燃料電池の開発

全体エネルギー系統を構成する個々の要素がそれぞれの特徴 を活かした最適なエネルギー社会の実現に向け、その重要な要 素の一つであるマイクログリッドの最適設計技術や分散電源によ る系統貢献の研究とともに、将来の発電技術の高性能化の可能 性についての研究を実施している。

火力発電などの出力制御が可能な電源は電力需給バランスを 取る必要があるため、今後CO2排出量削減に向けて原子力発電 の稼働率向上と自然エネルギーの利用拡大が進むと、より広い負 荷範囲で運転されることになると予想される。そこで、燃料電池 の持つ特性、すなわち負荷が下がるほど電池本体のエネルギー変 換効率が高まるという特徴に着目し、広い負荷範囲で高い熱効率 を維持できる発電システムの研究を行った。

燃料電池は一般に酸化剤として空気の代わりに酸素を用いるこ とで単セル電圧が向上するが、中でもMCFCと低温作動形の SOFCで向上幅が大きい。そこで、幅広い条件化で信頼性の高い 性能相関式が得られているMCFCを用いたシステムの設計を行っ た。図1に示すように、理論当量比の燃料と酸素のみを供給し、 CO2とH2Oを循環させるセミクローズド構成とすることで、表１に示す ように広い負荷範囲にわたって非常に高い熱効率となることが分か った。さらに、このシステムはCO2全量を容易に回収可能であるとと もに、燃料電池の出力密度(kW/m2)が非常に高くなるので燃料電 池発電システムの低コスト化も図ることができる。