JPH0492374A - エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、風力、水力、地熱、潮汐、温度差、太陽熱、
太陽光などの自然エネルギーに基づいて発電した電力に
て水素を発生させ、その水素を一旦水素吸蔵合金に貯蔵
すると共に、必要に応じてその貯蔵水素を燃料電池に供
給して発電するエネルギーシステムに関する。

（ロ）従来の技術 化石エネルギーの枯渇と共に、温暖化、酸性雨の発生な
どの地球環境の危機が叫ばｆＬ始めて久しい。そのよう
な観点から風力、水力、地熱、潮汐、温度差、太陽熱、
太陽光などの無公害の自然エネルギーに着目したエネル
ギーシステムの開発が試みられているが、そのトータル
的な進展状況は遅々としたものと云わざるを得ない状態
にある。

そのような状況下においても、太陽光を直接電気エネル
ギーに変換する太ＦＪｈｔ池に関する技術開発は比較的
進んでおり、その変換効率だけを見ても−時期の２倍以
上を記録している。そして例えば、 ［エコノミストＪ　’８９．８．１５．２２合併号、成
るいは［太Ｆ易エネルギーＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＪＳ
ＥＳＪ　’８９　Ｖｏｌ、１５へ０．５などに述べられ
ているように、太陽電池を赤道近辺の砂漠地域に配置し
、その太陽電池で発電した電力を超電導ケーブルを用い
てエネルギー消費地へ送電しようとした雄大な提案が為
されている。

一方、太陽電池で発電した電力を用いて水を電気分解し
て水素と酸素とを発生させ、その水素をエネルギー源と
しようとした提案も例えば、特開昭５４．−１２７８９
０号、特開昭５５−１１６６０１号公報などに示されて
いる。

（ハ）発明が解決しようとした課題 ところが前者の提案は発電と消費とがリアルタイムのも
のであり、また提案の後者はエネルギー蓄積を前提とし
たものであるが、単なる概念を示しているに過ぎない。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであって
、自然エネルギーに基づいて発電した電力で水を電気分
解して水素を発生させて水素吸蔵合金に貯蔵すると共に
、その水素吸蔵合金から水素を放出させてその放出水素
を燃料として燃料電池を作動させて電力、並びに熱を発
生させるエネルギーシステムにおいて、水素吸蔵合金に
水素を貯蔵させるさせる際に発生する熱を、水を電気分
解する電気分解槽に供給するとともに、水の電気分解熱
、並びに燃料電池の作動熱は水素吸蔵合金から水素を放
出させるために用いようとしたものである。

（ホ）作用 本発明によれば、自然エネルギーに基づいて得られた水
素の水素吸蔵合金に対する吸収、放出が熱的な無駄がな
く効率的に行われる。

（へ）実施例 第１図は本発明エネルギーシステムの概念図であって、
ｌは自然エネルギーの収集手段として最も一般的な太陽
電池であって、赤道近辺の砂漠地域などに数ｉ〜数ＩＱ
Ｑｋｍ平方のオーダの大面積に渡って配置されている。

２はこの太陽電池】にて発電された直流電力によって水
を電気分解する水電解装置で、水電解のための単セルに
は１．５Ｖ程度の低電圧を供給する必要があり、通常、
その単セルを１０〜２０セル程度を直列に接続してたも
のを必要個数並置する構成が採られている。尚、この水
電解装置としては、ナフィオンなどのイオン交換膜を用
いるＳＰＥ方法や、ジルコニアなどの固体電解質を用い
る方法などが、電力効率、即ち電気−水素変換効率の点
などからこの種システムのような大量の水電解に適して
いる。

３はこの水電解装置２から得られる水素を貯える一次水
素貯蔵装置で、ＬａＮ＋ｓで代表される希土類−Ｎｉ系
合金、Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｔｉ系合金、Ｚｒ−Ｍ
ｎ系合金などの水素吸蔵合金から成っており、この−次
水素貯蔵装置３と水電解装置２とは距離的に近接した配
置されていて熱的に結合し易い状態に置かれている。

４はこの水素吸蔵合金から構成されている水素貯蔵装置
３から放出される水素をエネルギー消費地５近傍まで輸
送するパイプラインで、水素輸送圧力２ｋｇ　／’　ｃ
ｍ　’、ガス流速４ｍ／Ｓ程度が長距離パイプライン輸
送に適している。６はエネルギー消費地近傍に設けられ
た二次水素貯蔵装置で、上記−次水素貯蔵装置３と同様
に各種の水素吸蔵合金から構成されている。

７はこの二次水素貯蔵装置６から得られる水素を燃料と
した燃料電池発電所で、この燃料電池発電所７で発電さ
れた電力はエネルギー消費地５に送電されると共に、そ
の発電の際に生じる熱エネルギーも消費地に送られ利用
される。尚、このエネルギー消費地５においても二次水
素貯蔵装置６と燃料電池発電所７とは熱的結合可能な近
接位置に配置するのが好ましい。

ここでこの燃料電池発電所７の規模の一例を示す。約１
００戸の住宅からなるマンションのに必要な電力量とさ
れている２４００ＫＷｈ　（２００ＫＷＸ　１２時間）
を燃料電池発電所７で発電させようとした場合、燃料電
池と電力調整用のインバータとコントロールパネルとを
含めた発電部の大きさは、幅２〜３ｍ、奥行き３〜４ｍ
、高さ約２ｍで、またその時必要とした水素量は約８０
０ｍ！　この水素量を貯蔵する水素貯蔵部を構成する水
素吸蔵合金の量としては４トン程度が必要であろう。

このようにエネルギー消費地５の近傍にその消費地の電
力消費量に見合った規模の燃料電池発電所を設ける方式
のメリットは、発電電力のみならず、その発電の際に生
じる熱をも消費地で利用することができ、トータル的な
エネルギー効率を向上せしめることができる点であろう
。即ち、燃料電池の発電機としての効率はせいぜい５０
〜６０％であるが、発電熱をも含めたエネルギー利用効
率は８０％にも達することが期待できる。

尚、上記実施例においては、−次水素貯蔵装置３から放
出される水素をエネルギー消費地５近傍まで輸送する手
段としてパイプライン４を用ｌ−１ているが、−次水素
貯蔵装置３とエネルギー消費地５との距離が１０００旨
を越える場合は、パイアライン４に代えて、水素を吸収
した水素吸蔵合金を船舶による海上運搬の方が水素輸送
効率は高くなるので、この船舶輸送を採用すべきであろ
う。

而して赤道近辺の砂漠地帯に設けられた太陽電池１にて
発電された電力は、水電解装置２に供給されて水素と酸
素とが生成され、そのうち水素は一次水素貯蔵装置３に
送られて貯蔵される。

またこの−次水素貯蔵装置３に貯えられた水素はパイプ
ライン４を介して二次水素貯蔵装置６に送られ、再度こ
の水素貯蔵装置６に貯えられる。

そしてエネルギー消費地５が電力を必要とした時は、二
次水素貯蔵装置６から水素を放出せしめ、その水素が燃
料電池発電所７に送り込まれ、発電動作が行われてその
電力が消費地５へ送電されると同時に、その発電動作に
伴って発生する熱もエネルギー消費地５に供給される。

ここで−次、二次水素貯蔵装置３．６における水素の吸
収、放出について詳しく説明する。先ず水素吸蔵合金に
水素を吸収させるとその水素ａ＆蔵金合金３０℃〜５０
℃程度の低温ではあるが発熱する。一方、水電解装置２
における水電解温度としては一般に１５０℃程度が適し
ているとされているが、水電解に用いられる水の温度は
通常１０〜２０℃であるので、効率よく水電解動作を行
わしめるにはその低温の水を僅かでも昇温するのが好ま
しい。従って本発明においては水素吸蔵合金へ水素を吸
収させる時に発生する温度を水電解装置に供給して分解
用水を予熱して水電解の効率向上に寄与せしめている。

また一方、水素吸蔵合金から水素を放出させるにはその
水素吸蔵合金に熱を与える必要がある。

従って一次水素貯蔵装置３においては、その熱は上記し
たように１５０℃程度にまで昇温されている水電解装置
２の分解熱が用いられる。

更に二次水素貯蔵装置６においては水素吸蔵合金から水
素を放出させる際に必要とした熱は、燃料電池発電所７
からの発電熱の一部が流用され、二次水素貯蔵装置６か
らスムーズな水素放出が行われる。

ここで本発明に一部るエネルギーシステムに関する試算
例について説明しておく。例えば２０１０年における全
世界の一次エネルギー消費量は石油換算で１．８９　Ｘ
　１０１ｃ′Ｋｌ／Ｙ”Ｃ−、ソノウチ発電分は３０％
とされており、原油発電効率３５％として発電総電力は
、２．１３Ｘ］Ｏ”ＫＷｈ、／ｙ、この総電力のうち、
３０％を本発明システムで賄うとしたと、本発明システ
ムの燃料電池発電所７で発電する電力は、６．３９　ｘ
　１０１ｔＫＷｈ／ｙとなる。一方、この電力を発電す
るには、燃料電池発電所７での発電効率を６０％とした
と、その燃料として必要な水素量は、５．１７　Ｘ　１
０　”ｍ’／ｙそしてこの水素量を発生させるための必
要とした水の量は、４．１６Ｘ　１０’Ｋｊ！／ｙで、
これは琵琶側の水量の約１／７に該当する。更にこの量
の水を水電解装置２で水素と酸素に分解するに要する電
気量は、水電解効率を９０％と仮定すると、１．６９ｘ
１０”Ｋ％’ｈ／ｙとなる。一方、この値の電気量を発
電効率１５％の太陽電池１で得ようとしたと、太陽電池
１を設置する面積は６．０３Ｘ１０”ｍ’となる。この
面積は２４６Ｋｍ四方で北海道の７０％強の面積に該当
する。

北海道の７割強の面積に太陽電池を敷き詰めるとなると
膨大な規模ではあるが、赤道直下の砂漠地帯全域から見
れば僅かなもので、設置面積的には量産ない値であろう
。

第２図は第１図に基づいて説明したシステムを簡略化し
たシステムを示しており、】、２．３．５．７はそれぞ
れ第１図の場合と同様に、太陽電池、水電解装置、水素
貯蔵装置、エネルギー消費地、燃料電池発電所であって
、第１図と異なるところは、水素貯蔵系を単一としたと
ころにある。

即ち、水電解装置２で発生させた水素は水素貯蔵装置２
に送られて貯蔵され、またその水貯蔵装置２から放出さ
れる水素は直ちに燃料電池発電所７に送られてその発電
所の燃料として使用される。

この実施例の場合も、水素貯蔵装置２での水素吸収時の
発熱は水電解装置２へ供給される水素の予熱などに用い
られ、また水素貯蔵装置３から水素を放出する際に必要
とした熱は、水電解装置２におけろ水電解熱と、燃料電
池発電所７の発電熱が用いられるところは第１図の実施
例の場合と同じである。尚、この実施例は、太陽電池１
を設置する個所とエネルギー消費地５とが比較的近接し
ている場合に適しており、上記した試算例のような大規
模システムではなく、例えば小さな付落を対象にした小
規模なエネルギーシステムに展開できるであろう。

尚、以上の説明においては太陽エネルギーを直接電力に
変換する太陽電池を採用した場合について詳述したが、
風力発電、水力発電、地熱発電、潮汐発電、海水の温度
差発電、太陽熱発電など、太陽から供給されるエネルギ
ーに基づいて発生する各種の自然現象を利用した発電手
段も同様に利用することができる。

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかなように、自然エネルギ
ーに基づいて発電した電力で水を電気分解して水素を発
生させて水素吸蔵合金に貯蔵すると共に、その水素吸蔵
合金から水素を放出させてその放出水素を燃料として燃
料電池を作動させて電力、並びに熱を発生させるエネル
ギーシステムにおいで、水素吸蔵合金に水素を貯蔵させ
るさせる際に発生する熱を水を電気分解する電気分解槽
に供給するとともに、水の電気分解熱、並びに燃料電池
の作動熱を水素吸蔵合金から水素を放出させるために用
いているので、水素吸蔵合金に対する水素の吸収時に発
生する熱は水の電気分解の効率向上のために活用される
とともに、水素吸蔵合金から水素を放出させるときに必
要とした熱は水の電気分解熱、並びに燃料電池の作動熱
などの排熱が有効に用いられ、トータル的なエネルギー
の無駄が極力排除されたシステムが得られ、化石エネル
ギーの枯渇問題、地球の温暖化や酸性雨の発生などの地
球環境問題を抜本的に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムの構成を示す概念図、第２図は
同じく本発明システムの異なった実施例を示す概念図で
ある。 １・　太ＦＡ電池、２・・水電解装置、３．６・・水素
貯蔵装置、４・　パイプライン、５・・・エネルギー消
費地、 ７・・燃料電池発電所。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自然エネルギーに基づいて発電した電力で水を電
   気分解して水素を発生させて水素吸蔵合金に貯蔵すると
   共に、その水素吸蔵合金から水素を放出させてその放出
   水素を燃料として燃料電池を作動させて電力、並びに熱
   を発生させるエネルギーシステムにおいて、水素吸蔵合
   金に水素を貯蔵させるさせる際に発生する熱を、水を電
   気分解する電気分解槽に供給するとともに、水の電気分
   解熱、並びに燃料電池の作動熱は水素吸蔵合金から水素
   を放出させるために用いられることを特徴としたエネル
   ギーシステム。
2. （２）上記自然エネルギーとしては風力エネルギー、水
   力エネルギー、地熱エネルギー、潮汐エネルギー、温度
   差エネルギー、太陽エネルギーのいずれか、若しくはそ
   れらの組み合わせであることを特徴とした請求項（１）
   記載のエネルギーシステム。