5. 家庭用燃料電池導入効果の推計
5.3. 計算結果集計
項目別に集計した計算結果を以下に示す。
① 発電量
世帯当たり発電量は、SOFCでは家庭内の電気使用量と強い相関を示す。一方、PEFC は電気使用量との相関は弱く、同程度の電気使用量の世帯であっても発電量にばらつきが 見られる。
② 発電効率・排熱利用効率・総合効率
FCCGS導入前の基準となる一次エネルギー使用量と発電効率、排熱利用効率、総合効率
の比較を示す。PEFCは発電効率、排熱利用効率とも世帯間の差異が小さく、一次エネル ギー使用量の増減に応じて緩やかに変化する傾向が確認できる。これはPEFCの発電効率 に見られる特性として、負荷率の低下が発電効率の低下に与える影響が小さいことや、貯 湯タンクの容量が多きく、排熱利用率に変化が生じづらいことが要因と考えられる。
一方SOFCは同程度のエネルギー使用量の世帯でも発電、排熱利用、総合効率にばらつ きが見られ、負荷パターンの形状や季節別の変動が省エネルギー効果に大きな影響を与え ているものと考えられる。
133
図 5.1 世帯類型別FCCGS発電量
図 5.2 電気使用量とFCCGS発電量・通年負荷率の関係 875
1,232 1,226 1,354 1,382 1,289
2,305 2,843 2,705
3,176 3,129 2,974
1,881 2,215 2,183
2,671 2,828 2,550
451 604 703
848 1,081 866
0 2,000 4,000 6,000
若年単身(N:6) 高齢単身(N:9) 若年夫婦(N:6) 高齢夫婦(N:12) その他(N:28) 61ケース平均(N:61) 若年単身(N:6) 高齢単身(N:9) 若年夫婦(N:6) 高齢夫婦(N:12) その他(N:28) 61ケース平均(N:61)
PEFCSOFC
FCCGS発電量[kWh/世帯・年]
発電量
買電量
FCCGS 最大供給 可能範囲
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000
2,000 3,000 4,000 5,000 6,000
通年負荷率[%]
FCCGS発電量[kWh/世帯・年]
電気使用量[kWh/世帯・年]
SOFC発電量 PEFC発電量 SOFC通年負荷率 PEFC通年負荷率
134
図 5.3 基準一次エネルギー使用量とFCCGS総合・発電・排熱利用効率
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
5,000 10,000 15,000 20,000
導入後一次エネルギー使用量[kWh/世帯・年]
導入前基準一次エネルギー使用量[kWh/世帯・年]
SOFC総合効率 PEFC総合効率 SOFC発電効率 PEFC発電効率 SOFC排熱利用効率 PEFC排熱利用効率
135
5.3.2. HEMS計測データとの比較
HEMS 計測データと PEFC シミュレーション計算結果の比較を以下に示す。電力負荷、
給湯負荷ともHEMS計測対象世帯より小さいため、最終的な発電量はシミュレーション結 果の方が小さいが、家庭内の電気使用量と PEFC 発電量の関係はよく近似しており、実態 に近い機器の発電が再現されている。
図 5.4 世帯別電気使用量とFCCGS発電量の関係
（シミュレーション計算値とHEMSデータの比較）
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
Electricity power generation [MWh/household*year]
Electricity consumption[MWh/household*year]
PEFC_Simulation SOFC_Simulation PEFC_HEMS_Mesured Previous studies
Kuroki(2006) Simulation
※PEFC, Tank 200 L
Detached Houses HEMS Data(Fukuoka, 17households, 2016/11～2017/10)
136
5.3.3. 一次エネルギー削減効果
一次エネルギー削減効果は、電力、給湯需要が大きい世帯ほど大きくなる傾向だが、同 じ一次エネルギー使用量の世帯でも省エネルギー効果に大きな差が見られ、スケジュール や熱電比の違いにより省エネルギー効果に違いが発生していることが分かる。省エネルギ ー率は、SOFCで平均13%、PEFCで平均8%である。特に若年単身世帯は省エネルギー効 果が低く、SOFCは7%と他のセグメントより6～7ポイント程度低い。日中在宅の割合が 低く、24時間連続稼働するSOFCでは低負荷運転の占める時間が長くなるためと考えられ る。
図 5.5 FCCGS一次エネルギー削減効果
表 5.1 世帯類型別一次エネルギー使用量と省エネルギー率
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
0 4,000 8,000 12,000 16,000 20,000
5,000 10,000 15,000 20,000
省エネルギー率
導入後一次エネルギー使用量[kWh/世帯・年]
導入前基準一次エネルギー使用量[kWh/世帯・年]
SOFC一次エネルギー使用量 PEFC一次エネルギー使用量 SOFC省エネルギー率 PEFC省エネルギー率
基準 SOFC PEFC SOFC PEFC 若年単身 6 10.0 9.3 9.4 7% 6%
高齢単身 9 12.2 10.5 11.1 13% 9%
若年夫婦 6 12.4 10.8 11.3 12% 8%
高齢夫婦 12 14.4 12.3 13.1 14% 9%
その他 28 15.8 13.6 14.5 14% 8%
61ケース平均 61 14.1 12.2 12.9 13% 8%
一次エネルギー使用量 省エネルギー率
世帯区分 標本
N
137
5.3.4. エネルギー変換効率
発電方式別、世帯類型別のエネルギー変換効率を以下に示す。発電効率は全体的にSOFC がPEFCより高くなるが、排熱利用効率はPEFCの方が高くなるため、全体的な二次エネ ルギーで見たエネルギー変換効率はPEFCの方が高くなる。SOFCは世帯類型別の効率の 差異が大きく、若年単身世帯は他のセグメントより発電効率、排熱利用効率とも低く、SOFC の全体平均59%に比べ、53%と、6ポイント効率が低下している。
図 5.6 世帯類型別の総合・発電
表 5.2 世帯類型別の総合・発電・排熱利用率 31%
31%
31%
32%
32%
32%
35%
37%
37%
39%
39%
38%
44%
45%
44%
45%
45%
45%
18%
20%
21%
20%
22%
21%
74%
76%
75%
77%
77%
76%
53%
57%
58%
59%
61%
59%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
若年単身(N:6) 高齢単身(N:9) 若年夫婦(N:6) 高齢夫婦(N:12) その他(N:28) 61ケース平均(N:61) 若年単身(N:6) 高齢単身(N:9) 若年夫婦(N:6) 高齢夫婦(N:12) その他(N:28) 61ケース平均(N:61)
PEFCSOFC
発電・排熱利用効率・総合エネルギー効率[%]
発電効率 排熱利用効率
SOFC PEFC SOFC PEFC SOFC PEFC
若年単身 6 10.0 53% 74% 35% 31% 18% 44%
高齢単身 9 12.2 57% 76% 37% 31% 20% 45%
若年夫婦 6 12.4 58% 75% 37% 31% 21% 44%
高齢夫婦 12 14.4 59% 77% 39% 32% 20% 45%
その他 28 15.8 61% 77% 39% 32% 22% 45%
61ケース平均 61 14.1 59% 76% 38% 32% 21% 45%
排熱利用効率 基準
一次 エネ 世帯区分 標本 総合効率
N
発電効率
138
5.3.5. 発電時部分負荷率の分布
PEFC、SOFCの発電時部分負荷率の分布を以下に示す。150～200W、200～250W程度 の占める割合が大きく、全体的に発電負荷率が低い。この傾向は発電負荷率の低下に繋が る可能性が高いものと考えられる。HEMS データにおいても共通した状況が確認されてお
り、FCCGSの効率、寄与率向上には負荷平準化が必須といえる。
① PEFC
表 5.3 通年発電負荷率度数分布（PEFC, 61世帯）
HH1 HH2 HH3 HH4 HH5 HH6 HH7 HH8 HH9 HH10 HH11 HH12 HH13 HH14 HH15 HH16
150～200W 29% 30% 31% 29% 29% 36% 33% 39% 39% 31% 29% 29% 32% 32% 34% 34%
200～250W 29% 30% 35% 44% 44% 18% 30% 20% 25% 6% 22% 18% 24% 39% 20% 1%
250～300W 2% 3% 1% 1% 2% 3% 2% 4% 1% 2% 4% 2% 1% 1% 1% 2%
300～350W 3% 3% 3% 4% 1% 4% 5% 2% 1% 8% 2% 3% 1% 0% 2% 3%
350～400W 7% 4% 6% 5% 2% 2% 2% 6% 3% 8% 3% 6% 4% 3% 7% 11%
400～450W 7% 2% 7% 4% 1% 7% 3% 6% 6% 21% 7% 15% 8% 3% 9% 15%
450～500W 8% 8% 7% 4% 7% 4% 2% 8% 9% 4% 5% 7% 5% 5% 6% 12%
500～550W 6% 6% 3% 0% 4% 7% 3% 6% 2% 6% 8% 3% 4% 5% 6% 6%
550～600W 3% 3% 1% 1% 1% 7% 7% 3% 3% 3% 7% 5% 4% 3% 3% 3%
600～650W 3% 3% 1% 3% 2% 3% 3% 3% 4% 5% 3% 4% 5% 2% 5% 4%
650～700W 1% 3% 2% 3% 3% 3% 3% 2% 2% 3% 3% 3% 3% 3% 3% 3%
700～750W 2% 2% 1% 2% 1% 3% 3% 1% 1% 3% 2% 2% 3% 2% 2% 2%
750W 1% 2% 2% 1% 2% 3% 4% 1% 2% 1% 4% 2% 4% 3% 3% 3%
PEFC
HH17 HH18 HH19 HH20 HH21 HH22 HH23 HH24 HH25 HH26 HH27 HH28 HH29 HH30 HH31 HH32 150～200W 30% 31% 28% 29% 37% 37% 34% 46% 32% 32% 36% 27% 36% 27% 31% 33%
200～250W 28% 20% 5% 44% 3% 3% 25% 5% 7% 0% 6% 40% 34% 51% 51% 5%
250～300W 1% 1% 5% 4% 1% 1% 2% 1% 4% 4% 0% 2% 4% 5% 8% 0%
300～350W 5% 5% 3% 1% 3% 3% 7% 4% 4% 5% 2% 3% 2% 4% 2% 1%
350～400W 5% 3% 8% 2% 3% 3% 7% 5% 3% 6% 2% 3% 3% 2% 1% 8%
400～450W 10% 6% 16% 11% 12% 12% 12% 21% 13% 13% 12% 10% 7% 3% 2% 10%
450～500W 6% 7% 8% 5% 5% 5% 9% 9% 10% 15% 9% 4% 4% 4% 3% 9%
500～550W 5% 5% 5% 0% 8% 8% 1% 1% 8% 5% 5% 3% 3% 2% 0% 8%
550～600W 2% 6% 8% 1% 2% 2% 0% 1% 6% 5% 4% 2% 1% 0% 1% 5%
600～650W 2% 3% 3% 1% 5% 5% 0% 3% 4% 4% 8% 2% 1% 1% 1% 9%
650～700W 2% 3% 5% 0% 8% 8% 0% 1% 3% 4% 4% 1% 2% 1% 0% 5%
700～750W 2% 4% 2% 0% 8% 8% 0% 1% 3% 3% 6% 1% 2% 1% 0% 4%
750W 3% 5% 4% 1% 5% 5% 1% 1% 4% 3% 7% 1% 2% 1% 1% 4%
PEFC
HH33 HH34 HH35 HH36 HH37 HH38 HH39 HH40 HH41 HH42 HH43 HH44 HH45 HH46 HH47 HH48 150～200W 30% 32% 34% 29% 31% 30% 34% 34% 37% 35% 27% 32% 27% 33% 34% 33%
200～250W 1% 38% 33% 44% 22% 5% 33% 2% 41% 35% 8% 5% 45% 39% 7% 22%
250～300W 2% 3% 1% 8% 4% 4% 0% 4% 2% 6% 2% 0% 5% 2% 2% 2%
300～350W 5% 7% 7% 2% 1% 5% 5% 1% 1% 3% 3% 4% 2% 7% 4% 4%
350～400W 7% 8% 5% 1% 2% 3% 3% 5% 3% 1% 4% 9% 4% 2% 4% 2%
400～450W 12% 5% 5% 7% 5% 19% 5% 22% 2% 6% 10% 16% 3% 6% 0% 4%
450～500W 16% 2% 3% 0% 7% 9% 3% 10% 5% 6% 10% 12% 6% 5% 8% 3%
500～550W 10% 1% 5% 4% 5% 11% 5% 6% 1% 2% 7% 8% 2% 1% 8% 4%
550～600W 7% 0% 1% 2% 7% 3% 4% 3% 2% 1% 8% 4% 1% 1% 7% 9%
600～650W 4% 0% 2% 1% 6% 4% 1% 3% 1% 2% 4% 3% 3% 1% 8% 3%
650～700W 1% 1% 1% 0% 3% 2% 3% 3% 1% 0% 4% 3% 1% 1% 11% 3%
700～750W 3% 1% 1% 1% 3% 3% 2% 2% 1% 0% 6% 2% 1% 1% 2% 4%
750W 2% 0% 1% 1% 4% 1% 2% 2% 2% 2% 6% 1% 1% 2% 5% 6%
PEFC
HH49 HH50 HH51 HH52 HH53 HH54 HH55 HH56 HH57 HH58 HH59 HH60 HH61 HH62 HH63 HH64 150～200W 33% 29% 27% 35% 22% 27% 35% 27% 30% 36% 12% 32% 27% - -
-200～250W 14% 56% 4% 3% 3% 47% 30% 50% 7% 7% 44% 28% 15% - -
-250～300W 8% 4% 4% 9% 2% 4% 3% 4% 5% 5% 8% 2% 4% - -
-300～350W 2% 1% 5% 1% 11% 0% 2% 3% 3% 2% 4% 1% 4% - -
-350～400W 6% 3% 2% 1% 6% 2% 1% 2% 4% 3% 9% 2% 1% - -
-400～450W 1% 1% 14% 5% 31% 4% 5% 2% 2% 4% 4% 7% 10% - -
-450～500W 5% 4% 11% 3% 4% 6% 3% 2% 8% 2% 3% 2% 3% - -
-500～550W 3% 0% 2% 5% 8% 2% 3% 2% 3% 3% 1% 5% 7% - -
-550～600W 4% 1% 6% 1% 3% 2% 4% 1% 12% 6% 3% 4% 8% - -
-600～650W 10% 1% 11% 6% 3% 2% 3% 2% 3% 7% 3% 4% 5% - -
-650～700W 1% 0% 6% 14% 3% 2% 5% 2% 9% 3% 6% 5% 5% - -
-700～750W 9% 0% 4% 8% 3% 1% 3% 1% 7% 9% 1% 2% 4% - -
-750W 5% 0% 3% 9% 1% 1% 4% 1% 7% 17% 3% 5% 6% - -
-PEFC
139
② SOFC
表 5.4 通年発電負荷率度数分布（SOFC, 61世帯）
HH1 HH2 HH3 HH4 HH5 HH6 HH7 HH8 HH9 HH10 HH11 HH12 HH13 HH14 HH15 HH16
150～200W 28% 28% 30% 27% 28% 25% 26% 31% 28% 21% 25% 27% 29% 27% 26% 29%
200～250W 23% 25% 29% 42% 37% 24% 36% 20% 30% 7% 20% 19% 22% 32% 20% 2%
250～300W 2% 1% 1% 2% 2% 2% 3% 2% 1% 2% 3% 4% 3% 1% 2% 2%
300～350W 3% 4% 3% 5% 5% 7% 4% 2% 1% 6% 2% 4% 2% 3% 5% 5%
350～400W 5% 5% 8% 3% 3% 5% 2% 8% 7% 6% 6% 8% 5% 5% 8% 9%
400～450W 7% 6% 7% 4% 1% 7% 2% 7% 6% 18% 7% 13% 9% 4% 7% 14%
450～500W 9% 8% 9% 4% 8% 5% 6% 9% 11% 9% 5% 6% 5% 8% 6% 12%
500～550W 6% 6% 4% 1% 4% 5% 3% 6% 2% 7% 8% 4% 5% 7% 6% 7%
550～600W 5% 5% 2% 3% 2% 7% 5% 5% 3% 4% 6% 5% 3% 2% 4% 5%
600～650W 3% 4% 1% 2% 3% 4% 2% 3% 4% 5% 4% 3% 4% 3% 6% 5%
650～700W 3% 4% 2% 3% 4% 3% 3% 3% 3% 6% 5% 3% 5% 3% 4% 4%
700～750W 4% 5% 3% 3% 4% 5% 6% 4% 4% 8% 9% 6% 8% 5% 7% 7%
SOFC
HH17 HH18 HH19 HH20 HH21 HH22 HH23 HH24 HH25 HH26 HH27 HH28 HH29 HH30 HH31 HH32 150～200W 28% 23% 23% 26% 33% 33% 33% 29% 28% 29% 30% 25% 26% 26% 29% 23%
200～250W 24% 20% 6% 44% 4% 4% 24% 10% 8% 0% 6% 33% 33% 44% 43% 4%
250～300W 2% 1% 3% 1% 1% 1% 0% 0% 6% 3% 3% 1% 4% 4% 4% 0%
300～350W 5% 7% 6% 1% 1% 1% 6% 7% 5% 6% 2% 4% 2% 3% 4% 4%
350～400W 5% 2% 6% 7% 5% 5% 7% 3% 4% 7% 2% 4% 6% 2% 9% 8%
400～450W 10% 9% 17% 8% 10% 10% 11% 22% 13% 12% 16% 13% 8% 5% 4% 8%
450～500W 9% 9% 6% 4% 7% 7% 10% 9% 10% 14% 6% 5% 5% 7% 3% 9%
500～550W 4% 7% 5% 2% 8% 8% 1% 2% 10% 5% 5% 4% 4% 2% 1% 10%
550～600W 2% 6% 8% 1% 4% 4% 3% 3% 5% 6% 3% 4% 3% 0% 2% 5%
600～650W 3% 3% 5% 0% 9% 9% 1% 4% 4% 6% 6% 2% 1% 2% 1% 10%
650～700W 3% 4% 6% 1% 9% 9% 1% 4% 3% 4% 6% 2% 4% 2% 1% 7%
700～750W 4% 9% 8% 3% 9% 9% 2% 7% 6% 8% 14% 3% 4% 2% 1% 11%
SOFC
HH33 HH34 HH35 HH36 HH37 HH38 HH39 HH40 HH41 HH42 HH43 HH44 HH45 HH46 HH47 HH48 150～200W 29% 26% 23% 26% 25% 29% 33% 27% 26% 29% 17% 29% 22% 26% 29% 23%
200～250W 10% 38% 41% 40% 17% 7% 28% 10% 48% 29% 6% 7% 39% 31% 6% 18%
250～300W 1% 3% 0% 5% 5% 1% 0% 4% 3% 4% 1% 2% 2% 3% 5% 3%
300～350W 4% 12% 9% 5% 5% 8% 6% 2% 2% 4% 10% 3% 10% 10% 3% 5%
350～400W 3% 8% 6% 1% 3% 11% 7% 8% 5% 4% 2% 5% 4% 6% 2% 3%
400～450W 9% 5% 5% 10% 6% 13% 5% 23% 3% 7% 9% 15% 5% 9% 1% 4%
450～500W 12% 2% 3% 1% 9% 8% 3% 7% 6% 9% 13% 14% 7% 5% 12% 8%
500～550W 8% 1% 4% 4% 7% 10% 7% 6% 2% 4% 12% 7% 2% 3% 10% 6%
550～600W 8% 1% 2% 3% 5% 3% 2% 3% 1% 3% 7% 5% 3% 1% 4% 9%
600～650W 4% 1% 3% 1% 7% 3% 2% 4% 1% 2% 4% 4% 2% 2% 9% 4%
650～700W 4% 1% 2% 1% 5% 2% 4% 3% 1% 1% 6% 2% 1% 1% 8% 5%
700～750W 7% 1% 2% 2% 6% 4% 3% 5% 2% 3% 13% 6% 2% 2% 11% 11%
SOFC
HH49 HH50 HH51 HH52 HH53 HH54 HH55 HH56 HH57 HH58 HH59 HH60 HH61 HH62 HH63 HH64 150～200W 18% 29% 21% 25% 18% 26% 23% 22% 27% 30% 13% 23% 23% - -
-200～250W 10% 47% 6% 5% 4% 43% 25% 48% 9% 7% 39% 24% 14% - -
-250～300W 6% 3% 5% 10% 2% 5% 2% 7% 8% 3% 9% 4% 4% - -
-300～350W 5% 6% 4% 2% 8% 3% 6% 5% 2% 3% 4% 2% 3% - -
-350～400W 11% 3% 7% 6% 4% 2% 4% 1% 4% 7% 10% 4% 3% - -
-400～450W 3% 0% 10% 6% 25% 4% 4% 2% 5% 5% 3% 6% 7% - -
-450～500W 7% 5% 14% 7% 12% 7% 9% 2% 6% 5% 7% 10% 4% - -
-500～550W 6% 0% 3% 4% 7% 2% 4% 2% 3% 4% 1% 4% 7% - -
-550～600W 7% 3% 7% 2% 3% 2% 4% 3% 8% 4% 2% 5% 7% - -
-600～650W 9% 1% 8% 5% 4% 3% 5% 3% 5% 7% 5% 7% 6% - -
-650～700W 8% 1% 7% 13% 6% 2% 4% 3% 10% 7% 4% 5% 7% - -
-700～750W 11% 2% 9% 16% 6% 2% 10% 3% 13% 17% 4% 7% 14% - -
-SOFC
140