第3章 燃料電池等による建物の低炭素化技術

(
)
100kW
(1kW
)
(
(
)
(
)
)
2011
2
3.2
3.2.1
- 162 -
2012
3.2.2
3.3
CO2
1980
CO2
3.4
CO2
(
)
3.4.1
3.4.2
- 163 -
(1)
- 164 -
(2)
- 165 -
(a)
- 166 -
(b)
(c)
(d)
- 167 -
(e)
(f)
(g)
- 168 -
(h)
- 169 -
(3)
- 170 -
(a)
PEFC
SOFC
SOFC
60
(b)
PEFC
10
SOFC
- 171 -
300
(c)
(d)
(kW)
(e)
MCFC
3.6
- 172 -
(4)
HEMS
BEMS
- 173 -
(80
100
10
- 174 -
- 175 -
- 176 -
- 177 -
- 178 -
- 179 -
- 180 -
- 181 -
22
1
18.2%
12
7,180
14.4%
CO2
15%
- 182 -
5,800
2
1,670
(1)
3.20
3.21
(2,000m2)
1
(50,000m2
)
5,000m2 10,000m2 30,000m2
80m2/
(
)
50
25
F-1
10
F-2
3
- 183 -
50
F-3
300
(a)
(b)
- 184 -
- 185 -
燃料電池排熱と建物用途の組み合わせリスト
表 3.24 燃料電池排熱と建物用途の組み合わせリスト
表 0.7
- 186 -
(2)
CO2
CO2
- 187 -
25
30
- 188 -
20
17
5
- 189 -
- 190 20
24
15 20
10
15
10
- 191 -
25
20
- 192 -
16
13
- 193 -
(a)
(%)
55
(%)
50.0
54.5
49.5
54
49.0
53.5
48.5
53
48.0
0.0
5,000(m2)
2,000(m2)
50,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)30,000(m2)
3.0
4.0
5.0
(%)
50.0
49.5
49.0
48.5
48.0
0.0
50,000(m2)
2,000(m2)
5,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)
3.0 30,000(m2)
4.0
5.0
- 194 -
0.0
30,000(m2)50,000(m2)
2,000(m2)
5,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)
3.0
4.0
5.0
(b)
(%)
25.0
(%)
30.0
23.0
28.0
21.0
26.0
19.0
24.0
17.0
22.0
15.0
20.0
0.0
5,000(m2)
2,000(m2)
50,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)30,000(m2)
3.0
4.0
5.0
0.0
30,000(m2)50,000(m2)
2,000(m2)
5,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)
3.0
4.0
5.0
(MJ/m2 yr)
1,600
(%)
35.0
1,400
30.0
1,200
1,000
25.0
800
20.0
600
400
15.0
200
0
10.0
0.0
50,000(m2)
2,000(m2)
5,000(m2)
1.0
2.0 10,000(m2)
3.0 30,000(m2)
4.0
5.0
- 195 -
(c)
(%)
CO2
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
120
30.0
25.0
100
25.0
250
20.0
80
20.0
200
15.0
60
15.0
150
10.0
40
10.0
100
5.0
20
5.0
50
0.0
0
0.0
0
30.0
(%)
30.0
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
300
(t CO2)
600
30.0
25.0
500
25.0
1,500
20.0
400
20.0
1,200
15.0
300
15.0
900
10.0
200
10.0
600
5.0
100
5.0
300
0.0
0
0.0
0
(%)
30.0
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
3,000
25.0
2,500
20.0
2,000
15.0
1,500
10.0
1,000
5.0
500
0.0
0
- 196 -
1,800
- 197 -
(d)
CO2
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
1,800
30.0
25.0
1,500
25.0
1,500
20.0
1,200
20.0
1,200
15.0
900
15.0
900
10.0
600
10.0
600
5.0
300
5.0
300
0
0.0
30.0
0.0
2,000m2
5,000m2
10,000m2
30,000m2
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
30.0
50,000m2
(t CO2)
(%)
(%)
0
2,000m2
(t CO2)
1,800
5,000m2
10,000m2
30,000m2
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
50,000m2
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
1,800
30.0
25.0
1,500
25.0
1,500
20.0
1,200
20.0
1,200
15.0
900
15.0
900
10.0
600
10.0
600
5.0
300
5.0
300
0
0.0
0.0
2,000m2
5,000m2
10,000m2
30,000m2
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
30.0
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
1,800
25.0
1,500
20.0
1,200
15.0
900
10.0
600
5.0
300
0.0
0
2,000m2
5,000m2
10,000m2
30,000m2
0
2,000m2
50,000m2
50,000m2
- 198 -
1,800
5,000m2
10,000m2
30,000m2
50,000m2
(e)
CO2
- 199 -
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0
1
2
3
4
5
(t CO2)
(t CO2)
(%)
(%)
30.0
(t CO2)
(%)
(%)
(t CO2)
600
25.0
500
20.0
400
15.0
300
10.0
200
5.0
100
0.0
0
(0.76)
(0.79)
(1.12)
- 200 -
(1.51)
(4.26)
(f)
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0
1
2
3
4
- 201 -
5
6
(g)
- 202 -
- 203 -
(a)
(b)
11
SOFC
(100kW
400kW
2 )
200kW
5
PEFC40kW
40kW
17
1
- 204 -
- 205 -
(c)
14
518kW
12
150kW
19
500kW
24
150kW
3
- 206 -
- 207 -
(d)
- 208 -
- 209 -
3.3
3.3.1
スマート水素ハウスの省エネ・CO2 削減効果の評価
概念と先行事例の調査
(1)スマート水素ハウスの概念
水素パイプラインが都市内に構築された近未来を想定し、水素を利用した燃料電池を中
心に、水素製造技術、貯蔵技術等を活用し、これらを HEMS（ホームエネルギーマネジメン
トシステム）により最適に制御することによって、低炭素で環境に優しく、負荷平準化と
エネルギー自立による安全・安心、高い利便性と快適性を実現した住宅を「スマート水素
ハウス」とする（図 3.20、図 3.21）。
(2)スマート水素ハウスのメリット・デメリットと特徴
スマート水素ハウスと一般の住宅（スマートハウスを含む）の比較について表 3.27 に
示す。スマート水素ハウスが特徴的な点は、
「水素は炭素を含まず限りなくゼロカーボン化
が期待できること」「エネルギーの高効率利用が可能なこと」「水素をエネルギーバッファ
ーとして、住宅内での負荷変動抑制・負荷平準化に貢献できること」
「住宅のエネルギー自
立が可能で防災型住宅として期待できること」などが挙げられる。
一方で、安全対策や設置面積、コストなどの課題が挙げられる。
図 3.20
スマート水素ハウスのイメージ
- 210 -
図 3.21
表 3.27
スマート水素ハウスの概念と目的
一般住宅とスマート水素ハウスの比較（メリット・デメリット）
エネルギー源
一般住宅
スマート水素住宅
住宅のエネルギー源として、電気、都市ガスを利用。
場合によっては、オール電化住宅もある。
原則として、水素エネルギーで全てのエネルギーを賄
うことが可能だが、電力の供給も受ける。
エネル
ギー高効
率利用
燃料電池利用
○
都市ガスを燃料としたＰＥＦＣ等の燃料電池
を導入可能。発電効率は40～45％程度
◎
純水素を燃料とすることで、更なる効率向上と
機器のシンプル化・低コスト化が可能。発電効
率は50～55％程度と期待。
総合利用
○
ＨＥＭＳと組み合わせて、効率的なエネル
ギーマネジメントが可能
○
ＨＥＭＳと組み合わせて効率的なエネルギー
マネジメントが可能（ＨＥＭＳの組合せが前提）
エネル
ギー変動
抑制・平
準化
太陽光発電
利用
○
昼間の電力逆潮を前提に設置。負荷変動
により電力系統に悪影響。蓄電池と組み合
わせることにより変動抑制・負荷平準化
◎
昼間の余剰太陽光発電電力は水素として貯
め、夜間など住宅に電力が必要な時に燃料電
池で供給。負荷変動抑制、負荷平準化に貢献
蓄エネルギー
△
家庭用蓄電池に貯めることが可能だが、エ
ネルギーロスを伴う。
△
水素に変換し燃料として貯めることが可能だ
が、エネルギーロスを伴う。
自立運転（防災性）
△
家庭用蓄電池によるバックアップが可能だ
が、容量に制限があり、限られた範囲での
自立。
○
水素に変換し貯め、燃料電池による自立運転
可能。電気だけでなく、お湯も製造。
安 全 性
◎○
都市ガスの導入は実績があり、十分な安
全・地震対策が可能。また、オール電化住
宅であれば火元は住宅内に無い。
○
水素は敷地内の屋外機置き場までであり、住
宅内には引き込まれていない。屋外の水素は
十分な安全対策を取ることが必要。
機器設置スペースの制約
○△
都市ガス機器はコンパクト。燃料電池、エコ
キュートは貯湯槽を含めスペースが必要。
△
燃調電池はコンパクト化が可能だが、貯湯槽、
水素製造・貯蔵装置も設置スペースが必要。
費用対効果
○
都市ガス利用燃料電池、太陽光発電、オー
ル電化などはそれぞれ費用対効果が期待。
－
設置コストは最も必要。一方、水素の供給単
価が定まっておらず、評価不能。
スマート水素ハウスの特徴
○水素は炭素を含まず限りなくゼロカーボン化が期待。
○純水素燃料の燃料電池を中心に、エネルギーの高効率利用。
○太陽光発電と組合せた際は、水素や燃料電池をバッファーに負荷変動抑制・負荷平準化に貢献。
○住宅のエネルギー自立が可能で防災型住宅が可能。
△屋外の水素に関しては、十分な安全対策が必要。
△機器設置にスペースを要し、敷地条件に制約を受ける。
△費用対効果は定まっておらず、評価できない。設置コストは高く、安価な水素供給が求められる。
- 211 -
(3)スマート水素ハウスの要素・周辺技術
将来の水素社会実現の際に想定されるスマート水素住宅の目的・考え方を、「ゼロカー
ボン（低炭素化）」「負荷変動抑制・平準化に寄与」「エネルギー自立による防災対応」「高
い利便性・快適性の実現」と想定し、これを実現する要素・周辺システムに関連する技術
開発動向や技術事例等を整理する（図 3.22）。
＜目的・考え方＞
＜適用要素技術・周辺技術等＞
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
図 3.22
スマート水素ハウスの周辺技術
- 212 -
①家庭用エネルギー制御技術(HEMS)
HEMS の概要について表 3.28 に示す。
表 3.28
HEMS の概要
②水素利用家庭用燃料電池(FC)
北九州水素タウンでは、実証段階としての取り組みを行っている。地域の工場で発生す
る副生水素をパイプラインで水素タウンへ供給し、タウン内の住宅や公共施設等に設置す
る燃料電池や燃料電池を搭載した小型移動体の運用を実施している。
【実施主体】水素供給・利用技術研究組合（HySUT）、福岡水素エネルギー戦略会議
【実証研究項目】

水素パイプラインによる水素供給技術の実証

純水素型燃料電池等の多用途・複数台運転実証

小型移動体への水素充電実証
出典：ＪＸ日鉱日石エネルギープレスリリース資料、ＨｙＳＵＴホームページ
周南市水素タウンでは、ソーダ工場で発生する副生水素を一般家庭に設置した非改質タ
イプ固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステム（以下「水素供給燃料電池」）
にパイプラインで供給し、発電・給湯を行うモデル事業を実施している。
【実施主体】周南市温暖化対策地域協議会（水素タウンモデル事業推進部会）
【事業概要】

水素パイプラインの敷設（トクヤマ徳山製造所、山口合同ガス）

一般家庭 2 世帯に 0.7kW 水素供給燃料電池を設置（東芝燃料電池システム）

水素供給燃料電池の基本性能（発電量、熱回収量等）を測定し、一次エネルギー削
減効果や二酸化炭素削減効果等を評価
【実証結果】
- 213 -

水素供給燃料電池の特性(優位性)として、高い CO2 削減効果や、起動時間の早さ、
優れた負荷追従性等が確認された。

湯溜まりによる発電停止等を効率よく防ぐことにより、更なる運転効率の向上が期
待される。

燃料電池機器そのものの耐久性及び信頼性の向上を進めるとともに、本体価格の大
幅なコストダウンが必要。

安価で安定供給可能な高純度の副生水素の確保、水素供給配管に関する安全基準等
の法的整備、また、水素供給基盤整備のための資材の大幅なコストダウン等が必要。
出典：周南市温暖化対策地域協議会 水素タウンモデル事業推進部会「水素タウンモデル事業報告書」
③自然エネルギー由来の水素製造技術（家庭用）
自然エネルギー由来の水素製造技術を表 3.29 に示す。完全自給タイプの水素エネルギ
ーシステムの事例とソーラー水素ステーションの事例を以下に示す。
表 3.29
自然エネルギー由来の水素製造技術
出典：「平成 17 年度 特許流通支援チャート 水素製造」独立行政法人 工業所有権情報・研修
館、「水素・燃料電池社会に向けた欧米諸国の政策と将来展望」第 14 回研究報告・討論
会資料、その他資料をもとに作成
■
ＺＥＥＰ２４
【開発】株式会社 FC-R&D
【システムの特徴】（表 3.30）

24 時間自立発電システム

昼間は太陽光発電による電力供給
- 214 -
2kW
2kW
4kNL 10kWh
200
- 215 -
/h
350
700
1/500
14
Griffith University
- 216 -
JX
- 217 -
- 218 -
±
24
- 219 -
7
5
- 220 -
PHV
HEMS
HEMS
PHV
HEMS
V2H
EDMS
SOLAMO
4
2
4
- 221 -
SOLAMO
4
CEMS
- 222 -
HEMS
HEMS
- 223 -
+
2.77
+
0.75
+
1.01
1.84
0.13
PV
+
+
+
+
0.32
1.78
0.15
CO2
PV
+
+
+
CO2
0.23
1.12
CO2
t CO2/
HP
- 224 -
64
- 225 -
0:00
6:00
12:00
18:00
24:00
18:00
24:00
18:00
24:00
18:00
24:00
+
0:00
6:00
12:00
+
0:00
+
6:00
12:00
+
+
+
1
+
2
2
0:00
6:00
+
12:00
+
+
- 226 -
- 227 -
図 3.26
スマート水素ハウスパンフレット（表）
- 228 -
図 3.27
スマート水素ハウスパンフレット（裏）
- 229 -
(
24
12
)
CO2
(
(
)
)
- 230 -
(
)
3.28
3.30
- 231 -
- 232 -
3.31
3.33
- 233 -
3.35
3.32
(
)
(
(
)
)
2
(
)
(
(
(
)
)
(
)
- 234 -
)
(
)
(
)
(
[
/
](
))
(
[
/
](
))
- 235 -
(1)
(http://www.kenken.go.jp/becc/index.html)
3.36
- 236 -
(
)
(
)
(2)
(
)
(
)
100%
- 237 -
1,556MJ/(
m 2)
3.33
)
(
(
(
)
)
1/4
3.37
VAV
4
1/4
2%
4%
(1.1/0.84
COP
)
8%
HP
13
- 238 -
17%
1.3/0.87
EHP
GHP
5
10%
7
2
)
1/4
2
5
- 239 -
(
- 240 -
(
)
1)
2)
(
)
(
(
3)
(
)
)
)
(
)
(
)
4)
(
)
(
(
- 241 -
)
)
- 242 -