1909-再生可能エネルギー紹介パンフ-日本語‐白なし.indd

〒963-0298 福島県郡山市待池台2-2-9 TEL.024-963-1805 FAX.024-963-0824 Eメール [email protected] URL https://www.aist.go.jp/fukushima/index.html

福島再生可能エネルギー研究所

国立研究開発法人産業技術総合研究所 FUKUSHIMA RENEWABLE ENERGY INSTITUTE, AIST（FREA）

●お車でお越しの方 ●飛行機でお越しの方 ●郡山駅からお越しの方 東北自動車道「郡山IC」から約5km（所要時間約10分） 「郡山IC」を降りて猪苗代方面（右）へ進行、国道49号を北上し、西部工業団地入口 交差点、「産業技術総合研究所AIST（FREA）」の案内標識に従って左折、一つ目の 信号を右折、約150m先 福島空港⇄郡山駅　リムジンバス（片道1,100円 所要時間約40分） 郡山駅からタクシー：所要時間約25分（料金4,000円目安） 郡山駅からJR磐越西線利用： 「喜久田駅」下車後、タクシーで約10分（料金1,200円目安） 郡山駅から福島交通バス利用： 8番のりば「郡山西部工業団地行き」約40分、「産総研」下車（料金710円）

国立研究開発法人産業技術総合研究所

福島再生可能エネルギー研究所

未来の技術を

福島

から世界へ

2019-09 磐越自動車道 郡山JCT 待池公園 郡山西部 第二工業団地 西部第二 体育館 福島再生可能エネルギー研究所 福島県 ハイテク プラザ 宇都宮・東京方面 仙台・盛岡方面 うねめ通り さくら通り 宇都宮・東京方面 会津・新潟方面 いわき・常磐道方面 仙台・盛岡方面 福島・仙台方面 郡山 IC 東 北 自 動 車 道 東 北 新 幹 線 ・ 東 北 本 線 磐越 西線 きく_た こ お り や ま 福_島 空 港 （ リ ム ジ ン バ ス ） 西部工業団地入口

アクセス

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産のエネルギー源です。 そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なため、早期 の大量導入が期待されています。それを実現するには、出力の時間的変動、 コスト、地域的な偏りなど、様々な課題を解決する必要があります。 　福島再生可能エネルギー研究所（FREA）は、政府の東日本大震災からの 復興の基本方針により、平成26年4月に産総研の新たな研究開発拠点とし て福島県郡山市に設立されました。FREAは再生可能エネルギーに関する世 界のイノベーションハブを目指します。同時に、研究機関や企業・大学等との 密接な連携によって、独創的な再生可能エネルギー技術を福島県から発信 します。また、企業の発展や人材育成を通じて震災からの復興に貢献します。 　私達は皆様との連携を大切に、FREAが着実にその歩みを進めるよう尽力 して参ります。

私

達

の

ミ

ッ

シ

ョ

ン

所長

中岩 　 勝

な か い わ まさる

「復興への貢献」

「再生可能エネルギーの

最先端

研究」

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産のエネルギー源です。 そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なため、早期 の大量導入が期待されています。それを実現するには、出力の時間的変動、 コスト、地域的な偏りなど、様々な課題を解決する必要があります。 　福島再生可能エネルギー研究所（FREA）は、政府の東日本大震災からの 復興の基本方針により、平成26年4月に産総研の新たな研究開発拠点とし て福島県郡山市に設立されました。FREAは再生可能エネルギーに関する世 界のイノベーションハブを目指します。同時に、研究機関や企業・大学等との 密接な連携によって、独創的な再生可能エネルギー技術を福島県から発信 します。また、企業の発展や人材育成を通じて震災からの復興に貢献します。 　私達は皆様との連携を大切に、FREAが着実にその歩みを進めるよう尽力 して参ります。

私

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所長

中岩 　 勝

な か い わ まさる

「復興への貢献」

「再生可能エネルギーの

最先端

研究」

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産のエネルギー源です。 そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なため、早期 の大量導入が期待されています。それを実現するには、出力の時間的変動、 コスト、地域的な偏りなど、様々な課題を解決する必要があります。 　福島再生可能エネルギー研究所（FREA）は、政府の東日本大震災からの 復興の基本方針により、平成26年4月に産総研の新たな研究開発拠点とし て福島県郡山市に設立されました。FREAは再生可能エネルギーに関する世 界のイノベーションハブを目指します。同時に、研究機関や企業・大学等との 密接な連携によって、独創的な再生可能エネルギー技術を福島県から発信 します。また、企業の発展や人材育成を通じて震災からの復興に貢献します。 　私達は皆様との連携を大切に、FREAが着実にその歩みを進めるよう尽力 して参ります。

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所長

中岩 　 勝

な か い わ まさる

「復興への貢献」

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研究」

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産のエネルギー源です。 そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なため、早期 の大量導入が期待されています。それを実現するには、出力の時間的変動、 コスト、地域的な偏りなど、様々な課題を解決する必要があります。 　福島再生可能エネルギー研究所（FREA）は、政府の東日本大震災からの 復興の基本方針により、平成26年4月に産総研の新たな研究開発拠点とし て福島県郡山市に設立されました。FREAは再生可能エネルギーに関する世 界のイノベーションハブを目指します。同時に、研究機関や企業・大学等との 密接な連携によって、独創的な再生可能エネルギー技術を福島県から発信 します。また、企業の発展や人材育成を通じて震災からの復興に貢献します。 　私達は皆様との連携を大切に、FREAが着実にその歩みを進めるよう尽力 して参ります。

私

達

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所長

中岩 　 勝

な か い わ まさる

「復興への貢献」

「再生可能エネルギーの

最先端

研究」

福島再生可能エネルギー研究所 産業技術総合研究所 所　長 研究業務 推進室 産学官連携 推進室 分散電源施設 運営室 所長代理 上席イノベーション コーディネータ イノベーション コーディネータ 先進パワーエレクトロニクス 研究センター 創エネルギー研究部門 省エネルギー研究部門 電池技術研究部門 環境管理研究部門 安全科学研究部門 太陽光発電研究センター 【冠ラボ】※　_{清水建設 - 産総研} ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 ※通称 冠ラボ…パートナー企業のニーズにより、より特化した研究開発を実施するため、産総研内に設置。 エネルギー・環境領域 地質調査総合センター

組織概要

再生可能エネルギー研究センター 研究センター長 特定フェロー 総括研究主幹 エネルギー ネットワーク チーム 水素 キャリア チーム 風力 エネルギー チーム 太陽光 チーム チーム地熱 地中熱チーム 水素・熱 システム チーム

集

う

は

、

英

知・

情熱

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産エネルギー源。

　そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なた

め、早期大量導入が期待されています。その導入には出力の時間的

変動、高いコスト、地域的な偏りなどの解決すべき課題があります。

　福島再生可能エネルギー研究所は、これらの課題を解決して大量

導入を加速するために研究課題に取り組んでいます。

1.再生可能エネルギーネットワーク開発・実証

2.水素キャリア製造・利用技術

3.水素エネルギーシステム・熱利用技術

導入制約解消のためのシステム技術開発

1

テーマ

一層のコスト低減と性能向上

2

テーマ

適切な技術普及のための研究開発、情報発信

3

テーマ

RI:Research Institute（研究部門）, RC:Research Center(研究センター)

FREA/再生可能エネルギー研究センター

再生可能エネルギー

イノベーションステージ

地元・被災県

海外研究機関

国内研究機関

国内企業

東京大学

東京工業大学

大阪大学

等

NREL

Fraunhofer ISE

他

福島大学

会津大学

日本大学

東北大学

等

実証研究

超先端研究

省エネルギーRI 化学プロセスRI 地圏資源環境RI 地質情報RI 創エネルギーRI太陽光発電RC

コア研究

福 島 県 宮 城 県 岩 手 県 地方自治体 地 元 企 業

Renewable Energy Research Initiative

再生可能エネルギー研究戦略

3

つ

の

テ

ー

マ

、７

チ

ー

ム

で

取

り

組む

再

エ

ネ

の

未来

　「再生可能エネルギー研究センター」（Renewable Energy Research Center: RENRC）は、福島再生可能 エネルギー研究所の中で研究開発を担う組織です。 太陽光、風力エネルギー、水素キャリア、水素・熱システ ム、地熱、地中熱、エネルギーネットワークの7つの研究 チームと清水建設-産総研ゼロエミッション･水素タウン 連携研究室から構成されています。中核的な要素技術か らシステム統合技術まで、そして基礎研究から実証研究 まで、再生可能エネルギー技術の研究開発に幅広く取り 組んでいます。 　再生可能エネルギーの大量導入のためには、再生可 能エネルギー自身のコストの大幅な低減、導入制約を解 消するシステム、大量安価なエネルギー貯蔵等を実現す る革新的な技術開発と、適正な導入を促すデータベース の構築が必要となります。 　再生可能エネルギー研究センターは、再生可能エネル ギー研究開発の世界的なイノベーションハブを目指しま す。また、国内外研究機関との密接な連携によって福島 発の独創的な再生可能エネルギー技術を発信するとと もに、企業集積や人材育成によって福島県等の東北被災 県の復興に貢献していきます。 再生可能エネルギー 研究センター長

古谷　博秀

ふ る た に 　 ひ ろ ひ で

P.6

P.10

P.12

P.14

P.16

P.18

水素・熱システムチーム 風力エネルギーチーム 太陽光チーム 地熱チーム 地中熱チーム

P.8

水素キャリアチーム エネルギー ネットワークチーム

4.高性能風車要素技術およびアセスメント技術

5.薄型結晶シリコン太陽電池モジュール技術

6.地熱の適正利用のための技術

7.地中熱ポテンシャル評価とシステム最適化技術

副研究センター長 【冠ラボ】清水建設 - 産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室

福島再生可能エネルギー研究所 産業技術総合研究所 所　長 研究業務 推進室 産学官連携 推進室 分散電源施設 運営室 所長代理 上席イノベーション コーディネータ イノベーション コーディネータ 先進パワーエレクトロニクス 研究センター 創エネルギー研究部門 省エネルギー研究部門 電池技術研究部門 環境管理研究部門 安全科学研究部門 太陽光発電研究センター 【冠ラボ】※　_{清水建設 - 産総研} ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 ※通称 冠ラボ…パートナー企業のニーズにより、より特化した研究開発を実施するため、産総研内に設置。 エネルギー・環境領域 地質調査総合センター

組織概要

再生可能エネルギー研究センター 研究センター長 特定フェロー 総括研究主幹 エネルギー ネットワーク チーム 水素 キャリア チーム 風力 エネルギー チーム 太陽光 チーム チーム地熱 地中熱チーム 水素・熱 システム チーム

集

う

は

、

英

知・

情熱

　再生可能エネルギーは我が国にとって貴重な国産エネルギー源。

　そして世界的な地球温暖化防止と持続可能性実現にも不可欠なた

め、早期大量導入が期待されています。その導入には出力の時間的

変動、高いコスト、地域的な偏りなどの解決すべき課題があります。

　福島再生可能エネルギー研究所は、これらの課題を解決して大量

導入を加速するために研究課題に取り組んでいます。

1.再生可能エネルギーネットワーク開発・実証

2.水素キャリア製造・利用技術

3.水素エネルギーシステム・熱利用技術

導入制約解消のためのシステム技術開発

1

テーマ

一層のコスト低減と性能向上

2

テーマ

適切な技術普及のための研究開発、情報発信

3

テーマ

RI:Research Institute（研究部門）, RC:Research Center(研究センター)

FREA/再生可能エネルギー研究センター

再生可能エネルギー

イノベーションステージ

地元・被災県

海外研究機関

国内研究機関

国内企業

東京大学

東京工業大学

大阪大学

等

NREL

Fraunhofer ISE

他

福島大学

会津大学

日本大学

東北大学

等

実証研究

超先端研究

省エネルギーRI 化学プロセスRI 地圏資源環境RI 地質情報RI 創エネルギーRI太陽光発電RC

コア研究

福 島 県 宮 城 県 岩 手 県 地方自治体 地 元 企 業

Renewable Energy Research Initiative

再生可能エネルギー研究戦略

3

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未来

　「再生可能エネルギー研究センター」（Renewable Energy Research Center: RENRC）は、福島再生可能 エネルギー研究所の中で研究開発を担う組織です。 太陽光、風力エネルギー、水素キャリア、水素・熱システ ム、地熱、地中熱、エネルギーネットワークの7つの研究 チームと清水建設-産総研ゼロエミッション･水素タウン 連携研究室から構成されています。中核的な要素技術か らシステム統合技術まで、そして基礎研究から実証研究 まで、再生可能エネルギー技術の研究開発に幅広く取り 組んでいます。 　再生可能エネルギーの大量導入のためには、再生可 能エネルギー自身のコストの大幅な低減、導入制約を解 消するシステム、大量安価なエネルギー貯蔵等を実現す る革新的な技術開発と、適正な導入を促すデータベース の構築が必要となります。 　再生可能エネルギー研究センターは、再生可能エネル ギー研究開発の世界的なイノベーションハブを目指しま す。また、国内外研究機関との密接な連携によって福島 発の独創的な再生可能エネルギー技術を発信するとと もに、企業集積や人材育成によって福島県等の東北被災 県の復興に貢献していきます。 再生可能エネルギー 研究センター長

古谷　博秀

ふ る た に 　 ひ ろ ひ で

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水素・熱システムチーム 風力エネルギーチーム 太陽光チーム 地熱チーム 地中熱チーム

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水素キャリアチーム エネルギー ネットワークチーム

4.高性能風車要素技術およびアセスメント技術

5.薄型結晶シリコン太陽電池モジュール技術

6.地熱の適正利用のための技術

7.地中熱ポテンシャル評価とシステム最適化技術

副研究センター長 【冠ラボ】清水建設 - 産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室

P.8

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 分散電源試験環境 分散型再生可能エネルギー（DER）実証プラットフォーム 太陽電池アレイ 250kW リチウムイオン蓄電池50kW/17kWh エンジン発電機マルチ燃料 水素エネルギーキャリア 風力発電 300kW 太陽光発電 250kW 被試験インバータ ビルエネルギーマネージ メントシステム（BEMS） 電気自動車 充電ステーション 水電解装置 電力エネルギー測定 ＆シミュレーション リチウムイオン蓄電池100kW/422kWh 系統模擬電源 500kVA ・スマートPCS試験 ・インターオペラビリティ試験etc. 世界各国の系統を再現 50／60Hz 模擬負荷　300kVA 系統へ 6600V 400V系 液体 気体 蓄電池シミュレータ 207kW 太陽電池模擬電源 600kW Load 1000kW 再生可能エネルギーの大量導入に向けた安定化と対策費用の課題解決 図２　太陽電池モジュールの性能測定用 ソーラシミュレータ（擬似太陽光源）

研究内容

主な研究成果

主な研究設備

研究目標

　当チームでは、再生可能エネルギーの積極利用によって枯 渇性エネルギー資源（化石燃料等）の消費低減とCO2排出削減 を行うため、既存のエネルギーネットワークに再生可能エネル ギーを無理なく健全に導入するための再生可能エネルギー ネットワークを開発します。特に、自然変動電源（太陽光発電と 風力発電）を既存の電力ネットワークに導入する際に、自然変 動電源の出力安定化と発電量最大化を両立する技術として、 パワーコンディショナのスマート制御、水素・蓄電池によるエネ ルギー貯蔵システムの活用、複数の分散電源のシステム統合 化技術を研究しています。 　太陽光発電や風力発電のような分散電源（DER）の最適利用 技術、マイクログリッド技術、エネルギー貯蔵・蓄電技術による 複数の分散電源のシステム統合化技術により「安全・安心・公 平」な次世代エネルギーシステムの技術開発を行っています。 この研究開発のプラットフォームとして、SoRAプラットフォー ム（Solar Resource Application platform）戦略を進めてい ます。 ●DER実証プラットフォーム（下図） 　本プラットフォームでは、自在に接続可能な太陽光発電シス テム（10社等のPVシステム）と大型DC・AC模擬電源設備 （500kW級パワーコンディショナの実証試験設備）等により、 様々なエネルギーマネジメントシステム（EMS）の開発・実証が 可能です。さらに水素社会を見据えた再生可能エネルギーに よる水素製造技術、電気自動車（EV）を含む分散配置された蓄 電池の制御等の研究開発設備や日射量や風況等の予測技術と 連携したEMS評価が可能なプラットフォームです（EV実証設 備、20kW級PV＋水電解実証設備等）。

※DER: Distributed Energy Resources（分散型再生可能エ ネルギー）の略 ①次世代型パワーコンディショナ（スマートインバータ） 　電力エネルギーネットワークへ太陽光発電や風力発電の様な自然変動が多 分散電源を大量導入するため、分散電源をより高機能にして電力エネルギー ネットワークをサポートするための機能が求められています。これを達成する 次世代のパワーコンディショナ（スマートインバータ）に対し、国際的なプラット フォーム（SunSpec SVP）を介した自動試験方式や、ハードウェアインザループ （HIL）による機能試験方式を開発し、500kW級の大型スマートインバータの 実機試験に成功しました。 ②システム統合技術とエネルギーマネージメント 　実証フィールドの太陽光発電システム等の個別要素技術の性能分析を行 い、これを基盤とする多くの研究開発を実施しました。低圧配電系統での電圧 サポート機能を分析するためのシミュレーションツール「SoRa-Grid」を開発 し、実証フィールドでその高い精度を検証しました。将来の電力エネルギーネッ トワークの安全性を保つため、スマートインバータ等のIED（Inteligent Electronics Device）に実装するサイバーセキュリティの研究開発も行ってい ます。 ③再生可能エネルギー資源の高度モニタリング 　福島県再生可能エネルギー次世代技術開発事業（2013～2014）を通じて、 福島県内に太陽光発電と風力発電が大量導入された場合の、発電電力の時間 的・空間的変動を把握するための再生可能エネルギー発電観測システムを開 発しました。福島県全域の発電量（太陽光・風力）を１時間単位/2kmメッシュで 推定が可能であり、また、同じ計算モデルで数時間先の発電予測も可能です。 今後、更に精度を上げて本システムの全国展開を検討しています。 　再生可能エネルギーネットワークの実現に向けて、分散電 源・蓄電装置・需要家機器等の要素技術の性能試験法・制御技 術を開発し、蓄電システムや熱利用技術を組み合わせた再生 可能エネルギー統合利用技術を開発しています。これにより、 再生可能エネルギーの電源価値・経済価値を向上させ、再生可 能エネルギー100%といった電力自立などの様々な導入計画 を促進します。 　主に以下の研究開発テーマに取り組んでいます。 ●太陽光発電システムの総合評価：各種太陽電池の年間発電 量の予測、パワーコンディショナの性能試験、メガソーラの現 地故障診断など。 ●分散電源の系統協調と高度化技術：分散電源の性能試験とこ れらを統合するエネルギーマネジメントシステムの性能検証 を実規模で実施するためのユーザーファシリティを構築。 ●国際標準化：海外研究機関等との連携により、上記テーマの 開発成果の速やかな国際標準化を目指す。 　再生可能エネルギーは自然と共に変動するため、電 力供給を安定化するためには、既存発電所や電力貯蔵、 利用者による需給調整が必要です。また、再生可能エネ ルギーには場所による偏在もあります。私たちは、再生 可能エネルギーを最大限活用するために、それぞれの 場所に適した再生可能エネルギーを選択し、「繋げて」効 果的に利用するための研究開発を行っています。

エネルギーネットワークチーム

再生可能エネルギーネットワーク開発・実証 エネルギーネットワークチームが取り組む技術課題

H

2 太陽光発電等 の分散電源 エネルギー貯蔵 （蓄電池・水素） 電力系統 熱利用 電力利用 再エネ分散電源の大量導入の課題

_{自然変動出力}

将来の対策

の安定化対策

技術改良、大量生産 によるコスト低下 スマート化されたシステム機器と エネルギー・マネジメント・システムの導入 自動変動出力の安定化 対策費用の抑制 再エネ分散電源の費用 再エネ分散電源の費用 出力変動安定化のための 外部コスト増加の懸念 ↑ 再 エ ネ 発電単価 （ ￥ ／kWh） ↑ 再 エ ネ 発電単価 （ ￥ ／kWh） 再エネ導入量（GW） → 再エネ導入量（GW） → グリッドパリティ 変動対策に充てられる費用 ←送配電線の増強 ←発電所の稼働率低下 　エネルギー貯蔵 ←　　システムの導入 ←再生エネ出力抑制の増加

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図１　次世代型パワーコンディショナ （スマートインバータ）の試験設備

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 分散電源試験環境 分散型再生可能エネルギー（DER）実証プラットフォーム 太陽電池アレイ 250kW リチウムイオン蓄電池50kW/17kWh エンジン発電機マルチ燃料 水素エネルギーキャリア 風力発電 300kW 太陽光発電 250kW 被試験インバータ ビルエネルギーマネージ メントシステム（BEMS） 電気自動車 充電ステーション 水電解装置 電力エネルギー測定 ＆シミュレーション リチウムイオン蓄電池100kW/422kWh 系統模擬電源 500kVA ・スマートPCS試験 ・インターオペラビリティ試験etc. 世界各国の系統を再現 50／60Hz 模擬負荷　300kVA 系統へ 6600V 400V系 液体 気体 蓄電池シミュレータ 207kW 太陽電池模擬電源 600kW Load 1000kW 再生可能エネルギーの大量導入に向けた安定化と対策費用の課題解決 図２　太陽電池モジュールの性能測定用 ソーラシミュレータ（擬似太陽光源）

研究内容

主な研究成果

主な研究設備

研究目標

　当チームでは、再生可能エネルギーの積極利用によって枯 渇性エネルギー資源（化石燃料等）の消費低減とCO2排出削減 を行うため、既存のエネルギーネットワークに再生可能エネル ギーを無理なく健全に導入するための再生可能エネルギー ネットワークを開発します。特に、自然変動電源（太陽光発電と 風力発電）を既存の電力ネットワークに導入する際に、自然変 動電源の出力安定化と発電量最大化を両立する技術として、 パワーコンディショナのスマート制御、水素・蓄電池によるエネ ルギー貯蔵システムの活用、複数の分散電源のシステム統合 化技術を研究しています。 　太陽光発電や風力発電のような分散電源（DER）の最適利用 技術、マイクログリッド技術、エネルギー貯蔵・蓄電技術による 複数の分散電源のシステム統合化技術により「安全・安心・公 平」な次世代エネルギーシステムの技術開発を行っています。 この研究開発のプラットフォームとして、SoRAプラットフォー ム（Solar Resource Application platform）戦略を進めてい ます。 ●DER実証プラットフォーム（下図） 　本プラットフォームでは、自在に接続可能な太陽光発電シス テム（10社等のPVシステム）と大型DC・AC模擬電源設備 （500kW級パワーコンディショナの実証試験設備）等により、 様々なエネルギーマネジメントシステム（EMS）の開発・実証が 可能です。さらに水素社会を見据えた再生可能エネルギーに よる水素製造技術、電気自動車（EV）を含む分散配置された蓄 電池の制御等の研究開発設備や日射量や風況等の予測技術と 連携したEMS評価が可能なプラットフォームです（EV実証設 備、20kW級PV＋水電解実証設備等）。

※DER: Distributed Energy Resources（分散型再生可能エ ネルギー）の略 ①次世代型パワーコンディショナ（スマートインバータ） 　電力エネルギーネットワークへ太陽光発電や風力発電の様な自然変動が多 分散電源を大量導入するため、分散電源をより高機能にして電力エネルギー ネットワークをサポートするための機能が求められています。これを達成する 次世代のパワーコンディショナ（スマートインバータ）に対し、国際的なプラット フォーム（SunSpec SVP）を介した自動試験方式や、ハードウェアインザループ （HIL）による機能試験方式を開発し、500kW級の大型スマートインバータの 実機試験に成功しました。 ②システム統合技術とエネルギーマネージメント 　実証フィールドの太陽光発電システム等の個別要素技術の性能分析を行 い、これを基盤とする多くの研究開発を実施しました。低圧配電系統での電圧 サポート機能を分析するためのシミュレーションツール「SoRa-Grid」を開発 し、実証フィールドでその高い精度を検証しました。将来の電力エネルギーネッ トワークの安全性を保つため、スマートインバータ等のIED（Inteligent Electronics Device）に実装するサイバーセキュリティの研究開発も行ってい ます。 ③再生可能エネルギー資源の高度モニタリング 　福島県再生可能エネルギー次世代技術開発事業（2013～2014）を通じて、 福島県内に太陽光発電と風力発電が大量導入された場合の、発電電力の時間 的・空間的変動を把握するための再生可能エネルギー発電観測システムを開 発しました。福島県全域の発電量（太陽光・風力）を１時間単位/2kmメッシュで 推定が可能であり、また、同じ計算モデルで数時間先の発電予測も可能です。 今後、更に精度を上げて本システムの全国展開を検討しています。 　再生可能エネルギーネットワークの実現に向けて、分散電 源・蓄電装置・需要家機器等の要素技術の性能試験法・制御技 術を開発し、蓄電システムや熱利用技術を組み合わせた再生 可能エネルギー統合利用技術を開発しています。これにより、 再生可能エネルギーの電源価値・経済価値を向上させ、再生可 能エネルギー100%といった電力自立などの様々な導入計画 を促進します。 　主に以下の研究開発テーマに取り組んでいます。 ●太陽光発電システムの総合評価：各種太陽電池の年間発電 量の予測、パワーコンディショナの性能試験、メガソーラの現 地故障診断など。 ●分散電源の系統協調と高度化技術：分散電源の性能試験とこ れらを統合するエネルギーマネジメントシステムの性能検証 を実規模で実施するためのユーザーファシリティを構築。 ●国際標準化：海外研究機関等との連携により、上記テーマの 開発成果の速やかな国際標準化を目指す。 　再生可能エネルギーは自然と共に変動するため、電 力供給を安定化するためには、既存発電所や電力貯蔵、 利用者による需給調整が必要です。また、再生可能エネ ルギーには場所による偏在もあります。私たちは、再生 可能エネルギーを最大限活用するために、それぞれの 場所に適した再生可能エネルギーを選択し、「繋げて」効 果的に利用するための研究開発を行っています。

エネルギーネットワークチーム

再生可能エネルギーネットワーク開発・実証 エネルギーネットワークチームが取り組む技術課題

H

2 太陽光発電等 の分散電源 エネルギー貯蔵 （蓄電池・水素） 電力系統 熱利用 電力利用 再エネ分散電源の大量導入の課題

_{自然変動出力}

将来の対策

の安定化対策

技術改良、大量生産 によるコスト低下 スマート化されたシステム機器と エネルギー・マネジメント・システムの導入 自動変動出力の安定化 対策費用の抑制 再エネ分散電源の費用 再エネ分散電源の費用 出力変動安定化のための 外部コスト増加の懸念 ↑ 再 エ ネ 発電単価 （ ￥ ／kWh） ↑ 再 エ ネ 発電単価 （ ￥ ／kWh） 再エネ導入量（GW） → 再エネ導入量（GW） → グリッドパリティ 変動対策に充てられる費用 ←送配電線の増強 ←発電所の稼働率低下 　エネルギー貯蔵 ←　　システムの導入 ←再生エネ出力抑制の増加

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図１　次世代型パワーコンディショナ （スマートインバータ）の試験設備

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 太陽光、風力などの再生可能エネルギーは、資源に乏 しい我が国にとって貴重な国産エネルギー資源ですが、 日照や風況の適地は偏在し、得られる発電電力も変動 します。水素キャリア製造技術は、再生可能エネルギー を利用して水素を製造し、その水素を大量、長期、安全 に、そして安価に貯めるように触媒等を使って化学変 換する技術であり、偏在し変動する再生可能エネル ギーを大量に導入するために必要不可欠な技術です。

水素キャリアチーム

水素キャリア製造・利用技術 再生可能エネルギーからの水素キャリア製造・利用 電力エネルギーの貯蔵方式 図4　アンモニア専焼ガスタービン実験 図3　FREA開発触媒の特性評価 図2　エンジン排熱回収型脱水素反応システム C6H5CH3+3H2 ⬅ C6H11CH3ΔH:205kJ/mol. トルエン 図1　アルカリ水電解シミュレーション

研究目標

　当チームでは、我が国が直面するエネルギー問題の解決に貢献する ため、再生可能エネルギーの大量導入を支えるエネルギー貯蔵・利用 技術を開発しています。再生可能エネルギーを化学変換して水素や水 素キャリアとし、電気、熱、水素など様々な形でエネルギーを供給・利用 するための技術開発を行っています。この技術は、自然状況により左 右されて変動する再生可能エネルギー発電電力の吸収あるいは電力 系統の調整力としても応用できます。また、大量の再生可能エネル ギーを、季節や場所を問わず効率的に利用できるようになります。

研究内容

　当チームでは、変動電力を使う水素製造から触媒を使う水素キャリ アへの化学変換、及び熱機関での利用までの一連の技術を開発して います。水素キャリア製造・利用触媒や水素エンジン制御などの要素 技術を大型実証機等へ応用し、実証研究から得られた知見を要素技術 の改良や新たなブレークスルーへと導きます。 ●水素キャリア（有機ハイドライド、アンモニア、ギ酸等）の高効率製造 技術：高効率（省エネルギー）な触媒合成技術の確立 ※メチルシクロヘキサン（MCH）：6wt.％の水素を有する常温常圧 で液体の有機物。1LのMCHで500Lの水素ガスを貯蔵。 ※アンモニア：17wt.％の水素を有する窒化物。 　1Lのアンモニアで1,300Lの水素ガスを貯蔵。 ※ギ酸：4wt.％の水素を有する常温常圧で液体の有機物。二酸化炭 素と水素を合成して製造。1Lのギ酸で600Lの水素ガスを貯蔵。

主な研究成果

①アルカリ水電解装置のダイナミックシミュレータの開発（図1） 　変動する再生可能エネルギー発電電力を基にする水電解装置の水 素発生量や劣化特性を予測することは重要です。ここでは、変動電流 に対してレスポンスの速い電圧や水素発生量と、変化の遅い温度の時 間経過を予測できる、アルカリ水電解装置シミュレータを開発しまし た。シミュレータは、水素発生量30Nm3_{/h級の実機により得た} 30MWh以上の実証データを用い、電気化学反応に加えて電解槽の 熱容量や電解ガスの溶存・溶出等をモデル化し、変動電力を基にして 時々刻々変化する電解効率等を精緻に予測することができます。これ により、国内外の様々な変動電源を入力値とした水素製造コストの導 出やシステム設計が可能となります。 ②有機ハイドライドを用いた次世代コジェネエンジン技術（図2） 　有機ハイドライドの一つであるMCHを用いた次世代コジェネエン ジンにおいて、エンジン排熱をMCHの脱水素に活用する排熱回収技 術および水素の混焼技術を研究開発しています。ここでは、エンジン 排熱を高温に維持しつつ高い熱効率を達成する燃焼技術や、新しい燃 焼コンセプトを取り入れた高効率・クリーン燃焼を目指しています。ま た図2のように、脱水素反応を活発化することで、エンジンでの水素利 用率が増加し、エンジンの脱炭素化が促進されます。さらに、鉱物油の 代わりに地産のバイオディーゼル燃料を利用することで、一層の脱炭 素化に貢献します。 ③アンモニア合成（図3） 　再生可能エネルギーから製造した水素をアンモニアとして貯蔵す るための触媒ならびにプロセスの研究をしています。再生可能エネル ギーを利用して水素を製造する場合、太陽光や風力発電の変動の影 響を受けるため、一般の化学プラントのような原料一定の運転ができ ません。そのため変動に対応するための種々の条件での触媒活性の 測定と変動運転を可能にするプロセスの開発が必要になります。この 研究によって、再生可能エネルギーや水素の効率的な貯蔵技術の発 展に貢献します。 　　 ④アンモニア内燃機関の技術開発（図4） 　東北大学と共同でアンモニアの直接燃焼利用技術を研究開発して います。小型ガスタービン（50kW定格）での燃焼利用に挑戦し、世界 初となる、メタンとアンモニアの混焼発電と、アンモニア100％の専焼 発電に成功しました。また、燃焼後の窒素酸化物（NOx）は、基礎燃焼 実験に基づいたアンモニア過濃・希薄二段燃焼コンセプトや脱硝装置 により、環境規制を十分にクリアするレベルまでクリーン化することを 目指しています。 ※本研究開発は、内閣府SIP（戦略的イノベーション創造プログラム） 「エネルギーキャリア」（管理法人：JST）により実施しています。

主な研究設備

アルカリ水電解装置

有機ハイドライド製造・利用統合システム

アルカリ水電解装置による水素発生：30Nm_{MCH貯蔵量：20kL（水素ガス10,000Nm}3_{分を貯蔵）、水素コジェネ出力（電力・熱）：60kW・35kW}3/h以上 大型貯蔵タンク 次世代コジェネエンジン アンモニア合成実証試験装置 アンモニアガスタービン 酸素分離塔 水素分離塔 MCH トルエン

貯

め

る

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め

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[概要・特徴]

アンモニア合成・利用

実証試験装置

[概要・特徴] アンモニア合成装置：再生可能エネル ギーを利用して製造した水素と大気中 の窒素を原料にアンモニアを合成。1日 に20kgのアンモニアを合成できる。 アンモニアガスタービン：アンモニアの 専焼、およびメタンとの混焼が可能であ り、出力は40kW以上。

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 太陽光、風力などの再生可能エネルギーは、資源に乏 しい我が国にとって貴重な国産エネルギー資源ですが、 日照や風況の適地は偏在し、得られる発電電力も変動 します。水素キャリア製造技術は、再生可能エネルギー を利用して水素を製造し、その水素を大量、長期、安全 に、そして安価に貯めるように触媒等を使って化学変 換する技術であり、偏在し変動する再生可能エネル ギーを大量に導入するために必要不可欠な技術です。

水素キャリアチーム

水素キャリア製造・利用技術 再生可能エネルギーからの水素キャリア製造・利用 電力エネルギーの貯蔵方式 図4　アンモニア専焼ガスタービン実験 図3　FREA開発触媒の特性評価 図2　エンジン排熱回収型脱水素反応システム C6H5CH3+3H2 ⬅ C6H11CH3ΔH:205kJ/mol. トルエン 図1　アルカリ水電解シミュレーション

研究目標

　当チームでは、我が国が直面するエネルギー問題の解決に貢献する ため、再生可能エネルギーの大量導入を支えるエネルギー貯蔵・利用 技術を開発しています。再生可能エネルギーを化学変換して水素や水 素キャリアとし、電気、熱、水素など様々な形でエネルギーを供給・利用 するための技術開発を行っています。この技術は、自然状況により左 右されて変動する再生可能エネルギー発電電力の吸収あるいは電力 系統の調整力としても応用できます。また、大量の再生可能エネル ギーを、季節や場所を問わず効率的に利用できるようになります。

研究内容

　当チームでは、変動電力を使う水素製造から触媒を使う水素キャリ アへの化学変換、及び熱機関での利用までの一連の技術を開発して います。水素キャリア製造・利用触媒や水素エンジン制御などの要素 技術を大型実証機等へ応用し、実証研究から得られた知見を要素技術 の改良や新たなブレークスルーへと導きます。 ●水素キャリア（有機ハイドライド、アンモニア、ギ酸等）の高効率製造 技術：高効率（省エネルギー）な触媒合成技術の確立 ※メチルシクロヘキサン（MCH）：6wt.％の水素を有する常温常圧 で液体の有機物。1LのMCHで500Lの水素ガスを貯蔵。 ※アンモニア：17wt.％の水素を有する窒化物。 　1Lのアンモニアで1,300Lの水素ガスを貯蔵。 ※ギ酸：4wt.％の水素を有する常温常圧で液体の有機物。二酸化炭 素と水素を合成して製造。1Lのギ酸で600Lの水素ガスを貯蔵。

主な研究成果

①アルカリ水電解装置のダイナミックシミュレータの開発（図1） 　変動する再生可能エネルギー発電電力を基にする水電解装置の水 素発生量や劣化特性を予測することは重要です。ここでは、変動電流 に対してレスポンスの速い電圧や水素発生量と、変化の遅い温度の時 間経過を予測できる、アルカリ水電解装置シミュレータを開発しまし た。シミュレータは、水素発生量30Nm3_{/h級の実機により得た} 30MWh以上の実証データを用い、電気化学反応に加えて電解槽の 熱容量や電解ガスの溶存・溶出等をモデル化し、変動電力を基にして 時々刻々変化する電解効率等を精緻に予測することができます。これ により、国内外の様々な変動電源を入力値とした水素製造コストの導 出やシステム設計が可能となります。 ②有機ハイドライドを用いた次世代コジェネエンジン技術（図2） 　有機ハイドライドの一つであるMCHを用いた次世代コジェネエン ジンにおいて、エンジン排熱をMCHの脱水素に活用する排熱回収技 術および水素の混焼技術を研究開発しています。ここでは、エンジン 排熱を高温に維持しつつ高い熱効率を達成する燃焼技術や、新しい燃 焼コンセプトを取り入れた高効率・クリーン燃焼を目指しています。ま た図2のように、脱水素反応を活発化することで、エンジンでの水素利 用率が増加し、エンジンの脱炭素化が促進されます。さらに、鉱物油の 代わりに地産のバイオディーゼル燃料を利用することで、一層の脱炭 素化に貢献します。 ③アンモニア合成（図3） 　再生可能エネルギーから製造した水素をアンモニアとして貯蔵す るための触媒ならびにプロセスの研究をしています。再生可能エネル ギーを利用して水素を製造する場合、太陽光や風力発電の変動の影 響を受けるため、一般の化学プラントのような原料一定の運転ができ ません。そのため変動に対応するための種々の条件での触媒活性の 測定と変動運転を可能にするプロセスの開発が必要になります。この 研究によって、再生可能エネルギーや水素の効率的な貯蔵技術の発 展に貢献します。 　　 ④アンモニア内燃機関の技術開発（図4） 　東北大学と共同でアンモニアの直接燃焼利用技術を研究開発して います。小型ガスタービン（50kW定格）での燃焼利用に挑戦し、世界 初となる、メタンとアンモニアの混焼発電と、アンモニア100％の専焼 発電に成功しました。また、燃焼後の窒素酸化物（NOx）は、基礎燃焼 実験に基づいたアンモニア過濃・希薄二段燃焼コンセプトや脱硝装置 により、環境規制を十分にクリアするレベルまでクリーン化することを 目指しています。 ※本研究開発は、内閣府SIP（戦略的イノベーション創造プログラム） 「エネルギーキャリア」（管理法人：JST）により実施しています。

主な研究設備

アルカリ水電解装置

有機ハイドライド製造・利用統合システム

アルカリ水電解装置による水素発生：30Nm_{MCH貯蔵量：20kL（水素ガス10,000Nm}3_{分を貯蔵）、水素コジェネ出力（電力・熱）：60kW・35kW}3/h以上 大型貯蔵タンク 次世代コジェネエンジン アンモニア合成実証試験装置 アンモニアガスタービン 酸素分離塔 水素分離塔 MCH トルエン

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[概要・特徴]

アンモニア合成・利用

実証試験装置

[概要・特徴] アンモニア合成装置：再生可能エネル ギーを利用して製造した水素と大気中 の窒素を原料にアンモニアを合成。1日 に20kgのアンモニアを合成できる。 アンモニアガスタービン：アンモニアの 専焼、およびメタンとの混焼が可能であ り、出力は40kW以上。

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム 清水建設 - 産総研 ゼ ロ エ ミ ッ シ ョ ン・ 水素 タ ウ ン 連携研究室 エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 太陽電池の急激な電流上昇を キャパシタが充電し電流を平滑化しています 固定価格買取制度が始まり、近年再生可能エネル ギーが大量に導入されています。一方、需給バラン スの調整力不足や送電線の容量不足のために、出力 抑制といった制約を受け、利用できない再生可能エ ネルギーが発生し、今後さらに増加していくことが 懸念されています。また、CO₂の排出抑制のために は、建築物のゼロエミッション化も重要であり、これ らのミスマッチを解消し、再生可能エネルギーをで きるだけ使いこなすことが必要です。

水素・熱システムチーム

水素エネルギーシステム・熱利用技術 清水建設-産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 金属粉の危険物判定（着火試験） _{高温高圧域における} 合金の水素吸蔵放出特性

研究目標

当チームでは、従来技術では有効に活用できない再生 可能エネルギーを水素に変換し、発生する熱エネルギー を使いこなすため、水素製造・水素貯蔵等の個々の技術開発 や、これらの技術を活用した水素・熱エネルギーシステムの実 証を行い、再生可能エネルギーによる発電から需要まで、トー タルに水素と熱を使いこなすエネルギーシステムの開発に取 り組みます。

主な研究成果

①水電解の劣化防止技術 　20kW太陽電池および５Nm³/時の水 電解装置を用いて、太陽エネルギーの約 15％を水素エネルギーに変換する事に 成功しています。天候に依存し変動する 電解電流をリチウムイオンキャパシタに より平滑化でき、これにより電解装置の 長寿命化が期待できます。 ②安全な水素貯蔵技術（燃えない水素吸 蔵合金） 　非レアアースからなる安価な水素吸 蔵合金を開発しました。写真で示すよう に、水素吸蔵・放出を繰り返した後でも着 火せず、消防法危険物非該当な合金です （認証取得）。 ③高温高圧域PCT測定技術 　最高100MPa、200℃の高温高圧域 における合金のPCT（Pressure-Com-position-Temperature）特性の取得が 可能となりました。非危険物の熱駆動水 素 昇 圧 合 金として 期 待 さ れるB C C （Body-centered-cubic）合金の水素圧 縮性能評価に成功しています。

主な研究設備

20kW級太陽電池が水電解装置に直結されています。水電解装置は、電解セル数を切替え、太陽電池の 最大電力点を追随できます。さらに、リチウムイオンキャパシタ（LiC）を接続して、日射の変動の平滑化を 試みています。 太陽光発電直結水電解装置

使

い

こなす

使

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研究内容

●水素製造技術として、太陽光発電の直流電力を水電解装 置に導き、電解セル数を制御する独自の技術で高効率化 を目指しています。 ●水素貯蔵技術として、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装 置を開発しています。街区での水素利用普及のために、 1MPa未満の圧力で水素を貯蔵でき、かつ着火しない水 素吸蔵合金を用いることで、高圧ガス保安法や消防法の 適用を受けない安くて安全・大量な水素貯蔵方法を開発 しています。 ●水素の利活用範囲を広げるため、新しい水素圧縮技術、精 製技術を開発しています。 ●上記技術の更なる高機能化のために、太陽熱や未利用排熱 を有効利用するための熱発電・蓄熱技術を開発、実証してい ます。 ●建築物の運用時におけるゼロエミッション化を目指して、 BEMS（ビルディングエネルギーマネジメントシステム）を 活用した水素エネルギー利用システムの技術開発を、清 水建設株式会社との共同研究として行っており（清水建設 -産総研　ゼロエミッション・水素タウン連携研究室）、共同 開発した建物付帯型の水素エネルギー利用システム 「Hydro Q-BiC」を郡山市総合地方卸売市場内に設置し、 実用化を目指して、日常的な運用を行っています。 装置例：電解放出型走査顕微鏡/エックス線回折装置 /PCT特性評価装置/水素透過膜評価装置/表 面張力計/熱伝導率測定装置/熱分析装置 （TG-DTA/DSC） 各種分析装置 電解放出型走査顕微鏡 高圧水素設備 高圧水素設備には、高圧水素供給ブースター（≦90MPa）、蓄圧器（≦90MPa, 200L）、水素カードル（≦19.6MPa、 1,250L）、高圧・高温対応反応容器（≦100MPa, ≦200°C, 1L）、太陽熱パネル等を備えており、水素吸蔵合金及び 太陽熱を利用した熱駆動水素昇圧の実証試験を行っています。また再生可能エネルギーで製造した水素をカード ルに充填し、ステーションに供給すれば、燃料電池自動車で利用することも可能となります。 100kW級系統連系試験設備・模擬負荷装置 単相3線200V、3相200V及び400V系の 系統を模擬でき、周波数や電圧を変化させ たり、短絡を発生させたりして模擬すること もできます。 BEMSによるエネルギーシステム実証の概要図 電気 O2 H2 放熱放熱 放熱放熱 水素製造装置 熱も建物で 最大限活用 エネルギー全体の 最適管理技術 水素吸蔵合金タンク （蓄電） 燃料電池 （発電） _電力需要 熱需要 再生可能エネルギー BEMS 電気 水素 水素 放熱放熱 放熱放熱 吸熱吸熱 吸熱吸熱 H2 H2 コージェネ大賞2018 技術開発部門　理事長賞　受賞 清水建設‐産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 太陽熱集熱装置 開発中の水素透過膜（PdCu合金）

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム 清水建設 - 産総研 ゼ ロ エ ミ ッ シ ョ ン・ 水素 タ ウ ン 連携研究室 エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム 太陽電池の急激な電流上昇を キャパシタが充電し電流を平滑化しています 固定価格買取制度が始まり、近年再生可能エネル ギーが大量に導入されています。一方、需給バラン スの調整力不足や送電線の容量不足のために、出力 抑制といった制約を受け、利用できない再生可能エ ネルギーが発生し、今後さらに増加していくことが 懸念されています。また、CO₂の排出抑制のために は、建築物のゼロエミッション化も重要であり、これ らのミスマッチを解消し、再生可能エネルギーをで きるだけ使いこなすことが必要です。

水素・熱システムチーム

水素エネルギーシステム・熱利用技術 清水建設-産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 金属粉の危険物判定（着火試験） _{高温高圧域における} 合金の水素吸蔵放出特性

研究目標

当チームでは、従来技術では有効に活用できない再生 可能エネルギーを水素に変換し、発生する熱エネルギー を使いこなすため、水素製造・水素貯蔵等の個々の技術開発 や、これらの技術を活用した水素・熱エネルギーシステムの実 証を行い、再生可能エネルギーによる発電から需要まで、トー タルに水素と熱を使いこなすエネルギーシステムの開発に取 り組みます。

主な研究成果

①水電解の劣化防止技術 　20kW太陽電池および５Nm³/時の水 電解装置を用いて、太陽エネルギーの約 15％を水素エネルギーに変換する事に 成功しています。天候に依存し変動する 電解電流をリチウムイオンキャパシタに より平滑化でき、これにより電解装置の 長寿命化が期待できます。 ②安全な水素貯蔵技術（燃えない水素吸 蔵合金） 　非レアアースからなる安価な水素吸 蔵合金を開発しました。写真で示すよう に、水素吸蔵・放出を繰り返した後でも着 火せず、消防法危険物非該当な合金です （認証取得）。 ③高温高圧域PCT測定技術 　最高100MPa、200℃の高温高圧域 における合金のPCT（Pressure-Com-position-Temperature）特性の取得が 可能となりました。非危険物の熱駆動水 素 昇 圧 合 金として 期 待 さ れるB C C （Body-centered-cubic）合金の水素圧 縮性能評価に成功しています。

主な研究設備

20kW級太陽電池が水電解装置に直結されています。水電解装置は、電解セル数を切替え、太陽電池の 最大電力点を追随できます。さらに、リチウムイオンキャパシタ（LiC）を接続して、日射の変動の平滑化を 試みています。 太陽光発電直結水電解装置

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研究内容

●水素製造技術として、太陽光発電の直流電力を水電解装 置に導き、電解セル数を制御する独自の技術で高効率化 を目指しています。 ●水素貯蔵技術として、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵装 置を開発しています。街区での水素利用普及のために、 1MPa未満の圧力で水素を貯蔵でき、かつ着火しない水 素吸蔵合金を用いることで、高圧ガス保安法や消防法の 適用を受けない安くて安全・大量な水素貯蔵方法を開発 しています。 ●水素の利活用範囲を広げるため、新しい水素圧縮技術、精 製技術を開発しています。 ●上記技術の更なる高機能化のために、太陽熱や未利用排熱 を有効利用するための熱発電・蓄熱技術を開発、実証してい ます。 ●建築物の運用時におけるゼロエミッション化を目指して、 BEMS（ビルディングエネルギーマネジメントシステム）を 活用した水素エネルギー利用システムの技術開発を、清 水建設株式会社との共同研究として行っており（清水建設 -産総研　ゼロエミッション・水素タウン連携研究室）、共同 開発した建物付帯型の水素エネルギー利用システム 「Hydro Q-BiC」を郡山市総合地方卸売市場内に設置し、 実用化を目指して、日常的な運用を行っています。 装置例：電解放出型走査顕微鏡/エックス線回折装置 /PCT特性評価装置/水素透過膜評価装置/表 面張力計/熱伝導率測定装置/熱分析装置 （TG-DTA/DSC） 各種分析装置 電解放出型走査顕微鏡 高圧水素設備 高圧水素設備には、高圧水素供給ブースター（≦90MPa）、蓄圧器（≦90MPa, 200L）、水素カードル（≦19.6MPa、 1,250L）、高圧・高温対応反応容器（≦100MPa, ≦200°C, 1L）、太陽熱パネル等を備えており、水素吸蔵合金及び 太陽熱を利用した熱駆動水素昇圧の実証試験を行っています。また再生可能エネルギーで製造した水素をカード ルに充填し、ステーションに供給すれば、燃料電池自動車で利用することも可能となります。 100kW級系統連系試験設備・模擬負荷装置 単相3線200V、3相200V及び400V系の 系統を模擬でき、周波数や電圧を変化させ たり、短絡を発生させたりして模擬すること もできます。 BEMSによるエネルギーシステム実証の概要図 電気 O2 H2 放熱放熱 放熱放熱 水素製造装置 熱も建物で 最大限活用 エネルギー全体の 最適管理技術 水素吸蔵合金タンク （蓄電） 燃料電池 （発電） _電力需要 熱需要 再生可能エネルギー BEMS 電気 水素 水素 放熱放熱 放熱放熱 吸熱吸熱 吸熱吸熱 H2 H2 コージェネ大賞2018 技術開発部門　理事長賞　受賞 清水建設‐産総研 ゼロエミッション・水素タウン連携研究室 太陽熱集熱装置 開発中の水素透過膜（PdCu合金）

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水素 キ ャ リ ア チ ー ム 風力 エ ネ ル ギ ー チ ー ム 太陽光 チ ー ム 地熱 チ ー ム 地中熱 チ ー ム

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水素 ・ 熱 シ ス テ ム チ ー ム エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク チ ー ム

研究目標

風力発電は実用化が進んでいますが、より一層の普 及とグリッドパリティ実現に向け、更なる発電コスト の低減が必要です。そのためには、風車本体のハー ド的な高性能化に加え、事前の適地選定・発電電力 量評価、運転時の発電電力量予報といったソフト的 な高度化が必要です。

風力エネルギーチーム

高性能風車要素技術およびアセスメント技術 プラズマ気流制御による風車高性能化 波崎海洋研究施設での野外実験 ①高性能風車要素技術 　ナセル搭載LIDARによって得られる風車上流側の風速情報 に基づき、風車の予見制御（ヨー制御、ピッチ制御）を行うこと により、風車の出力を改善するとともに、風車翼への負荷を減 少させ風車の信頼性・寿命を改善する実証研究を進めていま す。また、風車翼表面に設置した電極に高電圧を印加すること によりプラズマを発生させ、風車性能を改善するプラズマ気流 制御技術についても実機による実証研究を進めています。 ②風力発電アセスメント技術の高度化 　洋上でのマストによる現場風況観測は、実証研究を除き、経 済的に極めて困難であることが挙げられます。高コストな洋上 での現場観測に代わる新技術として、LIDAR計測、衛星リモー トセンシング及び数値気象モデルを援用した洋上風況推定技 術を開発しています。この技術を活用することにより、アセスメ ントの信頼性を維持しつつ低コスト化（数億～十数億円の1/5 ～1/10以下、最大で数千万円まで）に加え、評価の早期化が期 待されています。

研究内容

主な研究成果

主な研究設備

　当チームでは、さらなる発電コストの低減と風 力の大量導入に向け、高性能風車要素技術及び アセスメント技術の確立を目指すとともに、そう した優れた技術開発を通じて、民間企業と共同 で技術の早期実用化を図り、国内導入の加速と 風力発電産業の国際競争力向上を目指していま す。 ①風車単体・ウィンドファーム全体を高性能化 （高出力化・長寿命化）する要素技術を開発・実証 することにより、発電電力量+5%以上、風車寿命 +5～10%以上の向上の目標を掲げています。 ②風力発電アセスメント技術の高度化を達成す ることにより、誤差±5%以下、計測・評価コスト 20～30%削減の目標を掲げています。 ①ナセル搭載LIDARによる風車制御高度化のフィールド実証結果（図1） 　ナセル搭載LIDARによって得られた風車上流側の風向情報を基 に、風車の制御をアシストすることにより、高風速/高ロータ回転数 域において、発電出力が最大で5%程度改善されることを実証しま した。 ②プラズマ気流制御技術による風車の高性能化実証（図2） 　プラズマ気流制御によって翼周りの流れが改善されることは実 験室レベルで検証されていますが、実際の風車翼に適用して風車 性能が改善されるかどうかについては未だ十分実証が進んでいま せん。当チームでは実機での性能改善効果を実証するとともに、電 極の耐久性を評価することによって、この技術の実用化開発を加 速させています。 ③アセスメント技術の高度化（高精度高解像度洋上風況マップ） 　スーパーコンピュータによる気象シミュレーションと人工衛星観 測値に基づき新たな洋上風況マップをNEDOプロ※の一環として 開発し、平成28年度から公開されています。この洋上風況マップ の開発には、目的基礎研究の成果である高精度な海水面温度デー タベース等を活用することにより、年平均風速の推定誤差±5%以 内の高精度を確保するとともに、水平解像度500mの高解像度化 を達成しました。 ※産総研、神戸大、アジア航測（株）、（株）風力エネルギー研究所共同受託プロジェクト 定格出力：300kW、 風車直径：33m、 ハブ高さ：41.5m 日本の厳しい外的条件（複雑 地形起因高乱流、等）に耐え るように設計された風車で す。産総研もその設計段階に おいて共同研究を通じて協 力・貢献しています。 試験研究用風車 駒井ハルテックKWT300 大規模な人工衛星データや気象データを 保存する約1PB（ペタバイト）のストレージ とデータ処理を行う計算機システムです。 衛星・気象データ処理システム 風車前方（9方向）にレーザ光を照射し、風車上流側 の風速・風向を計測・評価できる装置です。 国内メーカ製のナセル搭載LIDARプロトタイプ機 （ナセル上の運転状況監視カメラによる撮影） 30個の音響センサで構成され、音の発信 源（音源）を探査できる計測システムです。 音源探査装置 図１ 図２

風

を

読む

風

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プラズマ電極を長期に渡り運用状態で屋 外環境に曝露し、同電極の耐候性能を評価 するための設備です。 プラズマ電極環境暴露試験場 _{装置から照射するレーザーとその} 反射波のドップラーシフトを計測 することにより、数キロ先の風速を 数秒間隔で計測する装置です。 スキャニングLIDAR 所内試験研究用風車に搭載した ナセル搭載LIDARの計測事例（視線方向風速分布） ※LIDAR : Light Detection and Ranging （レーザ光によって風向・風速をリモート計測する装置の略） 超音波風速計（57m） 超音波風速計（57m） カップ式風速計（50m） カップ式風速計（50m） カップ式風速計（40m） カップ式風速計（40m） カップ式風速計（30m） カップ式風速計（30m） カップ式風速計（20m） カップ式風速計（20m） カップ式風速計（10m） カップ式風速計（10m） 矢羽式風向計 （50m）矢羽式風向計 （50m） 超音波風速計 （40m）超音波風速計 （40m） 矢羽式風向計 （30m）矢羽式風向計 （30m） 矢羽式風向計 （20m）矢羽式風向計 （20m） 矢羽式風向計 （10m）矢羽式風向計 （10m） 雨量、気圧、 温度、湿度 センサー 雨量、気圧、 温度、湿度 センサー 60m リモートセンシング風計測テストサイト 試験用鉛直ライダー