成果報告書詳細
管理番号20160000000209
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 水素利用等先導研究開発事業 トータルシステム導入シナリオ調査研究
公開日2016/12/20
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人横浜国立大学
プロジェクト番号P14021
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成26年度ー平成27年度成果報告書 水素利用等先導研究開発事業 「トータルシステム導入シナリオ調査研究」

水素は二次エネルギーであり、製造に当たって一次エネルギーが必要である。二酸化炭素の発生しない再生可能なエネルギー源からのグリーン水素を理想とし、コスト競争力があり、長い実績を持つ風力発電を選択し、水素社会に向けた賦存量について調査検討した。水素製造に風車を用いるために考慮すべき項目は、経済性、十分な供給量の確保、長期的に安定した電力供給の可否である。まず風力発電と水素製造装置に最適な地域を世界の中から選択し、そこで得られるグリーン水素を日本のみならず世界中に供給することを考慮した。風力発電の成功の鍵は長期的安定運転にあるため、高風速、低乱流で風向変動が少なく、突風のない地域を選択することが必要となる。さらに風に関する風車の適合性が事故や故障に直結するため、特に設計条件を考慮した検討を行った。年間の平均風速が高いと発電能力は高いが風車の寿命を短くし、台風やハリケーンの様な突風地域では超過荷重事故や故障が発生しやすい。加えて風向変化分布は風車設置台数に制限を与え、最終的に発電量に多大な影響を与えるため、高精度の風況観測が重要となる。本研究では先ず世界の好風況地域で風車設置に適した候補地域を数点の現存風況地図から選択した。その後に地政学的、政治的、動植物相等からの調査を行い、最終的にアルゼンチンのパタゴニア地方を第一候補に選択した。パタゴニアの風況に関しては強風域であることが予想されたが、細かな風況観測データはなく、また強風に関する気象観測データも乏しい。この様な強風についての風車設計基準は世界標準であるIECにも記載がない。したがって強風域については観測を行わないと風車の事故や故障が発生することで風力エネルギー賦存量が確定できない。すなわち風況観測無しで機器を設置することは長期の運転や投資に大きなリスクを伴う。このような観点から現地で風況観測を行い、並行して国内強風地域にて風況観測を実施し、各種の影響を調査した。計測は超音波三次元風速計を設置し風特性を高精度で計測した。これまでに国内では概ね二年間、パタゴニアでは約一年間の計測を終了した。その結果、パタゴニアでは概ね年間平均風速が12m/秒の地域での高精度観測データが収集された。しかしこれらの観測データは一地点のみの計測であり、広域風況予測と水素発生量推計ためにはシミュレーション計算が必須である。そこで精度確認のために風況観測と広域風況予測シミュレーション計算との適合性の評価と最終調整を行い、その結果をもとに広域賦存量を一定条件下で検討した。他方、風車強度設計に関して高風況地域建設の実績は少なく、疲労強度への懸念は大きい。本研究では3,000kW風車を選択し年間平均風速12m/秒を想定して強度検討をIEC手法に沿って行った。その結果明確な設計条件をもとに適切に設計すれば十分な強度を有する風車の設計が可能であることが確認された。より高精度の推算には3年程度の継続測定が必要となるが、現時点の結果を用いた総合的な発電量と水素発生量の検討では、パタゴニアの発電量は日本の賦存量の約2.8倍、年間発電量は日本国内実績の9.8倍が得られ、パタゴニアからの水素が日本の水素需要に対して十分以上供給可能であることがわかった。最後に水素のコストについて一次的な検討を行った。水素の価格は電力価格と水電解コストによるが約15円/Nm3から20円/Nm3が可能であることを示した。本邦での各販売器で水素価格は、キャリア製造、出荷、輸送、荷卸と水素再生、国内水素輸送費用等が含み、40円/Nm3となることが示された。
英文要約Title:Advancement of Hydrogen Technologies and Utilization Projects Analysis on Comprehensive Renewable Energy Systems (FY2014-FY2015) Final Report

Hydrogen is a secondary energy and is produced by using a primary energy. As the primary energy, we have selected wind energy. Even for hydrogen production we have to think of several points for primary energies. They are economic competitiveness, steady supplying potential, and continuous potentials for long term. From these points we have selected wind energy as the primary energy for hydrogen production. This wind-hydrogen energy system is a totally carbon free system. In order to promote this energy system in large scale, final hydrogen should be produced in large scale with reasonable price. This means the primary energy, wind energy, should be produced in large and low cost. The wind energy depends on the location. We have to find a location of strong and steady wind. Simultaneously, we have to measure the wind situation precisely to design a durable wind mills especially at the strong wind site. At first, we tried to find out the good installation site in the world by the existing winds atlas and have selected several candidate points. The candidate points were also considered geographically, politically, biologically. We have selected Patagonia, Argentina as the first priority. Patagonian wind characteristics are well known as strong in average, but there are no precise data available to design a durable wind mills. It is necessary to measure such strong wind conditions precisely. We have installed measurement systems in Patagonia and in Japan in order to compare the differences of each sites by using the ultra-sonic and 3-directional anemometers. From our measurement in Patagonia, the annual average wind is one of the highest in the world. These data have proved that this area is the most suitable place in the world for wind turbine-hydrogen generating plant as far as the wind situation concern. After carrying out the simulations, we estimated the potential of wind energy of this area. We also carried out the preliminary 3,000 kW wind turbine design for such strong area with using the conventional evaluation method as IEC. At this moment we estimated the total amount of hydrogen production from Patagonia reaches bigger than that from Japanese wind potential and the electricity production is 9.8 times bigger than the Japanese electricity market although we have to continue our measurement up to 3 years to get more precise estimations. Hydrogen from Patagonian wind can supply the enough or more quantities than Japanese needs. We also estimate total hydrogen cost at a wind farm site and CIF at demand site. From the calculations, the hydrogen cost was estimated to be almost 15 JPY/Nm3 to 20 JPY/Nm3 at the wind farm. If the hydrogen is transported to Japanese dispenser with using the organic hydride technology, the cost was estimated to be 40JPY/Nm3. The cost includes generating electricity, energy carrier, loading port, ocean transportation, unloading and reforming hydrogen fees and dispenser charges.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る