(57)【要約】【課題】  電力と水素とのエネルギー変換を中心としたエネルギー管理システムを提供する。【解決手段】  システム・プラットフォーム１では、日毎の電力需要予測を行い、必要な需要電力を確保できる発電指示を各発電施設に発信する。余剰電力は水素ステーション３に送られ、水素ステーション３に配置された電解兼発電装置４によって水素に変換される。水素ステーションで製造した水素は燃焼効率を改善するためにエンジンの吸気中に添加される。即ち、船舶や自動車においてエンジンの負荷変動が大きい場合、エンジンのシリンダ内に供給される燃料の量が変化する。特に燃料の量が急に多くなると不完全燃焼を起こし、ＣＯなどが発生するが、吸気中に若干の水素を添加すると、水素ガスの燃焼速度はガソリンや重油に比べ極めて速いため、シリンダ内で最初に水素ガスが燃焼しこの燃焼によりシリンダ内の燃料は分子レベルで細かくなり吸気と混合され完全燃焼が促進される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力需要予測を行う管理センタのコンピュータと、前記管理センタの電力需要予測に基づいて発電を行う発電施設と、前記発電施設からの余剰電力が供給される水素ステーションからなるエネルギー管理システムであって、前記水素ステーションには前記余剰電力を水素に変換する水電解機能と水素を電力に変換する発電機能を備えた電解兼発電装置が配置され、この電解兼発電装置は前記管理センタのコンピュータからの指示により水電解機能と発電機能とを切り替えて駆動することを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー管理システムにおいて、前記水素ステーションで製造された水素は水素吸蔵合金を収納したボンベに充填され、このボンベは水素をエンジンの吸気に添加するために船舶または自動車に交換可能に搭載されることを特徴とするエネルギー管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と水素との変換を中心としたエネルギー管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地域や季節によって電力需要が異なる。特に冷房が必要とされる夏季には電力が不足しがちになる。このため余剰電力を電気分解に廻し、電力不足などに備えて水素に変換して貯留し、必要な時に当該水素を用い燃料電池によって発電することが提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、再生可能エネルギーに基づいて発電される電力の余剰分を予測し、この予測余剰電力を用いて水素を製造して貯蔵し、貯蔵された水素をボンベなどに充填し、この充填ボンベを水素発電施設に車両で配送し、水素発電施設では買電電力と需要電力基づいて、当該車両から必要量の水素を購入する電力管理システムが提案されている。
【０００４】
特許文献２には、余剰電力を用いて水を電気分解して電力を吸収する提案がなされている。具体的には、発電電力を平滑化フィルタを用いて平滑化し、発電電力が平滑化電力より高い場合は蓄電池に充電し、低い場合は蓄電池から放電する。
【０００５】
特許文献３には、電力不足が発生した場合に不足電力分に相当する水素を燃料電池に供給し、燃料電池で得られた電力を風力発電装置に供給し系統電力への安定電力供給を図ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−２０７７２８号公報
【特許文献２】特開２０１８−０８５８６２号公報
【特許文献３】特開２００６−３４５６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した特許文献１〜３には、発電施設で発生した余剰電力を水素に変換すること、変換した水素を用いて発電を行うことが開示されているが、余剰電力を水素に変換する装置（電気分解装置）と溜めた水素を電力に変換する装置（燃料電池）が別々であり、システムを構築する際に装置が１つ増えてしまい必要以上に大掛かりなシステムとなってしまう。
【０００８】
また、システム全体をコンピュータで管理するばあいにも、制御要素が増えるため、制御が複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく本発明にかかるエネルギー管理システムは、電力需要予測を管理センタのコンピュータで行い、この電力需要予測に基づいて各発電施設に発電量の指示を行い、発電施設での余剰電力は水素ステーションに供給し、この水素ステーションには電力を水素に変換する装置（水電解装置）と水素を電力に変換する装置（燃料電池）を１つの電解兼発電装置を配置し、前記管理センタのコンピュータは水素ステーションに対し、前記電解兼発電装置で発電施設からの余剰電力で水素を製造するか、貯留した水素を用いて発電を行うかの指示を発信する構成とした。
【００１０】
水素ステーションで製造した水素はボンベに充填した水素吸蔵合金に蓄え、このボンベを船舶または車両に搭載し、エンジンの燃焼空気への添加剤として水素を供給する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るエネルギー管理システムによれば、余剰電力を効果的に蓄えることでできるだけでなく、電力不足が予測される際に、水素ステーションでの発電を電力消費施設に供給することができる。
【００１２】
特に水素ステーションでは管理センタのコンピュータからの指示により、１つの装置を切り替えて水素の製造か発電のいずれかを行うようにしているので、装置の稼働効率が高まる。
【００１３】
更に、水素ステーションで水素吸蔵合金ボンベに水素を充填し、このボンベから小型船舶やトラックなどのエンジンへの吸気に水素を添加すれば、エンジンでの完全燃焼が促進され、ＣＯなどの発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るエネルギー管理システムの全体を説明した図
【図２】同エネルギー管理システムの一部を構成する水素ステーションに備えられた電解兼発電装置で、（ａ）は水素発生、（ｂ）は発電時を説明した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るエネルギー管理システムは、クラウドコンピュータなどに構築される管理システムのプラットフォーム１と、管理システムによって管理される一定地域内の発電施設２と、電解兼発電装置を備えた水素ステーション３で構成される。
【００１６】
ここで、前記システム・プラットフォーム１はセキュリティを高めるため、クラウドコンピュータに構築せずオンプレミスとしてもよい。また、発電施設２としては、火力、水力、太陽光発電などすべてが含まれる。
【００１７】
システム・プラットフォーム１では、日毎の電力需要予測を行い、必要な需要電力を確保できる発電指示を各発電施設に発信する。例えば最大発電能力が１００００ワット／時の発電設備に対する需要電力が５０００ワット／時であった場合には、７０００ワット／時の指示を発信する。この時、２０００ワット／時が余剰電力となる。
【００１８】
前記余剰電力は水素ステーション３に送られ、水素ステーション３に配置された電解兼発電装置４によって水素に変換される。図２は電解兼発電装置４の構造を説明したものであり、ケース内に水素イオンが透過する固体電解質５が設けられ、この固体電解質５の両側に触媒層などを介して電極６、７が設けられ、更にケースには水素の出口（入口）８、酸素の出口（入口）９及び水の入口（出口）１０が設けられている。
【００１９】
図２（ａ）は電解兼発電装置４を電気分解装置として用いる場合であり、この場合には、余剰電力（交流）はコンバータ１１を介して直流とされ、電極６、７に供給される。また水の入口１０から純水を供給する。供給された水は電気分解されて、２Ｈ＋＋Ｏ２−となる。Ｈ＋は固体電解質５を透過し電極６でＯ２−からの２ｅ−と結合してＨ２として取り出され、このＨ２は可搬タイプのボンベ１２内の水素吸蔵合金および水素ステーション３の床下などに設けた大容量タンク内の水素吸蔵合金に充填される。
【００２０】
水素ボンベなどに充填する水素吸蔵合金としては、水素の吸蔵能力に優れたＴｉ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｍｇ、水素の放出能力に優れたＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどが挙げられ、使用環境などに応じてこれら金属をブレンドして用いる。
【００２１】
ボンベ１２は小型漁船１３やトラック１４に積み込まれ、燃焼効率を改善するために水素ガスはエンジンの吸気中に添加（０．１％以下）される。即ち、船舶や自動車においてエンジンの負荷変動が大きい場合、エンジンのシリンダ内に供給される燃料の量が変化する。特に燃料の量が急に多くなると不完全燃焼を起こし、ＣＯなどが発生する。しかしながら本実施例のように、吸気中に若干の水素を添加すると、水素ガスの燃焼速度はガソリンや重油に比べ極めて速い（約４０倍）ため、シリンダ内で最初に水素ガスが燃焼しこの燃焼によりシリンダ内の燃料は分子レベルで細かくなって吸気と混合され完全燃焼が促進される。
【００２２】
余剰電力を利用して水素ステーション３にて製造された水素は全て可搬タイプのボンベ１２内に貯留されるわけではなく、更に水素ステーション３の床下などに設けた大容量タンク内の水素吸蔵合金にも貯留される。
【００２３】
一方、夏季などの電力が不足する場合には、大容量タンク内に貯留された水素は前記電解兼発電装置４を燃料電池として利用する。図２（ｂ）は電解兼発電装置４を燃料電池として用いる場合であり、この場合には、水素の入口８から供給された水素は、電極６で水素イオンＨ＋と電子（ｅ−）となり、水素イオンＨ＋は固体電解質５を透過して電極７で空気中の酸素と結合して水となり、発生した電子（ｅ−）はインバータ１３で交流に変換され、電力が不足している施設などに供給される。
【００２４】
前記小型漁船１４などの船舶とトラック１５などの車両はシステム・プラットフォーム１と双方向通信可能とされている。
即ち小型漁船１４を例にとると、自船が次に立ち寄る港の水素ステーション３で交換用の水素ボンベ１２を受け取ることができるようにシステム・プラットフォーム１に発注しておくことができる。
【００２５】
またシステム・プラットフォーム１はＧＰＳなどを介して小型漁船１３やトラック１４の航路を把握でき、更に搭載エンジンなどを予め把握しておくことで、燃費や発生ＣＯ２等も個別に計算することができる。
【００２６】
このように本発明に係るエネルギー管理システムは、一定地域内の電力需要予測に基づき、発電施設に発電量（必要発電量＋余剰発電量）を指示し、余剰発電量で水素を製造し、この水素をエンジンの燃焼効率向上と電力不足時の発電に利用するようにした。したがって、エネルギーの製造から消費までを無駄なく一元管理することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１…システム・プラットフォーム１、２…発電施設、３…水素ステーション、４…電解兼発電装置、５…固体電解質、６、７…電極、８…水素の出口（入口）、９…酸素の出口（入口）、１０…水の入口（出口）、１１…コンバータ、１２…ボンベ、１３…インバータ、１４…小型漁船、１５…トラック。
【図１】
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【図２】
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