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再生エネ主導グリッド 再生可能エネスレ
巨大蓄電池とそのコスト 系統側蓄電池による風力発電導入(北電)

蓄電新技術


日本はサービス過剰の国である。矢鱈と高サービスが当然の如く要求される。
マクロ経済的な不効率を恐らく招いているのであろうが,このガラパゴスでいいサービスを国民は享受しているとも云える。日本の労働効率の悪さがしばしば指摘されるが日本がサービス特化型の経済にガラパゴスして欧米の基準でその部分が測れてないのだらうとは思う。

閑話休題(それはさておき),電力も勿論その日本的品質至上主義から逃れられていない。
縦横無尽に連系線が繋がる欧州と対比して余り連系線が繋がってないのは停電を恐れて無闇に連系出来ないのである。

そう云ふ訳で,日本では蓄電池が高コストにも拘わらず多用される方向である。間歇性のある再生エネを日本型グリッドに連系するには不可欠の技術となる。
資源エネルギー庁も色々考えてはいる様である(この様な資料も:資源エネ庁(2017年3月):定置用蓄電池の価格低減スキーム)があるが,リチウムイオン電池の価格低下はグローバルな競争原理に基づく自律的な価格低減レジームに入りつつあるように見える(この様な記事も:金子憲治=日経BP総研()2017.8)「風力でも蓄電池併設型が急成長も」、TMEIC・杉山氏、木暮氏に聞く)。弊電力総研としてもこの辺(巨大蓄電池とそのコスト)に纏めて居るのでご参考にされたい。
更にはこれ以外にも技術立国(製造部門の劣化甚だしく技術立国の可能性が棄てきれないのが残念な今の日本・・)の意地を見せて,色々な蓄電技術が実証実験されている。

そんな訳で,Liイオン電池やNAS電池等は既に確立されたものとしてそれ以外の技術系を此処では紹介して行きたいと思う。Liイオン電池やNAS電池等は既に確立された蓄電池のコスト低下案件はこちら

圧縮空気 水素関連 溶融塩蓄熱




<圧縮空気>  
2017/04/21 08:49
ニュース
圧縮空気で風力発電の出力変動を緩和、早稲田大など実証
https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atcl/news/16/042107275/
工藤宗介=技術ライター
クリーンテック ラボ

CAESシステムの構成模式図
(出所:NEDO)


CAESシステム実証設備の概要図
(出所:NEDO)

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と早稲田大学、エネルギー総合工学研究所は4 月20日、風力発電の予測情報に基づく制御技術を用いた圧縮空気エネルギー貯蔵(CAES:Compressed Air Energy Storage)システムの実証試験を同日開始したと発表した。圧縮空気を利用して充放電することで、天候によって出力が変動する風力発電を電力系統上で 安定的に利用できるようにする。

 風力と太陽光発電は、天候によって出力が大きく変動し、電力の安定供給に悪影響を及ぼすことがあるため、出力の予測技術や制御技術が必要になる。CAESシステムでは、電力系統に対する風力発電の出力変動を緩和する変動緩和制御と、事前に用意した発電計画と実際の発電量との差を極小化させる計画発電制御の2つの制御技術を開発した。

 静岡県賀茂郡河津町に設置し、東京電力ホールディングスの東伊豆風力発電所と接続して電力の変動を緩和させる実証実験を行う

2017/05/08 05:00
伊豆の山中に巨大な圧縮空気エネルギー貯蔵施設
――NEDOら、風力発電の出力変動を抑える実証実験を開始
https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atcl/news/16/042807397/
田島 進
日経テクノロジーオンライン

… 圧縮空気を利用した大型のエネルギー貯蔵システムは珍しく、大規模なものは世界的にも数例しかないようだ。将来、再生可能エネルギーが増えて行くと、 発電施設の立地や規模、出力特性などに合わせた、様々なエネルギー貯蔵技術が必要になる可能性がある。NEDOらは、圧縮空気技術には、既存のNAS電池 やLiイオン2次電池にはないメリットがあるとみて開発を進めてきた。

電池より安全でクリーン
 現状、エネルギー貯蔵システムの主力技術である2次電池のシステムには、コストが高い、寿命が短い(劣化する)、廃棄物処理にコストがかかる、などの問題点がある。また可燃性の材料が使われるので火災の危険性があり、十分な管理が必要である。

 一方、圧縮空気システムはほとんどが既存の技術だけで成り立ち、高価な部品や危険な材料は使われない。圧縮空気の利点を整理すると、1)低コストの可能性、2)長寿命、3)廃棄が楽、4)枯れた技術で信頼性が高い、5)環境に優しい、ことなどだと言う(エネルギー総合工学研究所、研究理事の蓮池宏氏)。

 なお、このシステムでは空気を圧縮するとき(充電)に発生する熱を蓄熱オイルに集めて、空気の膨張時(放電)に再利用している。このオイルが唯一の可燃物だが、最高温度は150℃程度と低く、使用量も少ないとのこと。

巨大な圧縮空気タンクの建設費は
 この施設は、伊豆半島南端の三筋山山頂付近に建設された東京電力の東伊豆風力発電所に隣接する。静岡県の伊豆稲取駅から4kmほど山中に入った所であ る。NEDOは、天候に左右されやすい風力発電の出力を、正確な気象予測(前日抑制)や周辺の発電設備の稼働状況を参照(15~30分前抑制)することで 細かく予測し、出力変動による電力系統への影響を最小にする技術を研究している。今回の施設はその研究プロジェクト(「電力系統出力変動対応技術研究開発 事業」)の一環である。

 山あいを切り開いた約1500m2の敷地に、発電・充電ユニットと空気タンクが立ち並んでいた。発電・充電ユニットは空気圧縮機/膨張機、蓄熱槽などか らなり、出力は1000kW(500kWが2基)である。空気タンクは直径2mで高さ11m、最高圧力は0.93MPa(約10気圧)。この空気タンクが 52本あり、そこに蓄えられるエネルギー容量は500kWhだという。

 高さ11mの空気タンクを真下から見上げた感じはとても大きく、ちょとした化学プラントのようだ。しかしタンク52本で、容量はわずか500kWhしかない。電気自動車(30kWh)の17台分にすぎない。圧縮空気がいかにエネルギー密度が低いか、逆にLiイオン2次電池がいかに高いかがよくわかる。

風力発電用のクリーンな技術
 いかに中身が空洞のタンクとは言え、この大きさを見ると、本当にLiイオン電池にコストで勝てるのだろうかと心配になった。NEDOは過去3年間の事業 費を165億円と言っているが、これは親プロジェクトの「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」全体の費用。個別の施設の建設費は明らかにしなかった。

 一方、ライバルのLiイオン2次電池は、コストダウンが急速に進んでいる。最近では、新車向けのセル価格で1kWh当たり1万円前後が目標価格になっている。将来、この施設のような定置型エネルギー貯蔵装置には、劣化などの問題はあるとはいえ、電気自動車の使用済み電池の再利用が十分に考えられる。コストは相当下がるだろう。

 となると、圧縮空気エネルギー貯蔵は、クリーンで持続可能な技術であること以外に、あまりメリットが浮かばない。ちなみに今回の施設は実証試験用の小型システムだそうで、実際に東伊豆風力発電所(1万8370kW)の出力調整に使うには、さらに何倍もの規模が必要なのだという。




<水素>

出来そうなのは理解出来るが一体幾ら位掛かるのか?

「再エネ+蓄電+水素」の新型システム、太陽光を72時間にわたり安定供給
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1811/06/news008.html
2018年11月06日 07時00分 公開
[スマートジャパン]

 東北大学と前川製作所は2018年10月、新エネルギー・産業 技術総合開発機構(NEDO)の事業で、仙台市の「茂庭浄水場」に構築した電力と水素の貯蔵設備を組み合わせた「電力・水素複合エネルギー貯蔵システム」 による実証の結果、72時間(3日間)の連続運転に成功したと発表した。これにより、太陽光発電の出力や負荷消費電力の不規則な変動に対しても、再エネ由来の電力を高品質かつ長時間安定供給できることを実証したとしている。

 東日本大震災では約4日間の停電があり、宮城県内の石油備蓄基地の被害や物流の遮断により燃料確保が困難となった。…これらの浄 水場には非常時を想定し、ディーゼル発電機を導入しているが、災害時には燃料輸送や確保が困難かつ、あらかじめ大容量タンクに備蓄しておくと経年変化で動 作不良につながる恐れがある。一方、太陽光などの再生可能エネルギー電源を活用するには、需給変動を正確に制御するのに即応性・大容量性・耐久性を兼ね備 えたエネルギー貯蔵装置が必要で、全ての要求に応えるには複数のエネルギー貯蔵装置を組み合わせる必要がある。

 そこで両者はNEDOの事業で、大容量のエネルギー貯蔵とエネルギー需給の不規則な変動の補償を目的に、共同実施先である日本ケミコン、神鋼環境ソリューション、北芝電機とともに電力・水素複合エネルギー貯蔵システムの開発に取り組んできた。

 大容量非常用電源を確立するための技術課題に対しては、大容量エネルギー貯蔵にエネルギー密度の高い水素吸蔵合金または液化水素タンクの導入と、太陽光発電出力と負荷消費電力の差分に対し、両者の差分の変動を長周期変動分と短周期変動分に分解して、長周期変動分を水素貯蔵システムで、残りの短周期変動分を電力貯蔵装置で補償するシステムを考案。

 さらに、DC BUSと水素BUSを設け、長周期変動分を補償する水電解装置入力と燃料電池出力については電力制御(アクティブ制御)、短周期変動分を補償する電気二重 層キャパシタについては電圧制御(パッシブ制御)を行う。また、電力貯蔵システムと水素貯蔵システムのエネルギー貯蔵量は逐次測定し、常時の変動補償制御 と並行して、両エネルギー貯蔵量がそれぞれの目標範囲内に収まるようにエネルギー貯蔵量を制御するといった手法を導入した。


「電力・水素複合エネルギー貯蔵システム」の基本構成 出典:NEDO

 このシステムの有効性を確認するため、仙台市茂庭浄水場に20kW(キロワット)の実証システムを構築し、2017年8月より大規模自然災害による長期停電を想定した連続運転を実施。その結果、2018年10月4~6日の3日間、合計72時間の連続運転に成功した。

 NEDOは今回の成果について、「電力・水素複合エネルギー貯蔵システムが実用化可能な技術レベルにあることを示すもの」とし、化石燃料が不要で、非常 時でも高品質な電力を長時間安定して供給できるという特性から、CO2フリーの新たな非常用電源として、浄水場をはじめ、各自治体の大規模自然災害発生時 の避難場所などへの導入が期待されるとしている。

 今後同事業では、実証システムの信頼性の向上および早期実用化に向けて、システム試験を継続して行い、関連データの蓄積を進めるとともに、さまざまな天候や運転条件において長時間連続運転を実施する予定だ。

2018/09/25 12:00
ニュース
55MWのメガソーラーを「水素」で平準化、ギアナに建設
https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atcl/news/16/092411521/?n_cid=nbpnxt_twbn

工藤宗介=技術ライター
クリーンテック ラボ

 仏HDF Energyは9月13日、仏領ギアナで計画している出力55MWのメガソーラー(大規模太陽光発電所)と140MWhの水素ベースの蓄電システムを組み合わせた西ギアナ発電所(CEOG:Centrale Electrique de l'Ouest Guyanais)プロジェクトに、仏投資会社Meridiamが出資すると発表した。

 発表によると、MeridiamはCEOGの60%を取得する。同社は、インフラプロジェクトの開発・投資・長期管理を手掛けており、管理資産は62億ユーロに達する。今回の出資により、再生可能エネルギープロジェクトのポートフォリオを強化することになる。

 CEOGは、メガソーラーの出力変動を、水素を蓄電媒体として平準化して、安定的に電気を供給する。太陽光の余剰力を使って水を電気分解して水素を製造・貯蔵しておき、夜間や雨天時などに燃料電池システムで水素を燃料に発電する。水素ベースの蓄エネルギーとしては世界最大級になるとしている。

 さらにバックアップとして蓄電池を併用することで、現地の1万世帯以上に昼夜にわたって火力発電所と同様に電力を安定供給できるという。1日の出力ロードは昼間最大10MW夜間最大3MWを想定している。

 電気料金は、補助金なしの状態で仏領西ギニアの現在の電気料金よりも低くなるという。2019年夏に着工する予定で、2020年秋までに稼働する予定。建設中に約100人の雇用を生み、発電所が稼働すれば20年間にわたって約30人の常勤雇用を創出するとしている。




エネルギー管理:
水素と蓄電池を使い分け、再生可能エネルギーの出力変動を吸収
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1703/27/news039.html

東北電力が再生可能エネルギーの出力変動対策に水素製造技術を活用する実証システムの運用を開始した。長周期と短周期の出力変動に対し、蓄電池と水素製造 を使い分けるのが特徴だ。出力変動対策は蓄電池を利用するのが一般的だが、水素製造技術の適用が可能かどうかを検証していく。
2017年03月27日 09時00分 公開
[陰山遼将,スマートジャパン]

 再生可能エネルギーの導入を拡大する上で欠かせない出力変動対策。東北電力はこうした出力変動対策に、水素製造技術を活用する実証実験を開始した。仙台 市青葉区の研究開発センターに設置を進めていた太陽光発電設備や水素製造装置などの導入が完了し、2017年3月23日から実証システムの運転が始まっ た。

 研究開発センターの屋上に出力50kW(キロワット)の太陽光発電設備を設置している。水素製造装置の製造能力は5Nm3/hで、貯蔵タンクの容量は220Nm3である。太陽光発電で発電した電力で水素製造装置を稼働させる。製造した水素をタンクに貯蔵し、燃料電池で発電して研究開発センターの電力として利用する仕組みだ。


実証システムのイメージ 出典:東北電力

 実証のポイントは短周期と長周期の2種類の出力変動への対応だ。実証システムには容量67kWh(キロワット時)の蓄電池も組み込まれている。こちらで太陽光発電設備の短周期変動を吸収する。短周期以外の出力変動の吸収に、水素製造を活用する。蓄電池と水素製造の最適な使い分け方を検証していく狙いだ。


水素製造技術を活用した出力変動対策のイメージ 出典:東北電力

水素は蓄電池の代替となるか
 東北電力は、再生可能エネルギーの出力変動対策の確立に向けて、国の事業として大型の蓄電池を活用した複数の実証事業に取り組んできた。基幹変電所である宮城県の「西仙台変電所」を利用した実証で、容量20MWの蓄電池を活用したシステムが2015年2月から稼働している。…
 さらに「南相馬変電所」には、西仙台変電所の2倍となる40MWの蓄電池を導入し、再生可能エネルギーによる発電設備の余剰電力を貯蔵する取り組みも行ってきた。
 新たに研究開発センターで行う実証事業は、こうした蓄電池を活用した出力変動対策に、水素製造技術を活用できる可能性があるかを検証していく狙いだ。実証期間は2019年3月までの約2年間を予定している。

蓄電・発電機器:
オンサイト型の水素製造装置、30%低コストな新モデル
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1810/09/news041.html


神鋼環境ソリューションはオンサイト型水電解式水素発生装置に新モデルを追加。従来機と比較し、約30%のコストダウンを実現し、設置スペースを約20%の削減したという。
2018年10月09日 07時00分 公開
[スマートジャパン]

 神鋼環境ソリューション(神戸市)は、オンサイト型水電解式水素発生装置(HHOG)シリーズのうち、各構成機器をベース、フレームに配置したタイプで ある「スキッドマウントタイプ」をブラッシュアップし、新型「スキッドマウントタイプ」として2018年10月に発売する。新型スキッドマウントタイプ は、水素ガス供給量が毎時20~60Nm3(ノルマル立方メートル)であり、コストダウンと省スペース化、消費電力の低減を達成し たという。

 水素ガス供給量60Nm3/hの装置「SH-60D」の場合、従来機と比較し、約30%のコストダウンを実現し、設置スペースは、設置面積比で約20% の削減が可能となる。さらに、消費電力を約10%低く抑えた電気分解モジュールの採用により、水素製造効率の向上を図った。なお、その他装置の基本性能に ついては従来機より変更はない。

 神鋼環境ソリューションは、固体高分子電解質膜を利用した純水の直接電気分解によるHHOGを1993年に開発・商品化した。装置の起動と停止がスイッ チ一つの操作で可能な操作性、装置内でのガス保有量が少なく水素と酸素の混合を防止するなどの安全性、純水を直接電気分解するため不純物量が少なく高純度 (5N)などの特徴がある。これまで電子産業、金属工業、発電所、大学や研究機関などを含め、国内外で約170基(2018年7月末時点)の納入実績があ るという。

 近年HHOGは工業用途だけでなく、電気から水素への変換、水素でのエネルギー貯蔵に着目した再生可能エネルギーや余剰電力の有効活用を目的とする実証事業や、災害時を想定したBCPシステムなど、利用が拡大してきた。

 また、国内のエネルギー政策では、水素利用社会の実現が目標とされており、今後水素の利用を飛躍的に高めていくことが求められている。その目標を達成す るためには、水素製造の低価格化と供給方法の多様化を図ることが重要であり、同社では、新型スキッドマウントタイプが、それに貢献できるものと考えてい る。引き続き、同社は時代や社会のニーズに合った技術開発を行い、水素利用社会を目指し装置を提供する方針だ。








<溶融塩蓄熱>  


溶融塩使い「蓄熱発電」 再エネ電力を低コスト貯蔵
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO36249920Z01C18A0000000/

2018/10/9 17:00
日経クロステック

エネルギー総合工学研究所は、再生可能エネルギーを低コストで安定利用できる「蓄熱発電」の開発を開始したと2018年10月3日に発表した。

環境省の公募事業「平成30年度熱を活用した次世代型蓄エネルギー技術実用化推進事業」の採択を受けて実施する。同研究所の公表資料によると、回転発熱機で電気を熱に変換し、溶融塩に高温で蓄熱しておき、必要に応じて溶融塩を熱源に蒸気を作り、タービン発電機を回す。


蓄熱発電の概要(出所:エネルギー総合工学研究所)

太陽光や風力などの再エネは天候や時間帯で発電量が大きく変動するため、蓄電池などによる蓄エネルギー技術が開発・活用されている。しかし、現時点では主にコスト面での課題があると指摘される。

同事業では、再エネ由来電力を熱に変換して蓄熱し、必要時に必要なだけ電力に変換して利用する自立・分散型の次世代蓄熱技術を利用した「蓄熱発電」を開発・実証する。蓄熱から電力に変換する際にロスが発生するが、蓄熱は極めて安価なため総合的な経済性に優れるという。

産学のコンソーシアムにより18年度は約4億円規模の検討を行い、5年目には100MWh規模の蓄熱設備の実証運転を目指す。平行して、再エネ由来電力の経済的な熱への変換技術開発にも取り組む。再エネ由来電力の安定利用とともに、再エネ由来電力による熱源の低炭素化を実現することで二酸化炭素(CO2)排出削減が期待できるという。

(ライター 工藤宗介)

[日経 xTECH 2018年10月5日掲載]