成果報告書詳細
管理番号20130000000430
タイトル平成24年度成果報告書 固体高分子形燃料電池実用化推進技術開発 再生可能エネルギーの水素電力貯蔵・充放電システムに関する検討
公開日2014/6/14
報告書年度2012 - 2012
委託先名株式会社東芝
プロジェクト番号P10001
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成24年度調査事業 成果報告書 「再生可能エネルギーの水素電力貯蔵・充放電システムに関する検討」

 太陽光や風力等の出力変動の大きい再生可能エネルギー発電の導入拡大に向け、出力平準化や需給調整を図る電力貯蔵システムの必要性が議論されている。本調査研究「再生可能エネルギーの水素電力貯蔵・充放電システムに関する検討」では、大規模性、長期貯蔵性、コスト、充放電効率などの点で優位性があると考えられる水素を介した電力貯蔵・充放電システムの市場適用可能性の検証を目的とし、以下のことを明らかにした。
(1) 再生可能エネルギー発電の導入が増加している国々では、風力発電の出力が大きい時間帯に需給バランスが維持できない事例が既に発生しており、直近から近い将来において、対策が必要と考えられている。水素電力貯蔵はその有望技術と認識されている。
(2) 電解技術(アルカリ水電解、PEM電解、SOEC)を比較すると、アルカリ水電解法は、古くから実用化され大規模な商用プラントの実績がある。課題は、電解液による腐食や隔膜の耐久性、効率限界、などと考えられる。PEM電解法は、腐食の問題がなく装置の小型化が可能である。課題は、貴金属触媒を用いる点から、コストや大型化に課題が残されているものと考えられる。水素製造原単位は、いずれの方法も、セル・モジュール単体で4.1-4.4kWh/Nm3、補機などを含むシステム・装置全体では5-6kWh/Nm3程度と考えられる。
(3) SOEC法は、高効率が期待できるが、一方で、電解性能の劣化率が1%/1000hを漸く下回った段階で、更に技術開発が必要である。水素製造原単位は、セル特性として3.6kWh/Nm3(熱利用なし)、3.1kWh/Nm3(水蒸気利用)であり、コストは、電気料が支配的と評価される。
(4) SOEC/SOFC水素電力貯蔵システムでは、水素貯蔵、蓄熱、断熱などの技術開発も併せて必要となる。プラントヒートマスバランス解析から、充放電効率;80%が示され、コスト(電気単価)は、資本費が約70%を占める。
(5) 以上の検討から、SOEC/SOFC水素電力貯蔵システム、およびSOECグリーン水素製造システムが競合他技術と比較して、経済的に有望であることが明らかとなった。この開発の技術課題を明確化して、実用化に向けたシナリオと開発ロードマップを示した。
英文要約 Title:Research about hydrogen electric power storage and charge-discharge systems for renewable energy (FY2012) Final Report

Concerning about the large scale integration of the electricity from the factual renewable energy into the grid, the needs for electrical power storage systems acting to level the output or to control the demand-supply balance have been discussed. This study titled “Research about hydrogen electric power storage and charge-discharge systems for renewable energy” aimed to clarify the practical application potential of the electrical power storage systems using hydrogen, which are thought to have the advantages of large scalability, long term storage ability, cost, charge-discharge efficiency, and so on. Then the followings were revealed;
(1) Some cases to lose the demand-supply power balance control are already occurred when the wind generation is increased, in such countries with high installation rate of the renewable energy. Certain actions are thought to be required immediately or in near future, and the hydrogen power storage is recognized one of the promising candidate technologies.
(2) Comparing electrolysis technologies (alkaline, PEM, SOEC), alkaline method has the most proven achievements as large scale actual plants. The challenges are thought to be the improvements for the corrosion resistance to the electrolysis solution, the durability of the separating membrane, the limited efficiency, etc. PEM method has the potential to reduce the equipment size and no fear for the corrosion. The challenges are recognized to have the solutions for cost down and the scalEUp from the aspect to use the precious metal catalyst. The specific consumptions of hydrogen production are expected to be 4.1-4.4kWh/Nm3 for cell base and 5-6kWh/Nm3 for system base, for both methods.
(3) Although SOEC method can be expected high efficiency, the technology development is much more required because its level is not sufficient as the electrolysis property degradation rate is around 1%/1000h. The specific consumptions of hydrogen production are evaluated to be 3.6kWh/Nm3(no heat use),and 3.1kWh/Nm3(steam use) for cell base. The cost almost comes from the electricity.
(4) For SOEC/SOFC hydrogen power storage system, hydrogen storage, thermal storage, and heat insulation technologies are also required. The analysis of plant heat-mass balance showed the charge-discharge efficiency of 80%. About 70% of the cost comes from the capital.
(5) From this study, it becomes clear that the SOEC/SOFC hydrogen power storage system and the SOEC green hydrogen production system have the advantage in economically compared with other candidate technologies. The technological challenges are summarized, and the scenario for the actual use and the road map for the technological development are proposed.
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