JP2022077667A - 水素製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーを利用した発電機を備える水素製造システムにおいて、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することが可能な水素製造システムを提供する。【解決手段】水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する第１発電機と、前記第１発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置とを備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である。【選択図】図３

Description

本開示は、水素製造システムに関する。

近年、ＣＯ_２排出量削減のためのエネルギー源として水素に注目が集まっている。

例えば、特許文献１に開示されている水素製造システムが備える制御装置は、太陽光発電機などの再生可能エネルギーを利用した発電機（以下、「再エネ発電機」という。）において発電された電力と、電力系統から供給された電力とを受電して水素を製造する水素製造装置への入力電力を制御する。

従来の水素製造システムによると、アグリゲータと呼ばれる電力の需給調整を行う事業者を介して電力会社から要請を受けたデマンドレスポンス（Ｄｅｍａｎｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）（以下、「ＤＲ」と言う。）に対して、水素製造量を調整することにより対応することが可能である。ＤＲとは、電力の需給調整のために、需要家における受電電力の削減または上昇の依頼のことである。

例えば、電力系統からの受電電力をベースラインから所定量下げることを要求するＤＲ（いわゆる、下げＤＲ）に対しては、水素製造システムを備える需要家は、水素製造装置への入力電力を削減することにより対応することができる。

また、電力系統からの受電電力をベースラインから所定量上げることを要求するＤＲ（いわゆる、上げＤＲ）に対しては、上記需要家は、水素製造装置への入力電力を上昇させることにより対応することができる。

国際公開第２０２０／１２１４３６号

しかしながら、水素製造システムにおいては再エネ発電機の定格出力電力の方が、水素製造装置の定格入力電力よりも大きい構成となっている。このため、再エネ発電機の出力が大きく水素製造装置がほぼ定格入力電力で動作している時間帯と、上げＤＲ期間とが重なった場合には、その時間帯（期間）において、上げＤＲに応じて受電電力を上昇させ、再エネ発電機の出力と電力系統からの受電電力とのすべてを水素製造装置が消費して水素を製造することが困難である。これは、水素製造装置の入力電力を上昇させる余地がないからである。このような場合には、再エネ発電機の出力抑制を行うことにより、上げＤＲにおいて要請される電力量を創出して、水素製造装置で消費する必要があった。
これにより、再エネ発電機の出力ロスが生じ、出力ロスの分だけ水素の製造ロスが発生するという課題が生じる。

図１および図２を参照して、課題の一例について説明する。図１および図２は、再エネ発電機の発電電力と水素製造装置の消費電力との関係を示すグラフの一例を示す図である。図１および図２に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電力［ｋＷ］を示す。

図１は、上げＤＲの要請に応じない場合のグラフを示している。再エネ発電電力１０１は、再エネ発電機の出力を示し、水素製造装置消費電力１０２は、水素製造装置の消費電力を示す。図１に示すように、上げＤＲが要請される上げＤＲ期間において水素製造装置消費電力１０２は、水素製造装置の定格入力電力と等しい。つまり、水素製造装置は、定格入力電力（最大消費可能電力）で動作しているものとする。

図２は、上げＤＲの要請に応じた場合の課題を説明する図であり、電力創出量１０３は、上げＤＲの要請により上げＤＲ期間において電力系統からの受電を要請された電力量を示す。ここで、上げＤＲ期間における水素製造装置消費電力１０２は定格入力電力と等しい。つまり、上げＤＲ期間において水素製造装置消費電力１０２をこれ以上上げることができない。このため、要請に応じるためには、再エネ発電機の出力抑制を行い、再エネ発電電力１０１を下げることにより電力創出量１０３を創出する必要がある。再エネ発電機の出力抑制を行うことにより、電力創出量１０３の分の電力を電力系統から受電し、再エネ発電機が受電電力を消費することができる。これにより、上げＤＲの要請に応じることができる。しかし、再エネ発電機の出力抑制が必要であるため、上述したように、再エネ発電機の出力ロスが生じ、出力ロスの分だけ水素の製造ロスが発生するという課題が生じる。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、再生可能エネルギーを利用した発電機を備える水素製造システムにおいて、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することが可能な水素製造システムを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する第１発電機と、前記第１発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置とを備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である。

本開示によると、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

図１は、再エネ発電機の発電電力と水素製造装置の消費電力との関係を示すグラフの一例を示す図である。 図２は、再エネ発電機の発電電力と水素製造装置の消費電力との関係を示すグラフの一例を示す図である。 図３は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置のハードウェア構成および機能構成を示すブロック図である。 図５は、下げＤＲにおける電力調整量の一例を示す図である。 図６は、上げＤＲにおける電力調整量の一例を示す図である。 図７は、本開示の実施形態１に係る制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図８は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図９は、本開示の実施形態３に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。 図１０は、本開示の実施形態４に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。

［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る水素製造システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する第１発電機と、前記第１発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置とを備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である。

この構成によると、水素製造装置への最大入力可能電力が第１発電機による最大発電可能電力以上である。よって、第１発電機が発電した最大発電可能電力の全てを水素製造装置の入力電力とした場合であっても、水素製造装置には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、第１発電機の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置で消費することができる。これにより、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

（２）好ましくは、前記水素製造システムは、前記水素製造装置を制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記電力系統からの電力の受電点における電力の調整量を取得する取得部と、取得した前記調整量、前記受電点における電力のベースラインおよび前記第１発電機による発電電力の予測値に基づいて、前記水素製造装置への入力電力の値を算出する算出部とを含む。

この構成によると、電力の調整量と発電電力の予測値に基づいて、水素製造装置への入力電力の値を算出する。これにより、調整量の電力調整を確実に行うことができる。

（３）さらに好ましくは、前記水素製造システムは、前記発電電力および前記受電電力を充電する蓄電池をさらに備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力と前記蓄電池の最大充電可能電力との合計は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である。

この構成によると、水素製造装置への最大入力可能電力と蓄電池の最大充電可能電力との合計が第１発電機による最大発電可能電力以上である。よって、第１発電機が最大発電可能電力だけ発電し、発電電力を水素製造装置での消費または蓄電池への充電に用いたとしても、水素製造装置または蓄電池には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、第１発電機の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置または蓄電池に入力することができる。これにより、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

（４）また、前記水素製造システムは、発電量を調整可能な第２発電機をさらに備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力と前記第２発電機による最大発電可能電力との合計以上であってもよい。

この構成によると、水素製造装置への最大入力可能電力が、第１発電機による最大発電可能電力および第２発電機による最大発電可能電力の合計以上である。よって、第１発電機が発電した最大発電可能電力の全てと第２発電機が発電した最大発電可能電力の全てを水素製造装置の入力電力とした場合であっても、水素製造装置には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、第１発電機の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置で消費することができる。これにより、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

（５）また、前記水素製造システムは、電力を消費する負荷装置をさらに備え、前記水素製造装置への最大入力可能電力と前記負荷装置の最大消費可能電力との合計は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上であってもよい。

この構成によると、水素製造装置への最大入力可能電力と負荷装置の最大消費可能電力との合計が第１発電機による最大発電可能電力以上である。よって、第１発電機が最大発電可能電力だけ発電し、発電電力を水素製造装置での消費または負荷装置での消費に用いたとしても、水素製造装置または負荷装置には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、第１発電機の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置または負荷装置に入力することができる。これにより、電力系統からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

また、同一の構成要素には同一の符号を付す。それらの機能および名称も同様であるため、それらの説明は適宜省略する。

＜実施形態１＞
〔水素製造システムの全体構成〕
図３は、本開示の実施形態１に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。

水素製造システム１は、電力供給エリア２、配管エリア３、水素製造エリア４および制御エリア５に配置された設備により構成される。ただし、各エリアは、他のエリアと同一のエリアであってもよいし、重複するエリアであってもよい。

電力供給エリア２には、太陽光発電機２１と、パワーコンディショナー２４と、外部Ｉ／Ｆ装置２５とが設置される。

太陽光発電機２１は、再生可能エネルギーを利用して発電する再エネ発電機の一例であり、太陽光エネルギーを直流の電力に変換する。なお、本実施形態では、再エネ発電機として太陽光発電機２１を用いる例について説明するが、太陽光発電機２１の代わりに、または太陽光発電機２１とともに、風力発電機などの他の再エネ発電機を用いてもよい。

パワーコンディショナー２４は、電力線を介して太陽光発電機２１に接続される。パワーコンディショナー２４は、太陽光発電機２１から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。

外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（例えば、太陽光発電機２１およびパワーコンディショナー２４）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、太陽光発電機２１から太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。

配管エリア３には、水素貯蔵タンク３２と、外部Ｉ／Ｆ装置３５とが設置される。

水素貯蔵タンク３２は、水素導管を介して水素製造装置４２と接続され、水素製造装置４２で発生した水素を貯蔵するタンクである。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を高圧で圧縮して貯蔵するタンクである。ただし、水素貯蔵タンク３２による水素貯蔵方法はこれに限定されるものではない。水素貯蔵タンク３２は、例えば、水素を低温で液化して貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて貯蔵するタンクであってもよいし、カーボンナノチューブなどに水素を吸着させて貯蔵するタンクであってもよい。また、水素貯蔵タンク３２は、水素とトルエンとを反応させてメチルシクロヘキサンに変換するなど、水素を他の物質に変換して貯蔵するタンクであってもよい。

外部Ｉ／Ｆ装置３５は、図示しない通信線を介して配管エリア３に設置された各設備（例えば、水素貯蔵タンク３２）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置３５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置３５は、水素貯蔵タンク３２から水素の貯蔵量情報を取得し、取得した貯蔵量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。

水素製造エリア４には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、水素製造装置４２と、外部Ｉ／Ｆ装置４４とが設置される。

ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力供給エリア２に設置されたパワーコンディショナー２４と電力線を介して接続され、パワーコンディショナー２４から出力される交流電力を直流電力に変換して出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力系統６に接続され、電力系統６から電力を受電し、受電電力を直流電力に変換して出力する。つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、パワーコンディショナー２４から出力される交流電力と、電力系統６からの受電電力とを混合した電力を直流電力に変換して出力する。

水素製造装置４２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１から出力される直流電力を用いて、配管エリア３から供給される水を水素と酸素に電気分解して、水素を取り出す。水素製造装置４２は、例えば、固体高分子型水電解方式を採用し、正極側に水を供給することにより酸素と水素イオンとを発生させ、水素イオンをフッ素樹脂系カチオン膜などを通過させ陰極側に移動させることにより、電子を得た水素を発生させる。ただし、水の電気分解方式は上記したものに限定されるものではない。水の電気分解方式として、アルカリ水電解、高温水蒸気電解などの他の方式を用いてもよい。また、水素製造装置４２は、水の電気分解以外にもトルエン電解還元などの方式を用いて水素を発生させてもよい。トルエン電解還元方式の場合には、水の代わりにトルエンが用いられる。

水素製造装置４２への最大入力可能電力（水素製造装置４２の定格入力電力）は、太陽光発電機２１による最大発電可能電力（太陽光発電機２１の定格出力電力）以上であるものとする。これにより、太陽光発電機２１の発電電力の全てを、水素製造装置４２に入力することができる。

なお、水素製造装置４２の台数は１台に限定されるものではなく、水素製造エリア４に複数設置されていてもよい。水素製造装置４２の台数が複数の場合には、複数の水素製造装置４２への最大入力可能電力の合計が、太陽光発電機２１による最大発電可能電力以上であるものとする。

外部Ｉ／Ｆ装置４４は、図示しない通信線を介して水素製造エリア４に設置された各設備（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１および水素製造装置４２）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、各設備と水素製造エリア４の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、水素製造装置４２から水素発生量情報を取得し、取得した水素発生量情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置４４は、制御装置５１から水素製造装置４２の起動および停止の指令データを受信し、受信した指令データを水素製造装置４２に与える。これにより、水素製造装置４２の起動および停止が制御される。

制御エリア５には、制御装置５１が設置される。

制御装置５１は、通信線を介して各エリアに設置された外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４と接続される。制御装置５１は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４から、各エリアに設置された設備の各種情報を取得する。制御装置５１は、取得した情報に基づいて、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４を介して各設備を制御する。また、制御装置５１は、電力系統６からの電力の受電点７における電力量を、受電点７に設置された電力量計等を用いて監視する。つまり、制御装置５１は、電力量計から受電点７における電力量を取得する。

制御装置５１は、アグリゲータに設置されたサーバ（以下、アグリゲータサーバと記載）に図示しない通信ネットワークを介して接続される。制御装置５１は、アグリゲータサーバから、電力会社からアグリゲータに対して発行されたＤＲ指令を受信する。制御装置５１は、受信したＤＲ指令に基づいて、ＤＲの要請に応じる場合には、ＤＲ指令に示される電力の調整量を満たすように、水素製造エリア４に設置された水素製造装置４２の入力電力の値を示す制御指令値を決定する。制御装置５１は、決定した制御指令値を含む制御指令を外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する。外部Ｉ／Ｆ装置４４は、制御装置５１から制御指令を受信し、受信した制御指令に基づいて、水素製造装置４２の入力電力を制御する。

また、制御装置５１は、各種情報を表示装置５２に表示する。例えば、制御装置５１は、水素製造システム１の稼働状況を表示装置５２に表示する。

〔制御装置５１の構成〕
図４は、本開示の実施形態１に係る制御装置５１のハードウェア構成および機能構成を示すブロック図である。
制御装置５１は、制御部５３と、通信部５４と、記憶部５５とを備える。

制御部５３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサを含んで構成され、記憶部５５にあらかじめ記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される機能的な処理部として、取得部５６と、算出部５７と、指令送信部５８とを備える。

通信部５４は、外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４、ならびにアグリゲータサーバとの通信処理を実行する通信装置より構成される。つまり、通信部５４は、制御部５３から与えられた情報を、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４に送信するとともに、通信線を介して外部Ｉ／Ｆ装置２５、３５および４４から受信した情報を制御部５３に与える。また、通信部５４は、通信ネットワークを介してアグリゲータサーバから受信したＤＲ指令を制御部５３に与える。また、通信部５４は、制御部５３から与えられたＤＲの要請に応じるか否かを示す情報を、通信ネットワークを介してアグリゲータサーバに送信する。

記憶部５５は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）またはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性のメモリ素子、フラッシュメモリ若しくはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性のメモリ素子、または、ハードディスクなどの磁気記憶装置などにより構成されている。記憶部５５は、制御部５３が実行するコンピュータプログラム、およびその実行に必要なデータなどを記憶する。

取得部５６は、電力系統６からの電力の受電点７における電力の調整量を取得する。つまり、取得部５６は、通信部５４がアグリゲータサーバから受信したＤＲ指令を、通信部５４から取得する。ＤＲ指令は、ＤＲタイプ、ＤＲ期間、および電力調整量を示す情報を含む。ＤＲタイプは、上げＤＲまたは下げＤＲを示す。ＤＲ期間は、ＤＲの実施日時を示す。

ＤＲタイプが下げＤＲの場合には、ＤＲ指令に示される電力調整量は負の値であり、電力系統６からの受電電力の削減量を示す。ＤＲタイプが上げＤＲの場合には、ＤＲ指令に示される電力調整量は正の値であり、電力系統６からの受電電力の創出量を示す。例えば、電力調整量は、ＤＲ期間において調整が要請される電力量［ｋＷｈ］である。
なお、ＤＲ指令には、ＤＲタイプが含まれていなくてもよい。この場合には、ＤＲ指令の電力調整量の符号に基づいて、ＤＲタイプを判断することができる。つまり、電力調整量の符号がマイナス（－）の場合にはＤＲタイプは下げＤＲであると判断し、電力調整量の符号がプラス（＋）の場合にはＤＲタイプは上げＤＲであると判断することができる。

算出部５７は、ＤＲ指令に示される電力調整量、受電点７における受電電力のベースラインおよび太陽光発電機２１による発電電力の予測値に基づいて、水素製造装置４２への入力電力の値を算出する。

具体的には、算出部５７は、あらかじめ定められたルールに従いベースラインを決定する。例えば、算出部５７は、ＤＲ実施日の直近５日間のうち需要の多い４日間（Ｈｉｇｈ ４ ｏｆ ５）の電力系統６からの受電電力の平均を、受電電力のベースラインとして決定する。

算出部５７は、受信したＤＲ指令に基づいて、以下の式１に従い、ＤＲ期間における受電点７での受電電力の制御目標値（受電点制御目標値）を算出する。ここで、式１における電力調整量は、ＤＲ指令に示される電力調整量（ｋＷｈ）を電力値（ｋＷ）に変換した値である。受信したＤＲ指令のＤＲタイプが下げＤＲの場合には、上述のように電力調整量は負の値であり、ＤＲタイプが上げＤＲの場合には、上述のように電力調整量は正の値である。また、受電点制御目標値が正の値の場合には、受電点制御目標値が電力系統６からの受電電力の目標値を示し、受電点制御目標値が負の値の場合には、受電点制御目標値の絶対値が電力系統６への売電電力（逆潮流電力）の目標値を示す。
受電点制御目標値［ｋＷ］＝ベースライン＋電力調整量 …（式１）

また、算出部５７は、ＤＲ期間における気温や日射量などの気象情報の予測値（以下、予測気象情報と記載）に基づいて、太陽光発電機２１による発電電力を予測する。例えば、気象情報の実績値（以下、実績気象情報と記載）と太陽光発電機２１による発電電力の実績値とを対応付けたデータテーブルが記憶部５５に記憶されているものとする。算出部５７は、データテーブルを参照し、予測気象情報と相関性の高い実績気象情報に対応付けられた発電電力の実績値から、ＤＲ期間における発電電力を予測する。一例として、算出部５７は、予測気象情報と実績気象情報とを比較し、気温および日射量がともに閾値以内の実績気象情報を決定する。算出部５７は、決定した実績気象情報に対応付けられた発電電力の実績値の平均値を、発電電力の予測値として決定してもよい。

算出部５７は、以下の式２に従い、ＤＲ期間における水素製造装置４２への入力電力の値を示す制御指令値を算出する。
制御指令値［ｋＷ］＝受電点制御目標値＋発電電力の予測値 …（式２）

なお、算出部５７は、発電電力の予測値の代わりに、発電電力の計画値を用いてもよい。

指令送信部５８は、算出部５７が算出した制御指令値を含む制御指令を通信部５４を介して外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する。

図５は、下げＤＲにおける電力調整量の一例を示す図である。図５に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電力［ｋＷ］を示す。再エネ発電電力１０１は、太陽光発電機２１の出力電力を示す。水素製造装置消費電力１０２は、水素製造装置４２への入力電力を示し、図５において幅の広いハッチングを施して入力電力を示している。水素製造装置４２の定格入力電力は、太陽光発電機２１の定格出力電力以上である。このため、下げＤＲの要請に応じない場合には、太陽光発電機２１の出力電力のうち電力線における電力損失や補機電力などを除くほぼすべての電力が水素製造装置４２に入力される。電力削減量１０４は、ＤＲ指令に示される受電電力の削減量（調整量）を示し、図５において幅の狭いハッチングを施して電力削減量１０４を示している。例えば、電力削減量１０４に示される受電電力量を削減するために、算出部５７は、水素製造装置消費電力１０２を減少させるような制御指令値を算出する。これにより、下げＤＲに対応することができる。

図６は、上げＤＲにおける電力調整量の一例を示す図である。図６に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電力［ｋＷ］を示す。電力創出量１０３は、ＤＲ指令に示される受電電力の創出量（調整量）を示し、図６において幅の狭いハッチングを施して電力創出量１０３を示している。例えば、電力創出量１０３に示される受電電力量を創出するために、算出部５７は、水素製造装置消費電力１０２を増加させるような制御指令値を算出する。水素製造装置４２の定格入力電力は、太陽光発電機２１の定格出力電力以上である。このため、太陽光発電機２１が定格出力電力に近い発電していたとしても、水素製造装置消費電力１０２を増加させる余力があるため、上げＤＲに対応することができる。

なお、水素製造装置４２への最大入力可能電力と太陽光発電機２１による最大発電可能電力との間には一定の電力幅があるのが好ましい。これにより、水素製造装置消費電力１０２を増加させる余力を確実に確保することができ、上げＤＲに確実に対応することができる。なお、上記電力幅は、ＤＲで要請される電力調整量以上であることが好ましい。

〔制御装置５１の処理の流れ〕
図７は、本開示の実施形態１に係る制御装置５１の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、制御装置５１は、ＤＲの要請に応じるものとする。

取得部５６は、通信部５４がアグリゲータサーバから受信したＤＲ指令を、通信部５４から取得し、ＤＲ指令に含まれる受電点７における電力の調整量を取得する（ステップＳ１）。

算出部５７は、ＤＲ指令に示されるＤＲ期間になるまで待機する（ステップＳ２）。

現在時刻がＤＲ期間に到達すると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、算出部５７は、ＤＲ期間における気温や日射量などの予測気象情報に基づいて、太陽光発電機２１による発電電力を予測する（ステップＳ３）。ここで、算出部５７は、通信部５４を介して、図示しない気象サーバから予測気象情報を取得してもよい。

算出部５７は、式１に従い、ＤＲ期間における受電点７での受電電力の制御目標値である受電点制御目標値を算出する（ステップＳ４）。

また、算出部５７は、式２に従い、水素製造装置４２の入力電力の値を示す制御指令値を算出する（ステップＳ５）。

指令送信部５８は、ステップＳ５において算出された制御指令値を含む制御指令を、通信部５４を介して外部Ｉ／Ｆ装置４４に送信する（ステップＳ６）。なお、制御指令には、制御指令の有効期間（つまり、ＤＲ期間）の情報が含まれていてもよいし、指令送信部５８が、ＤＲ期間の終了まで所定時間間隔で制御指令を送信してもよい。

制御指令を受信した外部Ｉ／Ｆ装置４４は、ＤＲ期間が終了するまでの間、制御指令に従って、水素製造装置４２への入力電力を制御する。

なお、図７に示すフローチャートでは、現在時刻がＤＲ期間に到達した後に（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３からステップＳ６の処理を実行することとしたが、これらの処理の実行タイミングはこれに限定されるものではなく、一部または全部の処理がＤＲ期間前に行われてもよい。

〔実施形態１の効果等〕
以上説明したように、水素製造システム１は、太陽光エネルギーを利用して発電する太陽光発電機２１と、太陽光発電機２１による発電電力と電力系統６からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置４２とを備える。水素製造装置４２への最大入力可能電力は、太陽光発電機２１による最大発電可能電力以上である。よって、太陽光発電機２１が発電した最大発電可能電力の全てを水素製造装置４２の入力電力とした場合であっても、水素製造装置４２には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、太陽光発電機２１の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置４２で消費することができる。これにより、電力系統６からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

また、制御装置５１は、電力系統６からの電力の受電点７における電力の調整量を取得する取得部５６と、取得した調整量、受電点７における電力のベースラインおよび太陽光発電機２１による発電電力の予測値に基づいて、水素製造装置４２への入力電力の値を算出する算出部５７とを含む。これにより、電力の調整量と発電電力の予測値に基づいて、水素製造装置４２への入力電力の値を算出することができる。そのため、調整量の電力調整を確実に行うことができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、水素製造システム１が蓄電池を備える構成について説明する。

図８は、本開示の実施形態２に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。
図８に示す水素製造システム１は、実施形態１に係る水素製造システム１の構成において、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２および蓄電池２３を備える。蓄電池２３は、電力供給エリア２に設置される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力線を介して太陽光発電機２１に接続され、太陽光発電機２１の出力電力の電圧を変換し、電圧変換後の電力を出力する。

蓄電池２３は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２およびパワーコンディショナー２４に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で電圧が変換された太陽光発電機２１の出力電力を充電する。また、蓄電池２３は、パワーコンディショナー２４で直流に変換された電力系統６からの受電電力を充電する。また、蓄電池２３は、充電された電力を放電する。蓄電池２３は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。

パワーコンディショナー２４は、電力線を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２２および蓄電池２３に接続される。パワーコンディショナー２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２または蓄電池２３から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。また、パワーコンディショナー２４は、電力系統６からの受電電力を直流電力に変換して蓄電池２３に出力する。

外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（例えば、太陽光発電機２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、蓄電池２３およびパワーコンディショナー２４）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、太陽光発電機２１から太陽光発電機２１の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。また、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、制御装置５１から蓄電池２３の充放電量を制御するための指令データを受信し、受信した指令データを蓄電池２３に与える。これにより、蓄電池２３の充放電量が制御される。

実施形態２においては、水素製造装置４２への最大入力可能電力（水素製造装置４２の定格入力電力）と蓄電池２３の最大充電可能電力（蓄電池２３の定格充放電電力）との合計は、太陽光発電機２１による最大発電可能電力（太陽光発電機２１の定格出力電力）以上であるものとする。

このような構成とすることにより、太陽光発電機２１が最大発電可能電力だけ発電し、発電電力を水素製造装置４２での消費または蓄電池２３への充電に用いたとしても、水素製造装置４２または蓄電池２３には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、太陽光発電機２１の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置４２または蓄電池２３に入力することができる。これにより、電力系統６からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

なお、水素製造装置４２への最大入力可能電力および蓄電池２３の最大充電可能電力の合計と、太陽光発電機２１による最大発電可能電力との間には一定の電力幅があるのが好ましい。これにより、水素製造装置４２または蓄電池２３には入力可能な電力の余力を確実に確保することができ、上げＤＲに確実に対応することができる。なお、上記電力幅は、ＤＲで要請される電力調整量以上であることが好ましい。

＜実施形態３＞
実施形態３では、水素製造システム１が発電量を調整可能な発電機を備える構成について説明する。

図９は、本開示の実施形態３に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。
図９に示す水素製造システム１は、実施形態１に係る水素製造システム１の構成において、さらに、ガス発電機２６を備える。これらの装置は、電力供給エリア２に設置される。

ガス発電機２６は、発電量を調整可能な発電機の一例であり、例えば、天然ガスを利用した発電を行う。なお、ガス発電機２６の代わりに、石炭などの他の化石燃料を利用した発電機や、燃料電池などの発電量を調整可能な発電機を用いてもよい。

なお、交流電力を出力するガス発電機２６の代わりに、直流電力を出力する発電機（例えば、燃料電池）を用いる場合には、当該発電機が出力する直流電力を交流電力に変換するためのパワーコンディショナーが設けられる。

外部Ｉ／Ｆ装置２５は、図示しない通信線を介して電力供給エリア２に設置された各設備（例えば、太陽光発電機２１、ガス発電機２６およびパワーコンディショナー２４）に接続される。外部Ｉ／Ｆ装置２５は、各設備と電力供給エリア２の外部の装置とを接続するための装置であり、各設備から取得したデータを外部の装置に送信し、外部の装置から受信したデータを各設備に与える。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置２５は、ガス発電機２６からガス発電機２６の出力を示す出力電力情報を取得し、取得した出力電力情報を制御エリア５に設置された後述する制御装置５１に送信する。

水素製造エリア４に設置されたＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力供給エリア２に設置されたパワーコンディショナー２４及びパワーコンディショナー２４Ａと電力線を介して接続され、パワーコンディショナー２４から出力される交流電力を直流電力に変換して出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、電力系統６に接続され、電力系統６から電力を受電し、受電電力を直流電力に変換して出力する。つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、パワーコンディショナー２４から出力される交流電力と、パワーコンディショナー２４Ａから出力される交流電力と、電力系統６からの受電電力とを混合した電力を直流電力に変換して出力する。

実施の形態３においては、水素製造装置４２への最大入力可能電力（水素製造装置４２の定格入力電力）は、太陽光発電機２１による最大発電可能電力（太陽光発電機２１の定格出力電力）とガス発電機２６による最大発電可能電力（ガス発電機２６の定格出力電力）との合計以上であるものとする。

このような構成とすることにより、太陽光発電機２１が発電した最大発電可能電力の全てとガス発電機２６が発電した最大発電可能電力の全てを水素製造装置４２の入力電力とした場合であっても、水素製造装置４２には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、太陽光発電機２１の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置４２で消費することができる。これにより、電力系統６からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

なお、水素製造装置４２への最大入力可能電力と、太陽光発電機２１による最大発電可能電力およびガス発電機２６による最大発電可能電力の合計との間には一定の電力幅があるのが好ましい。これにより、水素製造装置４２には入力可能な電力の余力を確実に確保することができ、上げＤＲに確実に対応することができる。なお、上記電力幅は、ＤＲで要請される電力調整量以上であることが好ましい。

＜実施形態４＞
実施形態４では、水素製造システム１が負荷装置を備える構成について説明する。

図１０は、本開示の実施形態４に係る水素製造システムの全体構成を示す図である。
図１０に示す水素製造システム１は、実施形態１に係る水素製造システム１の構成において、さらに、負荷装置８１および外部Ｉ／Ｆ装置８２を備える。これらの装置は、所定の負荷エリア８に設置される。ただし、負荷エリア８は、電力供給エリア２、配管エリア３、水素製造エリア４または制御エリア５と同一のエリアであってもよいし、重複するエリアであってもよい。

負荷装置８１は、電力を利用して動作する電力機器である。負荷装置８１は、例えば、工場に設置されたロボットやコンベアなどの産業用の各種機器や、エアコンや照明機器などを含む。

外部Ｉ／Ｆ装置８２は、負荷装置８１における消費電力を監視するための装置である。外部Ｉ／Ｆ装置８２は、制御エリア５に設置された制御装置５１との間で情報のやり取りを行う。例えば、外部Ｉ／Ｆ装置８２は、負荷装置８１の消費電力を示す情報を制御エリア５に設置された制御装置５１に送信する。

実施形態４においては、水素製造装置４２への最大入力可能電力（水素製造装置４２の定格入力電力）と負荷装置８１の最大消費可能電力（負荷装置８１の定格入力電力）との合計は、太陽光発電機２１による最大発電可能電力（太陽光発電機２１の定格出力電力）以上であるものとする。

このような構成とすることにより、太陽光発電機２１が最大発電可能電力だけ発電し、発電電力を水素製造装置４２での消費または負荷装置８１での消費に用いたとしても、水素製造装置４２または負荷装置８１には入力可能な電力の余力がある。このため、上げＤＲが要請された場合であっても、太陽光発電機２１の出力抑制量を抑えつつ、要請された電力量（調整量）を水素製造装置４２または負荷装置８１に入力することができる。これにより、電力系統６からの受電電力の調整要求に応えつつ、水素の製造ロスを抑制しながら水素を製造することができる。

なお、水素製造装置４２への最大入力可能電力および負荷装置８１の最大消費可能電力の合計と、太陽光発電機２１による最大発電可能電力との間には一定の電力幅があるのが好ましい。これにより、水素製造装置４２または負荷装置８１に入力可能な電力の余力を確実に確保することができ、上げＤＲに確実に対応することができる。なお、上記電力幅は、ＤＲで要請される電力調整量以上であることが好ましい。

［付記］
以上、本開示の実施形態に係る水素製造システム１について説明したが、本開示は、この実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、ＤＲで要請された調整量の電力を調整する例について説明したが、ＤＲ以外にも本開示は適用可能である。例えば、電力の市場取引などにおいて受電電力を調整する必要がある場合にも本開示は適用可能である。

また、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１または複数のシステムＬＳＩなどの半導体装置から構成されていてもよい。

また、上記したコンピュータプログラムを、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させてもよい。また、コンピュータプログラムを、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送して流通させてもよい。
また、上記各装置は、複数のコンピュータ又は複数のプロセッサにより実現されてもよい。

また、上記各装置の一部または全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。つまり、各装置の一部または全部の機能がクラウドサーバにより実現されていてもよい。
また、上記実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

今回開示された実施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。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、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。

１ 水素製造システム
２ 電力供給エリア
３ 配管エリア
４ 水素製造エリア
５ 制御エリア
６ 電力系統
７ 受電点
８ 負荷エリア
２１ 太陽光発電機（第１発電機）
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２Ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ 蓄電池
２４ パワーコンディショナー
２４Ａ パワーコンディショナー
２５ 外部Ｉ／Ｆ装置
２６ ガス発電機（第２発電機）
３２ 水素貯蔵タンク
３５ 外部Ｉ／Ｆ装置
４１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２ 水素製造装置
４４ 外部Ｉ／Ｆ装置
５１ 制御装置
５２ 表示装置
５３ 制御部
５４ 通信部
５５ 記憶部
５６ 取得部
５７ 算出部
５８ 指令送信部
８１ 負荷装置
８２ 外部Ｉ／Ｆ装置
１０１ 再エネ発電電力
１０２ 水素製造装置消費電力
１０３ 電力創出量
１０４ 電力削減量

Claims (5)

1. 再生可能エネルギーを利用して発電する第１発電機と、
   前記第１発電機による発電電力と電力系統からの受電電力とを入力電力として水素を製造する水素製造装置とを備え、
   前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である、水素製造システム。
2. 前記水素製造システムは、前記水素製造装置を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記電力系統からの電力の受電点における電力の調整量を取得する取得部と、
   取得した前記調整量、前記受電点における電力のベースラインおよび前記第１発電機による発電電力の予測値に基づいて、前記水素製造装置への入力電力の値を算出する算出部とを含む、請求項１に記載の水素製造システム。
3. 前記水素製造システムは、前記発電電力および前記受電電力を充電する蓄電池をさらに備え、
   前記水素製造装置への最大入力可能電力と前記蓄電池の最大充電可能電力との合計は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である、請求項１または請求項２に記載の水素製造システム。
4. 前記水素製造システムは、発電量を調整可能な第２発電機をさらに備え、
   前記水素製造装置への最大入力可能電力は、前記第１発電機による最大発電可能電力と前記第２発電機による最大発電可能電力との合計以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素製造システム。
5. 前記水素製造システムは、電力を消費する負荷装置をさらに備え、
   前記水素製造装置への最大入力可能電力と前記負荷装置の最大消費可能電力との合計は、前記第１発電機による最大発電可能電力以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素製造システム。

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