(57)【要約】【課題】ＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合であっても、電力を化学エネルギーとして貯蔵することが可能な電力貯蔵・供給システムを提供すること。【解決手段】電力貯蔵・供給システム１０ａは、ＳＯＥＣモード及びＳＯＦＣモードに切り替え可能なリバーシブルＳＯＣ１２と、第２ＣＯ2分離器１６と、蒸発器１８と、合成ガス（ＣＯ＋Ｈ2）から炭化水素を製造する燃料製造器２０と、炭化水素を貯蔵する貯蔵タンク２８ａと、炭化水素以外の第２ガスを貯蔵するバッファタンク２８ｂと、炭化水素又は第２ガスの供給又は排出を行うガス供給・排出経路を切り替える切替手段とを備えている。ガス貯蔵時には、貯蔵タンク２８ａ又はバッファタンク２８ｂのいずれか一方に炭化水素又は第２ガスが供給され、ガス放出時には、貯蔵タンク２８ａ又はバッファタンク２８ｂのいずれか一方から炭化水素又は第２ガスが排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた電力貯蔵・供給システム。
（１）前記電力貯蔵・供給システムは、
Ｈ2Ｏ電解、ＣＯ2電解、又はＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードと、炭化水素、Ｈ2、及び／又はＣＯを燃料に用いて発電を行うＳＯＦＣモードとを切り替え可能なリバーシブルＳＯＣと、
前記リバーシブルＳＯＣがＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を含む分離ガスを前記リバーシブルＳＯＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記リバーシブルＳＯＣにＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記リバーシブルＳＯＣがＳＯＥＣモードにある時に、前記リバーシブルＳＯＣのカソードオフガス（Ａout）を用いて前記炭化水素を合成する燃料製造器と、
前記燃料製造器から排出される前記炭化水素を貯蔵し、又は前記炭化水素を前記リバーシブルＳＯＣに供給するための１又は２以上の貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクと並列に接続された、前記電力貯蔵・排出システムから排出される前記炭化水素以外のガス（第２ガス）を貯蔵し、又は、前記第２ガスを前記リバーシブルＳＯＣに供給するための１又は２以上のバッファタンクと、
前記リバーシブルＳＯＣの作動モードに応じて、前記炭化水素又は前記第２ガスの供給・排出経路を切り替える切替手段と
を備えている。
（２）前記切替手段は、
（ａ）ガス貯蔵時には、前記貯蔵タンク又は前記バッファタンクのいずれか一方に前記炭化水素又は前記第２ガスを供給し、
（ｂ）ガス放出時には、前記貯蔵タンク又は前記バッファタンクのいずれか一方から前記炭化水素又は前記第２ガスが排出されるように、
前記供給・排出経路を切り替えるものからなる。
【請求項２】
前記切替手段は、１又は２以上の特定の前記バッファタンクに対して、Ｈ2の貯蔵・排出を行うＨ2貯蔵・排出手段を備え、
前記Ｈ2貯蔵・排出手段は、
（ａ）前記リバーシブルＳＯＣが前記Ｈ2Ｏ電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記リバーシブルＳＯＣで生成したＨ2を前記バッファタンクに貯蔵し、
（ｂ）前記リバーシブルＳＯＣが前記ＣＯ2電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記バッファタンクから前記リバーシブルＳＯＣにＨ2が供給されるように、
前記供給・排出経路を切り替えるものからなる請求項１に記載の電力貯蔵・供給システム。
【請求項３】
前記切替手段は、１又は２以上の特定の前記バッファタンクに対して、ＣＯ2の貯蔵・排出を行うＣＯ2貯蔵・排出手段を備え、
前記ＣＯ2貯蔵・排出手段は、
（ａ）前記リバーシブルＳＯＣが休止モードにある時には、前記第２ＣＯ2分離器により分離されたＣＯ2を前記バッファタンクに貯蔵し、
（ｂ）前記リバーシブルＳＯＣが前記Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記バッファタンクから前記リバーシブルＳＯＣにＣＯ2が供給されるように、
前記供給・排出経路を切り替えるものからなる請求項１又は２に記載の電力貯蔵・供給システム。
【請求項４】
前記切替手段は、１又は２以上の特定の前記バッファタンクに対して、Ｈ2の貯蔵・排出と、ＣＯ2の貯蔵・排出の双方を行うＨ2／ＣＯ2貯蔵・供給手段を備え、
前記Ｈ2／ＣＯ2貯蔵・供給手段は、
（ａ）前記リバーシブルＳＯＣが前記Ｈ2Ｏ電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記リバーシブルＳＯＣで生成したＨ2を前記バッファタンクに貯蔵し、前記リバーシブルＳＯＣが前記ＣＯ2電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記バッファタンクから前記リバーシブルＳＯＣにＨ2が供給され、
（ｂ）前記リバーシブルＳＯＣが休止状態にある時には、前記第２ＣＯ2分離器により分離されたＣＯ2を前記バッファタンクに貯蔵し、前記リバーシブルＳＯＣが前記Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行う前記ＳＯＥＣモードにある時には、前記バッファタンクから前記リバーシブルＳＯＣにＣＯ2が供給されるように、
前記供給・排出経路を切り替えるものからなる請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力貯蔵・供給システム。
【請求項５】
前記リバーシブルＳＯＣのオフガス（前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時には前記カソードオフガス（Ａout）、前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時にはアノードオフガス（Ａ'out））からＣＯ2を分離する第１ＣＯ2分離器と、
前記リバーシブルＳＯＣの前記オフガスからＨ2Ｏを分離するＨ2Ｏ分離器と
をさらに備えた請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力貯蔵・供給システム。
【請求項６】
前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記Ａoutに含まれる未反応のＣＯ2及び／又はＨ2Ｏを回収し、前記リバーシブルＳＯＣに戻す原料循環手段
をさらに備えた請求項５に記載の電力貯蔵・供給システム。
【請求項７】
前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＦＣモードにある時に、前記Ａ'outに含まれる未反応の前記燃料を回収し、前記リバーシブルＳＯＣに戻す燃料循環手段
をさらに備えた請求項５又は６に記載の電力貯蔵・供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵・供給システムに関し、さらに詳しくは、リバーシブルＳＯＣを用いて、ＣＯ2及びＨ2Ｏを用いた炭化水素ガスの合成と、炭化水素、Ｈ2、及び／又はＣＯを用いた発電とをリバーシブルに行うことが可能な電力貯蔵・供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質として酸化物イオン伝導体を用いた燃料電池である。ＳＯＦＣのアノードに、Ｈ2、ＣＯ、ＣＨ4などの燃料ガスを供給し、カソードにＯ2を供給すると、電極反応が進行し、電力を取り出すことができる。電極反応により生成したＣＯ2やＨ2Ｏは、ＳＯＦＣ外に排出される。
一方、固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ）は、ＳＯＦＣと構造は同じであるが、ＳＯＦＣとは逆の反応を起こさせるものである。すなわち、ＳＯＥＣにＣＯ2及びＨ2Ｏを供給し、電極間に電流を流すと、ＣＯやＨ2を生成させることができる。
【０００３】
ＳＯＥＣを用いると、ＣＯ2とＨ2Ｏから合成ガス（ＣＯ＋Ｈ2）を製造することができる。また、得られた合成ガスを用いて、メタンなどの炭化水素を製造することができる。すなわち、ＳＯＥＣを用いると、電気エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵することができる。そのため、ＳＯＥＣを用いた電力貯蔵システムに関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、
（ａ）直射日光を熱エネルギーに変換し、
（ｂ）熱エネルギーを用いて合成ガス生成セルの温度を５００℃〜１０００℃に加熱し、ＣＯ2とＨ2Ｏから合成ガスを生成させ、
（ｃ）合成ガス生成セルで得られた合成ガス流を触媒反応器に供給し、炭化水素燃料を生成する、
方法が開示されている。
【０００５】
ＳＯＥＣを用いると、ＣＯ2及びＨ2Ｏを原料として合成ガス（ＣＯ、Ｈ2）を生成させることができる。この時、ＣＯ2源として工場等から排出される排ガスを用い、電解用の電力として再生可能エネルギー等の余剰電力を用いると、排ガス及び余剰電力を炭化水素の形態で貯蔵することができる。一方、電力が必要とされるときには、貯蔵された炭化水素を用いて発電することができる。
【０００６】
しかしながら、ＣＯ2源として工場等からの排ガスを用いた場合において、夜間やメンテナンス等により工場の稼働が停止している時には、一時的にＣＯ2の供給が途絶える。また、電解用の電力として再生可能エネルギー等からの余剰電力を用いた場合、風況や日照等が時間変動するため、供給される電力量も時間変動する。そのため、ＣＯ2源からのＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合には、余剰電力を効率よく化学エネルギーに変換することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１６−５１１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合であっても、電力を効率良く化学エネルギーとして貯蔵することが可能な電力貯蔵・供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る電力貯蔵・供給システムは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記電力貯蔵・供給システムは、
Ｈ2Ｏ電解、ＣＯ2電解、又はＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードと、炭化水素、Ｈ2、及び／又はＣＯを燃料に用いて発電を行うＳＯＦＣモードとを切り替え可能なリバーシブルＳＯＣと、
前記リバーシブルＳＯＣがＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガスからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を含む分離ガスを前記リバーシブルＳＯＣに供給する第２ＣＯ2分離器と、
前記リバーシブルＳＯＣが前記ＳＯＥＣモードにある時に、前記リバーシブルＳＯＣにＨ2Ｏを供給する蒸発器と、
前記リバーシブルＳＯＣがＳＯＥＣモードにある時に、前記リバーシブルＳＯＣのカソードオフガス（Ａout）を用いて前記炭化水素を合成する燃料製造器と、
前記燃料製造器から排出される前記炭化水素を貯蔵し、又は前記炭化水素を前記リバーシブルＳＯＣに供給するための１又は２以上の貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクと並列に接続された、前記電力貯蔵・排出システムから排出される前記炭化水素以外のガス（第２ガス）を貯蔵し、又は、前記第２ガスを前記リバーシブルＳＯＣに供給するための１又は２以上のバッファタンクと、
前記リバーシブルＳＯＣの作動モードに応じて、前記炭化水素又は前記第２ガスの供給・排出経路を切り替える切替手段と
を備えている。
（２）前記切替手段は、
（ａ）ガス貯蔵時には、前記貯蔵タンク又は前記バッファタンクのいずれか一方に前記炭化水素又は前記第２ガスが供給され、
（ｂ）ガス放出時には、前記貯蔵タンク又は前記バッファタンクのいずれか一方から前記炭化水素又は前記第２ガスが排出されるように、
前記供給・排出経路を切り替えるものからなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電力貯蔵・供給システムは、リバーシブルＳＯＣを用いて電解及び発電を行う手段に加えて、炭化水素を貯蔵するための貯蔵タンク、第２ガスを貯蔵するためのバッファタンク、及びガスの供給・排出経路を切り替える切替手段を備えている。そのため、ＣＯ2源からのＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレがない場合には、供給されたＣＯ2及び電力を用いて炭化水素を製造することができる。
【００１１】
一方、ＣＯ2供給量は十分であるが、電力供給量が不足している時には、第２ＣＯ2分離器を作動させ、ＣＯ2をバッファタンクに貯蔵することができる。貯蔵されたＣＯ2は、電力供給量が回復した時に、Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2共電解用の原料として用いることができる。
あるいは、電力供給量は十分であるが、ＣＯ2供給量が不足している時には、余剰電力を用いてＨ2Ｏ電解を行い、生成したＨ2をバッファタンクに貯蔵することができる。貯蔵されたＨ2は、ＣＯ2供給量が回復した時に、ＣＯ2電解により生成したＣＯと混合され、合成ガスとして用いることができる。
【００１２】
そのため、本発明に係る電力貯蔵・供給システムは、ＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合であっても、余剰電力を効率良く化学エネルギーとして貯蔵することができる。しかも、バッファタンクの容量が貯蔵タンクのそれに比べて著しく小さい場合であっても、大容量の貯蔵タンクを用いた電力貯蔵・供給を安定に、かつ、効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図である。
【図２】図１に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＦＣモード（ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図３】図１に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図４】図１に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（Ｈ2Ｏ電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【００１４】
【図５】図１に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図６】図１に示す電力貯蔵・供給システムが休止モード（ＣＯ2分離モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図７】図１に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図である。
【００１５】
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図である。
【図１０】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（Ｈ2Ｏ電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図１１】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【００１６】
【図１２】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＦＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いた発電モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図１３】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＦＣモード（ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電、及びＣＯ2貯蔵モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図１４】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図１５】図９に示す電力貯蔵・供給システムがＳＯＥＣモード（通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図である。
【図１６】ＣＨ4、ＣＯ2、及びＨ2の出力当たりの貯蔵容積の月別推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  電力貯蔵・供給システム（１）］
［１．１．  構成］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図を示す。図１において、電力貯蔵・供給システム１０ａは、リバーシブルＳＯＣ１２と、第２ＣＯ2分離器１６と、蒸発器１８と、燃料製造器２０と、貯蔵タンク２８ａと、バッファタンク２８ｂと、第１調圧器３０と、第２調圧器３２と、切替手段（第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ）と、燃焼器４０とを備えている。
【００１８】
なお、以下の説明では、便宜的に、リバーシブルＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時にカソード流路を流れるガスを「Ａ」、ＳＯＦＣモードにある時にアノード流路を流れるガスを「Ａ'」と略記する。同様に、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路を流れるガスを「Ｂ2」、第２パージ流路を流れるガスを「Ｃ2」と略記する。さらに、入口ガスと出口ガスを区別する時は、それぞれ、「Ａin」又は「Ａout」のように、添え字「in」又は「out」を付記する。
【００１９】
［１．１．１．  リバーシブルＳＯＣ］
リバーシブルＳＯＣ（Ｒ−ＳＯＣ）１２は、Ｈ2Ｏ電解、ＣＯ2電解、又はＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードと、炭化水素、Ｈ2、及び／又はＣＯを燃料に用いて発電を行うＳＯＦＣモードとを切り替え可能なものからなる。
【００２０】
本発明において、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある場合、カソード流路には、原料ガス（Ａin）として、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、又は、Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2混合ガスが供給される。Ｒ−ＳＯＣ１２の電極間に電力を供給しながら、カソード流路にＡinを供給すると、カソードでは、Ａinの種類に応じて、それぞれ、次の式（１）〜式（３）の反応が起こる。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路から、Ｈ2及び／又はＣＯを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。
Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  →  Ｈ2＋Ｏ2-                     ・・・（１）
ＣＯ2＋２ｅ-  →  ＣＯ＋Ｏ2-                    ・・・（２）
ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋４ｅ-  →  ＣＯ＋Ｈ2＋２Ｏ2-      ・・・（３）
【００２１】
一方、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある場合、アノード流路には、燃料ガス（Ａ'in）として、炭化水素（例えば、メタン）、Ｈ2、及び／又はＣＯが供給される。アノード流路にＡ'inを供給し、カソード流路に酸化剤ガスを供給すると、アノードでは、Ａ'inの種類に応じて、それぞれ、次の式（４）〜式（６）の反応が起こる。その結果、電極間から電力を取り出すことができる。また、Ｒ−ＳＯＣ１２のアノード流路から、Ｈ2Ｏ及び／又はＣＯ2を含むアノードオフガス（Ａ'out）が排出される。
ＣＨ4＋４Ｏ2-  →  ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋８ｅ-        ・・・（４）
Ｈ2＋Ｏ2-  →  Ｈ2Ｏ＋２ｅ-                     ・・・（５）
ＣＯ＋Ｏ2-  →  ＣＯ2＋２ｅ-                     ・・・（６）
【００２２】
なお、式（１）〜式（６）のいずれの場合においても、実際には、Ａin、又はＡ'inに含まれるすべての原料又は燃料が反応に消費されることはないので、Ａout、又はＡ'outには、反応生成物だけでなく、未反応の原料又は燃料が含まれる。特に、燃料利用率Ｕfを低く設定した場合には、相対的に多量の原料又は燃料が残留する。
【００２３】
［１．１．２．  第２ＣＯ2分離器］
第２ＣＯ2分離器１６は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガス（Ｂ2in）からＣＯ2を分離し、Ｂ2inから分離されたＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）をカソード流路に供給するためのものである。すなわち、第２ＣＯ2分離器は、合成ガスを生成するための主原料であるＣＯ2を供給するための機能を備えている。さらに、本発明において第２ＣＯ2分離器１６は、Ｒ−ＳＯＣが休止モードにある時に、Ｂ2inからＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵するためにも用いられる。
第２ＣＯ2分離器１６の構造は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
【００２４】
例えば、第２ＣＯ2分離器１６は、分離膜を介してフィード流路とパージ流路とが隣接して配置されているものでも良い（以下、「分離膜方式」ともいう）。フィード流路にＣＯ2を含むガス（Ｂ2in）が供給されると、ＣＯ2のみが分離膜を通ってパージ流路に排出される。
あるいは、第２ＣＯ2分離器１６は、ＣＯ2を可逆的に吸蔵・放出することが可能なＣＯ2吸収剤が充填された２つの独立した流路を備えたものでも良い（以下、「バッチ切り替え式」ともいう）。フィード流路にＣＯ2を含むガス（Ｂ2in）を流すと、ＣＯ2吸収剤によりＣＯ2が吸収される。一方、パージ流路にパージガスを流すと、ＣＯ2吸収剤からＣＯ2が放出される。所定時間経過後に、フィード流路とパージ流路を切り替えると、引き続き、ＣＯ2の吸蔵・放出を行うことができる。
【００２５】
図１に示す例において、第２ＣＯ2分離器１６は、第２フィード流路と、第２パージ流路とを備えている。第２フィード流路の入口は、外部のＣＯ2源（例えば、自動車、ボイラー等）に接続され、第２フィード流路の出口は、大気に開放されている。第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の入口は、Ｈ2Ｏ分離器１８の出口、並びに、貯蔵タンク２８ａ及びバッファタンク２８ｂの出口に接続され、第２パージ流路の出口は、Ｒ−ＳＯＣ１２の第１ガス流路（ＳＯＥＣモード時はカソード流路、ＳＯＦＣモード時はアノード流路）の入口に接続されている。
【００２６】
［１．１．３．  蒸発器］
蒸発器１８は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣにＨ2Ｏを供給するためのものである。すなわち、蒸発器１８は、合成ガスを生成させるためのもう１つの主原料であるＨ2Ｏの供給源である。蒸発器１８の構造は、特に限定されるものではなく、公知の装置を用いることができる。
図１に示す例において、蒸発器１８の出口は、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の入口に接続され、蒸発器１８の入口は、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを介してＨ2Ｏ供給源（図示せず）に接続されている。
【００２７】
［１．１．４．  燃料製造器］
燃料製造器２０は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソードオフガス（Ａout）を用いて炭化水素を合成するためのものである。燃料製造器２０の構造は、特に限定されるものではなく、公知の装置を用いることができる。
図１に示す例において、燃料製造器２０の入口は、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介して、Ｒ−ＳＯＣ１２の第１ガス流路（ＳＯＥＣモードにある時はカソード流路、ＳＯＦＣモードにある時はアノード流路）の出口に接続されている。第３三方弁（Ｖ３）３６ｃの残りの出口は、燃焼器４０に接続されている。燃焼器４０は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時に、Ａ'outに含まれる可燃成分を燃焼させるためのものである。燃焼排ガスは大気に放出され、燃焼熱は周辺機器の熱源（例えば、炭化水素を改質するための改質器の熱源）として再利用される。
【００２８】
［１．１．５．  貯蔵タンク］
貯蔵タンク２８ａは、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、燃料製造器２０から排出される炭化水素を貯蔵し、又はＲ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時に、炭化水素をＲ−ＳＯＣ１２に供給するためのものである。貯蔵タンク２８ａは、このような機能を奏するものである限りにおいて、その構造、容量等は特に限定されない。
なお、図１に示す例において、１個の貯蔵タンク２８ａが記載されているが、これは単なる例示であり、２個以上の貯蔵タンク２８ａを備えていても良い。２個以上の貯蔵タンク２８ａを備えている場合、これらは直列に接続されていても良く、あるいは、並列に接続されていても良い。
【００２９】
［１．１．６．  バッファタンク］
バッファタンク２８ｂは、電力貯蔵・排出システム１０ａから排出される炭化水素以外のガス（第２ガス）を貯蔵し、又は、第２ガスをＲ−ＳＯＣ１２に供給するためのものである。バッファタンク２８ｂに貯蔵されるガスの種類は、Ｒ−ＳＯＣ１２の作動モードにより異なる。また、バッファタンク２８ｂは、貯蔵タンク２８ａと並列に接続されている。これは、Ｒ−ＳＯＣ１２の作動モードに応じて、バッファタンク２８ｂ又は貯蔵タンク２８ａのいずれか一方を電力貯蔵・排出システム１０ａに接続するためである。
【００３０】
図１に示す例において、１個のバッファタンク２８ｂが記載されているが、これは単なる例示であり、２個以上のバッファタンク２８ｂを備えていても良い。２個以上のバッファタンク２８ｂを備えている場合、これらは直列に接続されていても良く、あるいは、並列に接続されていても良い。
【００３１】
バッファタンク２８ｂは、１種類の第２ガスのみを貯蔵・排出するものであっても良い。この場合、運転中に２種以上の第２ガスの貯蔵・排出を行う場合には、２個以上のバッファタンク２８ｂを用いる必要がある。
あるいは、バッファタンク２８ｂは、２種以上の第２ガスを適時に貯蔵・排出するものであっても良い。２種以上の第２ガスの貯蔵・排出が適時に行われる場合、少なくとも１個のバッファタンク２８ｂがあれば良い。
【００３２】
［１．１．７．  第１調圧器、第２調圧器］
図１に示す例において、燃料製造器２０の出口と貯蔵タンク２８ａ及びバッファタンク２８ｂの入口との間には、第１調圧器３０が設けられている。貯蔵タンク２８ａ及びバッファタンク２８ｂの出口は、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを介して第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の入口に接続されている。第２ＣＯ2分離器１６と第５三方弁（Ｖ５）３６ｅとの間には、第２調圧器３２が設けられている。
【００３３】
第１調圧器３０及び第２調圧器３２は、炭化水素又は第２ガスを貯蔵・排出する際に、炭化水素又は第２ガスの圧力を増減するためのものである。例えば、Ｒ−ＳＯＣ１２の内部圧力が高圧であり、貯蔵タンク２８ａ及びバッファタンク２８ｂの内部圧力が低圧である場合、第１調圧器３０としてエキスパンダ（減圧器）を用い、第２調圧器３２としてコンプレッサ（昇圧器）を用いるのが好ましい。これにより、ＳＯＥＣモード時にシステム内で製造された高圧ガスを低圧で貯蔵することができる。また、ＳＯＦＣモード時には、所定の圧力に昇圧した状態でガスを使用することができる。
逆に、Ｒ−ＳＯＣ１２の内部圧力が低圧であり、貯蔵タンク２８ａ及びバッファタンク２８ｂの内部圧力が高圧である場合、第１調圧器３０としてコンプレッサを用い、第２調圧器３２としてエキスパンダを用いるのが好ましい。
【００３４】
［１．１．８．  切替手段］
切替手段は、Ｒ−ＳＯＣ１２の作動モードに応じて、炭化水素又は第２ガスの供給・排出経路を切り替えるためのものである。すなわち、切替手段は、
（ａ）ガス貯蔵時には、貯蔵タンク２８ａ又はバッファタンク２８ｂのいずれか一方に炭化水素又は第２ガスを供給し、
（ｂ）ガス放出時には、貯蔵タンク２８ａ又はバッファタンク２８ｂのいずれか一方から炭化水素又は第２ガスが排出されるように、
供給・排出経路を切り替えるものからなる。
供給・排出経路は、第２ガスの種類、及びバッファタンク２８ｂの使用方法に応じて異なる。
【００３５】
例えば、切替手段は、１又は２以上の特定のバッファタンク２８ｂに対して、Ｈ2の貯蔵・排出を行うＨ2貯蔵・排出手段を備えていても良い。
ここで、「Ｈ2貯蔵・排出手段」とは、
（ａ）Ｒ−ＳＯＣ１２がＨ2Ｏ電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、Ｒ−ＳＯＣ１２で生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵し、
（ｂ）Ｒ−ＳＯＣ１２がＣＯ2電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、バッファタンク２８ｂからＲ−ＳＯＣ１２にＨ2が供給されるように、
供給・排出経路を切り替える手段をいう。
【００３６】
あるいは、切替手段は、１又は２以上の特定のバッファタンク２８ｂに対して、ＣＯ2の貯蔵・排出を行うＣＯ2貯蔵・排出手段を備えていても良い。
ここで、「ＣＯ2貯蔵・排出手段」とは、
（ａ）Ｒ−ＳＯＣ１２が休止モードにある時には、第２ＣＯ2分離器１６により分離されたＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵し、
（ｂ）Ｒ−ＳＯＣ１２がＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、バッファタンク２８ｂからＲ−ＳＯＣ１２にＣＯ2が供給されるように、
供給・排出経路を切り替える手段をいう。
【００３７】
あるいは、切替手段は、１又は２以上の特定のバッファタンク２８ｂに対して、Ｈ2の貯蔵・排出と、ＣＯ2の貯蔵・排出の双方を行うＨ2／ＣＯ2貯蔵・供給手段を備えていても良い。
ここで、「Ｈ2／ＣＯ2貯蔵・供給手段」とは、
（ａ）Ｒ−ＳＯＣ１２がＨ2Ｏ電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、Ｒ−ＳＯＣ１２で生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵し、Ｒ−ＳＯＣ１２がＣＯ2電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、バッファタンク２８ｂからＲ−ＳＯＣ１２にＨ2が供給され、
（ｂ）Ｒ−ＳＯＣ１２が休止状態にある時には、第２ＣＯ2分離器１６により分離されたＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵し、Ｒ−ＳＯＣ１２がＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードにある時には、バッファタンク２８ｂからＲ−ＳＯＣ１２にＣＯ2が供給されるように、
供給・排出経路を切り替える手段をいう。
【００３８】
図１に示す例において、切替手段は、Ｈ2／ＣＯ2貯蔵・供給手段からなる。すなわち、１つのバッファタンク２８ｂを用いて、適時にＨ2の貯蔵・供給、及び、ＣＯ2の貯蔵・供給が行われる。
具体的には、第１調圧器３０の入口は、燃料製造器２０の出口に接続されている。第１調圧器３０の出口は、第６三方弁（Ｖ）３６ｆを介して、それぞれ、貯蔵タンク２８ａの入口及びバッファタンク２８ｂの入口に並列に接続されている。
第２調圧器３２の入口は、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを介して、それぞれ、貯蔵タンク２８ａの出口及びバッファタンク２８ｂの出口に並列に接続されている。第２調圧器３２の出口は、第２ＣＯ2分離器１６のパージ流路の入口に接続されている。
図１において、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ、及び第６三方弁（Ｖ６）３６ｆが切替手段を構成する。
【００３９】
［１．２．  使用方法］
［１．２．１．  ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電モード］
図２に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａがＳＯＦＣモード（ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。なお、図２には、貯蔵タンク２８ａに既にＣＨ4が貯蔵されている例が示されている。貯蔵タンク２８ａに十分な量のＣＨ4が貯蔵されている場合、そのＣＨ4を用いて発電することができる。
この場合、第２ＣＯ2分離器１６、蒸発器１８、及び燃料製造器２０を休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／バッファタンク２８ｂ側又は中立状態（いずれの方向にもガスが流れない状態）に切り替え、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃焼器４０側に切り替える。
【００４０】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを貯蔵タンク２８ａ／第２ＣＯ2分離器１６側に切り替えると、貯蔵タンク２８ａからＣＨ4が排出される。排出されたＣＨ4（Ａ'in）は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路を素通りし、Ｒ−ＳＯＣ１２のアノード流路に供給される。これと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路に酸化剤ガスを供給すると、Ｒ−ＳＯＣ１２において発電が行われ、電力を取り出すことができる。アノードオフガス（Ａ'out）は、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介して燃焼器４０に送られる。燃焼器４０にＡ'out及び酸化剤ガス（例えば、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソードオフガス）が供給されると、Ａ'outに含まれる可燃成分が燃焼する。燃焼熱は、必要に応じて周辺機器に供給される。
【００４１】
［１．２．２．  通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード］
図３に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａがＳＯＥＣモード（通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。ＣＯ2供給量及び電力供給量が共に十分である場合、第２ＣＯ2分離器１６、及び蒸発器１８を用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解、並びに、燃料製造器２０を用いた炭化水素の製造を行うことができる。
この場合、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃料製造器２０側に切り替え、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に切り替える。さらに、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを中立状態に切り替える。
【００４２】
この状態から、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を流す。これと同時に、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを開とし、蒸発器１８に水を供給すると、水蒸気が発生する。発生した水蒸気を第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に流すと、Ｂ2in中のＣＯ2がＨ2Ｏによりパージされる。その結果、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の出口から、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）が排出される。
【００４３】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（３）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、燃料製造器２０に送られ、炭化水素（例えば、メタン）の合成に用いられる。燃料製造器２０で合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
【００４４】
［１．２．３．  Ｈ2Ｏ電解モード］
図４に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａがＳＯＥＣモード（Ｈ2Ｏ電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。電力供給量は十分であるが、ＣＯ2供給量が不足している場合、蒸発器１８を用いてＨ2Ｏ電解を行い、生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。
この場合、第２ＣＯ2分離器１６及び燃料製造器２０を休止させる。また、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／バッファタンク２８ｂ側に切り替え、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを中立状態に切り替える。さらに、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃料製造器２０側に切り替える。
【００４５】
この状態から、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを開とすると、蒸発器１８に水が供給され、水蒸気が発生する。発生した水蒸気は、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路を素通りし、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路に供給される。これと同時にＲ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、カソード流路の出口から、Ｈ2を含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、燃料製造器２０を素通りし、第１調圧器３０で減圧又は昇圧された後、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを介してバッファタンク２８ｂに貯蔵される。
【００４６】
［１．２．４．  Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード］
図５に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａがＳＯＥＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。Ｈ2電解を行い、バッファタンク２８ｂにＨ2が十分に貯蔵された後、ＣＯ2供給量が回復した場合、ＣＯ2電解を行い、生成したＣＯとバッファタンク２８ｂに貯蔵されたＨ2とを用いて炭化水素を製造することができる。
この場合、蒸発器１８を休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃料製造器２０側に切り替え、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に切り替える。
【００４７】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／第２ＣＯ2分離器１６側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＨ2が放出される。放出されたＨ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に供給される。これと同時に、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を供給すると、Ｂ2in中のＣＯ2がＨ2によりパージされる。その結果、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の出口から、Ｈ2及びＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）が排出される。
【００４８】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（２）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、燃料製造器２０に送られ、炭化水素（例えば、メタン）の合成に用いられる。燃料製造器２０で合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
さらに、バッファタンク２８ｂのＨ2貯蔵量がゼロになった時には、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを開とし、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを中立状態とし、通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モードに移行する。
【００４９】
［１．２．５．  ＣＯ2分離モード］
図６に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａが休止モード（ＣＯ2分離モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。なお、図６には、バッファタンク２８ｂに既にＣＯ2が貯蔵されている例が示されている。ＣＯ2供給量は十分であるが、電力供給量が不足している場合、第２ＣＯ2分離器１６を用いてＣＯ2を分離し、分離したＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。
この場合、Ｒ−ＳＯＣ１２、蒸発器１８、及び燃料製造器２０を休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃料製造器２０側に切り替え、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／バッファタンク２８ｂ側に切り替える。
【００５０】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／第２ＣＯ2分離器１６側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＣＯ2が放出される。放出されたＣＯ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に供給される。これと同時に、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を供給すると、Ｂ2in中のＣＯ2がＣＯ2によりパージされる。その結果、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の出口から、より高濃度のＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）が排出される。Ｃ2outは、Ｒ−ＳＯＣ１２及び燃料製造器２０を素通りし、第１調圧器３０で減圧又は昇圧された後、バッファタンク２８ｂに貯蔵される。
【００５１】
［１．２．６．  ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード］
図７に、図１に示す電力貯蔵・供給システム１０ａがＳＯＥＣモード（ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。ＣＯ2分離モードによりバッファタンク２８ｂにＣＯ2が十分に貯蔵された後、電力供給量が回復した場合、バッファタンク２８ｂに貯蔵されたＣＯ2を用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解、及び炭化水素の製造を行うことができる。
この場合、第２ＣＯ2分離器１６を休止させる。また、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＲ−ＳＯＣ１２／燃料製造器２０側に切り替え、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に切り替える。
【００５２】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／第２ＣＯ2分離器１６側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＣＯ2が放出される。放出されたＣＯ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に供給される。これと同時に、蒸発器１８を作動させると、水蒸気が第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に供給される。第２ＣＯ2分離器１６は休止状態であるため、第２パージ流路からＨ2Ｏ＋ＣＯ2混合ガス（Ｃ2out）がそのまま排出される。
【００５３】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（３）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、燃料製造器２０に送られ、炭化水素（例えば、メタン）の合成に用いられる。燃料製造器２０で合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
さらに、バッファタンク２８ｂのＣＯ2貯蔵量がゼロになった時には、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを中立状態とし、かつ、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を流し、通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モードに移行する。
【００５４】
［１．３．  作用］
ＣＯ2源として工場等からの排ガスを用い、電力源として再生可能エネルギー等から供給される余剰電力を用いて炭化水素を製造する場合において、ＣＯ2供給量と電力供給量がともに十分である時には、余剰電力を化学エネルギー（炭化水素）の形で貯蔵することができる。
しかし、ＣＯ2源として工場等からの排ガスを用いた場合において、夜間やメンテナンス等により工場の稼働が停止した時には、一時的にＣＯ2の回収が不可能な時間帯が発生する。一方、余剰電力源として再生可能エネルギーを用いた場合、風況や日照の時間変動があるために、電力供給量にも時間変動がある。そのため、ＣＯ2供給量又は電力供給量のいずれか一方が不足している時には、ＣＯ2及び余剰電力の有効利用ができない。
【００５５】
これに対し、電力貯蔵・供給システム１０ａがバッファタンク２８ｂ及び切替手段を備えている場合において、ＣＯ2供給量は十分であるが、電力供給量が不足している時には、第２ＣＯ2分離器１６を作動させ、ＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。貯蔵されたＣＯ2は、電力供給量が回復した時に、Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2共電解用のＣＯ2原料として用いることができる。
あるいは、電力供給量は十分であるが、ＣＯ2供給量が不足している時には、余剰電力を用いてＨ2Ｏ電解を行い、生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。得られたＨ2は、ＣＯ2供給量が回復した時にＣＯ2電解により生成したＣＯと混合され、合成ガスとして用いることができる。
さらに、貯蔵された炭化水素やＨ2を用いて発電することもできる。
【００５６】
そのため、本発明に係る電力・貯蔵システム１０ａは、ＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合であっても、効率よく余剰電力を化学エネルギーとして貯蔵することができる。しかも、バッファタンク２８ｂの容量が貯蔵タンク２８ａのそれに比べて著しく小さい場合であっても、大容量の貯蔵タンク２８ａを用いた電力貯蔵・供給を安定に、かつ、効率よく行うことができる。
【００５７】
［２．  電力貯蔵・供給システム（２）］
［２．１．  構成］
図８に、本発明の第２の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図を示す。図８において、電力貯蔵・供給システム１０ｂは、リバーシブルＳＯＣ１２と、第２ＣＯ2分離器１６と、蒸発器１８と、燃料製造器２０と、貯蔵タンク２８ａと、第１バッファタンク２８ｂと、第２バッファタンク２８ｃと、第１調圧器３０と、第２調圧器３２と、切替手段（第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ、第１０三方弁（Ｖ１０）３６ｊ、第１１三方弁（Ｖ１１）３６ｋ）と、燃焼器４０とを備えている。
【００５８】
電力貯蔵・供給システム１０ｂは、２つのバッファタンク（第１バッファタンク２８ｂ、及び第２バッファタンク２８ｃ）を備えている。また、第１バッファタンク２８ｂ、及び第２バッファタンク２８ｃは、第１０三方弁（Ｖ１０）３６ｊ及び第１１三方弁（Ｖ１１）３６ｋを介して並列に接続されている。さらに、２つのバッファタンクは、貯蔵タンク２８ａと並列に接続されている。この点が第１の実施の形態とは異なる。
その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５９】
［２．２．  使用方法］
第１バッファタンク２８ｂ、及び第２バッファタンク２８ｃの使用方法は、目的に応じて最適な方法を選択することができる。
例えば、第１バッファタンク２８ｂをＣＯ2の貯蔵・供給のためだけに用い、第２バッファタンク２８ｃをＨ2の貯蔵・供給のためだけに用いても良い。
あるいは、主として第１バッファタンク２８ｂを用いてＨ2の貯蔵・供給及びＣＯ2の貯蔵・供給を行い、第１バッファタンク２８ｂのＨ2貯蔵量又はＣＯ2貯蔵量が限界に達した時点でもなおＣＯ2供給量と電力供給量のアンバランスが解消されなかった時には、さらに第２バッファタンク２８ｃを用いてＨ2の貯蔵又はＣＯ2の貯蔵を継続しても良い。
電力貯蔵・供給システム１０ｂの使用方法に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】
［２．３．  作用］
本実施の形態に係る電力貯蔵・供給システム１０ｂは、２つのバッファタンクを備えている点以外は、第１の実施の形態と同様の構成を備えているため、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
さらに、２つのバッファタンクを備えていることにより、ＣＯ2供給量、及び／又は電力供給量により大きな時間変動が生じた場合であっても、効率よく余剰電力を化学エネルギーとして貯蔵することができる。
【００６１】
［３．  電力貯蔵・供給システム（３）］
［３．１．  構成］
図９に、本発明の第３の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システムの模式図を示す。図９において、電力貯蔵・供給システム１０ｃは、リバーシブルＳＯＣ１２と、第１ＣＯ2分離器１４と、第２ＣＯ2分離器１６と、蒸発器１８と、燃料製造器２０と、Ｈ2Ｏ分離器２２と、貯蔵タンク２８ａと、バッファタンク２８ｂと、第１調圧器３０と、第２調圧器３２と、エジェクタ３４と、切替手段（第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ）とを備えている。
すなわち、電力貯蔵・供給システム１０ｃは、第１の実施の形態に係る電力貯蔵・供給システム１０ａに対して、さらに第１ＣＯ2分離器１４、Ｈ2Ｏ分離器２２、及びエジェクタ３４、並びに、これらを繋ぐための配管及びバルブが付加されたものからなる。また、燃焼器に代えて、燃料循環手段を備えている。
【００６２】
なお、以下の説明では、便宜的に、第１ＣＯ2分離器１４の第１フィード流路を流れるガスを「Ｂ1」、第１パージ流路を流れるガスを「Ｃ1」と略記する。また、Ｈ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路を流れるガスを「Ｄ」、第３パージ流路を流れるガスを「Ｅ」と略記する。さらに、入口ガスと出口ガスを区別する時は、それぞれ、「Ｂ1in」又は「Ｂ1out」のように、添え字「in」又は「out」を付記する。
【００６３】
［３．１．１．  リバーシブルＳＯＣ］
リバーシブルＳＯＣ（Ｒ−ＳＯＣ）１２は、Ｈ2Ｏ電解、ＣＯ2電解、又はＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解を行うＳＯＥＣモードと、炭化水素、Ｈ2、及び／又はＣＯを燃料に用いて発電を行うＳＯＦＣモードとを切り替え可能なものからなる。Ｒ−ＳＯＣ１２の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
［３．１．２．  第１ＣＯ2分離器］
第１ＣＯ2分離器１４は、Ｒ−ＳＯＣ１２のオフガス（Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時にはカソードオフガス（Ａout）、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時にはアノードオフガス（Ａ'out））からＣＯ2を分離するためのものである。
本実施の形態においては、オフガスからＣＯ2及び／又はＨ2Ｏが分離される。
「オフガスからＣＯ2を分離する」とは、
（ａ）Ｈ2Ｏを分離する前のガス（Ａout又はＡ'out）からＣＯ2を分離すること、又は、
（ｂ）Ｈ2Ｏを分離した後のガス、すなわち、後述するＨ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路の出口から排出されるガス（Ｄout）からＣＯ2を分離すること
をいう。ＣＯ2分離は単独で行っても良く、あるいはＨ2Ｏ分離と共に行っても良い。
【００６５】
第１ＣＯ2分離器１４は、ＳＯＥＣモード時には、燃料製造器２０に供給される合成ガスの純度を上げるために用いられる。また、Ａoutから未反応のＣＯ2を回収し、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻す「原料循環手段」の一部を構成する。
一方、第１ＣＯ2分離器１４は、ＳＯＦＣモード時には、Ａ'outからＣＯ2を分離することにより、Ａ'outから未反応の燃料（Ｈ2、ＣＯ）を回収し、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻す「燃料循環手段」の一部を構成する。さらに、本実施の形態では、分離されたＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することもできる。
第１ＣＯ2分離器１４の構造は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
【００６６】
ここで、「原料循環手段」とは、リバーシブルＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、Ａoutに含まれる未反応のＣＯ2及び／又はＨ2Ｏを回収し、リバーシブルＳＯＣ１２に戻す手段をいう。
また、「燃料循環手段」とは、リバーシブルＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時に、Ａ'outに含まれる未反応の燃料（Ｈ2、ＣＯ）を回収し、リバーシブルＳＯＣ１２に戻す手段をいう。
本発明に係る電力貯蔵・供給システムは、原料循環手段及び燃料循環手段のいずれか一方のみを備えていても良く、あるいは、双方を備えていても良い。
【００６７】
図９に示す例において、第１ＣＯ2分離器１４は、第１フィード流路と、第１パージ流路とを備えている。第１フィード流路の入口はＲ−ＳＯＣ１２の第１ガス流路（ＳＯＥＣモード時はカソード流路、ＳＯＦＣモード時はアノード流路）の出口に接続され、第１フィード流路の出口はＨ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路の入口に接続されている。また、第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路の入口は蒸発器１８の出口に接続され、第１パージ流路の出口は、第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを介して第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の入口に接続されている。
第４三方弁（Ｖ４）３６ｄの残りの出口は、エジェクタ３４／Ｒ−ＳＯＣ１２間に設けられた第２三方弁（Ｖ２）３６ｂ、及び燃料製造器２０／第１調圧器３０間に設けられた第８三方弁（Ｖ８）３６ｈに接続されている。
【００６８】
Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある場合、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路から排出されるオフガス（Ａout）は、通常、ＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2、及びＨ2Ｏを含む。このＡoutを第１フィード流路に供給すると、ＣＯ2が分離され、第１フィード流路の出口からＣＯ及びＨ2を主成分とするオフガス（Ｂ1out）が排出される。また、第１パージ流路の出口からＣＯ2を主成分とする分離ガス（Ｃ1out）が排出される。Ｃ1outは、通常、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路を経由してＲ−ＳＯＣ１２に戻される。
【００６９】
一方、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある場合、Ｒ−ＳＯＣ１２のアノード流路から排出されるアノードオフガス（Ａ'out）は、通常、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、及び未反応の燃料を含む。このＡ'outを第１フィード流路に供給すると、ＣＯ2が分離され、第１フィード流路の出口から未反応燃料を主成分とするオフガス（Ｂ1out）が排出される。また、第１パージ流路の出口からＣＯ2を主成分とする分離ガス（Ｃ1out）が排出される。Ｃ1outは、第４三方弁（Ｖ４）３６ｄ、及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを経由してバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。
第１ＣＯ2分離器１４のその他の点については、第２ＣＯ2分離器１６と同様であるので、説明を省略する。
【００７０】
［３．１．３．  第２ＣＯ2分離器］
第２ＣＯ2分離器１６は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、ＣＯ2源から供給されるガス（Ｂ2in）からＣＯ2を分離し、分離されたＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）をＲ−ＳＯＣ１２に供給するためのものである。
【００７１】
図９に示す例において、第２ＣＯ2分離器１６は、第２フィード流路と、第２パージ流路とを備えている。第２フィード流路の入口は、外部のＣＯ2源（例えば、自動車、ボイラー等）に接続され、第２フィード流路の出口は、大気に開放されている。第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の入口は、第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを介して第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路の出口に接続され、第２パージ流路の出口は、第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを介してＲ−ＳＯＣ１２の第１ガス流路の入口に接続されている。さらに、第２パージ流路の出口は、第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを介して、バッファタンク２８ｂにも接続されている。
【００７２】
なお、図１において、蒸発器１８→第１ＣＯ2分離器１４→第２ＣＯ2分離器１６の順に直列に接続されているが、蒸発器１８→第２ＣＯ2分離器１６→第１ＣＯ2分離器１４の順に直列に接続されていても良い。あるいは、蒸発器１８の出口を２つに分岐させ、第１ＣＯ2分離器１４と第２ＣＯ2分離器１６を並列に接続しても良い。第２ＣＯ2分離器１６に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
［３．１．４．  蒸発器］
蒸発器１８は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１２にＨ2Ｏを供給するためのものである。蒸発器１８の入口には、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを介してＨ2Ｏ供給源（図示せず）に接続されている。また、蒸発器１８の出口は、第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路の入口に接続されている。蒸発器１８に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
［３．１．５．  燃料製造器］
燃料製造器２０は、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時に、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソードオフガス（Ａout）を用いて炭化水素を合成するためのものである。燃料製造器２０の入口は、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介してＨ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路の出口に接続され、燃料製造器２０の出口は、第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを介して第１調圧器３０に接続されている。燃料製造器２０に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７５】
［３．１．６．  Ｈ2Ｏ分離器］
Ｈ2Ｏ分離器２２は、Ｒ−ＳＯＣ１２のオフガス（Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時にはカソードオフガス（Ａout）、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時にはアノードオフガス（Ａ'out））からＨ2Ｏを分離するためのものである。
本実施の形態においては、オフガスからＣＯ2及び／又はＨ2Ｏが分離される。
「オフガスからＨ2Ｏを分離する」とは、
（ａ）ＣＯ2を分離する前のガス（Ａout又はＡ'out）からＨ2Ｏを分離すること、又は、
（ｂ）ＣＯ2を分離した後のガス、すなわち、第１ＣＯ2分離器１４の第１フィード流路の出口から排出されるオフガス（Ｂ1out）からＨ2Ｏを分離すること
をいう。Ｈ2Ｏ分離は単独で行っても良く、あるいはＣＯ2分離と共に行っても良い。
【００７６】
Ｈ2Ｏ分離器２２は、ＳＯＥＣモード時には、燃料製造器２０に供給される合成ガスの純度を上げるために用いられる。また、ＡoutからＨ2Ｏを回収し、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻す「原料循環手段」の一部を構成する。
一方、Ｈ2Ｏ分離器２２は、ＳＯＦＣモード時には、Ａ'outからＨ2Ｏを分離することにより、Ａ'outから未反応の燃料（Ｈ2、ＣＯ）を回収し、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻す「燃料循環手段」の一部を構成する。ＳＯＦＣモード時に分離されたＨ2Ｏは、通常、系外に排出される。
Ｈ2Ｏ分離器２２の構造は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。例えば、Ｈ2Ｏ分離器２２は、分離膜方式でも良く、あるいは、バッチ切り替え式でも良い。
【００７７】
図９に示す例において、Ｈ2Ｏ分離器２２は、第３フィード流路と第３パージ流路とを備えている。第３フィード流路の入口は、第１ＣＯ2分離器１４の第１フィード流路の出口に接続され、第３フィード流路の出口は、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介して燃料製造器２０の入口に接続されている。Ｈ2Ｏ分離器２２の第３パージ流路の出口は、第９三方弁（Ｖ９）３６ｉを介して蒸発器１８の出口に接続されている。
第３三方弁（Ｖ３）３６ｃの残りの出口は、エジェクタ３４の吸引側に接続されている。また、第９三方弁（Ｖ９）３６ｉの残りの出口は、大気に開放されている。
なお、Ｈ2Ｏ分離器２２は、図９に示す位置に代えて、Ｒ−ＳＯＣ１２と第１ＣＯ2分離器１４の間に設置されていても良い。すなわち、Ｈ2Ｏの分離は、ＣＯ2の分離後に行っても良く、あるいは、ＣＯ2の分離前に行っても良い。
【００７８】
［３．１．７．  貯蔵タンク、バッファタンク］
貯蔵タンク２８ａは、燃料製造器２０から排出される炭化水素を貯蔵し、又は炭化水素をＲ−ＳＯＣ１２に供給するためのものである。
バッファタンク２８ｂは、電力貯蔵・排出システム１０ｃから排出される炭化水素以外のガス（第２ガス）を貯蔵し、又は、第２ガスをＲ−ＳＯＣ１２に供給するためのものである。バッファタンク２８ｂは、貯蔵タンク２８ａと並列に接続されている。
貯蔵タンク２８ａ、及びバッファタンク２８ｂに関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
［３．１．８．  第１調圧器、第２調圧器］
第１調圧器３０及び第２調圧器３２は、炭化水素又は第２ガスを貯蔵・放出する際に、炭化水素又は第２ガスの圧力を増減するためのものである。
第１調圧器３０及び第２調圧器３２に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
［３．１．９．  切替手段］
切替手段は、Ｒ−ＳＯＣ１２の作動モードに応じて、炭化水素又は第２ガスの供給・排出経路を切り替えるためのものである。図９に示す例において、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ、及び第６三方弁（Ｖ６）３６ｆが切替手段として機能する。
切替手段に関するその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
［３．１．１０．  エジェクタ］
エジェクタ３４は、貯蔵タンク２８ａに貯蔵された炭化水素をＲ−ＳＯＣ１２のアノード（ＳＯＦＣモード時）に供給するためのものである。また、エジェクタ３４は、Ａ'outから回収された未反応の燃料をＲ−ＳＯＣ１２に戻すためにも用いられる。
【００８２】
図９に示す例において、エジェクタ３４の駆動側の入口は、第７三方弁（Ｖ７）３６ｇを介して貯蔵タンク２８ａに接続されている。第７三方弁（Ｖ７）３６ｇの残りの出口は、蒸発器１８の出口に接続されている。エジェクタ３４の出口は、第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを介してＲ−ＳＯＣ１２のアノード流路（ＳＯＦＣモード時）の入口に接続されている。さらに、エジェクタ３４の吸引側の入口は、第３三方弁（Ｖ３）を介してＨ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路の出口に接続されている。
【００８３】
貯蔵タンク２８ａの出口をエジェクタ３４の駆動側に接続し、Ｈ2Ｏ分離器２２の第３フィード流路の出口をエジェクタ３４の吸引側に接続する。この状態で、貯蔵タンク２８ａから供給される炭化水素を駆動側のノズルから高圧で噴出させると、ノズル周囲の負圧によりＨ2Ｏ分離器２２のオフガス（Ｄout）が吸引される。
【００８４】
［３．２．  使用方法］
［３．２．１．  Ｈ2Ｏ電解モード］
図１０に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＥＣモード（Ｈ2Ｏ電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。電力供給量は十分であるが、ＣＯ2供給量が不足している場合、蒸発器１８を用いてＨ2Ｏ電解を行い、生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。
【００８５】
この場合、第１ＣＯ2分離器１４、第２ＣＯ2分離器１６、及び燃料製造器２０を休止させる。また、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを第２ＣＯ2分離器１６／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／燃料製造器２０側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを第１ＣＯ2分離器１４／第２ＣＯ2分離器１６側に、
（ｄ）第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ及び第７三方弁（Ｖ７）３６ｇを中立状態に、
（ｅ）第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを燃料製造器２０／バッファタンク２８ｂ側に、
（ｆ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉをＨ2Ｏ分離器２２／第１ＣＯ2分離器１４側に、
それぞれ、切り替える。
【００８６】
この状態から、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを開とすると、蒸発器１８に水が供給され、水蒸気が発生する。発生した水蒸気は、第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路及び第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路を素通りし、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路に供給される。これと同時にＲ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、カソード流路の出口から、Ｈ2を含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。
Ａoutは、第１ＣＯ2分離器１４の第１フィード流路を素通りし、Ｈ2Ｏ分離器２２でＨ2Ｏが分離される。その結果、第３フィード流路から、高濃度のＨ2を含むオフガス（Ｄout）が排出される。Ｄoutは、第２燃料製造器２０を素通りし、第１調圧器３０で減圧又は昇圧された後、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆを介してバッファタンク２８ｂに貯蔵される。一方、Ｈ2Ｏ分離器２２の第３パージ流路から排出されたＨ2Ｏを含む分離ガス（Ｅout）は、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻される。
【００８７】
［３．２．２．  Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード］
図１１に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＥＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いたＣＯ2電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。Ｈ2電解を行い、バッファタンク２８ｂにＨ2が十分に貯蔵された後、ＣＯ2供給量が回復した場合、ＣＯ2電解により生成したＣＯ、及びバッファタンク２８ｂに貯蔵されたＨ2を用い炭化水素を製造することができる。
【００８８】
この場合、蒸発器１８及びＨ2Ｏ分離器２２をを休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを第２ＣＯ2分離器１６／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／燃料製造器２０側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを第１ＣＯ2分離器１４／第２ＣＯ2分離器１６側に、
（ｄ）第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に、
（ｅ）第７三方弁（Ｖ７）３６ｇをバッファタンク２８ｂ／第１ＣＯ2分離器１４側に、
（ｆ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉを中立状態に、
それぞれ、切り替える。
【００８９】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／第１ＣＯ2分離器１４側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＨ2が放出される。放出されたＨ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路及び第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に供給される。これと同時に、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を供給すると、Ｂ2in中のＣＯ2がＨ2によりパージされる。その結果、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の出口から、Ｈ2及びＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）が排出される。
【００９０】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（２）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、第１ＣＯ2分離器１４でＣＯ2が分離され、高濃度の合成ガスを含むオフガス（Ｂ1out）となる。一方、ＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ1out）は、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻される。
Ｂ1outは、Ｈ2Ｏ分離器２２を素通りして燃料製造器２０に送られ、炭化水素（例えば、メタン）の合成に用いられる。燃料製造器２０で合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
さらに、バッファタンク２８ｂのＨ2貯蔵量がゼロになった時には、後述する通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モードに移行する。
【００９１】
［３．２．３．  Ｈ2バッファタンクを用いた発電モード］
図１２に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＦＣモード（Ｈ2バッファタンクを用いた発電モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。バッファタンク２８ｂにＨ2が貯蔵されている場合、Ｈ2を用いて発電を行うこともできる。
【００９２】
この場合、第１ＣＯ2分離器１４、第２ＣＯ2分離器１６、蒸発器１８、及び燃料製造器２０を休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂをエジェクタ３４／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／エジェクタ３４側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄ、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ、及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを中立状態に、
（ｄ）第７三方弁（Ｖ７）３６ｇをバッファタンク２８ｂ／エジェクタ３４側に、
（ｅ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉをＨ2Ｏ分離器２２／排気側に、
それぞれ、切り替える。
【００９３】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／エジェクタ３４側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＨ2が排出される。排出されたＨ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、エジェクタ３４からＲ−ＳＯＣ１２のアノード流路に供給される。これと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路に酸化剤ガスを供給すると、Ｒ−ＳＯＣ１２において発電が行われ、電力を取り出すことができる。さらに、アノードオフガス（Ａ'out）は、Ｈ2Ｏ分離器２２でＨ2Ｏが分離された後、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介してエジェクタ３４の吸引側に戻される。分離されたＨ2Ｏは、第９三方弁（Ｖ９）３６ｉを介して大気に放出される。
【００９４】
［３．２．４．  ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電、及びＣＯ2貯蔵モード］
図１３に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＦＣモード（ＣＨ4貯蔵タンクを用いた発電、及びＣＯ2貯蔵モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。貯蔵タンク２８ａに十分な量のＣＨ4が貯蔵されている場合、貯蔵されたＣＨ4を用いて発電することができる。また、これと同時に、アノードオフガス（Ａ'out）に含まれるＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することもできる。
【００９５】
この場合、蒸発器１８、及び燃料製造器２０を休止状態とし、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを閉とする。また、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂをエジェクタ３４／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／エジェクタ３４側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄ、第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ、及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを第１ＣＯ2分離器１４／バッファタンク２８ｂ側に、
（ｄ）第７三方弁（Ｖ７）３６ｇを貯蔵タンク２８ａ／エジェクタ３４側に、
（ｅ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉをＨ2Ｏ分離器２２／排気側に、
それぞれ、切り替える。
【００９６】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅを貯蔵タンク２８ａ／エジェクタ３４側に切り替えると、貯蔵タンク２８ａからＣＨ4が排出される。排出されたＣＨ4は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、エジェクタ３４を介してＲ−ＳＯＣ１２のアノード流路に供給される。これと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路に酸化剤ガスを供給すると、Ｒ−ＳＯＣ１２において発電が行われ、電力を取り出すことができる。
【００９７】
アノードオフガス（Ａ'out）は、第１ＣＯ2分離器１４でＣＯ2が分離され、さらにＨ2Ｏ分離器２２でＨ2Ｏが分離された後、第３三方弁（Ｖ３）３６ｃを介してエジェクタ３４に戻される。分離されたＣＯ2は、第１調圧器３０で昇圧又は減圧された後、バッファタンク２８ｂに貯蔵される。また、分離されたＨ2Ｏは、第９三方弁（Ｖ９）３６ｉを介して大気に放出される。
さらに、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源から供給されるガス（Ｂ2in）を供給すると、第２パージ流路にＣＯ2が排出される。排出されたＣＯ2は、第１調圧器３０で昇圧又は減圧された後、バッファタンク２８ｂに貯蔵される。
【００９８】
［３．２．５．  ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード］
図１４に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＥＣモード（ＣＯ2バッファタンクを用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。ＣＯ2分離を行い、バッファタンク２８ｂにＣＯ2が十分に貯蔵された後、電力供給量が回復した場合、バッファタンク２８ｂに貯蔵されたＣＯ2を用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解、及び炭化水素の製造を行うことができる。
【００９９】
この場合、第２ＣＯ2分離器１６を休止させる。また、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを第２ＣＯ2分離器１６／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／燃料製造器２０側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを第１ＣＯ2分離器１４／第２ＣＯ2分離器１６側に、
（ｄ）第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ、及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に、
（ｅ）第７三方弁（Ｖ７）３６ｇをバッファタンク２８ｂ／第１ＣＯ2分離器１４側に、
（ｆ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉをＨ2Ｏ分離器２２／第１ＣＯ2分離器１４側に、
それぞれ、切り替える。
【０１００】
この状態から、第５三方弁（Ｖ５）３６ｅをバッファタンク２８ｂ／第１ＣＯ2分離器１４側に切り替えると、バッファタンク２８ｂからＣＯ2が放出される。放出されたＣＯ2は、第２調圧器３２で昇圧又は減圧された後、第１ＣＯ2分離器１４の第１パージ流路に供給される。これと同時に、蒸発器１８を作動させると、水蒸気が第１ＣＯ2分離器の第１パージ流路に供給される。第２ＣＯ2分離器１６は休止状態であるため、第２パージ流路からＨ2Ｏ＋ＣＯ2混合ガス（Ｃ2out）がそのまま排出される。
【０１０１】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（３）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、第１ＣＯ2分離器１４でＣＯ2が分離され、Ｈ2Ｏ分離器２２でＨ2Ｏが分離される。分離されたＣＯ2及びＨ2Ｏは、それぞれ、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻される。
また、ＣＯ2及びＨ2Ｏが分離された後のオフガス（Ｄout）は、燃料製造器２０に送られ、炭化水素（例えば、メタン）の合成に用いられる。合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
さらに、バッファタンク２８ｂのＣＯ2貯蔵量がゼロになった時には、後述する通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モードに移行する。
【０１０２】
［３．２．６．  通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード］
図１５に、図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃがＳＯＥＣモード（通常のＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解モード）にある時のガスの流れの模式図を示す。ＣＯ2供給量及び電力供給量が共に十分である場合、第１ＣＯ2分離器１４、第２ＣＯ2分離器１６、蒸発器１８、及びＨ2Ｏ分離器２２を用いたＨ2Ｏ＋ＣＯ2共電解、及び燃料製造器２０を用いた炭化水素の製造を行うことができる。
【０１０３】
この場合、
（ａ）第２三方弁（Ｖ２）３６ｂを第２ＣＯ2分離器１６／Ｒ−ＳＯＣ１２側に、
（ｂ）第３三方弁（Ｖ３）３６ｃをＨ2Ｏ分離器２２／燃料製造器２０側に、
（ｃ）第４三方弁（Ｖ４）３６ｄを第１ＣＯ2分離器１４／第２ＣＯ2分離器１６側に、
（ｄ）第５三方弁（Ｖ５）３６ｅ及び第７三方弁（Ｖ７）３６ｇを中立状態に、
（ｅ）第６三方弁（Ｖ６）３６ｆ、及び第８三方弁（Ｖ８）３６ｈを燃料製造器２０／貯蔵タンク２８ａ側に、
（ｆ）第９三方弁（Ｖ９）３６ｉをＨ2Ｏ分離器２２／第１ＣＯ2分離器１４側に
それぞれ、切り替える。
【０１０４】
この状態から、第２ＣＯ2分離器１６の第２フィード流路にＣＯ2源からのガス（Ｂ2in）を流す。これと同時に、第１開閉バルブ（Ｖ１）３６ａを開とし、蒸発器１８に水を供給すると、水蒸気が発生する。発生した水蒸気を第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路に流すと、Ｂ2in中のＣＯ2がＨ2Ｏによりパージされる。その結果、第２ＣＯ2分離器１６の第２パージ流路の出口から、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を含む分離ガス（Ｃ2out）が排出される。
【０１０５】
Ｃ2outを原料ガス（Ａin）としてＲ−ＳＯＣ１２のカソード流路に流すと同時に、Ｒ−ＳＯＣ１２に電力を供給すると、上述した式（３）の反応が進行する。その結果、Ｒ−ＳＯＣ１２のカソード流路の出口から、合成ガスを含むカソードオフガス（Ａout）が排出される。Ａoutは、第１ＣＯ2分離器１４でＣＯ2が分離され、Ｈ2Ｏ分離器２２でＨ2Ｏが分離される。分離されたＣＯ2及びＨ2Ｏは、それぞれ、Ｒ−ＳＯＣ１２に戻される。
ＡoutからＣＯ2及びＨ2Ｏが分離された後に残るオフガス（Ｄout）は、燃料製造器２０に送られ、炭化水素の合成に用いられる。燃料製造器２０で合成された炭化水素を含むガスは、第１調圧器３０により減圧又は昇圧された後、貯蔵タンク２８ａに貯蔵される。
【０１０６】
［３．３．  作用］
ＣＯ2源として工場等からの排ガスを用い、電力源として再生可能エネルギー等から供給される余剰電力を用いて炭化水素を製造する場合において、ＣＯ2供給量と電力供給量がともに十分である時には、余剰電力を化学エネルギー（炭化水素）の形で貯蔵することができる。
しかし、ＣＯ2源として工場等からの排ガスを用いた場合において、夜間やメンテナンス等により工場の稼働が停止した時には、一時的にＣＯ2の回収が不可能な時間帯が発生する。一方、余剰電力源として再生可能エネルギーを用いた場合、風況や日照の時間変動があるために、電力供給量にも時間変動がある。そのため、ＣＯ2供給量又は電力供給量のいずれか一方が不足している時には、ＣＯ2及び余剰電力の有効利用ができない。
【０１０７】
これに対し、電力貯蔵・供給システム１０ｃがバッファタンク２８ｂ及び切替手段を備えている場合において、ＣＯ2供給量は十分であるが、電力供給量が不足している時には、第２ＣＯ2分離器１６を作動させ、ＣＯ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。貯蔵されたＣＯ2は、電力供給量が回復した時に、Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2共電解用のＣＯ2原料として用いることができる。
あるいは、電力供給量は十分であるが、ＣＯ2供給量が不足している時には、余剰電力を用いてＨ2Ｏ電解を行い、生成したＨ2をバッファタンク２８ｂに貯蔵することができる。貯蔵されたＨ2は、ＣＯ2供給量が回復した時に、ＣＯ2電解により生成したＣＯと混合され、合成ガスとして用いることができる。
さらに、炭化水素又はＨ2を用いて発電することもでき、発電時に生成したＣＯ2を貯蔵することもできる。
【０１０８】
そのため、本発明に係る電力・貯蔵システム１０ｃは、ＣＯ2供給量と電力供給量との間に時間的なズレが生じた場合であっても、効率よく余剰電力を化学エネルギーとして貯蔵することができる。しかも、バッファタンク２８ｂの容量が貯蔵タンク２８ａのそれに比べて著しく小さい場合であっても、大容量の貯蔵タンク２８ａを用いた電力貯蔵・供給を安定に、かつ、効率よく行うことができる。
【０１０９】
さらに、電力・貯蔵システム１０ｃが原料循環手段を備えている場合において、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＥＣモードにある時には、Ａoutから未反応のＣＯ2及び／又はＨ2Ｏを回収し、これらを電解用の原料として再利用することができる。そのため、Ａout中に含まれるＣＯ及び／又はＨ2の濃度を高めることができる。また、未反応のＣＯ2及び／又はＨ2Ｏが熱エネルギー（Ｈ2Ｏの蒸発潜熱、ＣＯ2のガス顕熱）を持ったまま系外に排出されることによるエネルギーロスを低減することができる。さらに、システム全体の燃料利用率Ｕfを高く維持したまま、Ｒ−ＳＯＣ１２の燃料利用率Ｕfを下げることができる。そのため、濃度分極により発生する過電圧ロス（Nernst損失）を抑制し、必要電解電圧を低減し、電解効率を向上させることができる。
【０１１０】
同様に、電力・貯蔵システム１０ｃが燃料循環手段を備えている場合において、Ｒ−ＳＯＣ１２がＳＯＦＣモードにある時には、Ａ'outから未反応の燃料を回収し、これを発電用の燃料として再利用することができる。そのため、未反応の燃料が熱エネルギーを持ったまま系外に排出されることによるエネルギーロスを低減することができる。さらに、システム全体の燃料利用率Ｕfを高く維持したまま、Ｒ−ＳＯＣ１２の燃料利用率Ｕfを下げることができる。そのため、濃度分極により発生する過電圧ロス（Nernst損失）を抑制し、発電効率を向上させることができる。
【実施例】
【０１１１】
（実施例１）
［１．  試験方法］
図９に示す電力貯蔵・供給システム１０ｃ、工場から排出されるＣＯ2、及び再生可能エネルギーを用いてＣＨ4を製造したと仮定した時の、ＣＨ4、ＣＯ2、及びＨ2の貯蔵量の季節変動をシミュレーションにより求めた。ＣＯ2供給量及び／又は電力供給量の時間変動及び季節変動に応じて、表１に示す事象１〜５のいずれかを実行した。発電は、再生可能エネルギーからの電力供給量が電力需要量を下回る時に行うものとした。また、表２に、シミュレーションに用いた工場の稼働の開始時刻及び停止時刻、並びに、各種の効率を示す。
【０１１２】
【表１】
2018190650.tif 000003
【０１１３】
【表２】
2018190650.tif 000004
【０１１４】
［２．  結果］
図１６に、ＣＨ4、ＣＯ2、及びＨ2の出力当たりの貯蔵容積の月別の推移を示す。図１６より、以下のことが分かる。
（１）ＣＨ4の貯蔵容積は、季節変動が大きく、１０月に貯蔵容積が最大となった。これは、再生可能エネルギーからの電力供給量の季節変動が大きく、特に４〜１０月で需要が供給を上回るためである。
（２）ＣＯ2の貯蔵容積は６月に最大となり、Ｈ2の貯蔵容積は９月に最大となったが、いずれも貯蔵容積の季節変動が小さい。これは、一時的にＣＯ2供給量又は電力供給量のいずれか一方が不足しても、供給が回復した時に貯蔵されたＣＯ2又はＨ2を用いてＣＨ4を製造しているためである。
（３）余剰電力を化学エネルギー（ＣＨ4）として効率良く貯蔵するためには、バッファタンクの容量は、貯蔵タンクの容積の数％で足りることがわかった。
【０１１５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る電力貯蔵・供給システムは、再生可能エネルギー（太陽光、風力等）の余剰電力貯蔵・利用システム、分散形電源などに用いることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ａ〜１０ｃ  電力貯蔵・供給システム
１２            リバーシブルＳＯＣ
１４            第１ＣＯ2分離器
１６            第２ＣＯ2分離器
１８            蒸発器
２０            燃料製造器
２２            Ｈ2Ｏ分離器
２８ａ          貯蔵タンク
２８ｂ          バッファタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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