New Energies, new possibilities

燃料電池、太陽電池、蓄電池の3電池を連携・制御

【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

Researchers at Stanford University in the United States and at the University of Mannheim in Germany have proposed using reversible fuel cells as backup power generators to cope with volatility in electricity markets and pronounced fluctuations in power prices.

“Reversible fuel cells can be an economically viable source of backup electricity during periods of surging prices, such as Texas experienced in 2021 when winter storms knocked out power plants fueled by natural gas,” the research's main author, Stefan J. Reichelstein, said, noting that reversible systems can help get economic value from renewable electricity when prices are low.

In the paper Reversible Power-to-Gas systems for energy conversion and storage, published in nature communications, Reichelstein and his colleagues developed an analytical model of the unit economics of the reversible fuel cell system. “While modular systems require sufficiently low hydrogen prices in order for the reversibility feature to be valuable, integrated systems can be economically viable for higher hydrogen prices by primarily generating hydrogen but also providing electricity during times of limited power supply,” the study reads.

Through the proposed model, which mainly considered the electricity markets in Germany and Texas, the research group found that fuel cell systems based on solid oxide cell (SOC) technology may be competitive at current hydrogen prices, provided that there is sufficient variation in daily electricity prices, as in the Texas market.

The reversible systems are said to be economically viable even in the presence of substantially lower hydrogen prices in the future. “This is because the inherent flexibility in these systems enables them to respond to lower hydrogen prices by operating more frequently in reverse mode, delivering additional electricity to the power markets,” the researchers said.

They also took into account the potential drop in costs for SOC fuel cells over the next 10 years and found that they may still be competitive even with substantially lower hydrogen prices. These systems may become particularly valuable during periods of electricity scarcity, including regular demand peaks and irregular supply shocks. “The reversible systems can be built to almost any scale, they add, so they can be used by individual companies or small communities as well as by large urban power grids,” Reichelstein concluded.

Reversible fuel cells for backup power generation – pv magazine International (pv-magazine.com)

　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

Pt－炭素相互作用による新たなメカニズムも解明 　量子科学技術研究開発機構（量研）と東京大学、日本原子力研究開発機構らの研究グループは2022年3月、燃料電池自動車（FCV）の動力源となる固体高分子形燃料電池（PEFC）の触媒性能を、2倍以上も向上させる新たな手法を開発したと発表した。性能向上のメカニズムも解明したことから、PEFCのコスト低減が可能になるとみられている。 　

Pt／未照射GC基板とPt／照射GC基板および、回転電極法により得られたikと電位との関係 出所：量研他（写真：EE Times Japan）

研究グループは、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が策定した燃料電池・水素技術開発ロードマップに基づき、「酸素還元反応（ORR）活性と耐久性を掛け合わせた性能で10倍向上」という開発目標を掲げた。FCVに搭載されるPEFCのコスト低減に向け、ORR触媒で大量に用いられている高価な白金（Pt）の使用量を削減するのが狙い。 　これまで取り組んできた研究から、Pt微粒子と欠陥構造を有する炭素材料との界面で、より強く発現するPt－炭素相互作用を活用して、Pt微粒子の電子構造を操作すれば、従来の課題を解決できると判断した。 　今回の実験では、量研のイオン照射研究施設（TIARA）を用いて炭素材料に欠陥構造を導入し、その表面にPt微粒子を形成させる新たな手法で触媒を作製した。欠陥構造の量は、1cm2当たり1.0×1014～1.0×1016個で、照射するアルゴンイオン数を調整することでその個数を制御できる。 　欠陥構造を含むグラッシーカーボン（GC）基板の上に堆積したPt微粒子（Pt／照射GC）のORR活性は、回転電極法で評価した。これにより、例えば電位0.85VにおけるPt単位面積当たりの電流（ik）は、欠陥構造量（照射イオン数）が増えると単純に増加した。未照射基板上のPt微粒子（Pt／未照射GC）に比べると、最大で約2.2倍にまで高まることを確認した。 　ORR活性が向上するメカニズムについて、放射光を用いたX線吸収微細構造（XAFS）の測定により、Pt／未照射GCとPt／照射GCにおけるPtの化学状態を調べた。この結果、欠陥構造の導入と増加により、フォトンエネルギー2648eV付近で吸収ピークの強度が減少しており、Ptの酸化が抑制されていることが分かった。これは、酸素との結合エネルギー低下を示したもので、ORR過程で形成される酸素含有の表面官能基の脱離を速めたことが、活性向上につながったとみている。 　さらに、密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算を行い、「Pt微粒子の酸化抑制」が「イオンビーム照射した炭素材料のどのような欠陥構造」に起因するのかを調べた。今回は、炭素材料を模擬する3層グラフェンシートの上に配置した13原子のPtクラスタ（Pt13）を計算モデルとし、表面から第1、2層目のグラフェンシートに単一あるいは複数の原子空孔を導入したときの「dバンドセンター」を計算した。 　この結果、一般的にいわれている「酸素との結合が弱くなりORR活性が向上するとき、Pt微粒子のdバンドセンターが小さくなる」傾向と合致した。つまり、Pt微粒子の電子構造を変化させることで、ORR活性が向上することを確認した。 　今回の研究成果は、量研量子ビーム科学部門高崎量子応用研究所の八巻徹也次長・プロジェクトリーダー、山本春也上席研究員、木全哲也協力研究員（当時は実習生）、東京大学大学院工学系研究科の毛偉特任研究員（研究当時は助教）、寺井隆幸名誉教授（研究当時は教授）、日本原子力研究開発機構の松村大樹研究主幹、下山巖研究主幹らを中心とする研究グループによるものである。

新手法で燃料電池触媒のORR活性を2倍以上に向上 (EE Times Japan) - Yahoo!ニュース

ZeroAvia’s electric powertrain using a hydrogen fuel cell to generate electricity took giant steps forward this week with a series of investment and collaboration announcements.

Announcement 1 was partnering with British Airways which “will see ZeroAvia embedded in the heart of the airline,” said BA. “The team will work remotely alongside mentors and experts to explore the transformational possibilities of moving from fossil fuels to zero-emission hydrogen to power the airline’s future fleet.

Announcement 2 was ZeroAvia securing £12.3m in funding from the UK government through the ATI Programme to deliver a 19-seat hydrogen-electric powered aircraft that is market-ready by 2023 – the HyFlyer II project.

Announcement 3 was £16m in Series A venture funding. led by Breakthrough Energy Ventures and Ecosystem Integrity Fund, with follow-on investors Amazon Climate Pledge Fund, Horizons Ventures, Shell Ventures and Summa Equity.

ZeroAvia proved its technology with a flight in a hydrogen fuel cell electric Piper Malibu at Cranfield in September. Photos: ZeroAvia

The HyFlyer II 600kW hydrogen-electric powertrain will be made for aircraft such as the Cessna 208 Caravan and the Viking Air DHC-6 Twin Otter which are used in regional aviation and cargo transport worldwide.

Val Miftakhov, CEO, ZeroAvia, said, “We are delighted with the ATI’s decision to back our 19-seat powertrain development programme. This project is instrumental for delivering a market-ready hydrogen powered solution for 2023 that makes passenger-ready zero carbon aviation a reality.”

For the HyFlyer II project, ZeroAvia is working with the European Marine Energy Centre (EMEC) to deliver the green hydrogen fuelling systems required to power the aircraft for flight tests, including through mobile fuelling platforms suited to airport environments.

ZeroAvia will also for the first time partner with Aeristech, a leading developer of power dense and efficient air compressor solutions. Adding Aeristech to the list of collaborators for HyFlyer II allows ZeroAvia to utilise the company’s advanced air compressor system as part of the new 19-seat powertrain.

UK govt Energy Minister, Kwasi Kwarteng, said, “Next year, as the UK assumes the Chair of the G7 nations and hosts COP26, we have an exciting opportunity to lead through example on climate change as we power towards net zero with our new ambitious plan to put the UK at the forefront of the green industrial revolution and a green jobs boom.”

The announcements follow ZeroAvia’s world first flight of a commercial-grade hydrogen-electric aircraft at Cranfield in September, utilising a smaller version of ZeroAvia’s hydrogen fuel cell powertrain in a 6-seat Piper Malibu M350, known as HyFlyer I.