成果報告書 2019年3月

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成果報告書詳細
管理番号20180000000631
タイトル平成28年度―29年度成果報告書 水素社会構築技術開発事業 水素エネルギーシステム技術開発 再エネ出力抑制対応水素製造及び熱化学昇圧と街区における水素利用マネジメントの技術開発
公開日2019/3/7
報告書年度2016 - 2017
委託先名清水建設株式会社 国立研究開発法人産業技術総合研究所 日本重化学工業株式会社
プロジェクト番号P14026
部署名次世代電池・水素部
和文要約水素社会構築技術開発事業/水素エネルギーシステム技術開発/再エネ出力抑制対応水素製造及び熱化学昇圧と街区における水素利用マネジメントの技術開発 

将来システム全体の姿の仮説の検討において、2030年に現時点での福島県のPVの認定量が全量入ると仮定し、1時間ごとの太陽光発電量データベースを作成するとともに、全国の長期エネルギー需給見通しを基に、福島県全体の2030年の電力需要量を推定して1時間ごとの電力需要量のデータベースを作成した。これらのデータベースと、各地区の火力発電所、水力発電所の発電量、基幹系統を考慮してシミュレーションモデルを構築し、福島県における余剰電力を算出した。また、経済性・技術成立性の評価については、水素製造、貯蔵・輸送、利用に分けて検討した。水素製造については、アルカリ水電解とPEM水電解と比較・検討し、PEMは起動停止が可能であることや部分負荷運転時にも高効率であり、アルカリ電解に対して優位性があると評価した。貯蔵・輸送技術については、吸蔵合金、液化水素、MCHとの比較・検討し、郊外から街区へ輸送・利用する場合には、水素昇圧して輸送する方式が、経済的には有利となることを確認した。街区での利用については、余剰電力の50%を水素に置換するものと仮定してシミュレーションにより装置の規模を決定し、各機器の10年LLCから水素供給コストを算出して経済性を評価した。
技術開発フェーズ(フェーズB)における実証に必要なミニマムシステムの検討では、メガソーラのPCSサイズから、PEM型水電解装置100kWクラスを1ユニットと想定し、そこから水素昇圧速度、輸送量、建物での水素利用量を想定した。また、実証における設備機器仕様の検討では、水素製造装置は20ftコンテナに除湿塔、電源装置も含めて格納するものとし、水素昇圧装置は12ftコンテナに反応器、防消火設備等を格納した移動式の昇圧装置とした。利用側の水素貯蔵は、2ユニット構成として合金には消防法危険物非該当のものを使用し、FC排熱は回収して水素貯蔵装置の加温および給湯、空調に利用するシステムの仕様を決めた。
技術開発フェーズ(フェーズB)試験計画概要の策定では、水素製造、貯蔵・輸送、利用に分けて確認すべき技術課題の抽出をおこなうとともに、達成すべき定量的目標値の設定、試験計画概要の策定をおこなった。
英文要約Title: Development of Technologies for Realizing a Hydrogen Society /Technology Development of Systems using Renewable Energy-derived Hydrogen /Research and Development for hydrogen production by output suppression of renewable energy, thermally driven hydrogen compressor and building energy management for hydrogen utilization in an urban area (FY2016-FY2017 Report)


We assume that in Fukushima Prefecture, at the present time (July 2016) FIT certified PV will be installed until in 2030. In addition, We created a photovoltaic (PV) power generation database every hour in the seven districts of Fukushima Prefecture. In each area of Fukushima Prefecture, we simulated the photovoltaic power generation and electricity demand, thermal power plant output, hydroelectric power plant and main grid system, and calculated surplus electric power. In this simulation, we concerned the PV output suppression with several cases and then confirmed that a surplus electricity over 600GWh would occur in the entire Fukushima prefecture. As countermeasures for these surplus electric power, We investigated each case such as introduction of storage batteries, reinforcement of main grid system, abandonment of surplus electric power, and conversion to hydrogen (P2G). We compared alkaline water electrolysis with proton exchange membrane (PEM) water electrolysis. By literature search about compression technology and storage technique, respective costs of equipment and the transport were estimated. For evaluation of technological formation using hydrogen compressor with hydrogen alloy, searching hydrogen storage alloy for hydrogen compressor, confirmation of durability for hydrogen storage alloy, and a conceptual design of a reaction container for hydrogen compressor were carried out. Hydrogen energy management model for facilities (i.e., offices, accommodations and schools) was established and simulation was carried out to optimize capacities of the facilities and estimate demanded amount of capacities of each facilities to realize zero emission buildings (ZEB) and CO2 free hydrogen. In consideration of the minimum system for the technical development phase, 100kW PEM water electrolysis was defined as 1 unit size. From the definition, we decided the size of all equipment (hydrogen storage tank, heat generation and hydrogen compressor) for the system. The hydrogen storage in a city consists of 2 units, and is made from non-flammable metal hydride (MH) for safety. FC exhaust heat is used for heating MH during the desorption process and supplying hot water and air conditioning. In the design of the test plan for technical development phase, we picked up some technical problems each respective processes (hydrogen generation, storage and carriage, hydrogen use).
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