーションシステム５に供給される。

メタネーション装置４は、水電解装置３から供給される水素と二酸化炭素を反応させてメタンガスを生成する。メタネーション装置４にて生成されたメタンガスは、第１メタン供給ライン１４を介してコージェネレーションシステム５に供給される。

コージェネレーションシステム５は、水電解装置３から供給される酸素とメタネーション装置４から供給されるメタンガスを利用して発電し、発電時に発生する排熱を給湯や床暖房などに利用する。コージェネレーションシステム５の種類には、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池が含まれる。コージェネレーションシステム５が動作時に発生する排ガスは、排気ライン１５ａを介してコージェネレーションシステム５から分離回収装置６に供給される。

ここで、コージェネレーションシステム５がガスエンジン又はガスタービンである場合には、酸素を用いてメタンガスを燃焼させて発電する際に、排ガスが発生する。一方、コージェネレーションシステム５が燃料電池である場合には、メタンから水素を製造する際に、排ガスが発生する。これらの排ガスは、ほぼ二酸化炭素と水のみを含み、窒素を殆ど含まない。よって、分離回収装置６は、二酸化炭素と水を分離するだけでよく、二酸化炭素を分離するために特殊な処理を必要としない。

分離回収装置６は、排ガスから分離した二酸化炭素を第１回収ライン１５ｂを介して水電解装置３に供給する。つまり、コージェネレーションシステム５が動作時に発生する二酸化炭素は、大気に放出されることなく、全て、第１二酸化炭素回収手段１５を介してメタネーション装置４に回収される。メタネーション装置４は、コージェネレーションシステム５から供給される二酸化炭素を、水電解装置３から供給される水素と反応させて、メタンガスを生成する。

一方、分離回収装置６は、排ガスから分離した水をドレン回収ライン１６を介して水電解装置３に供給する。水電解装置３は、その水を水素と酸素に分解すると、水素をメタネーション装置４に供給し、酸素をコージェネレーションシステム５に供給する。

ここで、例えば、水電解装置３が生成する水素を「１００」とした場合、水の分解式（２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２＋Ｏ_２）より、水電解装置３が生成する酸素は「５０」になる。メタネーション装置４は、水素と二酸化炭素を反応させると、メタンガスと水が生成される。このときの第１化学反応式（４Ｈ_２＋ＣＯ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ）より、メタネーション装置４は、水電解装置３から水素を「１００」供給されると、メタンガスを「２５」生成し、水を「５０」生成する。コージェネレーションシステム５は、メタネーション装置４から供給されるメタンガスと水電解装置３から供給される酸素を用いて動作する場合に、二酸化炭素と水を発生する。このときの第２化学反応式（ＣＨ_４＋２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ）より、コージェネレーションシステム５は、メタネーション装置４からメタンガスを「２５」供給され、水電解装置３から酸素を「５０」され、これらを反応させた場合、二酸化炭素が「２５」発生し、水が「５０」発生する。

この場合において、メタネーション装置４が生成した水「５０」は、水再利用ライン２４を介して水電解装置３に供給され、分離回収装置６が発生した水「５０」は、ドレン回収ライン１６を介して水電解装置３に供給される。よって、水電解装置３は、メタネーション装置４とコージェネレーションシステム５から水を「１００」回収できる。水電解装置３は、回収した水「１００」から水素「１００」と酸素「５０」を生成する。メタネーション装置４は、分離回収装置６から第１回収ライン１５ｂを介して、二酸化炭素を「２５」供給される。よって、低炭素エネルギーシステム１は、二酸化炭素を大気に放出させることなく、コージェネレーションシステム５を稼動させることができる。

ところで、メタネーション装置４が生成したメタンガスは、第２メタン供給ライン２７を介してエネルギー負荷ネットワーク７内の設備に供給され、消費される。そのため、メタネーション装置４と分離回収装置６から回収した水から分解した水素だけでは、コージェネレーションシステム５の安定稼働に必要なメタンガスを生成できない恐れがある。

一方、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、水電解装置３が、再生可能エネルギー発電システム２の不安定となる電力を利用して、エネルギーセンター１０の外部から供給される水を水素と酸素に分解し、メタネーション装置４に水素を供給するようにしている。しかし、再生可能エネルギー発電システム２の出力電力は天候に左右されて変動するため、水電解装置３が製造する水素の量も、天候に左右されて変動する。そして、水素の製造量の変動に応じて、メタネーション装置４が生成するメタンガスの量も天候によって変動する。

そこで、低炭素エネルギーシステム１は、都市ガス供給源８を第１メタン供給ライン１４に接続し、メタネーション装置４の製造だけでは不足するメタンガスを、メタンを主成分とする都市ガスにより補うようにしている。これにより、エネルギー負荷ネットワーク７内の各設備とコージェネレーションシステム５は、適切な量のメタンガスを供給され、安定稼働することができる。

ここで、エネルギー負荷ネットワーク７に設置された設備には、１又は２以上のネットワーク側ガス設備が含まれる。ネットワーク側ガス設備は、例えば、水電解装置３から酸素パイプライン３０を介して供給された酸素を利用して、メタネーション装置４から供給されるメタンガスや都市ガス供給源８から供給される都市ガスを利用して運転する。すると、ネットワーク側ガス設備は、ほぼ二酸化炭素と水のみを含み、窒素を含まない排ガスを発生する。

低炭素エネルギーシステム１は、エネルギー負荷ネットワーク７内で発生した排ガスを、排ガスパイプライン３１を介して、エネルギーセンター１０内の分離回収装置６に回収する。分離回収装置６は、排ガスを二酸化炭素と水に分離する。排ガスがほぼ二酸化炭素と水のみを含むため、分離回収装置６は、排ガスから二酸化炭素を簡単に分離できる。分離された二酸化炭素は、第１回収ライン１５ｂを介してメタネーション装置４に供給される。メタネーション装置４は、エネルギー負荷ネットワーク７で発生した二酸化炭素を、水電解装置３から供給される水素と反応させて、メタンガスを生成し、コージェネレーションシステム５に供給したり、エネルギー負荷ネットワーク７に供給したりする。よって、低炭素エネルギーシステム１は、エネルギー負荷ネットワーク７内で発生した二酸化炭素を大気に放出せずに、メタンガスの生成に有効活用することができる。一方、排ガスから分離された水は、ドレン回収ライン１６を介して水電解装置３に供給され、水素の製造に再利用される。

更に、メタネーション装置４は、バイオガス供給ライン２３を介してバイオガス発生装置９に接続されている。バイオガス発生装置９は、メタンとカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を含むバイオガスをメタネーション装置４に供給する。メタネーション装置４は、バイオガスに含まれるメタンをコージェネレーションシステム５に供給する。また、メタネーション装置４は、バイオガスに含まれるカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を、水電解装置３から供給される水素と反応させて、メタンガスを生成し、そのメタンガスをコージェネレーションシステム５に供給する。カーボンニュートラルとされる二酸化炭素は、従来、大気に排出されても排出カウントされない。よって、バイオガス発生装置９が発生するカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を利用してメタンガスを生成することにより、大気中の二酸化炭素を低減して、カーボンマイナスとすることができる。

以上説明したように、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、水を水素と酸素に分解する水電解装置３と、水素と二酸化炭素を反応させてメタンガスを生成するメタネーション装置４と、酸素とメタンガスを用いて動作するコージェネレーションシステム５と、水電解装置３が生成した水素をメタネーション装置４に供給する水素供給ライン１３と、メタネーション装置４が生成したメタンガスをコージェネレーションシステム５に供給する第１メタン供給ライン１４と、水電解装置３が生成した酸素をコージェネレーションシステム５に供給する酸素供給ライン１２と、コージェネレーションシステム５が水電解装置３から供給された酸素とメタネーション装置４から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する二酸化炭素を、メタネーション装置４に回収させる第１二酸化炭素回収手段１５と、を有すること、を特徴とする。

従来のガス設備は、空気とメタンガスを用いて動作するのが一般的だが、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、水電解装置３が水から分解した酸素（純酸素）をコージェネレーションシステム５に供給し、コージェネレーションシステム５が、水電解装置３から供給される酸素とメタネーション装置４から供給されるメタンガスを用いて動作する。従来、水電解装置３は、水素の生成が主目的であり、酸素は副生成物として活用されていなかった。しかし、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、水電解装置３が水素製造時に発生する酸素をコージェネレーションシステム５に供給するので、従来は大気放散していた酸素を有効活用できる。また、コージェネレーションシステム５は、酸素とメタンガスを用いて動作するので、動作時に発生する排ガスがほぼ二酸化炭素と水のみを含む。つまり、排ガスが窒素を殆ど含まない。コージェネレーションシステム５から発生した二酸化炭素は、メタネーション装置４に回収される。メタネーション装置４は、コージェネレーションシステム５から回収した二酸化炭素と水電解装置３から供給された水素を反応させ、メタンガスを生成する。生成されたメタンガスは、コージェネレーションシステム５に供給されて使用される。このように、低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５から排出される排ガスがほぼ二酸化炭素と水のみを含むので、二酸化炭素を回収する処理が簡単になり、二酸化炭素を効率良く回収できる。そして、低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５から発生する二酸化炭素を大気に放出したり固定化したりせずにメタンガスの生成に利用するので、コージェネレーションシステム５から大気に放出される二酸化炭素を大幅に削減できる。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステムによれば、従来は大気放散していた酸素を有効活用して、二酸化炭素を効率良く抑制できる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５が水電解装置３から供給された酸素とメタネーション装置４から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する水を、水電解装置３に回収させるドレン回収ライン１６を有すること、を特徴とする。

このような低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５で発生した水を水素と酸素に分解して、有効活用できる。また、例えば、水電解装置３に水道管から水を供給できない非常時でも、コージェネレーションシステム５と水電解装置３との間で水が循環するので、システムの自立性を高めることができる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する再生可能エネルギー発電システム２と、再生可能エネルギー発電システム２から水電解装置３に電力を供給する第１電力供給ライン１１とを有すること、水電解装置３が水電解装置であること、を特徴とする。

このような低炭素エネルギーシステム１は、再生可能エネルギー発電システム２が、天候の影響を受けて、電力の安定供給の不安定要素になる電力を発生しても、その電力を水電解装置３にて水素に変換し、メタンガスの生成に有効活用することができる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、所定のエリア内で複数の設備を接続して、エネルギーを相互に利用できるようにしたエネルギー負荷ネットワーク７と、エネルギー負荷ネットワーク７内で発生した二酸化炭素を回収して、メタネーション装置４に供給する第２二酸化炭素回収手段２９とを有すること、を特徴とする。

このような低炭素エネルギーシステム１は、第２二酸化炭素回収手段２９がエネルギー負荷ネットワーク７から回収した二酸化炭素を、メタネーション装置４がメタンガスの生成に利用する。エネルギー負荷ネットワーク７は、例えば、一定規模の住宅、公共施設、商業施設などからなるローカルタウンや、様々な設備からなる工場などである。よって、本形態の低炭素エネルギーシステム１によれば、エネルギー負荷ネットワーク７内で発生した二酸化炭素が大気に放出されることを抑制し、低炭素化を図ることができる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１において、メタネーション装置４が生成したメタンガスをエネルギー負荷ネットワーク７に供給する第２メタン供給ライン２７を有することを特徴とする。

このような低炭素エネルギーシステム１は、エネルギー負荷ネットワーク７内の設備が、メタネーション装置４にて低炭素で生成されたメタンガスを使用するので、エネルギー負荷ネットワーク７を含めて低炭素化を図ることができる。また、本形態では、第２メタン供給ライン２７が、既設のガス導管１７に接続されている。そのため、メタネーション装置４が生成したメタンガスをエネルギー負荷ネットワーク７の各設備に供給するための配管を新たに設ける手間を軽減できる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、メタネーション装置４に都市ガスを供給する都市ガス供給ライン２０を有することを特徴とする。例えば、再生可能エネルギーを利用して発電された電力を水素に変換する場合、水電解装置３の水素製造量が天候に作用され、更には、メタネーション装置４のメタンガス生成量が天候に左右される。メタネーション装置４がコージェネレーションシステム５に供給するメタンガスが不足する場合でも、メタンを約９０％含む都市ガスによりその不足分を補い、コージェネレーションシステム５を稼動させることができる。よって、上記構成の低炭素エネルギーシステム１によれば、天候等の影響を受けることなくコージェネレーションシステム５にメタンガスを適切に供給して、コージェネレーションシステム５を安定稼働させることができる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、メタネーション装置４が、メタンとカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を含むバイオガスを発生させるバイオガス発生装置９に接続されていること、メタネーション装置４が、カーボンニュートラルとされる二酸化炭素を再利用してメタンガスを生成することにより、カーボンマイナス効果が得られること、を特徴とする。

このような低炭素エネルギーシステム１は、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタネーション装置４がメタンガスを生成できる。バイオガス発生装置９から排出される二酸化炭素は、生物由来であるため、カーボンニュートラルとされ、大気中に排出されても排出カウントされない。本形態の低炭素エネルギーシステム１は、このようなカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を再利用してメタネーション装置４がメタンガスを生成するので、大気中の二酸化炭素を削減するカーボンマイナス効果を得ることができる。よって、本形態の低炭素エネルギーシステム１によれば、大気中の二酸化炭素の低減に貢献することができる。

ここで、二酸化炭素再利用の物質収支に関しては、バイオガス発生装置９からメタネーション装置４に供給される二酸化炭素は、系外の追加分となる。低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５やエネルギー負荷ネットワーク７から回収した二酸化炭素だけでは、低炭素エネルギーシステム１の需要に応じたメタンガスを生成できない場合がある。このような場合には、低炭素エネルギーシステム１は、コージェネレーションシステム５やエネルギー負荷ネットワーク７から回収した二酸化炭素の不足分を、バイオガス発生装置９から排出される二酸化炭素により補うことができる。

また、本形態の低炭素エネルギーシステム１は、メタネーション装置４がメタンガスを生成する場合に生じた水を水電解装置３に供給する水再利用ライン２４を有することを特徴とする。かかる低炭素エネルギーシステム１は、メタネーション装置４で発生した水を水素と酸素に分解して、有効活用できる。また、例えば、水電解装置３に水道管から水を供給できない非常時でも、メタネーション装置４と水電解装置３との間で水が循環するので、システムの自立性を高めることができる。

続いて、低炭素エネルギーネットワークシステム５０について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係る低炭素エネルギーネットワークシステム５０の概略構成図である。

エリアＸＡ，ＸＢ，ＸＣには、それぞれ、低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃが設けられている。低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、それぞれのエネルギーセンター１０内に、蓄電器ＢＡ，ＢＢ，ＢＣと、水素タンクＴ１Ａ，Ｔ１Ｂ，Ｔ１Ｃと、酸素タンクＴ２Ａ，Ｔ２Ｂ，Ｔ２Ｃと、メタンガスタンクＴ３Ａ，Ｔ３Ｂ，Ｔ３Ｃと、二酸化炭素タンクＴ４Ａ，Ｔ４Ｂ，Ｔ４Ｃを備える。低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、接続ラインＹＡ，ＹＢ，ＹＣを介して相互に接続されている。尚、各構成の符号には、添え字「Ａ］「Ｂ］「Ｃ」を付加しているが、特に区別する必要がない場合には、適宜添え字を省略する。

蓄電器Ｂには、設置先のエリアＸ内で発生した電力（再生可能エネルギー発電システム２や、コージェネレーションシステム５や、エネルギー負荷ネットワーク７内の発電装置等が発電した電力）や、他のエリアから供給された電力が、蓄電される。また、水素タンクＴ１には、設置先のエリアＸに設けられた水電解装置３やエネルギー負荷ネットワーク７内で生成した水素や、他のエリアから供給された水素が貯められる。尚、酸素タンクＴ２とメタンガスタンクＴ３と二酸化炭素タンクＴ４は、水素タンクＴ１と同様にして、酸素とメタンガスと二酸化炭素が貯められる。

尚、エリアＸは、３個に限らず、２個でも、４個以上であっても良い。その場合でも、各エリアＸに低炭素エネルギーシステム１を設け、接続ラインＹを介して相互に接続すると良い。

かかる低炭素エネルギーネットワークシステム５０は、エリアＸＡ，ＸＢ，ＸＣでは、各々に設けられた低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより、大気に放出される二酸化炭素が効率良く抑制されている。低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、蓄電器ＢＡ，ＢＢ，ＢＣに蓄電された電力や各タンクＴの水素や酸素やメタンガスや二酸化炭素を、接続ラインＹＡ，ＹＢ，ＹＣを介して相互に供給し、融通し合うことができる。そのため、例えば、低炭素エネルギーシステム１Ａは、電力、水素、酸素、メタンガス、二酸化炭素の何れかが不足する場合、低炭素エネルギーシステム１Ｂ又は低炭素エネルギーシステム１Ｃに貯められた水素、酸素、メタンガス、二酸化炭素を受け入れることで、安定的に稼動できる。また例えば、低炭素エネルギーシステム１Ｂで余剰する電力や水素や酸素やメタンガスや二酸化炭素を、他の低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｃに供給して蓄えたり、有効活用したりすることができる。

よって、低炭素エネルギーネットワークシステム５０によれば、各エリアＸＡ，ＸＢ，ＸＣに設けられた低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、電力と水素と酸素とメタンガスと二酸化炭素の少なくとも１つを補うバッファとして相互に利用することにより、機能性を高めることができる。

また例えば、低炭素エネルギーシステム１Ｃにおいて、二酸化炭素が不足する場合には、低炭素エネルギーシステム１Ａ，１Ｂのバイオガス発生装置９で発生したカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を低炭素エネルギーシステム１Ｃに供給して不足分を補うことができるので、より高度な低炭素化を実現することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、コージェネレーションシステム５をガス設備の一例として挙げた。これに対して、ガス設備は、ボイラー、吸収式冷凍機、工業炉などのメタンガスを燃料として稼動するものであれば良い。

（２）例えば、上記実施形態では、エネルギー負荷ネットワーク７を排ガスパイプライン３１と、分離回収装置６を介してメタネーション装置４に接続した。これに対して、排ガスパイプライン３１を省いても良い。この場合、酸素パイプライン３０を省き、エネルギー負荷ネットワーク７内のネットワーク側ガス設備は、空気を用いるものにしても良い。これによれば、酸素パイプライン３０と排ガスパイプライン３１の設置コストやネットワーク側ガス設備の機器コストなどを削減して、コストダウンできる。但し、ネットワーク側ガス設備を酸素を用いるものとし、酸素パイプライン３０と排ガスパイプライン３１を設ける場合には、より広いエリアで低炭素化を実現することができる。

（３）例えば、上記実施形態では、都市ガス供給ライン２０を第１メタン供給ライン１４に接続した。これに対して、都市ガス供給ライン２０を省いて、コストダウンしても良い。尚、都市ガス供給ライン２０は、一般家庭に都市ガスを供給する系統を利用すれば、設置コストを比較的抑えることができる。

（４）例えば、上記実施形態では、再生可能エネルギー発電システム２を水電解装置３に接続した。これに対して、第１電力供給ライン１１を省き、水電解装置３が商用電力を利用して水を分解するようにしても良い。

（５）例えば、上記実施形態では、メタネーション装置４にバイオガス発生装置９を接続した。これに対して、メタネーション装置４にバイオガス発生装置９を接続しなくても良い。

（６）例えば、上記形態では、電気エネルギーを用いた水電解装置３を水分解装置の一例に挙げた。これに対して、太陽光エネルギーを用いた光触媒システムや、高温熱を用いた熱分解装置など、電気によらずに水を水素の酸素に分解するものを、水分解装置としても良い。

（７）例えば、第２メタン供給ライン２７を省き、コストダウンしても良い。

（８）例えば、上記形態では、酸素を用いるネットワーク側ガス設備と水電解装置３を酸素パイプライン３０により接続した。そして、排ガスパイプライン３１と分離回収装置６と第１回収ライン１５ｂにより、第２二酸化炭素回収手段２９を構成し、ネットワーク側ガス設備から排出される二酸化炭素をメタンガスの生成に再利用した。これに対して、ネットワーク側ガス設備が、空気を用いるものであり、二酸化炭素と水の他に、窒素を含む排ガスを排出するものである場合には、図３に示すように、酸素パイプライン３０を省き、排ガスパイプライン２２と、二酸化炭素分離回収装置２６と、第２回収ライン２５により、第２二酸化炭素回収手段２９を構成しても良い。排ガスパイプライン２２は、ネットワーク側ガス設備と二酸化炭素分離回収装置２６を接続し、ネットワーク側ガス設備から回収した排ガスを二酸化炭素分離回収装置２６に供給する。二酸化炭素分離回収装置２６は、ネットワーク側ガス設備から排出された排ガスから二酸化炭素を分離して回収する。第２回収ライン２５は、第１回収ライン１５ｂに接続され、二酸化炭素分離回収装置２６にて回収された二酸化炭素をメタネーション装置４に供給する。よって、メタネーション装置４は、エネルギー負荷ネットワーク７のネットワーク側ガス設備から排出される二酸化炭素をメタネーション装置４に供給し、メタンガスの生成に再利用することができる。図３に示す変形例の構成では、上記形態と比べ、排ガスから二酸化炭素を分離するのに特殊な処理が必要になるが、より多くのネットワーク側ガス設備から二酸化炭素を回収してメタンガスの生成に再利用することができる。このことは、スケールメリットにつながる。また、酸素パイプライン３０を設置する費用を削減できる。尚、図１に示す構成にした場合には、水電解装置３が水素製造時に発生する酸素を、エネルギー負荷ネットワーク７内で有効活用できるメリットがある。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 低炭素エネルギーシステム
２ 再生可能エネルギー発電システム
３ 水電解装置
４ メタネーション装置
５ コージェネレーションシステム
７ エネルギー負荷ネットワーク
９ バイオガス発生装置
１１ 第１電力供給ライン
１２ 酸素供給ライン
１３ 水素供給ライン
１４ 第１メタン供給ライン
１５ 第１二酸化炭素回収手段
１６ ドレン回収ライン
２０ 都市ガス供給ライン
２４ 水再利用ライン
２７ 第２メタン供給ライン
２９ 第２二酸化炭素回収手段
５０ 低炭素エネルギーネットワークシステム
ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ エリア

（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、前記ガス設備に都市ガスを供給する都市ガス供給手段を有すること、を特徴とする。

Claims (9)

1. 水を水素と酸素に分解する水分解装置と、
   水素と二酸化炭素を反応させてメタンガスを生成するメタネーション装置と、
   酸素とメタンガスを用いて動作するガス設備と、
   前記水分解装置が生成した水素を前記メタネーション装置に供給する水素供給手段と、
   前記メタネーション装置が生成したメタンガスを前記ガス設備に供給する第１メタン供給手段と、
   前記水分解装置が生成した酸素を前記ガス設備に供給する酸素供給手段と、
   前記ガス設備が前記水分解装置から供給された酸素と前記メタネーション装置から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する二酸化炭素を、前記メタネーション装置に回収させる第１二酸化炭素回収手段と、を有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
2. 請求項１記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   前記ガス設備が前記水分解装置から供給された酸素と前記メタネーション装置から供給されたメタンガスを用いて動作するときに発生する水を、前記水分解装置に回収させる第１水再利用手段を有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
3. 請求項１又は請求項２に記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、
   前記発電装置から前記水分解装置に電力を供給する電力供給手段とを有すること、
   前記水分解装置が水電解装置であること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   所定のエリア内で複数の設備を接続して、エネルギーを相互に利用できるようにしたエネルギー負荷ネットワークと、
   前記エネルギー負荷ネットワーク内で発生した二酸化炭素を回収して、前記メタネーション装置に供給する第２二酸化炭素回収手段とを有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
5. 請求項４に記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   前記メタネーション装置が生成したメタンガスを前記エネルギー負荷ネットワークに供給する第２メタン供給手段を有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   前記メタネーション装置に都市ガスを供給する都市ガス供給手段を有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   前記メタネーション装置は、メタンとカーボンニュートラルとされる二酸化炭素を含むバイオガスを発生させるバイオガス発生装置に接続されていること、
   前記メタネーション装置が、前記カーボンニュートラルとされる二酸化炭素を再利用して前記メタンガスを生成することにより、カーボンマイナス効果が得られること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムにおいて、
   前記メタネーション装置が前記メタンガスを生成する場合に生じた水を前記水分解装置に供給する第２水再利用手段を有すること、
   を特徴とする低炭素エネルギーシステム。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか１つに記載する低炭素エネルギーシステムが、第１エリアと、前記第１エリアと異なる第２エリアに、それぞれ設けられていること、
   前記第１エリアの低炭素エネルギーシステムと前記第２エリアの低炭素エネルギーシステムは、各々で発生した電力と水素と酸素とメタンガスと二酸化炭素の少なくとも１つを、相互に供給可能であること、
   を特徴とする低炭素エネルギーネットワークシステム。

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