2マイク マシ ングを用いた光学 ンチの開発
平成 25 年度調査の成果①
(1) 包蔵水力 (1) 包蔵水力
(2) 主要な港湾
3
平成２５年度の調査の成果 ②
(3) 大型電解装置の実績例
場所 国名 場所 装置製作企業 水素製造能力(Nm3/h) Aswan
Nangal Ryukin
Egypt India Norway
Brown Boveri DeNora
Norsk Hydro
33,000 30,000 27,900 Aswan
Nangal Ryukin y
Ghomfjord Kwe Kwe Trail
y Norway Zimbabwe Canada
y Norsk Hydro
-Trail
, 27,100 21,000 15 200 y
Ghomfjord Kwe Kwe Trail
今後の課題
Trail Canada Trail Trail 15,200
・ 具体的なサイト・規模等の特定
・ 経済性の検討
まとめ
・ オープンリソースでの調査は完了
・ 今後、前提条件を整理した上で、経済性検討を行う。
4
水素利用等先導研究開発事業／低コスト水素製造システムの研究開発
／アルカリ水電解水素製造システムの研究開発
／アルカリ水電解水素製造システムの研究開発 委託先：旭化成株式会社
再委託先：株式会社日本製鋼所、富士電機株式会社 再委託先 株式会社日本製鋼所、富士電機株式会社 １．研究開発の背景・目的
太陽光・風力発電等の再生可能エネルギーの導入が世界中で活発化する中、需要と 太陽光 風力発電等の再生可能エネルギ の導入が世界中で活発化する中、需要と 供給のバランスのアンマッチや季節間変動を吸収する技術として、電気エネルギーを 水素という二次エネルギーに変換し貯蔵・輸送する技術が注目されている。
そこで研究開発では、設備コストが安く、高耐久性を維持し、風力発電等の出力変動する 再生可能 ネ ギ を効率的に活用 きる カリ水電解 水素製造シ ムを提供 再生可能エネルギーを効率的に活用できるアルカリ水電解－水素製造システムを提供 することを目的とする。
（NEDOロードマップ2010の達成を目指す）
２．実施項目
①アルカリ水電解装置用高耐久性・低過電圧電極の開発（旭化成株式会社）
②アルカリ水電解装置用隔膜の開発（旭化成株式会社）
② リ水電解装置用隔膜 開発（ 成株 会社）
③アルカリ水電解ユニットの開発（旭化成株式会社）
④アルカリ水電解プロセス開発実証（旭化成株式会社）
⑤水電解用直流電力供給装置開発（富士電機株式会社）
⑥水電解装置協調制御に係る研究開発（株式会社日本製鋼所）
⑥水電解装置協調制御に係る研究開発（株式会社日本製鋼所）
1
３．研究開発体制
独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
富士電機株式会社
委託旭化成株式会社
富士電機株式会社
株式会社日本製鋼所
再委託４．研究スケジュール
【中間目標（平成29年度末）】
株式会社日本製鋼所
【中間目標（平成29年度末）】
・電流密度0.6A/cm2において電解電圧1.8V以下の性能を維持しつつ、単セル の電極面積を1～3m2程度まで大型化する技術等により、NEDOロードマップ2010の 目標達成を見通せる技術を確立する。
・耐久性を低下させずに、変動する風力発電システム等との協調運転を可能 とする技術を確立する。
【最終目標（平成34年度末）】
【最終目標（平成34年度末）】
・開発した水素製造システム技術に対し、実用上最小規模のシステムを試作 して実証試験を行い、再生可能エネルギーからの低コスト水素製造技術を 確立する。
確立する。
2
５．平成 25 年度研究成果
① アルカリ水電解装置用高耐久性 低過電圧電極の開発（旭化成株式会社）
① アルカリ水電解装置用高耐久性・低過電圧電極の開発（旭化成株式会社）
（１）小型電解装置において、０．６Ａ／ｃｍ 2 （定電流時、連続運転 500Hr 後）において、
電解電圧１．７９Ｖを達成（世界最高水準）した。
（２）不安定電源に対する電極への影響の把握するための簡易評価法を確立し、電極の 種類によっては電極表面の剥離・溶解の現象がみられ、過電圧上昇が認められた。
② アルカリ水電解装置用隔膜の開発（旭化成株式会社）
（１）既存膜の長期耐久性試験を小型電解装置にて実施し、１０００Hrの定電流・連続運転
（１）既存膜の長期耐久性試験を小型電解装置にて実施し、１０００Hrの定電流 連続運転 では、膜には全く変化が見られず、電解電圧は安定に推移しており電解条件におい て、相当程度安定であることが判った。
（２）隔膜の低過電圧化の基礎検討を実施するため、小型電解装置用の隔膜を作成でき る実験装置（ 年自社 設計 設置済）を 検討を実施 た 結果 る実験装置（2012年自社にて設計・設置済）を用いて、検討を実施した。その結果、
a)膜の過電圧、b)ガス透過防止性、c)膜強度、といった点で、既存膜以上の膜を 作ることができることを見出した。
③ カ 水電解 開発（旭化成株式会社）
③ アルカリ水電解ユニットの開発（旭化成株式会社）
（１）小型装置の１００倍にあたる、１セルあたり０．２５ｍ２の中型水電解ユニット基本設計 を終了（自社資金にて実施）した。
（２）実機に相当する１セルあたり２ ７ｍ２相当の大型水電解ユニットに関して、装置の
（２）実機に相当する１セルあたり２．７ｍ２相当の大型水電解ユニットに関して、装置の 強度計算と電解槽の電解ユニット外郭強度の計算を終了した。
④ アルカリ水電解プロセス開発実証（旭化成株式会社）
平成２６年度に設置を計画している、１セルあたりの電解面積０ ２５ｍ２規模の中型 平成２６年度に設置を計画している、１セルあたりの電解面積０．２５ｍ２規模の中型 電解プロセス設計を完了した。
3
⑤ 水電解用低電圧・大電流直流電力供給装置開発（富士電機株式会社）
（１）後年度以降実施予定の中／大規模電解槽を用いる電源システム評価のための１ｋＷ 電源装置でのシステム設計を行い 電源装置の製作および基本動作検証を完了した。
電源装置でのシステム設計を行い，電源装置の製作および基本動作検証を完了した。
（２）風力発電の変動量データ解析とシステム検討を実施し、発電電力平準化にむけたトル ク制御構成案を整理した結果、発電機の磁化電流とトルク電流を適正に決めることで，
発電機の電流を約 10% 減らして最大効率で動作させることの可能性を見出した。
⑥ 水電解装置協調制御に係る研究開発（株式会社日本製鋼所）
日本製鋼所所有の 2MW 風力発電機 (J82‐2.0) について、出力データを 0.1s 間隔で記録し、
0.1s （生データ）および 1s 、 60s 間隔でそれぞれ平均化した上で、出力変動の相対度数分布 を整理した結果、風力－水電解システムの変動対応能力として、± 200kW/sec および
±1000kW/minを満足すれば、99%以上の時間帯において出力変動に追従できることが 把握できた。
６．今後の開発課題
・小型電解装置を用いた、電極・隔膜の変動電源による電解評価の推進
・中型電解ユニットの製作・設置と評価実施
実機相当 電解セ 面積を有する大型電解 ト 開発
・実機相当の電解セル面積を有する大型電解ユニットの開発
・大型隔膜製造方法の検討
・中／大型電解装置用の低電圧・大電流直流電力供給装置の開発
・風車出力変動特性と水電解装置周波数応答特性検討をベースとした、協調制御方法検討 風車出力変動特性と水電解装置周波数応答特性検討を スとした、協調制御方法検討 ７．まとめ
要素技術としての電極や隔膜の小規模での開発は、順調に推移しており、世界最高水準を達成 した 今後は 変動電源の影響を把握して要素技術の 層の高度化を進めるとともに 装置のス した。今後は、変動電源の影響を把握して要素技術の一層の高度化を進めるとともに、装置のス ケールアップを早急に進める。併せて、風力発電との協調制御方法を開発して効率化を推進する。
4
「水素利用等先導研究開発事業/低コスト水素製造システムの研究 開発/高効率低コスト水素製造システムの研究開発」に係る技術開発
背景および目的
開発/高効率低 スト水素製造システムの研究開発」に係る技術開発 委託先：日立造船株式会社
化石燃料の燃焼等から環境中に放出されるCO2の削 減、また東日本大震災によるエネルギー需給見直しを受 け、再生可能エネルギーをエネルギー源としてより一層 有効利用することが求められている。本事業では、高性
表1 技術課題、開発目標
有効利用することが求められている。本事業では、高性 能でかつ低価格のアルカリ水電解装置の開発を行うと共 に、風力発電の変動出力を既存の技術とアルカリ電解に 入力するための制御システムを組合わせた総合的なシ ステムの開発を実施する 具体的には「Co-Ni-Mo-C系 ステムの開発を実施する。具体的には「Co Ni Mo C系 合金高活性電極材料の最適化｣、｢アルカリ電解構成材 料/電気装置の低コスト化｣、｢アルカリ水電解入力用制御 システムの開発｣を行い、本技術の実用化を目指す。本 事業では第一ステップとして小規模の風力発電による自 事業では第 ステップとして小規模の風力発電による自 立実現を目標とするが、将来的にはより大規模なシステ ムとして適用可能なシステムを目指す。
開発目標・開発項目・実施内容 開発目標・開発項目・実施内容
低コスト水素製造システムの研究開発を進めるにあ たり開発項目として、
①高効率かつ低コストのアルカリ水電解装置の開発
②再生可能エネルギー発電設備と組み合わせた水素製
1
造システムの開発を実施する。
表1に本提案の課題と開発目標についてまとめたもの を示す。
研究体制
図１に本研究開発の体制図を示す。委託先である日立造船株式会社からの再委託先として東北工業大学に共同研究開発先を、オブ ザーバーとして電力会社に本研究開発のFS検討・実証への協力をお願いした
経済産業省 日立造船株式会社
PM： 斎藤 英樹
委託 再委託 東北工業大学（私立大学法人）
ｱﾙｶﾘ水溶液電解用陰極材料の改良を再委託 ザーバーとして電力会社に本研究開発のFS検討・実証への協力をお願いした。
NEDO
ｵﾌﾞｻﾞｰﾊﾞ 図１．研究体制図
研究スケジュール
表２に本研究の向こう2カ年の スケジ ルを示す
表２．本研究開発実施スケジュール 国内電力会社
ｵﾌ ｻ ﾊ
スケジュールを示す。