JP7036853B2 - 燃料製造システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料製造システムに関する。より詳しくは、バイオマス原料と再生可能エネルギとに基づいて液体燃料を製造する燃料製造システムに関する。

近年、化石燃料の代替として、再生可能エネルギによって発電した電力によって生成した水素とバイオマスや工場から排出される二酸化炭素等の炭素源とを原材料とした電気合成燃料が注目されている。

バイオマスを原料としてメタノールやガソリン等の液体燃料を製造する一般的な手順は以下の通りである。すなわち、所定の前処理を経たバイオマス原料をガス化炉内で水や酸素とともにガス化させ、水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化工程と、生成された合成ガスを洗浄しタールを取り除く洗浄工程と、洗浄工程を経た合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた目標比に調整するＨ_２／ＣＯ比調整工程と、Ｈ_２／ＣＯ比調整工程を経た合成ガスから硫黄成分を取り除く脱硫工程と、脱硫工程を経た合成ガスから液体燃料を製造する燃料製造工程と、を経てバイオマス原料から液体燃料が製造される。

ここでガス化工程を経て生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比は、多くの場合目標比に到達しておらず水素が不足している状態となっている。このためＨ_２／ＣＯ比調整工程では、一酸化炭素と水とを反応させることによって水素を発生させ、Ｈ_２／ＣＯ比を目標比まで上昇させる。

特許文献１には、上述のようなバイオマス原料から電気合成燃料を製造する燃料製造システムにおいて、再生可能エネルギによって発電した電力によって水素を生成し、生成した水素をガス化炉によって生成される合成ガスに混ぜることにより、Ｈ_２／ＣＯ比を目標比に調整する発明が示されている。

特開２００２－１９３８５８号公報

特許文献１に示された燃料製造システムでは、再生可能エネルギによって発電した電力を用いて電解装置によって水素を生成し、生成した水素を水素タンクに蓄えている。ここで特許文献１において再生可能エネルギとして想定する風力や太陽光は、常に一定量発生しているわけではないため、水素タンク内の水素残量は環境条件に応じて大きく変動しうる。このため水素残量が水素タンクの上限に近くなれば再生可能エネルギを利用して水素を生成できなくなるおそれがあり、また水素残量が水素タンクの下限に近くなれば電気合成燃料を製造できなくなるおそれがあるが、特許文献１ではこのような点については十分に検討されていない。

本発明は、再生可能エネルギを十分に利用しながら液体燃料を製造できる燃料製造システムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る燃料製造システム（例えば、後述の燃料製造システム１）は、バイオマス原料から液体燃料を製造するものであって、バイオマス原料をガス化し水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化炉（例えば、後述のガス化炉３０）を備えるガス化装置（例えば、後述のガス化装置３）と、前記ガス化装置によって生成された合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置（例えば、後述の液体燃料製造装置４）と、再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置（例えば、後述の電解装置６０）と、前記電解装置によって生成された水素を貯留する水素タンク（例えば、後述の水素タンク６２）と、前記水素タンク内の水素残量を取得する水素残量取得手段（例えば、後述の圧力センサ６３及び制御装置７）と、前記水素タンクに貯留された水素を前記ガス化装置に供給する水素供給装置（例えば、後述の水素供給ポンプ６４）と、前記水素残量が所定量より多い場合、前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させるとともに前記水素供給装置による水素供給量を増加させる水素使用量増量制御を実行する制御装置（例えば、後述の制御装置７）と、を備えることを特徴とする。本発明において「前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガス」とは、ガス化炉内の合成ガスのうちガス化炉の外部から供給した水素を除いたものをいう。換言すれば、「前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガス」とは、水素供給装置による水素供給量を０とした場合にガス化炉内で生成される合成ガスをいう。

（２）この場合、前記ガス化炉を加熱する加熱装置（例えば、後述の加熱装置３４）をさらに備え、前記制御装置は、前記加熱装置から前記ガス化炉への投入熱量を減少させることによって前記ガス化炉内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を減少させることが好ましい。

（３）この場合、前記ガス化炉内に水を供給する水供給装置（例えば、後述の水供給装置３２）をさらに備え、前記制御装置は、前記水供給装置から前記ガス化炉内への水供給量を減少させることによって前記ガス化炉内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を減少させることが好ましい。

（４）この場合、前記ガス化炉を加熱する加熱装置と、前記ガス化炉内に水を供給する水供給装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記ガス化装置における二酸化炭素生成量が少なくなるように、前記加熱装置から前記ガス化炉への投入熱量及び前記水供給装置から前記ガス化炉内への水供給量の何れか又は両方を減少させることが好ましい。

（５）この場合、前記制御装置は、前記水素使用量増量制御及び再生可能エネルギを用いて発電した電力を売電するとともに前記電解装置による水素生成量を減少させる水素生成量減量制御の何れかを選択的に実行可能であり、前記制御装置は、前記水素使用量増量制御を実行した場合によって得られる第１利益及び前記水素生成量減量制御を実行した場合によって得られる第２利益を算出し、前記第１利益が前記第２利益よりも大きい場合には前記水素使用量増量制御を実行し、前記第１利益が前記第２利益よりも小さい場合には前記水素生成量減量制御を実行することが好ましい。

（６）この場合、前記制御装置は、前記水素使用量増量制御を実行したと仮定した場合に、前記ガス化炉への投入熱量を減少させることによって得られる利益と、前記ガス化炉内における合成ガスの生成効率を上昇させることによって得られる利益と、に基づいて前記第１利益を算出することが好ましい。

（７）本発明に係る燃料製造システムは、バイオマス原料から液体燃料を製造するものであって、バイオマス原料をガス化炉内で加熱し水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化装置と、前記ガス化装置によって生成された合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置と、前記電解装置によって生成された水素を貯留する水素タンクと、前記水素タンク内の水素残量を取得する水素残量取得手段と、前記水素タンクに貯留された水素を前記ガス化装置に供給する水素供給装置と、前記水素残量が所定量未満である場合、前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させるとともに前記水素供給装置による水素供給量を減少させる水素使用量減量制御を実行する制御装置と、を備えることを特徴とする。

（８）この場合、前記ガス化炉を加熱する加熱装置をさらに備え、前記制御装置は、前記加熱装置から前記ガス化炉への投入熱量を増加させることによって前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させることが好ましい。

（９）この場合、前記ガス化炉内に水を供給する水供給装置をさらに備え、前記制御装置は、前記水供給装置から前記ガス化炉内への水供給量を増加させることによって前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させることが好ましい。

（１０）この場合、前記ガス化炉を加熱する加熱装置と、前記ガス化炉内に水を供給する水供給装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記ガス化装置における二酸化炭素生成量が少なくなるように、前記加熱装置から前記ガス化炉への投入熱量及び前記水供給装置から前記ガス化炉内への水供給量の何れか又は両方を減少させることが好ましい。

（１１）この場合、前記制御装置は、前記水素使用量減量制御及び電力を買電するとともに前記電解装置による水素生成量を増加させる水素生成量増量制御の何れかを選択的に実行可能であり、前記制御装置は、前記水素使用量減量制御を実行した場合における二酸化炭素の第１増加量及び前記水素生成量増量制御を実行した場合における二酸化炭素の第２増加量を算出し、前記第１増加量が前記第２増加量よりも少ない場合には前記水素使用量減量制御を実行し、前記第１増加量が前記第２増加量よりも多い場合には前記水素生成量増量制御を実行することが好ましい。

（１２）この場合、前記水素供給装置は、前記ガス化炉内又は前記ガス化装置のうち前記ガス化炉に至るバイオマス原料の原料供給路（例えば、後述の原料供給路２０）内に水素を供給することが好ましい。

（１３）この場合、前記制御装置は、前記水素供給装置による水素供給量を制御し、前記ガス化炉から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を所定比に調整することが好ましい。

（１４）この場合、前記制御装置は、前記ガス化炉内におけるバイオマス原料の種類に応じて前記水素供給装置による水素供給量を変えることが好ましい。

（１）本発明に係る燃料製造システムは、バイオマス原料をガス化するガス化炉を備えるガス化装置と、ガス化装置によって生成された合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置と、電解装置によって生成された水素を貯留する水素タンクと、水素タンク内の水素残量を取得する水素残量取得手段と、水素タンクに貯留された水素をガス化装置に供給する水素供給装置と、を備える。本発明によれば、電解装置によって生成した水素を水素タンクに貯留することにより、環境条件の変動によらず再生可能エネルギを十分に利用して水素を生成しつつ、必要に応じて水素タンク内の水素をガス化装置に供給できる。また本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、水素残量が所定量より多い場合、ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させるとともに水素供給装置による水素供給量を増加させる水素使用量増量制御を実行する。ここでガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させることにより、ガス化装置から液体燃料製造装置に供給される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた所定比にするために必要とする水素の量を増加することができる。本発明では、水素残量が所定量より多い場合、このような水素使用量増量制御を実行することにより、ガス化装置から液体燃料製造装置に供給される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を一定に維持しながら水素タンク内における水素の消費を促進させることができるので、水素残量が水素タンクの上限を上回らないように、水素残量を減少させることができる。よって本発明によれば、再生可能エネルギを十分に利用しながら液体燃料を製造することができる。

（２）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、加熱装置からガス化炉への投入熱量を減少させることによってガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。これにより、加熱装置におけるエネルギの消費量を抑制できるので、燃料製造システム全体での二酸化炭素の発生量を抑制しながら水素タンクの水素残量を減少させることができる。

（３）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、水供給装置からガス化炉への水供給量を減少させることによってガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。これにより、ガス化炉内における反応によって生成されるタールの量を減らすことができる。また水供給量を減少させることにより、ガス化炉内における水の潜熱分だけ加熱装置におけるエネルギの消費量を抑制できるので、燃料製造システム全体での二酸化炭素の発生量を抑制しながら水素タンクの水素残量を減少させることができる。

（４）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、ガス化装置における二酸化炭素生成量が少なくなるように、加熱装置からガス化炉への投入熱量及び水供給装置からガス化炉内への水供給量の何れか又は両方を減少させる。これにより、燃料製造システム全体での二酸化炭素の発生量を抑制しながら水素タンクの水素残量を減少させることができる。

（５）上述のような水素使用量増量制御を実行する代わりに、再生可能エネルギを用いて発電した電力を売電するとともに電解装置による水素生成量を減少させる水素生成量減量制御を実行しても水素残量を減少させることができる。そこで制御装置は、水素使用量増量制御を実行した場合によって得られる第１利益と水素生成量減量制御を実行した場合によって得られる第２利益を算出し、第１利益が第２利益よりも大きい場合には水素使用量増量制御を実行し、第１利益が第２利益よりも小さい場合には水素生成量減量制御を実行する。これにより、液体燃料の製造にかかるコストを少なくしながら水素タンクの水素残量を減少させることができる。

（６）上述のような水素使用量増量制御を実行すると、ガス化炉への投入熱量を減少させることができ、またガス化炉内における合成ガスの生成効率を上昇させることができる。そこで制御装置では、これら投入熱量を減少させることによって得られる利益と、合成ガスの生成効率を上昇させることによって得られる利益と、に基づいて第１利益を算出する。これにより、液体燃料の製造にかかるコストをより確実に少なくすることができる。

（７）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、水素残量が所定量未満である場合、ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させるとともに水素供給装置による水素供給量を減少させる水素使用量減量制御を実行する。ここでガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させることにより、ガス化装置から液体燃料製造装置に供給される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた所定比にするために必要とする水素の量を減少させることができる。本発明では、水素残量が所定量未満である場合、このような水素使用量減量制御を実行することにより、ガス化装置から液体燃料製造装置に供給される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を一定に維持しながら水素タンク内における水素の消費を抑制させることができるので、水素残量が水素タンクの下限を下回ってしまうのを防止できる。よって本発明によれば、再生可能エネルギを十分に利用しながら液体燃料を製造することができる。

（８）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、加熱装置からガス化炉への投入熱量を増加させることによってガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。これにより、ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を簡易な方法によって増加させることができ、ひいては水素タンクの水素残量を増加させることができる。

（９）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、水供給装置からガス化炉内への水供給量を増加させることによってガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。これにより、ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を簡易な方法によって増加させることができ、ひいては水素タンクの水素残量を増加させることができる。

（１０）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、ガス化装置における二酸化炭素生成量が少なくなるように、加熱装置からガス化炉への投入熱量及び水供給装置からガス化炉内への水供給量の何れか又は両方を増加させる。これにより、燃料製造システム全体での二酸化炭素の発生量を抑制しながら水素タンクの水素残量を増加させることができる。

（１１）上述のような水素使用量減量制御を実行する代わりに、電力を買電するとともに電解装置による水素生成量を増加させる水素生成量増量制御を実行しても水素残量を増加させることができる。そこで制御装置は、水素使用量減量制御を実行した場合における二酸化炭素の第１増加量と水素生成量増量制御を実行した場合における二酸化炭素の第２増加量とを算出し、第１増加量が第２増加量よりも少ない場合には水素使用量減量制御を実行し、第１増加量が第２増加量よりも多い場合には水素生成量増量制御を実行する。これにより、液体燃料の製造に伴う二酸化炭素の生成量を少なくしながら水素タンクの水素残量を増加させることができる。

（１２）本発明に係る燃料製造システムにおいて、水素供給装置は、ガス化炉内又はガス化装置のうちガス化炉に至るバイオマス原料の原料供給路内に水素を供給する。これにより、ガス化炉内における一酸化炭素と水との反応を抑制できるので、ガス化炉内における二酸化炭素の発生量を抑制することができる。また水素タンク内の水素をガス化炉内又は原料供給路内に供給することにより、ガス化炉から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた所定比に調整できるので、従来のようなＨ_２／ＣＯ比調整工程を積極的に設ける必要がない。

（１３）本発明に係る燃料製造システムにおいて、制御装置は、水素供給装置による水素供給量を制御し、ガス化炉から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を調整する。これにより、ガス化炉と液体燃料製造装置との間において合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を所定比に調整する必要が無くなるので、Ｈ_２／ＣＯ比調整を行っていた従来と比較して燃料製造システム全体での二酸化炭素の発生量を抑制でき、さらに燃料製造システム全体の構成を簡素化できる。

（１５）ガス化炉内における反応によって生成される二酸化炭素の量を最小にする最適な水素供給量は、ガス化炉内に投入されるバイオマス原料の種類によって変わる。これに対し制御装置は、ガス化炉内におけるバイオマス原料の種類に応じて水素供給装置による水素供給量を変えることにより、バイオマス原料の種類によらずガス化炉内で生成される二酸化炭素の量をできるだけ少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料製造システムの構成を示す図である。 ガス化炉内の合成ガスの各成分の濃度とガス化炉内への水素供給量との関係を示す図である。 所定の目標比の合成ガスを所定量生成した場合にシステム全体で発生する二酸化炭素の量及びその内訳を、従来の燃料製造システムと本実施形態に係る燃料製造システムとで比較した図である。 合成ガス生成処理のメインフローチャートである。 水素タンクの水素残量に対して設定される各種閾値を示す図である。 通常制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 残量低減処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 ガス化炉の外部からの水素供給量を０とした場合に、ガス化炉内で生成される合成ガスの各成分の濃度とガス化炉の温度との関係を示す図である。 残量増加処理の具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る燃料製造システム１について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る燃料製造システム１の構成を示す図である。燃料製造システム１は、バイオマス原料を供給するバイオマス原料供給装置２と、バイオマス原料供給装置２から供給されるバイオマス原料をガス化し水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化装置３と、ガス化装置３から供給される合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置４と、再生可能エネルギを用いて発電する発電設備５と、発電設備５において発電された電力によって水から水素を生成し、生成した水素をガス化装置３に供給する水素生成供給装置６と、ガス化装置３、発電設備５及び水素生成供給装置６を制御する制御装置７と、を備え、これらによってバイオマス原料から液体燃料を製造する。

バイオマス原料供給装置２は、籾殻、バガス、及び木材等のバイオマス原料に所定の前処理を施すとともに、この前処理を経たバイオマス原料を、原料供給路２０を介してガス化装置３のガス化炉３０へ供給する。ここでバイオマス原料に対する前処理には、例えば、原料を乾燥させる乾燥工程や、原料を粉砕する粉砕工程等が含まれる。

ガス化装置３は、原料供給路２０を介して供給されるバイオマス原料をガス化するガス化炉３０と、ガス化炉３０の内部の状態を検出する複数のセンサによって構成されるガス化炉センサ群３１と、ガス化炉３０内に水を供給する水供給装置３２と、ガス化炉３０内に酸素を供給する酸素供給装置３３と、ガス化炉３０を加熱する加熱装置３４と、ガス化炉３０から排出される合成ガスを洗浄するスクラバ３５と、スクラバ３５によって洗浄された合成ガスから硫黄成分を除去し、液体燃料製造装置４に供給する脱硫装置３６と、を備える。

水供給装置３２は、図示しない水タンクに貯留された水をガス化炉３０内へ供給する。酸素供給装置３３は、図示しない酸素タンクに貯留された酸素をガス化炉３０内へ供給する。加熱装置３４は、図示しない燃料タンクから供給される燃料や図示しない電源から供給される電力を消費することにより、ガス化炉３０を加熱する。水供給装置３２からガス化炉３０内への水供給量、酸素供給装置３３からガス化炉３０内への酸素供給量、及び加熱装置３４からガス化炉３０への投入熱量は、制御装置７によって制御される。なお本実施形態に係る燃料製造システム１では、後述の水素生成供給装置６からガス化炉３０内又は原料供給路２０内に水素を供給することにより、水供給装置３２からガス化炉３０内へ水を積極的に供給する必要がなくなる場合がある。この場合、燃料製造システム１から水供給装置３２を除くこともできる。

バイオマス原料が投入されたガス化炉３０内に、以上のような水供給装置３２、酸素供給装置３３、及び加熱装置３４によって水、酸素、熱量等を投入すると、ガス化炉３０内では、例えば下記式（１－１）～（１－５）に示すような計１０種類のガス化反応及びその逆反応が進行し、水素と一酸化炭素とを含む合成ガスが生成される。

ガス化炉センサ群３１は、例えば、ガス化炉３０内の圧力を検出する圧力センサ、ガス化炉３０内の温度を検出する温度センサ、ガス化炉３０内における合成ガスの水素と一酸化炭素との比に相当するＨ_２／ＣＯ比を検出するＨ_２／ＣＯセンサ、及びガス化炉３０内の二酸化炭素を検出するＣＯ_２センサ等によって構成される。ガス化炉センサ群３１を構成するこれらセンサの検出信号は、制御装置７へ送信される。

ガス化装置３は、上記式（１－１）～（１－５）に示すガス化反応及びその逆反応によって生成される合成ガスに、後述の水素生成供給装置６から供給される水素を混合することにより、合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた所定の目標比（例えば、メタノールを製造する場合、Ｈ_２／ＣＯ比の目標比は２）に調整した後、この合成ガスを液体燃料製造装置４へ供給する。

液体燃料製造装置４は、メタノール合成装置、ＭＴＧ（Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｔｏ Ｇａｓｏｌｉｎｅ）合成装置、ＦＴ（Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｔｒｏｐｓｃｈ）合成装置、及びアップグレーディング装置等を備え、これらを用いることによって、ガス化装置３において所定のＨ_２／ＣＯ比に調整された合成ガスからメタノールやガソリン等の液体燃料を製造する。

発電設備５は、再生可能エネルギである風力によって発電する風力発電設備や、再生可能エネルギである太陽光によって発電する太陽光発電設備等によって構成される。発電設備５は、水素生成供給装置６に接続されており、風力発電設備や太陽光発電設備等において再生可能エネルギを用いて発電した電力は、水素生成供給装置６に供給することができる。また発電設備５は、商用電力網８とも接続されている。このため発電設備５において発電した電力の一部又は全ては、商用電力網８に供給し、電力会社に売電することも可能となっている。

水素生成供給装置６は、電解装置６０と、水素充填ポンプ６１と、水素タンク６２と、圧力センサ６３と、水素供給ポンプ６４と、を備え、これらを用いることによって発電設備５から供給される電力によって水素を生成し、生成した水素をガス化装置３へ供給する。

電解装置６０は、発電設備５と接続されており、発電設備５から供給される電力によって水から電気分解によって水素を生成する。また電解装置６０は、商用電力網８とも接続されている。このため電解装置６０は、発電設備５から供給される電力だけでなく、電力会社から買電することにより商用電力網８から供給される電力によって水素を生成することも可能となっている。電解装置６０による水素生成量は制御装置７によって制御される。

水素充填ポンプ６１は、電解装置６０によって生成された水素を圧縮し、水素タンク６２内に充填する。水素充填ポンプ６１による水素充填量は制御装置７によって制御される。水素タンク６２は、水素充填ポンプ６１によって圧縮された水素を貯留する。圧力センサ６３は、水素タンク６２のタンク内圧を検出し、検出信号を制御装置７へ送信する。水素タンク６２内の水素残量は、圧力センサ６３の検出信号に基づいて制御装置７によって算出される。従って本実施形態において、水素タンク６２内の水素残量を取得する水素残量取得手段は、圧力センサ６３及び制御装置７によって構成される。

水素供給ポンプ６４は、水素タンク６２に貯留された水素をガス化装置３のガス化炉３０内に供給する。水素供給ポンプ６４からガス化炉３０内への水素供給量は制御装置７によって制御される。なお図１には、水素タンク６２に貯留された水素を水素供給ポンプ６４によってガス化炉３０内に供給する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。水素タンク６２に貯留された水素は、ガス化炉３０より上流側、より具体的にはバイオマス原料の原料供給路２０内に供給してもよい。

制御装置７は、ガス化炉センサ群３１からの検出信号や水素タンク６２の圧力センサ６３からの検出信号等に基づいて、水供給装置３２による水供給量、酸素供給装置３３による酸素供給量、加熱装置３４による投入熱量、電解装置６０による水素生成量、水素充填ポンプ６１による水素充填量、及び水素供給ポンプ６４による水素供給量等を制御するコンピュータである。制御装置７によって水素供給量等を制御する具体的な手順については、後に図４～図９を参照しながら説明する。

次に、図２及び図３を参照し、ガス化装置３のうちガス化炉３０内又は原料供給路２０内に水素を供給することによる効果を説明する。

図２は、ガス化炉３０内の合成ガスの各成分の濃度［体積％］とガス化炉３０内への水素供給量［ｋｇ／ｈ］との関係を示す図である。図２に示す結果は、所定条件の下でシミュレーションを行うことによって得られる。図２において太実線はガス化炉３０内の合成ガスの水素濃度を示し、太破線はガス化炉３０内の合成ガスの一酸化炭素濃度を示し、細実線はガス化炉３０内の合成ガスの二酸化炭素濃度を示す。また図２には、ガス化装置３によって所定の目標比の合成ガスを所定量生成した場合にシステム全体で生成される二酸化炭素の量［ｋｇ／ｈ］を太破線で示す。

図３は、所定の目標比の合成ガスを所定量生成した場合にシステム全体で発生する二酸化炭素の量［ｋｇ／ｈ］及びその内訳を、従来の燃料製造システムと本実施形態に係る燃料製造システム１とで比較した図である。ここで従来の燃料製造システムとは、外部からガス化装置３へ水素を供給せずに、水によってガス化装置３によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整するものをいう。

図２に示すように、ガス化炉３０内への水素供給量を０とすると、ガス化炉３０内における合成ガスのＨ_２／ＣＯ比は目標比よりも小さい。このためガス化装置３によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比まで上昇させるためには、ガス化炉３０において生成した合成ガスにおいて余剰となった一酸化炭素と水とを反応させることによってＨ_２／ＣＯ比を上昇させるＨ_２／ＣＯ比調整工程をさらに行う必要がある。しかしながらこのようなＨ_２／ＣＯ比調整工程を行うと、二酸化炭素が発生する。このため従来の燃料製造システムでは、図３に示すようにガス化炉３０におけるガス化工程だけでなく、Ｈ_２／ＣＯ比調整工程でも二酸化炭素が発生する。

これに対し図２において破線２ａで示すように、ガス化炉３０内への水素供給量を増加させると、その分、ガス化炉３０内の合成ガスの水素濃度が高くなる。このため、ガス化炉３０内への水素供給量を所定量に制御することにより、ガス化炉３０内における合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整することができる。従って本実施形態に係る燃料製造システム１によれば、Ｈ_２／ＣＯ比調整工程を積極的に行う必要が無いので、少なくともその分だけ従来の燃料製造システムよりも二酸化炭素の量を減らすことができる。

またガス化炉３０内への水素供給量を増加させると、従来の燃料製造システムと比較してガス化炉３０内への水供給量を減らすことができるので、結果として上記式（１－１）～（１－５）に示すガス化炉３０内の反応のうち一酸化炭素及び二酸化炭素が発生する反応を抑制することができる。このため図２に示すように、ガス化炉３０内への水素供給量を増加させるに従い、ガス化炉３０内における合成ガスの一酸化炭素濃度及び二酸化炭素濃度は低下する。このため図３に示すように、本実施形態に係る燃料製造システム１によれば、従来の燃料製造システムと比較して、ガス化炉３０内におけるガス化工程で発生する二酸化炭素の量も減らすことができる。以上より、本実施形態に係る燃料製造システム１によれば、燃料製造システム１全体での二酸化炭素の発生量を抑制できることが検証された。

図４は、ガス化装置３、水素生成供給装置６、及び発電設備５を用いた合成ガス生成処理のメインフローチャートである。図４に示す合成ガス生成処理は、所定の周期の下で制御装置７によって繰り返し実行される。

図５は、水素タンク６２の水素残量に対して設定される各種閾値を示す図であり、図４に示す合成ガス生成処理の概念を説明するための図である。図５における水素上限量とは、水素タンク６２によって貯蔵できる水素量の上限に相当する。このため水素タンク６２には水素上限量を超えて水素を充填することはできない。また図５における水素下限量とは、水素供給ポンプ６４によって水素タンク６２内の水素をガス化炉３０内に供給するために水素タンク６２内に最低限確保すべき水素量に相当する。このため水素残量が水素下限量を下回ると、水素供給ポンプ６４によってガス化炉３０内に水素を供給することはできない。

合成ガス生成処理では、水素残量に対し、水素上限量よりもやや小さな上限閾値と、この上限閾値よりも小さくかつ水素下限量よりもやや大きな下限閾値とを設定し、水素タンク６２の水素残量がこれら上限閾値と下限閾値との間の通常範囲内にできるだけ維持されるように、換言すれば水素残量が上記通常範囲から逸脱し水素上限量や水素下限量に到達しないようにガス化装置３、水素生成供給装置６、及び発電設備５を制御する。

始めにＳ１では、制御装置７は、圧力センサ６３の検出信号に基づいて水素タンク６２の水素残量を算出し、この水素残量が上限閾値以上であるか否かを判定する。制御装置７は、Ｓ１の判定結果がＮＯである場合にはＳ２に移る。Ｓ２では、制御装置７は、水素タンク６２の水素残量が下限閾値未満であるか否かを判定する。

Ｓ２の判定結果がＮＯである場合、すなわち水素タンク６２の水素残量が通常範囲内である場合には、制御装置７は、後に図６を参照して説明する通常制御処理（Ｓ３参照）を実行した後、図４に示す処理を終了する。図５に示すように、水素残量が通常範囲内である場合とは、電解装置６０によって生成した水素を受け入れる余裕がありかつガス化炉３０内において必要とされる量の水素を供給できる余裕がある状態であるといえる。

Ｓ１の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち水素タンク６２の水素残量が上限閾値以上である場合には、制御装置７は、後に図７を参照して説明する残量低減処理（Ｓ４参照）を実行した後、図４に示す処理を終了する。図５に示すように、水素残量が上限閾値以上である場合、水素残量が水素上限量を超えてしまわないように水素残量を減少させる必要がある。上述のように水素残量が水素上限量を超えてしまうと、水素タンク６２には水素を充填できなくなるため、再生可能エネルギを用いて水素を生成できなくなってしまう。このため制御装置７は、残量低減処理を実行することによって水素残量を減少させる。

Ｓ２の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち水素タンク６２の水素残量が下限閾値未満である場合には、制御装置７は、後に図９を参照して説明する残量増加処理（Ｓ５参照）を実行した後、図４に示す処理を終了する。図５に示すように、水素残量が下限閾値未満である場合、水素残量が水素下限量を下回らないように水素残量を増加させる必要がある。上述のように水素残量が水素下限量を下回ってしまうと、水素供給ポンプ６４によって水素を供給できなくなってしまう。このため制御装置７は、残量増加処理を実行することによって水素残量を増加させる。

以上のように図４に示す合成ガス生成処理では、水素残量が上限閾値以上である場合には残量低減処理を実行し、水素残量が下限閾値未満である場合には残量増加処理を実行し、水素残量が通常範囲内である場合には通常制御処理を実行することにより、水素残量が通常範囲内に維持されるようにする。

図６は、通常制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにＳ１１では、制御装置７は、ガス化炉センサ群３１からの検出信号に基づいてガス化炉３０の最適な運転ポイントを算出する。ここでガス化炉３０の運転ポイントとは、水供給装置３２による水供給量、酸素供給装置３３による酸素供給量、加熱装置３４による投入熱量、及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を含む。また最適な運転ポイントとは、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比が目標比となるような運転ポイントをいう。制御装置７には、ガス化炉センサ群３１からの検出信号と最適な運転ポイントとを関連付ける基本マップが格納されており、制御装置７は、ガス化炉センサ群３１からの検出信号に基づいて基本マップを検索することによって最適な運転ポイントを算出する。

なお、ガス化炉３０の最適な運転ポイントは、ガス化炉３０内に投入されるバイオマス原料の種類及び性状によって変化する。このため制御装置７には、バイオマス原料の種類及び性状ごとに異なる基本マップが格納されており、ガス化炉３０内に投入されるバイオマス原料の種類及び性状に応じて参照する基本マップを持ち替えて最適な運転ポイントを算出することが好ましい。これにより制御装置７は、ガス化炉３０内に投入されるバイオマス原料の種類及び性状に応じて水素供給ポンプ６４による水素供給量等を変え、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整することができる。

また本実施形態では、最適な運転ポイントを基本マップに基づいて算出する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。最適な運転ポイントは、ガス化炉センサ群３１の検出信号やガス化炉３０内に投入されるバイオマス原料の種類及び性状に基づいて予め定められた演算を行うことによって算出してもよい。

Ｓ１２では、制御装置７は、算出した最適な運転ポイントが実現されるように水供給装置３２による水供給量、酸素供給装置３３による酸素供給量、加熱装置３４による投入熱量、及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を制御する。

Ｓ１３では、制御装置７は、発電設備５において再生可能エネルギを用いて発電した電力を電解装置６０に供給し、電解装置６０によって水素を生成し、水素充填ポンプ６１によって生成した水素を水素タンク６２内に充填し、図６に示す通常制御処理を終了する。

なお水素タンク６２の水素残量を通常範囲内で大きく変動しないように維持する場合、制御装置７は、電解装置６０による水素生成量及び水素タンク６２への水素充填量と、Ｓ１１において算出した水素供給ポンプ６４による水素供給量とが等しくなるように、発電設備５から電解装置６０へ供給する電力量や発電設備５における発電量を調整することが好ましい。ただし発電設備５では、再生可能エネルギを用いて発電するため、要求される電力を電解装置６０へ供給できない場合もある。この場合、水素供給量は水素生成量及び水素充填量よりも多くなるため、水素残量は減少する傾向がある。また水素残量が上限閾値に対し十分に少ない場合には、発電設備５で発電した電力の全てを用いて水素を生成し、水素タンク６２内に充填するようにしてもよい。この場合、水素生成量及び水素充填量は水素供給量よりも多くなるため、水素残量は増加する傾向がある。これにより、利用可能な再生可能エネルギを全て水素に変換し、水素タンク６２内に蓄えることができる。

図７は、水素タンク６２の水素残量を減少させる残量低減処理の具体的な手順を示すフローチャートである。燃料製造システム１では、水素タンク６２内から取り出した水素をガス化装置３に供給しながら、電解装置６０で生成した水素を水素タンク６２内に充填する。このため、水素残量を減少させる手段として、制御装置７では、ガス化装置３における水素使用量及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を増加させることによって水素残量を減少させる水素使用量増量制御（Ｓ２２～Ｓ２４）と、電解装置６０による水素生成量及び水素充填ポンプ６１による水素充填量を減少させることによって水素残量を減少させる水素生成量減量制御（Ｓ２５～Ｓ２８）と、の何れかを選択的に実行することが可能となっている。

始めにＳ２１では、制御装置７は、水素使用量増量制御を実行したと仮定した場合に得られる第１利益及び水素生成量減量制御を実行したと仮定した場合に得られる第２利益を算出し、第１利益が第２利益以上であるか否かを判定する。Ｓ２１における判定がＹＥＳである場合、すなわち水素生成量減量制御を実行するよりも水素使用量増量制御を実行した方がより大きな利益が得られる場合には、制御装置７はＳ２２に移る。またＳ２１における判定がＮＯである場合、すなわち水素使用量増量制御を実行するよりも水素生成量減量制御を実行した方がより大きな利益が得られる場合には、制御装置７はＳ２５に移る。なおこれら第１利益及び第２利益を算出する具体的な手順については、水素使用量増量制御及び水素生成量減量制御の具体的な手順について説明した後、説明する。

Ｓ２２では、制御装置７は、運転ポイントを通常制御処理の実行時における最適な運転ポイントから変更することにより、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。ここで「ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガス」とは、ガス化炉３０内の合成ガスのうちガス化炉３０の外部から（すなわち、水素供給ポンプ６４から）供給した水素を除いたものをいう。換言すれば、「ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガス」とは、水素供給ポンプ６４による水素供給量を０とした場合にガス化炉３０内で生成される合成ガスをいい、「ガス化炉３０から排出される合成ガス」とは異なる。

制御装置７は、Ｓ２２において合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる手段として、ガス化炉３０の温度を低下させる炉温度低下処理及びガス化炉３０内への水供給量を減少させる水低減処理の何れか又は両方を組み合わせて実行することが可能となっている。

図８は、ガス化炉３０の外部からの水素供給量を０とした場合に、ガス化炉３０内で生成される合成ガスの各成分の濃度とガス化炉３０の温度との関係を示す図である。図８に示すように、ガス化炉３０の温度を低下させると、合成ガスに占める一酸化炭素の割合は増加するのに対し、合成ガスに占める水素及び二酸化炭素の割合は減少する。すなわちガス化炉３０の温度を低下させると、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比は減少する。これを利用し制御装置７は、炉温度低下処理では、加熱装置３４による投入熱量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対し減少させることによって、ガス化炉３０の温度を強制的に低下させ、ガス化炉３０内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を減少させる。

図８に示すように、ガス化炉３０の温度を低下させると合成ガスに占める二酸化炭素の割合が減少する。また加熱装置３４による投入熱量を減少させると、加熱装置３４におけるエネルギの消費量も減少するので、ガス化装置３での二酸化炭素の生成量を削減できる。

また上記式（１－１）～（１－５）に示すように、ガス化炉３０内へ供給する水の量を減らすと、合成ガスに占める水素の割合は減少する。これを利用し制御装置７は、水低減処理では、水供給装置３２による水供給量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対し減少させることによって、ガス化炉３０内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を減少させる。なおガス化炉３０内への水供給量を減少させると、水の潜熱分、加熱装置３４による投入熱量も減少させることができる。このため制御装置７は、水供給装置３２による水供給量を減少させるとともに加熱装置３４による投入熱量を減少させることにより、ガス化炉３０内の温度を一定に維持することが好ましい。

上記式（１－１）～（１－５）に示すように、ガス化炉３０内への水供給量を減少させると、合成ガスに占める二酸化炭素の割合が減少する。また加熱装置３４による投入熱量を減少させると、加熱装置３４におけるエネルギの消費量も減少するので、ガス化装置３での二酸化炭素の生成量を削減できる。

Ｓ２２では、制御装置７は、上記炉温度低下処理及び水低減処理の何れか又は両方を組み合わせて実行することによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。より具体的には、炉温度低下処理を実行した場合と水低減処理を実行した場合とでは、削減できる二酸化炭素の生成量も異なる。そこで制御装置７は、ガス化装置３における二酸化炭素生成量が最小になるように加熱装置３４による投入熱量及び水供給装置３２による水供給量の何れか又は両方を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対して減少させることが好ましい。

Ｓ２３では、制御装置７は、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比が目標比になるように、水素供給ポンプ６４による水素供給量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対して増加させる。Ｓ２２においてガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させると、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整するためには、水素供給ポンプ６４による水素供給量は、通常制御処理で定めた最適な運転ポイントよりも増加させる必要がある。なお酸素供給装置３３による酸素供給量は、基本的には通常制御処理と同じであるので詳細な説明は省略する。

Ｓ２４では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１３における処理と同様の手順により、発電設備５において再生可能エネルギを用いて発電した電力を電解装置６０に供給し、電解装置６０によって水素を生成し、水素充填ポンプ６１によって生成した水素を水素タンク６２内に充填し、図７に示す残量低減処理を終了する。

以上より水素使用量増量制御（Ｓ２２～Ｓ２４）では、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させるとともに水素供給ポンプ６４による水素供給量を増加させることにより、ガス化装置３では目標比に調整された合成ガスを生成しつつ水素タンク６２の水素残量を減少させることができる。

以上のように水素使用量増量制御を実行すると、加熱装置３４におけるエネルギの消費量を減少させることができる。また図２に示すように外部からの水素供給量を増加させるほどガス化炉３０内で発生する二酸化炭素の量も減少するので、ガス化炉３０内における合成ガスの生成効率（ガス化炉３０内へのバイオマス原料の投入量に対し、ガス化炉３０内で生成される合成ガスの割合）が上昇する。従ってＳ２１では、制御装置７は、加熱装置３４からの投入熱量を減少させることによって得られる利益と、ガス化炉３０内における合成ガスの生成効率を上昇させることによって得られる利益と、を合算することによって第１利益を算出する。

Ｓ２５では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１１における処理と同様の手順により、ガス化炉センサ群３１からの検出信号に基づいてガス化炉３０の最適な運転ポイントを算出する。

Ｓ２６では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１２における処理と同様の手順により、算出した最適な運転ポイントが実現されるように水供給装置３２による水供給量、酸素供給装置３３による酸素供給量、加熱装置３４による投入熱量、及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を制御する。

Ｓ２７では、制御装置７は、発電設備５において再生可能エネルギを用いて発電した電力の一部又は全てを商用電力網８に供給し、電力会社に売電する。

Ｓ２８では、制御装置７は、電力会社に売電した分、電解装置６０における水素生成量及び水素充填ポンプ６１による水素充填量を減少させる。

以上より水素生成量減量制御（Ｓ２５～Ｓ２８）では、再生可能エネルギを用いて発電した電力を売電するとともに電解装置６０における水素生成量を減少させることにより、ガス化装置３では目標比に調整された合成ガスを生成しつつ水素タンク６２の水素残量を減少させることができる。以上のように水素生成量減量制御では、再生可能エネルギを用いて発電した電力を売電することができる。従ってＳ２１では、制御装置７は、発電設備５で発電した電力を電力会社に売電することによって得られる利益を第２利益として算出する。

図９は、水素タンク６２の水素残量を増加させる残量増加処理の具体的な手順を示すフローチャートである。燃料製造システム１では、水素タンク６２内から取り出した水素をガス化装置３に供給しながら、電解装置６０で生成した水素を水素タンク６２内に充填する。このため、水素残量を増加させる手段として、制御装置７では、ガス化装置３における水素使用量及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を減少させることによって水素残量を増加させる水素使用量減量制御（Ｓ３２～Ｓ３４）と、電解装置６０による水素生成量及び水素充填ポンプ６１による水素充填量を増加させることによって水素残量を増加させる水素生成量増量制御（Ｓ３５～Ｓ３８）と、の何れかを選択的に実行することが可能となっている。

始めにＳ３１では、制御装置７は、水素使用量減量制御を実行したと仮定した場合に生成される二酸化炭素の増加量である第１増加量及び水素生成量増量制御を実行したと仮定した場合に生成される二酸化炭素の増加量である第２増加量を算出し、第１増加量が第２増加量未満であるか否かを判定する。Ｓ３１における判定がＹＥＳである場合、すなわち水素生成量増量制御を実行するよりも水素使用量増量制御を実行した方が二酸化炭素の生成量を少なくできる場合には、制御装置７はＳ３２に移る。またＳ３１における判定がＮＯである場合、すなわち水素使用量減量制御を実行するよりも水素生成量増量制御を実行した方が二酸化炭素の生成量を少なくできる場合には、制御装置７はＳ３５に移る。なおこれら第１増加量及び第２増加量を算出する具体的な手順については、水素使用量減量制御及び水素生成量増量制御の具体的な手順について説明した後、説明する。

Ｓ３２では、制御装置７は、運転ポイントを通常制御処理の実行時における最適な運転ポイントから変更することにより、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。

制御装置７は、Ｓ３２において合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる手段として、ガス化炉３０の温度を上昇させる炉温度上昇処理及びガス化炉３０内への水供給量を増加させる水増加処理の何れか又は両方を組み合わせて実行することが可能となっている。より具体的には、制御装置７は、炉温度上昇処理では、加熱装置３４による投入熱量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対し増加させることによって、ガス化炉３０の温度を強制的に上昇させ、ガス化炉３０内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を増加させる。また制御装置７は、水増加処理では、水供給装置３２による水供給量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対し増加させることによって、ガス化炉３０内における反応によって生成されるＨ_２／ＣＯ比を増加させる。なおガス化炉３０内への水供給量を増加させると、水の潜熱分、加熱装置３４による投入量を増加させる必要がある。このため制御装置７は、水供給装置３２による水供給量を増加させるとともに加熱装置３４による投入熱量を増加させることにより、ガス化炉３０内の温度を一定に維持することが好ましい。

Ｓ３２では、制御装置７は、上記炉温度上昇処理及び水増加処理の何れか又は両方を組み合わせて実行することによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。より具体的には、炉温度上昇処理を実行した場合と水増加処理を実行した場合とでは、ガス化装置３における二酸化炭素生成量が異なる。そこで制御装置７は、ガス化装置３における二酸化炭素生成量が少なくなるように加熱装置３４による投入熱量及び水供給装置３２による水供給量の何れか又は両方を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対して増加させることが好ましい。

Ｓ３３では、制御装置７は、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比が目標比になるように、水素供給ポンプ６４による水素供給量を通常制御処理で定めた最適な運転ポイントに対して減少させる。Ｓ３２においてガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させると、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整するためには、水素供給ポンプ６４による水素供給量は、通常制御処理で定めた最適な運転ポイントよりも減少させる必要がある。なお酸素供給装置３３による酸素供給量は、基本的には通常制御処理と同じであるので詳細な説明は省略する。

Ｓ３４では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１３における処理と同様の手順により、発電設備５において再生可能エネルギを用いて発電した電力を電解装置６０に供給し、電解装置６０によって水素を生成し、水素充填ポンプ６１によって生成した水素を水素タンク６２内に充填し、図９に示す残量低減処理を終了する。

以上より水素使用量減量制御（Ｓ３２～Ｓ３４）では、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させるとともに水素供給ポンプ６４による水素供給量を減少させることにより、ガス化装置３では目標比に調整された合成ガスを生成しつつ水素タンク６２の水素残量を増加させることができる。

以上のように水素使用量増量制御を実行すると、加熱装置３４におけるエネルギの消費量が増加する。また図２に示すように外部からの水素供給量を減少させるほどガス化炉３０内で発生する二酸化炭素の量も増加する。従ってＳ３１では、制御装置７は、加熱装置３４からの投入熱量を増加させることによる二酸化炭素の増加分と、外部からの水素供給量を減少させることによる二酸化炭素の増加分と、を合算することによって第１増加量を算出する。

Ｓ３５では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１１における処理と同様の手順により、ガス化炉センサ群３１からの検出信号に基づいてガス化炉３０の最適な運転ポイントを算出する。

Ｓ３６では、制御装置７は、通常制御処理のＳ１２における処理と同様の手順により、算出した最適な運転ポイントが実現されるように水供給装置３２による水供給量、酸素供給装置３３による酸素供給量、加熱装置３４による投入熱量、及び水素供給ポンプ６４による水素供給量を制御する。

Ｓ３７では、制御装置７は、電力会社から商用電力網８における電力を買電するとともに、買電した電力と、発電設備５において再生可能エネルギを用いて発電した電力と、を電解装置６０に供給する。

Ｓ３８では、制御装置７は、発電設備５から供給される電力に加え、電力会社から買電することによって増加した分、電解装置６０における水素生成量及び水素充填ポンプ６１による水素充填量を増加させる。

以上より水素生成量増量制御（Ｓ３５～Ｓ３８）では、電力会社から電力を買電するとともに電解装置６０における水素生成量を増加させることにより、ガス化装置３では目標比に調整された合成ガスを生成しつつ水素タンク６２の水素残量を増加させることができる。以上のように水素生成量増量制御では、電力を買電する。従ってＳ３１では、制御装置７は、買電した電力を、再生可能エネルギを用いずに発電した場合に発生する二酸化炭素の量を第２増加分として算出する。

本実施形態に係る燃料製造システム１によれば、以下の効果を奏する。
（１）燃料製造システム１は、バイオマス原料をガス化し合成ガスを生成するガス化炉３０と、合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置４と、再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置６０と、電解装置６０によって生成された水素をガス化炉３０内又はガス化炉３０に至るバイオマス原料の原料供給路２０内に供給する水素供給ポンプ６４と、を備える。燃料製造システム１によれば、電解装置６０によって生成した水素をガス化炉３０内又は原料供給路２０内に供給することにより、ガス化炉３０内における一酸化炭素と水との反応を抑制できるので、特許文献１に示された発明よりもガス化炉３０内における二酸化炭素の発生量を抑制することができる。また燃料製造システム１では、電解装置６０によって生成した水素をガス化炉３０内又は原料供給路２０内に供給することにより、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を製造しようとする液体燃料に応じた目標比に調整できるので、従来のようなＨ_２／ＣＯ比調整工程を積極的に設ける必要がない。また従来の液体燃料製造方法では、液体燃料を製造するために必要となる水素を、合成ガス中の一酸化炭素と水との反応等によって生成しており、これらの反応によって二酸化炭素が発生していたところ、本発明では再生可能エネルギを用いて発電した電力によって電解装置６０によって水素を生成することにより、燃料製造システム１全体での二酸化炭素の発生量を抑制することができる。

（２）制御装置７は、水素供給ポンプ６４による水素供給量を制御し、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整する。これにより、ガス化炉３０と液体燃料製造装置４との間において合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を所定比に調整する必要が無くなるので、Ｈ_２／ＣＯ比調整を行っていた従来と比較して燃料製造システム１全体での二酸化炭素の発生量を抑制でき、さらに燃料製造システム１全体の構成を簡素化できる。

（３）制御装置７は、ガス化炉３０内におけるバイオマス原料の種類及び性状に応じて水素供給ポンプ６４による水素供給量を変えることにより、バイオマス原料の種類によらずガス化炉３０内で生成される二酸化炭素の量をできるだけ少なくすることができる。

（４）燃料製造システム１は、電解装置６０によって生成された水素を貯留する水素タンク６２と、水素タンク６２内の水素残量を取得する圧力センサ６３と、を備える。再生可能エネルギを用いた発電量は環境条件によって変動するところ、燃料製造システム１では電解装置６０で生成した水素を水素タンク６２で貯留することにより、環境条件の変化によらず十分に再生可能エネルギを利用して水素を生成しつつ、必要に応じて水素タンク６２内の水素を供給することができる。また制御装置７は、水素残量に基づいて水素供給ポンプ６４による水素供給量及びガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を制御することにより、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を一定に維持しながら水素タンク６２内に貯留されている水素の消費を促進したり抑制したりすることができる。

（５）制御装置７は、水素残量が上限閾値より多い場合、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させるとともに、水素供給ポンプ６４による水素供給量を増加させる水素使用量増量制御を実行する。これにより、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を一定に維持しながら水素タンク６２内に貯留されている水素の消費を促進し、水素残量が水素タンクの上限を上回ってしまうのを防止できる。

（６）制御装置７は、加熱装置３４からガス化炉３０への投入熱量を減少させることによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。これにより、加熱装置３４におけるエネルギの消費量を抑制できるので、燃料製造システム１全体での二酸化炭素の発生量をさらに抑制することができる。

（７）制御装置７は、水供給装置３２からガス化炉３０への水供給量を減少させることによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させる。これにより、ガス化炉３０内における反応によって生成されるタールの量を減らすことができるので、スクラバ３５の負担を軽減できる。また水供給量を減少させることにより、ガス化炉３０内における水の潜熱分だけ加熱装置３４におけるエネルギの消費量を抑制できるので、燃料製造システム１全体での二酸化炭素の発生量をさらに抑制することができる。

（８）制御装置７は、水素残量が下限閾値未満である場合、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させるとともに、水素供給ポンプ６４による水素供給量を減少させる水素使用量減量制御を実行する。これにより、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を一定に維持しながら水素タンク６２内に貯留されている水素の消費を抑制し、水素残量が水素タンク６２の下限を下回ってしまうのを防止できる。

（９）制御装置７は、加熱装置３４からガス化炉３０への投入熱量を増加させることによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。これにより、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を簡易な方法によって増加させることができる。

（１０）制御装置７は、水供給装置３２からガス化炉３０内への水供給量を増加させることによってガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させる。これにより、ガス化炉３０内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を簡易な方法によって増加させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば上記実施形態では、水素タンク６２内に貯留した水素をガス化装置３のうちガス化炉３０内又は原料供給路２０内に供給することにより、ガス化炉３０から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比に調整する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。水素タンク６２内に貯留した水素は、ガス化装置３のうちガス化炉３０より下流側に供給してもよい。この場合、ガス化炉３０と液体燃料製造装置４との間に合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を調整するためのリアクタを設け、このリアクタ内に水素タンク６２内に貯留した水素を水素供給ポンプ６４によって供給してもよい。この場合、ガス化炉から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比は目標比よりも低くなるが、水素供給ポンプ６４による水素供給量を制御することにより、液体燃料製造装置４に供給される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を目標比にすることができる。

１…燃料製造システム
２…バイオマス原料供給装置
２０…原料供給路
３…ガス化装置
３０…ガス化炉
３１…ガス化炉センサ群
３２…水供給装置
３３…酸素供給装置
３４…加熱装置
４…液体燃料製造装置
５…発電設備
６…水素生成供給装置
６０…電解装置
６１…水素充填ポンプ
６２…水素タンク
６３…圧力センサ（水素残量取得手段）
６４…水素供給ポンプ（水素供給装置）
７…制御装置（水素残量取得手段）

Claims (6)

1. バイオマス原料から液体燃料を製造する燃料製造システムであって、
   バイオマス原料をガス化し水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化炉を備えるガス化装置と、
   前記ガス化装置によって生成された合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、
   再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置と、
   前記電解装置によって生成された水素を貯留する水素タンクと、
   前記水素タンク内の水素残量を取得する水素残量取得手段と、
   前記水素タンクに貯留された水素を前記ガス化装置に供給する水素供給装置と、
   前記水素残量が所定量より多い場合、前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を減少させるとともに前記水素供給装置による水素供給量を増加させる水素使用量増量制御を実行する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記水素使用量増量制御及び再生可能エネルギを用いて発電した電力を売電するとともに前記電解装置による水素生成量を減少させる水素生成量減量制御の何れかを選択的に実行可能であり、
   前記制御装置は、前記水素使用量増量制御を実行した場合によって得られる第１利益及び前記水素生成量減量制御を実行した場合によって得られる第２利益を算出し、前記第１利益が前記第２利益よりも大きい場合には前記水素使用量増量制御を実行し、前記第１利益が前記第２利益よりも小さい場合には前記水素生成量減量制御を実行することを特徴とする燃料製造システム。
2. 前記制御装置は、前記水素使用量増量制御を実行したと仮定した場合に、前記ガス化炉への投入熱量を減少させることによって得られる利益と、前記ガス化炉内における合成ガスの生成効率を上昇させることによって得られる利益と、に基づいて前記第１利益を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料製造システム。
3. バイオマス原料から液体燃料を製造する燃料製造システムであって、
   バイオマス原料をガス化炉内で加熱し水素及び一酸化炭素を含む合成ガスを生成するガス化装置と、
   前記ガス化装置によって生成された合成ガスから液体燃料を製造する液体燃料製造装置と、
   再生可能エネルギを用いて発電した電力によって水から水素を生成する電解装置と、
   前記電解装置によって生成された水素を貯留する水素タンクと、
   前記水素タンク内の水素残量を取得する水素残量取得手段と、
   前記水素タンクに貯留された水素を前記ガス化装置に供給する水素供給装置と、
   前記水素残量が所定量未満である場合、前記ガス化炉内における反応によって生成される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を増加させるとともに前記水素供給装置による水素供給量を減少させる水素使用量減量制御を実行する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記水素使用量減量制御及び電力を買電するとともに前記電解装置による水素生成量を増加させる水素生成量増量制御の何れかを選択的に実行可能であり、
   前記制御装置は、前記水素使用量減量制御を実行した場合における二酸化炭素の第１増加量及び前記水素生成量増量制御を実行した場合における二酸化炭素の第２増加量を算出し、前記第１増加量が前記第２増加量よりも少ない場合には前記水素使用量減量制御を実行し、前記第１増加量が前記第２生成量よりも多い場合には前記水素生成量増量制御を実行することを特徴とする燃料製造システム。
4. 前記水素供給装置は、前記ガス化炉内又は前記ガス化装置のうち前記ガス化炉に至るバイオマス原料の原料供給路内に水素を供給することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料製造システム。
5. 前記制御装置は、前記水素供給装置による水素供給量を制御し、前記ガス化炉から排出される合成ガスのＨ_２／ＣＯ比を所定比に調整することを特徴とする請求項４に記載の燃料製造システム。
6. 前記制御装置は、前記ガス化炉内におけるバイオマス原料の種類に応じて前記水素供給装置による水素供給量を変えることを特徴とする請求項５に記載の燃料製造システム。
   

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