技術紹介

再生可能エネルギーを用いた水電解活用型
エネルギーマネジメントシステム
小竹正人 *1

Kotake Masato

川崎政芳 *1

Kawasaki Masayoshi

池田祥明 *2

Ikeda Yoshiaki

カーボンニュートラル・脱 CO2 社会の実現を目指すため、IHI グループでは水素を活用した分散型エネルギーシステムの開発に取り組んでいる。この取り組みにおいて、当社は分散型エネルギーを統合して制御するエネルギーマネジメントシステム（Energy Management System：EMS）の開発に参画し、制御盤、制ひびきなだ御ソフトウェアおよびオペレータ向け操作用画面を設計・開発した。本稿では、福岡県北九州市響灘地区の実証事業向けに設計・開発したシステムを紹介する。
キーワード：エネルギーマネジメントシステム（EMS）、カーボンニュートラル、制御システム、制御盤、PLC、SCADA

力から水素製造・貯蔵などを行う再生可能エネル

1. はじめに（3）

ギーの地産地消の実証事業が開始され 、IHI グ

エネルギー利用における温室効果ガス排出量削ループで参画する中で、当社は地産地消に関する減は、持続型社会を実現するための喫緊の課題でEMS の設計・開発を担当した。

あり、近年、本取り組みに対する国内外の動きが（2）（3）

2. 水電解活用型 EMS 実証事業大幅に加速している。日本政府は、2020 年 10 月に、2050 年カーボンニュートラルの実現を宣言し、北九州市響灘地区において、次世代のクリーンその具体的な戦略として、同年 12 月に「2050 年エネルギー CO2 フリー水素の製造・供給拠点化をカーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」を目指し、環境省委託事業である「北九州市における（1）策定した 。

地域の再エネを有効活用した CO2 フリー水素製造・グリーン成長戦略において、CO2 を多く排出す供給実証事業」が 2020 年度から実施されている。

る石炭や石油などの化石燃料からの脱却のため

これは太陽光、風力、ごみ発電（バイオマス）など、に、代替エネルギーの 1 つとして再生可能エネル

複数の再生可能エネルギーを用いた水電解活用型

ギーをもとに水を電気分解して生成する水素が注

EMS の国内初の実証、さらに CO2 フリー水素サプ目されている。

ライチェーンの構築を目指す実証事業である。水電解活用型 EMS 実証事業の概要を図 1 に示す。

2018 年に福島県相馬市で太陽光発電の余剰電*1：制御システム事業部*2：制御システム事業部

産業システム部
産業システム部

制御ソリューショングループ
製品・サービスグループ

—43—

主任

IIC REVIEW/2022/10. No.68

てん

IHI グループでは上記の複数の再生可能エネルんだ集合容器）に充填、輸送後、地域のパイプラ

ギー電力から水電解装置で効率よく水素を製造す

イン・水素ステーションを経て、燃料電池を搭載るための水電解活用型 EMS に取り組み、当社はした車やフォークリフトで実証利用される。

EMS の設計・開発を担当した。本システムではご3. 水電解活用型 EMS

み発電からの余剰電力とともに、変動する太陽光・風力発電からの電力を利用し、水電解装置を本システムでは、再生可能エネルギーである太効率的に動かし水素を製造する。また、電力供給

陽光、風力、ごみ発電の電力を用い水電解装置で過多の状況で実施される出力抑制時に本来捨てざ水素を製造する。また、太陽光や風力の発電電力るを得ない電力を利用することで水素コストの低の急変を蓄電池で吸収し活用するために、水電解減を目指している。

装置と蓄電池を組み合わせ運転を行う。本システ
ムのシステム構成を図 2 に示す。

本実証事業プロジェクトで製造した水素は、圧縮水素としてカードル（複数のボンベを架台に組つくる・ためる

はこぶ

つかう

多様な再エネの余剰電力を効率的に調達し、安価に水素を製造

県内各地に広域的に水素を輸送

北九州水素タウンのパイプラインや水素ステーションなどの既存インフラを活用し、様々な用途で水素を利用

響灘地区

電気

風力
ごみ発電
（バイオマス）太陽光

水素パイプライン（NPNP））

水素

水→水素＋酸素（+2→+2）

風力

ごみ発電

時間

圧縮

物流施設
水素ステーション⇒ 発電量（出力）の波が異なる電力を効率的に利用

燃料電池フォークリフト

水素ステーション

燃料電池自動車

水素燃料電池（3）(06制御盤
電力変換・貯蔵設備

データサーバ

稼働状況
運転指令

再生可能エネルギー

水素貯蔵タンク

水電解装置

風力発電太陽光発電

水素実証住宅水電解活用型 EMS 実証事業の概要

運転／停止操作指令

操作用画面

燃料電池自動車

福岡市・久留米市

エネルギーマネジメント

図1

オペレータ用3&

いのちのたび博物館

水の電気分解（ 1PK）

太陽光発
電量

東田地区（北九州水素タウン）

計器による電力データ

制御装置
3/&

充放電指令

ごみ発電
バイオマス

蓄電池
赤枠内が当社担当範囲

図2

/L21

北九州市響灘地区における水電解活用型 EMS のシステム構成
—

44—

3.1

制御盤

きず水電解装置と蓄電池を組み合わせた運転が不制御盤は、電力計や計器、警報器からの信号の可となってしまうため、蓄電池の充電状態に応じ取り込み、水電解装置と蓄電池からの状態信号のて電力分配をする制御ロジックとしたところを特取り込みおよび運転信号を出力するためのインタ徴としている。

フェースを持つ。EMS で使用する制御盤は、現地
3.3

で多くの機器や装置と接続されるため入出力のイオペレータ用 PC

ンタフェースを絶縁し、電気的に他の機器およびオペレータは PC に表示される操作用画面でシス装置に影響を与えないよう留意している。また、テムの状態監視と操作を行う。操作用画面は以下

EMS は中央制御・監視の役割であることから、オに代表される機能を有し、これらは汎用の監視制御

ペレータ用 PC に機能を集約し、制御盤の表示器システム（Supervisory Control And Data Acquisition：やランプは最小限とし簡素化した。EMS 制御盤のSCADA）で構築した。

外観を図 3 に示す。

（1）システム全体の状態表示（2）異常発生時のブザーによる通知

3.2

制御装置

（3）水電解装置、蓄電池の詳細状態表示

制御装置は、計器から得た電力データと蓄電池（4）水電解装置、蓄電池の運転／停止の指示の状態をもとに、水電解装置と蓄電池へ適切に電（5）トレンドグラフ、過去データのグラフ表示

力が分配されるよう指令を出力する。制御装置は（6）アラーム一覧／履歴表示

汎 用 の Programmable Logic Controller（PLC）を 用（7）帳票の表示

い、ソフトウェアで入出力信号処理や制御モード（8）PLC 入出力データの一覧表示の管理、制御ロジックなどを実装した。

帳票は 1 日ごとの消費電力量や水素製造量をカ蓄電池が満充電状態になるとそれ以上は充電でウントし、月報としての表示や Excel ファイルへの出力ができ、エネルギー管理に携わる担当者の労力を低減できる仕組みにしている。帳票サンプ
ルを図 4 に示す。
また、当社のノウハウにより PLC 入出力データを一覧できる表示画面を設けた。さまざまな機器や装置が接続される EMS においては、PLC 入出力データの一覧画面を活用することで現地の調整

中略
－

図3

EMS 制御盤

図4—

45—

－－－－－

月ごとの稼働状況を示す帳票画面（例）
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実 証 事 業 へ の 参 画 を 通 じ て 社 会 実 装 を 支 え、作業を円滑に進めることができ、構築コストの削

2050 年カーボンニュートラルの実現に向けて取減に寄与できたと考えている。

り組んでいく。
3.4

データサーバ

謝辞

データサーバは SCADA サーバソフトウェアにより PLC と操作用画面の通信の仲介をすると同本稿に記載した「水電解活用型エネルギーマネ

時に、1 秒周期の稼働データとアラームデータをジメントシステム」の開発は、環境省の委託によ保存している。

り「既存の再エネを活用した水素供給低コスト化

月報などの帳票データは SCADA のサーバ機能に向けたモデル構築・実証事業（北九州市におけにより、規定のタイミングで積算や平均などの演る地域の再エネを有効活用した CO2 フリー水素製算・集計し、帳票データを作成している。

造・供給実証事業）」の一環として、株式会社北九州パワー殿のご指導のもと実施しています。ここ

4. おわりにに記して謝意を表します。

北九州市響灘地区で実証を行っている水電解活

参考文献

用型 EMS を例に、当社で設計・開発した制御盤、（1） 経済産業省：2050 年カーボンニュートラルに制御装置、オペレータ用 PC、データサーバについ伴うグリーン成長戦略、https://www.meti.go.jp/て紹介した。
現状、水素の製造コストを含め水電解活用型

press/2020/12/20201225012/20201225012.html

EMS はコストが高く、解決すべき課題となってい（2） 経済産業省九州経済産業局：EMS で CO2 フる。当社のノウハウを含めた技術力で仕組みや工リー水素の製造・供給を目指す、九州水素ガ

夫を作り込み、システム構築のコスト低減に貢献

イドブック、2022、pp.32-33

していく。また、地域の需要や運用母体にとって（3） 遠藤巧、須田俊之、稲村彰信：水素活用型分

コスト低減以外の付加価値を提供できるシステム

散型エネルギーシステムの開発、IHI 技報、へのステップアップも必要不可欠である。

Vol.61、No.2、2021、pp.58-63

制御システム事業部
産業システム部
制御ソリューショングループ 主任

制御システム事業部
産業システム部
制御ソリューショングループ 主任

小竹 正人

川崎 政芳

TEL. 042-523-8313
FAX. 042-523-8320

TEL. 042-523-8313
FAX. 042-523-8320

制御システム事業部
産業システム部
製品・サービスグループ

池田 祥明
TEL. 042-523-8315
FAX. 042-523-8320—

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