家庭用燃料電池CGSの導入効果に関する研究 [ PDF
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(2) う『電主運転』、予め給湯負荷に合わせて起動停止時間. 100. 電力の逆潮流契約が困難な現状での導入効果と、逆潮. 70. 実質効率 [%]. 80. 流契約が可能となった場合の導入効果の両方を検討し た。PEFC-CGS 作動時の出力制御法を、逆潮流無しの. 25. 68.64 63.01. 62.01. 60 50. 21.96. 21.07. 23.73. 40 30 20. 場合は電力負荷追従運転とし、熱主、電主、DSS の 3. 41.05. 40.94. 44.91. 20. 1次エネルギー削減率[%]. を指定する『DSS（Daily Start & Stop）運転』を挙げ、. 90. 0 熱主. の 2 通りを検討対象とした。. 11.01 10. 6.75. 電主. -5. DSS. 熱主. (a) 実質 1 次エネルギー 利用効率 （逆潮流無し）. 熱主電力負荷追従運転の場合、給湯負荷の大部分を PEFC-CGS からの排熱で賄うことが出来ているものの、 夏季、中間季においては低い電力負荷で作動するため、. 5.55. 5 0. 10. 通りを、逆潮流有りの場合を定格運転とし、熱主、DSS. 15. 電主. DSS. (b) 1 次エネルギー削減率 （逆潮流無し）. 25. 100 90. 20. 80. 実質効率 [%]. 電主電力負荷追従運転では、電力負荷の大きな時間 帯に合わせて作動するため、中間季における削減率は. 70. 69.27. 65.44. 60 50. 熱主運転よりも高い。しかし、起動条件を満たしてか. 40. ら立ち上がりに時間がかかることで、運転時間帯が電. 20. 23.77. 23.48. 30 41.97. 45.51. 熱主. DSS. 1次エネルギー削減率[%]. 削減効果が低くなる。. 15. 8.59. 11.92. 10 5 0. 10. 力負荷のピークから外れてしまうことも多いため、夏. 0. -5 熱主. DSS. 季の削減率は低く、冬季にも十分な削減効果が得られ (c) 実質 1 次エネルギー 利用効率 （逆潮流有り）. ない。 DSS 電力負荷追従運転は、給湯負荷の発生と電力負. 図3. 荷の大きさに合わせて、予め最適な起動停止時刻を決. (d) 1 次エネルギー削減率 （逆潮流有り）. 運転方法別導入効果比較. 定し、その時間帯で PEFC を作動する運転方法であり、 起動停止時刻の決定には、検討期間以前の負荷データ. 4 地域別導入効果. を用いる。最適な起動停止時刻の設定変更頻度を検討. 4-1 地域別導入効果比較. したところ、四日から二週間間隔といった頻度が適当. 図 4 に地域別 1 次エネルギー削減率を、図 5 に CO2. であるという結果が得られた。DSS 運転では、電力負. 削減率を示す。年間 1 次エネルギー消費量は、電力・. 荷、給湯負荷の大きさに合わせて運転するため、実質. 給湯負荷の高さから、高緯度地域の都市ほど高い。沖. エネルギー利用効率が高くなり、削減率は高い。. 縄（那覇）以外の地域では、夏季に比べ給湯負荷の大. 熱主定格運転では、定格運転とすることで、中間季、. きい冬季のエネルギー消費量が大きい。特に北海道、. 夏季の削減効果が向上し、年間削減率は電力負荷追従. 東北といった高緯度地域においてはその傾向が強く、. 時よりも高い。しかし、常に定格出力で運転するため. 冬季の 1 次エネルギー消費量は夏季の 2 倍近くとなる。. 貯湯が貯まりやすく、冬季には 1 日に 2 回起動するこ. 比較的温暖な地域では、夏季の冷房負荷の影響が大き. とが多くなるため起動停止に要するエネルギーが多く. くなり、冬季と夏季のエネルギー消費の差は小さくな. なり、冬季の削減率は低下する。. る。沖縄においては、年間を通じて市水温度の高さゆ. DSS 定格運転では、逆潮流を考慮することで、運転. え給湯負荷が小さく、1 次エネルギー消費量は電力負. 時間の設定が電力負荷の発生時間帯に捉われないため、. 荷の大小に大きく影響を受けるため、冬季よりも夏季. 運転時間は給湯負荷に合わせて検討することになる。. の方が 1 次エネルギー消費量は大きくなる。. 最適な起動停止時刻の設定変更頻度は、一日から二週. 全地域において、逆潮流無しの電力負荷追従運転時. 間間隔となった。定格運転とすることで、実質 1 次エ. よりも、逆潮流有りとした方が、1 次エネルギー削減. ネルギー利用効率が高く、削減率は年間を通して高い。. 率、CO2 削減率ともに 1∼2％高くなる。. 図 3 に運転方法別導入効果比較を示す。逆潮流無し. 表 2 に札幌、仙台、東京、大阪、広島、福岡の 6 都. の場合に比べ、有りとした場合の削減効果は高い。ま. 市において検討した、光熱費削減効果を示す。電気料. た逆潮流の有無に関わらず、1 次エネルギー利用効率、. 金、ガス料金を合わせた光熱費は全ての都市で削減さ. 削減効果ともに DSS 運転が最も高く、PEFC-CGS の運. れており、逆潮流無しの場合の削減額は札幌 60,932 円、. 転方法は DSS 運転が最適であるといえる。. 福岡 55,706 円、広島 49,846 円、東京 44,467 円、仙台 40-2.
(3) 1次エネルギー削減率［ ％］. 28,116 円、大阪 22,282 円であった。仙台、大阪におい ては比較的低い一般ガス料金に対して、CGS 対応の料 金設定が高く、削減額も他地域の 2 分の 1 程度となっ ている。 PEFC-CGS の目標販売価格 50 万円と、一般的なガス 給湯器の販売価格 30 万円の差額 20 万円を回収するの に要する年数は、最も削減額の大きかった札幌で 3.28. 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0. 庭 13.89 13.26 13.42. 11.80. 削減額の低かった仙台、大阪においてはそれぞれ 7.11. 22. 青森. CO2削減率[%]. 験結果は公表されていないものの、耐用年数 10 年が目 標とされており、この目標が達成されたと仮定した場. 18. 11.63. 仙台. 新潟. 図4 21.35. 10.96. 12.45 10.46 10.77. 9.99. 9.32. 12.26. 10.90. 10.87. 10.14 9.79. 10.34 9.14. 4.98. 9.05. 東京. 名古屋. 広島. 高知. 福岡. 鹿児島. 那覇. DSS電力負荷追従運転（逆潮流無し） DSS定格運転（逆潮流有り） 18.50. 17.38. 16.53. 19.41. 16. 大阪. 地域別 1 次エネルギー削減率. 19.40 19.70. 富山. 20.57. 20. 年、8.98 年であった。現在 PEFC-CGS の明確な耐久試. 11.55. 3.67. 26 24. 12.36. 13.40. 札幌. 年、福岡で 3.59 年、広島で 4.01 年、東京で 4.50 年、. DSS電力負荷追従運転（逆潮流無し） DSS定格運転（逆潮流有り）. 15.49 14.93. 17.60. 14. 17.19. 16.33. 15.33. 17.58. 17.50 15.16. 16.26 14.27. 12. 15.48. 15.69. 14.77 15.79. 14.65. 14.02. 13.96. 8.70. 10 8. 合、検討を行った全ての地域において、差額の回収が. 6. 可能となる。また、札幌、福岡においては原価（50 万. 2. 7.38. 4 0 札幌. 円）の回収も可能である。逆潮流電力が等価で売却可. 青森. 仙台. 新潟. 図5. 能となった場合、削減額は更に高くなり、札幌、福岡. 表2. に加え、広島でも原価の回収が可能となり、東京でも 電 気. 4-2 ドイツ一般住宅への導入効果検討 ステムで行い、冷房は行わない、という空調スタイル が一般的であるため、冬季は終日暖房負荷が発生する。. ガ ス. の運用方法となる。この運用方法により、1 次エネル. 高知. 福岡. 仙台. 東京. 大阪. 広島. 福岡. 103,408. 109,480. 122,047. 103,593. PEFC- CGS. 74,455. 72,451. 68,810. 78,591. 85,232. 68,036. 削減額[円]. 53,385. 43,907. 34,599. 30,889. 36,815. 35,557. 37.73. 33.46. 90,902. 100,514. 41.76. 28.21. 30.16. 118,637. PEFC- CGS. 111,090. 106,692. 90,646. 77,593. 85,935. 82,255. 削減額[円]. 7,547. - 15,791. 9,868. - 8,606. 13,032. 20,149. 6.36. 68,987. 98,968. 34.32. 従来システム. 102,404. - 17.37. 9.82. - 12.48. 13.17. 19.68. 246,478. 207,260. 203,922. 178,467. 221,014. 205,998. PEFC- CGS. 185,545. 179,143. 159,455. 156,184. 171,168. 150,291. 削減額[円]. 60,933. 28,117. 44,467. 22,283. 49,847. 55,707. 24.72. 13.57. 21.81. 12.49. 22.55. 27.04. ガス給湯器との 差額回収年数[年]. 3.28. 7.11. 4.50. 8.98. 4.01. 3.59. 原価回収年数 [年]. 8.21. 17.78. 11.24. 22.44. 10.03. 8.98. 減することが可能である。さらに、逆潮流を考慮した 場合、通年定格出力で運転し、余剰電力を電力会社へ 売却することで、年間の 1 次エネルギー削減率は約 25％、CO2 排出量削減率は約 56％となり、逆潮流無し の場合に比べて、およそ 2 倍近くの高い効果が得られ る。 5 複数世帯への導入効果 5-1 複数世帯導入効果. (a). 電力. (b). ガス. 図 6 に 複 数 世 帯 で 一 台 の PEFC-CGS を 共 有 す る際の導入イメージを示す。各世帯で共有す る PEFC ユ ニ ッ ト 、 お よ び 適 当 な 容 量 （ 200× 世 帯 数 [ ℓ] ） の 貯 湯 タ ン ク を 設 置 し 、 電 線 、 給 湯管をそれぞれ各家庭に繋げる。各家庭に設 置された、電力計および流量計によって、 PEFC か ら 供 給 さ れ た 電 力 お よ び 温 水 の 従 量 を計測し、最終的にその従量に見合った割合 図6 40-3. 那覇. 地域別 CO2 削減率. ギー消費量を年間約 15％、CO2 排出量を年間約 28％削. で 、P E F C で 消 費 し た 電 力・ ガ ス の 料 金 を 各 家. 鹿児島. 116,358. 削減率[％]. 間は終日電力負荷追従運転とするが最適な PEFC-CGS. 広島. 127,840. 削減率[％]. 合 計. 定格運転で余剰電力を熱として利用し、それ以外の期. 大阪. 従来システム. ドイツで PEFC-CGS を導入する場合、貯湯タンクを介 して排熱を暖房に利用する方式をとり、冬季には終日. 名古屋. 従来システム. 削減率[％]. ドイツでは、暖房を終日セントラルヒーティングシ. 東京. 光熱費削減効果（逆潮流無し） 札幌. 10.89 年とほぼ耐用年数内での回収が見込める。. 富山. 複数世帯導入イメージ図.
(4) が負担するものとした。. 表3. 表 3 に日本平均モデル住宅負荷データを一世帯の入. 共有世帯数別導入効果 1世帯. 共有世帯数. 2世帯. 3世帯. 4世帯. 5世帯. 6世帯. 年間1次エネルギー削減率 [％]. 11.01. 16.45. 17.68. 16.03. 14.61. 12.92. 共有世帯合計 年間1次エネルギー削減量 [GJ]. 6.91. 20.65. 33.30. 40.25. 45.86. 48.66. 年間CO2削減率 [％]. 16.38. 21.79. 22.72. 20.35. 18.45. 16.36. 通して最大限に利用することを考えるならば、. 共有世帯合計 年間CO2削減率 [kg-CO2]. 666. 1772. 2772. 3311. 3752. 3993. 導入世帯数を増やすべきである。しかしこの. 日平均運転時間 [h/日]. 8.48. 16.13. 20.28. 21.47. 22.22. 23.02. 力負荷とした場合の、共有世帯数別導入効果を示す。 一 台 の PEFC で 削 減 で き る 1 次 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 お よ び CO2 排 出 量 は 、 導 入 世 帯 数 が 多 い ほ ど 高 く な る た め 、 P E F C - CG S の 能 力 を 年 間. 場合、夏季以外では負荷の大きさに対応でき ず、一世帯あたりの削減率は低くなる。その. 1世帯. 年間1次エネルギー削減率[％]. のは、年間最大となる冬季の給湯負荷のほと ん ど を 終 日 運 転 し た PEFC か ら の 排 熱 で 賄 え る様に、導入世帯数を制限した場合である。 5-2 地域別共有効果 図 7 に共有世帯数別削 減 効 果 推 移 の 地 域 間 比 較を示す。一世帯あたりの削減率が最大とな る共有世帯数は、札幌から名古屋までの地域. 5世帯. 6世帯. 15. 10. 5. 0 札幌. 青森. 仙台. 新潟. (a). 3 世 帯 、 沖 縄 で は 3∼ 5 世 帯 と な る 。 そ の 際 の. 富山. 東京 名古屋 大阪. 広島. 高知. 福岡 鹿児島 那覇. 1 次エネルギー削減率. 省エネルギー基準による地域区分の第Ⅰ地域（札幌）・ 第Ⅱ地域（青森）において 18％強、第Ⅲ地域（仙台、. 年間1次エネルギー削減量[GJ]. 60. 各 地 域 の 最 大 1 次 エ ネ ル ギ ー 削 減 率 は 、次世代. おいて 17％前後、第Ⅵ地域（那覇）では約 13％である。. 4世帯. 20. で は 、 2∼ 3 世 帯 、 大 阪 か ら 鹿 児 島 の 地 域 で は. 屋、大阪、広島、高知、福岡） ・第Ⅴ地域（鹿児島）に. 3世帯. 25. た め 、 PEFC-CGS を 最 も 効 率 良 く 使 用 で き る. 新潟）において 17％強、第Ⅳ地域（富山、東京、名古. 2世帯. 一 台 の P E F C- C G S を 複 数 世 帯 で 共 有 し た 場. 50. 40. 30. 20. 10. 0 札幌. 合、一世帯あたりの光熱費削減額は、各地域. 青森. 仙台. 新潟. (b). で 1 次エネルギー削減率が最大となる共有世. 図7. 帯数となった場合（札幌、仙台は 2 世帯、東. 富山. 東京 名古屋 大阪. 広島. 高知. 福岡 鹿児島 那覇. 1 次エネルギー削減量. 共有世帯数別削 減 効 果 推 移 の 地 域 間 比 較. 6 おわりに. 京、大阪、広島、福岡は 3 世帯）に最高額と な り 、削 減 額 は そ れ ぞ れ 札幌 69,685 円、仙台 37,295. 本研究では数値シミュレーションによる. 円、東京 54,980 円、大阪 30,317 円、広島 58,528 円、. P E F C - CG S 導 入 効 果 の 検 討 を 行 っ た 。 今 後 は. 福岡 64,096 円であった。世 帯 数 が そ れ 以 上 と な っ. P E F C - CG S を 実 際 に 導 入 し た 住 宅 に お け る 実. た場合には、削減額は徐々に低くなるが、6. 測調査や、全国のエネルギー消費量実測調査. 世帯共有とした場合にも単一世帯導入時と比. によって集められた全国各地の住宅における. べて大差は無く、東京、大阪、広島、福岡に. デマンドプロフィルを用いて、より現実に即. おいては単一世帯導入時よりも高額となる。. し た P E F C- CG S 導 入 効 果 の 検 討 を 行 う 予 定 で. このため世帯数が増えるほど原価回収年数が. ある。. 短くなり、費用対効果で考えると、世帯数が. 【謝辞】 本研究は、文部科学省科学研究費補助金基盤研究(C)(2)「家庭用 個別分散型電熱源によるエネルギー自立型サステイナブル住宅 の研究」研究代表者：渡辺俊行、科学技術振興機構戦略的創造研 究推進事業研究課題「スループットを最大化する住空間システ ム」研究代表者：松藤泰典（当時九州大学大学院教授）、21 世紀 COE プログラム「循環型住空間システムの構築」拠点リーダー： 川瀬博（九州大学大学院教授）、および西部ガス株式会社による ものである。記して、謝意を表します。. 増えるほど導入効果は高くなる。また、現状 で最も導入が容易と考えられる 2 世帯で共有 する場合においても、全ての地域で目標耐用 年 数 で あ る 10 年 以 内 で の 原 価 回 収 が 可 能 と なる。 40-4.
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