2014年06月09日23:06
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日本和歐盟各國在積極引進光伏發電及風力發電等可再生能源。這些容易受天氣影響的電力並入系統電網，導致電網不穩定的問題日益明顯。為了解決這個問題，業界討論了蓄電池、智能電網等多種方法，最近，氫設施作為一種強有力的手段開始被討論。
法國科西嘉島2012年啟動了“MYRTE（Mission hYdrogene Renouvelable pour l’inTegration au reseau Electrique：以並網為目的的可再生氫任務）”項目，將光伏發電和儲氫技術組合起來，使光伏發電的電力變動平均化，從而順利並入電網。
MYRTE項目的主體是科西嘉大學，項目負責人、科西嘉大學教授Philippe Poggi表示，“目標是使來自可再生能源的不穩定電力佔到電網中電量的30％以上”。該項目在技術和資金方面得到了法國阿海琺（Areva）公司的協助。
MYRTE項目共設置了560kW的太陽能電池板，利用並網的剩余電力，以50kW的電解裝置將水分解成氫氣和氧氣，分別儲存在儲氣罐中(圖1、圖2)。系統與15000V的電網聯動，在需要電力時，向100kW的PEFC（Polymer Electrolyte Fuel Cell：高分子固體電解質型）系統提供氫和氧來發電。電解和燃料電池發電時的廢熱作為溫水回收，儲藏在溫水罐中。
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圖1：輸出功率為560kW的太陽能電池板 攝影：日經BP清潔技術研究所，以下相同 |
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| 圖2：儲氫罐和儲氧罐 |
使光伏發電的電力變動平均化的過程如下：前日向為科西嘉島供電的法國電力公司（Electricite de France，EDF）提供當日光伏發電以及向電網供電的預測數據。一般是在根據天氣預報和過去的實際數值等預測光伏發電的輸出功率，並同時提供用水電解裝置和燃料電池平均化后供應電力的輸出預測數據。
用電解裝置和燃料電池進行平均化
在當日的運行中，以向EDF提出的並網供電預測曲線為基准，當實際發電量高於預測曲線時，就用高出的剩余電力電解水制造氫和氧，儲存在儲藏罐中。反之，當實際發電量低於預測曲線時，則利用儲藏罐中儲存的氫和氧，通過燃料電池發電並提供給系統電網。
下面以當天是晴天的2013年7月16日的數據為基礎，來看一下運行情況。前一天向EDF提出的平均化和梯形化后的並網供電量的預測曲線為圖3的紅線。
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圖3：使光伏發電的電力變動平均化后提供給系統電網的模式 2013年7月16日的案例。紅色梯形圖是前一天提供給EDF的數據。淡藍色曲線是當天的太陽能輸出，深藍色的輸出是利用電解裝置或燃料電池進行了平均化的實際供電曲線（出處：科西嘉大學） |
當天的光伏發電輸出曲線為淡藍色，早上7點左右開始發電，之后發電量逐漸增加，到正午前后達到峰值，然后逐漸降低，到晚上7點左右停止發電。這一天的天氣比預想的要好，發電量基本都高於預測曲線。因此，利用剩余電力來電解水，實際並入電網的電力曲線為圖中深藍色的線。
雖然多少還有些變動，但基本接近預測曲線，Poggi認為，平均化的驗証正在按計劃推進。今后打算進一步改進平均化過程，並把這種方法應用於實際業務中。
解決太陽能的剩余電力
在日本，隨著光伏發電等的大量導入，在春季和秋季的假日等電力需求較低的時期，會有大量的剩余電力流入系統電網，這個問題越來越嚴重。為解決這個問題，開始探討利用氫基礎設施相關事宜。
在“北九州智能社區創造事業”中，岩谷產業公司在東田地區的老年人護理設施“愛香苑”中設置了每小時可產生2Nm3（標准狀態的氣體體積）氫氣的水電解裝置、儲氫罐以及額定輸出功率為4kW的燃料電池，於2013年度啟動了驗証實驗。
通過與CEMS（地區能源管理系統）進行聯動控制，在當地電力有剩余時，將剩余電力轉換成氫儲藏起來，在需求增加時則利用燃料電池供電，目的是為地區的電力供需調整做出貢獻。
應對價格變動
北九州的這個項目實施了“動態定價”，即根據地區的電力供需情況改變電力價格。在2013年秋季的假日裡，啟動了在需求驟降的日子降低價格以促進需求的“CBP（Critical Bottom Pricing）”。
岩谷產業為應對價格驟變，開發出了可自動切換運行模式的控制軟件。由於CBP啟動后價格會降低，因此立即由運行燃料電池切換為運行水電解裝置，制造氫氣並儲藏起來。
這種方法不但能使系統穩定，還有望促使消費者有效利用低價電力，享受到成本優勢。岩谷產業今后將進一步追求成本優勢，並探討對消費者有利的使用方法。
通過調整燃料電池輸出為供求穩定做貢獻
此外，北九州項目在2013年度還利用設置在北九州市生命之旅博物館中的100kW的磷酸型燃料電池開展了驗証實驗（圖4）。具體來說就是與CEMS和BEMS（大廈能源管理系統）聯動，當地區內的電力需求較大時提高燃料電池的輸出功率，使之高於平時的輸出，從而為地區的電力供需穩定做出貢獻。
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| 圖4：北九州市生命之旅博物館中設置的100kW的磷酸型燃料電池 |
磷酸型燃料電池的額定輸出功率為105kW，不過平時隻以35％的輸出功率運轉，當電力需求緊迫時，根據CEMS發出的信號，提高到100％運轉。此次對這種運轉模式進行了驗証。
北九州通過這些實証項目逐步確認，燃料電池和氫設施完全有可能為地區的電力供需穩定和二氧化碳的削減做出貢獻。（作者：藤堂 安人，日經技術在線！供稿）
