JP4775790B2 - 自然エネルギーを有効利用する発電システム, - Google Patents
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Description
水素貯蔵部5から新たに配管を連結し,水素を昇圧するためのコンプレッサーを用い,水素貯蔵部は昇圧した水素を貯蔵できるようにしてもよい。このような水素貯蔵部を用いれば,より小さなスペースで多くの水素を貯蔵できることになるからである。このようなコンプレッサーとして,ピストン多段式のコンプレッサーがあげられ,0.6MPa以上の,より好ましくは1MPa以上のさらに好ましくは10MPa以上の圧力が好ましい。また,水素の純度を下げないように無給油式のものが望ましい。昇圧した水素を貯蔵するために,水素貯蔵部は,前記コンプレッサーの昇圧圧力に耐えるものであればよい。通常の高圧ガス用の貯蔵部はその耐圧が20MPaなどのものがあるので,昇圧した水素を貯蔵できる。
蓄電池の端子電圧が38Vの時,燃料電池を稼働し負荷へ電力を送るとともに風車から蓄電池へ電力を供給した。平均電力負荷699.6Wの時,燃料電池から負荷へ電力を供給したところ,その時の平均水素消費流量は9.63NL/minで発電効率(負荷電力量/消費した水素の高位発熱量)は34.2%であった。
バッテリーの端子電圧が46.9V,ボンベの水素圧力が0.174MPa,バッテリーから外部への平均電力負荷が652Wの時,バッテリーから負荷へ電力を供給するとともに電解電流20.3A(599W)で水電解を行った。その結果,平均流量1.35NL/minで水素が発生し,水素変換効率(発生した水素の高位発熱量/バッテリーから水電解槽に入力した電力量)は48.0%,電解電流効率は96.0%であった。また,20分後のバッテリー端子電圧は44.3Vであった。
2 発電手段
3 蓄電池
4 水電解槽
5 水素貯蔵部
6 燃料電池
7 加熱手段
8 電力制御手段
9 バックアップ用の水素貯蔵部
10 温度測定手段
11 電力負荷
12〜16 配線
17〜26 ガス配管
27 乾燥剤を含む容器
28 燃料遮断弁
29 圧力レギュレータ
30 逆支弁または圧力制御手段
31 燃料電池セル
32 電解質
33 触媒層
34 ガス拡散層
35 セパレータ
36 水素供給口
37 酸素供給口
38 集電板
45,46 気液分離器
47 フロート
48 電磁弁
49 コンプレッサー
50 乾燥剤を含む容器
51 水素貯蔵部
52 水の貯蔵タンク
53 循環ポンプ
54 ポンプ
55 三方電磁弁
56 三方電磁弁
57 電磁弁
58 電磁弁
101 本発明の発電システムの例
102 ジャイロミル(垂直軸型)形風力発電機
103 蓄電池
104 水電解槽
105 水素ボンベ
106 燃料電池
107 加熱手段
108 電力制御手段
109 バックアップ用の水素ボンベ
110 温度測定手段
111 電力負荷
112〜116 配線
117〜126 ガス配管
127 乾燥剤を含む容器
128 燃料遮断弁
129 圧力レギュレータ
130 逆支弁または圧力制御手段
131 整流器
132 コンバータ
133 交流変換器
134 ダミー負荷
135〜140 配線
Claims (8)
- 風力発電及び太陽光発電のいずれか又は両方による発電手段と,
前記発電手段によって得られた電力を蓄積するための蓄電池と,
前記発電手段によって得られた電力を用いて水を水素と酸素とに分解するための水電解槽と,
前記水電解槽で発生した水素を貯蔵するための水素貯蔵部と,
前記水電解槽で発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得るための燃料電池と,
前記発電手段及び前記燃料電池により得られた電力を消費するための電力消費手段と,
前記発電手段により得られる電力,前記蓄電池に蓄積される電力,及び前記燃料電池により得られる電力の供給先を制御するための電力制御手段と,
を具備し,
前記発電手段によって得られた電力を蓄電池に蓄積し,利用するとともに,
前記蓄電池に蓄積された電力,又は前記発電手段によって得られた電力を用いて,前記水電解槽中の水を水素と酸素とに分解し,
前記水素貯蔵部に前記水電解槽で発生した水素を貯蔵し,
前記燃料電池が前記水電解槽で発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得,
前記電力制御手段が,電力負荷及び前記電力消費手段へ供給する電力を制御する,
発電システムであって,
前記電力消費手段は,前記水電解槽又は前記燃料電池のいずれか又は両方を加温するための加熱手段,又は余剰電力を消費するためのダミー負荷であり,
前記発電システムは,さらに,
前記蓄電池において蓄積した電力の電圧値を測定する電圧値測定手段と,
前記水素貯蔵部内の水素ガス圧を測定する水素ガス圧測定手段を備え,
前記電力制御手段は,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が第1の設定値未満である場合には,前記燃料電池で電力を発生させ,前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第1の設定値以上第2の設定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第2の設定値以上であり,かつ,前記水素ガス圧測定手段によって測定された前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,さらに前記発電手段により蓄電池へ蓄積される電力を用いて,前記水電解槽において水素を発生させ,前記水素を前記水素貯蔵部に貯蔵し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第2の設定値以上であり,かつ前記水素ガス圧測定手段によって測定された前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値以上である場合には,前記発電手段により蓄電池へ蓄積される電力を前記電力消費手段へ供給するように電力を制御する
発電システム。
- 前記電力消費手段は,前記水電解槽又は前記燃料電池のいずれか又は両方を加温するための加熱手段である請求項1に記載の発電システム。
- 前記燃料電池へ水素を供給することができ,交換可能なバックアップ用の水素貯蔵部をさらに具備する請求項1に記載の発電システム。
- 前記水電解槽中の水の温度を測定するための温度測定手段をさらに具備し,
前記電力制御手段は,前記温度測定手段により測定された温度が所定温度以下になった場合に,前記加熱手段へ電力を供給する請求項2に記載の発電システム。
- 前記電力制御手段は,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が所定値未満の状態である場合,前記水素貯蔵部に蓄積された水素を用いて前記燃料電池により電力を発生させ,前記蓄電池に電力を供給するように制御する請求項1に記載の発電システム。
- 前記燃料電池へ水素を供給することができるバックアップ用の水素貯蔵部をさらに具備し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が所定量未満の場合に,前記水素貯蔵部に貯蔵した水素を前記バックアップ用の水素貯蔵部に貯蔵した水素より優先的に前記燃料電池へ供給する手段をさらに具備する請求項1に記載の発電システム。
- 風力発電及び太陽光発電のいずれか又は両方による発電手段と,
前記発電手段によって得られた電力を蓄積するための蓄電池と,
前記発電手段によって得られた電力を用いて水を水素と酸素とに分解するための水電解槽と,
前記水電解槽で発生した水素を貯蔵するための水素貯蔵部と,
前記水電解槽で発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得るための燃料電池と,
前記発電手段及び前記燃料電池により得られた電力を消費するための電力消費手段と,
前記発電手段により得られる電力,前記蓄電池に蓄積される電力,及び前記燃料電池により得られる電力の供給先を制御するための電力制御手段と,
を具備し,
前記発電手段によって得られた電力を蓄電池に蓄積し,利用するとともに,
前記蓄電池に蓄積された電力,又は前記発電手段によって得られた電力を用いて,前記水電解槽中の水を水素と酸素とに分解し,
前記水素貯蔵部に前記水電解槽で発生した水素を貯蔵し,
前記燃料電池が前記水電解槽で発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得,
前記電力制御手段が,電力負荷及び前記電力消費手段へ供給する電力を制御する,
発電システムであって,
前記電力消費手段は,前記水電解槽又は前記燃料電池のいずれか又は両方を加温するための加熱手段,又は余剰電力を消費するためのダミー負荷であり,
前記発電システムは,さらに,
前記蓄電池において蓄積した電力の電圧値を測定する電圧値測定手段と,
前記水素貯蔵部内の水素ガス圧を測定する水素ガス圧測定手段を備え,
前記電力制御手段は,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が第1の設定値未満である場合には,前記燃料電池で電力を発生させ,前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第1の設定値以上第2の設定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,前記発電手段により前記第2の設定値よりも大きい第3の設定値に達し,かつ前記水素ガス圧測定手段により測定された前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷へ電力を供給し,さらに前記水電解槽において水素を発生させ,前記水素を前記水素貯蔵部に貯蔵するように電力を制御し,その結果,前記蓄電池の電圧が前記第2の設定値未満になった場合,または前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値以上に達した場合には,前記蓄電池から前記電力負荷へ電力を供給するものの,前記水電解槽への電力の供給を止め,前記発電手段によって前記蓄電池が充電され,その電圧が再び前記第3の設定値以上になり,かつ前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷へ電力を供給しながら,前記水電解槽への電力の供給を再開し, 前記蓄電池の電圧が前記第3の設定値以上になり,かつ前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値以上である場合には,前記発電手段により前記蓄電池へ蓄積される電力を前記電力消費手段へ供給する制御を行う
発電システム。
- 風力発電及び太陽光発電のいずれか又は両方による発電手段と,
前記発電手段によって得られた電力を蓄積するための蓄電池と,
前記発電手段によって得られた電力を用いて水を水素と酸素とに分解する水電解機能を有し,
且つそれにより発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得る燃料電池の機能を有する電解セルと,
前記電解セルが電力を取得する際に発生する水素を貯蔵するための水素貯蔵部と,
前記発電手段及び前記燃料電池により得られた電力を消費するための電力消費手段と,
前記発電手段により得られる電力,前記蓄電池に蓄積される電力,及び前記電解セルにより得られる電力の供給先を制御するための電力制御手段と,
を具備し,
前記発電手段によって得られた電力を蓄電池に蓄積し,利用するとともに,
前記蓄電池に蓄積された電力,又は前記発電手段によって得られた電力を用いて,前記電解セル中の水を水素と酸素とに分解し,
前記水素貯蔵部に前記電解セルで発生した水素を貯蔵し,
発生した水素,又は前記水素貯蔵部に貯蔵された水素を用いて電力を得,
前記電力制御手段が,電力負荷及び前記電力消費手段へ供給する電力を制御する,
発電システムであって,
前記電力消費手段は,前記水電解槽又は前記燃料電池のいずれか又は両方を加温するための加熱手段,又は余剰電力を消費するためのダミー負荷であり,
前記発電システムは,さらに,
前記蓄電池において蓄積した電力の電圧値を測定する電圧値測定手段と,
前記水素貯蔵部内の水素ガス圧を測定する水素ガス圧測定手段を備え,
前記電力制御手段は,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が第1の設定値未満である場合には,前記電解セルで電力を発生させ,前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第1の設定値以上第2の設定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第2の設定値以上であり,かつ,前記水素ガス圧測定手段によって測定された前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値未満である場合には,前記蓄電池から前記電力負荷又は前記電力消費手段へ電力を供給し,さらに前記発電手段により蓄電池へ蓄積される電力を用いて,前記水電解槽において水素を発生させ,前記水素を前記水素貯蔵部に貯蔵し,
前記電圧値測定手段により測定された前記蓄電池の電圧値が前記第2の設定値以上であり,かつ前記水素ガス圧測定手段によって測定された前記水素貯蔵部内の水素ガス圧が所定値以上である場合には,前記発電手段により蓄電池へ蓄積される電力を前記電力消費手段へ供給するように電力を制御する
発電システム。
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