90m 再生可能エネルギー由来水素がもたらす 新しいソリューション 株式会社 東芝 次世代エネルギー事業開発プロジェクトチーム 大田 裕之 2016年09月05日 © 2016 Toshiba Corporation 水素の動向 © 2016 Toshiba Corporation 2 エネルギー課題と水素の利点 日本のエネルギー課題 低いエネルギー自給率 CO2排出量大 不安定再エネの導入促進 中国 アメリカ インド ロシア 日本 ドイツ OECD加盟国中33位 (出典)IEA Energy Balance of OECD countries 2013 億トン CO2 排出国 第5位 (出典)エネルギー経済統計要覧2015 水素の利点 自給可能なエネルギー 再生可能エネルギーから水素を 安定エネルギーとして精製することが可能 CO2を排出しない CO2フリーなクリーンなエネルギー 安定的なエネルギー に変換 長期間安定保存・利活用が可能 © 2016 Toshiba Corporation 3 経済産業省 水素・燃料電池戦略ロードマップ 2015年頃 2020年頃 フェーズ1 水素の 「利用」 「輸送・貯蔵」 「製造」 2030年頃 2040年頃 水素サプライチェーン 水素利用の飛躍的拡大（燃料電池の社会への本格的実装） フェーズ2 開発・実証の加速化 水素供給国との戦略的協力関係の構築 需要拡大を見据えた安価な水素価格の実現 水素発電の本格導入／ 大規模な水素供給システムの確立 フェーズ3 トータルでのCO2フリー 水素供給体制の構築見通しを踏まえた計画的な開発・実証 水素供給システムの確立 東芝の取り組み 再エネ由来水素の利活用の拡大 短期で 実現可能 水素地産地消 開発・実証 水素サプライチェーン ※ 「水素・燃料電池戦略ロードマップ」（平成26年6月23日 水素・燃料電池戦略協議会） © 2016 Toshiba Corporation （http://www.meti.go.jp/press/2014/06/20140624004/20140624004-1.pdf）を基に作成 4 ＣＯ２フリー水素に関する最近の動き 2016年にはいり、CO２フリー水素に関する議論が活発化 ●経済産業省； （3月∼）福島新エネ社会構想実現会議 ●燃料電池実用化推進協議会 FCCJ； （4月∼）CO２フリー水素ＷＧ ●経済産業省 水素・燃料電池戦略協議会； （5月∼）CO２フリー水素ワーキング ●東京都； （6月∼）水素を活用したまちづくりに向けた調査連絡会議 © 2016 Toshiba Corporation 5 市場環境（経産省水素 改定ロードマップ） ●国内の水素需要 水素需要量 (*):天然ガスから改質した水素を含む • エネファーム累積140万台 (PEFC80万円/SOFC100万円) • FCV累積4万台 • 水素ST160箇所 • 事業用定置型FCの本格導入 ・FCV累積20万台 ・水素ST320箇所 ・発電事業用水素 発電の本格導入 発電事業用水素発電 事業用定置型FC(*) ・FCバス FCフォーク投入 ・産業用SOFC投入(2017) ・エネファーム累積530万台 ・FCV投入 ・水素ST 約80箇所 ・FCV累積80万台 ・水素ST900箇所 家庭用燃料電池 エネファーム(*) FCV 2015 2020 フェーズ1 2025 2030 2035 五輪 フェーズ2 2040 フェーズ3 ● 現在∼ ：フェーズ１ エネファームや燃料電池自動車の利用拡大 ● 2020 年代後半：フェーズ２ 水素発電の本格導入／大規模水素供給システムの確立 ● 2040 年頃 ：フェーズ３ CO2 フリー水素供給システムの確立 「水素・燃料電池戦略ロードマップ」（平成26年6月23日 水素・燃料電池協議会） © 2016 Toshiba Corporation （http://www.meti.go.jp/press/2014/06/20140624004/20140624004-2.pdf）に記載された目標設定数値をベースに作成。 6 水素の特徴 © 2016 Toshiba Corporation 7 水素製造方法と再エネ水素 副次的に出来る水素 石油精製・石油化学・ アンモニア製造 苛性ソーダ製造 CO2 ナフサ・ 天然ガス + 高温水蒸気 塩水 + CO2 電気 製鉄 CO2 石炭 + 熱 Ｈ2 東芝がつくるCO2フリーな水素 再エネによる電気分解 水 + 再エネ 他に原子力水素製造なども © 2016 Toshiba Corporation 8 水と再エネからつくるCO2フリーの水素（再エネ水素） 水素と水の循環システム 場所のシフト 水素をつくり運ぶ ⇒最長の電力網 電気 H2O ゼロ・ エミッション + ＝ H2 時間のシフト 水素をつくり貯める ⇒最強の蓄電池 再エネで水素をつくる ⇒CO2ゼロ ＝ 電気 + 熱 © 2016 Toshiba Corporation 9 水素の利点 ‒場所のシフトあらゆる場所へクリーンな水素エネルギーを安定供給 国内外の離島や未電化地域へ、クリーンな電力を安定供給 再エネ活用地と電力消費地が離れていても電力供給が可能（送電網なし） 小水力 電気 電気 PV 水電解水素製造 バイオマス H2 燃料電池 熱（温水） 風力 送電線不要 © 2016 Toshiba Corporation 10 水素の利点 -時間のシフト1日、1週間、季節・年間単位のエネルギータイムシフト TM PVのみの場合 電力需要 水素の場合 1週間のタイムシフト 季節のタイムシフト 太陽光発電による電力供給 週末 貯めた水素で発電 電力需要と太陽光発電 の ピークは一致しない 数週間単位の 電力マネジメントでスケジュー ルに応じて電力をピークカット 冬 貯めた水素で発電 再生エネルギーの発生が多い 季節から少ない季節への タイムシフト © 2016 Toshiba Corporation 11 水素の利点 -時間のシフト- 電力貯蔵のメリット ※IEA「水素・燃料電池ロードマップ」2015年度版をもとに作成 エネルギー大量・長期貯蔵 半永久的な貯蔵 コスト的に大量貯蔵に適する © 2016 Toshiba Corporation 12 東芝の水素事業の取組み © 2016 Toshiba Corporation 13 東芝が目指す水素ソリューション 再エネ水素でつくる、持続的で安心安全快適な社会 ●エネルギーセキュリティの脆弱性を改善 ●水素電力貯蔵システムによる電力平準化で再エネ導入を促進 ●災害に対して強靭なエネルギーライフラインを構築 水素地産地消 水素サプライチェーン 業務用 燃料電池 熱電供給 水素ガスタービン発電 業務用FCV向け 水素ST BCPモデル 再エネ 離島・遠隔地向け 水素エネルギー供給システム ビル・工場向け 水素 によるエネルギーマネジメント 水素製造 水素電力貯蔵システム © 2016 Toshiba Corporation 14 水素地産地消型ソリューション ●水素の外部調達が不要な自立型のエネルギーシステム 1日、1週間、季節・年間単位のエネルギータイムシフト 週のタイムシフト 季節のタイムシフト 電力需要 余剰電力 太陽光発電に よる電力供給 1週間 1年間 © 2016 Toshiba Corporation 15 自立型水素エネルギー供給システム いつもの時も、 もしもの時も、水素電力貯蔵で自立的にかつ長期的にエネルギーの安定供給 •再エネと水のみで動作する、化石燃料が不要なCO2フリーのエネルギー供給システム •天候や昼夜を問わず年間を通じて電力と温水を安定供給 •低圧設計で保安管理者不要 •災害時も継続してエネルギーを供給するオフグリッドシステム Unstable Renewable Energy Stable Electricity Hot water Perfect CO2 free off-grid system © 2016 Toshiba Corporation 16 システム構成 安定電力成分：需要に直接供給 短周期変動成分：バッテリーシステムで対応 電気 蓄電池 H2 電気分解水素製造装置 H2O 温水 水素タンク 給水タンク H2 H2O 純水素 燃料電池 水素電力貯蔵部 長周期余剰電力：水素に変換して貯蔵・活用 水素電力貯蔵との組み合わせで、エネルギーの大量貯蔵・長期放出が可能 なエネルギーシステムが実現 © 2016 Toshiba Corporation 17 川崎マリエンへの初号機設置 ●コンセプト 災害に備えた自立型エネルギー供給システム（BCP電源）、いつも使いも • 避難所300人、1週間分の電力とお湯をオフグリッドで提供 • 再エネによるピークカット／シフトでエネルギーコストの低減 300人程度の避難者が想定される川崎マリエンで2014年4月から 稼働中 ＊BCP ： Business Continuity Plan ：災害時においても事業が継続出来る様、計画された設備を備えること ※スライド中写真 撮影協力：川崎マリエン © 2016 Toshiba Corporation 18 川崎マリエン初号機仕様 ● システム構成 （※システム仕様はご要望に合わせて変更可能です） 太陽光発電量 ２５ｋＷ ３０ｋＷ 水素貯蔵量 ２７５Ｎｍ ２７０Nｍ３ （最小構成15kW） 温水供給量 75Ｌ/ｈ 水素電力貯蔵量 ３５０ｋＷｈ （天候によっては最大２割程度増加します） 発電出力 ３０ｋＷ （燃料電池・蓄電池出力の合計） © 2016 Toshiba Corporation 19 川崎マリエン初号機外観 © 2016 Toshiba Corporation 20 川崎マリエン初号機俯瞰 太陽光発電パネル 貯水タンクコンテナ 水素貯蔵タンクコンテナ H2OneTM メインコンテナ ・水電解水素製造装置 ・燃料電池 ・蓄電池 撮影協力：川崎マリエン H2Oneの接地面積はPV含めてテニスコート1面分 © 2016 Toshiba Corporation 21 ＢＣＰ実証試験結果 試験条件 期間：2015/11/9∼11/16 負荷：300人規模の防災拠点の予想負荷*（負荷抵抗器入力） 蓄電池残量 250 7日間連続運転を達成 120 100 200 80 150 60 100 40 水素残量 50 20 機器名 消費電力（平均） 数量 照明(蛍光灯) 40W 10台 ラジオ 20W 1台 パソコン 70W 1台 プリンタ 350W 1台 照明(LED) 60W 25台 テレビ 40W 2台 扇風機 140W 4台 5W 300台 携帯充電器 0 0 太陽光発電量（kW） 蓄電池残量（%） 水素残量（Nm3） 300 避難所（300人規模）の想定必要電力量* 太陽光発電量 11/9 11/10 11/11 11/12 11/13 11/14 11/15 11/16 1週間の自立電力供給を達成 *岩手県再生可能エネルギー等適性導入量把握調査報告書（平成24年7月） © 2016 Toshiba Corporation 22 水素安全への取組み の安全対策 水素漏洩検知 大気開放 強制換気 大気開放 異常監視制御 © 2016 Toshiba Corporation 23 BCP用途の例 １ 2016.4運転開始 横浜市港湾局様 大黒ふ頭に設置 • 横浜市の水素エネルギーの導入実証 • 横浜港流通センタ−の電力ピークカット • BCP時の防災センターへの3日間の電力 供給 横浜駅 大黒ふ頭 横浜港 設置イメージ H2O *2 横浜港流通センター(Y-CC) H2 防災センター *1) 平成27年度横浜市 港湾局事業 港のスマート化の推進 *2) 太陽光発電設備は平成28年度以降の設置を検討 © 2016 Toshiba Corporation 24 BCP用途の例 ２ 2017.3稼働開始予定 JR東日本様 武蔵溝ノ口駅設置 提供：ＪＲ東日本横浜支社 © 2016 Toshiba Corporation 25 車載型BCPモデル ・被災地への優れた機動性 ・被災者300人✕1週間の電力・温水供給能力 ・水素は水素吸蔵合金で貯蔵し、ガス容積を最小化 項目 水素製造 水素貯蔵 温水60℃ 電気出力 電力貯蔵 電気19kW 諸元 1Nm3/h 水素吸蔵合金による低 圧水素吸蔵 250Nm3 19kW Fuel cell: 9.9kW Li-ion battery: 9kW 422kWh 水素電力貯蔵: 400kWh Li-ion得電池: 22kWh 4t トラック X 2 最大 75L/h パッケージ 温水供給 必要な再エ 12kW 太陽光の場合 ネ入力 南海トラフ地震を想定した大規模医 療訓練に参加し、野外病院に電力を 供給（2016年8月） © 2016 Toshiba Corporation 26 車載型BCPモデルの運用コンセプト 空港 鉄道駅 庁舎 ●移動電源車として工事現場、イベント、お祭りで利用 CO2フリーで騒音も少ない環境にやさしい電源車として活躍 被災地区に輸送 庁舎 病院 災害 緊急車両に開 放 工事現場 学校 （避難所） コンビニ 物流施設 地方の再エネ水素ST イベント ●災害時にいち早く駆けつけて、電源・温水を供給 ●情報発信・防災に必要な機器も搭載可能 港湾 電気 温水 H2 災害時の機動性向上、屋外イベント等にも 災害対策室 ・照明 ・パソコン ・携帯充電 防災テント 共用シャワー 情報発信 ・テレビ ・ラジオ © 2016 Toshiba Corporation 27 による地域防災強化 いつもの時 再エネの安定的な活用 再生可能エネルギーの導入促進 ロビー等への再エネ供給 屋外の夜間照明 太陽光で貯めたCO2フリー水素を電力・ 温水の形でマンション住民が活用 もしもの時 防災自立型マンション 居住区へ電力を供給し、災害時も必要な設 備を運用 地域防災への貢献 マンション住民の安全確保 地域住民への減災支援 情報・通信の維持 帰宅困難者誘導サイネージ エレベータ等の移動性確保 避難者支援 上水・下水機能の確保 照明の確保 マンション敷地を地域住民の防災拠点として 電力・情報を提供 容積率緩和等の行政側の支援とセットで展開 © 2016 Toshiba Corporation 28 官民連携活動 水素による地域レジリエンス向上 国交省主催 地域プラットフォーム 仮称）水素発電システムによる防 災まちづくり事業 国交省/川崎市/東芝+関連省庁 今年度活動 • 居住地域水素設備設置規制の 緩和 • 容積率緩和など制度面の検討 現状 防災エリアイメージ 公民館 モデル展開後 マンション+ 学校 民間施設活用による地域防災力の強化へ ショッピングモール+ © 2016 Toshiba Corporation 29 システム仕様の例（400∼500世帯規模） 災害時も暮らせるマンション 防災拠点マンション 電力供給期間 5日間 5日間 出力 100kW 10kW 提供電力量 約5MWh 約700kWh 設備規模 非常時の 想定使用例 20ftコンテナ 20ftコンテナ 12ftコンテナ 12ftコンテナ 共用部 エレベータ 廊下照明 マンション 給水ポンプ 温水 居住民 (用途規模による) 冷蔵庫 照明 USBコンセント 周辺住民 サイネージ誘導 地域防災 無線LAN基地 TV PC 照明 温水 共用部 (用途規模による) 給水ポンプ エレベータ 廊下照明 温水 USBコンセント 居住民 対応なし 周辺住民 サイネージ誘導 照明 無線LAN基地 温水 © 2016 Toshiba Corporation 30 離島・遠隔地への適用 ●コンセプト 推奨施設 世界中の離島や未電化地域へ、ディーゼル発電より ●国内外島嶼・隔離地域 安価でクリーンな電力を安定供給 ●リゾートホテル・病院施設 ●水素電力貯蔵を用いて長期の無風/日照不足でも３６５日100%自活 ●島の災害レジリエンス向上（島の災害も、本土の災害も） ●コンテナサイズで設置時の環境負荷が小さく、短工期で設置可能 ⇒ 究極のエネルギーシステム：完全自立電源、ゼロ・エミッション 電気 温水 水素 © 2016 Toshiba Corporation 31 ハウステンボス様「変なホテル」への導入 再エネと水でホテルの年間電力をカバー 2016年３月から稼働中 （温水供給も） H2OneTM 供給先 Liイオン蓄電池システムとの比較 ●接地面積約１／３以下 ●設備コスト約４割 ：PVパネル 年間を通して第２期棟Ｄ棟12室の電力と一部温水を供給 *METI 再生可能エネルギー導入拡大に向けた 地産地消型エネルギーシステムのモデル構築事業（補助事業者：ハウステンボス株式会社） © 2016 Toshiba Corporation 32 ハウステンボス様「変なホテル」の の動作 電力量（kWh/day） （ハウステンボス向けH2Oneシミュレーションデータ） H2貯蔵満タン 水素貯蔵量 電力需要 太陽光発電電力量 時間（年） 夏季∼秋季：PV出力が需要を上回るので、余剰分を水素として貯蔵 秋季∼冬季：PV出力が需要を下回るので、貯蔵水素で発電し、PV不足分をカバー ⇒水素の活用で、再エネだけで年間の電力需要を賄うことが可能 *METI 再生可能エネルギー導入拡大に向けた 地産地消型エネルギーシステムのモデル構築事業（補助事業者：ハウステンボス株式会社） © 2016 Toshiba Corporation 33 ハウステンボス様「変なホテル」 © 2016 Toshiba Corporation 34 FCVを所有する事業所への適用 ●コンセプト H2One をベースとした再エネ又は余剰電力による TM 水素供給源として燃料電池車の普及に貢献 • • • 推奨先 ●空港、港湾、漁港 ●工場、物流倉庫 ●道の駅 再エネ又は余剰電力によるオンサイト水素製造 水素物流コストを廃して安価な水素を提供 災害時も自立型ステーションとして重要ロジ施設にBCPを提供 © 2016 Toshiba Corporation 35 業務用FCV向け再エネ水素ステーション（東京都補助事業） • 東京都「事業所向け再生可能エネルギー由来水素活用設備導入促進事業」 • 東芝府中事業所にオンサイト型再エネ水素充填設備を導入し、燃料電池フォークリフトを運用 設備プロセス 東芝府中事業所 2017年5月 運用開始（予定） 燃料電池フォークリフト 車両用再エネ水素充填センター(仮称) イメージ © 2016 Toshiba Corporation 36 スコットランド水素EMS(再エネ水素ステーション+マイクログリッド) • Fife Council、Bright Green Hydrogen、東芝の共同PJ （スコットランド政府資金獲得） • 再エネ水素をモビリティに供給、再エネと水素発電でマイクログリッドに電力供給 • 東芝は水素EMSを供給 Fife Council 2016年10月∼ 運用開始（予定） * PV: Photovoltaics ** DNO: Distribution network operators © 2016 Toshiba Corporation 37 東芝が目指す水素ソリューション 再エネ水素でつくる、持続的で安心安全快適な社会 ●エネルギーセキュリティの脆弱性を改善 ●水素電力貯蔵システムによる電力平準化で再エネ導入を促進 ●災害に対して強靭なエネルギーライフラインを構築 水素サプライチェーン 水素地産地消 水素サプライチェーン 業務用 燃料電池 熱電供給 水素ガスタービン発電 業務用FCV向け 水素ST BCPモデル 再エネ 離島・遠隔地向け 水素エネルギー供給システム ビル・工場向け 水素 によるエネルギーマネジメント 水素製造 水素電力貯蔵システム © 2016 Toshiba Corporation 38 水素サプライチェーンソリューション ●海外での安価な再エネによるSOEC水素製造、インフラ事業 • 水素製造10億∼100億m3/y規模（日本LNG輸入量のカロリ換算0.3∼3%相当） 海外 国内 液体水素 又は 有機ハイドライド H2 例えば既設風 力から買電で CAPEX低減 H2 H2 水電気分解装置 (SOEC*) 水素ガスタービン・ MW級燃料電池 アライアンスを活用してロジを構築 SOEC：Solid Oxide Electrolysis Cell/固体酸化物型電解装置 １００（電気） ⇒ ８０（水素） 水素製造10億m3/yのケース 製造 風力発電容量：1000MW 風車台数：330基(3MW) 水素製造：アルカリ水電解/SOEC ⇒４０（電気） 消費 輸送 タンカー輸送量：150万トン/y（MCH） 水素10億m3/yはカロリー換算で2012年LNG輸 入量の0.3％ 目標水素コスト（発電用） （CIF） ：３０円/m3 （2020s後半） 水素コスト３０円/m3→発電単価22円/kWh程度 太陽光 13-16円/kWh 風力 14-22円/kWh 石油火力 29-42円/kWh LNG火力 13円/kWh © 2016 Toshiba Corporation 39 アルゼンチン パタゴニアでの水素製造 ●サンホルヘ湾周辺 • 平均風速: 9 ∼10m/s • 推定稼働率: 60% • 面積: 約1万km2 • 風力発電量ポテ: 68GW • 水素製造量ポテ: 約800億m3/y （LNGの約2割に相当@2012年） ●ケーススタディ • 水素製造: 10億m3/年 • 風車: 3MW X 280台 • 面積: 120km2（山手線内側面積の約2倍） • 海上輸送量: 直線距離17000km 150万ton/年（MCHの場合） AFRAMAX（10万ton級タンカー）で15往復 • 目標コスト(CIF)：30円/Nm3 アルゼンチンから日本までの地球規模グリッドが構築 © 2016 Toshiba Corporation 40 水素サプライチェーンの水素消費の規模感 水素・LNG混焼発電 国内にはコークス炉ガスなど、水素リッ チガスを燃料とするガスタービンの運 転実績が存在 既存設備で７０vol％程度の 水素混焼可能 （概算） ・国内ガス火力設備容量５３ＧＷ ・７０vol％混焼の場合 ↓ ・水素需要２４５億m3/年（LNGの6％） 水素専焼発電（石火代替） イタリア・Enel社では水素専焼発電 (16MW級)の実証運転を実施中* （概算） ・国内石油火力設備容量３０ＧＷ ・発電コスト ３５∼４０円/kWh ・水素価格 ４０円/Nm3程度で全石 火発電所置換 ↓ ・水素需要３２０億m3/年（LNGの8％） *:「水素・燃料電池戦略協議会（第1回）-配布資料」の「資料４ 水素・燃料電池について 平成２５年１２月」 （http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy/suiso_nenryodenchi/pdf/001_04_00.pdf）の Ｐ１６「２−１１．水素の利用段階」∼新たな用途の拡大③（水素発電）∼」 © 2016 Toshiba Corporation 41 水素サプライチェーン 取組み事例 ●福岡県・福岡水素エネルギー戦略会議 北九州水素タウン実証 （経産省「水素利用社会システム構築実証事業」の一環）（2009∼2015） • 水素パイプラインによる水素供給技術の実証 • 純水素型定置用燃料電池の面的運転実証 • 純水素を燃料とする各種アプリケーションの実証 実証集合住宅6戸 東田ｴｺﾊｳｽ 東田ｴｺｸﾗﾌﾞﾊｳｽ 純水素定置用燃料電池 • 1kW級 12台 • 3kW級 1台 • 100kW級 1台 ナフコ（ﾎｰﾑｾﾝﾀｰ） © 2016 Toshiba Corporation 42 水素サプライチェーン 水力の活用（北海道） 環境省・北海道水素サプライチェーン実証 つくる (水素製造) つかう (水素利用) はこぶ（輸送・貯蔵） 中央管理システム H2 燃料電池自動車 熱 H2 e燃料電池 ∼10kW 小水力発電 ∼220kW 水電解水素製造 ∼1,000Nm3H2/日 H2 高圧水素トレーラー 電気 福祉センター 100Nm3-H2/日 熱 H2 e燃料電池 ∼10kW 電気 酪農家 100Nm3-H2/日 高圧水素カードル H2 2017年6月∼ 2018年4月∼ 小水力発電所・水素製造所現地工事開始予定 水素サプライチェーン実証開始予定 *環境省：平成27年度 地域連携･低炭素水素技術実証事業 （北海道、釧路市、白糠町） 熱 e燃料電池 ∼100kW 電気 温水プール ∼1,000Nm3-H2/日 © 2016 Toshiba Corporation 43 水素サプライチェーン 風力の活用（神奈川県） 環境省・京浜臨海部水素サプライチェーン実証 風力発電により製造したCO2フリー水素を燃料電池フォークリフトへ供給する実証 2017年7月 運用開始予定 再エネ電力 水素製造 貯蔵・圧縮 輸送 利用 東芝 *環境省：平成27年度 地域連携･低炭素水素技術実証事業 （神奈川県、横浜市、川崎市、代表事業者：トヨタ自動車株式会社、岩谷産業株式会社、株式会社トヨタタービンアンドシステム、株式会社東芝） © 2016 Toshiba Corporation 44 東芝の水素関連技術の紹介 © 2016 Toshiba Corporation 45 東芝の水素関連技術 水素製造 水素利活用 水素貯蔵 H2EMS TM ・水電解(アルカリ/SOEC) ・Ｃフリー発電 ・水素電力貯蔵 ・再エネ水素供給 EMS: Energy Management System ・燃料電池 ・水素ガスタービン ・自立型エネルギ供給 再エネ水素供給設備 太陽光発電 風力発電 水素ガスタービン 自立型電源 水素電力貯蔵設備 原子力水素製造 水電解設備 家庭用燃料電池 産業用燃料電池 © 2016 Toshiba Corporation 46 東芝の燃料電池開発の歴史 燃料電池開発 1980 60年代初頭より研究開発に着手 78年にはﾑｰﾝﾗｲﾄ計画に参画 りん酸形50kW試験ﾌﾟﾗﾝﾄ 1990 2000 東電殿納入 りん酸形11MWﾌﾟﾗﾝﾄ /五井火力発電所 NEDO りん酸形1MW加圧ﾌﾟﾗﾝﾄ NEDO りん酸形1MWｺｼﾞｪﾈﾌﾟﾗﾝﾄ PC25C りん酸形200kW商用機 PC25C (全世界280台出荷） リン酸型50kW試験ﾌﾟﾗﾝﾄ 2000 規制緩和PJ 第１ﾓﾃﾞﾙ 00年度モデル リン酸型11MWﾌﾟﾗﾝﾄ ﾆｭｰｻﾝｼｬｲﾝ計画 PEFC 1kW 固体高分子型 家庭用1kW コジェネ 2005 2010 実証事業 大規模実証 ﾓﾃﾞﾙ 05年度モデル 導入支援補助 商品機 普及機 09年度モデル 16年度モデル エネファーム © 2016 Toshiba Corporation 47 東芝の燃料電池 ●家庭用ＰＥＦＣ • エネファーム ①世界最高水準世界最高レベルの総合効率95％ ②業界最長の電池寿命８万時間 • 停電時でも継続運転可能な自立機能搭載 • 各種燃料（都市ガス・LPG・国産天然ガス）や寒冷地 （外気温−20℃）に国内メーカで唯一対応可能 2015年度 累計出荷台数 15万台達成見込み (シェア 50％超） 700W PEFC エネファーム ●純水素ＰＥＦＣ • 電池の内部加湿技術により加湿器レスでコンパクト、 寿命8万時間の高耐久性 ●ＳＯＦＣ • エネファームの原理 水素 と 空気中の酸素の化学反応で発電 700W 純水素PEFC 東芝のｾﾗﾐｯｸｽ応用技術、高温機器技術等で水素製 造、大容量電力貯蔵へ適用 ・PEFC；固体高分子形燃料電池 ・SOEC；固体酸化物形電解セル ・SOFC；固体酸化物形燃料電池 © 2016 Toshiba Corporation 48 東芝の純水素燃料電池 ●高発電効率の純水素燃料電池の開発 • 発電効率５０∼５５％、総合効率９５％ • エネファーム技術をベースとした固体高分子形（ＰＥＭ型） 純水素燃料電池 1MW エネファーム 燃料 純水素 都市ガス・ＬＰガス 発電出力 ７００Ｗ ７００Ｗ 発電効率 ５５％ＬＨＶ ３９％ＬＨＶ 総合効率 ９５％ ９５％ 起動時間 １∼２分 ６０分以内 設計寿命 8万時間 8万時間 100kW （2017上市） 3.5kW （2016/3上市済み） 700W 当社研究所の３Φ 700W✕12台=8.4kW 純水素燃料電池 家庭用 イワタニ水素ステーション芝公園 （上市済み） に納入した １Φ 700W 平成26年度 やまぐち産業戦略研究開発等補助金を受託(*) 純水素燃料電池(*) © 2016 Toshiba Corporation 49 東芝の大容量水素製造向け電解装置 ●アルカリ水電解装置 (Solid Oxide Electrolysis Cell) ●次世代水電解装置の開発 SOEC • 2016年 100Nm3-H2/h上市予定 • 福島新エネ社会構想（10MW級再エネから 1万台FCV相当の水素製造）に対応可能 • 従来法から３割以上省電力 • 高温水蒸気電解法 動作温度700℃ • セラミック材料（ジルコニア等、白金不要） (原単位3.1kWh/Nm3 @2015) 100Nm3/h商用プロト機 SOEC 3Nm3/h試験機 電気 水 MW級再生可能エネルギー 100Nm3/hアルカリ水電解装置 50Nm3/h SOEC 上記はMETI/NEDO：再生可能エネルギー貯蔵・輸送等技術開発（平成25年度∼）の成果を含んでいます © 2016 Toshiba Corporation 50 再エネ導入を促進する水素ソリューションの開発 再生可能エネルギーの増加 2030年度 24％ 2013年度 11％ 「太陽光と風力の 増加量は原子力 発電60基に相等 （59GW）」 再エネの全発電量に占める割合 再エネ導入の障害 ・再エネの不安定性 ・連系線の容量不足 ・系統不安定 H2Oneシステムによる出力整形 水素電力貯蔵 出力 過積載/未利用電力 FIT売電 H2 契約出力上限 時間 未利用再エネの水素化によるサプライチェーン構築 © 2016 Toshiba Corporation 51 大容量水素貯蔵システム ●5MWe級 水素電力貯蔵装置 • • SOEC*/SOFC**の採用による高効率化（充放電効率80％） 電力貯蔵量は水素貯蔵タンクの数で容易に増大可能 *SOEC：Solid Oxide Electrolysis Cell、 ** SOFC：Solid Oxide Fuel Cell 5000 4000 SOEC/SOFC 3000 2000 25m 電源盤 0 20m 蓄電容量：32MWh 出力：1万世帯✕8hの電力供給 1000 水素貯蔵タンク 32MWehの電力貯蔵に必要な面積(m2） 山地のダム開発が不要で環境にやさしい、小型で街の揚水発電所 © 2016 Toshiba Corporation 52 東芝が目指す水素ソリューション 再エネ水素でつくる、持続的で安心安全快適な社会 ●エネルギーセキュリティの脆弱性を改善 ●水素電力貯蔵システムによる電力平準化で再エネ導入を促進 ●災害に対して強靭なエネルギーライフラインを構築 福島県の再エネ導入を促進する 水素社会の構築に向けて 水素地産地消 水素サプライチェーン 業務用 燃料電池 熱電供給 水素ガスタービン発電 業務用FCV向け 水素ST BCPモデル 再エネ 離島・遠隔地向け 水素エネルギー供給システム ビル・工場向け 水素 によるエネルギーマネジメント 水素製造 水素電力貯蔵システム © 2016 Toshiba Corporation 53 福島の再エネの可採量 県内エネルギー需要の100％相当量を再エネで生み出す ＠2040頃 • 県内エネルギー需要： 約800kL/年 原油換算 ＠2040 • 福島県の再エネ可採量：870万kL/年 日本の原油輸入量（約2億kL/年）の約4% • 洋上風力を含めると、浜通りに多く分布（洋上を含めないと、会津＝中通り＞浜通り） 地熱 ●浜通り 風力、太陽光 ●中通り 風力、太陽光 ●会津 風力、地熱 数値と図は「福島県再生可能エネルギー推進ビジョン」のデータを用いた © 2016 Toshiba Corporation 54 福島県の再エネ導入の状況 再生可能エネルギーの接続回答保留に関する福島からの緊急提言 ∼ふくしま提言 １０箇条∼（平成２６年１１月２８日） • 太陽光発電 設備認定量（日本一）446万kW、だが・・・ 運転開始は設備認定した太陽光のわずか5%弱 認定量の7割が2.5万kW級と小規模 • 送配電線や変電所の容量による接続制限エリアの存在 地熱 接続制限エリアは再エネが豊富 • 再エネ設備認定量が需要を上回る可能性 太陽光 風力 太陽光 水力 風力 電力系統安定化に向けた施策が必要 © 2016 Toshiba Corporation 55 福島の余剰再エネの見通しと水素製造の規模感 ●余剰再エネ設備容量 超概算４９５万kW ＠2040 再エネ設備容量 県導入目標 (万kW) 接続可能量 県の枠 概算値(*) (万kW) 余剰再エネ設備 容量 (万kW) 水素製造 ポテンシャル(**) (億m3/年） 太陽光発電 ２００ ８０ １２０ ２ 風力発電 ４００ （陸200,海200) ３5 ３７5 １０ (*)東北電力管内の接続可能量(***)を単純に管内７県で単純割り算 (**) 設備利用率（太陽15%、風力20%、水素製造条件（原単位6kWh/m3、設備利用率90%) (***)３０日等出力制限枠（ 各社接続可能量（2015年度算定値）の算定結果 資源エネルギー庁 平成２７年１１月１０日 www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shoene_shinene/shin_ene/keitou_wg/pdf/007_10_01.pdf) 合計12億m3/年 ●余剰再エネ設備による水素製造ポテンシャル：１２億ｍ３／年 • 水素の国内流通量 現在： ３億m3／年規模((*) 2030年: 30億m3／年(*) @2012年) • ポテンシャルの１割の1.2億ｍ３／年としても十分な事業規模が期待 （なぜなら、水素事業大手の生産規模１億m3/年級） （*）水素の製造、輸送・貯蔵について 平成２６年４月１４日 資源エネルギー庁 燃料電池推進室 http://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy/suiso_nenryodenchi/suiso_nenryodenchi_ wg/pdf/005_02_00.pdf#search='%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E3%81%AE%E5%9B%BD%E5 %86%85%E6%B5%81%E9%80%9A%E9%87%8F' © 2016 Toshiba Corporation 56 再エネ導入促進に寄与する水素事業モデルの一案 １ ●安価な余剰再エネによる大規模水素製造 再エネに恵まれ、かつ、接続制限エリアで、大型再エネ発電と水素製造のセット事業 • 再エネの安定成分は送電線の空き容量を最大に活用してFIT売電 • 余剰分は電気分解で水素へ変換し、液体水素で東北、関東、中部圏販売 実現条件 短期：発電設備建設への補助で３円/kWh以下の電力調達 中長期：系統安定制御で放出される低価格電力の調達 ⇒補助金無しでの自立事業 FIT売電収入 送電線空き容量分 水素ガス 送電網 液体水素 液体 水素輸送車 水素販売収入 水電解水素製造 液体水素製造設備 © 2016 Toshiba Corporation 57 水素製造コストの概算 ３円/kWh © 2016 Toshiba Corporation 58 再エネによる大規模水素製造事業の規模感 水素製造規模：国内製造所 実例を参考に 3000m3/h 規模を想定 （＝年間0.3億m3程度、国内流通の1割程度） 100m3/hアルカリ水電解装置：約85台(*) （*）再エネの電力変動に依存する 液体水素製造設備 ：約700kg-H2/h(*) 水素製造用ウインドＦ設備容量： 約11万kW（利用率20%）県風力導入目標の11/400＝3%程度 （石狩湾新港の計画例： 洋上約10万kW 500ha（□2.2km）） 水素製造コスト目標：40円/m3台以下（2020年） 販売価格目標：100円/m3以下（2020年） 送電線空き容量分 送電網 Min.12万kW 液体水素製造設備 600kg/h 水素ガス 液体水素 液体 水素輸送車 メガユーザの 確保が鍵 • • • • 自動車 五輪バス 火力プラント混焼 都市ガス微量添加 水電解水素製造設備 6000m3/h © 2016 Toshiba Corporation 59 福島県の農業集落 孤立可能性 • 約2800の農業集落の1割が孤立の可能性 • 農業、エネルギー自給、再エネ、孤立回避のソリューションとして再エネ水素を活用 出典：中山間地等の集落散在地域における 孤立集落発生の可能性 内閣府（平成26年10月） http://www.bousai.go.jp/jishin/chihou/pdf/20141022-koritsuhoukokusyo.pdf © 2016 Toshiba Corporation 60 再エネ導入促進に寄与する水素事業モデルの一案 ２ ●再エネと再エネ水素の地産地消によるアグリタウンエネルギー事業 再エネFIT売電とタウン内エネルギー供給のセット事業で事業継続性を確保 • 再エネは送電線の空き容量を最大に活用してFIT売電 • 契約出力を超える再エネはタウン内に熱電併給（例：ビニールハウス農業振興） ⇒ 再エネ導入と貯蔵水素で災害時も孤立しない豊かでエコな農村の実現 実現条件：タウンのレジリエンス向上を条件に、設備補 出力 タウンでの利用分 FIT売電 時間 助とFIT売電が可能な補助枠を創出 契約出力上限 FIT売電 メガソーラー 水素 電気 温水 地域モビリティ 余剰再エネは農業施設の電力や温度調節、孤立時の非常用電力として利用 © 2016 Toshiba Corporation 61 福島県の水素社会実現に向けて • 2040年頃、県内エネルギー需要を全て再エネで産み出す 政策の 実現に水素の貢献が期待できる環境にある • その貢献が事業継続性をもった水素ビジネスとして成立・発展すべき • 水素ビジネスの初期育成段階においてイノベーションコースト構想や 新エネ社会構想等の活用で、ビジネスの初期育成が期待できる • このような構想の中で県内企業は製造・技術面での貢献と水素ビジ ネスでの雇用創出が期待できる 福島県 水素社会のフロンティア 東芝は水素を活用したソリューションにより貢献いたします。 © 2016 Toshiba Corporation 62
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