特許 6407082 水素製造システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407082

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】水素製造システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20181004BHJP

   C01B 3/04 20060101ALI20181004BHJP

   C25B 9/00 20060101ALI20181004BHJP

   F03D 9/00 20160101ALI20181004BHJP

   H02P 9/00 20060101ALI20181004BHJP

   H02J 3/01 20060101ALI20181004BHJP

   C25B 1/04 20060101ALI20181004BHJP

   H02P 101/15 20150101ALN20181004BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 160

   C01B3/04 R

   C25B9/00 A

   F03D9/00

   H02P9/00 F

   H02J3/01

   C25B1/04

   H02P101:15

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-67263(P2015-67263)

(22)【出願日】2015年3月27日

(65)【公開番号】特開2016-187281(P2016-187281A)

(43)【公開日】2016年10月27日

【審査請求日】2017年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】後藤 功一

【審査官】 小池 堂夫

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０２４４１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５００４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４９３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｃ０１Ｂ ３／０４

Ｃ２５Ｂ １／０４

Ｃ２５Ｂ ９／００

Ｆ０３Ｄ ９／００

Ｈ０２Ｊ ３／０１

Ｈ０２Ｐ ９／００

Ｈ０２Ｐ １０１／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力発電装置と、
前記風力発電装置により発電された発電電力を、所定の周波数より高い周波数成分である変動出力を含む分離電力と平滑化電力とに分離する電力平滑化装置と、
前記電力平滑化装置により分離された前記分離電力を用いて水素を製造する水素製造装置と、を備えたことを特徴とする水素製造システム。

【請求項2】

前記電力平滑化装置は、配電系統に連系されており、
前記電力平滑化装置により分離された前記平滑化電力は、配電系統に供給されることを特徴とする請求項１に記載の水素製造システム。

【請求項3】

前記風力発電装置と前記電力平滑化装置との間に設けられた切替器を更に備え、
前記切替器は、前記風力発電装置を前記電力平滑化装置に接続する状態と、前記風力発電装置を前記電力平滑化装置をバイパスして前記水素製造装置に接続する状態とを切り替えることを特徴とする請求項２に記載の水素製造システム。

【請求項4】

前記切替器を制御する切替器制御部を更に備え、
前記切替器制御部は、前記配電系統の電力が余剰でない場合に前記風力発電装置を前記電力平滑化装置に接続し、前記配電系統の電力が余剰である場合に前記風力発電装置を前記電力平滑化装置をバイパスして前記水素製造装置に接続するように前記切替器を制御することを特徴とする請求項３に記載の水素製造システム。

【請求項5】

前記電力平滑化装置は、ハイパスフィルタ機能を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【請求項6】

前記電力平滑化装置は、バイアス付加機能を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【請求項7】

前記電力平滑化装置は、バイアスの付加量の調整機能を有していることを特徴とする請求項６に記載の水素製造システム。

【請求項8】

前記水素製造装置は、水を電気分解して水素を発生させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の水素製造システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、水素製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の水素製造システムの第１の例を、図７を用いて説明する。この水素製造システム５０では、風車を用いた風力発電装置５１が設置され、この風力発電装置５１により発電された発電電力が、水素製造装置５２で用いられて水素が製造される。水素製造装置５２における水素の製造方法の一例としては水電解方式が挙げられる。この風力発電装置５１を備えた水素製造システム５０は、例えば離島に設置され、製造された水素を、島内を走行する燃料電池自動車の燃料として利用したり、家庭などに設置された家庭用燃料電池などの燃料として利用したりする案が唱えられている。

【0003】

ところで、風力発電装置５１では、風の影響により、高周波数（短周期）の変動が発生する場合がある。このことにより、風力発電装置５１を、例えば離島内に設置された小規模グリッドと呼ばれるような弱い配電系統に連系すると、配電系統の安定性に影響が出るという問題がある。よって、風力発電装置５１は、このような弱い配電系統における電力の受け入れ基準を満たすことが困難となり、配電系統に連系することができず、風力発電装置５１により発電された発電電力の全量が水素製造装置５２で使用されることになる。

【0004】

しかしながら、水素を利用する機器の普及率は低いため、水素の需要量は少ない。このため、風力発電装置５１の発電電力を水素製造装置５２で利用する場合には、発電能力を意図的に抑えるように風力発電装置５１を運転するか、あるいは余剰の発電電力を何らかの方法で捨てることになり、風力発電装置５１の発電能力の一部あるいは発電電力が無駄になる可能性がある。

【0005】

一方、発電能力を抑えずに風力発電装置５１の運転を行い、水素製造装置５２で利用されなかった発電電力を大規模な蓄電池に充電して、必要なときに放電して利用することも考えられる。この場合、蓄電池から放電される電力は変動させずに利用することも可能となるが、蓄電池の効率は理想的に高い訳ではなく、依然として多くの発電電力が無駄になる可能性がある。

【0006】

次に、従来の水素製造システムの第２の例（例えば、特許文献１参照）を、図８を用いて説明する。この水素製造システム６０には、風力発電装置６１により発電された発電電力の変動を平滑化して配電系統と連系する技術が含まれている。すなわち、図８に示すように、風力発電装置６１により発電された発電電力は、電力平滑化装置６２により分離電力と高周波数成分である変動出力を含まない（あるいは変動出力が低減された）平滑化電力とに分離される。電力平滑化装置６２は配電系統６３に連系されており、電力平滑化装置６２において分離された平滑化電力は配電系統６３に供給される。このような構成により、配電系統６３に供給される電力に高周波数成分である変動出力が含まれることを防止または抑制できる。このため、小規模グリッドと呼ばれるような弱い配電系統６３に連系させることができ、離島にも風力発電装置６１が導入しやすくなる。

【0007】

ところで、図８に示す水素製造システム６０では、電力平滑化装置６２により分離された分離電力は電気ヒータに送られ、太陽熱発電装置で用いられる熱媒体を加熱するために利用される。しかしながら、太陽熱発電装置の設置には、晴天の多い気候地域であるという土地条件と、広大な敷地を確保できるという土地条件とが必要となり、風力発電装置６１の導入を検討する離島が、このような太陽熱発電装置を設置するための土地条件を満たすことは一般的に考えにくい。また、電気ヒータにより分離電力を熱エネルギに変換してそのまま利用することは可能だが、風力発電装置６１を設置するような場所の近くに、安定した多量の熱需要があることは一般にない。このため、多くの場合、電気ヒータにより温水が製造され、熱エネルギが冷却塔などにより温水から大気に排出されることになり、多くのエネルギが無駄になる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０２４４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、風力発電装置の発電電力を有効利用して水素を製造することができる水素製造システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施の形態による水素製造システムは、風力発電装置と、風力発電装置により発電された発電電力を、所定の周波数より高い周波数成分である変動出力を含む分離電力と平滑化電力とに分離する電力平滑化装置と、を備えている。電力平滑化装置により分離された分離電力は、水素を製造する水素製造装置で用いられる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、風力発電装置の発電電力を有効利用して水素を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１の実施の形態における水素製造システムの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、図１の電力平滑化装置の構成の一例を示す図である。

【図3A】図３Ａは、図２の電力平滑化装置内で作成される信号Ｓ１の波形の一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、図２の電力平滑化装置内で作成される信号Ｓ２の波形の一例を示す図である。

【図3C】図３Ｃは、図２の電力平滑化装置内で作成される信号Ｓ３の波形の一例を示す図である。

【図3D】図３Ｄは、図２の電力平滑化装置内で作成される信号Ｓ４の波形の一例を示す図である。

【図4】図４は、第２の実施の形態における水素製造システムの概略構成を示す図である。

【図5】図５は、第３の実施の形態における水素製造システムの概略構成を示す図である。

【図6】図６は、第４の実施の形態における水素製造システムの電力平滑化装置の構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、従来の水素製造システムの概略構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、従来の水素製造システムの概略構成の他の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0014】

（第１の実施の形態）
まず、図１乃至図３を用いて、第１の実施の形態における水素製造システムについて説明する。

【0015】

図１に示すように、水素製造システム１は、風車を用いた風力発電装置２と、風力発電装置２により発電された発電電力Ｐ１を、所定の周波数より高い周波数成分（比較的速い出力変動成分）である変動出力を含む分離電力Ｐ２と平滑化電力Ｐ３とに分離する電力平滑化装置３と、水素製造装置４と、を備えている。このうち電力平滑化装置３は、配電系統３０（電力系統）に連系されており、電力平滑化装置３により分離された平滑化電力Ｐ３は、配電系統３０に供給される。一方、電力平滑化装置３により分離された分離電力Ｐ２は水素製造装置４に供給され、水素製造装置４は、供給された分離電力Ｐ２を用いて水素を製造する。

【0016】

ここで、電力平滑化装置３についてより具体的に説明する。

【0017】

本実施の形態においては、電力平滑化装置３は、ハイパスフィルタ機能とバイアス付加機能とを有している。すなわち、図２に示すように、電力平滑化装置３は、風力発電装置２から出力された発電電力Ｐ１（交流電力）を計測する計器用変流器１０（CT: Current Transformer)と、計器用変流器１０により計測された発電電力Ｐ１に対応する信号を変換する電力変換制御部１１と、電力変換制御部１１により変換された信号に基づいて発電電力Ｐ１の一部を分離電力Ｐ２に変換する電力変換部１２と、を有している。

【0018】

計器用変流器１０は、風力発電装置２から出力された発電電力Ｐ１を計測して、例えば図３Ａに示すような信号Ｓ１を出力する。

【0019】

電力変換制御部１１は電力変換部１２を制御するように構成されている。より具体的には、電力変換制御部１１は、図２に示すように、ハイパスフィルタ１３と加算器１４とを含んでいる。このうちハイパスフィルタ１３は、平滑化フィルタ１５（ローパルスフィルタ）と減算器１６とにより構成されている。

【0020】

平滑化フィルタ１５は、計器用変流器１０から出力された信号Ｓ１から高周波数成分を除去し、例えば図３Ｂに示すような信号Ｓ２（低周波数成分）を出力する。減算器１６は、計器用変流器１０から出力された信号Ｓ１から、平滑化フィルタ１５から出力された信号Ｓ２を減算し、例えば図３Ｃに示すような信号Ｓ３（差分信号）を出力する。このようにして、ハイパスフィルタ１３（より詳細には減算器１６）は、計器用変流器１０から出力された信号Ｓ１の高周波数成分を信号Ｓ３として出力する。ここで、ハイパスフィルタ１３では、風力発電装置２の発電電力Ｐ１のうち高周波数成分を抽出して、例えば離島での小規模グリッドでも受け入れ可能な程度まで高周波数成分が分離されるような時定数（例えば、１分よりも小さい時定数）が設定されることが好適である。

【0021】

加算器１４は、減算器１６から出力された信号Ｓ３に、予め所定の値に設定されたバイアスＢを付加し、例えば図３Ｄに示すような信号Ｓ４を出力する。これにより、信号Ｓ３の基準電位（例えば０Ｖ）よりも低い負極成分が正極成分に移行し、信号Ｓ４の信号値が０よりも大きくなって、電力変換部１２の後述するインバータ電源回路１８による電力の変換が可能となる。なお、バイアスＢの付加量（バイアスＢの値）は、一定値であってもよく、あるいは事前に定めた規則などにより設定された値、例えば１分前等１つ以上の過去の発電電力Ｐ１に基づいて算出された値であってもよい。

【0022】

電力変換制御部１１は、加算器１４から出力された信号を変換する関数器１７を更に有している。この関数器１７は、加算器１４から出力された信号Ｓ４を変数として、インバータ電源回路１８に適合するように変換（例えば信号のレベルなどを変更）し、信号Ｓ５（関数）を出力する。この信号Ｓ５が分離電力Ｐ２に対応する。

【0023】

電力変換部１２はインバータ電源回路１８を含んでおり、このインバータ電源回路１８は、関数器１７から出力された信号Ｓ５に基づいて、いわゆるパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御を行う。これにより、インバータ電源回路１８は、風力発電装置２の発電電力Ｐ１から高周波数成分を除去して、この高周波数成分である変動出力を分離電力Ｐ２として出力する。

【0024】

一方、風力発電装置２の発電電力Ｐ１から高周波数成分が除去された低周波数成分は、平滑化電力Ｐ３として電力平滑化装置３から出力される。すなわち、電力平滑化装置３は、発電電力Ｐ１を平滑化して高周波数成分である変動出力を含まない平滑化電力Ｐ３を出力し、配電系統３０に供給する。なお、この平滑化電力Ｐ３は、上述したハイパスフィルタ１３から出力される信号Ｓ２から、上述したバイアスＢが減算された信号（図示せず）に対応する。ここで、平滑化電力Ｐ３は、変動出力を含まない場合に限られることはなく、配電系統３０に供給可能な程度に若干の変動出力が含まれていてもよいが、記載を簡略化するために、以降では「変動出力を含まない」と記載する。

【0025】

このようにして、電力平滑化装置３は、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を、高周波数成分である変動出力を含む分離電力Ｐ２と、当該変動出力を含まない平滑化電力Ｐ３とに分離して、それぞれ出力する。

【0026】

水素製造装置４には、電力平滑化装置３のインバータ電源回路１８から出力された分離電力Ｐ２が供給されて、水素製造装置４は、この供給された分離電力Ｐ２を用いて水素を製造する。例えば、水素製造装置４は、分離電力Ｐ２により水を電気分解して水素を発生させるように構成され得るが、分離電力Ｐ２を用いる方法であれば水素の製造方法は任意である。

【0027】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

【0028】

図１に示す風力発電装置２が風を受けると発電を行い、発電電力Ｐ１が出力される。風力発電装置２から出力された発電電力Ｐ１は電力平滑化装置３に供給される。

【0029】

発電電力Ｐ１が電力平滑化装置３に供給されると、図２に示す計器用変流器１０が発電電力Ｐ１を計測して信号Ｓ１（図３Ａ参照）が出力される。出力された信号Ｓ１は、電力変換制御部１１のハイパスフィルタ１３に入力され、信号Ｓ１から高周波数成分が除去されて、信号Ｓ２（図３Ｂ参照）が出力される。出力された信号Ｓ２は減算器１６に入力され、別途入力された信号Ｓ１から信号Ｓ２が減算されて、信号Ｓ３（図３Ｃ参照）が出力される。出力された信号Ｓ３は加算器１４に入力され、入力された信号Ｓ３にバイアスＢが付加され、信号Ｓ４（図３Ｄ参照）が出力される。出力された信号Ｓ４は関数器１７に入力され、信号Ｓ４が変換されて、インバータ電源回路１８に対応する信号Ｓ５が出力される。そして、出力された信号Ｓ５は電力変換部１２のインバータ電源回路１８に入力され、ＰＷＭ制御により、風力発電装置２から出力された発電電力Ｐ１の高周波数成分である変動出力が分離電力Ｐ２として出力される。

【0030】

一方、風力発電装置２の発電電力Ｐ１から高周波数成分が除去された成分は、平滑化電力Ｐ３として電力平滑化装置３から出力される。

【0031】

このようにして、風力発電装置２の発電電力Ｐ１が、高周波数成分である変動出力を含む分離電力Ｐ２と、当該変動出力を含まない平滑化電力Ｐ３とに分離される。

【0032】

電力平滑化装置３により分離された分離電力Ｐ２は水素製造装置４に供給され、供給された分離電力Ｐ２により水素が製造される。水素製造装置４に供給される分離電力Ｐ２は、風力発電装置２が受ける風の変動に起因して時間変動し、それだけでなく水素の製造は間欠的になり得る。しかしながら、製造された水素は、一旦タンク（図示しない）などに貯蔵され、貯蔵された水素が、水素利用者に直接的または間接的に提供される。このため、分離電力Ｐ２の時間変動による弊害が生じることを防止できる。

【0033】

一方、電力平滑化装置３により分離された平滑化電力Ｐ３は配電系統３０に供給される。平滑化電力Ｐ３は、高周波数成分である変動出力を含んでいないため、例えば離島の小規模グリッドのような弱い配電系統３０であっても系統連系され得る。

【0034】

このように本実施の形態によれば、風力発電装置２により発電された発電電力Ｐ１が、高周波数成分である変動出力を含む分離電力Ｐ２と、当該変動出力を含まない平滑化電力Ｐ３とに分離され、この分離電力Ｐ２が水素製造装置４に供給されて水素が製造される。このことにより、配電系統３０などでは系統連係できずに利用困難で捨てられる分離電力Ｐ２を、水素の製造に用いることができる。とりわけ、製造された水素は、離島などでは走行距離という観点で好適に使用され得る燃料電池自動車や、燃料電池などに好適に利用することができ、エネルギの地産地消を図ることもできる。この結果、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を有効利用して水素を製造することができる。

【0035】

また、本実施の形態によれば、風力発電装置２の発電電力Ｐ１から分離された平滑化電力Ｐ３は、変動出力を含まないため、配電系統３０における電力の受け入れ基準を満たすことができる。このことにより、発電電力Ｐ１から分離された平滑化電力Ｐ３を配電系統３０に系統連係して供給することができ、配電系統３０の安定化が損なわれることを防止できる。すなわち、例えば離島に設置された小規模グリッドのような弱い配電系統３０では、一般的には風力発電装置２の発電電力Ｐ１は、電力の受け入れ基準を満たすことが困難であって配電系統３０に系統連係して供給することが困難であったが、本実施の形態により得られる平滑化電力Ｐ３は、そのような弱い配電系統３０にも系統連係して供給することができる。そして、配電系統３０から誰もが容易に受け取ることができる。この結果、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を有効利用することができる。

【0036】

また、本実施の形態によれば、発電電力Ｐ１の一部を配電系統３０に供給することができるため、図７に示すようなシステムと比較すると発電電力Ｐ１の全量を水素の製造に用いることを不要とすることができる。また、風力発電装置２の発電能力を意図的に抑えることも不要にでき、風力発電装置２の発電能力を有効に利用することができる。

【0037】

さらに、本実施の形態による水素製造システム１は、図８に示すようなシステムと比較すると、晴天の多い気候地域であるという土地条件や、広大な敷地を確保できるという土地条件を不要とすることができる。このため、設置場所の条件を緩和することができ、汎用性を向上させることができる。例えば、本実施の形態による水素製造システム１を離島に設置した場合には、離島の周囲には海があり風況が好適であるため、風力発電装置２には好都合である。また、分離電力Ｐ２は水素の製造に利用されるため、需要の少ない熱そのもの（例えば温水）に利用されることを不要とすることができ、さらには冷却塔などから大気に排出されることも不要とすることができる。このため、分離電力Ｐ２を水素の製造に有効に利用することにより、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を有効利用することができる。

【0038】

なお、上述した本実施の形態においては、電力平滑化装置３がハイパスフィルタ機能を有している例について説明した。しかしながら、小規模グリッドのような弱い配電系統３０に連系させることができる程度までに高周波数成分が除去されることが可能であれば、これに限られることはなく、別の手段を用いてもよい。また、上述した本実施の形態においては、電力平滑化装置３がバイアス付加機能を有している例について説明した。しかしながら、基準電位よりも低い負極成分を正極成分に移行させることが可能であれば、これに限られることはなく、別の手段を用いてもよい。更には、電力平滑化装置３は、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を分離電力Ｐ２と平滑化電力Ｐ３とに分離することができれば、上述した構成に限られることはない。

【0039】

また、上述した本実施の形態においては、電力平滑化装置３により分離された平滑化電力Ｐ３が配電系統３０に供給される例について説明した。しかしながら、配電系統３０ではなく、任意の負荷設備に平滑化電力Ｐ３を供給して利用するようにしてもよい。

【0040】

（第２の実施の形態）
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施の形態における水素製造システムについて説明する。

【0041】

図４に示す第２の実施の形態においては、風力発電装置を電力平滑化装置に接続する状態と、風力発電装置を電力平滑化装置をバイパスして風力発電装置に接続する状態とを切り替える切替器を更に備えた点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0042】

図４に示すように、本実施の形態においては、風力発電装置２と電力平滑化装置３との間に、切替器２０が設けられている。この切替器２０は、風力発電装置２を電力平滑化装置３に接続する状態と、風力発電装置２を電力平滑化装置３をバイパスして水素製造装置４に接続する状態とを切り替えるように構成されている。

【0043】

例えば、切替器２０が、風力発電装置２を電力平滑化装置３に接続している状態では、発電電力Ｐ１の全量が電力平滑化装置３に供給される。この場合、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同様にして、発電電力Ｐ１が分離電力Ｐ２と平滑化電力Ｐ３とに分離されて、水素製造装置４には分離電力Ｐ２が供給され、配電系統３０には平滑化電力Ｐ３が供給される。

【0044】

一方、切替器２０が、風力発電装置２を電力平滑化装置３をバイパスして水素製造装置４に接続している状態では、発電電力Ｐ１が、電力平滑化装置３に供給されることなく、水素製造装置４に供給される。この場合、発電電力Ｐ１の全量が水素製造装置４に供給され、水素の製造量を増大させることができる。

【0045】

なお、図４では、電力平滑化装置３を示す枠の外に切替器２０が示されている。この図４に示す切替器２０は、ハードウェア構成として図示の位置に設けられていることを示しているのではなく、発電電力Ｐ１に作用を及ぼす機能的な位置を示している。従って、風力発電装置２と電力平滑化装置３との間に切替器２０が設けられているということは、機能的に風力発電装置２と電力平滑化装置３との間に存在していればよいことを意味しており、ハードウェア構成としては電力平滑化装置３の外部に設けられていてもよく、電力平滑化装置３の内部に設けられていてもよい。また、切替器は、図４に示す構成に限られることはなく、例えば、図示しないが、風力発電装置２から電力平滑化装置３への発電電力Ｐ１の供給径路から電力平滑化装置３をバイパスするための径路が分岐する分岐点よりも下流側に設けられるようにしてもよい。また、電力平滑化装置３から水素製造装置４への分離電力Ｐ２の供給径路に、電力平滑化装置３をバイパスするための径路が合流する合流点よりも上流側に、図示しない切替器が追加的に設けられていてもよい。

【0046】

このように本実施の形態によれば、風力発電装置２により発電された発電電力Ｐ１を電力平滑化装置３に供給する運転と、電力平滑化装置３に供給することなく水素製造装置４に供給する運転を選択的に行うことができる。発電電力Ｐ１の全量を水素製造装置４に供給する場合には、水素の製造量を増大させることができる。これら２種類の運転時間を調節することで、例えば１日あるいは１週間当たりといった単位で水素の製造量を調節することができ、運転者の意思に応じて水素の製造量を調節することができる。すなわち、本実施の形態による水素製造システム１は、運転者の意思により水素の製造量を調節することができ、水素の製造量を所望の量に調節したいという運転者の意思を実現させることができる。

【0047】

（第３の実施の形態）
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施の形態における水素製造システムについて説明する。

【0048】

図５に示す第３の実施の形態においては、配電系統の電力が余剰であるか否かに基づいて切替器を制御する切替器制御部を更に備えた点が主に異なり、他の構成は、図４に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図５において、図４に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0049】

図５に示すように、本実施の形態における水素製造システム１は、配電系統３０の電力が余剰であるか否かに基づいて切替器２０を制御する切替器制御部２１を更に備えている。この切替器制御部２１は、配電系統３０の電力が余剰でない場合に、風力発電装置２を電力平滑化装置３に接続するように切替器２０を制御する。これにより、発電電力Ｐ１の全量が電力平滑化装置３に供給される。一方、切替器制御部２１は、配電系統３０の電力が余剰である場合に、風力発電装置２を電力平滑化装置３をバイパスして水素製造装置４に接続するように切替器２０を制御する。これにより、発電電力Ｐ１の全量が水素製造装置４に供給され、水素の製造量を増大させることができる。

【0050】

切替器制御部２１は、例えば、配電系統３０を統括する会社（例えば電力会社）から、配電系統３０の電力が余剰であるか否かの情報を入手し、この入手した情報に基づいて切替器２０を制御するように構成することができる。あるいは、切替器制御部２１は、例えば、配電系統３０を統括する会社が提供する最大供給電力量とその時点での使用電力量の情報を入手し、これらの情報に基づいて、配電系統３０の電力が余剰であるか否かを判断して切替器２０を制御するように構成してもよい。この場合、配電系統３０の電力が余剰であるか否かの判断根拠は予め定めておくことが好適である。

【0051】

また、切替器制御部２１は、時間に応じて配電系統３０の電力が余剰であるか否かを判断して切替器２０を制御するように構成してもよい。この場合、電力が余剰であるか否かの判断根拠、すなわち余剰であるか否かの境目となる時間は予め定めておくことが好適である。例えば、一般に夜間は配電系統３０の電力が余剰になる傾向が強いため、昼間と夜間との境界時刻を定めておくことが好適である。このことにより、昼間では、風力発電装置２の発電電力Ｐ１の全量が電力平滑化装置３に供給されて、水素製造装置４は分離電力Ｐ２を用いて水素を製造することができ、夜間では、発電電力Ｐ１の全量が水素製造装置４に供給されて、水素製造装置４は発電電力Ｐ１の全量を用いて水素を製造することができる。

【0052】

このように本実施の形態によれば、配電系統３０の電力が余剰でない場合には、風力発電装置２の発電電力Ｐ１から分離された平滑化電力Ｐ３を配電系統３０に供給することができる。このことにより、配電系統３０の電力の増大に寄与でき、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を有効に利用することができる。一方、配電系統３０の電力が余剰である場合には、風力発電装置２の発電電力Ｐ１を、電力平滑化装置３に供給することなく水素製造装置４に供給することができる。このことにより、配電系統３０の電力が余剰である場合であっても風力発電装置２の発電能力を意図的に抑えることを不要にでき、また余剰電力として捨てられることもなく、風力発電装置２の発電能力を有効に利用することができる。

【0053】

（第４の実施の形態）
次に、図６を用いて、本発明の第４の実施の形態における水素製造システムについて説明する。

【0054】

図６に示す第４の実施の形態においては、電力平滑化装置は、バイアスの付加量の調節機能を有している点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図６において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0055】

図６に示すように、本実施の形態においては、電力平滑化装置３はバイアスＢの付加量の調節機能を更に有している。すなわち、電力平滑化装置３は、加算器１４が信号Ｓ３に加算するためのバイアスＢを加算器１４に入力し、入力されるバイアスＢの付加量（バイアスＢの値）を調節するバイアス付加量調節部２２を有している。電力変換部１２のインバータ電源回路１８による電力の変換を可能とするために、バイアス付加量調節部２２は、バイアスＢの付加量を基準電位よりも低い負極成分が正極成分に移行する付加量よりも小さい付加量に変化させないことが好適である。なお、バイアスＢの付加量は、一定値であってもよく、あるいは事前に定めた規則などにより設定された値、例えば１分前等１つ以上の過去の発電電力Ｐ１に基づいて算出された値であってもよい。

【0056】

例えば、バイアス付加量調節部２２によりバイアスＢの付加量を増加させた場合には、信号Ｓ４（図３Ｄ参照）の信号値を大きくすることができ、電力平滑化装置３のインバータ電源回路１８から出力される分離電力Ｐ２を増大させることができる。このことにより、水素製造装置４における水素の製造量を増大させることができる。この場合、分離電力Ｐ２が増大するため、配電系統３０に供給される平滑化電力Ｐ３は減少する。ところで、自然現象である風の変動による高周波数成分と予め設定されたバイアスＢとによって定められる水素の製造量よりも多くの水素を製造したい場合、第１の実施の形態では１日あるいは１週間当たりといった単位で、製造された水素の総量を調節することは可能ではあるが、今すぐに増やしたいといった場合には、上述したバイアス付加量調節部２２によってバイアスＢの付加量を増加させることにより、水素の製造量を迅速に増大させることができる。

【0057】

このように本実施の形態によれば、バイアスＢの付加量を調節することができるため、水素の製造量を容易に、かつ時間的に細かく調節することができる。このため、運転者の意思により水素の製造量を調節することができ、水素の製造量を所望の量に迅速に調節したいという運転者の意思を実現させることができる。

【0058】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ 水素製造システム
２ 風力発電装置
３ 電力平滑化装置
４ 水素製造装置
２０ 切替器
２１ 切替器制御部
３０ 配電系統
Ｐ１ 発電電力
Ｐ２ 分離電力
Ｐ３ 平滑化電力

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】