JP2023106926A - エネルギー供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自然エネルギー発電装置のみで水素の製造、貯蔵を行ない、非常時においても電力の供給を行なうシステムを提供する。
【解決手段】エネルギー供給装置２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１０と、発電装置１０から電力を受け、少なくとも水素を製造する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置３０とを備える。供給制御装置３０は、発電装置１０の発電状況または水素の供給先の需給状況により水素製造装置２０による水素の供給を制御するように構成される。好ましくは、供給制御装置３０は、非常時の第２のモードにおいては、通常時の第１のモードよりも、１回あたりの水素の供給量を制限することによって、より多くの供給先に水素が供給できるように構成される。
【選択図】図１

Description

本開示は、エネルギー供給装置に関する。

現在、二酸化炭素を排出しないエネルギー源として水素が脚光を浴びている。水素を用いた燃料電池車などの普及に向けて、技術開発およびインフラ整備が進められている。また、近年の技術革新により、トラックに積載可能な程度にまで水素の生成、圧縮、貯蔵を行なう水素製造装置の小型化が進んでいる。

自然エネルギー発電装置で発電した電力によって水素製造装置を稼働させ、これにより生成させた水素をグリーン水素（Green Hydrogen）と呼ぶ。カーボンニュートラルを実現するには、グリーン水素の比率を上げていくことが重要とされている。

たとえば、特許第５８６６０７９号（特許文献１）は、水素の生成、圧縮、貯蔵を行ない、水素を用いて発電を行なう燃料電池発電装置を開示している。水素を製造するために必要な電力は、電力系統および自然エネルギー発電装置の少なくとも一方を利用するものである。

また、たとえば、特許第６１６５９７２号（特許文献２）には、自然エネルギー発電装置を用いて寒冷地にて水素製造を行なう場合に関する実施例が記載されており、配管等が破裂しないよう安全に稼働させる制御方法が記載されている。

特許第５８６６０７９号公報 特許第６１６５９７２号公報

水素の生成、圧縮、貯蔵に自然エネルギー発電装置を活用する方法が特許第５８６６０７９号公報（特許文献１）に記載されている。ここでは、平常時は電力系統から負荷部に電力が供給されており、異常時には貯蔵した水素を用いて燃料電池発電装置による電力で負荷を稼働させる旨が記載されている。また、異常時においては、自然エネルギー発電装置で発電した電力が蓄電池に蓄えられるとともに、負荷部にも供給される。なお、特許第５８６６０７９号公報（特許文献１）では、電力系統が存在することが前提となっている。

一方、特許第６１６５９７２号公報（特許文献２）では自然エネルギー発電装置のみでの水素の製造、貯蔵についても記載されており、異常時に安全に停止させる制御方法および安全対策について記載されている。しかし、異常時に水素および電力を供給する方法については記載されていない。電力系統が存在せず、自然エネルギーのみで発電および水素の製造を行なう場合には、要求されるだけ被供給者に水素または電力を供給してしまうと、蓄電電力または水素がすぐに尽きてしまい、災害などの異常時に必要とする被供給者に供給できない場合が想定される。異常時には、限られた水素または電力をより多くの人に配分できることが望ましい。

そこで、本開示の目的は、自然エネルギー発電装置のみで水素の製造を行なうシステムにおいて、非常時においてより多くの被供給者に水素の供給を行なうシステムを提供することである。

本開示は、エネルギー供給装置に関する。エネルギー供給装置は、自然エネルギーによって発電する発電装置と、発電装置から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置と、水素製造装置で製造した水素を供給する供給制御装置とを備える。供給制御装置は、発電装置の発電状況または水素の供給先の需給状況により水素製造装置による水素の供給を制御する。

本開示のエネルギー供給装置によれば、自然エネルギー発電装置のみで水素の製造を行ない、発電装置の発電状況または水素の供給先の需給状況によって、水素の供給を制御するので、発電不足時または災害時等の非常時においてより多くの被供給者に水素の供給を行なうことができる。

実施の形態１に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。 通常時と災害時におけるモード切替制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態５のエネルギー供給装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 自然エネルギー発電装置の構成例であるコンテナの側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すエネルギーシステム１は、エネルギー供給装置２と燃料電池３と負荷４とによって構成される。

エネルギー供給装置２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１０と、発電装置１０から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置３０とを備える。

発電装置１０は、自然エネルギー発電装置１１と、自然エネルギー発電装置１１で生成した電力を蓄える蓄電池１６と、インバータ１８とを含む。水素製造装置２０は、自然エネルギー発電装置で生成した電力で水素を生成する水素生成装置２１と、水素生成装置２１で生成された水素を圧縮する水素圧縮装置２２と、水素圧縮装置２２で圧縮された水素を貯蔵する水素貯蔵装置２３とを含む。水素生成装置２１は、たとえば水を電気分解することにより水素を発生することができる。また、エネルギー供給装置２は、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を必ずしも含んでいなくても良い。水素生成装置２１は、図１の破線矢印に示すように、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を介さずに燃料電池３などに水素を直接供給しても良い。

発電装置１０は、インバータ１８から水素製造装置２０と負荷４とに電力を供給するように構成されている。

（通常時の動作）
水素の製造貯蔵に必要な電力量ＰＨは、水素生成装置２１が水素の生成に必要な電力量Ｐ１と、水素圧縮装置２２が水素の圧縮に必要な電力量Ｐ２と、水素貯蔵装置２３が水素の貯蔵に必要な電力量Ｐ３との合計である。すなわち、水素の製造貯蔵に必要な電力量ＰＨ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３である。水素製造装置２０の規模により、電力量ＰＨは変動する。

自然エネルギー発電装置１１で発電しなければならない発電量Ｐは、これに負荷４において使用する電力量ＰＬを加えた電力量である。つまり、Ｐ＝ＰＨ＋ＰＬである。

発電量Ｐに合わせ、自然エネルギー発電装置１１は、太陽光発電、風力発電、水力発電のいずれか１つで構成するか、またはこれらのうち複数を組み合わせて構成する。

自然エネルギー発電装置１１は、発電量が不安定である。このため、自然エネルギー発電装置１１を水素製造装置２０に直接接続した場合、水素製造装置２０の動作が断続的となり、装置の故障などを引き起こす可能性がある。そのため、電力を安定的に供給するため、蓄電池１６に蓄えた電力を用いる。

エネルギー供給装置２で生成、貯蔵した水素は、据え置き型または移動型の燃料電池３へ供給され、燃料電池３が発電した電力が負荷４へ供給される。移動型の燃料電池３および負荷４の例としては、燃料電池車が挙げられる。

蓄電池１６は自然放電により時間経過とともに蓄電量が減少してしまう。一方、水素は密閉状態において自然放出することはないため、長期間貯蔵しても貯蔵量は減少しない。よって、水素は季節や年をまたぐような長期の電力貯蔵も可能である。

また、蓄電池は環境温度や電極板の腐食等により時間経過とともに蓄電量が低下するが、水素は密閉状態において貯蔵量は減少しない。したがって、水素をボンベ等の水素貯蔵装置２３に貯蔵することにより、エネルギーを長期間保管することができる。この場合、必要に応じて水素を用いて燃料電池で発電することができる。

また、エネルギー供給装置２から燃料電池による発電装置や燃料電池車へ水素を供給するために必要な電力は自然エネルギー発電装置１１で賄うことができる。

負荷が一般的な電気機器の場合、インバータ１８から電力を供給する一方、水素製造装置２０にも電力供給を行ない、水素の生成、貯蔵を行なうようにしてもよい。

水素製造装置２０が消費する電力ＰＨは予測可能であるため、蓄電池１６の容量から稼働時間を予測できるが、負荷４の電力量ＰＬは接続する装置によって異なるため、蓄電池１６の容量の監視が必要である。供給制御装置３０は、蓄電池１６の残存容量に第１の規定値Ｅ１を設け、その値を下回った段階で水素製造装置２０を停止させる。

一般的な電気機器の負荷４に電力を供給する場合についても、供給制御装置３０は、蓄電池１６の残存容量が第２の規定値Ｅ２を下回った段階で負荷４への電力供給を停止する。

その後、自然エネルギー発電装置１１による発電で蓄電池１６が充電され始めた場合、供給制御装置３０は、蓄電池１６の残存容量が第１の規定値Ｅ１を越えるまでは水素製造装置２０、および一般的な電気機器の負荷４への電力供給の停止を続ける。

（災害等発生時等の動作）
供給制御装置３０は、動作モードとして第１のモードと第２のモードとを切替え可能に構成される。供給制御装置３０は、第２のモードにおいては、第１のモードよりも、１回あたりの水素の供給量を制限するように構成される。

供給制御装置３０は、第１のモードにおいては、被供給者に指定された供給水素量に従う量の水素を供給し、第２のモードにおいては、予め定められた量を１回あたりの供給量の上限値として、水素を供給するように構成される。

供給制御装置３０は、水素の供給に加え、発電装置１０で発電した電力の供給を制御することが可能に構成される。供給制御装置３０は、第２のモードにおいては、第１のモードよりも、１回あたりの電力の供給量を制限するように構成される。

供給制御装置３０は、通常時に第１のモードを選択し、災害発生時に第２のモードを選択するように構成される。なお、通常時に第１のモードを選択し、自然エネルギーによる発電が不足する場合に第２のモードを選択してもよい。

供給制御装置３０は、第１のモードにおいては、被供給者に指定された指定電力量に従う量の電力を供給し、第２のモードにおいては、予め定められた電力量を１回あたりの供給電力量の上限値として、電力を供給するように構成される。

図２は、通常時と災害時におけるモード切替制御を説明するためのフローチャートである。まずステップＳ１において、供給制御装置３０は、災害が発生したか否かまたは自然エネルギーによる発電量が不足していないかを判断する。たとえば、使用者もしくは管理者が、操作部を直接操作して供給制御装置３０に災害発生または発電量不足を示す入力信号を与えたり、または携帯電話やインターネット回線等を介して供給制御装置３０に災害発生を示す入力信号を与えたりすることによって、災害の発生または発電量不足を判断することができる。または、地震を想定し振動センサを搭載することで、直接または遠隔操作を行なわずとも、所定の振動を振動センサによって感知することによって、災害が発生したことを供給制御装置３０が自動的に判断しても良い。

災害が発生していないまたは発電量が不足しないと判断された場合（Ｓ１でＮＯ）、供給制御装置３０は、ステップＳ２において、動作モードを第１モードに設定する。第１モードでは、供給制御装置３０は、ステップＳ３において、供給水素量の上限値をＨ１に設定する。上限値Ｈ１は、たとえば、水素貯蔵装置２３に貯蔵されている水素量または水素ガスの圧力などに基づいて決定される。さらに、供給制御装置３０は、ステップＳ４において、供給電力量の上限値をＷ１に設定する。上限値Ｗ１は、たとえば、蓄電池１６に充電された電力の残存容量などに基づいて決定される。そして、供給制御装置３０は、ステップＳ５において、ステップＳ３またはステップＳ４で設定した上限値を超えない範囲で水素または電力を燃料電池３または負荷４に供給する。なお、自然エネルギーによって水素の貯蔵量または蓄電池の残存容量が増加することもあるので、第１モードに設定された場合でも水素または電力の供給の要求があるごとに上限値Ｈ１，Ｗ１を更新するようにしても良い。

一方で、災害が発生した、または発電量が不足すると判断された場合（Ｓ１でＹＥＳ）、供給制御装置３０は、ステップＳ６において、動作モードを第２モードに設定する。第２モードでは、供給制御装置３０は、ステップＳ７において、１回あたりの供給水素量の上限値をＨ２に設定する。上限値Ｈ２は、ステップＳ３で決定される上限値Ｈ１よりも小さい値であり、これにより、水素貯蔵装置２３に貯蔵されている水素をより多くの被供給者に供給できる。さらに、供給制御装置３０は、ステップＳ８において、供給電力量の上限値をＷ２に設定する。上限値Ｈ２は、ステップＳ３で決定される上限値Ｈ１よりも小さい値であり、これにより、蓄電池１６に充電された電力をより多くの被供給者に供給できる。そして、供給制御装置３０は、ステップＳ９において、ステップＳ７またはステップＳ８で設定した上限値を超えない範囲で水素または電力を燃料電池３または負荷４に供給する。

このように、災害発生時等に選択される第２のモードでは、１回あたりの供給水素量の上限値および１回あたりの供給電力量の上限値が定められており、これらの上限値は、通常時に選択される第１モードでの上限値よりも制限されている。このため、災害発生時等には、多くの被供給者にエネルギーを供給することができる。

以上説明したように、実施の形態１のエネルギー供給装置によれば、自然エネルギーを利用して、発電を行ない、得たエネルギーを電力および水素の形で蓄積することができる。水素で貯蔵することによりエネルギーを長期に損失少なく貯蔵することが可能である。さらに実施の形態１のエネルギー供給装置によれば、災害時には、蓄積した電気エネルギーまたは水素を多くの被供給者に配分することができる。

［実施の形態２］
図３は、実施の形態２に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。図３では、自然エネルギー発電装置１１の詳細な構成例が示されている。なお、モードの切替え制御については図２と同様であるので説明は繰り返さない。

図３に示すエネルギーシステム１０１は、エネルギー供給装置１０２と燃料電池３と負荷４とによって構成される。

エネルギー供給装置１０２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１１０と、発電装置１１０から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置３０とを備える。

水素製造装置２０と供給制御装置３０については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

発電装置１１０は、自然エネルギー発電装置１１と、蓄電池１６と、インバータ１８とを含む。

図３に示すように、自然エネルギー発電装置１１は、太陽電池モジュール１１１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１２とを含む。自然エネルギー発電装置１１は、さらに、風力発電機１１３と、ＡＣ－ＤＣコンバータ１１４とを含む。自然エネルギー発電装置１１は、さらに、発電制御装置１１９を含む。

太陽電池モジュール１１１は、複数の太陽電池モジュールを含んでいても良い。発電制御装置１１９は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行なうコントローラを含んで構成される。

風力発電機１１３は、風を受けて回転する翼と発電機とを含む。発電制御装置１１９は、風力発電機１１３の制御を行なうコントローラをさらに含んで構成される。

蓄電池１６には、動作時に水素が発生せず、圧縮試験や釘差し試験でも発火しないリン酸鉄リチウムイオン蓄電池、チタン酸リチウムイオン蓄電池等を用いることができる。

実施の形態２のエネルギー供給装置は、自然エネルギーとして太陽光、または風力を用いて発電を行ない、得たエネルギーを電力および水素の形で蓄積することができる。また、災害時には、蓄積した電気エネルギーまたは水素を多くの被供給者に配分することができる。

また、太陽光発電装置や風力発電装置等の自然エネルギー発電装置１１と水素製造装置２０とをコンテナなどの１つの筐体に取り付け、移動させることができるようにしても良い。

なお、移動中は筐体の天井部分に太陽電池モジュールを配置して使用することが想定されるが、エネルギー供給装置１０２を固定している場合には、多くの太陽電池モジュールを野立て架台にて設置することにより、電力量Ｐを多く確保できる。

このことにより、固定地点での水素供給および電力供給のみならず、移動中や所望の移動地点での水素供給および電力供給が可能となる。

また、エネルギー供給装置１０２は、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を必ずしも含んでいなくても良い。水素生成装置２１は、図３の破線矢印に示すように、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を介さずに燃料電池３などに水素を直接供給しても良い。

［実施の形態３］
図４は、実施の形態３に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。図４では、燃料電池車のような燃料電池を含む負荷ではなく、一般的な電気負荷を主に接続する構成を説明する。なお、モードの切替え制御については図２と同様であるので説明は繰り返さない。

図４に示すエネルギーシステム２０１は、エネルギー供給装置２０２と負荷４とによって構成される。

エネルギー供給装置２０２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１１０と、発電装置１１０から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置２０と、燃料電池２０３と、電気エネルギーを負荷４に供給する供給制御装置２３０とを備える。

水素製造装置２０と発電装置１１０については、実施の形態２と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

供給制御装置２３０は、負荷４が接続されていない場合および負荷４の消費電力が自然エネルギー発電装置１１の発電量よりも小さい場合には、余剰の電力を水素製造装置２０に供給し水素としてエネルギーを貯蔵する。

一方、供給制御装置２３０は、負荷４の消費電力が自然エネルギー発電装置１１の発電量よりも大きい場合には、不足する電力を蓄電池１６から補って、負荷４に供給する。この場合に、蓄電池１６の残存容量が既定値より小さくなった場合には、燃料電池２０３を稼働させて水素貯蔵装置２３に蓄積されていた水素を電気エネルギーに変換する。

実施の形態３のエネルギー供給装置２０２は、燃料電池２０３を搭載する。したがって、実施の形態１および２のエネルギー供給装置が奏する効果に加えて、貯蔵した水素を使用して外部に電力を供給することが可能となるため、非常用の電源としての利便性が増す。

なお、エネルギー供給装置２０２は、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を必ずしも含んでいなくても良い。水素生成装置２１は、図４の破線矢印に示すように、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を介さずに燃料電池２０３などに水素を直接供給しても良い。

［実施の形態４］
図５は、実施の形態４に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。図５に示すエネルギーシステム３０１は、エネルギー供給装置３０２と燃料電池３と負荷４とによって構成される。なお、モードの切替え制御については図２と同様であるので説明は繰り返さない。

エネルギー供給装置３０２は、自然エネルギーによって発電する発電装置３１０と、発電装置３１０から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置３３０とを備える。

水素製造装置２０については、実施の形態１～３と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

発電装置３１０は、太陽電池モジュール１１１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１２と、風力発電機１１３と、ＡＣ－ＤＣコンバータ１１４と、発電制御装置３１９と、蓄電池３１５，３１６と、インバータ３１３，３１８とを含む。発電制御装置３１９は、ＭＰＰＴ制御を行なう太陽電池コントローラと風力発電機１１３の制御を行なうコントローラとを含む。

水素製造装置２０が水素を生成し、燃料電池へ水素の供給を開始するまでには、各装置（水素生成、圧縮、貯蔵）の起動時間、および水素生成工程で生産された水素が圧縮行程、貯蔵工程を段階的に移動する移動時間等の時間を要する。一方、インバータ３１３の電源スイッチをＯＮすればインバータ３１３から負荷４への給電は直ちに開始できる。したがって、当初はインバータ３１３から負荷４に給電を開始し、その後燃料電池３から負荷４に給電をするようにすれば、負荷４へ早期に給電を開始することができる。

したがって、図５に示すように、蓄電池を２系統以上用意することにより、負荷４への電力供給停止時間を短くすることができる。

水素製造装置２０に電力を供給するための蓄電池３１６と一般的な電気装置の負荷４へ電力を供給するための蓄電池３１５とを分離し、供給制御装置３３０がそれぞれの蓄電池の容量を監視しながら、自然エネルギー発電装置で発電した電力を残容量が少ない蓄電池へ流し、蓄電を行ないながら各負荷への電力供給を行なう。

なお、エネルギー供給装置３０２は、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を必ずしも含んでいなくても良い。水素生成装置２１は、図３の破線矢印に示すように、水素圧縮装置２２や水素貯蔵装置２３を介さずに燃料電池３などに水素を直接供給しても良い。

［実施の形態５］
図６は、実施の形態５に係るエネルギー供給装置の構成を示すブロック図である。

図６に示すエネルギーシステム４０１は、エネルギー供給装置４０２と燃料電池３と負荷４とによって構成される。

エネルギー供給装置４０２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１１０と、発電装置１１０から電力を受け水素を製造および貯蔵する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置４３０と、電力センサ４２１と、容量センサ４２２と、課金用制御スイッチ４２３と、課金用制御弁４２４とを備える。

水素製造装置２０と発電装置１１０とについては、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

エネルギー供給装置４０２は、平常時は水素を燃料電池等に供給するが、所有者以外に水素を供給する場合は、供給制御装置４３０が水素の貯蔵量を監視して供給可能な量を設定し、単位量を基本として販売する。

また、イベント等で移動して水素を供給する場合も同様に、単位量を基本として販売することができる。

蓄電池１１６からの電力供給の場合も同様に、供給制御装置４３０が蓄電池１１６の残容量を監視して、供給可能な量を設定し、電力量を基本として販売する。

一方、被災時には、供給制御装置４３０は、動作モードを変更し、水素の貯蔵量を監視して供給可能な量を設定して１回あたりの供給制限を行なう。また、蓄電池１１６からの電力供給の場合も同様に、供給制御装置４３０は蓄電池１１６の残容量を監視して１回あたりの供給制限を行なう。

平常時、課金が確認された後、課金用制御弁４２４が開放され、燃料電池３に所定の水素が供給される。その結果、負荷４に電力が供給され、電気機器が稼働する。この時、課金用制御スイッチ４２３は、ＯＦＦであり、インバータ１１８から負荷４に電気は送らない。一方、自然災害等の異常事態が発生した場合、以下の処理が行なわれる。

図７は、実施の形態５のエネルギー供給装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

まずステップＳ１１において、供給制御装置４３０は、災害が発生したかまたは発電量不足したか否かを判断する。たとえば、使用者もしくは管理者が、操作部を直接操作して供給制御装置４３０に災害発生または発電量不足を示す入力信号を与えたり、または携帯電話やインターネット回線等を介して供給制御装置４３０に災害発生を示す入力信号を与えたりすることによって、災害の発生または発電量不足を判断することができる。または、地震を想定し振動センサを搭載することで、直接または遠隔操作を行なわずとも、所定の振動を振動センサによって感知することによって、災害が発生したことを供給制御装置４３０が自動的に判断しても良い。

災害が発生していないまたは発電量が不足しないと判断された場合（Ｓ１１でＮＯ）、供給制御装置４３０は、ステップＳ１２において、課金用制御スイッチ４２３をオフし、課金用制御弁４２４を開放する。そして、ステップＳ１３において、供給制御装置４３０は燃料電池３に水素を供給する。これにより、通常時には、燃料電池３から電気が負荷４に供給される。

一方、災害が発生したまたは発電量が不足すると判断された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、供給制御装置４３０は、ステップＳ１４において、課金用制御スイッチ４２３をＯＮし、負荷４に電力を供給する。この時、水素貯蔵装置内の水素を無駄に消費させないため課金用制御弁４２４は閉止状態として、燃料電池３への水素供給は行なわない。これにより、水素貯蔵装置２３に貯蔵されている水素よりも先に蓄電池の電気が負荷４に供給される（Ｓ１５）。

続いて、ステップＳ１６において、供給制御装置４３０は、電力センサ４２１にて蓄電池１１６の残量を計測し、蓄電池１１６の残量が既定値以下であるか否かを判断する。残量が既定値以下でない場合には（Ｓ１６でＮＯ）、ステップＳ１５の処理が再度実行される。一方、蓄電池１１６の残量が既定値以下になったら（Ｓ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７において供給制御装置４３０は課金用制御スイッチ４２３をオフにし、インバータ１１８から負荷４への電力供給を停止するとともに、課金用制御弁４２４を開放し、水素貯蔵装置２３内に蓄えられた水素を燃料電池３に供給する。これにより、ステップＳ１８において、燃料電池３で発電された電力によって負荷４が駆動される。

この場合に、ステップＳ１９では水素貯蔵装置の容量センサによって水素の残量が検出されている。そして供給制御装置４３０は、水素残量が既定値以下であるか否かを判断する。

水素残量が既定値より多い場合には（Ｓ１９でＮＯ）ステップＳ１８に処理が戻り水素の供給が継続される。一方で、水素残量が既定値以下となった場合には（Ｓ１９でＹＥＳ）、ステップＳ２０において供給制御装置４３０は課金用制御弁４２４を閉止し、燃料電池３への水素供給を停止する。

なお、インバータ１１８と水素製造装置２０との間に図示しない制御スイッチを設け、かつ、災害発生時は供給制御装置４３０によって制御スイッチをオフすることによりインバータ１１８から水素製造装置２０への電力供給を停止してもよい。その理由は、水素製造装置２０を経由し燃料電池３を稼働すると、各装置のエネルギー変換効率の影響を受け電力ロスが発生する。よって、被災時はインバータ１１８から負荷４へ電力供給することを優先する方が全体的なエネルギー効率が良いからである。

以上説明した処理を行なうことにより、蓄電池１１６、水素貯蔵装置２３の水素から電気を負荷４に供給することができる。

ステップＳ２０において、一旦課金用制御弁を閉止し、かつ課金用制御スイッチをオフした場合であっても、自然エネルギーにより発電し蓄電池１１６に所定容量以上の電気が蓄えられたら、図７のステップＳ１１からの処理を繰り返すことで負荷４に電力が供給される。

実施の形態５のエネルギー供給装置４０２によれば、水素や電力の供給に対して必要に応じて課金できるように構成することによって、所有者によるメンテナンスコストの一部を応分の負担として利用者に対して求めることが可能となる。

［自然エネルギー発電装置の構成例］
以下に、自然エネルギー発電装置の構成例を説明する。実施の形態１～５のいずれにも適用可能であるが、以下では、実施の形態２の図３と共通する符号を付して説明することとする。

図８は、自然エネルギー発電装置１１の構成例であるコンテナ５１０の側面図である。

エネルギー供給装置１０２は、少なくとも図３に示すような水素製造装置２０および自然エネルギー発電装置１１を含む。水素製造装置２０は、コンテナ５１０の内部に配置される。

水素製造装置２０および自然エネルギー発電装置１１は、コンテナ５１０に収容可能に構成されており、搬送車により、任意の場所まで搬送可能である。

コンテナ５１０の側面には、観音開き形式の扉５１０Ａ，５１０Ｂが設けられている。図８では、コンテナ５１０の側面に設けられた扉５１０Ａおよび扉５１０Ｂが開放された状態が示されている。

コンテナ５１０の上面の中央部には、太陽電池モジュール１１１を含む太陽光発電装置５７２が設けられる。太陽光発電装置５７２は、太陽電池モジュール１１１が太陽光を受けることに応じて発電する。太陽光発電装置５７２は、電気ケーブルにより水素製造装置２０と電気的に接続される。太陽光発電装置５７２で発電された電力は、電気ケーブルを介して、図３に示す蓄電池１６に供給されて蓄電される。

コンテナ５１０の側壁面の外側には、風車７３１および発電機７３２を含む風力発電機１１３が配置される。風力発電機１１３は、風車７３１が風を受けて回転することに応じて発電機７３２が発電する。風力発電機１１３は、電気ケーブルにより水素製造装置２０と電気的に接続される。風力発電機１１３で発電された電力は、電気ケーブルを介して、図３に示す蓄電池１６に供給されて蓄電される。風力発電機１１３は、必要に応じて、図示しない昇降装置により上下の位置を変更できるようにしても良い。たとえば、風力発電機１１３により発電をする場合は、風車７３１が風を受けて回転することができるように、風力発電機１１３が図８のように上昇した位置に配置し、一方、風力発電機１１３により発電をしない場合または搬送時には、昇降装置によりコンテナの高さよりも低い位置となるように風車７３１を下降させると良い。

図３には示されていないが、自然エネルギー発電装置１１は、図８に示すように水力発電装置５７４を含んでいても良い。コンテナ５１０の内部において、扉５１０Ｂの内部壁面には、水力発電装置５７４が保持されている。水力発電装置５７４は、基台７４３の下部に水車７４１が設けられ、基台７４３の内部に発電機７４２が設けられる。発電機７４２は、水車７４１が回転することに基づいて発電する。水力発電装置５７４は、扉５１０Ｂの内部壁面から容易に取り外し可能に設けられる。

水力発電装置５７４は、扉５１０Ｂの内部壁面から取り外され、水車７４１が任意の水路内の水流を受けることができるように、水路上に基台７４３が架設される。水力発電装置５７４は、水路内において、水車７４１が水流を受けて回転することに基づいて、発電機７４２が発電する。水力発電装置５７４は、電気ケーブルにより水素製造装置２０と電気的に接続される。水力発電装置５７４で発電された電力は、電気ケーブルを介して、図３に示す蓄電池１６に供給されて蓄電される。なお、水力発電装置５７４は、手押し式の台車または自走式の台車などの台車に載せてコンテナ５１０の内部に収納できるようにしてもよい。その場合、水力発電装置５７４は、コンテナ５１０の内部に収納された状態で目的地まで搬送され、目的地に到達した場合に、台車に載せてコンテナ５１０の内部から外部に引き出して、発電可能な場所に設置すればよい。

このような、太陽光発電装置５７２、風力発電機１１３、および、水力発電装置５７４は、自然エネルギー発電装置１１に含まれる。自然エネルギー発電装置１１は、太陽光発電装置５７２、風力発電機１１３、および、水力発電装置５７４の少なくともいずれかを用いて、太陽光、風力、および、水力のいずれかの自然エネルギーにより発電をすることが可能である。

図８のように、自然エネルギー発電装置１１は、複数種類の自然エネルギーを用いて発電することが可能であるので、電力の供給を受けることができない環境においても、可能な範囲で発電をすることができる。また、コンテナ上面に配置された太陽光発電装置５７２で発電する場合には、水素製造装置２０の搬送中においても自然エネルギーをより有効的に用いて発電することができ、蓄電池１６の蓄電量を安定して確保することができる。

（まとめ）
以上説明した実施の形態１～５について、再び図面を参照して総括する。

図１に示すエネルギー供給装置２は、自然エネルギーによって発電する発電装置１０と、発電装置１０から電力を受け、少なくとも水素を製造する水素製造装置２０と、水素製造装置２０で製造した水素を供給する供給制御装置３０とを備える。前記供給制御装置３０は、発電装置１０の発電状況または水素の供給先の需給状況により水素製造装置２０による水素の供給を制御する。

好ましくは、供給制御装置３０は、動作モードとして第１のモードと第２のモードとを切替え可能に構成される。供給制御装置３０は、第２のモードにおいては、第１のモードよりも、１回あたりの水素の供給量を制限するように構成される。

より好ましくは、第１のモードは、通常時に選択され、第２のモードは、災害発生時に選択される。

より好ましくは、第１のモードは、通常時に選択され、第２のモードは、発電装置１０の発電量がしきい値よりも低い場合に選択される。

より好ましくは、供給制御装置３０は、水素の供給に加え、発電装置１０で発電した電力の供給を制御することが可能に構成される。供給制御装置３０は、第２のモードにおいては、第１のモードよりも、１回あたりの電力の供給量を制限するように構成される。

発電装置１０は、自然エネルギー発電装置１１と、自然エネルギー発電装置１１で生成した電力を蓄える蓄電池１６とを含む。これにより、自然エネルギー発電装置１１の不安定な発電を、蓄電池１６をバッファとして用いることで安定化し、継続的な水素の生成を行なうことができる。

水素製造装置２０は、少なくとも、自然エネルギー発電装置で生成した電力で水素を生成する水素生成装置２１を含む。なお、水素製造装置２０は、水素生成装置２１で生成された水素を圧縮する水素圧縮装置２２と、水素圧縮装置２２で圧縮された水素を貯蔵する水素貯蔵装置２３とをさらに含んでもよい。供給制御装置３０は、第１のモードにおいては、被供給者に指定された供給水素量に従う量の水素を供給し、第２のモードにおいては、予め定められた量を１回あたりの供給量の上限値として、水素を供給するように構成される。

また、蓄電池の容量や水素の貯蔵量を監視しながら供給量を調整することにより、エネルギー供給装置をより長時間稼働させ、エネルギー源として有効に使えるようにすることができる。

より好ましくは、図３に示すように、自然エネルギー発電装置１１は、太陽電池モジュール１１１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１２とを含む。

より好ましくは、図３に示すように、自然エネルギー発電装置１１は、風力発電機１１３と、ＡＣ－ＤＣコンバータ１１４とを含む。

より好ましくは、供給制御装置３０は、第１のモードにおいては、被供給者に指定された指定電力量に従う量の電力を供給し、第２のモードにおいては、予め定められた電力量を１回あたりの供給電力量の上限値として、電力を供給するように構成される。

より好ましくは、供給制御装置３０は、通常時に第１のモードを選択し、災害発生時に第２のモードを選択するように構成される。

以上のように構成したエネルギー供給装置によれば、自然エネルギー発電装置により水素の生成、圧縮、貯蔵を行ない、燃料電池等への水素の供給と、蓄電池およびインバータからの電力の供給を両立させたエネルギー源を提供することができる。

なお、図８に示すように、自然エネルギー発電装置と水素製造装置とを１つのコンテナ５１０などの筐体に収めて移動できるようにし、様々な状況下においても最低限のエネルギー源として活動できるようにしても良い。そのような筐体は、自然エネルギー発電装置と水素製造装置とを収容した状態で移動可能な強度を有するように構成される。

また、図３～図６に示した構成では、自然エネルギーとして太陽光および風力を使用する構成を例示したが、自然エネルギーとして水力を使用する水力発電装置５７４を搭載しても良い。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１０１，２０１，３０１，４０１ エネルギーシステム、２，１０２，２０２，３０２，４０２ エネルギー供給装置、３，２０３ 燃料電池、４ 負荷、１０，１１０，３１０ 発電装置、１１ 自然エネルギー発電装置、１６，１１６，３１５，３１６ 蓄電池、１８，１１８，３１３，３１８ インバータ、２０ 水素製造装置、２１ 水素生成装置、２２ 水素圧縮装置、２３ 水素貯蔵装置、３０，２３０，３３０，４３０ 供給制御装置、１１１ 太陽電池モジュール、１１２，１１４ コンバータ、１１３ 風力発電機、１１９，３１９ 発電制御装置、４２１ 電力センサ、４２２ 容量センサ、４２３ 課金用制御スイッチ、４２４ 課金用制御弁、５１０ コンテナ、５１０Ａ，５１０Ｂ 扉、５７２ 太陽光発電装置、５７４ 水力発電装置、７３１ 風車、７３２，７４２ 発電機、７４１ 水車、７４３ 基台。

Claims (12)

1. 自然エネルギーによって発電する発電装置と、
   前記発電装置から電力を受け、少なくとも水素を製造する水素製造装置と、
   前記水素製造装置で製造した水素を供給する供給制御装置とを備え、
   前記供給制御装置は、前記発電装置の発電状況または水素の供給先の需給状況により前記水素製造装置による水素の供給を制御する、エネルギー供給装置。
2. 前記供給制御装置は、動作モードとして第１のモードと第２のモードとを切替え可能に構成され、前記第２のモードにおいては、前記第１のモードよりも、１回あたりの水素の供給量を制限するように構成される、請求項１に記載のエネルギー供給装置。
3. 前記第１のモードは、通常時に選択され、
   前記第２のモードは、災害発生時に選択される、請求項２に記載のエネルギー供給装置。
4. 前記第１のモードは、通常時に選択され、
   前記第２のモードは、前記発電装置の発電量がしきい値よりも低い場合に選択される、請求項２に記載のエネルギー供給装置。
5. 前記供給制御装置は、水素の供給に加え、前記発電装置で発電した電力の供給を制御することが可能に構成され、
   前記供給制御装置は、前記第２のモードにおいては、前記第１のモードよりも、１回あたりの電力の供給量を制限するように構成される、請求項２に記載のエネルギー供給装置。
6. 前記発電装置は、
   自然エネルギー発電装置と、
   前記自然エネルギー発電装置で生成した電力を蓄える蓄電装置とを含み、
   前記水素製造装置は、少なくとも、前記自然エネルギー発電装置で生成した電力で水素を生成する水素生成装置を含み、
   前記供給制御装置は、前記第１のモードにおいては、被供給者に指定された供給水素量に従う量の水素を供給し、前記第２のモードにおいては、予め定められた量を１回あたりの供給量の上限値として、水素を供給するように構成される、請求項２に記載のエネルギー供給装置。
7. 前記自然エネルギー発電装置は、太陽電池モジュールと、太陽光発電コントローラと、ＤＣ－ＤＣコンバータとを含む、請求項６に記載のエネルギー供給装置。
8. 前記自然エネルギー発電装置は、風力発電機と、風力発電コントローラと、ＡＣ－ＤＣコンバータとを含む、請求項６または７に記載のエネルギー供給装置。
9. 前記供給制御装置は、前記第１のモードにおいては、被供給者に指定された指定電力量に従う量の電力を供給し、前記第２のモードにおいては、予め定められた電力量を１回あたりの供給電力量の上限値として、電力を供給するように構成される、請求項６～８のいずれか１項に記載のエネルギー供給装置。
10. 前記供給制御装置は、通常時に前記第１のモードを選択し、災害発生時に前記第２のモードを選択するように構成される、請求項６～９のいずれか１項に記載のエネルギー供給装置。
11. 前記供給制御装置は、前記蓄電装置の残存容量が第１の規定値より小さい場合には前記水素生成装置を停止させ、前記蓄電装置の残存容量が前記第１の規定値より小さい第２の既定値よりも小さい場合には前記水素生成装置を停止させ、かつ前記水素生成装置以外への電力の供給を停止する、請求項６～９のいずれか１項に記載のエネルギー供給装置。
12. 前記発電装置と前記自然エネルギー発電装置とを収容する筐体をさらに備え、前記筐体は移動可能な強度を有するように構成される、請求項６～１１のいずれか１項に記載のエネルギー供給装置。

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