JPH0491638A - エネルギーシステム - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、風力、水力、地熱、潮汐、温度差、太陽熱、
太陽光などの自然エネルギーに基づいて発電した電力を
、エネルギー消費地に輸送するエネルギーシステムに関
する。

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

そのような状況下においても、太陽光を直接電気エネル
ギーに変換する太陽電池に関する技術開発は比較的進ん
でおり、その変換効率だけを見ても一時期の２倍以上を
記録している。そして例え「エコノミストＪ　’８９．
８．１５．２２合併号、成るいは「太陽エネルギーＪｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＪＳＥＳＪ　’８９　Ｖｏｌ、１５
＼ｏ、５などに述べられているように、太陽電池を赤道
近辺の砂漠地域に配置し、その太陽電池で発電した電力
を超電導ケーブルを用いてエネルギー消費地へ送電しよ
うとした雄大な提案が為されている。

一方、太陽電池で発電した電力を用いて水を電気分解し
て水素と酸素とを発生させ、その水素をエネルギー源と
しようとした提案も例えば、特開昭５４−１２７８９０
号、特開昭５５−１１６６０１号公報などに示されてい
る。

（ハ）発明が解決しようとした課題 ところが前者の提案は発電と消費とがリアルタイムのも
のであり、また提案の後者はエネルギー蓄積を前提とし
たものであって、システム立ったトータル的な考え方は
一切為されていない。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明はこのような課題に鑑みて為されたちのであって
、自然エネルギーに基づいて発電した電力をリアルタイ
ムでエネルギー消費地に高電圧ＤＣａｔすると共に、発
′を電力が消費電力を越えて余剰電力が生じた場合は、
その余剰電力にて水を低電圧電気分解して水素を発生さ
せ、その発生水素を一旦水素吸蔵合金に貯蔵し、その貯
蔵された水素をエネルギー消費地に輸送して消費地にお
し）てその輸送されてきた水素を燃料として燃料電池を
作動させ、その燃料電池作動によって生じた電力と熱と
を消費地で利用しようとしたものである。

（ホ）作用 本発明によれば、自然エネルギーに基づし１で発電され
た電力が無駄なく活用され、エネルギー問題を抜本的に
解決することができる。

（へ）実施例 第１図は本発明エネルギーシステムの概念図であって、
この図の上側は電力の発電と消費とが同時に行われるリ
アルタイム系（Ｒ）を示し、下側は発電された電力を一
旦貯蔵した後、必要時に利用する貯蔵系（Ｓ）を示して
いる。枕てこの第１図において、１は自然エネルギーの
収集手段として最も一般的な太陽電池であって、赤道近
辺の砂漠地域などに数ｉ〜数１１００ｋ平方のオーダの
大面積に渡って配置されている。

２はこの太陽電池ｌにて発電された直流電力の電圧を数
１００ＫＶ程度の直流高圧に昇圧する昇圧器、３はこれ
とは逆に数Ｖ〜数１０Ｖの低圧に降圧する降圧器、４は
上記太陽電池１と昇圧器２並びに降圧器３との間に設け
られた電力分配器で、昇圧器２側への電力を優先し、そ
の昇圧器２側への電力が余剰となった場合に限って降圧
器３側へ電力を供給する機能を持っている。

次に先ずリアルタイム系（Ｒ）について説明する。本発
明においては電力輸送手段として直流送電方式が採用さ
れている。その理由は直流送電の場合、大地帰路方式が
採用できるために送電線設置経費が少なくて済むこと、
送電線路損失が交流の場合に比べて少ないこと、絶縁材
料の耐圧は交流に比べて直流に対して強いこと、などの
理由を挙げることができる。

５は昇圧器２にて昇圧された高圧直流をエネルギー消費
地６へ送電する高圧送電線である。この送電線５として
は、例えば送ｉｔ圧５００　Ｋ　Ｖ、送電電流２ＫＡの
場合、断面積２５００ｍｍ”で導体抵抗０．００７３２
Ω、／ｋｍ（２０℃）の銅線が用いられる。この導線を
用いた場合、送電距離が例えば２２５１Ｏｎとしたと送
電効率は９８．７％、となり、また送電距離が７００ｋ
ｆｆｌとしたと送電効率は９５．９％となる。勿論エネ
ルギー消費地６においては実際には送られてくる高圧直
流を直流−交流変換して利用勝手のよい交流電圧を得て
いるが、本発明の要旨とは直接関係がないので詳細は省
略されている。

次に貯蔵系（Ｓ）の説明を行う。７は上記降圧器３にて
降圧された低圧直流によって水を電気分解する水分解装
置で、水分解のための単セルには１．５Ｖ程度の低電圧
を供給する必要があり、通常、その単セルを１０〜２０
セル程度を直列に接続してたものを必要個数並置する構
成が採られている。尚、この水分解装置としては、ナフ
ィオンなどのイオン交換膜を用いるＳＰＥ法や、ジルコ
ニアなどの固体電解質を用いる方法などが、電力効率、
即ち電気−水素変換効率の点などからこの種システムの
ような大量の水分解に適している。

８はこの水分解装置７から得られる水素を貯える水素貯
蔵装置で、ＬａＮｉ５で代表される希土類−Ｎｌ系合金
、Ｍｇ　　Ｎｉ系合金、Ｆ　ｅ　−Ｔ　ｉ系合金、Ｚｒ
−Ｍｎ系合金などの水素吸蔵合金から成っている。

９はこの水素吸蔵合金から構成されている水素貯蔵装置
８から放出される水素をエネルギー消費地６近傍まで輸
送するパイプラインで、水素輸送圧力２ｋｇ７／Ｃｍ”
、ガス流速４ｍ％Ｓ程度が長距離パイプライン輸送に適
している。ｌＯはエネルギー消費地近傍に設けられた燃
料電池発電所で、パイプライン９を経由して輸送されて
くる水素を燃料とし、該燃料電池発電所１０で発電され
た電力はエネルギー消費地６に直送されると共に、その
発電の際に生じる熱エネルギーも消費地に送られ利用さ
れる。尚、この燃料電池発電所１０においてはパイプラ
イン９を介して供給される水素を直接燃料として発電動
作を行っても良いが、燃料電池発電所１０側にもＬ記水
素貯蔵装置８と同様な水素吸蔵合金から成る水素貯蔵部
を設けて置けば安定して発電動ｆ１１１′を継続するこ
とができるで−あろう。

ここでこの燃料電池発電所ＩＯの規模の一例を示してお
く。約１００戸の住宅からなるマンションに必要な電力
量とされている２４００ＫＷｈ（２００ＫＷｘ１２時間
）を燃料電池発電所１０が発電するとした場合、燃料電
池と電力調整用のインバータとコントロールパネルとを
含めた発電部の大きさは、幅２〜３ｍ、奥行き３〜４ｍ
、高さ約２ｍであり、またその時必要とした水素量は約
８００ｍ”、この水素量を貯蔵する水素貯蔵部を構成す
る水素吸蔵合金の量としては４トン程度が必要であろう
。

このようにエネルギー消費地６の近傍にその消費地の電
力消費量に見合った規模の燃料電池発電所を設ける方式
のメリットは、発ｔｔ力のみならず、その発電の際に生
じる熱をも消費地で利用することができ、トータル的な
エネルギー効率を向上せしめることができる点であろう
。即ち、燃料電池の発電機としての効率はせいぜい５０
〜６０％であるが、発電熱をも含めたエネルギー利用効
率は８０％にも達することが期待できる。

尚、上記実施例においては、水素貯蔵装置８から放出さ
れる水素をエネルギー消費地６近傍まで輸送する手段と
してパイプライン９を用いているが、水素貯蔵装置８と
エネルギー消費地６との距離が１ｏｏｏｋｍを越える場
合は、パイプライン９に代えて、水素を吸収した水素吸
蔵合金を船舶による海上運搬の方が水素輸送効率は高く
なるので、この船舶輸送を採用すべきであろう。

而して赤道近辺の砂漠地帯に設けられた太陽電池１にて
発電された電力は、先ず電力分配器４にでリアルタイム
系（Ｒ）が優先され、エネルギー消費地６での消費電力
に見合った電力が昇圧器２にて昇圧されて送電線５を介
してエネルギー消費地６へ送られる。太陽電池１による
発電量がエネルギー消費地６における必要電力量と等巳
いが、少ない場合は太陽電池１で発電された電力の全て
はこのリアルタイム系（Ｒ）にて消費され、貯蔵系（Ｓ
）には送られない。

一方、太陽電池１が発電する発電量がエネルギー消費地
６が必要とした電力量を越えた場合は、電力分配器４は
降圧器３側へその余剰電力を分配し、水分解装置７にお
ける水分解に適した低圧直流に降圧する。水分解装置７
はその低圧直流を受けて水を電気分解し、水素と酸素と
を生成する。斯して得られた水素は水素貯蔵装置８に送
られて貯蔵される。またこの水素貯蔵装置８に貯えられ
た水素はパイプライン９を経由してエネルギー消費地６
の近傍に設けられ燃料電池発電所１゜に送られ、例えば
リアルタイム系（Ｒ）にて太陽電池１から直接送電され
る電力が不足したような場合、適宜この燃料電池発電所
１０での発電動作を行い、エネルギー消費地６へその不
足電力と熱とを供給する。

尚、第１図は説明の簡単のために太陽電池１とエネルギ
ー消費地６とが１対１で対応している場合を示したが、
実際にｊは第２図に示すように、エネルギー消費地６は
単一の太陽電池１がらの電力のみによって賄われている
のではなく、複数の電力源が関連付けられていたり、原
子力発電所や火力発電所などの太陽電池以外の発電系に
も依存している場合が考えられる。また第３図に示すよ
うに、リアルタイム系（Ｒ）を経て電力を供給するエネ
ルギー消費地６と、貯蔵系（Ｓ）を経て電力を供給する
消費地６゛が異なる場合もあり、種々の電力供給経路の
多様化が考えられる。

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

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかなように、自然エネルギ
ーに基づいて発電した電力をリアルタイムでエネルギー
消費地に高電圧ＤＣ送電すると共に、発電電力が消費電
力を越えて余剰電力が生じた場合は、その余剰電力にて
水を低電圧電気分解巳て水素を発生させると同時にその
水素を一旦７ト素吸蔵合金に貯蔵し、その貯蔵さｈた水
素をエネルギー消費地に輸送して消費地においてぞの輸
送されてきた水素を燃料として燃料電池を作動させ、そ
の燃料電池作動によって生じた電力と熱とを消費地に供
給しているので、クリーンな自然エネルギーに基づいて
発電された電力が無駄なく利用され、化石エネルギーの
枯渇問題、地球の温暖化や酸性雨の発生などの地球環境
間組を抜本的に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムの構成を示す概念図、第２図、
第３図は本発明システムの他の構成を示す概念図である
。 １・・太陽電池、２　・昇圧器、３　・・降圧器、電力
分配器、５・・送電線、 エネルギー消費地、７　　水分解装置、水素貯蔵装置、
９　・パイプライン、 ・燃料電池発電所。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自然エネルギーに基づいて発電した電力をリアル
   タイムでエネルギー消費地に高電圧ＤＣ送電すると共に
   、発電電力がエネルギー消費地における消費電力を越え
   て余剰電力が生じた場合は、その余剰電力にて水を低電
   圧電気分解して水素を発生させ、その発生水素を一旦水
   素吸蔵合金に貯蔵し、その貯蔵された水素をエネルギー
   消費地に輸送すると同時に、エネルギー消費地において
   はその輸送されてきた水素を燃料として燃料電池を作動
   させ、その燃料電池の作動によって生じた電力と熱とを
   エネルギー消費地で利用することを特徴としたエネルギ
   ーシステム。
2. （２）上記自然エネルギーとしては風力エネルギー、水
   力エネルギー、地熱エネルギー、潮汐エネルギー、温度
   差エネルギー、太陽エネルギーのいずれか、若しくはそ
   れらの組み合わせであることを特徴とした請求項（１）
   記載のエネルギーシステム。