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公開番号2025032711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-12
出願番号2023138149
出願日2023-08-28
発明の名称水電解システム、並びに水電解システム運用方法
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類C25B 15/02 20210101AFI20250305BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水電解システムのみで調整力を供出することができる水電解システム、並びに水電解システム運用方法を提供する。
【解決手段】整流器を介して複数の水電解スタックに系統電力を与えて水から水素ガスと酸素ガスとを生成ガスとして生成するとともに、調整力の供出指令に応じて消費電力を調整する水電解システムであって、調整力の供出を約定した約定時間帯内に調整力の供出指令を受けた場合に、水電解スタックの消費電力量に、供出する調整力の電力量を加算した電力量に応じて、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力を制御可能とすることを特徴とする水電解システム。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
整流器を介して複数の水電解スタックに系統電力を与えて水から水素ガスと酸素ガスとを生成ガスとして生成するとともに、調整力の供出指令に応じて消費電力を調整する水電解システムであって、
調整力の供出を約定した約定時間帯内に調整力の供出指令を受けた場合に、水電解スタックの消費電力量に、供出する調整力の電力量を加算した電力量に応じて、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力を制御可能とすることを特徴とする水電解システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の水電解システムであって、
調整力の供出指令を受けていない期間において、水電解スタックの最適な消費電力量に応じて、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力を制御することを特徴とする水電解システム。
【請求項３】
請求項１に記載の水電解システムであって、
調整力の供出を約定した約定時間帯以前に、水電解スタックの供給水量、水電解スタック温度、圧力を水電解スタックの消費電力量に、供出する調整力の電力量を加算した電力量に応じた制御とし、その後に調整力の供出指令を受信した場合は、水電解スタックの消費電力量を約定した供出する電力量と等しい量増加することを特徴とする水電解システム。
【請求項４】
請求項１に記載の水電解システムであって、
約定した上げ調整力を供出する時間帯に調整力の供出指令を受信した場合は、水電解スタックの消費電力量を約定した供出する電力量と等しい量削減した後に、調整力を供出する時間帯の時間が短時間の場合は、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力は水電解スタックの消費電力を変更する以前の消費電力量に応じた制御とすることを特徴とする水電解システム。
【請求項５】
請求項４に記載の水電解システムであって、
約定した上げ調整力を供出する時間帯に調整力の供出指令を受信した場合は、水電解スタックの消費電力量を約定した供出する電力量と等しい量削減した後に、調整力を供出する時間帯の時間が２時間以内場合は、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力は水電解スタックの消費電力を変更する以前の消費電力量に応じた制御とすることを特徴とする水電解システム。
【請求項６】
整流器を介して複数の水電解スタックに系統電力を与えて水から水素ガスと酸素ガスとを生成ガスとして生成するとともに、調整力の供出指令に応じて消費電力を調整する水電解システム運用方法であって、
調整力の供出を約定した約定時間帯内に調整力の供出指令を受けた場合に、水電解スタックの消費電力量に、供出する調整力の電力量を加算した電力量に応じて、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力を制御可能とするとともに、
調整力を供出した場合の調整力入札価格＋調整力提供後の水素販売価格が、調整力を供出しない場合の水素販売価格よりも大きくなるように調整力の供出可能量を設定することを特徴とする水電解システム運用方法。
【請求項７】
請求項６に記載の水電解システム運用方法であって、
水電解システムの水素供給量が水素需要を賄えるように、水素貯蔵量を監視して、調整力の供出可能量を設定することを特徴とする水電解システム運用方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力需給調整市場の要求により消費電力を変化する水電解システム、並びに水電解システム運用方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
化石燃料に対して水素は、燃焼時に二酸化炭素を排出しないクリーンなエネルギーである。そのため、地球温暖化対策のためのクリーンエネルギーの一つとして注目され、水素の製造・輸送・利用に関する技術開発が進められている。水素製造の一手法として、水電解システムが知られている。このような経緯の中で、本件出願は、再生可能エネルギーなどを利用した水の電気分解により大規模に水素を製造する装置およびその制御方法に関わるものである。
【０００３】
ＣＯ
２
フリー水素は、再生可能エネルギーや原子力などのエネルギー源を元に製造する必要がある。風力や太陽光による再生可能エネルギーは出力の時間変動が大きく、その発電容量が増加すると、電力需給バランスを調整するための調整力が必要となる。一方、水素を製造する水電解システムは需要家ではあるが、消費電力調整が可能であり、その消費電力量も大きい。このことから、水電解システムの電力消費量を調整し、調整力とすることが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、デマンドレスポンスがあった場合に、水素製造装置と、蓄電池・水素貯蔵設備の最適運用により、再生可能エネルギーの出力変動に伴う需給バランスの変動を平準化すると共に、電力系統への調整力を提供することができると記載されている。
【０００５】
特許文献２には、水素の製造および貯蔵と、蓄電池の充電と、燃料電池の発電を組み合わせて利用しているので、電力の託送計画を策定する際に基準とした余剰電力の予測値と実際値に誤差が生じた場合に、その誤差を容易に縮小することができると記載されている。
【０００６】
よって、特許文献１、特許文献２では、再生可能エネルギーの出力変動に伴う需給バランスの変動を水素製造装置の出力変化と蓄電池の充放電で需給バランスを平準化し、電力系統への調整力を提供できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１９－１７００９７号公報
特開２０２０－５４０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、特許文献２では、蓄電池と比較して水素製造装置の出力制御の応答性が遅く、安定的に運用することが困難なので、調整力の制御の大きな割合を蓄電池で対応する必要があるという課題がある。
【０００９】
そこで本発明においては、調整力市場で約定した調整力を提供する時間帯は、水素製造量に応じた最適な供給水量や水電解スタック温度・圧力制御ではなく、約定した調整力を供出するために必要な水素製造量に応じた供給水量や水電解スタック温度・圧力に制御し、調整力の供出要求に対して素早く水電解装置の出力を変更して対応することにより、水電解システムのみで調整力を供出することができる水電解システム、並びに水電解システム運用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上のことから本発明においては、「整流器を介して複数の水電解スタックに系統電力を与えて水から水素ガスと酸素ガスとを生成ガスとして生成するとともに、調整力の供出指令に応じて消費電力を調整する水電解システムであって、調整力の供出を約定した約定時間帯内に調整力の供出指令を受けた場合に、水電解スタックの消費電力量に、供出する調整力の電力量を加算した電力量に応じて、水電解スタックへの供給水量、水電解スタック温度、圧力を制御可能とすることを特徴とする水電解システム」としたものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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