WO2023022103A1 - 船舶によるエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法 - Google Patents

船舶によるエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法 Download PDF

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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention mainly relates to a system and method for transporting energy between land-based facilities on a sea route by a ship.
  • Patent Literature 1 discloses a wiring system in which power transmission lines are installed in a floating state between a plurality of offshore power generation facilities in order to lay power transmission lines regardless of the topography of the seabed.
  • Patent Document 2 in order to stably supply power generated offshore to the whole country, a ring-shaped power transportation network is provided that connects offshore power generation facilities so as to surround the land.
  • a power grid system is disclosed that provides transmission lines from the grid to land.
  • a power transmission cable is installed on the seabed or in the sea to transmit the electricity generated by the offshore power generation facility to the onshore receiving facility, and the electricity is transported by this transmission cable.
  • a conventional system requires time and cost to install and maintain power transmission cables, and has various problems as follows.
  • the power transmission cable is fixed to the seabed or in the sea, there is no option for the power transmission destination when using this power transmission cable.
  • power can always be transmitted directly only to a certain receiving facility.
  • it is necessary to always go through a land power system, which poses a problem of poor power transmission efficiency.
  • the main purpose of the present invention is to provide means for efficiently transporting energy sources such as electricity to arbitrary receiving facilities without depending on supply lines such as submarine power transmission cables.
  • the inventors of the present invention as a result of intensive studies on means for solving the problems of the prior art, found that energy transportation using a power transmission cable or the like can be achieved by transporting energy from a supply facility to a reception facility by sea using a ship. I got the knowledge that I can solve various problems I have. Based on the above findings, the inventor of the present invention conceived that the problems of the prior art can be solved, and completed the present invention. Specifically, the present invention has the following configurations or steps.
  • a first aspect of the present invention relates to an energy transportation system.
  • the system according to the invention basically consists of a transport vessel with holding means for an energy source, a supply facility arranged outside the transport vessel to supply the energy source to the holding means of the transport vessel, and a receiving facility located in the vessel and receiving an energy source supply from the carrier's holding means.
  • Energy sources in the present invention include, in addition to electricity, energy sources compatible with electricity.
  • energy sources include, in addition to electricity, hydrogen, heat, potential energy, kinetic energy, etc., which are compatible with electricity and can be retained for a period of time with realistic operational efficiencies.
  • the energy source supplied from the supply equipment to the transport ship and the energy source supplied from the transport ship to the receiving equipment need not necessarily be of the same type.
  • hydrogen may be supplied from the supply equipment to the transport ship, electricity may be generated from the hydrogen on the transport ship, and electricity may be supplied from the transport ship to the receiving equipment.
  • a "supply facility” is a facility capable of supplying a source of energy to a transport vessel.
  • the power supply equipment referred to here corresponds to a transformer or the like that is connected to a public power system and has a function of supplying power to a transport ship.
  • a "receiving facility” is a facility capable of receiving an energy source from a transport vessel, and includes land-based facilities as well as ships, vehicles, trains, aircraft, etc., that are driven by the energy source supplied from the transport vessel.
  • a substation or the like that transmits the electricity supplied from a transport ship to the public power system corresponds to the receiving facility here.
  • the transport ship may be supplied with an energy source from the power generation facility via a cable, or may be supplied with an energy source via a cable to the receiving facility.
  • the transport preferably further comprises a robot tot arm for suspending and holding the cable.
  • transporting energy from the supply facility to the reception facility by sea using a transport ship has the following advantages.
  • the present invention since it is not necessary to lay a power transmission cable between the supply facility and the reception facility as in the past, the initial investment for starting power transmission between these facilities can be suppressed. .
  • the present invention does not require a submarine power transmission cable, it is possible to minimize the impact on the natural environment in the sea or on the seabed.
  • the energy source is transported by a transport ship instead of a power transmission cable, so the destination of energy transport from the supply facility can be freely selected.
  • energy sources can be directly transported to areas with high power demand, commercial facilities, hospitals, public facilities, and the like.
  • the timing of the sale of power can be freely selected to some extent. For example, it is possible to increase the unit sales price of energy sources by having a transport ship sail to areas with high power demand during times of high power demand.
  • the holding means of the transport ship may be a storage battery (secondary battery).
  • the electricity obtained by the power generation equipment is transformed (voltage conversion and/or mutual conversion between direct current and alternating current) as necessary, and then supplied directly to the transport ship.
  • Storage batteries include liquid batteries and all-solid-state batteries that convert electrical energy into chemical energy and store it, as well as mechanical batteries such as flywheel batteries that convert electrical energy into physical energy such as rotational motion and store it. Batteries included. Compared to liquid batteries and the like, mechanical batteries have the advantage of being less susceptible to fires and explosions because their energy storage method is not chemical reactions, and their lifespan is longer than that of ordinary lithium batteries.
  • the holding means of the transport ship may be a hydrogen tank.
  • hydrogen gas is generated by a water electrolyzer or the like using the electricity obtained by the power generation equipment, and the obtained hydrogen gas is supplied to the hydrogen tank of the transport ship.
  • hydrogen gas is supplied from the transport ship to the receiving facility, and the receiving facility uses the hydrogen gas to generate power using a fuel cell or the like.
  • the water electrolysis device may be provided in the power generation facility, may be provided in the supply facility, or may be provided in the transport ship.
  • the fuel cell may be provided at the receiving facility or may be provided at the transport ship.
  • the energy transportation system further comprises a power generation facility that supplies an energy source to the supply facility. Transmission of power from the power generation facility to the supply facility takes place, for example, via a known power system.
  • a power generation facility facilities that generate power by known methods such as wind power generation, solar power generation, tidal power generation, geothermal power generation, hydraulic power generation, biomass power generation, thermal power generation, and nuclear power generation can be employed.
  • the power generation equipment includes various devices necessary for supplying an energy source to a transport ship, such as a power generation device, a transformer, a power transmission device, a power storage device, and an energy source conversion device.
  • the supply equipment and receiving equipment may be installed on land such as remote islands and coasts.
  • power generated by a land-based power generation facility is transmitted through a public power system to a supply facility installed on the coast, and the supply facility supplies power to a transport ship.
  • the transport ship then transports the power by sea to a receiving facility installed on the coast. In this way, electric power can be transported by a transport ship from the supply facility on land to the reception facility.
  • a second aspect of the present invention relates to an energy transport method.
  • the energy source is transported from a supply facility onboard the transportation vessel to a receiving facility onboard the transportation vessel by means of a transportation vessel equipped with means for holding the energy source.
  • a transportation method according to the present invention includes the steps of supplying an energy source from a supply facility to a transport vessel, transporting the energy source by the transport vessel, and supplying the energy source from the transport vessel to a receiving facility.
  • energy sources such as electricity can be efficiently transported to arbitrary receiving facilities without relying on supply lines such as power transmission cables.
  • FIG. 1 shows an overview of an energy transport system according to the invention, taking electrical transport as an example.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main components of a transport vessel.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a method of charging a transport vessel from a supply facility on land.
  • FIG. 4(a) schematically shows an example of a discharge method from a transport ship to a receiving facility on land.
  • FIG. 4(b) schematically shows an example of a discharge method from a transport ship to another ship.
  • Figure 5 schematically shows an example of how to remove a container from a transport vessel
  • FIG. 6 shows an example of a transmission scheme.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an application example of the energy transport system. In particular, FIG. 7 illustrates a method of transporting hydrogen by transport vessel in place of or in combination with electricity.
  • FIG. 1 shows an energy transportation system and an embodiment of the energy transportation system according to the present invention.
  • the transport vessel 10 transports electricity by sea from a coastal supply facility 20 to another coastal receiving facility 30 .
  • the supply facility 20 includes, for example, a transformer 21 and a power transmission cable 32 .
  • a transformer device 21 is connected to the power grid 200 via a power transmission cable 32 .
  • the substation device 21 converts, for example, the power received from the power system 200 from alternating current to direct current.
  • DC electricity is supplied from the transforming device 21 to the storage battery (energy source holding means) provided in the transport ship 10 through a cable for charging.
  • the supply of electricity to the transport ship 10 is preferably carried out at sea via cables.
  • the transport ship 10 whose storage battery has been charged sails toward a predetermined receiving facility 30 on the sea route.
  • the receiving facility 30 includes, for example, a substation device 31 and a power transmission cable 32 .
  • the DC electricity held by the storage battery is supplied to the transformer 31 through the cable for discharge.
  • the transformer 31 converts electricity from direct current to alternating current, and transmits the electricity to a public power system 200 including substations and the like.
  • the present invention basically transfers electrical energy from a shore supply facility 20 to another shore reception facility 30 and thus to the power system (transmission grid) by means of a transport vessel 10 equipped with an accumulator. transportation takes place.
  • a transport vessel 10 equipped with an accumulator can transport electrical energy from a shore supply facility 20 to another shore reception facility 30 and thus to the power system (transmission grid) by means of a transport vessel 10 equipped with an accumulator. transportation takes place.
  • the distance from the supply facility 20 to the reception facility 30 can be about 300 to 500 km.
  • FIG. 2 shows the main components of the transport ship 10.
  • the transport ship 10 is of a motor type powered by electricity.
  • the transport ship 10 may be of an internal combustion engine type using fossil fuel as a power source, or may be of a hybrid type using both a motor and an internal combustion engine.
  • transport vessel 10 may be hydrogen powered.
  • the transport ship 10 may be of a fuel cell type in which a motor is driven by electricity generated by a fuel cell, or may be powered by burning hydrogen in an internal combustion engine. It may be of a hydrogen engine type to obtain.
  • the transport ship 10 includes a container 10a and a hull 10b.
  • the container 10a is configured to be detachable from the hull 10b.
  • the hull 10b is configured so that it can sail independently even when the container 10a is removed.
  • the container 10a is an element for holding an energy source (specifically, electricity) to be transported from the supply facility 20 to the reception facility 30. Since the electricity stored in the container 10a is intended to be transported from the supply facility 20 to the reception facility 30, it is basically used as a power source for the transport ship 10 and equipment onboard during the transport. It is kept as it is without being consumed. However, as will be described later, in an emergency or the like, the electricity stored in the container 10a can be used as a power source for the transport ship 10 or the like.
  • an energy source specifically, electricity
  • the container 10a includes a charge/discharge port 11, a plurality of battery cells 12, and a battery control device 13.
  • the charging/discharging port 11 is an interface for charging and discharging each battery cell 12, into which a charging/discharging cable 40 (see FIG. 3) can be inserted.
  • the battery cell 12 is a storage battery mounted inside the container 10a.
  • the electric capacity that can be stored in the container 10a of the transport ship 10 can be adjusted according to the number of the battery cells 12 mounted. For example, depending on the size of the transport ship 10, the container 10a can secure an electric capacity of 200 to 6000 MWh.
  • the battery control device 13 is connected to each battery cell 12 and is a control circuit for controlling the charge amount/discharge amount and charging speed/discharging speed of each battery cell 12 .
  • the battery control device 13 has a CPU, a memory storing a control program, a communication device with an external server device, a sensor device for detecting the charging state of the battery cell 12, and the like mounted on a
  • the battery cells 12 may be detachable from the container 10a.
  • the container 10a itself may be non-detachably fixed to the hull 10b.
  • the battery control device 13 is mounted inside the container 10a, but instead of such a configuration, the battery control device 13 can be mounted on the hull 10b side.
  • the hull 10b of the transport ship 10 basically has the same configuration as a general motor-type ship using electricity as a power source. That is, the hull 10 b includes a drive battery 14 , an inverter 15 and a motor 16 .
  • the drive battery 14 holds electricity that is consumed as a power source for the transport ship 10 and internal equipment.
  • the inverter 15 controls or converts the electricity output from the drive battery 14 and supplies it to the motor 16 .
  • the motor 16 converts the electricity received from the inverter 15 into power. For example, the motor 16 obtains the propulsion force of the transport ship 10 by rotating a screw propeller through a shaft (not shown).
  • the hull 10b has the drive battery 14 separately from the battery cell 12 that stores electricity for transportation, so that the hull 10b can sail without consuming the electricity in the battery cell 12.
  • the driving battery 14 is electrically connected to the battery cells 12 via the battery control device 13 . Therefore, the electricity in the battery cell 12 can be supplied to the driving battery 14 in an emergency or the like. As a result, the transport ship 10 can also navigate using the electricity in the battery cells 12 as a power source.
  • the transport ship 10 may transport hydrogen instead of electricity as an energy source.
  • a hydrogen tank may be mounted inside the container 10a.
  • the transport ship 10 may be one that navigates using hydrogen as a power source.
  • a fuel cell may be mounted inside the hull 10b. Hydrogen can be transported by the transport ship 10 using electricity as a power source, and electricity can also be transported by the transport ship 10 using hydrogen as a power source.
  • FIG. 3 schematically shows how electricity is supplied from the coastal supply facility 20 to the battery cells 12 of the transport ship 10 .
  • Electric power is supplied from the supply facility 20 to the transport ship 10 basically through the charging/discharging cable 40 while the transport ship 10 remains on the sea.
  • the transport ship 10 may be anchored near the supply equipment 20 by lowering the anchor, or by controlling the motor and the screw propeller without lowering the anchor.
  • the charging/discharging cable 40 may be attached to the transport ship 10 or may be attached to the supply facility 20 .
  • the power supply from the supply facility 20 to the transport ship 10 is basically performed for the purpose of supplying power (accumulated in the battery cells 12) as an energy source for transportation to the reception facility 30. .
  • electric power accumulated in the drive battery 14
  • a power source consumed by the transport ship 10 from the supply equipment 20 to the transport ship 10 but that is the main purpose. It is not the purpose.
  • the transport ship 10 is equipped with a robot arm 50 for suspending and holding the charging/discharging cable 40 .
  • the transport ship 10 can be charged without attaching the charging/discharging cable 40 to the sea surface.
  • the robot arm 50 preferably has a stabilizer mechanism for maintaining the spatial position (horizontal position and vertical position) of the gripping portion of the charging/discharging cable 40 constant.
  • the stabilizer mechanism may mechanically maintain the spatial position of the gripping portion.
  • the stabilizer mechanism may be electronically controlled so as to maintain the spatial position of the gripped part based on detection information from sensor devices such as an acceleration sensor and a gyro sensor. Power supply to the transport ship 10 is performed on the sea, and is easily affected by waves and tides.
  • the stabilizer mechanism on the robot arm 50 of the transport ship 10, it is possible to prevent the charging/discharging cable 40 from inadvertently falling off from the charging/discharging port, or the charging/discharging cable 40 from being broken or broken. can be prevented.
  • illustration is omitted, it is also possible to supply electricity from the supply equipment to the transport ship 10 in a state where the charge/discharge cable 40 is floating on the sea surface without mounting the robot arm 50 on the transport ship 10. be.
  • FIG. 4 schematically shows a method of supplying electricity from the transport ship 10 to the coastal receiving facility 30.
  • Electric power supply from the transport ship 10 to the receiving facility 30 is also basically preferably performed via the charging/discharging cable 40 while the transport ship 10 remains on the sea. However, if there is a port near the receiving facility 30 when supplying electricity to the receiving facility 30 on land, the transport ship 10 may be anchored at this port.
  • Electricity stored in the battery cells 12 of the transport ship 10 is supplied to the transformer device 31 via the charge/discharge cable 40 gripped by the robot arm 50 . Since DC electricity is stored in the battery cells 12, the transformer device 31 converts the DC electricity into AC electricity and transmits the AC electricity to the power system 200 via the power transmission cable 32. . Although illustration is omitted, it is also possible to supply electricity from the transport ship 10 to the substation device 31 in a state where the charge/discharge cable 40 is floating on the sea surface without mounting the robot arm 50 on the transport ship 10. is.
  • the vessel 34 is a motorized vessel that is powered by electricity.
  • the ship 34 can charge the driving battery on the sea.
  • the supply destination of the energy source from the transport ship 10 is not limited to the receiving facility 30 on land, but can also be a marine vessel 34 that requires an energy source such as electricity.
  • the destination (receiving facility) of the energy source from the transport ship 10 may be a land-based vehicle (EV or FCV), a commercial facility, a hospital, a residence, or a public transportation facility. It is also possible to directly supply the energy source to various places such as. Thus, according to the present invention, it is possible to freely select the destination of the energy source transported by the transport ship 10 .
  • EV or FCV land-based vehicle
  • FCV commercial facility
  • hospital a hospital
  • residence a residence
  • public transportation facility a public transportation facility
  • FIG. 5 shows a method of removing the container 10a from the transport ship 10 and delivering it individually.
  • the transport ship 10 is configured such that the container 10a containing the battery cells 12 can be removed from the hull 10b. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, after the transport ship 10 is anchored at a port, the container 10a can be removed from the hull 10b by the crane 310 and the container 10a can be loaded onto the trailer 320.
  • large-capacity containers 10a can be individually delivered to various regions and locations. For example, it is possible to freely deliver energy sources (electricity) to regions where power lines are not installed, forests, construction sites, and the like.
  • the delivery means for the container 10a is not limited to the trailer 320, and other land transportation means such as trains, air transportation means such as helicopters and airplanes, and marine transportation means such as cargo ships can also be used.
  • the container 10a can be unloaded at the port and stored as it is as a standby power source.
  • FIG. 6 shows a power transmission scheme assumed in the present invention.
  • the AC electricity generated by the power generation facility 60 is transmitted to the supply facility 20 via the power system 200 .
  • the transformer 21 converts AC electricity into DC electricity.
  • the transformer 21 converts the electricity into high-voltage DC electricity (HVDC) of about 200 kV to 500 kV.
  • HVDC high-voltage DC electricity
  • the transport ship 10 is supplied with this high-voltage DC electricity from the substation device 21 . In this way, by charging the battery cells of the transport ship 10 with high-voltage DC electricity, power loss during transportation can be suppressed.
  • the power supply from the transport ship 10 to the receiving facility 30 is also performed by high-voltage DC electricity. For this reason, it is necessary to provide a power collection board 33 and a transformer 31 for high-voltage DC electricity on the receiving facility 30 side as well.
  • the electricity held by the battery cells of the transport ship 10 is supplied to the transformer 31 through the current collector board 33 .
  • the transforming device 31 converts the high-voltage direct current electricity into alternating current electricity of about 100 V to 250 V conforming to the standards of each region, and then transmits the alternating current electricity to the electric power system 200 through the power transmission cable 32 .
  • the energy transport system 100 includes a power generation facility 60.
  • the power generation facility 60 includes a power generation device 61 and a transformer device 62 .
  • a power generation method using renewable energy such as a wind power generation device 61a, a solar power generation device 61b, a tidal power generation device 61c, a geothermal power generation device 61d, a hydroelectric power generation device 61e, and a biomass power generation device 61f is adopted.
  • the power generation device 61 a thermal power generation device or a nuclear power generation device can also be used.
  • the power generation equipment 60 one selected from among these power generation devices 61a to 61f may be used for power generation, or multiple types of power generation devices may be combined and used for power generation.
  • each electric power generating apparatus is already publicly known, explanation is omitted about the detailed structure of each electric power generating apparatus. Electric power generated by the power generator 61 is supplied to the public power system 200 via the transformer 62 .
  • electricity was used as an energy source for transportation. That is, the supply device 20 supplies electricity acquired from the power system 200 to the transport ship 10 .
  • the transport ship 10 charges the battery cells 12 with electricity in this way, and transports the electric power by sea. For this reason, as in the transportation system shown in the upper part of FIG. However, the electricity supplied from the battery cell 12 is converted from direct current to alternating current by the transformer 31 and then transmitted to the electric power system 200 .
  • hydrogen can also be used as an energy source for transportation.
  • the supply facility 20 supplies electricity acquired from the power system 200 to the water electrolysis device 23 .
  • the water electrolyzer 23 uses electricity to electrolyze water to generate high-purity hydrogen gas.
  • the hydrogen gas generated by the water electrolysis device 23 is supplied to the transport ship 10 anchored or moored on the ocean through a hydrogen gas supply nozzle (supply line).
  • the transport ship 10 is equipped with a hydrogen tank 17 , and the hydrogen gas supplied from the water electrolyzer 23 is stored in this hydrogen tank 17 .
  • the hydrogen gas supply line is preferably held by the robot arm 50 of the transport ship 10 following the example shown in FIG.
  • the transport ship 10 sails toward the receiving facility 30.
  • the receiving facility 30 is provided with a fuel cell 35 .
  • Hydrogen gas is supplied to the fuel cell 35 from the hydrogen tank 17 of the transport ship 10 through a supply nozzle (supply line).
  • the fuel cell 35 generates electricity by causing a chemical reaction between hydrogen supplied from the transport ship 10 and oxygen in the air.
  • the electricity obtained by the fuel cell 35 is transformed as necessary and then transmitted to the electric power system 200 .
  • the energy source obtained by supply facility 20 can be delivered to receiving facility 30 .
  • the energy transport system 100 may include either the electricity transport system (upper stage) or the hydrogen transport system (lower stage) shown in FIG. 7, or both of these transport systems. may include. That is, electricity transport and hydrogen transport can be selectively executed as required.
  • the present invention relates to an energy transportation system and an energy transportation method.
  • the present invention can be suitably used in power generation business and power transmission business.

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Abstract

【課題】送電ケーブルよらずに任意の受領設備へ電気等のエネルギー源を効率的に輸送する。 【解決手段】エネルギー輸送システム100は、エネルギー源の保持手段を備えた輸送船10と、輸送船10の保持手段にエネルギー源を供給する供給設備20と、輸送船10の保持手段からエネルギー源の供給を受ける受領設備30を備える。輸送船10の保持手段に保持されるエネルギー源の例は電気及び水素である。

Description

船舶によるエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法
 本発明は、主に陸上の設備間のエネルギー輸送を船舶により海路にて行うシステム及び方法に関する。
 
 従来、例えば洋上風力発電システムにおいては、海底又は海中に送電ケーブルを敷設し、洋上の発電装置によって発電した電気をこの海底の送電ケーブルによって陸上の電力系統まで送ることとしている。例えば、特許文献1には、海底の地形によらずに送電線を敷設するために、複数の洋上の発電設備の間に送電線を浮遊した状態で設置した配線システムが開示されている。また、特許文献2には、洋上で発電した電力を全国に安定的に供給するために、陸地を取り囲むようにして洋上の発電設備間を接続した環状の電力輸送網を設けるとともに、この洋上の輸送網から陸地への送電線を設けた電力輸送網システムが開示されている。
特開2014-093902号公報 特開2014-158363号公報
 ところで、従来のシステムは、例えば洋上の発電設備で発電した電気を陸上の受領設備へと送電するために送電ケーブルを海底又は海中に設置して、この送電ケーブルによって電気を輸送することとしている。しかし、このような従来のシステムは、送電ケーブルの設置やメンテナンスに時間とコストが掛かることに加えて、次のような様々な課題がある。
 例えば、海中に送電ケーブルを設置するには、例えば国や自治体から許可を得るための手続きや、その設置工事に時間を要するために、発電設備の稼働開始まで多くの時間がかかる。
 また、海中に送電ケーブルを設置した場合、海中又は海底の自然環境に影響を与える恐れがあり、その設置には十分に注意しなければならず、環境条件によっては送電ケーブルを設置できない場合がある。
 また、送電ケーブルは海底又は海中に固定されていることから、この送電ケーブルを利用した場合、電力の送電先に選択肢が存在しない。例えば、洋上の発電設備から送電ケーブルを介して陸上の受領設備に送電する場合、常に一定の受領設備にしか直接送電することができない。このため、発電設備から任意の場所へ送電するには、陸上の電力系統を常に経由する必要があり、送電効率が悪いという問題がある。
 そこで、本発明は、電気等のエネルギー源を、海底の送電ケーブル等の供給ラインによらずに、任意の受領設備へと効率的に輸送する手段を提供することを主な目的とする。
 本発明の発明者は、従来技術の課題を解決する手段について鋭意検討した結果、供給設備から受領設備までのエネルギー輸送を船舶により海路にて行うことで、送電ケーブル等を用いたエネルギー輸送方法が抱える様々な問題を解決できるようになるという知見を得た。そして、本発明者は、上記知見に基づけば従来技術の課題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。具体的に説明すると、本発明は以下の構成又は工程を有する。
 本発明の第1の側面は、エネルギー輸送システムに関する。本発明に係るシステムは、基本的に、エネルギー源の保持手段を備えた輸送船と、この輸送船外に配置されて輸送船の保持手段にエネルギー源を供給する供給設備と、この輸送船外に配置されて輸送船の保持手段からエネルギー源の供給を受ける受領設備を含む。
 本発明における「エネルギー源」には、電気に加えて、電気と互換性を持つエネルギー源が含まれる。例えば、エネルギー源には、電気の他に、水素、熱、位置エネルギー、運動エネルギーなど、電気との互換性を持ち、現実的に運用可能な効率で一定期間保持できるものが含まれる。なお、供給設備から輸送船に供給されるエネルギー源と、輸送船から受領設備に供給されるエネルギー源は、必ずしも同じ種類である必要はない。例えば、供給設備から輸送船に水素を供給し、輸送船にて水素から電気を発生させ、輸送船から受領設備に電気を供給することとしてもよい。「供給設備」は、輸送船へエネルギー源を供給することのできる設備である。例えば、エネルギー源が電気の場合、公共の電力系統に接続され、輸送船へと電力を供給する機能を備えた変電装置などが、ここにいう供給設備に該当する。「受領設備」は、輸送船からエネルギー源を受け取ることのできる設備であり、陸上の施設の他、輸送船から供給されたエネルギー源によって駆動する船舶や車両、列車、航空機などを含む。例えば、エネルギー源が電気の場合、輸送船から供給を受けた電気を公共の電力系統へと送電する変電装置などが、ここにいう受領設備に該当する。なお、輸送船は、ケーブルを介して発電設備からエネルギー源の供給を受けるものであってもよいし、ケーブルを介して受領設備にエネルギー源を供給するものであってもよい。この場合に、輸送船は、ケーブルを吊り下げて保持するためのロボトットアームをさらに備えることが好ましい。
 上記構成のように、供給設備から受領設備までのエネルギー輸送を輸送船によって海路にて行うことで、例えば次のような利点がある。
 まず、本発明によれば、従来のように送電ケーブルを供給設備から受領設備の間に敷設する必要がなくなるため、それらの設備の間での送電を開始するための初期投資を抑えることができる。
 また、本発明では海底の送電ケーブルも不要であることから、海中又は海底の自然環境への影響を最低限に抑えることができる。
 また、本発明では、送電ケーブルではなく輸送船によってエネルギー源を輸送するため、供給設備からのエネルギーの輸送先を自由に選択することができる。例えば、電力需要の高い地域や商業設備、病院、公共設備などにエネルギー源を直接輸送することが可能となる。
 また、本発明では、輸送船にエネルギー源の保持手段が搭載されていることから、売電先のタイミングをある程度自由に選択することができる。例えば電力需要の高い時間帯に電力需要の高い地域に対して輸送船を航行させることで、エネルギー源の販売単価を高めることができる。
 本発明に係るエネルギー輸送システムにおいて、輸送船の保持手段は蓄電池(二次電池)であってもよい。この場合、発電設備にて得られた電気は、必要に応じて変電(電圧変換及び/又は直流と交流の相互変換)を行ったうえで、輸送船に対して直接供給される。「蓄電池」には、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して保存する液体電池や全固体電池の他、電気エネルギーを回転運動等の物理的エネルギーに変換して保存するフライホイール型電池等の機械式電池が含まれる。機械式電池は、液体電池等と比較し、エネルギーの保存方法が化学反応ではないため火災や爆発などのリスクが少なく、またその寿命も通常のリチウム電池と比較して長いというメリットがある。
 本発明に係るエネルギー輸送システムにおいて、輸送船の保持手段は水素タンクであってもよい。この場合、発電設備で得られた電気を用いて水電解装置等によって水素ガスを生成し、得られた水素ガスを輸送船の水素タンクに供給する。また、輸送船から受領設備へ水素ガスを供給し、受領設備において水素ガスを用いて燃料電池等によって発電を行う。なお、水電解装置は、発電設備に設けられていてもよいし、供給設備に設けられていても良いし、輸送船に設けられていてもよい。また、燃料電池は、受領設備に設けられていてもよいし、輸送船に設けられていてもよい。
 本発明に係るエネルギー輸送システムにおいて、供給設備にエネルギー源を供給する発電設備をさらに備える。発電設備から供給設備への送電は、例えば公知の電力系統を介して行われる。「発電設備」としては、風力発電、太陽光発電、潮力発電、地熱発電、水力発電、バイオマス発電、火力発電、及び原子力発電など公知の方法によって発電を行う設備を採用できる。なお、発電設備には、例えば発電装置や、変電装置、送電装置、蓄電装置、エネルギー源の変換装置など、輸送船にエネルギー源を供給するために必要となる様々な装置が含まれる。
 本発明に係るエネルギー輸送システムにおいて、供給設備及び受領設備は離島や沿岸などの陸上に設置されていてもよい。例えば、陸上の発電設備で発電した電力を、公共の電力系統を介して沿岸に設置された供給設備に送電し、この供給設備から輸送船に電力を供給する。そして、輸送船は、海路にて、沿岸に設置された受領設備へ電力を輸送する。このようにすれば、陸上の供給設備から受領設備まで輸送船で電力を輸送することができる。
 本発明の第2の側面は、エネルギー輸送方法に関する。本発明に係る輸送方法では、エネルギー源の保持手段を備えた輸送船により、輸送船外の供給設備から輸送船外の受領設備へエネルギー源を輸送する。例えば、本発明に係る輸送方法は、供給設備から輸送船へエネルギー源を供給する工程と、輸送船によってエネルギー源を輸送する工程と、輸送船から受領設備へエネルギー源の供給する工程を含む。
 本発明によれば、電気等のエネルギー源を、送電ケーブル等の供給ラインによらずに、任意の受領設備へと効率的に輸送することができる。
図1は、本発明に係るエネルギー輸送システムの概要を、電気輸送を例に挙げて示している。 図2は、輸送船の主たる構成要素の例を示したブロック図である。 図3は、陸上の供給設備から輸送船への充電方法の例を模式的に示している。 図4(a)は、輸送船から陸上の受領設備への放電方法の例を模式的に示している。図4(b)は、輸送船から他の船舶への放電方法の例を模式的に示している。 図5は、輸送船からコンテナを取り外す方法の例を模式的に示している 図6は、送電スキームの一例を示している。 図7は、エネルギー輸送システムの応用例を示したブロック図である。特に、図7は、電気と代替又は併用して輸送船によって水素の輸送する方法を示している。
 以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。
 図1は、本発明に係るエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送システムの一実施形態を示している。図1に示した実施形態に係るエネルギー輸送システム100では、輸送船10により、海路にて、沿岸供給設備20から他の沿岸の受領設備30までの電気輸送が行われる。まず、図1を参照して、本発明の概要について説明する。
 図1に示されるように、公共の電力系統200から沿岸に設置された供給設備20へ送電が行われる。供給設備20は、例えば変電装置21と送電ケーブル32を備える。供給設備20では、変電装置21が送電ケーブル32によって電力系統200と接続されている。変電装置21は、例えば電力系統200から受け取った電力を交流から直流に変換する。また、輸送船10が供給設備20付近に到着すると、変電装置21から直流の電気が充電用のケーブルを介して輸送船10が備える蓄電池(エネルギー源の保持手段)へと供給される。このように、輸送船10への電気の供給は洋上にてケーブルを介して行うことが好ましい。また、蓄電池の充電を終えた輸送船10は、海路にて所定の受領設備30に向かって航行する。受領設備30は、例えば変電装置31と送電ケーブル32を備える。輸送船10が受領設備30付近に到着すると、蓄電池によって保持されていた直流の電気が放電用のケーブルを介して変電装置31へと供給される。変電装置31では、電気を直流から交流へと変換し、変電所等を含む公共の電力系統200へと送電する。
 このようにして、本発明では、基本的に、蓄電池を備えた輸送船10により、陸上の供給設備20から別の陸上の受領設備30、延いては電力系統(送電網)へと電気エネルギーの輸送が行われる。輸送船10の動力源にもよるが、例えば電気を動力源とするモータ式の輸送船10であっても300~500km程度は充電無しで洋上を航行できる。このため、供給設備20から受領設備30までの距離は300~500km程度離れたものとすることが可能である。
 図2は、輸送船10の主たる構成要素を示してる。特に、本実施形態において、輸送船10は、電気を動力源とするモータ式のものである。ただし、輸送船10は、化石燃料を動力源とする内燃機関式のものであってもよいし、モータと内燃機関を併用するハイブリッド式のものであってもよい。さらに、輸送船10は、水素を動力源とするものであってもよい。例えば、水素を動力源として利用する場合、輸送船10は、燃料電池によって発電した電気によってモータを駆動する燃料電池式のものであってもよいし、水素を内燃機関で燃焼させることにより動力を得る水素エンジン式のものであってもよい。
 図2に示されるように、輸送船10は、コンテナ10aと船体10bを備える。コンテナ10aは、船体10bに対して着脱可能に構成されている。また、船体10bは、コンテナ10aを取り外した状態であっても、独自に航行できるように構成されたものである。
 コンテナ10aは、供給設備20から受領設備30までの輸送の対象となるエネルギー源(具体的には電気)を保持するための要素である。コンテナ10aに蓄えられた電気は、供給設備20から受領設備30までの輸送することを目的としたものであるため、その輸送中は基本的には輸送船10やその船内の機器の動力源として消費されずにそのまま保持される。ただし、後述ように、緊急時等においては、コンテナ10a内に蓄電された電気を輸送船10の動力源等として利用することもできる。
 コンテナ10aは、充放電口11と、複数のバッテリセル12と、バッテリ制御装置13を含む。充放電口11は、各バッテリセル12に対して充電及び放電を行うためのインターフェースであり、充放電ケーブル40(図3参照)を挿し込むことができる。バッテリセル12は、コンテナ10a内に搭載された蓄電池である。バッテリセル12の搭載数に応じて、輸送船10のコンテナ10aに蓄電可能な電気容量を調整できる。例えば輸送船10の大きさにもよるが、コンテナ10aは200~6000MWhの電気容量を確保できる。バッテリ制御装置13は、各バッテリセル12に接続されており、各バッテリセル12への電気の充電量/放電量や充電速度/放電速度を制御するための制御回路である。バッテリ制御装置13は、回路基板上に、CPU、制御プログラムを格納したメモリ、外部サーバ装置との通信機器、及びバッテリセル12の充電状態等を検知するためのセンサ機器などが搭載されている。
 なお、本実施形態では、コンテナ10aが船体10bから着脱できるように構成されているが、さらにコンテナ10aから各バッテリセル12が着脱できるように構成されていてもよい。一方、各バッテリセル12がコンテナ10aに対して着脱可能である場合、コンテナ10a自体は船体10bに着脱不能に固定することとしてもよい。さらに、本実施形態では、バッテリ制御装置13がコンテナ10a内に搭載されているが、このような構成に代えて、バッテリ制御装置13を船体10b側に搭載することもできる。
 輸送船10の船体10bは、基本的には、電気を動力源としたモータ式の一般的な船舶と同様の構成を持つ。すなわち、船体10bは、駆動用バッテリ14と、インバータ15と、モータ16を備える。駆動用バッテリ14は、輸送船10や内部機器の動力源として消費される電気を保持する。インバータ15は、駆動用バッテリ14から出力された電気を制御あるいは変換してモータ16に供給する。モータ16は、インバータ15から受け取った電気を動力に変える。例えば、モータ16は、不図示のシャフトを通じてスクリュープロペラを回転させることで、輸送船10の推進力を得る。
 このように船体10bは、輸送用の電気を貯蔵するバッテリセル12とは別に駆動用バッテリ14を有しているため、バッテリセル12内の電気を消費せずに航行が可能である。ただし、本実施形態において、駆動用バッテリ14は、バッテリ制御装置13を介して、バッテリセル12と電気的に接続されている。このため、緊急時等においては、バッテリセル12内の電気を駆動用バッテリ14に供給するができる。その結果、輸送船10は、バッテリセル12内の電気を動力源として航行することも可能となる。
 また、図示は省略するが、輸送船10は、エネルギー源として電気に代えて水素を輸送するものであってもよい。この場合、コンテナ10a内にはバッテリセル12に代えて水素タンクを搭載すればよい。また、輸送船10は、水素を動力源として航行するものであってもよい。この場合、船体10b内には駆動用バッテリ14に代えて燃料電池を搭載すればよい。なお、電気を動力源とする輸送船10によって水素を輸送することもできるし、水素を動力源とする輸送船10によって電気を輸送することもできる。
 図3は、沿岸の供給設備20から輸送船10のバッテリセル12へ電気を供給する方法を模式的に示している。供給設備20から輸送船10への電力供給は、基本的に、輸送船10が洋上に留まった状態で、充放電ケーブル40を介して行われる。電力供給を受けるにあたり、輸送船10は、碇を降ろして供給設備20の付近に停泊することとしてもよいし、碇を降ろさずにモータやスクリュープロペラを制御することで供給設備20の付近に停留することとしてもよい。なお、充放電ケーブル40は、輸送船10に備え付けられたものであってもよいし、供給設備20に備え付けられたものであってもよい。また、供給設備20からの輸送船10への電力供給は、基本的に、受領設備30まで輸送するエネルギー源としての電力(バッテリセル12に蓄積されるもの)を供給することを目的として行われる。なお、供給設備20から輸送船10に対して、輸送船10によって消費される動力源としての電力(駆動用バッテリ14に蓄積されるもの)を供給することも可能であるが、あくまでそれが主目的となるわけではない。
 図3(a)に示した方式では、輸送船10は、充放電ケーブル40を吊り下げて把持するためのロボットアーム50を備える。ロボットアーム50によって充放電ケーブル40を把持することで、充放電ケーブル40を海面に付けずに輸送船10への充電を行うことができる。
 また、ロボットアーム50は、充放電ケーブル40の把持部位の空間位置(水平位置及び垂直位置)を一定に維持するためのスタビライザ機構を備えることが好ましい。スタビライザ機構は、機械的に把持部位の空間位置を維持するものであってもよい。また、スタビライザ機構は、加速度センサ及びジャイロセンサ等のセンサ機器からの検知情報に基づいて把持部位の空間位置を維持するように、電子的に制御を行うものであってもよい。輸送船10への電力供給は洋上で行われるものであり、波や潮の影響を受けやすい。このため、輸送船10のロボットアーム50にスタビライザ機構を搭載することで、充放電ケーブル40が不用意に充放電口から脱落したり、あるいは充放電ケーブル40に故障や断線が生じることを未然に防ぐことができる。なお、図示は省略するが、輸送船10にロボットアーム50を搭載せず、充放電ケーブル40を海面に浮遊させた状態で、供給設備から輸送船10に対して電気を供給することとも可能である。
 図4は、輸送船10から沿岸の受領設備30へ電気を供給する方式を模式的に示している。輸送船10から受領設備30への電力供給も、基本的に、輸送船10が洋上に留まった状態で、充放電ケーブル40を介して行われることが好ましい。ただし、陸上の受領設備30へ電気を供給する場合において、受領設備30付近に港がある場合には、輸送船10をこの港に停泊させることとしてもよい。
 図4(a)に示した方式では、陸上の受領設備30は変電装置31を含む。輸送船10のバッテリセル12に蓄積された電気は、ロボットアーム50によって把持された充放電ケーブル40を介して、変電装置31へと供給される。バッテリセル12には、直流の電気が蓄積されているため、変電装置31は、直流の電気を交流に変換したうえで、送電ケーブル32を経由して交流の電気を電力系統200へと送電する。なお、図示は省略するが、輸送船10にロボットアーム50を搭載せず、充放電ケーブル40を海面に浮遊させた状態で、輸送船10から変電装置31に対して電気を供給することとも可能である。
 図4(b)に示した例では、海上にて輸送船10から別の船舶34へ電力供給が行われている。船舶34の例は、電気を動力源として航行するモータ式の船舶である。この場合、輸送船10に搭載されたバッテリセル12から船舶34に対して電気を供給することで、船舶34は洋上にて駆動用バッテリを充電することができる。このように、輸送船10からのエネルギー源の供給先は、陸上の受領設備30に限らず、電気等のエネルギー源を必要とする洋上の船舶34とすることもできる。
 また、図示は省略するが、輸送船10からのエネルギー源の供給先(受領設備)は、陸上の自動車(EVやFCV)であってもよいし、商業施設や、病院、住宅、公共交通機関などの様々な場所に直接エネルギー源を供給することも可能である。このように、本発明では、輸送船10によるエネルギー源の輸送先を自由に選択することが可能となる。
 図5は、輸送船10からコンテナ10aを取り外して個別に配送する方法を示している。前述したように、輸送船10は、バッテリセル12を格納したコンテナ10aを船体10bから取り外すことができるように構成されている。このため、例えば、図5に示したように、輸送船10を港に停泊させた後、クレーン310によってコンテナ10aを船体10bから取り外して、そのコンテナ10aをトレーラ320に積み込むことができる。これにより、大容量のコンテナ10aを様々な地域や場所へ個別に配送できる。例えば送電線が設置されていない地方や、山林、工事現場などへエネルギー源(電気)を自由に配送することが可能である。なお、コンテナ10aの配送手段は、トレーラ320に限らず、列車等の他の陸上輸送手段や、ヘリコプターや飛行機等の航空輸送手段、貨物船等の海上輸送手段を利用することもできる。また、コンテナ10aを港に下ろして、そのまま予備電源として保存することも可能である。
 図6は、本発明において想定される送電スキームを示している。発電設備60で発電した交流の電気は、電力系統200を経由して供給設備20に送電される。供給設備20では、変電装21において交流の電気を直流に変換する。また、その際に、変電装置21は、電気を200kV~500kV程度の高電圧の直流電気(HVDC)に変換する。そして、変電装置21から輸送船10には、この高圧直流電気が供給される。このように、輸送船10のバッテリセルに高電圧化した直流電気を充電することで、輸送中の電力ロスを抑えることができる。
 また、輸送船10から受領設備30への電力供給も、高圧直流電気によって行われる。このため、受領設備30側にも、高圧直流電気用の集電盤33と変電装置31を設けておく必要がある。輸送船10のバッテリセルによって保持されていた電気は、集電盤33を通じで変電装置31へ供給される。変電装置31は、高圧直流電気を100V~250V程度の各地域の基準に即した交流電気に変換した上で、送電ケーブル32を通じて電力系統200へと送電する。
 次に、図7を参照して、前述した本発明の実施形態の応用例について説明を行う。図7に示されるように、本発明に係るエネルギー輸送システム100は、発電設備60を含む。発電設備60は、発電装置61と変電装置62を含む。発電装置61としては、風力発電装置61aや、太陽光発電装置61b、潮力発電装置61c、地熱発電装置61d、水力発電装置61e、バイオマス発電装置61fなどの再生可能エネルギーを利用した発電方法を採用することが可能である。また、その他に、発電装置61としては、火力発電装置や原子力発電装置を利用することもできる。発電設備60では、これらの発電装置61a~61f等の中から選択した一種を発電に利用してもよいし、複数種類の発電装置を組み合わせて発電に利用することもできる。なお、各発電装置は既に公知であるため、各発電装置の詳細な構成については説明を割愛する。発電装置61で発電した電力は、変電装置62を介して公共の電力系統200へ供給される。
 また、前述の実施形態では、輸送用のエネルギー源として電気を利用していた。つまり、供給装置20は、電力系統200から取得した電気を輸送船10に供給する。輸送船10は、このようにしてバッテリセル12に電気を充電して、海路にて電力を輸送する。このため、図7の上段に示した輸送系のように、供給設備20では、変電装置21によって電気を交流から直流に変換した上で輸送船10のバッテリセル12に充電し、また受領設備30でも、バッテリセル12から供給された電気を変電装置31によって直流から交流に変換した上で電力系統200へと送電している。
 一方で、図7の応用例では、輸送用のエネルギー源として水素を利用することもできる。この場合、供給設備20では、電力系統200から取得した電気を水電解装置23に供給する。水電解装置23は、電気を利用して水を電気分解して高純度の水素ガスを発生させる。水電解装置23によって生成された水素ガスは、洋上に停泊又は停留している輸送船10に対して、水素ガス用の供給ノズル(供給ライン)を介して供給される。輸送船10は、水素タンク17を備えており、水電解装置23から供給された水素ガスはこの水素タンク17に貯留される。なお、水素ガスの供給ラインは、図3に示した例に倣って、輸送船10のロボットアーム50によって保持することが好ましい。
 水素タンク17への充填が完了すると、輸送船10は受領設備30に向かって航行する。水素を輸送用のエネルギー源として利用する場合、受領設備30には燃料電池35が設けられる。この燃料電池35には、輸送船10の水素タンク17から供給ノズル(供給ライン)を介して水素ガスが供給される。燃料電池35は、輸送船10から供給を受けた水素と空気中の酸素とを化学反応させることによって発電する。燃料電池35によって得られた電気は、必要に応じて変電を行った上で、電力系統200へ送電される。このように、輸送船10によって水素を輸送することによって、供給設備20で得られたエネルギー源を受領設備30へと届けることができる。
 本発明に係るエネルギー輸送システム100は、図7に示した電気の輸送系(上段)と水素の輸送系(下段)のどちらか一方を含むものであってもよいし、これらの輸送系の両方を含むものであってもよい。すなわち、必要に応じて、電気の輸送と水素の輸送を選択して実行することができる。
 以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。
 本発明は、エネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法に関する。例えば、本発明は、発電事業及び送電事業において好適に利用し得る。
10…輸送船           10a…コンテナ
10b…船体           11…充放電口
12…バッテリセル        13…バッテリ制御装置
14…駆動用バッテリ       15…インバータ
16…モータ           17…水素タンク
20…供給設備          21…変電装置
22…送電ケーブル        23…水電解装置
30…受領設備          31…変電装置
32…送電ケーブル        33…集電盤
34…船舶            35…燃料電池
40…充放電ケーブル       50…ロボットアーム
60…発電設備          61…発電装置
62…変電装置          100…エネルギー輸送システム
200…電力系統         310…クレーン
320…トレーラ

Claims (7)

  1.  エネルギー源の保持手段を備えた輸送船と、
     前記輸送船外に配置され、前記保持手段にエネルギー源を供給する供給設備と、
     前記輸送船外に配置され、前記保持手段からエネルギー源の供給を受ける受領設備と、を備えた
     エネルギー輸送システム。
  2.  前記保持手段は、蓄電池である
     請求項1に記載のシステム。
  3.  前記保持手段は、水素タンクである
     請求項1に記載のシステム。
  4.  前記供給設備にエネルギー源を供給する発電設備をさらに備える
     請求項1に記載のシステム。
  5.  前記供給設備及び前記受領設備は、陸上に配置されている
     請求項1に記載のシステム。
  6.  前記輸送船は、ケーブルを介して前記発電設備からエネルギー源の供給を受けるか、又は、前記ケーブルを介して前記受領設備にエネルギー源を供給し、
     前記輸送船は、前記ケーブルを吊り下げて保持するためのロボットアームをさらに備える
     請求項1に記載のシステム。
  7.  エネルギー源の保持手段を備えた輸送船により、前記輸送船外の供給設備から前記輸送船外の受領設備へエネルギー源を輸送する
     エネルギー輸送方法。
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