JP4513127B2 - Hydrogen supply system - Google Patents

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Description

本発明は、風力発電を利用して、水素を製造する水素供給システムに関する。   The present invention relates to a hydrogen supply system for producing hydrogen using wind power generation.

水素は、水を分解して得られることから、一般に液体水素ステーション、液体水素プラントなどの液体水素供給箇所の多くは、海水を利用して水素を製造するために海に近い場所に建設される。   Since hydrogen is obtained by decomposing water, in general, many liquid hydrogen supply points such as liquid hydrogen stations and liquid hydrogen plants are constructed near sea to produce hydrogen using seawater. .

そして、水を水素と酸素に分解する装置を駆動させる電力として、火力発電所などで得られる商用電源を用いたり、風車型の風力発電装置を用いたりしている。風車型の風力発電装置は、支柱の上部に取り付けられるブレードと、このブレードの回転で駆動する発電機とを備える。風力発電装置を用いて水素を製造する技術は、特許文献１に記載されている。   Then, as power for driving a device that decomposes water into hydrogen and oxygen, a commercial power source obtained from a thermal power plant or the like, or a windmill type wind power generator is used. A windmill-type wind power generator includes a blade attached to an upper portion of a support and a generator driven by the rotation of the blade. A technique for producing hydrogen using a wind power generator is described in Patent Document 1.

特開2001-304091号公報JP 2001-304091

しかし、陸地、特に、日本では、常に風が吹いている地域は少ないので、水素を製造する工場の設置箇所は限られ、大量の水素を供給することが難しい。さらに、風力発電のみで水素を製造しようとすると、風が吹かない場合には電力が得られないので、安定した水素供給量が得られないという不具合もある。また、陸地の場合、常に強い風が吹く場所は、僻地が多いので、このような僻地で水素を製造した場合、水素を輸送することが難しい。   However, in the land, especially in Japan, there are only a few areas where the wind is constantly blowing, so the installation locations of factories that produce hydrogen are limited, and it is difficult to supply a large amount of hydrogen. Furthermore, when hydrogen is produced only by wind power generation, electric power cannot be obtained if the wind does not blow, so there is a problem that a stable hydrogen supply amount cannot be obtained. In addition, in the case of land, there are many remote areas where strong winds are always blown. Therefore, when hydrogen is produced in such remote areas, it is difficult to transport hydrogen.

また、海岸近くの海上に風力発電装置を設置し、陸地に水素製造工場を設置して、海上の風力発電装置で得られた電力を海底ケーブルを介して水素製造工場に供給することも考えられるが、風力発電装置の建設作業が海上工事となり、設置費用が高くなるという不具合が生じるし、景観も悪くなる。   It is also possible to install a wind power generator on the sea near the coast, install a hydrogen production plant on land, and supply the power obtained from the offshore wind power plant to the hydrogen production plant via the submarine cable. However, the construction work of the wind power generation device becomes a marine work, and there is a problem that the installation cost becomes high, and the landscape is also deteriorated.

従って、本発明は、常に風の吹く場所で風力発電を行って安定した水素の製造が行えるようにして、所望の水素の供給が可能となる水素供給システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrogen supply system capable of supplying hydrogen as desired by performing wind power generation at a place where wind always blows to produce stable hydrogen.

本発明の水素供給システムは、風力発電システムと、風力発電システムで得られた電力で水を電気分解して水素を生成する水素製造装置と、水素製造装置で得られた水素を貯留するタンクとを備える水素製造船と、水素製造船で製造した水素を陸上に輸送する輸送手段とを有することを特徴とする。   The hydrogen supply system of the present invention includes a wind power generation system, a hydrogen production apparatus that electrolyzes water with electric power obtained by the wind power generation system to generate hydrogen, and a tank that stores hydrogen obtained by the hydrogen production apparatus. And a transportation means for transporting hydrogen produced by the hydrogen production ship to land.

風力発電システムとしては、発電機を備える風車や、スクリューを備える帆船、超電導推進船の技術を利用した超電導磁石を備える帆船などが挙げられる。   Examples of the wind power generation system include a windmill equipped with a generator, a sailing ship equipped with a screw, and a sailing ship equipped with a superconducting magnet using the technology of a superconducting propulsion ship.

風力発電システムで発電した電力は、水素製造装置に用いるだけでなく、気体水素を液化する液化装置を備える場合にはこの液化装置、海水を淡水化する淡水装置を備える場合には淡水装置、その他、船に装備される電気機器に供給することもできる。さらに、二次電池を備える場合には、二次電池に蓄電しておき、二次電池から前記した各機器に適宜電力を供給することもできる。   The electric power generated by the wind power generation system is not only used for the hydrogen production device, but also when the liquefaction device for liquefying gaseous hydrogen is provided, this liquefaction device, when the fresh water device for desalinating seawater is provided, the fresh water device, etc. It can also be supplied to electrical equipment installed on ships. Furthermore, when a secondary battery is provided, the secondary battery can be charged and power can be appropriately supplied from the secondary battery to each device described above.

水素製造装置で水素を製造する際に海水を用いる場合には、海水から塩分を取り除くために、海水を淡水化する淡水装置を備えることが好ましい。さらに、水素製造装置で製造された水素は、気体のままタンクに貯蔵してもよいし、液化した液体水素としてタンクに貯蔵してもよい。なお、水素は、高圧状態でタンクに貯蔵させるようにしてもよい。さらに、液体水素をタンクに貯蔵する場合には、タンクを冷却する冷却装置が必要となる。タンクに貯蔵された水素は、水素製造船をそのまま輸送手段として用いて、陸地まで輸送してもよいし、タンクに貯留されている水素をタンカーで回収して、このタンカーで水素を陸地まで輸送するようにしてもよい。   When seawater is used when hydrogen is produced by a hydrogen production apparatus, it is preferable to provide a freshwater apparatus for desalinating seawater in order to remove salt from the seawater. Furthermore, the hydrogen produced by the hydrogen production apparatus may be stored in the tank as a gas, or may be stored in the tank as liquefied liquid hydrogen. Hydrogen may be stored in a tank in a high pressure state. Furthermore, when liquid hydrogen is stored in a tank, a cooling device for cooling the tank is required. The hydrogen stored in the tank may be transported to the land using the hydrogen production ship as it is as a transportation means, or the hydrogen stored in the tank is recovered with a tanker, and the hydrogen is transported to the land with this tanker. You may make it do.

そして、水素製造装置で得られた水素は、船に燃料電池を搭載する場合には、その一部を燃料電池に使用してもよい。液体水素を燃料電池に用いる場合には、この燃料電池で発電される電力を船に装備されている各電気機器や各装置を駆動させるための電力として利用することができる。   And when the fuel cell is mounted in a ship, you may use a part of hydrogen obtained with the hydrogen production apparatus for a fuel cell. When liquid hydrogen is used for a fuel cell, the electric power generated by the fuel cell can be used as electric power for driving each electric device and each device equipped on the ship.

本発明の水素供給システムでは、複数の水素製造船で船団を組み、これら船を貿易風地帯に配置させる。このように貿易風地帯に水素製造船を配置させることにより、安定した風が得られるので、安定した発電が行え、安定した水素の製造が行える。   In the hydrogen supply system of the present invention, a fleet is formed by a plurality of hydrogen production ships, and these ships are arranged in a trade wind zone. By arranging the hydrogen production ship in the trade wind zone in this way, a stable wind can be obtained, so that stable power generation and stable hydrogen production can be performed.

そして、水素の輸送手段としてタンカーを用いる場合には、タンカーに予め二酸化炭素を貯留して水素製造船まで移動し、タンカーに水素を回収する際、貯留している二酸化炭素に水素を反応させて、安定性の良いメタンに変化させた状態で陸地まで輸送することもできる。   When a tanker is used as a means of transporting hydrogen, carbon dioxide is stored in advance in the tanker and moved to a hydrogen production ship. When hydrogen is recovered in the tanker, hydrogen is reacted with the stored carbon dioxide. It can also be transported to the land in the state of being changed to methane, which has good stability.

なお、水素製造船は、安全性を考慮して、精密な天気予報に基づいて、嵐を避けながら移動させるようにする。さらに、貿易風地帯は、人類の公共財産であるため、航行、発電の権利を適切な競争入札で決定することが好ましい。   In consideration of safety, the hydrogen production ship is moved while avoiding a storm based on a precise weather forecast. Furthermore, since the trade wind zone is a public property of mankind, it is preferable to determine the right of navigation and power generation by appropriate competitive bidding.

また、風力発電システムが超電導発電機や超電導磁石を備える場合には、これらの機器を冷却する必要がある。そこで、本発明では、超電導機器を備える場合には、水素製造装置で得られた気体水素を液化する液化装置と、超電導機器を冷却するための冷却機構を備えるようにすることが好ましい。冷却機構は、液化装置から超電導機器に液体水素を供給して超電導機器を冷却し、冷却後の水素を液化装置に回収する冷媒循環機構で構成することができる。なお、超電導機器を冷却する液体水素を冷媒循環機構の循環路を循環させるためにはポンプが必要となる。ポンプを駆動させるためには、電力が必要となるが、本発明では、ポンプを駆動させるためにも超電導発電機で発電した電力をそのまま用いることができる。   Moreover, when a wind power generation system is provided with a superconducting generator or a superconducting magnet, it is necessary to cool these devices. Therefore, in the present invention, when a superconducting device is provided, it is preferable that a liquefying device for liquefying gaseous hydrogen obtained by the hydrogen production device and a cooling mechanism for cooling the superconducting device are provided. The cooling mechanism can be configured by a refrigerant circulation mechanism that supplies liquid hydrogen from the liquefaction device to the superconducting device to cool the superconducting device and collects the cooled hydrogen in the liquefaction device. Note that a pump is required to circulate the liquid hydrogen that cools the superconducting equipment through the circulation path of the refrigerant circulation mechanism. In order to drive the pump, electric power is required, but in the present invention, the electric power generated by the superconducting generator can also be used as it is to drive the pump.

風力発電システムに超電導発電機を用いる場合には、超電導発電機は、小型な発電機でありながら、大きな電力を得ることができる。超電導発電機としては、例えば、ブレードの回転軸に連結される回転体と、回転体の周りに配設される電機子コイルと、この電機子コイルの外周に配置される磁気シールドと、回転体の内部中心に液体水素が充填される冷却室と、この冷却室の外周囲に配置される超電導磁界コイルとを備えるものが挙げられる。   When a superconducting generator is used in a wind power generation system, the superconducting generator can obtain a large amount of power while being a small generator. As a superconducting generator, for example, a rotating body connected to a rotating shaft of a blade, an armature coil disposed around the rotating body, a magnetic shield disposed on the outer periphery of the armature coil, and a rotating body And a superconducting magnetic field coil disposed around the outer periphery of the cooling chamber.

このように、風力発電に用いる発電機として超電導発電機を用いることにより、通常の超電導(磁界)コイルを用いない発電機と比較して小型で軽量でありながら、発電効率が非常に良くなる。   Thus, by using a superconducting generator as a generator used for wind power generation, power generation efficiency is greatly improved while being smaller and lighter than a generator not using a normal superconducting (magnetic field) coil.

さらに、風力発電システムは、ブレードと、ブレードの回転で駆動する発電機と、ブレードが頂部に取り付けられる支柱とを備える風車を船体上に搭載して構成することができる。風車による風力発電システムの場合、風を受けてブレードが回転することにより発電機で発電が行われる。   Furthermore, the wind power generation system can be configured by mounting a windmill including a blade, a generator driven by the rotation of the blade, and a column on which the blade is attached to the top on the hull. In the case of a wind power generation system using a windmill, power is generated by a generator when the blades rotate by receiving wind.

ところで、船上に風車が設置されるため、風車を用いて発電すると同時に多少の推力が発生する。水素製造船は、この推力や波の影響で移動しようとするため、本発明では、シーアンカーを流すなど、移動方向に対して大きな抵抗を与えて、指定海域にできるだけ留まれるようにすることが好ましい。そして、指定海域から外れた場合には、発電を一旦中止して、シーアンカーを引き上げて、自力航行して指定海域に戻るようにする。   By the way, since a windmill is installed on a ship, some thrust generate | occur | produces simultaneously with generating electric power using a windmill. Since hydrogen production ships try to move under the influence of this thrust and wave, in the present invention, a large resistance is given to the moving direction, such as flowing a sea anchor, so as to stay in the designated sea area as much as possible. preferable. And when it deviates from the designated sea area, the power generation is temporarily stopped, the sea anchor is pulled up, and the ship sails by itself and returns to the designated sea area.

また、シーアンカーを用いない場合には、水中でスクリューを回して一定海域に留まりながら風力発電を行うようにしてもよい。このように、対水速度をゼロとすれば、造波抵抗によるエネルギーロスはほぼ無い。   Further, when the sea anchor is not used, wind power generation may be performed while staying in a certain sea area by turning a screw in water. In this way, if the water velocity is zero, there is almost no energy loss due to wave resistance.

また、風力発電システムは、船に配置される帆とスクリューと発電機とを備える構成とすることもできる。この構成の場合、スクリューを水中に配置させて発電機に回転可能に接続し、帆で風を受けて船体を走らせることにより、スクリューを回転させて発電機で発電を行う。   Further, the wind power generation system may be configured to include a sail, a screw, and a generator that are arranged on the ship. In the case of this configuration, the screw is placed in water and connected to the generator in a rotatable manner, and the wind is received by the sail to run the hull so that the screw is rotated and power is generated by the generator.

水素製造船を帆船とする場合、帆船は、風上に向かっても帆走できるので、ジグザグに帆走すれば、結果として同じ海域内で帆走し続けることができる。その結果、帆船でありながら常に発電が行える。ところで、帆走する場合には、造波抵抗によるエネルギーロスが生じる。造波抵抗によるエネルギーロスは、速度の２〜３乗に比例して大きくなるため、高速になるとエネルギーロスがかなり大きくなり、折角得た風力エネルギーが造波エネルギーとして消費されてしまう。そこで、帆船による風力発電を行う場合には、帆船を低速で帆走させることが好ましい。   When a hydrogen production ship is used as a sailing ship, the sailing ship can sail upwind, so if it sails in a zigzag, it can continue sailing in the same sea area. As a result, power can always be generated while being a sailing ship. By the way, when sailing, energy loss occurs due to wave resistance. Since the energy loss due to the wave-making resistance increases in proportion to the second to the third power of the speed, the energy loss becomes considerably large at a high speed, and the wind energy obtained at the corner is consumed as the wave-making energy. Therefore, when wind power generation is performed by a sailing ship, it is preferable to sail the sailing ship at a low speed.

また、風力発電システムは、船に取り付けられる帆と、船の底面に取り付けられる貫通した筒状ダクトと、ダクトの外周に配置される超電導コイルと、ダクト内に配置される長尺な電極とを備える構成とすることができる。この構成は、超電導推進船の原理を逆にとらえて、電磁流体力学を利用した発電を行う。   The wind power generation system includes a sail attached to the ship, a penetrating cylindrical duct attached to the bottom of the ship, a superconducting coil disposed on the outer periphery of the duct, and a long electrode disposed in the duct. It can be set as the structure provided. This configuration takes the principle of a superconducting propulsion ship in reverse and generates power using magnetohydrodynamics.

この構成の風力発電システムによれば、帆で風を受けて船を走らせるとともに、超電導コイルを励磁して磁界を発生させることにより、ダクト内に水が流通すると、この水の流れで、ダクト内の水を介して電極に電流が流れて発電が行える。理論上、発電機とモータとは、表裏一体であるため、同じく超電導推進船においても船を走らせる推進部は、超電導推進船を風力で走らせれば発電機となる。   According to the wind power generation system having this configuration, when water is circulated in the duct by exciting the superconducting coil and generating a magnetic field while receiving the wind from the sail and running the ship, Electricity can be generated by flowing current through the electrode through the water. Theoretically, since the generator and the motor are two sides of the same, the propulsion unit that runs the same superconducting propulsion vessel becomes a generator if the superconducting propulsion vessel runs on wind power.

また、帆船を利用した風力発電を行う場合には、風向き、波の方向、造波抵抗などを勘案し、最適な帆の角度を設定する。そして、帆走方向を決定して発電するには、コンピュータ制御を行って、最大の電力が得られるように最適化することが好ましい。   When wind power generation using a sailing ship is performed, an optimum sail angle is set in consideration of wind direction, wave direction, wave resistance, and the like. And in order to determine a sailing direction and to generate electric power, it is preferable to perform computer control and optimize so that the maximum electric power can be obtained.

超電導推進船の技術を利用した風力発電を行う場合には、水素製造装置で製造した気体水素を液化する液化装置と、液体水素で超電導コイルを冷却する冷却機構を備えるようにすることが好ましい。この場合も、液体水素を液化装置と超電導コイルとの間で循環させる冷媒循環機構を用いて冷却機構を構成することができる。   When wind power generation using the technology of a superconducting propulsion ship is performed, it is preferable to include a liquefaction device that liquefies gaseous hydrogen produced by the hydrogen production device and a cooling mechanism that cools the superconducting coil with liquid hydrogen. Also in this case, the cooling mechanism can be configured using a refrigerant circulation mechanism that circulates liquid hydrogen between the liquefaction device and the superconducting coil.

本発明の水素供給システムによれば、水素製造船は、風のある広い海域を航行して、常に風のある場所に移動できるので、常に安定した風力発電を行え、常に安定した水素の製造が行える。その結果、風力エネルギーを形態安定性の良い水素に変換して貯蔵できるので、安定したエネルギー供給が可能となる。   According to the hydrogen supply system of the present invention, a hydrogen production ship navigates a wide windy sea area and can always move to a windy place, so that stable wind power generation can always be performed, and stable hydrogen production can always be achieved. Yes. As a result, wind energy can be converted into hydrogen with good form stability and stored, so that stable energy supply is possible.

水素の輸送は、海上を航行する船で行うことにより、大量輸送が可能となり、輸送効率が良くなる。   By transporting hydrogen with a ship that sails at sea, mass transport is possible, and transport efficiency is improved.

さらに、風力発電システムに超電導発電機や超電導磁石を用いた場合には、水素製造装置で製造した水素を液化することにより、これら超電導機器の冷却に液体水素を用いることができる。さらに、液体水素としてタンクに貯蔵し、かつ、陸地に輸送することにより、この液体水素を電気自動車などの燃料として使用することができる。   Furthermore, when a superconducting generator or a superconducting magnet is used in the wind power generation system, liquid hydrogen can be used for cooling these superconducting devices by liquefying the hydrogen produced by the hydrogen production apparatus. Further, by storing the liquid hydrogen in a tank and transporting it to the land, the liquid hydrogen can be used as a fuel for an electric vehicle or the like.

風力発電システムに超電導発電機を用いることにより、電気エネルギーの生成効率を良くすることができる。   By using a superconducting generator in the wind power generation system, the generation efficiency of electric energy can be improved.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の水素供給システムの第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。 <First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a hydrogen supply system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態の水素供給システムは、水素製造船1と輸送手段であるタンカー18とを有する。そして、図1,2に示すように、水素製造船1には、複数台の風車10で構成される風力発電システム11aを搭載している。さらに、本発明の水素供給システムの水素製造船1には、図２に示すように、船1に、風車10だけでなく、水素製造装置12、気体水素を液化する液化装置13、海水を淡水化する淡水装置14、水素が貯留されるタンク15、二次電池16、燃料電池17が搭載されている。   The hydrogen supply system of this embodiment includes a hydrogen production ship 1 and a tanker 18 that is a transportation means. As shown in FIGS. 1 and 2, the hydrogen production ship 1 is equipped with a wind power generation system 11a composed of a plurality of wind turbines 10. Further, as shown in FIG. 2, the hydrogen production ship 1 of the hydrogen supply system of the present invention includes not only a windmill 10 but also a hydrogen production apparatus 12, a liquefaction apparatus 13 for liquefying gaseous hydrogen, and seawater as fresh water. A fresh water device 14 to be converted, a tank 15 for storing hydrogen, a secondary battery 16 and a fuel cell 17 are mounted.

本実施形態の水素供給システムでは、水素製造装置12で製造された水素をタンク15に貯留していき、この製造された水素を輸送手段であるタンカー18に回収し、このタンカー18で水素を陸地まで輸送するようになっている。   In the hydrogen supply system of the present embodiment, the hydrogen produced by the hydrogen production device 12 is stored in a tank 15, and the produced hydrogen is collected in a tanker 18 that is a transportation means. To be transported to.

前記風力発電システム11aは、ブレード2、ブレード2が回転可能に取り付けられる超電導発電機3、超電導発電機3が収納されるナセル4、ナセル4が頂部に取り付けられる支柱5を備える風車10で構成され、超電導発電機3と液化装置13とを循環する冷媒循環機構6(冷却機構)を備える。風力発電システム11aは、ブレード2が風を受けて回転することにより超電導発電機3で発電が行なわれる。   The wind power generation system 11a includes a blade 2, a superconducting generator 3 to which the blade 2 is rotatably attached, a nacelle 4 in which the superconducting generator 3 is accommodated, and a windmill 10 having a column 5 to which the nacelle 4 is attached at the top. A refrigerant circulation mechanism 6 (cooling mechanism) that circulates between the superconducting generator 3 and the liquefying device 13 is provided. In the wind power generation system 11a, power is generated by the superconducting generator 3 when the blade 2 receives wind and rotates.

超電導発電機3は図2に示すように、ブレード2の回転軸21に連結される回転体31と、回転体31の周りに配設される電機子コイル32と、この電機子コイル32の外周に配置される磁気シールド33とを備える。さらに、回転体31の内部中心に液冷媒（液体水素）が充填される冷却室34を設け、その冷却室34の外周囲に超電導磁界コイル35を配置させている。   As shown in FIG. 2, the superconducting generator 3 includes a rotating body 31 connected to the rotating shaft 21 of the blade 2, an armature coil 32 disposed around the rotating body 31, and an outer periphery of the armature coil 32. And a magnetic shield 33 disposed on the surface. Further, a cooling chamber 34 filled with a liquid refrigerant (liquid hydrogen) is provided at the center of the inside of the rotating body 31, and a superconducting magnetic field coil 35 is disposed around the outer periphery of the cooling chamber 34.

本実施形態では、超電導発電機3で発電した電力は、水素製造装置12、液化装置13、淡水装置14、冷媒循環機構6のポンプ61を駆動するために用いたり、二次電池16に蓄電したりする。さらに、二次電池16に蓄電した電力も、前記した各装置と超電導発電機3を駆動するために用いる。二次電池16としては、リチウムイオン電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池などが挙げられる。   In the present embodiment, the electric power generated by the superconducting generator 3 is used to drive the hydrogen production device 12, the liquefaction device 13, the fresh water device 14, the pump 61 of the refrigerant circulation mechanism 6, or is stored in the secondary battery 16. Or Furthermore, the electric power stored in the secondary battery 16 is also used to drive the above-described devices and the superconducting generator 3. Examples of the secondary battery 16 include a lithium ion battery, a redox flow battery, and a lead storage battery.

水素製造装置12は、風力発電システム11aで得られた電力で水を電気分解して水素を製造するようになっている。液化装置13は、水素製造装置12で製造された気体水素を液化する。水素製造装置12で水を電気分解するには、海水のままでは塩分を含むので、海水から塩分を取り除く作業を行う必要がある。本実施形態では、淡水装置14で、汲み上げられた海水から塩分を取り除いて淡水化する。なお、水素製造装置12、液化装置13、淡水装置14は、市販されている装置を用いている。   The hydrogen production apparatus 12 produces hydrogen by electrolyzing water with the electric power obtained by the wind power generation system 11a. The liquefaction device 13 liquefies the gaseous hydrogen produced by the hydrogen production device 12. In order to electrolyze water with the hydrogen production device 12, since seawater contains salt, it is necessary to remove salt from seawater. In the present embodiment, the fresh water device 14 removes salt from the pumped seawater to make it fresh. As the hydrogen production apparatus 12, the liquefaction apparatus 13, and the fresh water apparatus 14, commercially available apparatuses are used.

タンク15には、液化装置13で液化された液体水素が貯留される。タンク15に貯留した液体水素は、タンカー18に回収され、タンカー18で陸地に設置される水素ステーションなどの水素供給箇所に輸送する。また、タンク15に貯留した液体水素の一部は、船に搭載される燃料電池17にも供給する。燃料電池17で発生した電力も船に搭載される各電気機器や装置を駆動させるために用いる。   The tank 15 stores liquid hydrogen liquefied by the liquefying device 13. The liquid hydrogen stored in the tank 15 is collected by the tanker 18 and transported to a hydrogen supply location such as a hydrogen station installed on land by the tanker 18. A part of the liquid hydrogen stored in the tank 15 is also supplied to the fuel cell 17 mounted on the ship. The electric power generated by the fuel cell 17 is also used to drive each electrical device or device mounted on the ship.

本実施形態では、液化装置13で液化された液体水素の一部を利用して超電導発電機3の超電導磁界コイル35を冷却し、超電導磁界コイル35の超電導状態を維持するようにしている。即ち、液体水素が冷媒循環機構6により液化装置13から超電導発電機3に送られ、超電導発電機3の超電導磁界コイル35が液体水素で冷却される。   In the present embodiment, the superconducting magnetic field coil 35 of the superconducting generator 3 is cooled by using a part of the liquid hydrogen liquefied by the liquefying device 13, and the superconducting state of the superconducting magnetic field coil 35 is maintained. That is, liquid hydrogen is sent from the liquefaction device 13 to the superconducting generator 3 by the refrigerant circulation mechanism 6, and the superconducting magnetic field coil 35 of the superconducting generator 3 is cooled with liquid hydrogen.

冷媒循環機構6は、具体的には、超電導発電機3に設ける冷却室34と液化装置13とを連通する往路配管62と復路配管63を備えると共に、往路配管62に設けるポンプ61を備えている。本実施形態では、このポンプ61の駆動により、液化装置13で液化された液体水素を往路配管62から超電導発電機3の冷却室34に供給して超電導磁界コイル35を冷却し、復路配管63から液化装置13に戻すようになっている。なお、液化装置13は、水素製造装置12で製造された水素ガスを液化するだけでなく、超電導発電機3を冷却したときに気化した水素ガスも液化する。   Specifically, the refrigerant circulation mechanism 6 includes a forward pipe 62 and a backward pipe 63 that communicate the cooling chamber 34 provided in the superconducting generator 3 and the liquefying device 13, and a pump 61 provided in the forward pipe 62. . In the present embodiment, by driving the pump 61, the liquid hydrogen liquefied by the liquefier 13 is supplied from the forward piping 62 to the cooling chamber 34 of the superconducting generator 3 to cool the superconducting magnetic field coil 35 and from the return piping 63. It returns to the liquefying device 13. The liquefying device 13 not only liquefies the hydrogen gas produced by the hydrogen production device 12, but also liquefies the hydrogen gas vaporized when the superconducting generator 3 is cooled.

本実施形態では、風力発電システム11aを構成する発電機に超電導発電機3を用いているので、風力発電装置全体を軽量・小型化できながら発電効率も良くすることができる。しかも、超電導発電機3で発電した電力を利用して、気体水素の製造、気体水素の液化、海水の淡水化を行えるので、発電した電力が無駄となることなく、有効に活用できる。しかも、風力エネルギーを電気エネルギーに変換したのち、さらに、電気エネルギーに比べて形態安定性の良い水素に変換するので、エネルギーの無駄がさらに無くなる。   In the present embodiment, since the superconducting generator 3 is used as the generator constituting the wind power generation system 11a, the entire wind power generator can be reduced in weight and size while improving the power generation efficiency. Moreover, since the power generated by the superconducting power generator 3 can be used to produce gaseous hydrogen, liquefy gaseous hydrogen, and desalinate seawater, the generated power can be used effectively without being wasted. In addition, after the wind energy is converted into electric energy, it is further converted into hydrogen having better form stability than electric energy, so that energy is not wasted.

このように、第１実施形態では、軽量・小型で発電効率の良い風力発電システムで発電された電力を、需要者側に供給するだけでなく、水素ガスおよび液体水素を製造するためにも用いることができる。   Thus, in 1st Embodiment, the electric power generated with the light-weight and small-sized wind power generation system with sufficient power generation efficiency is not only supplied to the consumer side but also used for producing hydrogen gas and liquid hydrogen. be able to.

本実施形態の水素供給システムでは、複数の水素製造船1で船団を組み、これら船を貿易風地帯に配置させる。このように貿易風地帯に水素製造船1を配置させることにより、安定した風が得られるので、安定した発電が行え、安定した水素の製造が行える。   In the hydrogen supply system of the present embodiment, a fleet is formed by a plurality of hydrogen production ships 1, and these ships are arranged in a trade wind zone. By arranging the hydrogen production ship 1 in the trade wind zone in this manner, a stable wind can be obtained, so that stable power generation can be performed and stable hydrogen production can be performed.

そして、タンク15に貯留されている水素は、タンカー18で回収し、このタンカー18で水素を陸地まで輸送する。   Then, the hydrogen stored in the tank 15 is recovered by the tanker 18, and the hydrogen is transported to the land by the tanker 18.

＜第２実施形態＞
次に、本発明の水素供給システムの第２実施形態について図３および図４に基づいて説明する。第２実施形態の水素供給システムは、第１実施形態とは風力発電システムの構成のみが異なる。 Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment of the hydrogen supply system of this invention is described based on FIG. 3 and FIG. The hydrogen supply system of the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the wind power generation system.

第２実施形態は図３に示すように、水素製造船1が帆7を有する帆船で構成される。さらに、第２実施形態の水素供給システムは、図４に示すように、船1に、スクリュー8、超電導発電機3、水素製造装置12、気体水素を液化する液化装置13、海水を淡水化する淡水装置14、水素が貯留されるタンク15、二次電池16、燃料電池17が搭載されている。また、船1は、超電導発電機3と液化装置13との間で液体水素を循環させる冷媒循環機構6も備える。   In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the hydrogen production ship 1 is a sailing ship having sails 7. Furthermore, as shown in FIG. 4, the hydrogen supply system of the second embodiment is configured to ship 1 with a screw 8, a superconducting generator 3, a hydrogen production device 12, a liquefaction device 13 for liquefying gaseous hydrogen, and desalinating seawater. A fresh water device 14, a tank 15 for storing hydrogen, a secondary battery 16, and a fuel cell 17 are mounted. The ship 1 also includes a refrigerant circulation mechanism 6 that circulates liquid hydrogen between the superconducting generator 3 and the liquefaction device 13.

本実施形態では、超電導発電機3、水素製造装置12、液化装置13、淡水装置14、タンク15、二次電池16、燃料電池17、冷媒循環機構6の構成は、第１実施形態と同じであるので、同符号で示す部材については説明を省略する。   In this embodiment, the configurations of the superconducting generator 3, the hydrogen production device 12, the liquefaction device 13, the fresh water device 14, the tank 15, the secondary battery 16, the fuel cell 17, and the refrigerant circulation mechanism 6 are the same as those in the first embodiment. Therefore, description of members denoted by the same reference numerals is omitted.

第２実施形態では、風力発電システム11bは、帆7とスクリュー8と超電導発電機3とにより構成されている。さらに、スクリュー8は、水中に配置させ、スクリュー8の回転軸81を超電導発電機3に回転可能に接続している。超電導発電機3は、第１実施形態と同じものを使用している。また、この超電導発電機3は、ナセル4(図2)の代わりにケース36に収納している。そして、帆7で風を受けて船を走らせることにより、スクリュー8を回転させて超電導発電機3で発電するようになっている。   In the second embodiment, the wind power generation system 11b includes the sail 7, the screw 8, and the superconducting generator 3. Further, the screw 8 is disposed in water, and the rotating shaft 81 of the screw 8 is rotatably connected to the superconducting generator 3. The same superconducting generator 3 as that of the first embodiment is used. The superconducting generator 3 is housed in a case 36 instead of the nacelle 4 (FIG. 2). Then, the wind is received by the sail 7 and the ship is run so that the screw 8 is rotated and the superconducting generator 3 generates power.

本実施形態も、超電導発電機3で発電した電力は、各装置の駆動に用いたり、二次電池16に蓄電するようになっている。二次電池16に蓄電される電力も各装置および超電導発電機3の駆動に用いる。   Also in this embodiment, the power generated by the superconducting generator 3 is used for driving each device or stored in the secondary battery 16. The electric power stored in the secondary battery 16 is also used to drive each device and the superconducting generator 3.

本実施形態の水素供給システムも、複数の水素製造船1で船団を組み、これら船を貿易風地帯の海域内で水素製造船1を搬送させる。本実施形態の水素供給システムでも安定した発電が行え、安定した水素の製造が行える。そして、タンク15に貯留されている水素は、タンカー18で回収し、このタンカー18で水素を陸地まで輸送する。   The hydrogen supply system of this embodiment also forms a fleet of a plurality of hydrogen production ships 1 and transports these ships to the hydrogen production ship 1 within the sea area of the trade wind zone. The hydrogen supply system of this embodiment can also generate power stably and produce stable hydrogen. Then, the hydrogen stored in the tank 15 is recovered by the tanker 18, and the hydrogen is transported to the land by the tanker 18.

＜第３実施形態＞
次に、本発明の水素供給システムの第３実施形態について図３および図５に基づいて説明する。第３実施形態の水素供給システムは、第１実施形態、第２実施形態とは風力発電システムの構成のみが異なる。 <Third Embodiment>
Next, 3rd Embodiment of the hydrogen supply system of this invention is described based on FIG. 3 and FIG. The hydrogen supply system of the third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment only in the configuration of the wind power generation system.

第３実施形態は、図３に示すように、第２実施形態と同様に、水素製造船1が帆7を有する帆船で構成される。そして、第２実施形態の水素供給システムとは、風力発電システム11cの構成部分のうち次の部分で構成が異なる。即ち、図５に示すように、第３実施形態の風力発電システム11cは、帆7の他に、船1の底面に、貫通した筒状ダクト91と、ダクト91の外周に配置される超電導コイル92と、ダクト91内に配置される長尺な電極93とを備える。   As shown in FIG. 3, the third embodiment is a sailing ship in which the hydrogen production ship 1 has sails 7 as in the second embodiment. The configuration of the hydrogen supply system according to the second embodiment differs from that of the components of the wind power generation system 11c in the following portions. That is, as shown in FIG. 5, in addition to the sail 7, the wind power generation system 11c of the third embodiment includes a cylindrical duct 91 penetrating the bottom surface of the ship 1, and a superconducting coil disposed on the outer periphery of the duct 91. 92 and a long electrode 93 disposed in the duct 91.

筒状ダクト91はプラスチック製のものを使用する。そして、ダクト91の外周に超電導コイル92を配置し、この超電導コイル92を、ダクト91の両端開口部は塞がないように、ケース37で覆っている。このケース37内には、液体水素が液化装置13から冷媒循環機構6を介して供給される。   The cylindrical duct 91 is made of plastic. Then, a superconducting coil 92 is disposed on the outer periphery of the duct 91, and the superconducting coil 92 is covered with a case 37 so that the openings at both ends of the duct 91 are not blocked. In this case 37, liquid hydrogen is supplied from the liquefier 13 through the refrigerant circulation mechanism 6.

超電導コイル92は、励磁用電源94から電気を流すことにより励磁されて磁界が発生するようになっている。   The superconducting coil 92 is excited by applying electricity from the exciting power source 94 to generate a magnetic field.

ダクト91の内面側には、陽極となる長尺な電極と、陰極となる長尺な電極とがダクト91の長手方向に沿って配置されている。これら電極が接続されている導線95は、図示していないが水素製造装置などの各装置に接続されている。   On the inner surface side of the duct 91, a long electrode serving as an anode and a long electrode serving as a cathode are disposed along the longitudinal direction of the duct 91. Although not shown, the conductive wire 95 to which these electrodes are connected is connected to each device such as a hydrogen production device.

なお、第３実施形態も、第１実施形態と同様に、水素製造装置、気体水素を液化する液化装置13、海水を淡水化する淡水装置、水素が貯留されるタンク、二次電池、燃料電池が搭載されている。なお、水素製造装置、淡水装置、タンク、二次電池、燃料電池は省略して図示していないが、電極93を流れる電流は、導線95を介して各装置に供給されて、第１実施形態と同様に海水から水素が製造される。また、超電導コイル92と液化装置13との間には液体水素を循環させる冷媒循環機構6を備える。   In the third embodiment, as in the first embodiment, a hydrogen production device, a liquefaction device 13 for liquefying gaseous hydrogen, a fresh water device for desalinating seawater, a tank for storing hydrogen, a secondary battery, and a fuel cell Is installed. Although a hydrogen production device, a fresh water device, a tank, a secondary battery, and a fuel cell are not shown in the figure, the current flowing through the electrode 93 is supplied to each device via a conductive wire 95, and the first embodiment In the same way, hydrogen is produced from seawater. In addition, a refrigerant circulation mechanism 6 that circulates liquid hydrogen is provided between the superconducting coil 92 and the liquefying device 13.

本実施形態では、液化装置13、冷媒循環機構6の構成は、第１実施形態と同じであるので、同符号で示す部材については説明を省略する。   In the present embodiment, the configurations of the liquefying device 13 and the refrigerant circulation mechanism 6 are the same as those in the first embodiment, and thus the description of the members denoted by the same reference numerals is omitted.

第３実施形態の風力発電システム11cによれば、帆7で風を受けて船を走らせるとともに、超電導コイル92を励磁して磁界を発生させることにより、ダクト91内に水が流通すると、この水の流れで、ダクト91内の水を介して電極93に電流が流れて発電が行える。   According to the wind power generation system 11c of the third embodiment, when water is circulated in the duct 91 by receiving the wind from the sail 7 and running the ship and exciting the superconducting coil 92 to generate a magnetic field, With the flow of water, electric current can flow through the electrode 93 through the water in the duct 91 to generate electricity.

本実施形態も、風力発電システム11cで発電した電力は、各電気機器および装置の駆動に用いたり、二次電池に蓄電するようになっている。二次電池に蓄電される電力も各装置および超電導発電機の駆動に用いる。   Also in this embodiment, the electric power generated by the wind power generation system 11c is used to drive each electric device and apparatus, or is stored in a secondary battery. The electric power stored in the secondary battery is also used for driving each device and the superconducting generator.

本実施形態の水素供給システムも、複数の水素製造船1で船団を組み、これら船を貿易風地帯の海域内で水素製造船1を搬送させる。本実施形態の水素供給システムでも安定した発電が行え、安定した水素の製造が行える。そして、タンクに貯留されている水素は、タンカーで回収し、このタンカーで水素を陸地まで輸送する。   The hydrogen supply system of this embodiment also forms a fleet of a plurality of hydrogen production ships 1 and transports these ships to the hydrogen production ship 1 within the sea area of the trade wind zone. The hydrogen supply system of this embodiment can also generate power stably and produce stable hydrogen. Then, the hydrogen stored in the tank is collected by a tanker, and the hydrogen is transported to the land by this tanker.

本発明の水素供給システムは、風が得られる陸地が少ない日本において適用する場合に好適である。   The hydrogen supply system of the present invention is suitable for application in Japan where there is little land where wind can be obtained.

本発明水素供給システムの第1実施形態に係る水素製造船の全体を示す概略説明図である。1 is a schematic explanatory diagram showing the entirety of a hydrogen production ship according to a first embodiment of the hydrogen supply system of the present invention. 第１実施形態の水素供給システムの構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of a structure of the hydrogen supply system of 1st Embodiment. 本発明水素供給システムの第２実施形態および第３実施形態に係る水素製造船の全体を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the whole hydrogen production ship which concerns on 2nd Embodiment and 3rd Embodiment of this invention hydrogen supply system. 第２実施形態の水素供給システムの構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of a structure of the hydrogen supply system of 2nd Embodiment. 第３実施形態の水素供給システムにおける風力発電システムの一部の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a part of wind power generation system in the hydrogen supply system of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 水素製造船
11a,11b,11c 風力発電システム
2 ブレード 21 回転軸
3 超電導発電機
31 回転体 32 電機子コイル 33 磁気シールド
34 冷却室 35 超電導磁界コイル
36,37 ケース
4 ナセル 5 支柱
6 冷媒循環機構
61 ポンプ 62 往路配管 63 復路配管
7 帆
8 スクリュー
81 回転軸
91 筒状ダクト 92 超電導コイル 93 電極
94 励磁用電源 95 導線
12 水素製造装置 13 液化装置 14 淡水装置 15 タンク
16 二次電池 17 燃料電池 18 タンカー 1 Hydrogen production ship
11a, 11b, 11c Wind power generation system
2 Blade 21 Rotating axis
3 Superconducting generator
31 Rotating body 32 Armature coil 33 Magnetic shield
34 Cooling chamber 35 Superconducting magnetic field coil
36,37 cases
4 Nacelle 5 Prop
6 Refrigerant circulation mechanism
61 Pump 62 Outward piping 63 Return piping
7 Sail
8 screw
81 Rotation axis
91 Cylindrical duct 92 Superconducting coil 93 Electrode
94 Power supply for excitation 95 Lead wire
12 Hydrogen production equipment 13 Liquefaction equipment 14 Fresh water equipment 15 Tank
16 Secondary battery 17 Fuel cell 18 Tanker

Claims (4)

超電導発電機を備える風力発電システムと、風力発電システムで得られた電力で水を電気分解して水素を生成する水素製造装置と、水素製造装置で製造した気体水素を液化する液化装置と、液化装置で液化された液体水素を用いて超電導発電機を冷却する冷却機構と、水素製造装置で得られた気体水素もしくは液化装置で得られた液体水素を貯留するタンクとを備える水素製造船と、水素製造船で製造した水素を陸上に輸送する輸送手段とを有することを特徴とする水素供給システム。 A wind power generation system including a superconducting generator, a hydrogen production apparatus that generates hydrogen by electrolyzing water with electric power obtained by the wind power generation system, a liquefaction apparatus that liquefies gaseous hydrogen produced by the hydrogen production apparatus, and liquefaction A hydrogen production ship comprising a cooling mechanism for cooling the superconducting generator using liquid hydrogen liquefied by the apparatus, and a tank for storing gaseous hydrogen obtained by the hydrogen production apparatus or liquid hydrogen obtained by the liquefaction apparatus ; A hydrogen supply system comprising: a transportation means for transporting hydrogen produced by a hydrogen production ship to land. 風力発電システムは、ブレードと、ブレードの回転で駆動する超電導発電機と、ブレードが頂部に取り付けられる支柱とを備える風車を船上に搭載して構成され、風を受けてブレードが回転することにより超電導発電機で発電を行うことを特徴とする請求項１に記載の水素供給システム。 Wind power generation system, a superconducting by the blade, and the superconducting generator driven by the rotation of the blades, the blades are configured by mounting a wind turbine and a strut attached to the top on board, the blades the wind to rotate hydrogen supply system according to claim 1, characterized in that electric power generation is performed by the generator. 風力発電システムは、船に取り付けられる帆とスクリューと超電導発電機とを備え、スクリューを水中に配置させて超電導発電機に回転可能に接続し、帆で風を受けて船を走らせることにより、スクリューを回転させて超電導発電機で発電することを特徴とする請求項１に記載の水素供給システム。 Wind power generation system comprises a sail and screw and the superconducting generator attached to the ship, by placing the screw in water and rotatably connected to the superconducting generator, by running the ship before the wind in the sails, The hydrogen supply system according to claim 1, wherein power is generated by a superconducting generator by rotating a screw. 風力発電システムは、船に取り付けられる帆と、船の底面に取り付けられる貫通した筒状ダクトと、ダクトの外周に配置される超電導コイルと、ダクト内に配置される長尺な電極とを備え、
帆で風を受けて船を走らせるとともに、超電導コイルで磁界を発生させることにより、ダクト内に水を流通させて、ダクト内の水を介して電極に電流を流して発電することを特徴とする請求項１に記載の水素供給システム。 The wind power generation system includes a sail attached to the ship, a penetrating cylindrical duct attached to the bottom of the ship, a superconducting coil disposed on the outer periphery of the duct, and a long electrode disposed in the duct.
It is characterized by generating electricity by flowing water through the duct and flowing current to the electrode through the water in the duct by generating a magnetic field with a superconducting coil while receiving the wind from the sail and running the ship. The hydrogen supply system according to claim 1 .
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