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福島から未来を照らす! 水素エネルギーの最前線


福島から未来を照らす! 水素エネルギーの最前線

この記事の要点は…

エネルギー問題と環境問題の切り札になる水素エネルギーは国策として導入が進む

水素エネルギーの製造・供給を支える、東芝のエネルギー制御システム

復興の象徴として期待される福島の水素エネルギー

環境に優しく、安定的に供給できる新エネルギーの開発・導入が世界的に加速する中、日本が国家戦略として掲げているのが「水素社会」の実現だ。水素社会――それは枯渇の恐れがなく、クリーンな「水素」をエネルギー源にする社会である。燃料電池によるコジェネレーションや、燃料電池自動車・燃料電池バスといった移動体など、様々なインフラを水素が支えていく新しい未来が始動しつつある。

政府は2050年に向けたビジョン、そして2030年までのアクションプランをまとめた「水素基本戦略」を策定している。その戦略で重要な位置を占めるのが福島水素エネルギー研究フィールド(以下 FH2R)だ。

2020年7月の実証運用を目指すFH2Rは福島県浪江町にあり、面積は東京ドーム約5個分に相当する約22万㎡。世界最大級となる10MW(水素製造用電力)の水素製造装置と20MW(設置容量)の太陽光発電設備を備えた広大なフィールドだ。NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)の委託事業として、東芝エネルギーシステムズ株式会社がプロジェクト全体を取りまとめ、東北電力株式会社、岩谷産業株式会社とともに2018年7月に建設工事を開始し、建設を進めてきた。

水素エネルギーの研究フィールドにはどのような期待があり、どんな取り組みが行なわれていくのか。そして、未来の水素社会に向けたビジョンとは。プロジェクトの取りまとめを担うメンバーに聞いた。

クリーンで無尽蔵なエネルギー、水素の社会がやってくる!?

次世代の車と目される水素自動車が紹介され、各地で水素ステーションも稼働し始めた。「水素エネルギー」という言葉を耳にする機会も徐々に増えてきた。

水素は電気エネルギーに変換される工程でCO₂を排出せず、地球温暖化などの環境問題の改善に大きく貢献するエネルギーだ。地球上に無尽蔵に存在し、生成方法も様々なバリエーションがある。日本では、化石燃料などのエネルギー源を海外に依存する既存サプライチェーンからの脱却が課題であり、その解決策として、水素に注目が集まっている。水素は、貯蔵することができ、長距離輸送にも対応する。まさに新時代のエネルギーとして期待がかかっているのだ。

FH2Rは太陽光発電設備による再生可能エネルギー由来の電力と系統からの電力を用いて、水素製造装置によって水素を製造し、貯蔵・供給していく。もちろん、製造から利用に至るまで一貫してCO₂フリーにすることが可能である。環境にやさしい水素供給システムの確立を目指す。

東芝エネルギーシステムズは、プロジェクトの取りまとめと水素エネルギーシステム全体を担当している。東北電力は電力系統側の制御システムを、岩谷産業は水素の貯蔵・供給関連と水素需要予測システムを担っている。NEDOの公募段階からプロジェクトに関わってきた、東芝エネルギーシステムズの水素エネルギー事業統括部 山根氏が語る。

「FH2Rでは、水素の製造・貯蔵を水素需要予測システムによる水素需要予測に基づいて行い、水素製造装置の水素製造量を調節することで電力系統の需給バランスを調整します。同時に、太陽光発電設備からの再生可能エネルギー由来の電力も有効利用します。この水素の製造・貯蔵、電力系統の需給バランス調整、再生可能エネルギー由来電力の利用の3点の最適な組み合わせを実現するシステム制御技術こそ、本プロジェクトのポイントなのです」

東芝エネルギーシステムズ株式会社 水素エネルギー事業統括部 事業開発部 P2G事業開発担当 グループ長 山根史之氏

東芝エネルギーシステムズ株式会社 水素エネルギー事業統括部 事業開発部 P2G事業開発担当 グループ長 山根史之氏

再生可能エネルギーは全国的にさらなる導入と普及が見込まれている。しかし、気象条件に依存する太陽光発電や風力発電は出力の変動が大きいため、電力の需給バランスの調整が課題となっている。変動の大きい再生可能エネルギーを利用して水素を製造し、貯蔵・輸送するというフローを大規模に回し、さらに、需給バランス調整の実証運用に挑むFH2Rは、来たる水素社会のフラッグシップモデルなのだ。

FH2R概念図

「FH2RはPower-to-Gasシステムと呼ばれるもので、このPower-to-Gas分野では、ドイツをはじめとする欧州が先行しており、日本はやや遅れを取ってきたのが現状です。CO₂排出量の削減について、電力セクターだけでは目標値を達成することが出来ないため、交通や産業といった様々なセクターでも同時に対策を行う必要があります。最適な方法が模索されている中、電気分解を利用して、再生可能エネルギー由来の電力を水素というエネルギーに転換できる『Power-to-Gas』が切り札と見込まれています。我が国もこのPower-to-Gasシステムの基盤技術を磨かなければ、CO₂排出量の削減と再生可能エネルギー利用の拡大はできません。また、水素エネルギーシステムで欧州などと伍して戦っていくこともできないでしょう。世界に先駆けたFH2Rへの期待をひしひしと感じています」(山根氏)

FH2R は世界最大級のPower-to-Gasシステムとして世界で初めて稼働する。2020年3月に開所した後、7月には実証運用として、水素の製造、輸送をスタートさせる。製造した水素は燃料電池による発電や燃料電池車、工場の燃料などに活用されていく予定である。

> 精緻な運用システムが水素需要と電力需給のバランスを制御

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