WO2024004745A1 - 水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラム - Google Patents

水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラム Download PDF

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WO2024004745A1
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hydrogen
flow rate
water electrolysis
current
electrolysis device
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PCT/JP2023/022677
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光留 一ノ瀬
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三菱重工業株式会社
三菱パワー株式会社
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device for hydrogen production equipment, a hydrogen production equipment, a control method for hydrogen production equipment, and a control program for hydrogen production equipment.
  • a water electrolysis device is known as a device for producing hydrogen.
  • Patent Document 1 discloses a system for producing hydrogen by electrolyzing water with a water electrolysis device having an electrolytic cell including a solid electrolyte membrane.
  • the current supplied to the electrolytic cell is controlled based on the detection result of the pressure of hydrogen generated in the electrolytic cell.
  • the current supplied to a water electrolysis device is often controlled based on the pressure of a storage section (such as a storage header) in which hydrogen gas generated by the water electrolysis device is stored.
  • a storage section such as a storage header
  • control is performed only after changes in hydrogen consumption at the destination (hydrogen consumption equipment) where hydrogen is supplied from the storage section appear as changes in the pressure of the storage section.
  • the response of the water electrolyser may be delayed and the hydrogen consuming equipment may not be able to maintain the required reservoir pressure.
  • the relationship between the amount of hydrogen generated in the water electrolysis device and the current value of the rectifier that supplies current to the water electrolysis device may change due to factors such as deterioration of the water electrolyzer and control errors in the rectifier. .
  • the amount of hydrogen produced by the water electrolysis device will be lower than expected, and there is a possibility that the hydrogen consumption equipment will not be able to maintain the pressure in the reservoir required.
  • At least one embodiment of the present invention provides a control device for a hydrogen production facility that can appropriately produce a required amount of hydrogen while suppressing delay in response to load changes, and a hydrogen production facility.
  • the purpose of this invention is to provide equipment, a method for controlling hydrogen production equipment, and a control program for hydrogen production equipment.
  • a control device for hydrogen production equipment includes: A control device for controlling the operation of a hydrogen production facility including at least one water electrolysis device, the control device comprising: a required hydrogen flow rate acquisition unit configured to acquire a required hydrogen flow rate that is a hydrogen production amount required of the water electrolysis device; a conversion unit configured to convert the required hydrogen flow rate into a current necessary for generating the required hydrogen flow rate of hydrogen in the water electrolysis device to obtain a provisional required current; Current given to the water electrolysis device by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate, which is the actual amount of hydrogen produced in the water electrolysis device. a first correction section configured to obtain a command value; Equipped with.
  • the hydrogen production equipment includes: at least one water electrolyzer; the above-mentioned control device configured to control the operation of the at least one water electrolysis device; Equipped with.
  • a method for controlling hydrogen production equipment includes: A control method for controlling the operation of a hydrogen production facility including at least one water electrolysis device, the method comprising: obtaining a required hydrogen flow rate that is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device; Converting the required hydrogen flow rate into a current required to generate hydrogen at the required hydrogen flow rate in the water electrolysis device to obtain a provisional required current; Current given to the water electrolysis device by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate, which is the actual amount of hydrogen produced in the water electrolysis device. a step of obtaining a command value; Equipped with.
  • a control program for hydrogen production equipment includes: A control program for controlling the operation of a hydrogen production facility including at least one water electrolysis device, the control program comprising: to the computer, A procedure for obtaining a required hydrogen flow rate that is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device; a step of converting the required hydrogen flow rate into a current required to generate hydrogen at the required hydrogen flow rate in the water electrolysis device to obtain a provisional required current; Current given to the water electrolysis device by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate, which is the actual hydrogen production amount in the water electrolysis device.
  • the procedure for obtaining the command value is configured to execute.
  • a control device for hydrogen production equipment, hydrogen production equipment, and hydrogen production equipment capable of appropriately producing a required amount of hydrogen while suppressing delay in response to load changes.
  • a control method and a control program for hydrogen production equipment are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen production facility according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen production facility according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control device according to an embodiment.
  • the hydrogen production facility 100 includes at least one water electrolysis device 2 (hydrogen production device) each configured to generate hydrogen, and hydrogen produced by the water electrolysis device 2. It includes a storage section 4 for storing water, and a control device 10 for controlling the operation of the water electrolysis device 2.
  • water electrolysis device 2 hydrogen production device
  • control device 10 for controlling the operation of the water electrolysis device 2.
  • Gaseous hydrogen is stored in the storage section 4.
  • the hydrogen stored in the storage section 4 may be supplied to the hydrogen consumption equipment 6.
  • the storage section 4 may have characteristics suitable for supplying hydrogen to the hydrogen consumption equipment 6.
  • the storage section 4 may include, for example, a storage header (header tank).
  • the hydrogen consumption equipment 6 is not particularly limited.
  • the hydrogen consumption equipment 6 is, for example, hydrogen combustion equipment configured to burn hydrogen (e.g., gas turbine equipment or iron manufacturing equipment), hydrogen liquefaction equipment configured to liquefy hydrogen, or chemical reaction equipment configured to liquefy hydrogen. (e.g., power generation equipment including fuel cells such as SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)), equipment that produces fuel using hydrogen as a raw material (e.g., fuel synthesis equipment, etc.), or equipment that supplies hydrogen to equipment. It may also include a hydrogen gas station configured as such.
  • the water electrolysis device 2 is configured to generate hydrogen through electrolysis of water.
  • the type of water electrolysis device 2 is not limited.
  • the water electrolysis device 2 is, for example, an alkaline water electrolysis device, a polymer electrolyte membrane (PEM) type water electrolysis device, an anion exchange membrane (AEM) type water electrolysis device, or a solid oxide water electrolysis device.
  • the water electrolysis device may be a solid oxide electrolysis cell (SOEC) water electrolysis device.
  • the water electrolysis device 2 includes an electrolytic cell for electrolyzing water.
  • Water is supplied to the electrolytic cell.
  • Electric current is supplied to the electrolytic cell via a rectifier 8.
  • water in the electrolytic cell is electrolyzed by applying a voltage and passing a current between a pair of electrodes provided in the electrolytic cell, and hydrogen is generated on the cathode side and oxygen is generated on the anode side.
  • Water in which an electrolyte is dissolved is supplied into the electrolytic cell, and the water (water constituting the electrolyte solution) may be electrolyzed.
  • the electrolyte may be an alkaline substance such as potassium hydroxide (KOH).
  • the hydrogen gas generated on the cathode side is led to a gas-liquid separator and/or a dehumidifier to remove moisture, and then led to the storage section 4.
  • the oxygen gas generated on the anode side may be led to a gas-liquid separator and/or a dehumidifier to remove moisture, and then supplied to oxygen consumption equipment, or may be released to the outside. It is also possible to make it look like this.
  • the rectifier 8 is supplied with current from a power source 90 via a power transmission line 92.
  • the power source 90 may be a power system or another power source (such as a power generator or a battery).
  • the hydrogen production facility 100 may include a plurality of water electrolysis devices 2.
  • the hydrogen production facility 100 includes a plurality of (specifically two) water electrolysis devices 2 (2A, 2B). Current is supplied from the plurality of rectifiers 8 (8A, 8B) to the plurality of water electrolysis devices 2 (2A, 2B), respectively. Note that the number of water electrolysis devices 2 included in the hydrogen production facility 100 is not limited.
  • the hydrogen production facility 100 may include a pressure sensor 16 configured to measure the pressure in the storage section 4.
  • the hydrogen production facility 100 may include a flow rate sensor 12 (12A, 12B) for measuring the flow rate of hydrogen produced by the water electrolysis device 2 (2A, 2B).
  • the flow rate sensor 12 may be provided in a line for guiding hydrogen from the water electrolysis device 2 to the storage section 4, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • the hydrogen production equipment 100 may include a flow rate sensor 14 for measuring the hydrogen consumption flow rate in the hydrogen consumption equipment 6.
  • the flow rate sensor 14 may be provided in a line for guiding hydrogen from the storage section 4 to the hydrogen consumption equipment 6, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • the pressure sensor 16, the flow rate sensor 12, and/or the flow rate sensor 14 may be electrically connected to the control device 10, and signals indicating measurement results by these sensors may be sent to the control device 10.
  • the control device 10 calculates a current command value (current command value I) to be given to the rectifier 8 (water electrolysis device 2) based on signals received from the pressure sensor 16, flow rate sensor 12, and/or flow rate sensor 14, etc. .
  • the rectifier 8 is then controlled so that the current supplied to the water electrolysis device 2 matches the calculated current command value I. In this way, the control device 10 controls the current supplied to the water electrolysis device 2.
  • the water electrolysis device 2 in order to meet the demand for hydrogen from the hydrogen consumption equipment 6, the water electrolysis device 2 generates hydrogen corresponding to the amount of hydrogen consumed so that the pressure in the storage section 4 becomes equal to or higher than a predetermined set pressure. It is desirable to maintain it.
  • FIG. 2 and 4 are block diagrams each showing the configuration of a control device according to an embodiment.
  • the control device according to the block diagram shown in FIG. 2 is applicable to, for example, the hydrogen production facility shown in FIG. 1.
  • the control device according to the block diagram shown in FIG. 4 is applicable to, for example, the hydrogen production facility shown in FIG. 2.
  • control device 10 includes a required hydrogen flow rate acquisition section 20, a conversion section 31, and a first correction section 34.
  • the required hydrogen flow rate acquisition unit 20 is configured to acquire the required hydrogen flow rate F D which is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device 2 .
  • the required hydrogen flow rate acquisition section 20 may include a consumption flow rate acquisition section 21 that is configured to acquire the consumption flow rate of hydrogen in the hydrogen consumption equipment 6 to which hydrogen is supplied from the storage section 4 .
  • the required hydrogen flow rate acquisition unit 20 may acquire the consumption flow rate acquired by the consumption flow rate acquisition unit 21 as the required hydrogen flow rate FD .
  • the required hydrogen flow rate obtaining unit 20 may obtain, as the required hydrogen flow rate FD , the consumption flow rate obtained by the consumption flow rate obtaining unit 21 and corrected by a second correction unit 22, which will be described later.
  • the consumption flow rate acquisition unit 21 calculates the hydrogen consumption flow rate based on a fuel command value that is a command value of the fuel flow rate supplied to the hydrogen consumption equipment 6 (for example, a gas turbine). You may.
  • the consumption flow rate acquisition unit 21 may include a converter 24 that converts the fuel command value into a hydrogen flow rate.
  • the converter 24 may be configured to convert the fuel command value into a hydrogen flow rate using a function that indicates a correlation between the fuel command value and the hydrogen flow rate.
  • the consumption flow rate acquisition unit 21 may acquire the fuel command value from a control device for controlling the hydrogen consumption equipment 6.
  • the consumption flow rate acquisition unit 21 may acquire the flow rate of hydrogen supplied from the storage unit 4 to the hydrogen consumption equipment 6 as the consumption flow rate.
  • the measured value of the hydrogen flow rate by the flow rate sensor 14 may be obtained as the consumed flow rate.
  • the conversion unit 31 converts the required hydrogen flow rate F D acquired by the required hydrogen flow rate acquisition unit 20 into a current necessary for generating hydrogen at the required hydrogen flow rate F D in the water electrolysis device 2, and obtains a provisional required current.
  • the device is configured to obtain an ID .
  • the conversion unit 31 calculates the required hydrogen flow rate F D using a function that indicates the correlation between the required hydrogen flow rate F D and the current required for the water electrolysis device 2 to generate hydrogen at the required hydrogen flow rate F D.
  • a converter 32 configured to convert to a current value may be included.
  • the first correction unit 34 calculates the difference ( F D - F A ) is used to correct the provisional required current ID , thereby obtaining the current command value I to be given to the water electrolysis device 2.
  • the first correction unit 34 shown in FIGS. 2 and 4 includes a subtraction unit 36 for calculating the difference (F D ⁇ F A ) between the required hydrogen flow rate F D and the actual hydrogen flow rate F A , and a subtraction unit 36 for calculating the difference (F D ⁇ F A ) between the required hydrogen flow rate F D and the actual hydrogen flow rate F A
  • a proportional-integral calculator 38 calculates the first correction term by performing proportional and integral calculations based on -FA ), and adds the first correction term to the provisional required current ID obtained by the converter 32. and an adder 40 configured as follows.
  • the actual hydrogen flow rate FA which is the actual hydrogen production amount in the water electrolysis device 2, can be obtained as a measured value by the flow rate sensor 12 (see FIGS. 1 and 3), for example.
  • the current command value I is calculated from the required hydrogen flow rate FD corresponding to the hydrogen consumption amount. , response delay to changes in load (hydrogen consumption) can be reduced.
  • the current command value I is calculated by correcting the provisional required current I D calculated from the required hydrogen flow rate F D using the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate F D and the actual hydrogen flow rate F A.
  • the relationship between the amount of hydrogen generated in the water electrolysis device 2 and the current value of the rectifier 8 for supplying current to the water electrolysis device 2 changes due to deterioration of the electrolyzer, control errors in the rectifier 8, etc. Even in this case, it is possible to calculate an appropriate current command value I according to this change. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device 2 based on the current command value I calculated in this way, it is possible to appropriately produce the necessary amount of hydrogen while suppressing a delay in response to a load change.
  • the first correction term is calculated by performing proportional and integral calculations based on the difference between the required hydrogen flow rate FD and the actual hydrogen flow rate FA , and the first correction term is converted into the provisional required current ID .
  • the current command value I may be obtained by adding.
  • the required hydrogen flow rate acquisition unit 20 corrects the consumption flow rate acquired by the consumption flow rate acquisition unit 21 by the second correction unit 22 as the required hydrogen flow rate F D. You may obtain it.
  • the second correction section 22 generates a second correction term based on the difference (P S - P A ) between a predetermined set pressure P S of the storage section 4 and an actual pressure P A that is the actual pressure of the storage section 4.
  • the required hydrogen flow rate F D is configured to be acquired by correcting the consumption flow rate acquired by the consumption flow rate acquisition unit 21 using .
  • the second correction unit 22 shown in FIGS. 2 and 4 includes a subtraction unit 26 for calculating the difference (P S ⁇ P A ) between the set pressure P S and the actual pressure P A of the storage unit 4,
  • a proportional-integral calculator 28 calculates the second correction term by performing proportional and integral calculations based on P S - P A ), and adds the second correction term to the consumption flow rate acquired by the consumption flow rate acquisition section 21 an adder 30 configured to.
  • the set pressure P S of the storage section 4 may be stored in advance in a storage device of the control device 10 or the like, and the second correction section 22 may acquire the set pressure P S from the storage device. Further, the second correction section 22 may obtain the measured value by the pressure sensor 16 as the actual pressure PA of the storage section 4.
  • the amount equivalent to the consumption amount can be calculated. of hydrogen can be generated and supplied.
  • the pressure in the reservoir 4 will not be able to reach its original value (set pressure P S ).
  • the second correction term based on the difference (P S - P A ) between the set pressure P S and the actual pressure P A of the storage section 4 is used to adjust the supply destination (hydrogen Since the required hydrogen flow rate FD is obtained by correcting the hydrogen flow rate (consumption flow rate) supplied to the consumption equipment 6), the water flow rate is calculated based on the current command value I calculated based on the required hydrogen flow rate FD .
  • the pressure in the reservoir 4 can be brought close to the set pressure PS . Therefore, the required amount of hydrogen can be appropriately produced while easily maintaining the pressure in the storage section 4 at the set pressure PS and suppressing delay in response to load changes.
  • the second correction term is calculated by performing proportional and integral calculations based on the difference between the set pressure P S and the actual pressure P A of the storage section 4, and
  • the required hydrogen flow rate F D is obtained by adding the second correction term to the consumption flow rate. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device 2 based on the current command value I calculated based on the required hydrogen flow rate FD , the pressure in the storage section 4 can be brought close to the set pressure PS . Therefore, the required amount of hydrogen can be appropriately produced while easily maintaining the pressure in the storage section 4 at the set pressure PS and suppressing delay in response to load changes.
  • control device 10 divides the required hydrogen flow rate F D from the required hydrogen flow rate acquisition unit 20 by the number N of the plurality of water electrolysis devices 2, and A dividing unit 42 configured to obtain the required hydrogen flow rate (F D /N) per unit is provided.
  • the conversion unit 31 converts the required hydrogen flow rate (F D /N) per water electrolysis device 2 to obtain the provisional required current I D _N per water electrolysis device 2. .
  • the first correction unit 34 calculates a first correction term for each of the plurality of water electrolysis devices 2. That is, the flow rates of hydrogen generated in a plurality of water electrolysis devices 2 (actual hydrogen flow rate F A ) are obtained, and the first correction term is calculated using the actual hydrogen flow rate F A that is different for each water electrolysis device 2. do. Note that the actual hydrogen flow rates FA for the plurality of water electrolysis devices 2 can be acquired using flow rate sensors 12A, 12B (see FIG. 3).
  • the plurality of water electrolysis devices 2 Obtain the current command value I_N for each device 2.
  • the relationship between the hydrogen generation amount and the current value of the rectifier 8 may change for each of the plurality of water electrolysis devices 2 due to individual differences in the electrolyzers and rectifiers 8.
  • the methods are considered to be different.
  • the required hydrogen flow rate F D is divided by the number N of water electrolyzers to obtain the required hydrogen flow rate per water electrolyzer (F D /N), and based on this,
  • the provisional required current I D _N per water electrolysis device 2 is acquired, and the provisional required current I D _N is corrected using the first correction term calculated for each water electrolysis device 2.
  • an appropriate current command value can be calculated for each water electrolysis device according to a change in the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier 8, while reducing the influence of individual differences between devices. Therefore, by controlling the current of the plurality of water electrolysis devices 2 based on the current command value I_N calculated in this way, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while suppressing the delay in response to load changes. can.
  • a control device (10) for a hydrogen production facility (100) includes: A control device for controlling the operation of a hydrogen production facility including at least one water electrolysis device (2), a required hydrogen flow rate acquisition unit (20) configured to acquire a required hydrogen flow rate (F D ) that is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device; a converter (31) configured to convert the required hydrogen flow rate into a current necessary for generating the required hydrogen flow rate of hydrogen in the water electrolysis device to obtain a provisional required current (I D ); , The water electrolysis is performed by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate (F A ) that is the actual hydrogen production amount in the water electrolysis device. a first correction unit (34) configured to obtain a current command value (I) to be given to the device; Equipped with.
  • the current command value is calculated from the required hydrogen flow rate corresponding to the hydrogen consumption amount, the response delay to changes in the load (hydrogen consumption amount) can be reduced.
  • the current command value is calculated by correcting the provisional required current calculated from the required hydrogen flow rate using the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate. Even if the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated in this way, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while suppressing a delay in response to a load change.
  • the first correction section is configured to add the first correction term to the provisional required current to obtain the current command value.
  • the current command value is calculated by adding the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate to the provisional required current calculated from the required hydrogen flow rate. Therefore, even if the relationship between the amount of hydrogen generated in the water electrolysis device and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. be able to. Therefore, the necessary amount of hydrogen can be appropriately produced while suppressing delay in response to load changes.
  • the first correction section is configured to calculate the first correction term by performing proportional and integral calculations based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate.
  • the first correction term is calculated by performing proportional and integral calculations based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate. Therefore, by correcting the provisional required current using the first correction term, the relationship between the amount of hydrogen generated in the water electrolysis device and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes. Even if there is such a change, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. Therefore, the necessary amount of hydrogen can be appropriately produced while suppressing delay in response to load changes.
  • the required hydrogen flow rate acquisition unit is a consumption flow rate obtaining unit (21) configured to obtain a hydrogen consumption flow rate in a hydrogen consumption facility (6) to which hydrogen is supplied from a storage unit (4) in which hydrogen generated by the water electrolysis device is stored; )and, The required hydrogen flow rate is corrected by correcting the consumption flow rate using a second correction term based on the difference between a predetermined set pressure (P S ) of the storage part and an actual pressure (P A ) of the storage part.
  • a second correction unit (22) configured to obtain including.
  • the amount equivalent to the consumption amount can be calculated. It becomes possible to generate and supply hydrogen. On the other hand, if there is a delay in supply relative to consumption, the pressure in the reservoir will not be able to reach its original value (set pressure).
  • the flow rate Since the required hydrogen flow rate is obtained by correcting the required hydrogen flow rate (consumption flow rate), by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated based on the required hydrogen flow rate, the pressure in the storage section can be adjusted to the set pressure. can be approached. Therefore, according to the configuration (4) above, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while easily maintaining the pressure of the storage section at the set pressure and suppressing the delay in response to load changes. can.
  • the second correction section is configured to add the second correction term to the consumption flow rate to obtain the required hydrogen flow rate.
  • the second correction term is added to the flow rate (consumption flow rate) of hydrogen supplied from the storage unit to the supply destination (hydrogen consumption equipment) based on the difference between the set pressure of the storage unit and the actual pressure.
  • the required hydrogen flow rate is obtained by adding . Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated based on the required hydrogen flow rate, the pressure in the storage section can be brought close to the set pressure. Therefore, the required amount of hydrogen can be appropriately produced while easily maintaining the pressure in the storage section at the set pressure and suppressing delay in response to load changes.
  • the second correction section is configured to calculate the second correction term by performing proportional and integral calculations based on the difference between the set pressure and the actual pressure of the storage section.
  • the second correction term is calculated by performing proportional and integral calculations based on the difference between the set pressure of the storage section and the actual pressure. Therefore, by correcting the hydrogen consumption flow rate using the second correction term to obtain the required hydrogen flow rate, and controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated based on the required hydrogen flow rate. , the pressure in the reservoir can be brought close to the set pressure. Therefore, the required amount of hydrogen can be appropriately produced while easily maintaining the pressure in the storage section at the set pressure and suppressing delay in response to load changes.
  • the at least one water electrolysis device includes a plurality of water electrolysis devices (2A, 2B), a dividing unit (42) configured to divide the required hydrogen flow rate by the number (N) of the plurality of water electrolysis devices to obtain the required hydrogen flow rate per water electrolysis device;
  • the conversion unit is configured to convert the required hydrogen flow rate per water electrolysis device to obtain a provisional required current (I D _N) per water electrolysis device,
  • the first correction unit adds the first correction term calculated for each of the plurality of water electrolysis devices to the provisional required current per one of the water electrolysis devices to calculate the current for each of the plurality of water electrolysis devices. It is configured to obtain a command value (I_N).
  • the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier may change in different ways for each water electrolysis device due to individual differences in electrolyzers and rectifiers. Conceivable.
  • the required hydrogen flow rate is divided by the number of water electrolysis devices to obtain the required hydrogen flow rate per water electrolysis device, and based on this, the required hydrogen flow rate per water electrolysis device is obtained.
  • a provisional required current is obtained, and the provisional required current is corrected using a first correction term calculated for each water electrolysis device to obtain a current command value for each water electrolysis device.
  • an appropriate current command value can be calculated for each water electrolysis device according to a change in the relationship between the amount of hydrogen generation and the current value of the rectifier, while reducing the influence of individual differences between devices. Therefore, by controlling the current of a plurality of water electrolysis devices based on the current command value calculated in this way, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while suppressing delay in response to load changes.
  • the hydrogen production equipment (100) includes: at least one water electrolyzer (2); The control device (10) according to any one of (1) to (7) above, configured to control the operation of the at least one water electrolysis device; Equipped with.
  • the current command value is calculated from the required hydrogen flow rate corresponding to the hydrogen consumption amount, the response delay to changes in the load (hydrogen consumption amount) can be reduced.
  • the current command value is calculated by correcting the provisional required current calculated from the required hydrogen flow rate using the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate. Even if the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated in this way, it is possible to appropriately produce the necessary amount of hydrogen while suppressing delay in response to load changes.
  • a method for controlling hydrogen production equipment includes: A control method for controlling the operation of a hydrogen production facility (100) including at least one water electrolysis device (2), comprising: obtaining a required hydrogen flow rate (F D ) that is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device; Converting the required hydrogen flow rate into a current required to generate hydrogen at the required hydrogen flow rate in the water electrolysis device to obtain a provisional required current (I D ); The water electrolysis is performed by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate (F A ) that is the actual hydrogen production amount in the water electrolysis device. obtaining a current command value (I) to be given to the device; Equipped with.
  • the current command value is calculated from the required hydrogen flow rate corresponding to the hydrogen consumption amount, the response delay to changes in the load (hydrogen consumption amount) can be reduced.
  • the current command value is calculated by correcting the provisional required current calculated from the required hydrogen flow rate using the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate. Even if the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated in this way, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while suppressing a delay in response to a load change.
  • a control program for hydrogen production equipment includes: A control program for controlling the operation of a hydrogen production facility (100) including at least one water electrolysis device (2), to the computer, A procedure for obtaining a required hydrogen flow rate (F D ) that is the amount of hydrogen production required of the water electrolysis device; a step of converting the required hydrogen flow rate into a current required to generate hydrogen at the required hydrogen flow rate in the water electrolysis device to obtain a provisional required current (I D ); The water electrolysis is performed by correcting the provisional required current using a first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate (F A ) that is the actual hydrogen production amount in the water electrolysis device.
  • a procedure for obtaining a current command value (I) to be given to the device is configured to execute.
  • the current command value is calculated from the required hydrogen flow rate corresponding to the hydrogen consumption amount, the response delay to changes in the load (hydrogen consumption amount) can be reduced.
  • the current command value is calculated by correcting the provisional required current calculated from the required hydrogen flow rate using the first correction term based on the difference between the required hydrogen flow rate and the actual hydrogen flow rate. Even if the relationship between the amount of hydrogen generated and the current value of the rectifier for supplying current to the water electrolysis device changes, an appropriate current command value can be calculated in accordance with this change. Therefore, by controlling the current of the water electrolysis device based on the current command value calculated in this way, it is possible to appropriately produce the required amount of hydrogen while suppressing a delay in response to a load change.
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Abstract

水素製造設備用の制御装置は、少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するように構成された必要水素流量取得部と、前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するように構成された変換部と、前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するように構成された第１補正部と、を備える。

Description

水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラム
　本開示は、水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムに関する。
　本願は、２０２２年６月２９日に日本国特許庁に出願された特願２０２２－１０４２４０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　水素を製造するための装置として、水電解装置が知られている。
　特許文献１には、固体電解質膜を含む電解セルを有する水電解装置で水を電気分解することで水素を製造するシステムが開示されている。特許文献１のシステムでは、効率的に水素を生成すべく、電解セルで生成される水素の圧力の検出結果に基づいて、電解セルに供給される電流が制御されるようになっている。
特開２００２－１２９３７２号公報
　ところで、従来、水電解装置に供給される電流の制御は、水電解装置で生成された水素ガスが貯留される貯留部（貯蔵ヘッダ等）の圧力に基づき行われることが多い。しかし、貯留部の圧力のみに基づく制御を行う場合、貯留部からの水素の供給先（水素消費設備）での水素消費量の変化が貯留部の圧力変化として現れてからの制御となるため、水電解装置の応答が遅れ、水素消費設備が要する貯留部の圧力を維持できない可能性がある。また、水電解装置における水素発生量と、水電解装置に電流を供給するための整流器の電流値との関係性は、水電解槽の劣化や整流器の制御誤差等の要因によって変化することがある。この場合、水電解装置での水素生成量が想定よりも少なくなり、水素消費設備が要する貯留部の圧力を維持できない可能性がある。
　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することが可能な水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムを提供することを目的とする。
　本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御装置は、
　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するように構成された必要水素流量取得部と、
　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するように構成された変換部と、
　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するように構成された第１補正部と、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備は、
　少なくとも１つの水電解装置と、
　前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された上述の制御装置と、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備の制御方法は、
　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御方法であって、
　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するステップと、
　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するステップと、
　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するステップと、
を備える。
　また、本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御プログラムは、
　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御プログラムであって、
　コンピュータに、
　　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得する手順と、
　　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得する手順と、
　　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得する手順と、
を実行させるように構成される。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することが可能な水素製造設備用の制御装置、水素製造設備、水素製造設備の制御方法及び水素製造設備用の制御プログラムが提供される。
一実施形態に係る水素製造設備の概略図である。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る水素製造設備の概略図である。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（水素製造設備の構成）
　図１及び図３は、それぞれ、一実施形態に係る制御装置が適用される水素製造設備の概略図である。図１及び図３に示すように、水素製造設備１００は、水素を生成するようにそれぞれ構成された少なくとも１つの水電解装置２（水素製造装置）と、水電解装置２で生成された水素を貯留するための貯留部４と、水電解装置２の運転を制御するための制御装置１０と、を備える。
　貯留部４には、ガス状の水素が貯留されるようになっている。貯留部４に貯留された水素は、水素消費設備６に供給されるようになっていてもよい。貯留部４は、水素消費設備６への水素の供給に適した特性を有していてもよい。貯留部４は、例えば貯蔵ヘッダ（ヘッダタンク）を含んでもよい。
　水素消費設備６は特に限定されない。水素消費設備６は、例えば、水素を燃焼するように構成された水素燃焼設備（例えばガスタービン設備又は製鉄設備等）、水素を液化するように構成された水素液化設備、水素を燃料として化学反応により電気を生成する設備（例えばＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）等の燃料電池を含む発電設備等）、水素を原料として燃料を製造する設備（例えば燃料合成設備等）又は、水素を機器に供給するように構成された水素ガスステーションを含んでもよい。
　水電解装置２は、水の電気分解により水素を生成するように構成される。水電解装置２のタイプは限定されない。水電解装置２は、例えば、アルカリ型水電解装置、固体高分子膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）型水電解装置、アニオン交換膜（Ａｎｉｏｎ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＡＥＭ）型水電解装置、又は、固体酸化物形電解セル（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　Ｃｅｌｌ：　ＳＯＥＣ）水電解装置であってもよい。
　詳しくは図示しないが、水電解装置２は、水を電気分解するための電解槽を含む。電解槽には水が供給されるようになっている。電解槽には、整流器８を介して電流が供給される。これにより、電解槽に設けられた一対の電極間に電圧をかけて電流を流すことで電解槽内の水が電気分解され、陰極側で水素が発生し、陽極側で酸素が発生する。電解槽内には、電解質が溶解した水（電解質溶液）が供給されており、該水（電解質溶液を構成する水）が電気分解されるようになっていてもよい。電解質は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性物質であってもよい。
　陰極側で発生した水素ガスは、気液分離器及び／又は除湿器に導かれて水分が除去された後、貯留部４に導かれる。陽極側で発生した酸素ガスは、気液分離器及び／又は除湿器に導かれて水分が除去された後、酸素消費設備に供給されるようになっていてもよく、あるいは、外部に放出されるようになっていてもよい。
　なお、図１及び図３において、整流器８には、送電線９２を介して電源９０からの電流が供給されるようになっている。電源９０は電力系統であってもよいし、他の電源（発電装置や電池等）であってもよい。
　幾つかの実施形態では、水素製造設備１００は、複数の水電解装置２を含んでいてもよい。図３に示す例示的な実施形態では、水素製造設備１００は、複数（具体的には２台）の水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）を備えている。複数の水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）に対して、複数の整流器８（８Ａ，８Ｂ）からそれぞれ電流が供給されるようになっている。なお、水素製造設備１００に含まれる水電解装置２の台数は問われない。
　水素製造設備１００は、貯留部４の圧力を計測するように構成された圧力センサ１６を備えていてもよい。
　水素製造設備１００は、水電解装置２（２Ａ，２Ｂ）で生成される水素の流量を計測するための流量センサ１２（１２Ａ，１２Ｂ）を備えていてもよい。流量センサ１２は、図１及び図３に示すように、水電解装置２からの水素を貯留部４に導くためのラインに設けられていてもよい。
　水素製造設備１００は、水素消費設備６における水素の消費流量を計測するための流量センサ１４を備えていてもよい。流量センサ１４は、図１及び図３に示すように、貯留部４からの水素を水素消費設備６に導くためのラインに設けられていてもよい。
　圧力センサ１６、流量センサ１２及び／又は流量センサ１４は、制御装置１０に電気的に接続され、これらのセンサによる計測結果を示す信号が制御装置１０に送られるようになっていてもよい。
　制御装置１０は、圧力センサ１６、流量センサ１２及び／又は流量センサ１４等から受け取った信号に基づいて、整流器８（水電解装置２）に与える電流の指令値（電流指令値Ｉ）を算出する。そして、水電解装置２に供給される電流が算出した電流指令値Ｉに合致するように、整流器８を制御するように構成される。このようにして、制御装置１０によって水電解装置２に供給される電流の制御が行われる。
　なお、水素消費設備６による水素の需要を満たすためには、水素消費量に応じた分の水素を水電解装置２で生成して、貯留部４の圧力が所定の設定圧力以上となるように維持することが望まれる。
（水素製造設備の制御）
　以下、幾つかの実施形態に係る水素製造設備の制御装置及び制御方法について説明する。図２及び図４は、それぞれ、一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図２に示すブロック図に係る制御装置は、例えば図１に示す水素製造設備に適用可能である。図４に示すブロック図に係る制御装置は、例えば図２に示す水素製造設備に適用可能である。
　図２及び図４に示すように、一実施形態に係る制御装置１０は、必要水素流量取得部２０と、変換部３１と、第１補正部３４と、を備えている。
　必要水素流量取得部２０は、水電解装置２に要求される水素生成量である必要水素流量ＦＤを取得するように構成される。
　必要水素流量取得部２０は、貯留部４から水素が供給される水素消費設備６での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部２１を含んでもよい。必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得される消費流量を必要水素流量ＦＤとして取得してもよい。あるいは、必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得された消費流量を後述する第２補正部２２にて補正したものを、必要水素流量ＦＤとして取得してもよい。
　図２及び図４に示すように、消費流量取得部２１は、水素消費設備６（例えばガスタービン）に供給される燃料流量の指令値である燃料指令値に基づいて、水素の消費流量を算出してもよい。この場合、消費流量取得部２１は、燃料指令値を水素の流量に変換する変換器２４を含んでもよい。変換器２４は、燃料指令値と水素の流量との相関関係を示す関数を用いて、燃料指令値を水素の流量に変換するように構成されていてもよい。消費流量取得部２１は、水素消費設備６を制御するための制御装置から燃料指令値を取得してもよい。
　あるいは、消費流量取得部２１は、貯留部４から水素消費設備６に供給される水素の流量を消費流量として取得してもよい。この場合、流量センサ１４（図１及び図３参照）による水素流量の計測値を消費流量として取得してもよい。
　変換部３１は、必要水素流量取得部２０で取得された必要水素流量ＦＤを、水電解装置２で該必要水素流量ＦＤの水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流ＩＤを取得するように構成される。変換部３１は、必要水素流量ＦＤと、水電解装置２で該必要水素流量ＦＤの水素を生成するために必要な電流との相関関係を示す関数を用いて、必要水素流量ＦＤを電流値に変換するように構成された変換器３２を含んでもよい。
　第１補正部３４は、必要水素流量取得部２０で取得された必要水素流量ＦＤと水電解装置２での実際の水素生成量である実水素流量ＦＡとの差分（ＦＤ－ＦＡ）に基づく第１補正項を用いて暫定必要電流ＩＤを補正し、これにより、水電解装置２に与える電流指令値Ｉを取得するように構成される。
　図２及び図４に示す第１補正部３４は、必要水素流量ＦＤと実水素流量ＦＡとの差分（ＦＤ－ＦＡ）を算出するための減算部３６と、該差分（ＦＤ－ＦＡ）に基づき比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出するための比例積分演算器３８と、変換器３２で取得された暫定必要電流ＩＤに第１補正項を加算するように構成された加算器４０と、を含む。水電解装置２での実際の水素生成量である実水素流量ＦＡは、例えば、流量センサ１２（図１及び図３参照）による計測値として取得することができる。
　上述の実施形態では、水素消費量に対応する必要水素流量ＦＤから電流指令値Ｉを算出するようにしたので、例えば貯留部４の圧力のみに基づいて電流指令値を算出する場合に比べて、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量ＦＤから算出される暫定必要電流ＩＤを、必要水素流量ＦＤと実水素流量ＦＡの差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値Ｉを算出するようにしたので、水電解装置２での水素発生量と水電解装置２に電流を与えるための整流器８の電流値との関係性が電解槽の劣化や整流器８の制御誤差等により変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値Ｉを算出することができる。よって、このように算出された電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　また、上述の実施形態によれば、負荷変化に対する応答性が良好であるため、水素の需要と供給のミスマッチを抑制し、貯留部４の圧力安定性を向上することができる。このため、例えば、貯留部４の容量を小さくすることができ、設備コストを低減することができる。
　上述したように、必要水素流量ＦＤと実水素流量ＦＡとの差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出し、該第１補正項を暫定必要電流ＩＤに加算して電流指令値Ｉを取得してもよい。これにより、水電解装置２での水素発生量と水電解装置２に電流を与えるための整流器８の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値Ｉを算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　幾つかの実施形態では、上述したように、必要水素流量取得部２０は、消費流量取得部２１で取得された消費流量を第２補正部２２にて補正したものを、必要水素流量ＦＤとして取得してもよい。第２補正部２２は、予め定められた貯留部４の設定圧力ＰＳと、貯留部４の実際の圧力である実圧力ＰＡとの差分（ＰＳ－ＰＡ）に基づく第２補正項を用いて、消費流量取得部２１で取得された消費流量を補正することで、必要水素流量ＦＤを取得するように構成される。
　図２及び図４に示す第２補正部２２は、貯留部４の設定圧力ＰＳと実圧力ＰＡとの差分（ＰＳ－ＰＡ）を算出するための減算部２６と、該差分（ＰＳ－ＰＡ）に基づき比例及び積分演算をすることにより第２補正項を算出するための比例積分演算器２８と、消費流量取得部２１で取得された消費流量に第２補正項を加算するように構成された加算器３０と、を含む。貯留部４の設定圧力ＰＳは、予め制御装置１０の記憶装置等に記憶されていてもよく、第２補正部２２は、該記憶装置から設定圧力ＰＳを取得してもよい。また、第２補正部２２は、圧力センサ１６による計測値を貯留部４の実圧力ＰＡとして取得してもよい。
　上述したように、水素消費量に対応する必要水素流量ＦＤに基づいて電流指令値Ｉを算出し、該電流指令値Ｉに基づいて水電解装置２を運転することで、消費量と同等量の水素を生成及び供給可能となる。一方、消費に対する供給の遅れがあった場合、貯留部４の圧力は元の値（設定圧力ＰＳ）に到達することができなくなる。この点、上述の実施形態では、貯留部４の設定圧力ＰＳと実圧力ＰＡとの差分（ＰＳ－ＰＡ）に基づく第２補正項を用いて、貯留部４から供給先（水素消費設備６）に供給される水素の流量（消費流量）を補正して必要水素流量ＦＤを取得するようにしたので、該必要水素流量ＦＤに基づき算出される電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御を行うことで、貯留部４の圧力を設定圧力ＰＳに近付けることができる。よって、貯留部４の圧力を設定圧力ＰＳに維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　また、上述したように、幾つかの実施形態では、貯留部４の設定圧力ＰＳと実圧力ＰＡとの差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第２補正項が算出され、当該第２補正項を消費流量に加算することにより必要水素流量ＦＤが取得される。よって、該必要水素流量ＦＤに基づき算出される電流指令値Ｉに基づき水電解装置２の電流制御を行うことで、貯留部４の圧力を設定圧力ＰＳに近付けることができる。よって、貯留部４の圧力を設定圧力ＰＳに維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　図４に示す例示的な実施形態では、制御装置１０は、必要水素流量取得部２０からの必要水素流量ＦＤを、複数の水電解装置２の台数Ｎで除して、水電解装置２の１台あたりの必要水素流量（ＦＤ／Ｎ）を取得するように構成された除算部４２を備えている。
　この実施形態では、変換部３１は、水電解装置２の１台当たりの必要水素流量（ＦＤ／Ｎ）を変換して水電解装置２の１台あたりの暫定必要電流ＩＤ＿Ｎを取得する。また、第１補正部３４は、複数の水電解装置２の各々について第１補正項を算出する。即ち、複数の水電解装置２において生成される水素の流量（実水素流量ＦＡ）をそれぞれ取得して、水電解装置２ごとに異なる実水素流量ＦＡを用いて、第１補正項を算出する。なお、複数の水電解装置２についての実水素流量ＦＡは、流量センサ１２Ａ，１２Ｂ（図３参照）を用いて取得することができる。そして、第１補正部３４によって算出された複数の水電解装置２についての第１補正項を、水電解装置２の１台当たりの暫定必要電流ＩＤ＿Ｎに加算することで、複数の水電解装置２ごとの電流指令値Ｉ＿Ｎを取得する。
　水素製造設備１００が複数の水電解装置２を含む場合、電解槽や整流器８の個体差等により、複数の水電解装置２ごとに、水素発生量と整流器８の電流値との関係性の変化のしかたは異なると考えられる。この点、上述の実施形態によれば、必要水素流量ＦＤを水電解装置の台数Ｎで除して水電解装置１台あたりの必要水素流量（ＦＤ／Ｎ）を取得し、これに基づき水電解装置２の１台あたりの暫定必要電流ＩＤ＿Ｎを取得するとともに、水電解装置２ごとに算出される第１補正項を用いて該暫定必要電流ＩＤ＿Ｎを補正して水電解装置２ごとの電流指令値Ｉ＿Ｎを得る。これにより、機器の個体差の影響を低減しながら、水電解装置ごとに、水素発生量と整流器８の電流値との関係性の変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値Ｉ＿Ｎに基づき複数の水電解装置２の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備（１００）用の制御装置（１０）は、
　少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（ＦＤ）を取得するように構成された必要水素流量取得部（２０）と、
　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（ＩＤ）を取得するように構成された変換部（３１）と、
　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（ＦＡ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得するように構成された第１補正部（３４）と、
を備える。
　上記（１）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記第１補正部は、前記第１補正項を前記暫定必要電流に加算して前記電流指令値を取得するように構成される。
　上記（２）の構成によれば、必要水素流量から算出される暫定必要電流に、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を加算することで電流指令値を算出する。よって、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記第１補正部は、前記必要水素流量と前記実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第１補正項を算出するように構成される。
　上記（３）の構成によれば、必要水素流量と実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第１補正項を算出する。よって、該第１補正項を用いて暫定必要電流を補正することで、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
　前記必要水素流量取得部は、
　　前記水電解装置で生成された水素が貯留される貯留部（４）から水素が供給される水素消費設備（６）での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部（２１）と、
　　予め定められた前記貯留部の設定圧力（ＰＳ）と、前記貯留部の実圧力（ＰＡ）との差分に基づく第２補正項を用いて前記消費流量を補正することで前記必要水素流量を取得するように構成された第２補正部（２２）と、
を含む。
　上記（１）で述べたように水素消費量に対応する必要水素流量に基づいて電流指令値を算出し、該電流指令値に基づいて水電解装置を運転することで、消費量と同等量の水素を生成及び供給可能となる。一方、消費に対する供給の遅れがあった場合、貯留部の圧力は元の値（設定圧力）に到達することができなくなる。この点、上記（４）の構成では、貯留部の設定圧力と実圧力との差分に基づく第２補正項を用いて、貯留部から供給先（水素消費設備）に供給される水素の流量（消費流量）を補正して必要水素流量を取得するようにしたので、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、上記（４）の構成によれば、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
　前記第２補正部は、前記第２補正項を前記消費流量に加算して前記必要水素流量を取得するように構成される。
　上記（５）の構成によれば、貯留部から供給先（水素消費設備）に供給される水素の流量（消費流量）に、貯留部の設定圧力と実圧力との差分に基づく第２補正項を加算することで必要水素流量を取得する。よって、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
　前記第２補正部は、前記貯留部の前記設定圧力と前記実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第２補正項を算出するように構成される。
　上記（６）の構成によれば、貯留部の設定圧力の実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより第２補正項を算出する。よって、該第２補正項を用いて水素の消費流量を補正して必要水素流量を取得するとともに、該必要水素流量に基づき算出される電流指令値に基づき水電解装置の電流制御を行うことで、貯留部の圧力を設定圧力に近付けることができる。よって、貯留部の圧力を設定圧力に維持しやすくしながら、かつ、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
　前記少なくとも１つの水電解装置は、複数の水電解装置（２Ａ，２Ｂ）を含み、
　前記必要水素流量を前記複数の水電解装置の台数（Ｎ）で除して前記水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得するように構成された除算部（４２）を備え、
　前記変換部は、前記水電解装置１台当たりの前記必要水素流量を変換して前記水電解装置１台あたりの暫定必要電流（ＩＤ＿Ｎ）を取得するように構成され、
　前記第１補正部は、前記複数の水電解装置ごとに算出される前記第１補正項を前記水電解装置１台当たりの前記暫定必要電流に加算して、前記複数の水電解装置ごとの電流指令値（Ｉ＿Ｎ）を取得するように構成される。
　水素製造設備が複数の水電解装置を含む場合、電解槽や整流器の個体差等により、複数の水電解装置ごとに、水素発生量と整流器の電流値との関係性の変化のしかたは異なると考えられる。この点、上記（７）の構成によれば、必要水素流量を水電解装置の台数で除して水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得し、これに基づき水電解装置１台あたりの暫定必要電流を取得するとともに、水電解装置ごとに算出される第１補正項を用いて該暫定必要電流を補正して水電解装置ごとの電流指令値を得る。これにより、機器の個体差の影響を低減しながら、水電解装置ごとに、水素発生量と整流器の電流値との関係性の変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき複数の水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備（１００）は、
　少なくとも１つの水電解装置（２）と、
　前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された上記（１）乃至（７）の何れか一項に記載の制御装置（１０）と、
を備える。
　上記（８）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備の制御方法は、
　少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備（１００）の運転を制御するための制御方法であって、
　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（ＦＤ）を取得するステップと、
　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（ＩＤ）を取得するステップと、
　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（ＦＡ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得するステップと、
を備える。
　上記（９）の方法では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る水素製造設備用の制御プログラムは、
　少なくとも１つの水電解装置（２）を含む水素製造設備（１００）の運転を制御するための制御プログラムであって、
　コンピュータに、
　　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量（ＦＤ）を取得する手順と、
　　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流（ＩＤ）を取得する手順と、
　　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量（ＦＡ）との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値（Ｉ）を取得する手順と、
を実行させるように構成される。
　上記（１０）の構成では、水素消費量に対応する必要水素流量から電流指令値を算出するようにしたので、負荷（水素消費量）の変化に対する応答遅れを小さくすることができる。また、必要水素流量から算出される暫定必要電流を、必要水素流量と実水素流量の差分に基づく第１補正項を用いて補正することで電流指令値を算出するようにしたので、水電解装置での水素発生量と水電解装置に電流を与えるための整流器の電流値との関係性が変化する場合であっても、この変化に応じた適切な電流指令値を算出することができる。よって、このように算出された電流指令値に基づき水電解装置の電流制御をすることで、負荷変化に対する応答の遅れを抑制しながら、必要量の水素を適切に製造することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
２　　　　水電解装置
４　　　　貯留部
６　　　　水素消費設備
８　　　　整流器
８Ａ　　　整流器
８Ｂ　　　整流器
１０　　　制御装置
１２　　　流量センサ
１２Ａ　　流量センサ
１２Ｂ　　流量センサ
１４　　　流量センサ
１６　　　圧力センサ
２０　　　必要水素流量取得部
２１　　　消費流量取得部
２２　　　第２補正部
２４　　　変換器
２６　　　減算部
２８　　　比例積分演算器
３０　　　加算器
３１　　　変換部
３２　　　変換器
３４　　　第１補正部
３６　　　減算部
３８　　　比例積分演算器
４０　　　加算器
４２　　　除算部
９０　　　電源
９２　　　送電線
１００　　水素製造設備

Claims (10)

  1. 　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御装置であって、
    　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するように構成された必要水素流量取得部と、
    　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するように構成された変換部と、
    　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するように構成された第１補正部と、
    を備える水素製造設備用の制御装置。
  2. 　前記第１補正部は、前記第１補正項を前記暫定必要電流に加算して前記電流指令値を取得するように構成された
    請求項１に記載の水素製造設備用の制御装置。
  3. 　前記第１補正部は、前記必要水素流量と前記実水素流量との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第１補正項を算出するように構成された
    請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。
  4. 　前記必要水素流量取得部は、
    　　前記水電解装置で生成された水素が貯留される貯留部から水素が供給される水素消費設備での水素の消費流量を取得するように構成された消費流量取得部と、
    　　予め定められた前記貯留部の設定圧力と、前記貯留部の実圧力との差分に基づく第２補正項を用いて前記消費流量を補正することで前記必要水素流量を取得するように構成された第２補正部と、
    を含む
    請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。
  5. 　前記第２補正部は、前記第２補正項を前記消費流量に加算して前記必要水素流量を取得するように構成された
    請求項４に記載の水素製造設備用の制御装置。
  6. 　前記第２補正部は、前記貯留部の前記設定圧力と前記実圧力との差分に基づいて比例及び積分演算をすることにより前記第２補正項を算出するように構成された
    請求項４に記載の水素製造設備用の制御装置。
  7. 　前記少なくとも１つの水電解装置は、複数の水電解装置を含み、
    　前記必要水素流量を前記複数の水電解装置の台数で除して前記水電解装置１台あたりの必要水素流量を取得するように構成された除算部を備え、
    　前記変換部は、前記水電解装置１台当たりの前記必要水素流量を変換して前記水電解装置１台あたりの暫定必要電流を取得するように構成され、
    　前記第１補正部は、前記複数の水電解装置ごとに算出される前記第１補正項を前記水電解装置１台当たりの前記暫定必要電流に加算して、前記複数の水電解装置ごとの電流指令値を取得するように構成された
    請求項１又は２に記載の水素製造設備用の制御装置。
  8. 　少なくとも１つの水電解装置と、
    　前記少なくとも１つの水電解装置の運転を制御するように構成された請求項１又は２に記載の制御装置と、
    を備える水素製造設備。
  9. 　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御方法であって、
    　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得するステップと、
    　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得するステップと、
    　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得するステップと、
    を備える水素製造設備の制御方法。
  10. 　少なくとも１つの水電解装置を含む水素製造設備の運転を制御するための制御プログラムであって、
    　コンピュータに、
    　　前記水電解装置に要求される水素生成量である必要水素流量を取得する手順と、
    　　前記必要水素流量を、前記水電解装置で前記必要水素流量の水素を生成するために必要な電流に変換して暫定必要電流を取得する手順と、
    　　前記必要水素流量と、前記水電解装置での実際の水素生成量である実水素流量との差分に基づく第１補正項を用いて前記暫定必要電流を補正することで前記水電解装置に与える電流指令値を取得する手順と、
    を実行させるための水素製造設備用の制御プログラム。
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