JP2020045430A - 再生可能エネルギー利用システム - Google Patents
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Abstract
【課題】施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供する。【解決手段】再生可能エネルギー発電装置１の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２と、水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３とを備える。システム内には、活性汚泥槽４１と発酵タンク槽４２と二酸化炭素分離装置４３とを有するバイオガス化設備４を備え、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽に供給する。二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。【選択図】 図１
Description
本発明は、再生可能エネルギー利用システムに関し、より詳しくは、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて製造した水素と、バイオガス生成時又はバイオマス発電時に発生する二酸化炭素とを合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する再生可能エネルギー利用システムに関する。
一般に、市場での電力需要は一定ではなく、例えば、昼間と夜間で電力需要は大きく変化している。そのため、電力系統以外の電源である分散型電源を配置し、昼間の電力系統からの電力需要が大きい時には、分散型電源から積極的に電力系統に電力を供給し、夜間の電力系統の電力需要が小さい時には、分散型電源の発電量を抑制するか、分散型電源を電力系統から分離することが行われている。そして、分散型電源における上記発電制限等により、本来の発電ポテンシャルを発揮できない未利用のエネルギーとしての余剰電力を、どのように有効活用するかが課題であり、その課題解決手段として、余剰電力を気体燃料に変換（気体変換）して貯蔵・利用する方法（いわゆる「パワーツーガス（Power to Gas）」が注目されている。また、その一つとして、余剰電力を水素に変換し、既存のエネルギー供給インフラである都市ガス導管系に供給し得るメタン等に変換するメタネーション技術が検討されている。
例えば、特許文献１には、図４に示すように、電力系統（Ａ）の安定運用の目的で備えられる分散型電源１０１の運転システムであって、 電力系統以外の電源である分散型電源１０１の余剰電力から水電解装置を含む水素製造手段１０２によって得られる水素と、水素製造手段１０２によって得られる水素と運転システム内の二酸化炭素分離回収装置１０３およびまたは運転システム外の二酸化炭素貯蔵タンク１０４から得られる二酸化炭素とからメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する炭化水素燃料製造手段１０５と、 炭化水素燃料製造手段１０５が製造した炭化水素燃料を都市ガス導管系（Ｂ）に注入する炭化水素燃料注入手段１０６とを少なくとも備える分散型電源の運転システム１００が記載されている。 ここで、分散型電源１０１は、再生可能エネルギーを利用する分散型電源を少なくとも含み、再生可能エネルギーを利用する分散型電源１０１が、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、バイオマス発電装置のいずれかまたはそれらの２つ以上の組み合わせであることが記載されている。
上記分散型電源の運転システム１００によれば、施設の稼働率の低下を阻止しながら、余剰エネルギーの有効活用と二酸化炭素のリサイクルを図ることが可能となり、環境負荷を低減することができる。また、都市ガス導管系は、製造される炭化水素燃料を受け入れ、分散型電源やガス消費機器で連続的に使用することができることや貯蔵の機能も具備していることから、別途、燃料貯蔵庫等を必要とせず、施設としての低コスト化も実現できる。
しかしながら、上記分散型電源の運転システム１００では、以下の問題があった。すなわち、分散型電源１０１の余剰電力から水電解装置を含む水素製造手段１０２によって水素と共に得られる純度の高い酸素が、同システム内でコスト的に有効活用されていないという問題である。例えば、同システム内に燃料電池を補助電源として備え、電力系統（Ａ）の電力需要が大きい時に、燃料電池の燃料として余剰電力から得られる酸素を使用することも可能である（例えば、特開平１１−４６４６０号公報を参照）が、この場合、分散型電源１０１の余剰電力から酸素が製造される時期と燃料電池の燃料として酸素を使用する時期とが異なるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が必要となり、施設の規模が増大してコスト的に好ましくない。
また、再生可能エネルギーを利用する分散型電源１０１の内で、太陽光発電装置や、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置等は、天候や昼夜などの気象条件によって電力量が変動しやすく、その余剰電力が不安定となるので、当該余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る再生可能エネルギー利用システムは、次のような構成を有している。
（１）再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、活性汚泥槽と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記活性汚泥槽に供給すること、
前記二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
（１）再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、活性汚泥槽と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記活性汚泥槽に供給すること、
前記二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
本発明においては、システム内には、活性汚泥層と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽に供給するので、活性汚泥槽の汚泥中に含まれる好気性の微生物が汚泥を積極的に有機物に分解し、分解した有機物を豊富に含んだ汚泥を発酵タンク槽にて嫌気性発酵させて生成したメタン（約６０％）と二酸化炭素（約４０％）とを二酸化炭素分離装置にて分離し、ＣＯ２フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。そのため、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、システム内で有効活用できる。特に、水電解装置が製造する酸素は、高純度であり空気に比べて酸素分圧が高いので、活性汚泥槽において好気性の微生物の活動性を高めて有機物の分解を促進させることができる。また、活性汚泥槽における上記高性能化に伴い、汚泥槽やその関連装置のコンパクト化が可能となると共に、汚泥処理時間の短縮等にも寄与できる。
また、二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置にて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、余剰電力から水電解装置によって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備の活性汚泥槽に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
よって、本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。
（２）（１）に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記システム内には、前記バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、前記バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
前記システム内には、前記バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、前記バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。
本発明においては、システム内には、バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するので、二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して製造したメタン等の他に、バイオガス化設備の二酸化炭素分離装置にて分離されたメタン等のバイオガスやバイオガス化設備の発酵タンク槽に残る有機物等を、バイオ燃料として燃焼するバイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して製造したメタン等を得て、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を、より多くかつ安定して製造することができる。
なお、二酸化炭素分離回収装置では、例えば、バイオマス発電装置の排ガス中の二酸化炭素をアミン溶液からなる吸収液に化学的に吸収させた後、加熱することで二酸化炭素を吸収液から分離回収することができる（化学吸収法）。その加熱には、バイオマス発電装置の排熱を利用しても良い。
（３）再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の燃焼器に供給すること、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。ここで、ゴミ発電装置は、ゴミ（廃棄物）をエネルギー源として発電する装置を意味し、ゴミ（廃棄物）には、産業廃棄物も含まれる。
前記システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の燃焼器に供給すること、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。ここで、ゴミ発電装置は、ゴミ（廃棄物）をエネルギー源として発電する装置を意味し、ゴミ（廃棄物）には、産業廃棄物も含まれる。
本発明においては、システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、水電解装置が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼器に供給するので、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と水電解装置によって得られた水素とをメタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置の排ガスから、二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。なお、余剰電力から水電解装置によって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置の燃焼器に供給するので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
よって、本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。
（４）（２）又は（３）に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記水電解装置には、前記再生可能エネルギー発電装置又は前記バイオマス発電装置若しくは前記ゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給することを特徴とする。
前記水電解装置には、前記再生可能エネルギー発電装置又は前記バイオマス発電装置若しくは前記ゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給することを特徴とする。
本発明においては、水電解装置には、再生可能エネルギー発電装置又はバイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給するので、水電解装置が量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
例えば、再生可能エネルギー発電装置が、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置のいずれか、又はそれらの組み合わせである場合、季節又は昼夜等の気象条件によって、電力量が変動しやすく、その余剰電力における電力コストも変動しやすい。ところが、バイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置は、一般に下水や生活ゴミ、産業廃棄物等を原料とするので、発電量が季節又は昼夜等の気象条件による影響を受けにくく、その余剰電力も安定して得やすい状況にある。
したがって、水電解装置に対する余剰電力の供給先を、余剰電力の余り具合や、電力コストの高低等に基づいて選択可能とすることにより、水電解装置に対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。その結果、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。また、余剰電力を安定的に供給することによって、余剰電力を活用する水電解装置の稼働率を向上でき、「パワーツーガス」の経済性を高めることができる。
（５）（４）に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、前記水電解装置には、前記太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給することを特徴とする。
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、前記水電解装置には、前記太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給することを特徴とする。
本発明においては、再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、水電解装置には、太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給するので、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置に供給することができる。そのため、余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置に供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
（６）（４）又は（５）に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置は、前記水電解装置と同一構内に配置したことを特徴とする。
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置は、前記水電解装置と同一構内に配置したことを特徴とする。
本発明においては、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置は、水電解装置と同一構内に配置したので、余剰電力を水電解装置に供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がない。そのため、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置に供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
（７）（２）乃至（６）のいずれか１つに記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置には、前記メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給することを特徴とする。
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置には、前記メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給することを特徴とする。
本発明においては、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置には、メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給するので、ＣＯ２フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置における発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システムを実現できる。
本発明によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システムを提供することができる。
次に、本発明に係る実施形態である再生可能エネルギー利用システムについて、図面を参照して詳細に説明する。以下に、本再生可能エネルギー利用システムの第１実施例〜第３実施例のシステム構成を詳細に説明し、その動作方法について説明する。
＜本再生可能エネルギー利用システムの構成と動作方法＞
本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システムの第１実施例〜第３実施例のシステム構成と動作方法を、図１〜図３を用いて説明する。図１に、本実施形態に係る第１実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図２に、本実施形態に係る第２実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図３に、本実施形態に係る第３実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。
本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システムの第１実施例〜第３実施例のシステム構成と動作方法を、図１〜図３を用いて説明する。図１に、本実施形態に係る第１実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図２に、本実施形態に係る第２実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。図３に、本実施形態に係る第３実施例の再生可能エネルギー利用システムにおけるシステム構成概念図を示す。
（第１実施例）
図１に示すように、第１実施例における再生可能エネルギー利用システム１０は、再生可能エネルギー発電装置１の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２と、水電解装置２にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３とを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
図１に示すように、第１実施例における再生可能エネルギー利用システム１０は、再生可能エネルギー発電装置１の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２と、水電解装置２にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３とを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
ここで、再生可能エネルギー発電装置１には、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの２つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置１が発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置１が発電する電力である。また、水電解装置２は、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）等が該当する。また、メタネーション設備３は、水素と二酸化炭素（一酸化炭素に還元して使用する場合も含む）とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
また、本システム内には、活性汚泥槽４１と発酵タンク槽４２と二酸化炭素分離装置４３とを有するバイオガス化設備４を備え、水電解装置２が余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽４１に供給することを特徴とする。バイオガス化設備４では、以下のような過程で、ＣＯ２フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。
すなわち、活性汚泥槽４１では、下水道等から送られてくる汚水に活性汚泥（好気性微生物を多量に含んたドロ）を加え、水電解装置２が余剰電力を用いて製造する純酸素を汚水中に吹き込んで曝気する。曝気する気体の酸素濃度が高いので、活性汚泥中に含まれる好気性の微生物が高濃度の酸素によって活性化されて、汚泥を積極的に有機物に分解（難分解性の有機物も分解）し、有機物を豊富に含んだ汚泥が海綿状になって沈殿する。沈殿した汚泥の水分を減らして有機物を濃縮させた上で、発酵タンク槽４２に投入する。発酵タンク槽４２では、嫌気性の微生物が有機物を発酵させてメタン（約６０％）と二酸化炭素（約４０％）とを生成する。発酵タンク槽４２で生成されたメタンと二酸化炭素を二酸化炭素分離装置４３にて分離し、ＣＯ２フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。なお、二酸化炭素分離装置４３には、例えば、吸着剤として活性炭を使用し、メタンと二酸化炭素の吸着速度の違いを利用して分離する方法を用いる装置がある。
また、バイオガス化設備４の二酸化炭素分離装置４３にて分離された二酸化炭素と水電解装置２によって得られた水素とをメタネーション設備３にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置４３にて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、本システムでは、余剰電力から水電解装置２によって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備４の活性汚泥槽４１に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
（第２実施例）
図２に示すように、第２実施例における再生可能エネルギー利用システム１０Ｂは、再生可能エネルギー発電装置１Ｂの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２Ｂと、水電解装置２Ｂにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３Ｂとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
図２に示すように、第２実施例における再生可能エネルギー利用システム１０Ｂは、再生可能エネルギー発電装置１Ｂの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２Ｂと、水電解装置２Ｂにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３Ｂとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
ここで、再生可能エネルギー発電装置１Ｂには、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの２つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置１Ｂが発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置１Ｂが発電する電力である。また、水電解装置２Ｂは、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）等が該当する。また、メタネーション設備３Ｂは、水素と二酸化炭素（一酸化炭素に還元して使用する場合も含む）とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
また、本システム１０Ｂ内には、活性汚泥槽４１Ｂと発酵タンク槽４２Ｂと二酸化炭素分離装置４３Ｂとを有するバイオガス化設備４Ｂに加えて、バイオガス化設備４Ｂから排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置５Ｂと、バイオマス発電装置５Ｂの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置６Ｂとを備え、二酸化炭素分離回収装置６Ｂにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｂにて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする。本システム１０Ｂでは、バイオマス発電装置５Ｂと二酸化炭素分離回収装置６Ｂとを追加することによって、以下のような過程で、ＣＯ２フリーのメタン等のバイオ燃料からカーボンニュートラルな二酸化炭素を安定的に製造することができる。
すなわち、バイオガス化設備４Ｂでは、二酸化炭素分離装置４３Ｂにて分離したＣＯ２フリーのメタン等のバイオガスや、発酵タンク槽４２Ｂに残渣として残る有機物（バイオマス資源）がバイオ燃料として排出される。バイオマス発電装置５Ｂは、例えば、バイオガスを高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する、又は有機物（バイオマス資源）を燃焼器で直接燃焼させ、その燃焼器の熱で加熱した蒸気を用いて蒸気タービンを回転させて発電する。また、バイオマス発電装置５Ｂがバイオ燃料を燃焼させたときの排ガス（燃焼ガス）は、二酸化炭素分離回収装置６Ｂによって二酸化炭素に分離回収されて排出される。この二酸化炭素は、生物由来のバイオマス資源が原料となり、生物の成長過程で二酸化炭素を吸収するので、吸収と排出が相殺されてカーボンニュートラルの二酸化炭素として扱われる。したがって、ＣＯ２フリーのメタン等からカーボンニュートラルな二酸化炭素を安定的に製造することができる。
また、二酸化炭素分離回収装置６Ｂにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｂにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。かかるメタン等の炭化水素燃料は、二酸化炭素分離装置４３Ｂにて分離されたメタンがバイオ燃料としてバイオマス発電装置５Ｂで燃焼されない場合には、このメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。
また、水電解装置２Ｂには、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ又はバイオマス発電装置５Ｂから余剰電力を選択的に供給しても良い。この場合、水電解装置２Ｂが量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造できるように、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ及びバイオマス発電装置５Ｂに対して余剰電力の余り具合を監視する余剰電力監視装置８Ｂを設けると良い。例えば、余剰電力監視装置８Ｂは、余剰電力の余り具合や電力コストの高低等に基づいて、複数の再生可能エネルギー発電装置１Ｂやシステム内のバイオマス発電装置５Ｂの中から、水電解装置２Ｂに対する余剰電力の供給先を選択することにより、水電解装置２Ｂに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。
また、再生可能エネルギー発電装置１Ｂは、太陽光発電装置１Ｂａであり、水電解装置２Ｂには、太陽光発電装置１Ｂａから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂから夜間の余剰電力を供給しても良い。この場合、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置２Ｂに供給することができる。すなわち、太陽光発電装置１Ｂａでは、昼間に多くの余剰電力が生じ得るので、その余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置２Ｂに供給できる。一方、夜間では、太陽光発電装置１Ｂａの発電量が零になるので、昼夜にあまり関係なく発電できるバイオマス発電装置５Ｂから余剰電力を水電解装置２Ｂへ供給する。これによって、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、バイオマス発電装置５Ｂは、水電解装置２Ｂと同一構内に配置しても良い。この場合、バイオマス発電装置５Ｂの余剰電力を水電解装置２Ｂに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置２Ｂに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、バイオマス発電装置５Ｂには、メタネーション設備３Ｂにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給しても良い。この場合、ＣＯ２フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置５Ｂにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム１０Ｂを実現できる。
なお、本システム１０Ｂでは、余剰電力から水電解装置２Ｂによって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備４Ｂの活性汚泥槽４１Ｂに供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。また、水電解装置２Ｂが製造したＣＯ２フリーの水素は、水素吸蔵合金７Ｂに吸蔵させて、水素吸蔵合金７Ｂからメタネーション設備３Ｂに供給すると良い。水素吸蔵合金７Ｂは、液体水素にて貯蔵する場合に比べて水素密度を２倍程度高めて貯蔵でき、よりコンパクトなシステム構成とすることができる。また、水素吸蔵合金７Ｂは、水素を排出するときに加熱する必要があるが、メタネーション設備３Ｂによってメタンを生成するときの排熱を利用すれば、加熱装置を新たに追加する必要がない。
（第３実施例）
図３に示すように、第３実施例における再生可能エネルギー利用システム１０Ｃは、再生可能エネルギー発電装置１Ｃの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２Ｃと、水電解装置２Ｃにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３Ｃとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
図３に示すように、第３実施例における再生可能エネルギー利用システム１０Ｃは、再生可能エネルギー発電装置１Ｃの余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置２Ｃと、水電解装置２Ｃにて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備３Ｃとを備えた再生可能エネルギー利用システムである。
ここで、再生可能エネルギー発電装置１Ｃには、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置、地熱発電装置や、バイオマス発電装置等が該当し、これらのいずれか又はそれらの２つ以上の組み合わせも含まれる。また、余剰電力は、再生可能エネルギー発電装置１Ｃが発電する電力から電力系統等の供給先へ供給する電力を差し引いた未利用の電力、又は電力系統等への供給を止めたときの再生可能エネルギー発電装置１Ｃが発電する電力である。また、水電解装置２Ｃは、水又は水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造する装置であり、アルカリ水電解セル、固体高分子形電解セルや、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）等が該当する。また、メタネーション設備３Ｃは、水素と二酸化炭素（一酸化炭素に還元して使用する場合も含む）とを合成して、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素燃料を製造する設備である。
また、本システム１０Ｃ内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃと、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置６Ｃとを備え、水電解装置２Ｃが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器に供給する。この場合、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器でバイオマス資源又はゴミ資源がより高温で燃焼される。すなわち、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器における燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。
ここで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃには、間伐材や可燃性ごみ等のバイオ資源や産業廃棄物資源等を燃焼器で直接燃焼して蒸気タービンを回して発電する直接燃焼方式や、間伐材や可燃性ごみ等のバイオ資源や産業廃棄物資源等を加熱することによって発生させた熱分解ガスを燃焼器で高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する熱分解ガス化方式、家畜の糞尿や下水汚泥等のバイオ資源を発酵させてメタン等のバイオガスを発生させバイオガスを燃焼器で高温高圧で燃焼した燃焼ガスをガスタービンに送りガスタービンを回して発電する生物化学的ガス化方式等があり、いずれを用いても良い。
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから二酸化炭素分離回収装置６Ｃにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｃによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｃにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する。この場合、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから、二酸化炭素分離回収装置６Ｃにて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。
また、水電解装置２Ｃには、再生可能エネルギー発電装置１Ｃ又はバイオマス発電装置若しくはゴミ発電装置５Ｃから余剰電力を選択的に供給しても良い。この場合、水電解装置２Ｃが量的、コスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造できるように、再生可能エネルギー発電装置１Ｃ及びバイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃに対して余剰電力の余り具合を監視する余剰電力監視装置８Ｃを設けると良い。例えば、余剰電力監視装置８Ｃは、余剰電力の余り具合や電力コストの高低等に基づいて、複数の再生可能エネルギー発電装置１Ｃやシステム内のバイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの中から、水電解装置２Ｃに対する余剰電力の供給先を選択することにより、水電解装置２Ｃに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。
また、再生可能エネルギー発電装置１Ｃは、太陽光発電装置１Ｃａであり、水電解装置２Ｃには、太陽光発電装置１Ｃａから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃから夜間の余剰電力を供給しても良い。この場合、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置２Ｃに供給することができる。すなわち、太陽光発電装置１Ｃａでは、昼間に多くの余剰電力が生じ得るので、その余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置２Ｃに供給できる。一方、夜間では、太陽光発電装置１Ｃａの発電量が零になるので、昼夜にあまり関係なく発電できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃから余剰電力を水電解装置２Ｃへ供給する。これによって、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃは、水電解装置２Ｃと同一構内に配置しても良い。この場合、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの余剰電力を水電解装置２Ｃに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置２Ｃに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃには、メタネーション設備３Ｃにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給しても良い。この場合、ＣＯ２フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム１０Ｃを実現できる。
なお、本システム１０Ｃでは、余剰電力から水電解装置２Ｃによって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器に供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。また、水電解装置２Ｃが製造したＣＯ２フリーの水素は、水素吸蔵合金７Ｃに吸蔵させて、水素吸蔵合金７Ｃからメタネーション設備３Ｃに供給すると良い。水素吸蔵合金７Ｃは、液体水素にて貯蔵する場合に比べて水素密度を２倍程度高めて貯蔵でき、よりコンパクトなシステム構成とすることができる。また、水素吸蔵合金７Ｃは、水素を排出するときに加熱する必要があるが、メタネーション設備３Ｃによってメタンを生成するときの排熱を利用すれば、加熱装置を新たに追加する必要がない。
＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システム１０、１０Ｂによれば、システム内には、活性汚泥槽４１、４１Ｂと発酵タンク槽４２、４２Ｂと二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂとを有するバイオガス化設備４、４Ｂを備え、水電解装置２、２Ｂが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽４１、４１Ｂに供給するので、活性汚泥槽４１、４１Ｂの汚泥中に含まれる好気性の微生物が汚泥を積極的に有機物に分解し、分解した有機物を豊富に含んだ汚泥を発酵タンク槽４２、４２Ｂにて嫌気性発酵させて生成したメタン（約６０％）と二酸化炭素（約４０％）とを二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂにて分離し、ＣＯ２フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。そのため、水電解装置２、２Ｂが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、システム内で有効活用できる。特に、水電解装置２、２Ｂが製造する酸素は、高純度であり空気に比べて酸素分圧が高いので、活性汚泥槽４１、４１Ｂにおいて好気性の微生物の活動性を高めて有機物の分解を促進させることができる。また、活性汚泥槽４１、４１Ｂにおける上記高性能化に伴い、汚泥槽やその関連装置のコンパクト化が可能となると共に、汚泥処理時間の短縮等にも寄与できる。
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る再生可能エネルギー利用システム１０、１０Ｂによれば、システム内には、活性汚泥槽４１、４１Ｂと発酵タンク槽４２、４２Ｂと二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂとを有するバイオガス化設備４、４Ｂを備え、水電解装置２、２Ｂが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、活性汚泥槽４１、４１Ｂに供給するので、活性汚泥槽４１、４１Ｂの汚泥中に含まれる好気性の微生物が汚泥を積極的に有機物に分解し、分解した有機物を豊富に含んだ汚泥を発酵タンク槽４２、４２Ｂにて嫌気性発酵させて生成したメタン（約６０％）と二酸化炭素（約４０％）とを二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂにて分離し、ＣＯ２フリーのメタンとカーボンニュートラルな二酸化炭素とを安定的に製造することができる。そのため、水電解装置２、２Ｂが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、システム内で有効活用できる。特に、水電解装置２、２Ｂが製造する酸素は、高純度であり空気に比べて酸素分圧が高いので、活性汚泥槽４１、４１Ｂにおいて好気性の微生物の活動性を高めて有機物の分解を促進させることができる。また、活性汚泥槽４１、４１Ｂにおける上記高性能化に伴い、汚泥槽やその関連装置のコンパクト化が可能となると共に、汚泥処理時間の短縮等にも寄与できる。
また、二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂにて分離された二酸化炭素と水電解装置２、２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３、３Ｂにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、かかるメタン等の炭化水素燃料と二酸化炭素分離装置４３、４３Ｂにて分離されたメタンと合わせて、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を安定して製造することができる。なお、余剰電力から水電解装置２、２Ｂによって水素と共に得られる酸素は、バイオガス化設備４、４Ｂの活性汚泥槽４１、４１Ｂに供給されるので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
よって、本実施形態によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置１、１Ｂの余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システム１０、１０Ｂを提供することができる。
また、本実施形態によれば、システム内には、バイオガス化設備４Ｂから排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置５Ｂと、バイオマス発電装置５Ｂの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置６Ｂとを備え、二酸化炭素分離回収装置６Ｂにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｂにて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するので、二酸化炭素分離装置４３Ｂにて分離された二酸化炭素と水電解装置２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｂにて合成して製造したメタン等の他に、バイオガス化設備４Ｂの二酸化炭素分離装置４３Ｂにて分離されたメタン等のバイオガスやバイオガス化設備４Ｂの発酵タンク槽４２Ｂに残る有機物等を、バイオ燃料として燃焼するバイオマス発電装置５Ｂの排ガスから二酸化炭素分離回収装置６Ｂにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｂによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｂにて合成して製造したメタン等を得て、環境負荷の少ないメタン等の炭化水素燃料を、より多くかつ安定して製造することができる。
なお、二酸化炭素分離回収装置６Ｂでは、例えば、バイオマス発電装置５Ｂの排ガス中の二酸化炭素をアミン溶液からなる吸収液に化学的に吸収させた後、加熱することで二酸化炭素を吸収液から分離回収することができる（化学吸収法）。その加熱には、バイオマス発電装置５Ｂの排熱を利用しても良い。
また、本実施形態によれば、システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃと、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置６Ｃとを備え、水電解装置２Ｃが余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器に供給するので、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼温度を向上させる等の燃焼改善が可能となり、例えば、ダイオキシン等の有害物の発生を簡単に抑制することができる。そのため、余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用することができる。
また、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから二酸化炭素分離回収装置６Ｃにて分離回収された二酸化炭素と水電解装置２Ｃによって得られた水素とをメタネーション設備３Ｃにて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造するので、天候や昼夜などの気象条件の影響を受けにくく連続して運転できるバイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの排ガスから、二酸化炭素分離回収装置６Ｃにて分離回収された二酸化炭素を安定して得ることができ、その結果、メタン等の炭化水素燃料を安定的に製造できる。なお、余剰電力から水電解装置２Ｃによって水素と共に得られる酸素は、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置５Ｃの燃焼器に供給するので、酸素を一時的に貯蔵する貯蔵手段等が不要となり、施設の規模をコンパクト化することもできる。
よって、本実施形態によれば、施設の規模をコンパクト化しつつ、再生可能エネルギー発電装置１Ｃの余剰電力からメタン等の炭化水素燃料を安定して製造でき、また余剰電力から水素と共に得られる酸素を、システム内で有効活用できる再生可能エネルギー利用システム１０Ｃを提供することができる。
また、本実施形態によれば、水電解装置２Ｂ、２Ｃには、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃ又はバイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ若しくはゴミ発電装置５Ｃから余剰電力を選択的に供給するので、水電解装置２Ｂ、２Ｃが量的やコスト的に有利な余剰電力を用いて水素と酸素とを製造でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
例えば、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃが、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、波力発電装置のいずれか、又はそれらの組み合わせである場合、季節又は昼夜等の気象条件によって、電力量が変動しやすく、その余剰電力における電力コストも変動しやすい。ところが、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃは、一般に下水や生活ゴミ、産業廃棄物等を原料とするので、発電量が季節又は昼夜等の気象条件による影響を受けにくく、その余剰電力も安定して得やすい状況にある。
したがって、水電解装置２Ｂ、２Ｃに対する余剰電力の供給先を、余剰電力の余り具合や、電力コストの高低等に基づいて選択可能とすることにより、水電解装置２Ｂ、２Ｃに対して余剰電力をより一層安定的に、また低コストで供給することができる。その結果、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。また、余剰電力を安定的に供給することによって、余剰電力を活用する水電解装置２Ｂ、２Ｃの稼働率を向上でき、「パワーツーガス」の経済性を高めることができる。
また、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃは、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａであり、水電解装置２Ｂ、２Ｃには、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃから夜間の余剰電力を供給するので、昼夜において余剰電力を安定して水電解装置２Ｂ、２Ｃに供給することができる。そのため、余剰電力をより安定かつ低コストで水電解装置２Ｂ、２Ｃに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃは、水電解装置２Ｂ、２Ｃと同一構内に配置したので、余剰電力を水電解装置２Ｂ、２Ｃに供給する際に、構外の電力系統を経由する必要がない。そのため、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置２Ｂ、２Ｃに供給でき、より一層安定して安価なメタン等の炭化水素燃料を製造することができる。
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃには、メタネーション設備３Ｂ、３Ｃにて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給するので、ＣＯ２フリーのメタン等の炭化水素燃料をシステム内で活用することで、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃにおける発電時の二酸化炭素排出係数をより低減させ、より一層環境負荷の少ない再生可能エネルギー利用システム１０Ｂ、１０Ｃを実現できる。
＜変形例＞
上述した実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することができる。例えば、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃは、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａであり、水電解装置２Ｂ、２Ｃには、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃから夜間の余剰電力を供給するが、必ずしもこれに限る必要はない。例えば、再生可能エネルギー発電装置は、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置であり、水電解装置には、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置から昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃから夜間の余剰電力を供給することでもよい。再生可能エネルギー発電装置は、その種類によって余剰電力の発生時期が相違することがあり、これを有効に活用できれば良いからである。
上述した実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することができる。例えば、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃは、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａであり、水電解装置２Ｂ、２Ｃには、太陽光発電装置１Ｂａ、１Ｃａから昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃから夜間の余剰電力を供給するが、必ずしもこれに限る必要はない。例えば、再生可能エネルギー発電装置は、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置であり、水電解装置には、バイオマス発電装置以外の再生可能エネルギー発電装置から昼間の余剰電力を供給し、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃから夜間の余剰電力を供給することでもよい。再生可能エネルギー発電装置は、その種類によって余剰電力の発生時期が相違することがあり、これを有効に活用できれば良いからである。
また、本実施形態によれば、バイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃは、水電解装置２Ｂ、２Ｃと同一構内に配置したが、再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃ及びバイオマス発電装置５Ｂ、５Ｃ又はゴミ発電装置５Ｃを、水電解装置２Ｂ、２Ｃと同一構内に配置してもよい。再生可能エネルギー発電装置１Ｂ、１Ｃから水電解装置２Ｂ、２Ｃに余剰電力を供給する際も、構外の電力系統を経由する必要がなく、余剰電力をより簡単かつ低コストで水電解装置２Ｂ、２Ｃに供給できるからである。
本発明は、例えば、再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて製造した水素と、バイオガス生成時又はバイオマス発電時に発生する二酸化炭素とを合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造する再生可能エネルギー利用システムとして利用できる。
１、１Ｂ、１Ｃ 再生可能エネルギー発電装置
１Ｂａ、１Ｃａ 太陽光発電装置
２、２Ｂ、２Ｃ 水電解装置
３、３Ｂ、３Ｃ メタネーション設備
４、４Ｂ バイオガス化設備
５Ｂ、５Ｃ バイオマス発電装置
５Ｃ ゴミ発電装置
６Ｂ、６Ｃ 二酸化炭素分離回収装置
７Ｂ、７Ｃ 水素吸蔵合金
８Ｂ、８Ｃ 余剰電力監視装置
１０、１０Ｂ、１０Ｃ 再生可能エネルギー利用システム
４１、４１Ｂ 活性汚泥槽
４２、４２Ｂ 発酵タンク槽
４３、４３Ｂ 二酸化炭素分離装置
１Ｂａ、１Ｃａ 太陽光発電装置
２、２Ｂ、２Ｃ 水電解装置
３、３Ｂ、３Ｃ メタネーション設備
４、４Ｂ バイオガス化設備
５Ｂ、５Ｃ バイオマス発電装置
５Ｃ ゴミ発電装置
６Ｂ、６Ｃ 二酸化炭素分離回収装置
７Ｂ、７Ｃ 水素吸蔵合金
８Ｂ、８Ｃ 余剰電力監視装置
１０、１０Ｂ、１０Ｃ 再生可能エネルギー利用システム
４１、４１Ｂ 活性汚泥槽
４２、４２Ｂ 発酵タンク槽
４３、４３Ｂ 二酸化炭素分離装置
Claims (7)
- 再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、活性汚泥槽と発酵タンク槽と二酸化炭素分離装置とを有するバイオガス化設備を備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記活性汚泥槽に供給すること、
前記二酸化炭素分離装置にて分離された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 請求項１に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記システム内には、前記バイオガス化設備から排出するバイオ燃料を燃焼して発電するバイオマス発電装置と、前記バイオマス発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成してメタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 再生可能エネルギー発電装置の余剰電力を用いて水素と酸素とを製造する水電解装置と、前記水電解装置にて製造した水素とシステム内で生成する二酸化炭素とを合成してメタン等の炭化水素燃料を製造するメタネーション設備とを備えた再生可能エネルギー利用システムであって、
前記システム内には、バイオマス発電装置又はゴミ発電装置と、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の排ガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素分離回収装置とを備え、
前記水電解装置が前記余剰電力を用いて水素と共に製造する酸素を、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置の燃焼器に供給すること、
前記二酸化炭素分離回収装置にて分離回収された二酸化炭素と前記水電解装置によって得られた水素とを前記メタネーション設備にて合成して、メタン等の炭化水素燃料を製造することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 請求項２又は請求項３に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記水電解装置には、前記再生可能エネルギー発電装置又は前記バイオマス発電装置若しくは前記ゴミ発電装置から余剰電力を選択的に供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 請求項４に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であり、前記水電解装置には、前記太陽光発電装置から昼間の余剰電力を供給し、前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置から夜間の余剰電力を供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 請求項４又は請求項５に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置は、前記水電解装置と同一構内に配置したことを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。 - 請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載された再生可能エネルギー利用システムにおいて、
前記バイオマス発電装置又は前記ゴミ発電装置には、前記メタネーション設備にて製造するメタン等の炭化水素燃料の一部を助燃用燃料として供給することを特徴とする再生可能エネルギー利用システム。
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