Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7518014B2 - Control system, control method, and hydrogen production system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7518014B2 - Control system, control method, and hydrogen production system - Google Patents

Control system, control method, and hydrogen production system Download PDF

Info

Publication number
JP7518014B2
JP7518014B2 JP2021023663A JP2021023663A JP7518014B2 JP 7518014 B2 JP7518014 B2 JP 7518014B2 JP 2021023663 A JP2021023663 A JP 2021023663A JP 2021023663 A JP2021023663 A JP 2021023663A JP 7518014 B2 JP7518014 B2 JP 7518014B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stack
power
water electrolysis
priority
stacks
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021023663A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022125850A (en
JP2022125850A5 (en
Inventor
敬司 渡邉
太 古田
敬郎 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2021023663A priority Critical patent/JP7518014B2/en
Priority to EP22154792.0A priority patent/EP4047112A3/en
Priority to EP23178603.9A priority patent/EP4234766A3/en
Publication of JP2022125850A publication Critical patent/JP2022125850A/en
Publication of JP2022125850A5 publication Critical patent/JP2022125850A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7518014B2 publication Critical patent/JP7518014B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50Processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • C25B15/023Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は、複数の水電解スタックによって水素を製造する水素製造システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen production system that produces hydrogen using multiple water electrolysis stacks.

水素エネルギーの普及に向け、水素価格の低減が求められている。水素価格を低減するためには、水素の製造に要するコストの低減が必要である。水素の製造は、例えば水の電気分解(以下、水電解と表記)などの方法により行われる。水素製造コストは設備コスト(CAPEX:capital expense)と運用コスト(OPEX:operating expense)に大別される。OPEXは、水電解に用いる電力の調達コストやシステム保守コストなどからなる。CAPEXを低減するには、以下の取り組みが必要となる。 In order to popularize hydrogen energy, there is a demand to reduce the price of hydrogen. In order to reduce the price of hydrogen, it is necessary to reduce the cost required to produce hydrogen. Hydrogen is produced, for example, by methods such as the electrolysis of water (hereafter referred to as water electrolysis). The cost of producing hydrogen is broadly divided into capital expenses (CAPEX) and operating expenses (OPEX). OPEX consists of the cost of procuring the electricity used in water electrolysis and the cost of maintaining the system. To reduce CAPEX, the following efforts are necessary.

・設備価格の低減
・設備稼働率の向上(水素製造量の増加)
・設備の耐用年数の向上(設備償却費の低減)
・Reduction in equipment costs ・Improvement of equipment operating rate (increase in hydrogen production volume)
・Improvement of equipment useful life (reduction of equipment depreciation costs)

近年、再生可能エネルギーを活用した水素製造が注目されているが、再生可能エネルギーの発電量は、風力や天候の影響で変動するので、水素製造設備の稼働率向上が課題となる。対策として、蓄電池により電力を平準化した上で水素を製造することが考えられるが、蓄電池の導入により設備価格が増大し、CAPEX低減は困難となる。したがって、蓄電池を用いることなく、CAPEXを低減できる技術が求められる。 In recent years, hydrogen production using renewable energy has been attracting attention, but the amount of electricity generated from renewable energy fluctuates due to wind and weather conditions, making it a challenge to improve the operating rate of hydrogen production facilities. One possible solution is to use storage batteries to level out electricity before producing hydrogen, but the introduction of storage batteries increases the cost of the equipment, making it difficult to reduce CAPEX. Therefore, there is a demand for technology that can reduce CAPEX without using storage batteries.

水素製造システムの耐用年数を向上させるためには、構成部品である水電解セルの劣化抑制が必要となる。水電解方式には、アルカリ電解、PEM(Proton Exchange Membrane)電解、AEM(Anion Exchange Membrane)電解などの方式がある。以下ではPEM電解セルの劣化抑制について述べる。 To improve the service life of a hydrogen production system, it is necessary to suppress the deterioration of the water electrolysis cells, which are one of the components. Water electrolysis methods include alkaline electrolysis, PEM (Proton Exchange Membrane) electrolysis, and AEM (Anion Exchange Membrane) electrolysis. The following describes how to suppress the deterioration of PEM electrolysis cells.

非特許文献1によれば、水電解セルの劣化は以下の特徴がある:
(a)高出力の運転を長時間(1000時間程度)保持すると劣化率が非常に大きい(つまり途中で出力を下げる間欠運転が望ましい);
(b)間欠運転の際、高出力と中間出力との間で遷移するよりも、高出力とゼロ出力との間で遷移する方が劣化抑制できる;
(c)間欠運転の際、出力サイクルの周期を短くすると(頻繁にON/OFFすると)早く劣化する。
According to Non-Patent Document 1, the deterioration of a water electrolysis cell has the following characteristics:
(a) If high-power operation is maintained for a long period of time (about 1,000 hours), the rate of deterioration is very large (i.e., intermittent operation with reduced power output is desirable);
(b) during intermittent operation, transitions between high and zero power output result in less degradation than transitions between high and intermediate power output;
(c) In the case of intermittent operation, shortening the output cycle (frequent ON/OFF switching) causes rapid deterioration.

複数の水電解スタックを用いてメガワットクラスの水素製造システムを構成する技術は多く存在する。また特許文献1は、水電解スタックのON/OFFを個別制御する技術を記載している。例えば再生可能エネルギーの電力変動に追従して、電力が大きい時には動作スタック数を多くする。特許文献1にはさらに、特定のスタックのみを酷使することによる短寿命化を防止するために、スタックの劣化状態を監視しながら、動作させるスタックを選択する技術が開示されている。 There are many technologies for constructing megawatt-class hydrogen production systems using multiple water electrolysis stacks. Patent Document 1 also describes a technology for individually controlling the ON/OFF of water electrolysis stacks. For example, by following the power fluctuations of renewable energy, the number of stacks in operation is increased when power is high. Patent Document 1 also discloses a technology for selecting a stack to operate while monitoring the deterioration state of the stacks in order to prevent a shortened lifespan due to overworking only certain stacks.

特開2020-084259号公報JP 2020-084259 A

C. Rakousky et al., J. Power Sources 342, 38 (2017).C. Rakousky et al., J. Power Sources 342, 38 (2017).

水電解システムに入力する電力として、系統電力と再生可能エネルギー電力の2通りが想定される。系統電力を用いて水電解システムを常時定格稼働させると、上記(a)の要因により、早期劣化が懸念される。一方で再生可能エネルギー電力は、風況や天候の影響により間欠的であり、かつ、出力がゼロまで低下せず、定格(最大出力)よりも小さい中間的な発電量となる頻度が高い。このような電力を水電解システムに対して入力した場合、高出力と中間出力との間で出力が頻繁に往復するので、上記(b)(c)の要因による劣化が懸念される。 Two types of power are assumed to be input to a water electrolysis system: grid power and renewable energy power. If the water electrolysis system is constantly operated at rated power using grid power, there is concern that early degradation will occur due to factor (a) above. On the other hand, renewable energy power is intermittent due to wind conditions and weather conditions, and the output does not drop to zero, and there is a high frequency of intermediate power generation that is smaller than the rated (maximum output). If such power is input to a water electrolysis system, the output will frequently go back and forth between high output and intermediate output, raising concerns about degradation due to factors (b) and (c) above.

再生可能エネルギー電力を水電解システムに対して入力する際に、特許文献1のように水電解スタックを個別にON/OFFすることを考える。再生可能エネルギー電力の短時間変動に追従して水電解スタックをON/OFFすることは、水電解スタックの応答性が十分ではない可能性があるので、必ずしも有用ではない。また、再生可能エネルギー電力を用いると水電解スタックの稼働率が下がる課題があるので、水電解スタックの上限出力を制限することによって稼働率を上げる場合がある。このような場合は水電解スタックの稼働率が全体的に高まるので、OFFすることができる水電解スタックの個数が減り、ON/OFF制御による劣化抑制を十分に実施することができない。 When renewable energy power is input to a water electrolysis system, it is possible to turn the water electrolysis stacks on and off individually, as in Patent Document 1. Turning the water electrolysis stacks on and off in response to short-term fluctuations in renewable energy power is not necessarily useful, as the responsiveness of the water electrolysis stacks may be insufficient. In addition, the use of renewable energy power poses the issue of a lower operating rate of the water electrolysis stack, so the operating rate may be increased by limiting the upper limit output of the water electrolysis stack. In such cases, the operating rate of the water electrolysis stacks increases overall, so the number of water electrolysis stacks that can be turned off decreases, and deterioration cannot be sufficiently suppressed by ON/OFF control.

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、複数の水電解スタックを用いて水素を製造する水素製造システムにおいて、水電解スタックの劣化を効果的に抑制することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a technology that can effectively suppress deterioration of water electrolysis stacks in a hydrogen production system that produces hydrogen using multiple water electrolysis stacks.

本発明に係る水素製造システムは、水電解スタックの動作状態として、稼働優先スタック、停止優先スタック、中間稼働スタック、のうちいずれかを割り当てる。 The hydrogen production system according to the present invention assigns the operation state of the water electrolysis stack to one of the following: operation priority stack, shutdown priority stack, or intermediate operation stack.

本発明に係る水素製造システムによれば、水電解スタックの劣化を効果的に抑制することができる。 The hydrogen production system according to the present invention can effectively suppress deterioration of the water electrolysis stack.

実施形態1に係る水素製造システム1の構成図である。1 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a first embodiment. 再生可能エネルギーの発電量の経時変化の1例である。This is an example of the change over time in the amount of electricity generated from renewable energy sources. 実施形態において稼働計画策定部141が策定する稼働ローテーションの1例である。13 is an example of an operation rotation formulated by the operation plan formulation unit 141 in the embodiment. 図3の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。4 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 3 . 図3の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。4 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 3 . 図3の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。4 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 3 . 水電解スタックの劣化率を試験した結果を示す表である。1 is a table showing the results of testing the deterioration rate of a water electrolysis stack. 6台の水電解スタック11を運用する場合における稼働ローテーション計画の1例を示す。An example of an operation rotation plan for operating six water electrolysis stacks 11 will be shown. 図6の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。7 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 6 . 図6の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。7 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 6 . 図6の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。7 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 6 . 太陽光発電の発電量の経時変化を示す1例である。1 is an example showing the change over time in the amount of power generated by solar power generation. 図8の供給電力を従来手順にしたがって水電解スタックへ分配した場合において稼働スタックに対して分配される電力の経時変化を示す。9 shows the change over time in power distributed to an operating water electrolysis stack when the supply power in FIG. 8 is distributed to the stack according to a conventional procedure. 電力供給が図8のように変動するときにおける稼働ローテーション計画の1例である。9 is an example of an operation rotation plan when the power supply fluctuates as shown in FIG. 8 . 図10の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。11 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 10 . 図10の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。11 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 10 . 図10の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。11 shows the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when each water electrolysis stack 11 is operated according to the operation rotation plan of FIG. 10 . 実施形態2に係る水素製造システム1の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a second embodiment. 実施形態3に係る水素製造システム1の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a third embodiment. 実施形態4に係る水素製造システム1の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a fourth embodiment. 実施形態5に係る水素製造システム1の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a fifth embodiment. 実施形態5において従来手順にしたがって各水電解スタックの動作状態を割り当てた場合における稼働ローテーションを示す。13 shows an operation rotation in a case where the operation states of each water electrolysis stack are assigned according to a conventional procedure in embodiment 5. 実施形態5における水素製造システム1の稼働ローテーションを示す。13 shows the operation rotation of the hydrogen production system 1 in embodiment 5.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る水素製造システム1の構成図である。水素製造システム1は、再生可能エネルギーや送配電系統が供給するAC(交流)電力を用いて水素を製造するシステムである。水素製造システム1は、供給される電力を用いて水電解スタック11を稼働させることにより、水素を製造する。水素製造システム1は、水電解スタック11、DC/DCコンバータ12、AC/DC整流器13、電力分配制御システム14を備える。
<First embodiment>
1 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a first embodiment of the present invention. The hydrogen production system 1 is a system that produces hydrogen using renewable energy or AC (alternating current) power supplied from a power transmission and distribution system. The hydrogen production system 1 produces hydrogen by operating a water electrolysis stack 11 using the supplied power. The hydrogen production system 1 includes the water electrolysis stack 11, a DC/DC converter 12, an AC/DC rectifier 13, and a power distribution control system 14.

水電解スタック11は、水を電気分解することによって水素を製造する。図1においては、2つの水電解スタック11が直列接続され、さらに2つの水電解スタック11を1つのペアとして3つのペアが並列接続されている。水電解スタック11が製造した水素は、輸送設備や貯蔵設備へ出力される。 The water electrolysis stack 11 produces hydrogen by electrolyzing water. In FIG. 1, two water electrolysis stacks 11 are connected in series, and three pairs of two water electrolysis stacks 11 are connected in parallel. The hydrogen produced by the water electrolysis stack 11 is output to a transportation facility or a storage facility.

AC/DC整流器13は、水素製造システム1に対して供給される交流電力をDC(直流)電力に変換し、DC/DCコンバータ12へ出力する。DC/DCコンバータ12は水電解スタック11に対して電力を供給することにより、水電解スタック11の動作状態を制御する。 The AC/DC rectifier 13 converts the AC power supplied to the hydrogen production system 1 into DC (direct current) power and outputs it to the DC/DC converter 12. The DC/DC converter 12 supplies power to the water electrolysis stack 11 to control the operating state of the water electrolysis stack 11.

電力分配制御システム14は、DC/DCコンバータ12に対して動作指令を出力することにより、DC/DCコンバータ12を介して水電解スタック11の動作状態を制御する。電力分配制御システム14は、稼働計画策定部141、スタック動作割当部142、電力分配指令部143、劣化特性データ管理部144、劣化率試算部145を備える。 The power distribution control system 14 controls the operating state of the water electrolysis stack 11 via the DC/DC converter 12 by outputting an operating command to the DC/DC converter 12. The power distribution control system 14 includes an operation plan formulation unit 141, a stack operation allocation unit 142, a power distribution command unit 143, a deterioration characteristic data management unit 144, and a deterioration rate estimation unit 145.

稼働計画策定部141は、水電解スタック11の稼働ローテーション計画を策定する。ここでいう稼働ローテーションとは、各水電解スタック11の動作状態として、後述する稼働優先スタック/停止優先スタック/中間稼働スタックのうちいずれかを割り当てる順番のことである。スタック動作割当部142は、稼働計画策定部141が策定した稼働ローテーション計画にしたがって、各水電解スタック11の動作状態を決定する。電力分配指令部143は、水電解スタック11がその動作状態にしたがって動作するように、DC/DCコンバータ12に対して電流指令値を与える。 The operation plan formulation unit 141 formulates an operation rotation plan for the water electrolysis stack 11. The operation rotation here refers to the order in which each water electrolysis stack 11 is assigned as an operation state of either an operation priority stack, a stop priority stack, or an intermediate operation stack, which will be described later. The stack operation allocation unit 142 determines the operation state of each water electrolysis stack 11 according to the operation rotation plan formulated by the operation plan formulation unit 141. The power distribution command unit 143 gives a current command value to the DC/DC converter 12 so that the water electrolysis stack 11 operates according to its operation state.

劣化特性データ管理部144は、水電解スタック11の劣化特性を記述した劣化特性データを保持している。稼働計画策定部141は、この劣化特性にしたがって稼働ローテーション計画を策定することができる。劣化率試算部145は、その計画にしたがって水電解スタック11を稼働させたと仮定したときにおける各水電解スタック11の劣化率を試算する。 The deterioration characteristic data management unit 144 holds deterioration characteristic data that describes the deterioration characteristics of the water electrolysis stack 11. The operation plan formulation unit 141 can formulate an operation rotation plan according to the deterioration characteristics. The deterioration rate estimation unit 145 estimates the deterioration rate of each water electrolysis stack 11 when it is assumed that the water electrolysis stack 11 is operated according to the plan.

図2は、再生可能エネルギーの発電量の経時変化の1例である。ここでは風力発電の発電量を例示した。従来の運転制御においては、水電解スタックの稼働率を上げるために、図2のように水電解スタックの上限出力を制限する場合がある。これにより稼働率は向上するが、他方で停止状態にすることができる水電解スタックの個数が減る。例えば8台の水電解スタックに対して図2のような電力を均等に供給した場合、水電解スタックの稼働率は84.8%となった。 Figure 2 is an example of the change over time in the amount of power generated from renewable energy. Here, the amount of power generated by wind power is shown as an example. In conventional operational control, in order to increase the availability of the electrolysis stack, the upper limit output of the electrolysis stack may be limited as shown in Figure 2. This improves the availability, but on the other hand reduces the number of electrolysis stacks that can be shut down. For example, when power is supplied evenly to eight electrolysis stacks as shown in Figure 2, the availability of the electrolysis stacks is 84.8%.

図3は、本実施形態において稼働計画策定部141が策定する稼働ローテーションの1例である。ここでは8台の水電解スタック11を2台ずつペアにして動作状態を割り当てた例を示した。稼働計画策定部141は、水電解スタック11の動作状態として、(a)稼働優先スタック、(b)停止優先スタック、(c)中間稼働スタック、のうちいずれかを割り当てる。図3においては、稼働優先=>停止優先=>中間稼働=>中間稼働の順で動作状態を割り当て、中間稼働スタック以外は重複しないように動作状態をローテーションさせる例を示した。 Figure 3 shows an example of an operation rotation formulated by the operation plan formulation unit 141 in this embodiment. Here, an example is shown in which eight water electrolysis stacks 11 are paired in pairs of two and operation states are assigned. The operation plan formulation unit 141 assigns one of the following as the operation state of the water electrolysis stacks 11: (a) operation priority stack, (b) stop priority stack, or (c) intermediate operation stack. Figure 3 shows an example in which the operation states are assigned in the order of operation priority => stop priority => intermediate operation => intermediate operation, and the operation states are rotated so that there is no overlap except for the intermediate operation stack.

稼働優先スタックは、他の水電解スタック11と比較して、電力を優先的に分配するスタックである。停止優先スタックは、他の水電解スタック11と比較して、電力供給を停止することを優先するスタックである。中間稼働スタックはこれらの中間の電力供給を受けるスタックである。例えば水素製造システム1が受け取る電力をまず稼働優先スタックと停止優先スタックに対して全て割り当てた後、残りの電力があれば中間稼働スタックへ割り当てる。 The operation priority stack is a stack that is given priority in distributing power compared to the other water electrolysis stacks 11. The stop priority stack is a stack that is given priority in stopping the power supply compared to the other water electrolysis stacks 11. The intermediate operation stack is a stack that receives an intermediate power supply between these. For example, the power received by the hydrogen production system 1 is first allocated in its entirety to the operation priority stack and the stop priority stack, and then any remaining power is allocated to the intermediate operation stack.

図4A~図4Cは、図3の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。稼働優先スタックに対して最も優先的に電力が分配され、停止優先スタックは電力を供給しないことを最優先する。中間稼働スタックはこれらの中間の電力供給を受ける。 Figures 4A to 4C show the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when the stacks are operated according to the operation rotation plan in Figure 3. Power is distributed with the highest priority to the operation-priority stacks, and the top priority is not to supply power to the shutdown-priority stacks. The intermediate operation stacks receive a power supply that is intermediate between these two.

図5は、水電解スタックの劣化率を試験した結果を示す表である。これらは非特許文献1が記載しているものであり、5つのモードにおいてそれぞれ劣化率(電圧上昇率)を試験した結果を示している。まずこれらの試験結果から分かる水電解スタックの特徴について説明し、次に同様の試験を本実施形態において実施した場合の試算結果を示す。ただし本実施形態は水電解スタックを用い、非特許文献1は単独の水電解セルを用いているので、数値の絶対値は互いに異なることを付言しておく。 Figure 5 is a table showing the results of testing the deterioration rate of the water electrolysis stack. These are described in Non-Patent Document 1, and show the results of testing the deterioration rate (voltage rise rate) in each of the five modes. First, the characteristics of the water electrolysis stack that can be seen from these test results are explained, and then the results of calculations when similar tests are carried out in this embodiment are shown. However, it should be noted that since this embodiment uses a water electrolysis stack and Non-Patent Document 1 uses a single water electrolysis cell, the absolute values of the numerical values are different from each other.

モードBのように電流密度2A/cmを維持すると、劣化率は最も高い194μV/hとなっている。したがって高出力の運転を長時間(1000時間程度)保持すると劣化率が非常に大きい(つまり途中で出力を下げる間欠運転が望ましい)ことが分かる。 When the current density is maintained at 2 A/ cm2 as in mode B, the deterioration rate is the highest at 194 μV/h. Therefore, it can be seen that the deterioration rate is very large when high-output operation is maintained for a long period of time (about 1000 hours) (i.e., intermittent operation in which the output is reduced midway is desirable).

モードCのように電流密度を2A/cmと1A/cmとの間で遷移させると劣化率は65μV/hであるのに対して、モードDのように電流密度を2A/cmと0A/cmとの間で遷移させると劣化率は16μV/hである。したがって間欠運転する際には、高出力と中間出力との間で遷移するよりも、高出力とゼロ出力との間で遷移する方が劣化抑制できることが分かる。 When the current density is transitioned between 2 A/ cm2 and 1 A/ cm2 as in mode C, the deterioration rate is 65 μV/h, whereas when the current density is transitioned between 2 A/ cm2 and 0 A/ cm2 as in mode D, the deterioration rate is 16 μV/h. Therefore, it can be seen that during intermittent operation, transitioning between high output and zero output can suppress deterioration more effectively than transitioning between high output and intermediate output.

モードEは、2A/cmの出力を10分間継続した後に0A/cmの出力を10分間継続する。したがって出力サイクルが他のモードと比較して極端に短い(例:モードCとDは6時間+6時間のサイクル)。モードEの劣化率は50μV/hであり、モードDの劣化率は16μV/hである。したがって出力サイクルを短くすると、早く劣化することが分かる。 In mode E, an output of 2 A/ cm2 is continued for 10 minutes, followed by an output of 0 A/ cm2 for 10 minutes. Therefore, the output cycle is extremely short compared to other modes (for example, modes C and D are 6 hour + 6 hour cycles). The deterioration rate of mode E is 50 μV/h, and the deterioration rate of mode D is 16 μV/h. Therefore, it can be seen that the shorter the output cycle, the faster the deterioration.

従来のように各水電解スタックに対して均等に電力を分配する運用手順を用いる場合、水電解スタックは高出力と中間出力との間で遷移するので、モードCに相当する動作をすることになる。そのうえで特許文献1のようにスタックのON/OFFを頻繁に切り替えると、モードEに相当する動作をすることになる。そうすると従来の運用手順においては、モードCの劣化率(65μV/h)に加えて、モードサイクルを6hから10minへ短縮することによりモードDとEとの間の差分(50-16=34μV/h)に相当する劣化率が重畳されると推定される。すなわち従来の運用手順における劣化率は約99μV/h程度であると推定される。 When using conventional operating procedures that distribute power equally to each water electrolysis stack, the water electrolysis stack transitions between high and medium output, resulting in operation equivalent to mode C. If the stack is then frequently switched on and off as in Patent Document 1, operation equivalent to mode E will result. In this case, it is estimated that in conventional operating procedures, in addition to the deterioration rate of mode C (65 μV/h), a deterioration rate equivalent to the difference between modes D and E (50-16=34 μV/h) is superimposed by shortening the mode cycle from 6 hours to 10 minutes. In other words, the deterioration rate in conventional operating procedures is estimated to be approximately 99 μV/h.

本実施形態における稼働優先スタックは、高出力で運転した後に停止優先スタックを割り当てる点において、モードDに相当するので、これによる劣化は16μV/hが6h継続することになる。本実施形態における停止優先スタックは、高出力とゼロ出力との間を頻繁に往復するので、モードEに相当し、これによる劣化は50μV/hが6h継続することになる。本実施形態における中間稼働スタックは、高出力と中間出力との間で遷移することに加えてON/OFFを頻繁に切り替えるので、上記のように劣化率は99μV/hであり、これが6h×2継続する。したがって本実施形態における劣化率は、各動作モードを平均すると66μV/hとなり、従来と比較して劣化率を33%低減することができる。 The operating priority stack in this embodiment corresponds to mode D in that it operates at high output and then assigns a stop priority stack, so the resulting deterioration is 16 μV/h and continues for 6 hours. The stop priority stack in this embodiment frequently goes back and forth between high output and zero output, so it corresponds to mode E, and the resulting deterioration is 50 μV/h and continues for 6 hours. The intermediate operating stack in this embodiment transitions between high output and intermediate output and also frequently switches ON/OFF, so as described above the deterioration rate is 99 μV/h, which continues for 6 hours x 2. Therefore, the deterioration rate in this embodiment is 66 μV/h when averaged across each operating mode, which is a 33% reduction in deterioration rate compared to the conventional method.

図6は、6台の水電解スタック11を運用する場合における稼働ローテーション計画の1例を示す。各スタックペアに対して稼働優先=>停止優先=>中間稼働の順で動作状態を割り当て、ペア間において動作状態が重複しないようにした。 Figure 6 shows an example of an operation rotation plan when operating six water electrolysis stacks 11. Operation states are assigned to each stack pair in the following order: operation priority => stop priority => intermediate operation, so that operation states do not overlap between pairs.

図7A~図7Cは、図6の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。図3~図4Cの例(第1例)と同様に劣化率を試算すると、55μV/hとなり、従来に比べて劣化率を44%低減することができる。本例(第2例)において第1例よりも劣化抑制効果が大きい理由は、劣化率の低い稼働優先スタックや停止優先スタックの台数の割合が相対的に高くなったからであると考えられる。 Figures 7A to 7C show the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when the stacks are operated according to the operation rotation plan in Figure 6. The deterioration rate is estimated to be 55 μV/h in the same manner as in the example (first example) of Figures 3 to 4C, which is a 44% reduction in deterioration rate compared to the conventional example. The reason why the deterioration suppression effect is greater in this example (second example) than in the first example is believed to be because the proportion of operation-priority stacks and shutdown-priority stacks, which have a lower deterioration rate, is relatively high.

ただし第1例と第2例それぞれの稼働率を比較すると、第2例においては稼働優先スタックの稼働率が低下し(図4Aと図7Aの比較)、停止優先スタックの稼働率が上昇している(図4Bと図7Bの比較)。これにより、例えば稼働優先スタックの劣化率はモードD相当とみなす近似の精度が低下する可能性がある。すなわち同じ稼働優先スタックであっても、第1例より第2例のほうが劣化率が高い可能性がある。したがって、各々の入力電力データに対する劣化率を事前評価、あるいは運転時に取得しながら稼働ローテーションを策定することが有効である。 However, when comparing the operating rates of the first and second examples, the operating rate of the operating-priority stack in the second example decreases (compare Figure 4A with Figure 7A), while the operating rate of the stop-priority stack increases (compare Figure 4B with Figure 7B). This may result in a decrease in the accuracy of the approximation that assumes the deterioration rate of the operating-priority stack to be equivalent to mode D, for example. In other words, even if they are the same operating-priority stacks, the deterioration rate may be higher in the second example than in the first example. Therefore, it is effective to assess the deterioration rate for each input power data in advance, or to obtain it during operation while formulating the operating rotation.

具体的には、例えば劣化率試算部145が各水電解スタック11の劣化率を現在の稼働ローテーション計画の下で試算し、稼働計画策定部141は、各水電解スタック11間の劣化率の差分ができる限り小さくなるようにローテーション計画を策定すればよい。必ずしも各水電解スタック11の劣化率を厳密に等しくする必要はなく、少なくともスタック間の劣化率の差分が縮小するのであれば、その限りにおいて相応の効果を発揮することができる。 Specifically, for example, the deterioration rate estimation unit 145 estimates the deterioration rate of each water electrolysis stack 11 under the current operation rotation plan, and the operation plan formulation unit 141 formulates a rotation plan so that the difference in deterioration rate between each water electrolysis stack 11 is as small as possible. It is not necessary to make the deterioration rates of each water electrolysis stack 11 strictly equal, and as long as the difference in deterioration rate between the stacks is at least reduced, a corresponding effect can be achieved to that extent.

図8は、太陽光発電の発電量の経時変化を示す1例である。1日の中で時間帯による発電量の変動、また、雲の影響による発電量低下が起こっていることがわかる。以下ではこの電力を水素製造システム1に対して供給する場合について考察する。 Figure 8 is an example showing the change in the amount of electricity generated by solar power generation over time. It can be seen that the amount of electricity generated varies depending on the time of day, and that the amount of electricity generated decreases due to the effects of clouds. Below, we consider the case where this electricity is supplied to the hydrogen production system 1.

図9は、図8の供給電力を従来手順にしたがって水電解スタックへ分配した場合において稼働スタックに対して分配される電力の経時変化を示す。太陽光発電のように、時間帯による発電量変化が大きい場合は、図2のように上限値によって出力をフィルタリングすることによって水電解システムの稼働率を上げることが難しい。そこで、まず従来制御の例として、特許文献1のように、時間帯(発電量)に応じて水電解スタックをON/OFFさせる場合の電力分配の結果を試算した。ここでは8台の水電解スタックに対して均等に電力を分配した。図9はその結果を示す。 Figure 9 shows the change over time in the power distributed to the operating stacks when the supply power in Figure 8 is distributed to the water electrolysis stacks according to the conventional procedure. When the amount of power generated varies greatly depending on the time of day, as in solar power generation, it is difficult to increase the availability of the water electrolysis system by filtering the output using an upper limit value as in Figure 2. Therefore, as an example of conventional control, we first estimated the results of power distribution when the water electrolysis stacks are turned ON/OFF depending on the time of day (amount of power generated), as in Patent Document 1. Here, power was distributed equally to eight water electrolysis stacks. Figure 9 shows the results.

図9に示す稼働スタックの平均稼働率は58.1%と低く、また、高出力と中間出力との間の頻繁な往復が見られるので早期劣化が懸念される。したがって、従来のようにON/OFFさせるスタック台数を制御する手法は、水電解スタックの劣化を抑制することが困難であることが分かる。 The average operating rate of the operating stacks shown in Figure 9 is low at 58.1%, and frequent switching between high and medium output is observed, raising concerns about early deterioration. Therefore, it is clear that the conventional method of controlling the number of stacks to be turned on and off is difficult to suppress deterioration of the water electrolysis stacks.

図10は、電力供給が図8のように変動するときにおける稼働ローテーション計画の1例である。稼働計画策定部141は、水素製造システム1に対して供給される電力が閾値を下回る期間においては、図3や図6で説明した稼働ローテーションに代えて、完全にOFFする(電力供給を遮断する)水電解スタック11を割り当てる。これを停止スタックと呼ぶ。例えば図10の0~2hの期間においては、供給電力が少ないので4台の水電解スタック11のみを運用し、8~10hにおいては供給電力がさらに少ないので2台のみを運用することとした。 Figure 10 is an example of an operation rotation plan when the power supply fluctuates as shown in Figure 8. During periods when the power supplied to the hydrogen production system 1 falls below a threshold, the operation plan formulation unit 141 assigns water electrolysis stacks 11 to be completely turned off (power supply is cut off) instead of the operation rotation described in Figures 3 and 6. This is called a stopped stack. For example, during the period from 0 to 2 h in Figure 10, the power supply is low so only four water electrolysis stacks 11 are operated, and during the period from 8 to 10 h, the power supply is even lower so only two are operated.

いずれの水電解スタック11をOFFにするかについては、例えば各水電解スタック11の稼働率がなるべく均一になるようにすればよい。ある程度の期間にわたって平均した稼働率がなるべく均一になればよく、必ずしも稼働率が厳密に常時均一となるようにする必要はない。また必ずしも、供給電力が低下した期間全体にわたって停止スタックを割り当てる必要はなく、低電力機関のうち少なくとも一部において停止スタックを割り当てれば、その限りにおいて劣化を抑制する効果を発揮できる。 Which water electrolysis stacks 11 should be turned off so that the operation rates of the water electrolysis stacks 11 are as uniform as possible. It is sufficient that the operation rates averaged over a certain period of time are as uniform as possible, and it is not necessary that the operation rates are strictly uniform all the time. In addition, it is not necessary to assign a stopped stack for the entire period when the power supply is reduced, and as long as a stopped stack is assigned to at least some of the low-power engines, the effect of suppressing deterioration can be achieved to that extent.

図11A~図11Cは、図10の稼働ローテーション計画にしたがって各水電解スタック11を運用したとき各水電解スタック11に対して供給される電力の経時変化を示す。稼働優先スタックは、図9と比較して稼働率が向上し、高出力と中間出力との間で遷移する頻度が減少しているので、従来制御よりも劣化率が低減することが期待される。 Figures 11A to 11C show the change over time in the power supplied to each water electrolysis stack 11 when the stacks are operated according to the operation rotation plan in Figure 10. The operation-priority stack has an improved operation rate compared to Figure 9, and the frequency of transitions between high output and medium output is reduced, so it is expected that the deterioration rate will be lower than with conventional control.

図9の従来制御手法の試算においては、入力電力の変動に対してリアルタイム(秒単位)に水電解スタックのON/OFF台数を変更している。これに対し、図10の稼働ローテーションは「2時間毎のON/OFF制御」に加えて「DC/DCコンバータ12による電流分配制御」により水電解スタック11の運転状態を制御できるので、変動追従性の観点でも利点がある。 In the calculation of the conventional control method in Figure 9, the number of water electrolysis stacks that are turned on/off is changed in real time (in seconds) in response to fluctuations in the input power. In contrast, the operation rotation in Figure 10 has the advantage in terms of fluctuation tracking, since it can control the operating state of the water electrolysis stack 11 by "current distribution control by the DC/DC converter 12" in addition to "ON/OFF control every two hours."

以上より、太陽光発電のように時間帯に依存した変動のある再生可能エネルギーが供給される場合であっても、本実施形態の制御手法を用いることにより、水電解スタック11の劣化抑制が可能である。 As described above, even when renewable energy that fluctuates depending on the time of day, such as solar power generation, is supplied, it is possible to suppress deterioration of the water electrolysis stack 11 by using the control method of this embodiment.

<実施の形態1:まとめ>
本実施形態1に係る水素製造システム1は、水電解スタック11の動作状態を、稼働優先スタック=>停止優先スタック=>中間稼働スタックの順に割り当てる。これにより、従来のように水電解スタック11の稼働率を均等にする運転制御やON/OFFを頻繁に繰り返す運転制御と比較して、水電解スタック11の劣化を抑制することができる。
<Embodiment 1: Summary>
The hydrogen production system 1 according to the first embodiment assigns the operation states of the water electrolysis stack 11 in the order of operation priority stack => shutdown priority stack => intermediate operation stack. This makes it possible to suppress deterioration of the water electrolysis stack 11, compared to conventional operation control that equalizes the operation rates of the water electrolysis stacks 11 or operation control that frequently repeats ON/OFF.

本実施形態1に係る水素製造システム1は、供給される電力が少ない期間においては、水電解スタック11の動作状態として、上記に加えて停止スタックを割り当てる。これにより、例えば太陽光発電のように経時変動が大きい電力供給を受ける場合であっても、水電解スタック11の劣化を効果的に抑制できる。 In the hydrogen production system 1 according to the first embodiment, during periods when the power supply is low, the water electrolysis stack 11 is assigned a stopped stack in addition to the above operation states. This makes it possible to effectively suppress deterioration of the water electrolysis stack 11 even when receiving a power supply that fluctuates greatly over time, such as solar power generation.

<実施の形態2>
図12は、本発明の実施形態2に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態2においては、実施形態1で説明した構成に加えて、発電量予測部21を備える。発電量予測部21は、水素製造システム1の一部として構成してもよいし、水素製造システム1とは別の機能部として構成してもよい。
<Embodiment 2>
12 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, in addition to the configuration described in the first embodiment, a power generation amount prediction unit 21 is provided. The power generation amount prediction unit 21 may be configured as a part of the hydrogen production system 1, or may be configured as a functional unit separate from the hydrogen production system 1.

発電量予測部21は、公知の手法にしたがって、再生可能エネルギーの発電量を予測する。例えば、(a)気象データ22(天候、風況、などの気象条件を記述したデータ)を用いて予測する、(b)再生可能エネルギー発電設備から発電量に関するデータをリアルタイムで取得する、(c)これらの組み合わせ、などが考えられる。 The power generation prediction unit 21 predicts the amount of power generated from renewable energy sources according to a known method. For example, it may (a) predict using meteorological data 22 (data describing meteorological conditions such as weather and wind conditions), (b) obtain data on the amount of power generated from renewable energy power generation facilities in real time, or (c) use a combination of these.

電力分配制御システム14は、発電量予測部21から予測発電量を受信し、これにしたがって各水電解スタック11の動作状態を割り当てる。例えば、発電量が多い時には、稼働優先スタックの台数を増やす。台数を維持したまま発電量が増加すると、停止優先スタックに分配される電力が増加し、高出力と中間出力との間の遷移が増えて劣化が促進される懸念があるからである。また、実施形態1の太陽光発電の場合のように、時間帯により発電量低下が予想される場合には、図10のように水電解スタック11のON/OFFを制御してもよい。これらの制御により、再生可能エネルギー発電量の変動に追従しながら水電解スタック11の劣化を抑制することができる。 The power distribution control system 14 receives the predicted power generation from the power generation prediction unit 21 and assigns the operating state of each water electrolysis stack 11 accordingly. For example, when the power generation is high, the number of operation priority stacks is increased. If the power generation increases while maintaining the number of stacks, the power distributed to the stop priority stacks increases, and there is a concern that the transition between high output and medium output will increase and deterioration will be accelerated. In addition, as in the case of solar power generation in embodiment 1, when a decrease in power generation is expected depending on the time of day, the water electrolysis stacks 11 may be controlled to be turned on and off as shown in FIG. 10. These controls make it possible to suppress deterioration of the water electrolysis stacks 11 while following fluctuations in the amount of renewable energy power generation.

<実施の形態3>
図13は、本発明の実施形態3に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態3においては、実施形態1で説明した構成に加えて、劣化モニタリング部3を備える。劣化モニタリング部3は、水素製造システム1の一部として構成してもよいし、水素製造システム1とは別の機能部として構成してもよい。
<Third embodiment>
13 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in addition to the configuration described in the first embodiment, a deterioration monitoring unit 3 is provided. The deterioration monitoring unit 3 may be configured as a part of the hydrogen production system 1, or may be configured as a functional unit separate from the hydrogen production system 1.

劣化モニタリング部3は、例えば水電解スタック11の出力電流と出力電圧を電力分配制御システム14から受け取り、これを用いて、水電解スタック11の劣化度(State Of Health:SOH)を計算する。電力分配制御システム14は、その劣化度にしたがって各水電解スタック11の動作状態を割り当てる。 The degradation monitoring unit 3 receives, for example, the output current and output voltage of the water electrolysis stack 11 from the power distribution control system 14, and uses this to calculate the degradation level (State of Health: SOH) of the water electrolysis stack 11. The power distribution control system 14 assigns the operating state of each water electrolysis stack 11 according to the degradation level.

電力分配制御システム14は例えば、SOHが低下した水電解スタック11は、他の水電解スタック11と比較して、劣化率の大きい運転を実施する回数(例えば中間稼働スタックを割り当てる回数)を少なくするように、動作状態を割り当てる。これにより、特定のスタックのみが早期に劣化して交換が必要になる事態を回避することができるので、交換に伴う保守コストを削減することが可能となる。 For example, the power distribution control system 14 assigns the operating state of a water electrolysis stack 11 with a low SOH so that the number of times that the stack is operated with a high deterioration rate (e.g., the number of times that an intermediate operating stack is assigned) is reduced compared to the number of other water electrolysis stacks 11. This makes it possible to avoid a situation in which only a specific stack deteriorates early and requires replacement, thereby reducing the maintenance costs associated with replacement.

<実施の形態4> <Embodiment 4>

図14は、本発明の実施形態4に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態4においては、実施形態1で説明した構成に加えて、マネジメントシステム41と分配器42を備える。マネジメントシステム41と分配器42は、水素製造システム1の一部として構成してもよいし、水素製造システム1とは別の機能部として構成してもよい。 Figure 14 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to embodiment 4 of the present invention. In addition to the configuration described in embodiment 1, this embodiment 4 includes a management system 41 and a distributor 42. The management system 41 and the distributor 42 may be configured as part of the hydrogen production system 1, or may be configured as separate functional parts from the hydrogen production system 1.

本実施形態において、分配器42は、マネジメントシステム41からの指示にしたがって、再生可能エネルギー発電設備43が発電した電力を、水電解スタック11に対して供給するかそれとも需要家44へ売電する(すなわち受け取った電力を送配電系統へ出力する)かを切り替える。マネジメントシステム41は、例えば両者間の分配比率を分配器42に対して指示する。 In this embodiment, the distributor 42 switches between supplying the electricity generated by the renewable energy power generation facility 43 to the water electrolysis stack 11 or selling the electricity to the consumer 44 (i.e., outputting the received electricity to the power transmission and distribution system) in accordance with instructions from the management system 41. The management system 41 instructs the distributor 42, for example, on the distribution ratio between the two.

マネジメントシステム41はさらに、需要家44から各種エネルギー(電力、熱、水素など)の需要データを収集し、そのデータにしたがって、エネルギー流通を制御する。例えば、電力需要やそれを反映したエネルギーのスポット価格を予測し、電力需要が大きいときは売電比率を高め、電力需要が小さいときは水素を製造する、などの制御を実施することができる。これらエネルギーの供給量についても同様にデータを収集し、需要と供給のバランスにしたがって上記制御を実施してもよい。 The management system 41 further collects demand data for various types of energy (electricity, heat, hydrogen, etc.) from consumers 44, and controls energy distribution according to the data. For example, it can predict electricity demand and the spot price of energy that reflects it, and implement controls such as increasing the electricity sales ratio when electricity demand is high and producing hydrogen when electricity demand is low. Data can also be collected on the supply amounts of these energies in a similar manner, and the above control can be implemented according to the balance between supply and demand.

水素製造システム1に対して供給される電力量が多いときは、停止優先スタックを割り当てることができる個数が相対的に減少する。このようなときは、分配器42が需要家44へ売電する比率を上げてもよい(換言すると、発電量が下がればそれに応じて売電比率を下げる)。これにより、水電解スタック11へ供給される電力が下がるので、停止優先スタックを割り当てることができる個数は増加する。その結果として、水電解スタック11の劣化を抑制することができる。 When the amount of electricity supplied to the hydrogen production system 1 is large, the number of stop priority stacks that can be assigned decreases relatively. In such a case, the distributor 42 may increase the ratio of electricity sold to the consumer 44 (in other words, if the amount of electricity generated decreases, the electricity selling ratio is decreased accordingly). This reduces the electricity supplied to the water electrolysis stack 11, and therefore increases the number of stop priority stacks that can be assigned. As a result, deterioration of the water electrolysis stack 11 can be suppressed.

<実施の形態5>
図15は、本発明の実施形態5に係る水素製造システム1の構成図である。本実施形態5において、水素製造システム1は送配電系統5から電力供給を受ける。したがって再生可能エネルギー電力を受け取る場合とは異なり、水電解スタック11に対して定電流負荷がかかるので、これによる劣化を考慮する必要がある。その他の構成は実施形態1~4と同じである。
<Fifth embodiment>
15 is a configuration diagram of a hydrogen production system 1 according to a fifth embodiment of the present invention. In this fifth embodiment, the hydrogen production system 1 receives power from a power transmission and distribution system 5. Therefore, unlike the case where the hydrogen production system 1 receives renewable energy power, a constant current load is applied to the water electrolysis stack 11, and deterioration due to this load must be taken into consideration. The other configurations are the same as those of the first to fourth embodiments.

図16Aは、従来手順にしたがって各水電解スタックの動作状態を割り当てた場合における稼働ローテーションを示す。数値は水電解スタックに対して供給する電流密度(A/cm)である。各スタックに対して均等に電力が分配されている。 16A shows the operation rotation when the operating state of each water electrolysis stack is assigned according to the conventional procedure. The numerical values are the current densities (A/cm 2 ) supplied to the water electrolysis stacks. Power is distributed equally to each stack.

図16Bは、本実施形態における水素製造システム1の稼働ローテーションを示す。定格電流が2.0A/cmであるとすれば、電流値が1.8A/cmのスタックは概ね稼働優先スタックに相当し、1.0A/cmのスタックは概ね停止優先スタックに相当する。したがって、図16Bの各スタックの動作状態としてこれらを割り当てることにより実施形態1と同様の効果を発揮できる。あるいは、送配電系統5が供給する電力の経時変動が少ない点を考慮して、稼働優先スタックや停止優先スタックのように水電解スタック11へ供給する電力を上下させず、図16Bに示す電流値を固定してそのまま水電解スタック11へ供給してもよい。供給される電力の種類に応じて、いずれを用いるかを切り替えるようにしてもよい。 FIG. 16B shows the operation rotation of the hydrogen production system 1 in this embodiment. If the rated current is 2.0 A/ cm2 , a stack with a current value of 1.8 A/ cm2 generally corresponds to an operation-priority stack, and a stack with a current value of 1.0 A/ cm2 generally corresponds to a stop-priority stack. Therefore, by allocating these as the operation states of each stack in FIG. 16B, the same effect as in the first embodiment can be achieved. Alternatively, in consideration of the fact that the power supplied by the power transmission and distribution system 5 does not fluctuate over time, the power supplied to the water electrolysis stack 11 may be fixed at the current value shown in FIG. 16B and supplied to the water electrolysis stack 11 as it is, without increasing or decreasing the power supplied to the water electrolysis stack 11 as in the operation-priority stack and the stop-priority stack. The type of power to be used may be switched depending on the type of power to be supplied.

図16Aの従来制御における劣化率は、図5のモードBにおける劣化率を線形補間して、78μV/hと試算した。図16Bにおける劣化率は、モードCにおける劣化率を線形補間して、52μV/hと試算した。したがって従来制御と比較して、劣化率を33%低減できる。したがって、系統電力のように経時変動が小さい電力を受け取る場合であっても、水電解スタック11の劣化を抑制できる。 The deterioration rate in the conventional control of FIG. 16A was estimated to be 78 μV/h by linearly interpolating the deterioration rate in mode B of FIG. 5. The deterioration rate in FIG. 16B was estimated to be 52 μV/h by linearly interpolating the deterioration rate in mode C. Therefore, compared to the conventional control, the deterioration rate can be reduced by 33%. Therefore, even when receiving power with small fluctuations over time such as grid power, deterioration of the water electrolysis stack 11 can be suppressed.

<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<Modifications of the present invention>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modified examples. For example, the above-described embodiment has been described in detail to clearly explain the present invention, and is not necessarily limited to those having all of the configurations described. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

非特許文献1の劣化試験において、電流密度ゼロの時にも水電解セルには1.4V以上の電圧が印加されているとの記載がある。これは水の電気分解の理論電圧(1.23V)よりやや高く、電解反応が開始される付近の電圧値である。もし運転中に電圧を0Vまで低下させると、逆電流が流れ、水電解セルを劣化させる恐れがある。したがって本発明においては、水電解スタック11に流れる電流がゼロとなる時であっても、水電解スタック11に対して電解反応の開始付近の電圧を印加できるように、水電解スタック11に対する電力供給経路の入口にDC/DCコンバータ12を配置した。同様の役割は、少なくとも2通り以上の電圧出力が可能な電力変換器によって代替することが可能である。したがってDC/DCコンバータ12に代えて、そのような電力変換器を配置してもよい。 In the deterioration test in Non-Patent Document 1, it is stated that a voltage of 1.4 V or more is applied to the water electrolysis cell even when the current density is zero. This is slightly higher than the theoretical voltage for water electrolysis (1.23 V) and is the voltage value near the start of the electrolysis reaction. If the voltage is reduced to 0 V during operation, a reverse current may flow and deteriorate the water electrolysis cell. Therefore, in the present invention, a DC/DC converter 12 is placed at the entrance of the power supply path to the water electrolysis stack 11 so that a voltage near the start of the electrolysis reaction can be applied to the water electrolysis stack 11 even when the current flowing through the water electrolysis stack 11 becomes zero. A similar role can be substituted by a power converter capable of outputting at least two or more voltages. Therefore, such a power converter may be placed instead of the DC/DC converter 12.

本発明は、水電解の逆反応である燃料電池にも適用できる。その場合、水電解スタック11は燃料電池スタックに置き換わり、電力分配制御システム14は発電分担制御システムに置き換わり、電力と水素の流れは逆向きとなる。 The present invention can also be applied to fuel cells, which are the reverse reaction of water electrolysis. In that case, the water electrolysis stack 11 is replaced with a fuel cell stack, the power distribution control system 14 is replaced with a power generation sharing control system, and the flow of electricity and hydrogen is reversed.

以上の実施形態において、電力分配制御システム14およびその各機能部は、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアをプロセッサなどの演算装置が実行することによって構成することもできる。発電量予測部21、劣化モニタリング部3、マネジメントシステム41、についても同様である。 In the above embodiment, the power distribution control system 14 and each of its functional units can be configured by hardware such as a circuit device that implements these functions, or by a processor or other computing device that executes software that implements these functions. The same applies to the power generation prediction unit 21, the degradation monitoring unit 3, and the management system 41.

1:水素製造システム
11:水電解スタック
12:DC/DCコンバータ
13:AC/DC整流器
14:電力分配制御システム
21:発電量予測部
3:劣化モニタリング部
41:マネジメントシステム
1: Hydrogen production system 11: Water electrolysis stack 12: DC/DC converter 13: AC/DC rectifier 14: Power distribution control system 21: Power generation prediction unit 3: Deterioration monitoring unit 41: Management system

Claims (21)

電力変換器を制御することにより、複数の水電解スタックに対して分配する電力を制御する制御システムであって、
前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定する稼働計画策定部、
前記稼働ローテーション計画において、所定期間にわたって電力供給を受ける前記水電解スタックの動作状態を割り当てるスタック動作割当部、
前記複数の水電解スタックが前記動作状態にしたがって動作するよう前記電力変換器に対して電流指令値を与える電力分配指令部、
を備え、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックが電力供給を受ける際の動作状態として、
(i)前記動作状態の一つが割り当てられる期間において、他の前記水電解スタックよりも優先的に電力供給を受ける稼働優先スタック、
(ii)前記期間において、電流供給を受けつつ、他の前記水電解スタックよりも電流供給を停止することを優先し、前記期間にわたって経時変化する電力の供給を受ける停止優先スタック、
を割り当てる
ことを特徴とする制御システム。
A control system for controlling power distribution to a plurality of water electrolysis stacks by controlling a power converter, comprising:
an operation plan formulation unit that formulates an operation rotation plan for the water electrolysis stack based on a deterioration characteristic that indicates a susceptibility to deterioration of the water electrolysis stack;
a stack operation allocation unit that allocates an operation state of the water electrolysis stack to be supplied with power for a predetermined period in the operation rotation plan;
a power distribution command unit that supplies a current command value to the power converter so that the plurality of water electrolysis stacks operate in accordance with the operating state;
Equipped with
The stack operation allocation unit sets, as an operation state when the water electrolysis stack receives a power supply,
(i) an operation priority stack that receives power supply preferentially over the other water electrolysis stacks during a period in which one of the operation states is assigned ;
(ii) a stop-priority stack that receives a current supply during the period, prioritizes stopping the current supply over the other water electrolysis stacks , and receives a supply of power that changes over time throughout the period ;
A control system comprising:
前記スタック動作割当部は、前記期間にわたって前記経時変化する電力の供給を受ける水電解スタックの動作状態として、
(iii)各前記水電解スタックに対して供給される電力の総和から前記稼働優先スタックへ供給される電力を差し引くとともに前記停止優先スタックへ供給される電力を差し引いた電力の供給を受ける中間稼働スタック、を割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の制御システム。
The stack operation allocation unit determines an operation state of the water electrolysis stack that receives the supply of the time-varying power over the period as follows:
and (iii) assigning an intermediate operation stack to receive power obtained by subtracting the power supplied to the operation priority stack and the power supplied to the shutdown priority stack from a sum of the powers supplied to the water electrolysis stacks.
前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記複数の水電解スタックのうち第1スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、および前記中間稼働スタックを第1順序で順次割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記複数の水電解スタックのうち前記第1スタックとは異なる第2スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、および前記中間稼働スタックを前記第1順序とは異なる第2順序で順次割り当てる
ことを特徴とする請求項2記載の制御システム。
the stack operation allocation unit sequentially allocates, in the operation rotation plan, the operation priority stack, the shutdown priority stack, and the intermediate operation stack as operation states of a first stack among the plurality of water electrolysis stacks in a first order;
3. The control system according to claim 2, wherein in the operation rotation plan, the stack operation allocation unit sequentially allocates the operation priority stack, the shutdown priority stack, and the intermediate operation stack as operation states of a second stack, different from the first stack, among the plurality of water electrolysis stacks, in a second order different from the first order.
前記スタック動作割当部は、前記稼働ローテーション計画において、前記第1スタックの動作状態を、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、前記中間稼働スタックの順で割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記第1スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当てたときは前記第2スタックに対して前記稼働優先スタック以外の動作状態を割り当て、 前記スタック動作割当部は、前記第1スタックに対して前記停止優先スタックを割り当てたときは前記第2スタックに対して前記停止優先スタック以外の動作状態を割り当てる ことを特徴とする請求項3記載の制御システム。
the stack operation allocation unit allocates, in the operation rotation plan, the operation states of the first stack in the following order: the operating priority stack, the stop priority stack, and the intermediate operating stack;
The control system according to claim 3, characterized in that when the stack operation allocation unit assigns the operating priority stack to the first stack, it assigns an operating state other than the operating priority stack to the second stack, and when the stack operation allocation unit assigns the stop priority stack to the first stack, it assigns an operating state other than the stop priority stack to the second stack.
前記稼働ローテーション計画を実施した場合における前記水電解スタックの劣化率を、前記水電解スタックの劣化特性にしたがって計算する、劣化率計算部を備え、
前記スタック動作割当部は、前記計算した劣化率の各前記水電解スタック間の差分が小さくなるように、前記稼働ローテーション計画を割り当てる
ことを特徴とする請求項1記載の制御システム。
a deterioration rate calculation unit that calculates a deterioration rate of the water electrolysis stack when the operation rotation plan is executed in accordance with deterioration characteristics of the water electrolysis stack,
The control system according to claim 1 , wherein the stack operation allocation unit allocates the operation rotation plan so as to reduce a difference in the calculated deterioration rate between each of the water electrolysis stacks.
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックの動作状態として、前記稼働優先スタック、前記停止優先スタック、前記中間稼働スタック、および、所定期間にわたって停止する停止スタックのうちいずれかを割り当て、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックに対して供給される電力が閾値未満となる低電力期間が生じる場合は、前記低電力期間のうち少なくとも一部において、各前記水電解スタックのうちいずれかの動作状態として前記停止スタックを割り当てる
ことを特徴とする請求項2記載の制御システム。
the stack operation assignment unit assigns, as an operation state of the water electrolysis stack, any one of the operation priority stack, the shutdown priority stack, the intermediate operation stack, and a shutdown stack that is shut down for a predetermined period of time;
3. The control system according to claim 2, wherein, when a low-power period occurs in which power supplied to the water electrolysis stack is less than a threshold, the stack operation assignment unit assigns the stopped stack as one of the operation states of each of the water electrolysis stacks during at least a part of the low-power period.
前記水電解スタックは、電力値が経時変動する変動電源から電力を受け取り、
前記変動電源の発電量を予測した結果を受け取り、
前記予測した発電量にしたがって、前記稼働優先スタックを割り当てる前記水電解スタックの個数を調整する
ことを特徴とする請求項1記載の制御システム。
The water electrolysis stack receives power from a variable power source whose power value fluctuates over time,
receiving a result of predicting the amount of power generated by the variable power source;
The control system according to claim 1 , further comprising: adjusting a number of the water electrolysis stacks to which the operation priority stack is assigned in accordance with the predicted power generation amount.
前記予測した発電量が第1発電量であるときは、第1個数の前記水電解スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当て、
前記予測した発電量が前記第1発電量よりも小さい第2発電量であるときは、前記第1個数よりも少ない第2個数の前記水電解スタックに対して前記稼働優先スタックを割り当てる
ことを特徴とする請求項7記載の制御システム。
when the predicted amount of power generation is a first amount of power generation, assigning the operation priority stack to a first number of the water electrolysis stacks;
8. The control system according to claim 7, wherein when the predicted amount of power generation is a second amount of power generation smaller than the first amount of power generation, the operation priority stacks are assigned to a second number of the water electrolysis stacks which is smaller than the first number.
前記水電解スタックの劣化状態を取得し、
前記取得した劣化状態にしたがって、前記水電解スタックの動作状態を割り当てる
ことを特徴とする請求項2記載の制御システム。
acquiring a deterioration state of the water electrolysis stack;
The control system according to claim 2 , further comprising: allocating an operating state of the water electrolysis stack according to the acquired deterioration state.
前記取得した劣化状態が第1劣化状態である前記水電解スタックについては、所定期間内において前記中間稼働スタックを割り当てる回数を第1回数以内に抑制し、
前記取得した劣化状態が前記第1劣化状態よりも劣化度の小さい第2劣化状態である前記水電解スタックについては、所定期間内において前記中間稼働スタックを割り当てる回数を前記第1回数よりも多くする
ことを特徴とする請求項9記載の制御システム。
for the water electrolysis stack whose acquired deterioration state is a first deterioration state, limiting the number of times that the intermediate operating stack is assigned within a predetermined period to a first number of times or less;
10. The control system according to claim 9, wherein for the water electrolysis stack whose acquired deterioration state is a second deterioration state that is less deteriorated than the first deterioration state, a number of times that the intermediate operating stack is assigned within a predetermined period is set to be greater than the first number of times.
電力変換器を制御することにより複数の水電解スタックに対して分配する電力を制御する制御システムであって、
前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定する稼働計画策定部、
前記稼働ローテーション計画において、所定期間にわたって電力供給を受ける前記水電解スタックの動作状態を割り当てるスタック動作割当部、
前記複数の水電解スタックが前記動作状態にしたがって動作するよう前記電力変換器に対して電流指令値を与える電力分配指令部、
を備え、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックが電力供給を受ける際の動作状態として、
前記動作状態の一つが割り当てられる期間において、他の前記水電解スタックよりも優先的に電力供給を受ける稼働優先スタック、
前記期間において、電力供給をうけつつ、他の前記水電解スタックよりも優先的に長く停止し、前記期間にわたって経時変化する電力の供給を受ける停止優先スタック、
を割り当てる
ことを特徴とする制御システム。
A control system for controlling power distribution to a plurality of water electrolysis stacks by controlling a power converter, comprising:
an operation plan formulation unit that formulates an operation rotation plan for the water electrolysis stack based on a deterioration characteristic that indicates a susceptibility to deterioration of the water electrolysis stack;
a stack operation allocation unit that allocates an operation state of the water electrolysis stack to be supplied with power for a predetermined period in the operation rotation plan;
a power distribution command unit that supplies a current command value to the power converter so that the plurality of water electrolysis stacks operate in accordance with the operating state;
Equipped with
The stack operation allocation unit sets, as an operation state when the water electrolysis stack receives a power supply,
an operation priority stack that receives power supply preferentially over the other water electrolysis stacks during a period in which one of the operation states is assigned ;
a stop-priority stack that receives a supply of power during the period, is stopped preferentially for a longer period than the other water electrolysis stacks , and receives a supply of power that changes over the period ;
A control system comprising:
電力変換器を制御することにより、複数の水電解スタックに対して分配する電力を制御する制御方法であって、
前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定するステップ、
前記稼働ローテーション計画において、所定期間にわたって電力供給を受ける前記水電解スタックの動作状態を割り当てるステップ、
前記複数の水電解スタックが前記動作状態にしたがって動作するよう前記電力変換器に対して電流指令値を与えるステップ、
を有し、
前記水電解スタックの動作状態を割り当てるステップにおいては、前記水電解スタックが電力供給を受ける際の動作状態として、
(i)前記動作状態の一つが割り当てられる期間において、他の前記水電解スタックよりも優先的に電力供給を受ける稼働優先スタック、
(ii)前記期間において、電力供給を受けつつ、他の前記水電解スタックよりも電流供給を停止することを優先し、前記期間にわたって経時変化する電力の供給を受ける停止優先スタック、
を割り当てる
ことを特徴とする制御方法。
A control method for controlling power distribution to a plurality of water electrolysis stacks by controlling a power converter, comprising:
formulating an operation rotation plan for the water electrolysis stack based on a deterioration characteristic indicating a susceptibility of the water electrolysis stack to deterioration;
allocating an operating state of the water electrolysis stack to be powered for a predetermined period in the operational rotation plan;
providing a current command value to the power converter so that the plurality of water electrolysis stacks operate according to the operating state;
having
In the step of allocating an operation state of the water electrolysis stack, the operation state when the water electrolysis stack receives power is:
(i) an operation priority stack that receives power supply preferentially over the other water electrolysis stacks during a period in which one of the operation states is assigned ;
(ii) a stop-priority stack that receives a supply of power during the period, while giving priority to stopping the current supply over the other water electrolysis stacks, and receives a supply of power that changes over the period ;
and assigning a control signal to the control unit.
前記水電解スタックが前記期間にわたって前記経時変化する電力の供給を受ける際の動作状態として、
(iii)各前記水電解スタックに対して供給される電力の総和から前記稼働優先スタックへ供給される電力を差し引くとともに前記停止優先スタックへ供給される電力を差し引いた電力の供給を受ける中間稼働スタック、
を割り当てる
ことを特徴とする請求項12記載の制御方法。
as an operating state when the water electrolysis stack is supplied with the time-varying power over the period of time ,
(iii) an intermediate operation stack that receives power obtained by subtracting the power supplied to the operation priority stack and the power supplied to the shutdown priority stack from the sum of the powers supplied to the water electrolysis stacks;
The control method according to claim 12, further comprising the step of: assigning a
複数の水電解スタックによって水素を製造する水素製造システムであって、
電力変換器を制御することにより、各前記水電解スタックに対して分配する電力を制御する電力分配制御部、
を備え、
前記電力分配制御部は、
前記水電解スタックの劣化のしやすさを示す劣化特性に基づき前記水電解スタックの稼働ローテーション計画を策定する稼働計画策定部、
前記稼働ローテーション計画において、所定期間にわたって電力供給を受ける前記水電解スタックの動作状態を割り当てるスタック動作割当部、
前記複数の水電解スタックが前記動作状態にしたがって動作するよう前記電力変換器に対して電流指令値を与える電力分配指令部、
を備え、
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックが電力供給を受ける際の動作状態として、
(i)前記動作状態の一つが割り当てられる期間において、他の前記水電解スタックよりも優先的に電力供給を受ける稼働優先スタック、
(ii)前記期間において、電力供給を受けつつ、他の前記水電解スタックよりも電流供給を停止することを優先し、前記期間にわたって経時変化する電力の供給を受ける停止優先スタック、
を割り当てる
ことを特徴とする水素製造システム。
A hydrogen production system for producing hydrogen by a plurality of water electrolysis stacks,
a power distribution control unit that controls a power converter to control power to be distributed to each of the water electrolysis stacks;
Equipped with
The power distribution control unit includes:
an operation plan formulation unit that formulates an operation rotation plan for the water electrolysis stack based on a deterioration characteristic that indicates a susceptibility to deterioration of the water electrolysis stack;
a stack operation allocation unit that allocates an operation state of the water electrolysis stack to be supplied with power for a predetermined period in the operation rotation plan;
a power distribution command unit that supplies a current command value to the power converter so that the plurality of water electrolysis stacks operate in accordance with the operating state;
Equipped with
The stack operation allocation unit sets, as an operation state when the water electrolysis stack receives a power supply,
(i) an operation priority stack that receives power supply preferentially over the other water electrolysis stacks during a period in which one of the operation states is assigned ;
(ii) a stop-priority stack that receives a supply of power during the period, while giving priority to stopping the current supply over the other water electrolysis stacks , and receives a supply of power that changes over the period ;
A hydrogen production system comprising:
前記スタック動作割当部は、前記水電解スタックが前記期間にわたって前記経時変化する電力の供給を受ける際の動作状態として、
(iii)各前記水電解スタックに対して供給される電力の総和から前記稼働優先スタックへ供給される電力を差し引くとともに前記停止優先スタックへ供給される電力を差し引いた電力の供給を受ける中間稼働スタック、を割り当てる
ことを特徴とする請求項14記載の水素製造システム。
The stack operation allocation unit determines, as an operation state of the water electrolysis stack when the water electrolysis stack receives the supply of the time-varying power over the period ,
(iii) allocating an intermediate operation stack to receive power obtained by subtracting the power supplied to the operation priority stack and the power supplied to the shutdown priority stack from a sum of the power supplied to each of the water electrolysis stacks.
前記水電解スタックは、電力値が経時変動する変動電源から電力を受け取り、
前記変動電源の発電量を予測した結果を受け取り、
前記予測した発電量にしたがって、前記稼働優先スタックを割り当てる前記水電解スタックの個数を調整する
ことを特徴とする請求項14記載の水素製造システム。
The water electrolysis stack receives power from a variable power source whose power value fluctuates over time,
receiving a result of predicting the amount of power generated by the variable power source;
The hydrogen production system according to claim 14, wherein the number of the water electrolysis stacks to which the operation priority stack is assigned is adjusted according to the predicted power generation amount.
前記水素製造システムはさらに、前記変動電源から供給される供給電力を前記水電解スタックへ供給するかまたは送配電系統へ出力するかを切り替える分配器を備え、
前記水素製造システムはさらに、前記分配器が前記水電解スタックと前記送配電系統との間で前記供給電力を分配する比率を電力需要にしたがって制御するマネジメントシステムを備える
ことを特徴とする請求項16記載の水素製造システム。
The hydrogen production system further includes a distributor that switches between supplying the power supplied from the variable power source to the water electrolysis stack or outputting the power to a power transmission and distribution system,
The hydrogen production system according to claim 16, further comprising a management system configured to control a ratio at which the distributor distributes the supply power between the water electrolysis stack and the power grid in accordance with a power demand.
前記電力分配制御部は、前記変動電源の発電量を予測した結果を受け取り、
前記マネジメントシステムは、前記予測した発電量が第1発電量であるときは、前記供給電力のうち第1比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御し、
前記マネジメントシステムは、前記予測した発電量が前記第1発電量よりも小さい第2発電量であるときは、前記供給電力のうち前記第1比率よりも小さい第2比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御する
ことを特徴とする請求項17記載の水素製造システム。
The power distribution control unit receives a result of predicting the amount of power generated by the variable power source,
the management system controls the distributor to output a first ratio of the supply power to the power transmission and distribution system when the predicted power generation amount is a first power generation amount;
18. The hydrogen production system according to claim 17, wherein when the predicted amount of power generation is a second amount of power generation smaller than the first amount of power generation, the management system controls the distributor so as to output a portion of the supply power at a second ratio smaller than the first ratio to the power transmission and distribution system.
前記マネジメントシステムは、前記電力需要が第1電力量であるときは、前記供給電力のうち第1比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御し、
前記マネジメントシステムは、前記電力需要が前記第1電力量よりも小さい第2電力量であるときは、前記供給電力のうち前記第1比率よりも小さい第2比率の部分を前記送配電系統へ出力するように前記分配器を制御する
ことを特徴とする請求項17記載の水素製造システム。
the management system controls the distributor to output a first ratio of the supply power to the power transmission and distribution system when the power demand is a first amount of power;
18. The hydrogen production system according to claim 17, wherein when the power demand is a second amount of power smaller than the first amount of power, the management system controls the distributor to output a portion of the supply power at a second ratio smaller than the first ratio to the power transmission and distribution system.
前記マネジメントシステムは、熱需要、前記熱需要に対して供給される熱供給量、水素需要、および、前記水素製造システムが供給する水素供給量にしたがって、前記比率を制御する
ことを特徴とする請求項17記載の水素製造システム。
18. The hydrogen production system according to claim 17, wherein the management system controls the ratio according to a heat demand, a heat supply amount supplied for the heat demand, a hydrogen demand, and a hydrogen supply amount supplied by the hydrogen production system.
前記水電解スタックは、PEM電解セルを備えることを特徴とする請求項1記載の制御システム。The control system of claim 1 , wherein the water electrolysis stack comprises a PEM electrolysis cell.
JP2021023663A 2021-02-17 2021-02-17 Control system, control method, and hydrogen production system Active JP7518014B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021023663A JP7518014B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Control system, control method, and hydrogen production system
EP22154792.0A EP4047112A3 (en) 2021-02-17 2022-02-02 Hydrogen production system and hydrogen production method
EP23178603.9A EP4234766A3 (en) 2021-02-17 2022-02-02 Hydrogen production system and hydrogen production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021023663A JP7518014B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Control system, control method, and hydrogen production system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022125850A JP2022125850A (en) 2022-08-29
JP2022125850A5 JP2022125850A5 (en) 2022-09-08
JP7518014B2 true JP7518014B2 (en) 2024-07-17

Family

ID=80225651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021023663A Active JP7518014B2 (en) 2021-02-17 2021-02-17 Control system, control method, and hydrogen production system

Country Status (2)

Country Link
EP (2) EP4047112A3 (en)
JP (1) JP7518014B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023141293A (en) * 2022-03-23 2023-10-05 株式会社デンソー Hydrogen production system
JP2024033545A (en) * 2022-08-30 2024-03-13 株式会社日立製作所 Power conversion system and its control method
EP4414906A1 (en) * 2023-02-13 2024-08-14 Abb Schweiz Ag Method for controlling operation of an electrolyzer plant
DK181808B1 (en) * 2023-02-17 2025-01-21 Green Hydrogen Systems As Electrolyser unit comprising a plurality of individual electrolyser stacks and method for connecting electrolyser units
EP4576478A1 (en) * 2023-12-19 2025-06-25 McPhy Energy Method for modulating the power drawn by a water electrolysis installation and electrolysis installation employing such a method
WO2025168185A1 (en) * 2024-02-08 2025-08-14 Vestas Wind Systems A/S Power plant arrangement
KR20260005440A (en) * 2024-07-02 2026-01-12 (주)지필로스 Water electrolysis system comprising modularized water electrolysis stacks and operation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005126792A (en) 2003-10-27 2005-05-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Hydrogen production facility
JP2018178175A (en) 2017-04-07 2018-11-15 富士通株式会社 Electrolysis system, electrolysis control device and control method of electrolysis system
JP2019173082A (en) 2018-03-28 2019-10-10 東邦瓦斯株式会社 Hydrogen production system
CN112103994A (en) 2020-08-25 2020-12-18 同济大学 Layered coordination control method and device for wind-hydrogen coupling system based on MPC

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT2006418E (en) * 2007-06-11 2012-04-23 Rech 2000 Inc OPTIMIZATION OF EFFICIENCY AND DAMAGE DETECTION IN ELETROLYSIS CELLS
US20110155583A1 (en) * 2010-03-13 2011-06-30 Haiming Li High efficient hydrogen generation with green engergy powers
EP2781624A1 (en) * 2013-03-19 2014-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Electrolysis stack and electrolysing device
JP6731070B2 (en) * 2016-12-14 2020-07-29 株式会社東芝 Hydrogen energy system, hydrogen energy system control method, and program
JP6888602B2 (en) 2018-11-23 2021-06-16 株式会社豊田中央研究所 Water electrolysis system
US11519089B1 (en) * 2021-08-16 2022-12-06 Dioxycle Methods and systems for automated optimization of COx electrolysis reactor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005126792A (en) 2003-10-27 2005-05-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Hydrogen production facility
JP2018178175A (en) 2017-04-07 2018-11-15 富士通株式会社 Electrolysis system, electrolysis control device and control method of electrolysis system
JP2019173082A (en) 2018-03-28 2019-10-10 東邦瓦斯株式会社 Hydrogen production system
CN112103994A (en) 2020-08-25 2020-12-18 同济大学 Layered coordination control method and device for wind-hydrogen coupling system based on MPC

Also Published As

Publication number Publication date
EP4234766A3 (en) 2023-09-27
JP2022125850A (en) 2022-08-29
EP4047112A2 (en) 2022-08-24
EP4234766A2 (en) 2023-08-30
EP4047112A3 (en) 2023-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7518014B2 (en) Control system, control method, and hydrogen production system
US11451085B2 (en) Fuel cell and battery backup power sources within power systems
US8288888B2 (en) Power dispatch system for electrolytic production of hydrogen from wind power
US9496725B2 (en) Power control apparatus, method, program, and integrated circuit, and storage battery unit
US11025063B2 (en) Method and apparatus for operating an electrical energy storage system
JP2019173082A (en) Hydrogen production system
EP4137609A2 (en) Hydrogen producing system, hydrogen producing method
JP7736623B2 (en) Hydrogen production system and hydrogen production method
WO2014103351A1 (en) Power control device, power control method, program, and energy management system
US12139802B2 (en) Electrolyzer power management and power system control
EP4195440A1 (en) Energy distribution system and method of controlling the distribution of energy
KR101729273B1 (en) Method and energy management system for controlling maximum demand power of energy storage system comprising plurality of uninterruptible power supply
EP3567691B1 (en) Composite power storage system and power storage method
EP4283813A1 (en) Water electrolysis system managing power supply of renewable energy
KR101299269B1 (en) Battery Energy Storage System
US10879548B2 (en) Power generation system, method for controlling power generation system, and power generation apparatus
JP2015115968A (en) Power storage system, power conditioner, and control method of power storage system
CN118825949A (en) A method, system, device and medium for adaptive control of a direct-flexible optical storage system
JP2017005845A (en) Power control method and power control device
KR20190098724A (en) System for controlling energy storage system by regional group and method for managing energy using the same
KR102564903B1 (en) Energy Management System for Fuel Cells
WO2025132418A1 (en) Method for modulating the power drawn by a water electrolysis installation and electrolysis installation employing such a method
CN120511736B (en) Energy storage management method and device based on multi-level topology, energy storage power station and storage medium
CN119070352A (en) A ring network box power control method and ring network box
JP2026004036A (en) Power and Control Systems

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220831

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231219

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240312

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240611

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240704

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7518014

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150