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 アルカリ水電解(AWE)やプロトン交換膜(PEM)に比べて、開発メーカーが極端に少なかったのがアニオン交換膜(AEM)形水電解装置である。ただし、技術的にはAWEとPEMのいいとこ取りとも言われ、優れた点が多い。特に、触媒に高価なレアメタルが不要で、コストをPEMに比べて大幅に下げられる可能性がある。

 課題は耐久性の確保で、セルスタックはまだPEMの数分の1程度の時間しか使えないもようだ。この点についてこれまで唯一、製品化していたドイツEnapterの戦略は、電気自動車(EV)を刷新した米Tesla(テスラ)のそれに似ている。つまり、非常に小さなモジュールを多数使い、制御していくことだ(図1)。

図1 Enapterは超小型モジュール戦略を採用
世界で初めてAEM形水電解装置を製品化したEnapterのシステム拡大戦略。最小構成では、セルスタックと補器を寸法が482mm×635mm×266mmと、机に載るほど小型の筐体に収めた(a)。規模拡大時は、セルスタックの数を増やす一方、補器を共通化する(b)。セルスタック420個から成るシステムも開発中だ(c)(出所:(a)は日経クロステック、(b)、(c)はEnapter)
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 具体的には、MW級の大型装置でも、出力が0.5Nm3/時と手で持てるほど超小型のセルスタックを多数使う設計にした。こうすると、セルスタックが1つ壊れても制御で全体には影響が出ないようにでき、交換も容易になる。Enapter製品の輸入代理店の1つで機械系商社兼システムインテグレーターの三國機械工業 環境プロジェクト本部 プラント営業部長の三田逸郎氏は、「数を量産することが、コスト低減への早道という考えもEnapterにはあるようだ」という。

 三田氏によれば、あまり知られていないAEMの特長として、カソード側に漏れてくる水がPEMに比べて大幅に少ない点を挙げる(図2)。PEMでは水が漏れるのを防ぐ仕組みがないのに対し、AEMでは隔膜を透過してきた水がカソードで即座に分解されるからのようだ。

図2 AEMは乾燥器が小さくてよい
AEM形水電解の特長の1つは、水がカソード側に漏れにくい点。PEMでは水はプロトンの単なる運び役で、カソードから多くが漏れ出てしまう。一方、AEMでは、カソードに到達した水は即座に還元され、水素の形で発生すると同時に、OH-はアノードに向かう。結果、漏れてくる水は少ない。これで、水の大型タンクや大型の乾燥器(ドライヤー)が不要になり、システム全体のコストやランニングコストが低減する(出所:日経クロステック)
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部材では激しいシェア競争も

 最近は、Enapterに続く装置メーカーや部材メーカーも複数登場してきた。例えば、カナダCipher Neutronは2023年8月以降、AEM形の製品を幾つかのグリーン水素プロジェクトに納入し始めた。ただし、現時点では装置の規模は10kWと小型だ。特長は、PFASフリーであることだとする。

 また、第2部で紹介した、工場の規模が計画では15GWと現時点で世界最大の米EvolOHもAEMを採用した。

 AEM向け隔膜またはMEAでは、実はトクヤマやドイツFumatechが以前から製品を出荷している。最近はこれに、米Dioxide MaterialsやドイツEvonik Industriesも参戦。さらに、上述のようにパナソニックも、NiFe-LDHをアノードに用いたMEAで参戦する(図3)。近い将来、競争が急速に激しくなりそうだ。

(a)アノードにNiFe-LDHを用いたAEM用MEA
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図3 パナソニックはAEMにも参戦
パナソニックのAEM膜(a)。AWEと同様、アノードの触媒にNiFe-LDH(Layered Double Hydroxides)を利用。隔膜にはAgfa-Gevaertの競合品を用いた。従来のIrO2触媒に比べて低い過電圧を実現できるという(b)(出所:(a)はパナソニック、(b)は同社の資料に日経クロステックが加筆して作成)
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後発の水電解技術AEMにも参戦続々、耐久性克服なら主役級

 アルカリ水電解(AWE)やプロトン交換膜(PEM)に比べて、開発メーカーが極端に少なかったのがアニオン交換膜(AEM)形水電解装置である。ただし、技術的にはAWEとPEMのいいとこ取りとも

xtech.nikkei.com

 

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燃料電池、太陽電池、蓄電池の3電池を連携・制御

 

パナソニック株式会社(以下、パナソニック)は、純水素型燃料電池と太陽電池を組み合わせた自家発電により、事業活動で消費するエネルギーを100%再生可能エネルギーで賄う「RE100ソリューション」実証施設「H2 KIBOU FIELD」を2022年4月15日より稼働します。本格的に水素※1を活用する工場のRE100化は、世界初※2の試みとなります。

今回、滋賀県草津拠点に5 kW純水素型燃料電池99台(495 kW)と太陽電池(約570 kW)を組み合わせた自家発電設備、そして余剰電力を蓄えるリチウムイオン蓄電池(約1.1 MWh)を備えた大規模な実証施設を設置しました。ここで発電した電力で草津拠点内にある燃料電池工場の製造部門の全使用電力を賄うとともに、3電池連携による最適な電力需給運用に関する技術開発および検証を行います。

この3電池を組み合わせることで、広大な設置面積が必要となり、かつ天候の影響を受けやすい太陽光発電の特性を補完し、例えば工場の屋上など限られたスペースでの自家発電設備の設置も可能になります。また、蓄電池との連携により、電力使用量がピークになった時でも燃料電池と蓄電池からの電力供給をコントロールすることで、必要な電力を自家発電設備で安定的に賄うことができます。
さらに、5 kWの純水素型燃料電池を複数台連携させることで、建屋・敷地に合わせたレイアウトで大電力化しながら、必要な電力量に応じて機器を発電させたり停止させたりする運用が可能になり、機器劣化を抑制し、生涯発電量を最大化させます。また、工場内の稼働を止めることなく、無停止でのメンテナンスも可能になります。

本実証を通じて純水素型燃料電池の運用を含めたエネルギーマネジメントに関するノウハウ・データの蓄積と実績構築を図り、自家発電により事業活動に必要な再エネ電力を賄う「RE100ソリューション」の事業化を目指します。

パナソニックは、カーボンニュートラル社会に向けてグループが掲げる長期環境ビジョン「Panasonic GREEN IMPACT」に基づき、再生可能エネルギーの導入拡大に向けて、水素※1の本格活用という新たな選択肢の提案を行い、脱炭素社会の実現に貢献していきます。

<特長>

1. 世界初※2水素を活用した工場の再生可能エネルギー100%化に向けた実証

2. 3電池連携のエネルギーマネジメントシステムで最適かつ安定した電力供給

3. 純水素型燃料電池の複数台設置と運転制御による長期運用、無停止メンテンナンス化

  • ※1. 環境価値証書の活用を含む再生可能エネルギーにて生成されたグリーン水素を活用することでRE100に対応可能、実証開始時は再エネ由来の水素を用いるものではありませんが、将来的には再エネ由来の水素を使用したRE100化を目指しています
  • ※2. 工場の稼働電力を賄う自家発電燃料として本格的に水素を活用した実証において(2022年3月31日現在、パナソニック調べ)

【お問い合わせ先】

エレクトリックワークス社 スマートエネルギーシステム事業部
電話:06-6908-1131(代表 受付 9:00~17:30)

【特長】

1. 世界初※2水素を活用した工場の再生可能エネルギー100%化に向けた実証

純水素型燃料電池と太陽電池を組み合わせた自家発電により、事業活動で消費するエネルギーを100%再生可能エネルギーで賄う「RE100ソリューション」実証施設「H2 KIBOU FIELD」を稼働。
発電した電力で草津拠点内にある燃料電池工場の製造部門の全使用電力を賄うとともに、3電池連携による最適な電力需給運用に関する技術開発および検証を行います。

2. 3電池連携のエネルギーマネジメントシステムで最適かつ安定した電力供給

3電池を連携させた当社独自開発のエネルギーマネジメントシステムにより、工場での電力需要データや気象予報データ(将来対応予定)、運転中の機器モニタリング情報を元に、電力需要に追随し、太陽電池の発電量の計測から発電パターンを計画します。また、純水素型燃料電池の発電量を計画的に運転調整をしたり、電力の余剰や不足に対し蓄電池を活用する等、最適かつ安定した電力供給を行います。

3. 純水素型燃料電池の複数台設置と運転制御による長期運用、無停止メンテンナンス化

純水素型燃料電池を複数台連携する際、1台ごとの発電時間の変化を予測シミュレーションし、機器ごとに稼働する時間をできる限り平準化し機器間の運用のバラツキを軽減させ、機器劣化を抑制します。
また、小型の5 kw純水素型燃料電池を複数台設置することにより、機器を1台ずつ発電させたり停止させたりする運用が可能になり、工場内の稼働を止めることなく、無停止でのメンテナンスも可能になります。

【実証概要】

工場使用電力の100%再エネ電力化を実現する手段として、純水素型燃料電池、太陽光発電、リチウムイオン蓄電池の3電池連携によるエネルギーマネジメントの実証を2022年4月15日より開始します。

実証に用いる当社製の純水素型燃料電池は、家庭用燃料電池コージェネレーションシステム「エネファーム」で培った技術を活用して開発したものです。
コンパクトな筐体で発電効率が高いことに加え、複数台の連携制御により需要に応じた発電出力のスケールアップが可能であるほか、屋上や地下室、狭小地など柔軟な設置に対応します。


純水素型燃料電池 連携制御イメージ

この特長を生かして、工場の屋上に発電設備を設置して運用することを想定し、モデル工場の当社燃料電池工場(滋賀県草津市)の建築面積を想定した敷地面積に設備を設置して、工場の使用電力を賄います。

実証施設

所在地発電出力蓄電容量施設面積
パナソニック株式会社 エレクトリックワークス社 草津拠点
滋賀県草津市野路東2丁目3番1-1号
約1.07 MW(純水素型燃料電池:495 kW、太陽光発電:約570 kW)
約1.1 MWh(リチウムイオン蓄電池)
約6,000 m2(約80 m×75 m)

モデル工場(燃料電池工場)

製造部門のピーク電力製造部門の年間電力量生産品目建築面積
約680 kW
約2.7 GWh
家庭用燃料電池「エネファーム」
約4,125 m2(約75×55 m)
  • ・太陽光発電はモデル工場屋上に敷き詰めることを想定して約4,000 m2(65 m×60 m)に設置

純水素型燃料電池(単体仕様)・2021年10月発売

発電出力定格発電効率本体サイズ重量出力方式
5 kW
56%(LHV)
834 mm(W)×417 mm(D)×1766 mm(H)
(デザインパネルを含む)
約205 kg(デザインパネルを含む)
モノジェネ式/コジェネ式

水素供給

方式タンク容積供給事業者
液化水素を貯蔵
約78,000 L
岩谷産業株式会社
  • ・岩谷産業株式会社が液化水素ローリーで実証施設まで運搬

■H2 KIBOU FIELD 空撮写真(2022年4月撮影)

以上

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 パナソニックホールディングス(HD)は戦略投資として6000億円を投じ、中長期の成長に重点を移す。2022年度に持ち株会社制へ転換したのを機に、「2030年に向けた社会変革を考え競争力を獲得する、長期視点の経営に変える」(楠見雄規社長)とし、3年間の累積営業キャッシュフローを2兆円とする中期経営指標を設定した。事業会社に権限移譲する“自主責任経営”の追求は真の企業競争力強化につながるのか。  6000億円の戦略投資は22年度からの3年間で実施。グループ傘下の8事業会社による投資とは別枠とし、成長領域の3分野を中心に4000億円、技術基盤として2分野を中心に2000億円をそれぞれ割り当てる。  成長領域としては車載電池のほか、21年に買収した米ブルーヨンダーのサプライチェーンマネジメント(SCM)ソフトウエアの進化、コロナ禍で必要性が高まる空質空調領域を中心に投資。特に電池では和歌山工場(和歌山県紀の川市)に設ける電気自動車向け新型車載用リチウムイオン電池の高生産性ラインの実証を進めており、新セルを業界に先駆けて投入する方針だ。  技術基盤では水素製造の高効率化などを進める。エネルギーとしての水素製造・活用拡大に向け、純水素型燃料電池、太陽光発電、リチウムイオン蓄電池の3電池連携によるエネルギーマネジメントの実証実験を行う。  また自社バリューチェーン以外に、社会への貢献分も含めた二酸化炭素(CO2)削減量拡大も推進。排出量削減目標として50年までに、現時点の全世界CO2総排出量の約1%に相当する3億トン以上を掲げた。

 

 

電池・水素…パナソニックが6000億円投じる戦略投資の全容(ニュースイッチ) - Yahoo!ニュース

 

電池・水素…パナソニックが6000億円投じる戦略投資の全容(ニュースイッチ) - Yahoo!ニュース

 パナソニックホールディングス(HD)は戦略投資として6000億円を投じ、中長期の成長に重点を移す。2022年度に持ち株会社制へ転換したのを機に、「2030年に向けた社会変革を考え競争力を

news.yahoo.co.jp

 

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実験で使用されるパナソニックの純水素型燃料電池 (KYODONEWS)

パナソニックは14日、化学メーカー、トクヤマの工場で副産物として発生する水素を使って発電する実証実験を始めたと発表した。国内では過去最多となる純水素型燃料電池6台を連携させ、発電出力を制御する。水素社会の到来を見据え、連携制御のノウハウを蓄積したい考えだ。  トクヤマの徳山製造所(山口県周南市)で化学製品を生産する際に発生する水素を燃料電池に供給。1台の燃料電池の出力は700ワットで、6台を組み合わせることで出力を最大4.2キロワットまで任意に設定できるという。  生み出された電力は製造所内の事務室で使うほか、発電時に出る熱も温水として回収し、有効利用する。

 

パナ、工場の副産物で水素発電 トクヤマと実証実験(共同通信) - Yahoo!ニュース

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