2018年09月28日

◆ 再生エネの蓄電は不要だ

 再生エネの発電(太陽光や風力など)では、発電量の変動を抑えるための蓄電が問題となる。そこで画期的な方法を示す。

 ──

 この問題を解決するために、さまざまな技術が開発中だ。キャパシタとか、空気圧方式とか。
  → 蓄電 再生エネ - Google 検索
  → 蓄電 空気圧 - Google 検索

 しかし、いずれも実用化には程遠い。技術を少し改良すればいいというようなものではなく、圧倒的に革新的な技術で大幅にコストダウンしない限り、実用からは程遠い。

 そこで、困ったときの Openブログ。この問題を解決するための画期的な方法を示そう。こうだ。
 「蓄電はしない。かわりに水素を生産する」


 通常の水素生産では、常に一定量の水素を生産する。その生産量は、設備による最大生産量だ。この場合、電力コストは、通常の電力コストがかかる。

 そのかわりに、新たにこうする。
 「水素の生産をするが、その生産量は、再生エネの発電量が過剰になったときだけにする。具体的には、昼間の太陽光発電や、夜間の風力発電」


 この場合は、余剰電力だけを使うことになるので、電力コストが大幅に安くなる。
 発電会社としても、無駄に捨てるはずの電気を売るだけだから、安価に売電できる。たとえば、九州で大量の太陽光発電があるなら、昼間の過剰の分だけを水素生産のために売電する。一方、朝や夕方には、太陽光発電の発電量が減るので、安価で売電するのは中止する。

 以上のようにして、「余剰な発電量を水素生産に差し替える」ということができるから、蓄電のかわりになるのだ。

 これは、機械で蓄電するかわりに、社会システムで蓄電することに相当する。
 なぜなら、水素になった分は、あとで燃料電池車によって発電の形で使われるからだ。これもまた広い意味での蓄電と同じなのである。ただし、機械によって蓄電するのではなく、水素生産と社会システム(燃料電池車の利用)で蓄電することになる。
 これが本質的だ。つまり、蓄電のための技術を開発するのではなく、蓄電のための社会システムを整備すればいいわけだ。

 燃料電池車は、現時点では実用化からは程遠いし、将来的にも普及の意味がない。(エネルギー効率の点ではガソリンのハイブリッド車と同程度以下なので、地球温暖化を阻止する効果がないからだ。その点では電気自動車に圧倒的に劣る。→ [ 補足 ])
 しかしながら、「再生エネの発電を使う」という形にすれば、化石燃料を使わずに済むから、燃料電池車は、まさしく温暖化阻止の効果が生じる。

 実は、この点では、電気自動車も同様だ。だが、電気自動車には社会的には蓄電の能力が不足している。蓄電するのは主に夜間であるから、昼間の大量の太陽光発電の余剰分を蓄電するには足りない。(昼間は走行中のことが多くて、蓄電するには向いていない。)
 そこで、電気自動車を使うかわりに、「(燃料電池車のための)水素生産で、再生エネの電力を社会的に蓄電する」という方式が成立するわけだ。

 ともあれ、この方式にすれば、世界各地で研究されている「新世代の蓄電技術の開発」というものが、まったく無用になるわけだ。
 また、「太陽光発電を普及させるためには、蓄電技術の新規開発が必要だ」という問題も、一挙に解決されるわけだ。(既存の技術で済むので。)

( ※ ただし、水素生産の普及のためには、新技術の開発のかわりに、水素の需要が大量に必要となる。そのためには、燃料電池車の技術開発が必要となる。それが実現するのは、早くても 10年後だろう。現実には、20年以上あとかな。)
( ※ だけど、よく考えたら、燃料電池車は不要かも。水素を生産したら、燃料電池で発電すれば、EV を動かせるからだ。燃料電池車よりも EV の方が圧倒的に効率が高いので、燃料電池車よりは、「水素で発電して、EV に充電する」という方式の方が、主流になりそうだ。)



 [ 付記 ]
 一方、「電気自動車で社会的に蓄電する」という方式も成立する。スマートメーターなどを使って、「電力が余剰になったとき(安くなったとき)だけ、電気自動車に蓄電する」という装置を使えばいいのだ。たとえば、昼間に太陽光発電が余ったときに、電気自動車に充電する。
 この点については、前に説明したことがある。
  → 電力安定に蓄電池は必要ない: Open ブログ

 なお、再生エネの電力が余るほどではないのなら、やはり蓄電は不要で、火力発電の発電量を減らすだけで済む。
  → 太陽光に蓄電池は不要: Open ブログ



 [ 補足 ]
 燃料電池車は、エネルギー効率が劣る、と述べた。これについて解説しておこう。

 (1) エネルギーの利用効率は、EVが圧倒的に高く、燃料電池車はその半分以下。内燃機関に比べれば2倍ぐらい効率は高いが、ハイブリッドと比べれば同程度だ。
  → 燃料電池車はEVよりもエネルギー効率が悪い
  → 燃料電池車は本当に「究極のエコカー」なのか…FCV対EV徹底比較
 なぜかというと、EV と比べると、自動車そのものの効率が劣る上に、水素の圧縮でも多大なエネルギーが浪費されるからだ。この件は、本サイトでは 2011年に指摘した。
  → 燃料電池車を推進するな: Open ブログ

 (2) さらに輪をかけて、燃料電池車の「自滅」とも言える大失敗があった。ガス圧を2倍に高めたのだ。(350気圧から 700気圧へ)
 そもそも燃料電池車は、水素を圧縮するために多大なエネルギーが浪費される。だから、圧縮の程度を弱めれば、エネルギーの浪費が抑制されて、エネルギー効率を高めることができる。
 ところが、電気自動車に対する優位性を示そうとして、航続距離を長く伸ばそうとした。そのために、中圧のタンクではなく、高圧のタンクを採用した。これによって、航続距離はたしかに2倍に伸びたが、同時に、高圧で圧縮するために浪費するエネルギーが莫大に増えてしまった。
 かくて、効率が著しく低下することになり、現状の車(ハイブリッド車)よりも効率が低下してしまうことになった。つまり、ハイブリッド車から燃料電池車への転換を進めれば進めるほど、(エネルギー効率が低いせいで)炭酸ガスの排出は増えてしまうのだ。(それというのも、水素の圧縮のために莫大なエネルギーが浪費されるからだ。)
 ホンダは……35MPa の水素タンクを搭載していた。
 35MPa であれば CO2 を削減できるが、70MPa ではかえって CO2 排出量を増やしてしまう。(しかし……)
 水素ステーションの世界基準が 70MPa になってしまっている。
( → 日産、究極のエコカーFCVをやめるって…なぜ?

    ( ※ MPa = メガパスカル ≒ 10気圧)



 【 追記1 】
 水素生産のメリットは、「設備費(固定費)が低コストで済む」ということだ。一方、変換効率は低めだ。
 逆に、蓄電池のデメリットは、「設備費(固定費)が高コストになる」ということだ。一方、変換効率は高めだ。

 どちらが現実的かというと、前者だろう。莫大な電力を蓄電するには、莫大な設備費がかかるが、その設備費が少なめで済むことは圧倒的に有利だからだ。一方、変換効率が低めだという点は、再生エネの「余った電力(本来ならば捨てられる電力)」を、タダ同然で入手することで、解決ができる。
 逆に、蓄電池だと、変換効率がいくら高くても、もともとタダ同然の余剰電力には大して意味がない。一方で、設備費が莫大になるので、これが決定的な難点となる。

 ※ 水素生産の場合は、水素発生部のコストは微小であり、コストの大部分は水素の貯蔵コストとなる。水素タンクなど。どっちみち、水素の貯蔵ぐらいならば、(高圧で圧縮しない限りは)たいした問題とならない。
 ※ 一方、キャパシタやリチウム電池などの蓄電池だと、(外部タンクのかわりに)装置本体で蓄電することになるので、莫大な貯蔵コストがかかる。この問題を解決することは非常に困難だ。

 【 追記2 】
 コメント欄に次の話を書いたので、転載する。
 本項の発想は「太陽光発電の価格が大幅に低下した時点(10年以上あと)」のことであり、発電コストが 5円/kWh ぐらいになった場合です。
 この場合、余剰電力を買い取ってもらえなくても、採算に乗るので、
  ・ 一定量までは 8円/kWh
  ・ 余剰分は   1円/kWh
 のような価格で売電できます。
 すると電力会社は、余剰分を  1円/kWh で販売できるので、水素生産会社はこの価格で電力を調達できます。

 つまり、余剰電力の調達価格は、現時点では不透明なのですが、10年後ぐらいには  1円/kWh ぐらいになるので、この時点では水素生産が余剰電力対策になるわけです。
 これはまた、「太陽光発電(および風力発電)が国内の発電量の大半を占めている」という状態でもあります。

 なお、この場合でも、一部の突出した余剰電力については吸収しきれないので、捨てるしかありません。

 これは記述の一部なので、前後の話を読みたければ、コメント欄を見てください。下記箇所です。
      Posted by 管理人 at 2018年09月30日 07:51

posted by 管理人 at 21:00| Comment(25) |  太陽光発電・風力 | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
で、その水素システムにいくら金と資源がかかるか、考えたこと、あります?

電気分解はロスが凄いし、水素は漏れやすく液化温度が低いから貯蔵もやっかいだし、燃料電池は発電効率が悪くてお湯ばかりできるし

管理人さんのエネルギー論は間違いだらけですよ。そして今回もまたヒステリックに反応なさるんでしょ

「ライブドア 二重の虚構」って名著を鏡に、自分の顔を見つめなおしては、とは思いますがね
(ひとりごと)
Posted by 深海 誠 at 2018年09月29日 05:41
> その水素システムにいくら金と資源がかかるか

 ところがその水素システムを政府自身が推進しているんだな。
 だから、蓄電のために水素システムを使おうが使うまいが、どっちみち、政府は水素システムを推進する。ならば、その途上で水素システムを蓄電のために利用するとしても、金も資源も新たにかかるコストはゼロだ。

 あなたの批判は、水素システムを推進する政府に対する批判としては正しいが、水素システムがあると前提した上でそれを蓄電にも転用しようとする私に対する批判としては正しくない。
 文句を言うなら、水素システムを推進する政府にいいましょう。

 さらに言えば、効率がどれほど低くても問題ない。なぜなら、太陽光や風力の余剰電力は、そのままでは捨てるしかないからだ。捨てるのに比べれば、どれほど効率が低くても、問題ない。

 残る問題は、コストだけ。これは、再生エネの発電コストと、水素蓄電のコストとの、総額による。それは、現時点では採算ベースではないが、将来的には、採算ベースに乗る可能性は十分にある。太陽光や風力は火力発電の半額以下になるだろう。そうなったら、水素蓄電も十分に採算に乗りそうだ。(その場合には余剰電力はタダ同然で手に入るからだ。)

 詳しく言うと、コストは固定費と変動費があるが、変動費がゼロ同然になると、高めの固定費があっても十分に採算ベースに乗る。あなたはそこまで理解できていないのでしょう。

 あとね。あなたは根本的に誤読しているが、比較対象は、「他の蓄電システム」ですよ。他に蓄電システムに比べてコストがかからないかどうかという問題。本項の方法自身がコストがかかるかどうかという問題ではない。
 本項の方法自身は、現状ではコストがかかる。だからそれに対する回答は「将来的に技術革新がなされるまで待つ」ということでしかない。その時間の見込みは、本項では 10〜20年と示している。(燃料電池の需要増と、太陽光発電の効率アップ)
 その時期が来るまでは、コストがかかるので、何もしないで待っているしかない。別に今すぐ無理して推進するという話ではない。
 というわけで、コストの話も、ちゃんと考えてある。説明済み。

 人の悪口ばかりを言う前に、人の話の意図をじっくり考えましょう。相手を「馬鹿だ」と見なす前に、「自分が理解できていない」という可能性を考えましょう。

> 管理人さんのエネルギー論は間違いだらけですよ。そして今回もまたヒステリックに反応なさるんでしょ

 何でいきなり、そう感情的なって悪口を書くの? 何だか、よほど恨みでもあるようですね。そんなに恨んでいると、精神状態が良くないですよ。お医者さんに行った方がいいでしょう。健康のために。
Posted by 管理人 at 2018年09月29日 05:58
 電気分解の効率を高める技術も開発が進んでいる。
  → https://japanese.engadget.com/2015/04/30/15-3/

 効率の点では実用化に近いレベルになっている。あとはコストだろう。
 太陽光発電の技術開発と比例して、この手の技術も開発が進むので、将来的には、十分に実用化のレベルに達するだろう。
Posted by 管理人 at 2018年09月29日 06:49
 最後に 【 追記 】 を加筆しました。
 タイムスタンプは 下記 ↓
Posted by 管理人 at 2018年09月29日 06:58
水素を電気分解で作るのは将来的にも採算合わないとおもいますよ。
理論効率で計算しても現在の大規模電池より高コストな計算になったはずですから。

理研のはセルの効率上がっただけで別に実用化が近くもなんともないです。
水素の回収、分離、精製、貯蔵とか綺麗な水をどうやって準備すんのとか、いろんなとこに問題ありますから。
Posted by しかし at 2018年09月29日 07:06
 理研については
 「効率の点では実用化に近いレベルになっている」
 と述べた通り。あくまで効率についての話。

> 水素の回収、分離、精製、貯蔵とか綺麗な水をどうやって準備すんのとか、いろんなとこに問題ありますから。

 それは、効率以外のことですね。たしかに問題があるので、今すぐに解決することはないでしょう。10〜20年ぐらいの技術開発が必要でしょう。ただし、そのくらいの時間をかければ、解決はできそうだ。

 一方、蓄電池を使う方法は、それだけの時間をかけても、とうてい実用化は無理だろう。理由は 【 追記 】 で述べた通り。
Posted by 管理人 at 2018年09月29日 07:17
燃料電池車は必ずしも必須でなく、普通のガス発電所に水素を混焼して燃やせば普通に電気として再生できる。だから水素発生もガス発電所で大規模にやって貯めておけばいいと思います。しかしそうはいってもガスは体積効率が悪いのでそう大量にためておくことはできない。究極の蓄エネ方法は余剰電力で海水ウランを精製すること。世界で一番エネルギー密度の高い蓄電方法。それを原発で燃やせば原発も再エネの仲間入り。高速増殖炉も必要なく持続可能なエネルギーになります。
Posted by vaceba at 2018年09月29日 08:46
NEDOの水素生成実証試験。
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1710/04/news038.html
風力→水素→メチルシクロヘキサン
事故っちゃって、中断しましたけど。

一方、大型蓄電池の実証試験。
http://www.hepco.co.jp/energy/recyclable_energy/large_accumulator/index.html

燃料電池車用の水素ステーションは馬鹿みたいに電力を食ってバカバカしいので、水素はそのまま燃料電池で電源・熱源として使うのがいいような気がします。
Posted by けろ at 2018年09月29日 11:14
地球温暖化問題などは環境利権に群がる政治家や研究費用や研究ポストが欲しい学者や研究者が作り上げたまやかしのストーリーにも思えるので、そもそも何のために再生エネルギーが必要なのかという点はさておき、余剰な発電量を水素生産に差し替えるというアイディアは目から鱗でした。
Posted by 森田研究員 at 2018年09月29日 15:00
「国内再生可能エネルギーからの水素製造の展望と課題」
http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy/suiso_nenryodenchi/co2free/pdf/002_04_00.pdf

この中に「再エネからの水素製造-余剰電力の特定-」という項目もあります
Posted by nb at 2018年09月30日 01:33
> 「国内再生可能エネルギーからの水素製造の展望と課題」

情報ありがとうございました。
 ここでも「再生エネの貯蔵に水素生産を使う」という発想はありますが、結論は正反対で、「再生エネの貯蔵に水素生産を使う」ということは否定されています。つまり、「安定部分の電力を使う方が大幅にコストダウンになる」というふうに結論しています。そしてその理由は、「余剰部分の電力を使う場合、電力コストが下がる可能性もあるが不確実」ということです。

 そのことは現時点では成立します。しかしながら本項の発想は「太陽光発電の価格が大幅に低下した時点(10年以上あと)」のことであり、発電コストが 5円/kWh ぐらいになった場合です。
 この場合、余剰電力を買い取ってもらえなくても、採算に乗るので、
  ・ 一定量までは 8円/kWh
  ・ 余剰分は   1円/kWh
 のような価格で売電できます。
 すると電力会社は、余剰分を  1円/kWh で販売できるので、水素生産会社はこの価格で電力を調達できます。

 つまり、余剰電力の調達価格は、現時点では不透明なのですが、10年後ぐらいには  1円/kWh ぐらいになるので、この時点では水素生産が余剰電力対策になるわけです。
 これはまた、「太陽光発電(および風力発電)が国内の発電量の大半を占めている」という状態でもあります。

 なお、この場合でも、一部の突出した余剰電力については吸収しきれないので、捨てるしかありません。
 上記リンクの話は、この「一部の突出した余剰電力」のことばかりを考えているようです。
 しかし本項では、「日中の晴れたピーク時間帯」を考えているので、晴れた日の正午ごろの数時間には、毎日必ず発生するという、ほぼ恒常的な余剰電力です。
 余剰電力というもの自体を、上記リンクは特別なものと見なしていますが、本項の認識とは違っています。
 こういう発想をする限りは、「余剰電力で水素生産」という概念は否定せざるを得ないでしょう。ゆえに、本項とは正反対の結論になるわけです。
Posted by 管理人 at 2018年09月30日 07:51
 「余剰電力を捨てる」とは、どういうことか? 下記に解説がある。
  → https://jpn.nec.com/info-square/mitatv/discover/39/index.html

 具体的には、風車を止めたり、太陽光発電のパネルから系統電力へ流し込む量を止めることらしい。

 ただし、うまくやれば、発電の出力側で最適制御することで、捨てる量を減らせるそうだ。
Posted by 管理人 at 2018年09月30日 08:03
水素は気中の炭酸ガスと化合させてアルコールにすれば、貯蔵も簡単です。アルコールエネルギーの時代が来るのでは?
Posted by SM at 2018年09月30日 19:19
co2と反応させんのがとんでもなく簡単ではないですよ。熱力学的に無理がありすぎです。
Posted by しかし at 2018年09月30日 21:00
 水素の添加という件では、重質油に水素を添加して改質する、という方法もある。これは前に論じた。
 → http://openblog.seesaa.net/article/451152266.html

 方法としてはあるんだが、この手の「水素の添加」というのは、どれもこれも効率が悪い。効率を無視してまでやるか、という話になる。

 効率という点では、充電池のような電気的な方法が一番いいのだが、いかんせん、コストがものすごくかかる。

 結局、どれもこれも、帯に短し襷に流し。決定的な策はなく、場面に応じてうまく使い分けるしかない。

 貯蔵が可能な範囲では、電気自動車に蓄電するのが最も効率的だが、いかんせん、量に限界があって、国全体の余剰電力をまかなうにはまったく足りない。国全体で利用する電力量はものすごく大きい。
 数式で量を言うと、
  ガソリン + 軽油 << 重油 + 石炭 + LNG + 太陽光 + 原子力
Posted by 管理人 at 2018年09月30日 21:46
しかし さん

そうですかね。
中国など国を挙げてやっていますよ。
炭酸ガス利用のクリーンエネルギーとして。

日本でも合成法の論文が出ています。
簡単な技術らしいですよ。
Posted by SM at 2018年10月01日 08:23
中国はこれと決めたとこに予算つける国なので参考にもなりません。
そしてco2の利用が簡単なわけないです。高校の化学でもわかりますが、co2の化学結合切るのにどれだけエネルギーが必要か計算してみてください。反応式自体は簡単ですが、使用するエネルギーが膨大すぎます。

と言っても全く不可能でもなく、旭化成がポリカーボネート樹脂の原料にしてますが。元触媒研究者としては素晴らしい結果だと思いますが、これくらいが限界かなぁとも思います。
Posted by しかし at 2018年10月01日 22:40
>高校の化学でもわかりますが、co2の化学結合切るのにどれだけエネルギーが必要か計算してみてください。

50年も昔なので、高校の化学は忘れました(笑)でも、植物・・例えば松でも杉でも幹って炭素でできていますよね。炭を作ることができますが、これって真っ黒で炭素の塊ですよね。太陽光を利用して空気中の炭酸ガスから純粋炭素を取り出しているんじゃないんですか。

植物の生理学的な反応ってそんな膨大なエネルギーなんですかね。元触媒研究者って・・?計算をお願いします。
Posted by SM at 2018年10月02日 22:57
 植物っていうのは、効率はすごく低いんですが、炭素を固定するためのコストがすごく低いんです。タネをまいて収穫するだけ。必要エネルギーは太陽光だけ。水は雨だけ。

 一方、機械や器具を使う工業的な方法は、効率は高いのだが、すべての材料を人間が提供するので、コストがものすごくかかるんです。

 炭素を固定して燃料・エネルギー源とする方法で最も低コストなのは、農産物だ……ということは、前に示しました。
  → http://openblog.seesaa.net/article/457529289.html
Posted by 管理人 at 2018年10月02日 23:20
触媒研究者じゃなくて、ただのその辺の素人ですが・・

1gの炭を燃やします。燃やすということは空気中の酸素と炭が化合して二酸化炭素に戻ることですよね。

1gの炭を燃やすとどれだけのエネルギーが出るんでしたっけ?暖かくなるから当然エネルギーが出ていますよね。炭酸ガスの結合を外すってちょうどその逆じゃないんですか?

使用するエネルギーが膨大すぎるって・・?
Posted by SM at 2018年10月03日 00:15
そのとおりの反応で、ものすごく膨大なエネルギーですよ。
石炭火力発電所なんかはまさにその反応であれだけの電気エネルギー作ってますから、単純に石炭火力発電所1基分のco2を固定化しようとしたらその発電所が石炭燃やして発生させた熱エネルギー分必要になるわけです。膨大でしょう。
Posted by しかし at 2018年10月03日 05:27
>ものすごく膨大なエネルギーですよ。

中学校だか高校の理科の実験で水を電気分解して酸素と水素に分解しますよね。水の電気分解ってそんなにエネルギーが必要ですかね。

少なくとも、水を分解する電気エネルギーよりは、炭素と酸素を外すエネルギーは小さいんじゃありませんか。

水を酸素と水素に分解することができるなら、炭酸ガスから炭素を取り出すことは十分実用的では・・
Posted by SM at 2018年10月03日 08:48
木材を燃やしてのバイオマス発電をやめて、再生エネの余剰電力で木材を木炭化すれば炭素の固定化と非常時のエネルギー源に有効。蓄電にお金をかけるよりはるかに実用的。
Posted by vaceba at 2018年10月03日 12:36
エネルギーの大きい小さいではなく、
ぬるま湯ではお湯を沸かせない、という根本議論が抜けてませんか?

水を酸素と水素に分解する、のがロスなんです。
水を電気分解する時、電気分解時に電流が流れるので熱になって逃げてしまう電気があります。
理論科学的に避けられないものであり、それが水素にしない理由です。
水蒸気分解も効率は高いがコストも高い。

しかし、たとえロスがあっても、
原発の余剰電力が見込まれた頃には無尽蔵にタダで水素を作れるわけですから、水素社会を目論んだわけですが、リスクがまさかの現実になった。
中国が炭酸ガスの固定化をするのも、タダ同然の石炭が余っているからであって、
効率が良いわけではありませんし、
アルコールを燃やせば炭酸ガスが拡散。

そもそも、電気が余るのは良いことなので、
余りそうな時に過剰生産してくれる会社を募って、安く買ってもらうなどの変動相場を、
九州地元で確立するのがスジかと思います。
電気が溜められない以上に、
水素はもっと溜められないし、ムダが多い。
1気圧で使えない時点で、汚れたエネルギー。

なかなかいいエネルギーは無いと思います。
Posted by メルカッツ at 2018年10月16日 00:55
> 水素はもっと溜められない

LNG や都市ガスやメタンガスやプロパンガスが溜められるのに、水素だけが溜められないわけがないでしょう。

> 余りそうな時に過剰生産してくれる会社

そんな会社はありません。土日の昼間の4時間だけ(しかも晴れた日だけ)生産して、他の時間はずっと休んでいる会社なんて、事業として成立しません。かろうじて成立しそうなのが、水素生産です。

Posted by 管理人 at 2018年10月16日 07:40
コメントを書く
お名前: [必須入力]

メールアドレス:

ホームページアドレス:

コメント: [必須入力]

  ※ コメントが掲載されるまで、時間がかかることがあります。

過去ログ