JPH06276701A - 電力貯蔵装置 - Google Patents

電力貯蔵装置

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JPH06276701A
JPH06276701A JP5061820A JP6182093A JPH06276701A JP H06276701 A JPH06276701 A JP H06276701A JP 5061820 A JP5061820 A JP 5061820A JP 6182093 A JP6182093 A JP 6182093A JP H06276701 A JPH06276701 A JP H06276701A
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hydrogen
oxygen
electric power
electrolysis
power
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JP5061820A
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Yasuhei Kikuoka
泰平 菊岡
Mitsuo Ueda
三男 上田
Keiichi Kugimiya
啓一 釘宮
Masakazu Yoshino
昌和 吉野
Tomoyoshi Maruyama
智義 丸山
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Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 クリーンなピーク電力対応設備として水素を
媒体とし原子力プラントの熱利用により電力貯蔵効率を
高めた電力貯蔵装置を提供する。 【構成】 1は水を電気分解して水素と酸素を発生さ
せ、かつ、この水素と酸素を反応させて発電を行なうリ
バーシブル形固体酸化物電解セルである。この電解セル
1は、原子力プラント10の余剰電力を使って水蒸気を
電気分解して水素と酸素を発生し、水素タンク2と酸素
タンク4へ貯蔵する。この水素タンク2と酸素タンク4
からの水素と酸素は必要に応じて取り出され燃料電池と
して働くリバーシブル形固体酸化物電解セル1へ供給さ
れ電気を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、夜間余剰電力等の電力
を効果的に貯蔵するようにした電力貯蔵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力消費が昼と夜で著しく異るために、
夜間に余った電力を貯蔵し昼のピーク負荷時に放電(発
電)する電力貯蔵装置として揚水発電所がある。揚水発
電所では夜間の余剰電力を利用してポンプで下方のダム
から上方のダムへ水を汲みあげ、日中は水車発電機によ
り発電する。揚水発電所は、山間部にダムを築いてつく
られる。このため立地に制限があり、かつ建設期間も長
いため増大する一方の昼と夜の電力消費量格差への対応
が迅速でない。このため、昼間のピーク電力対応は石油
火力発電所等の運転に頼ることになるが、石油火力発電
所は、地球温暖化の原因となる炭酸ガスを排出する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ダムの建設
などの立地上の制約を受けず、かつ、地球環境保全上問
題となる炭酸ガスを排出することなしに電力を貯蔵する
ことのできる装置を提供することを課題としている。ま
た、本発明は、既設の原子力プラントを有効に活用して
効率の高い電力貯蔵装置を提供することをも課題として
いる。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明による電力貯蔵装置では固体酸化物電解質を
有し水蒸気電解セルと燃料電池を兼用する電解兼発電手
段と、該電解兼発電手段によって発生又は消費する水素
及び酸素をそれぞれ貯蔵する手段とを原子力プラントに
隣接し、前記電解兼発電手段は該原子力プラントの熱に
より加熱した水蒸気を該プラントの電力により電解して
水素と酸素を製造し前記水素と酸素をそれぞれ貯蔵する
手段に貯蔵し、該水素及び酸素を用いて再び電力を取り
出し前記原子力プラントへ送電するようにした構成を採
用する。
【0005】
【作用】本発明では電解兼発電手段に供給された水蒸気
が余剰電力を利用して電気分解されて酸素と水素を発生
し、これらを貯蔵する手段に貯蔵される。発電時には、
酸素、水素の各貯蔵手段から酸素と水素を電解兼発電手
段に供給し、該電解兼発電手段を燃料電池として作用さ
せて酸素と水素を反応させて水蒸気を発生し、その際に
電流を発生させる。
【0006】なお、この発電時の燃料電池の排熱により
水蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動して電力を得れ
ば、発電効率が高められる。電解兼発電手段による水蒸
気電解時に、供給される水蒸気は電解時に生成した水
素、酸素の熱エネルギで加熱されるが、不足する熱エネ
ルギは、原子力プラントの2次系蒸気等を熱源として補
給する。従って不足する熱エネルギを電力として与える
必要がなく、電解時の電力消費が少なくなる。
【0007】
【実施例】以下、本発明による電力貯蔵装置を図示した
実施例に基づいて具体的に説明する。まず図1におい
て、1は水蒸気を電気分解して水素と酸素を発生させ、
かつ、水素と酸素を反応させて水蒸気にすることによっ
て発電を行なうリバーシブル形固体酸化物電解セル(以
下リバーシブル形SOE(Solid Oxide Electrolysis)電
解セルと称す)である。このリバーシブル形SOE電解
セルは電解質として安定化ジルコニアのような酸素イオ
ン導電体の板を用い、板の両面に白金等の多孔質性のア
ノード電極、カソード電極を取りつけ、これらの電極に
加圧水型原子力プラントの発生する交流電力がコンバー
タ11を介して接続されている。
【0008】リバーシブル形SOE電解セル1は水蒸気
の電気分解に当っては水蒸気電解セルとして作用し、一
方、前記したように水素と酸素の反応によって水蒸気を
発生させるときには、酸素イオンが電解質を透過するこ
とによって発電を行なう燃料電池として作用する。
【0009】3は水タンクで、この水タンク3からの水
は、ポンプ12A、再生熱交換器6A〜6D、熱交換器
7C,7B、補助ヒータ5を経て、リバーシブル形SO
E電解セル1のカソード電極側へ至るように接続され
る。2は水素タンクで、圧縮機13A、再生熱交換器6
A,6Bを経て、前記リバーシブル形SOE電解セルの
カソード電極側に接続される。4は酸素タンクで、圧縮
機13B、再生熱交換器6C,6Dを経て、リバーシブ
ル形SOE電解セル1のアノード電極側へ接続される。
【0010】前記リバーシブル形SOE電解セル1のカ
ソード側の水蒸気と水素のラインは、サーキュレータ1
4と熱交換器7Aを介して、接続される。熱交換器7C
は、加圧水型原子力プラント10の2次系蒸気の熱源が
中間熱交換器8を介して、熱エネルギを輸送できるよう
に接続される。熱交換器7Aおよび7Bの2次側には蒸
気タービン発電機9、コンデンサ16、ポンプ12Bか
らなる水蒸気閉サイクルが構成される。なお、図中15
A,15Bは、それぞれ、圧力調節弁である。
【0011】本実施例において電力貯蔵時の作用につい
て説明する。電力貯蔵は、リバーシブル形SOE電解セ
ル1において水蒸気を電気分解して水素と酸素を製造
し、水素の化学エネルギとして貯蔵することによってお
こなわれる。電気分解に使う水は、水タンク3からポン
プ12Aによって、まず再生熱交換器6B,6Dを通さ
れ、リバーシブル形SOE電解セル1における電解で生
成されて水素タンク2、酸素タンク4へそれぞれ戻る水
素および酸素によって加熱される。さらに熱交換器7C
に至り、ここで加圧水型原子力プラント10の2次系の
蒸気の熱を中間熱交換器8へ伝達された熱エネルギで電
解水が水蒸気へと加熱される。さらに再生熱交換器6
A,6Cを通って、電解セル1で製造された水素、酸素
で加熱され、補助ヒータ5で所定の温度に微調整され、
前記リバーシブル形SOE電解セル1のカソード側へ入
る。
【0012】リバーシブル形SOE電解セルで製造され
た水素は再生熱交換器6A,6Bを通るときに電解用水
蒸気、水に熱を伝え、自らは冷えて圧縮機13Aで加圧
されて水素タンク2へ貯蔵される。一方、製造された酸
素は、再生熱交換器6C,6Dを通るときに電解用水蒸
気、水に熱を伝え、自らは冷えて圧縮機13Bで加圧さ
れ酸素タンク4へ貯蔵される。
【0013】次に発電時の作用について説明する。水素
は水素タンク2から、圧力調節弁15Aを経て、再生熱
交換器6B,6Aを通るときに、発電によって製造され
た水蒸気、水で加熱され、リバーシブル形SOE電解セ
ル1のカソード側へ供給される。酸素は酸素タンク4か
ら圧力調節弁15Bを経て再生熱交換器6C,6Dを経
て加熱され、前記リバーシブル形SOE電解セル1のア
ノード側へ供給される。リバーシブル形SOE電解セル
1は燃料電池として作用して、水素と酸素は反応により
水蒸気となり電流が発生する。この電流はコンバータ部
11から逆に原子力プラント10へ送られる。
【0014】電解セル1が燃料電池として作用するとき
に、ほぼ電気出力に等しい排熱が発生する。この熱はサ
ーキュレータ14を駆動してリバーシブル形SOE電解
セル1に多量の水蒸気を再循環し、その循環ラインに設
置される熱交換器7Aと、水タンク3へ戻る水蒸気ライ
ンの熱交換器7Bから、蒸気タービン9およびコンデン
サ16などからなる閉水蒸気サイクル系へ伝熱する。こ
の閉水蒸気サイクル系では、高圧水蒸気を用いて蒸気タ
ービン9を駆動して、前記した燃料電池以外に電力を得
る。
【0015】このやり方は、電解時の電力を少なくする
とともに、発電効率が高められるので電力の貯蔵効率を
高める。前記実施例の電力貯蔵装置における電力貯蔵効
率の向上をさらに具体的に示すために、図2のシステム
例と比較する。図2は電解時に利用する熱源も、また発
電時の補助発電手段もない基本的なリバーシブル形SO
E電解セルによる電力貯蔵システムの例であり、必要な
熱はすべて電力で与える方式である。図2における符号
は図1の符号と対応して付してある。
【0016】図3と図4にそれぞれ図1と図2のシステ
ムのエネルギフローを示す。図2のシステムでは図4に
みられるように68.6ワットの電力を貯蔵して、再び
とり出せる電力は34.15ワットで、電力貯蔵効率は
49.8%である。これに対し、図1の本発明の実施例
の場合を示す図3では60.03ワットの電力貯蔵に対
し再びとり出せる電力は44.4ワットで電力貯蔵効率
は74%となる。以上、本発明を図示した実施例につい
て具体的に説明したが、本発明がこの実施例に限定され
ないことはいうまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上具体的に説明したように、本発明に
よる電力貯蔵装置は固体酸化物電解質を有し水蒸気電解
セルと燃料電池を兼用する電解兼発電手段と、該電解兼
発電手段によって発生又は消費する水素及び酸素をそれ
ぞれ貯蔵する手段とを原子力プラントに隣接し、前記電
解兼発電手段は該原子力プラントの熱により加熱した水
蒸気を該プラントの電力により電解して水素と酸素を製
造し前記水素及び酸素をそれぞれ貯蔵する手段に貯蔵
し、該水素と酸素を用いて再び電力を取り出し前記原子
力プラントへ送電するよう構成されているので、原子力
プラントから発生する電力と、熱エネルギを利用するこ
とによって、余剰電力等を利用して水蒸気を水素と酸素
に分解して貯蔵し、必要時にこの水素と酸素を反応させ
て発電効率の高い発電を行なうことができる。
【0018】特に、本発明においては、電力貯蔵装置を
原子力プラントに隣接することによって次の効果が達成
される。
【0019】(1)原子力プラントの熱を利用して、電
気分解する水蒸気を加熱することにより電力貯蔵効率が
高くなる。
【0020】(2)電力を再びとり出すときは、原子力
プラントの送電設備が利用できるので、揚水発電所のよ
うに受送電設備が不要となる。
【0021】(3)原子力プラントを電力需給に無関係
に常時定格運転することができ、稼働率向上と経済性向
上が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る電力貯蔵装置の系統
図。
【図2】本発明によらない水素利用電力貯蔵装置の基本
系統図。
【図3】図1に示す電力貯蔵装置におけるエネルギフロ
ーを示す線図。
【図4】図2に示す電力貯蔵装置におけるエネルギフロ
ーを示す線図。
【符号の説明】
1 リバーシブル形SOE電解セル 2 水素タンク 3 水タンク 4 酸素タンク 5 補助ヒータ 6 再生熱交換器 7 熱交換器 8 中間熱交換器 9 蒸気タービン 10 加圧水型原子力プラント 11 コンバータ 12 ポンプ 13 圧縮機 14 サーキュレータ 15 圧力調節弁 16 コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 釘宮 啓一 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 吉野 昌和 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 丸山 智義 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体酸化物電解質を有し水蒸気電解セル
    と燃料電池を兼用する電解兼発電手段と、該電解兼発電
    手段によって発生又は消費する水素及び酸素をそれぞれ
    貯蔵する手段とを原子力プラントに隣接し、前記電解兼
    発電手段は該原子力プラントの熱により加熱した水蒸気
    を該プラントの電力により電解して水素と酸素を製造し
    前記水素及び酸素をそれぞれ貯蔵する手段に貯蔵し、該
    水素と酸素を用いて再び電力を取り出し前記原子力プラ
    ントへ送電するよう構成されていることを特徴とする電
    力貯蔵装置。
JP5061820A 1993-03-22 1993-03-22 電力貯蔵装置 Pending JPH06276701A (ja)

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