家庭用燃料電池

家庭用燃料電池または住宅用燃料電池は、主電源またはバックアップ電源の生成に使用される電気化学セルです。これらは、より大規模な産業用固定燃料電池に似ていますが、住宅用に小規模に構築されています。これらの燃料電池は通常、熱電併給 (CHP)またはマイクロ熱電併給 (m-CHP)技術に基づいており、電力と温水または温風の両方を生成します。

用途

家庭用燃料電池は、必要な量の電気と熱を常に正確に生産するために、電力網に沿って設置されます。さらに、家庭用燃料電池は、熱だけを生成する従来の炉と組み合わせることもできます。たとえば、ドイツの会社Viessmann は、従来の 19 kW の熱生成炉と統合された、電力出力 0. kW、熱出力 1 kW の家庭用燃料電池を製造しており、燃料電池の生産量以下の電力と生産量以上の電力を電力網から供給しています。^[1]

PEMFC燃料電池 m-CHP は低温 (50 ～ 100°C) で動作し、高純度の水素を必要とします。汚染されやすいため、変更を加えることで高温で動作し、燃料改質器を改良することができます。SOFC燃料電池 m-CHPは高温 (500 ～ 1,000 °CP) で動作し、さまざまなエネルギー源を扱うことができますが、高温では温度に対応するために高価な材料が必要です。変更を加えることで低温で動作させることができます。高温のため、SOFC は一般に起動時間が長くなります。

環境への影響

家庭用燃料電池は、その場で消費される電気と熱を生成するため、理論上の効率は 100% に近づきます。これは、送電ロスと無駄な熱の両方があり、家庭の暖房に余分なエネルギー消費を必要とする従来の非家庭用電力生成や燃料電池とは対照的です。家庭用燃料電池は、常に必要な量の熱と電気の両方を生成することはできません。したがって、通常はスタンドアロンの設備ではなく、従来の炉と組み合わせて、燃料電池で生成される電力を上回るまたは下回る電力需要のために電力網に接続されます。そのため、全体的な効率は 100% を下回ります。

家庭用燃料電池の効率性の高さから、ドイツなどの一部の国では気候変動への対応策の一環として、燃料電池の設置を経済的に支援している。^[2]

インストール

家庭用燃料電池は、屋内の機械室または屋外に設置できるように設計・製造されており、24時間365日、バックグラウンドで静かに稼働します。住宅のメインサービスパネルを介して電力網に接続され、ネットメータリングを使用する家庭用燃料電池は、既存の電気システムや温水システムと簡単に統合でき、電力網相互接続要件に準拠しています。電力網が中断した場合、システムは自動的に電力網に依存しないモードで動作するように切り替わり、電力網がダウンしている間、住宅内の専用回路に継続的なバックアップ電力を供給します。また、オフグリッドで動作するように変更することもできます。

現在のインストール

Google、eBay、FedExなど20社が自社ビルにブルームエナジーの燃料電池を設置している。^[3] eBayのCEOは2010年に60 Minutesで、燃料電池を設置してから9か月で電気代が10万ドル節約できたと語った。^[4]

オレゴン州に拠点を置くClearEdge Powerは、2014年までにジャッキー・オートリー氏^[5]、ベイエリアの資産管理人ブルース・ラーベ氏^{[6] 、ベンチャーキャピタル投資家ゲイリー・ディラボー氏}^[7]の自宅に5kWのシステムを設置していた。

日本で商業的に稼働している「エニファーム」と呼ばれる燃料電池は地方自治体の支援を受けており、天然ガスを使って燃料電池を動かし、電気と温水を生み出している。

2013年には、マイクロ熱電併給燃料電池の世界販売の64％が、2012年の従来の機械式回転システムの販売を上回りました。^[8]

ライフサイクル

燃料電池の平均寿命は約60,000時間です。夜間に停止するPEM燃料電池ユニットの場合、推定寿命は10年から15年になります。^[9]

料金

ほとんどの家庭用燃料電池は、設置ワットあたりのコストで言えば、住宅用太陽光発電システムと同等です。 ^[要出典]天然ガスを動力源とする家庭用燃料電池の中には、太陽光が最も適した場所であっても、同じ規模の太陽光発電システムよりも年間 8 倍のエネルギーを生成できるものもあります^[要出典]。たとえば、5 kW の家庭用燃料電池は、年間約 80 MWh の電気と熱を生成しますが、5 kW の太陽光発電システムでは約 10 MWh しか生成しません。ただし、太陽光発電は再生可能資源であり、基本的に運用コストがかかりませんが、天然ガスはどちらもないため、これらのシステムを直接比較することはできません。

家庭用燃料電池の運用コストは、電気と熱負荷をフルに活用すると仮定すると、天然ガスの1サーマルあたり 1.20 ドルを基準にすると、1 kWh あたり 6.0 セントまで低くなります。 ^[場所]^{[引用が必要]}

住宅用燃料電池は初期投資コストが高い場合があります。2012年12月現在、パナソニックと東京ガスは日本で約21,000台のPEMエニファームを設置前の価格22,600ドルで販売しました。^[10]

インセンティブ

米国では、家庭用燃料電池は再生可能エネルギー政策の一環として、州および連邦レベルで相当のインセンティブとリベートの対象となっている。例えば、カリフォルニア州自家発電奨励プログラム（SGIP）のリベート（1kWあたり2,500ドル）と連邦税額控除（住宅用は1kWあたり1,000ドル、商業用は1kWあたり3,000ドル）により、顧客の純資本コストが大幅に削減される。企業にとっては、燃料電池のボーナスや加速償却による追加の現金メリットが実現できる。^[11]

さらに、家庭用燃料電池は、多くのサービスエリアで、発電されたが使用されなかった余剰電力を電力会社グリッドに戻すことで、ネットメータリングクレジットを受け取ることができます。^[12]

再生可能エネルギーとエネルギー効率に関する州のインセンティブデータベース（DSIRE）は、再生可能エネルギーとエネルギー効率を促進する州、地方、公益事業、連邦のインセンティブに関する包括的な情報を提供します。^[13]

カリフォルニア

特にカリフォルニア州では、エネルギー消費が基準値を超えると電力会社はkWhあたりの料金を高く設定し、そのレベルでの消費を抑制するために最上位層の料金を最高額に設定しています。家庭用燃料電池は、顧客が最上位層の料金にさらされるリスクを軽減し、住宅所有者の年間エネルギーコストを最大45%削減します。^[14]

市場の状況

家庭用燃料電池は新しい市場であり、エネルギー調達の根本的な変化を表しています。^[15]米国の家庭に個別の家庭用燃料電池システムを設置することは、米国のエネルギー自立と一致しています。家庭内の家庭用燃料電池システムは、公共事業への依存を減らし、エネルギー効率を高め、米国の外国エネルギー輸入への依存を減らすことができます。^[16]分散型発電アプローチによるこのエネルギーの自家発電は、米国の発電能力を確保して増加させ、新しい発電所や送電線を追加することなく、未使用の電気を送電網に送り返すことを可能にします。^[要出典]

参照

参考文献

^ “Vitovalor.de – Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor 300-P – die stromerzeugende Heizung” [Vitovalor.de – 燃料電池炉 Vitovalor 300-P – 発電用ヒーター]。vitovalor.de (ドイツ語) 。2015 年7 月 29 日に取得。
^ “Richtlinie zur Förderung von KWK-Anlagen bis 20 kWel (Mini-KWK-Richtlinie)” [最大 20 kW _elまでの CHP 設置のサポートに関するガイドライン(Mini-CPH ガイドライン)]。klimaschutz.de (ドイツ語)。 2015 年 3 月 17 日のオリジナルからアーカイブ。2015 年7 月 28 日に取得。
^ 「KR・スリダールの『魔法の箱』はゴールデンタイムに間に合うか？ - フォーチュン」。2010年4月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年2月21日閲覧。
^ ブルームボックス：エネルギーのブレークスルー？ – CBSニュース
^ ラモニカ、マーティン。「ClearEdge が太陽光パネルよりも家庭用燃料電池を推奨」CNET ニュース。2011年5 月 24 日閲覧。
^ リチャード・ハルステッド。「ケント・ウッドランズの住民が、燃料電池を使って自宅の電力を賄う同郡初の住民に」マリン・インディペンデント・ジャーナル。 2011年2月18日閲覧。
^ Schwab, Jennifer (2010 年 12 月 15 日). 「グリーンの最先端」. Huffington Post . 2011 年5 月 24 日閲覧。
^ 燃料電池産業レビュー 2013
^ エネファームの最新動向
^ よりお求めやすく、設置も簡単な家庭用燃料電池「エネファーム」新発売
^ カリフォルニア州エネルギー委員会: 分散型発電 2008年5月13日アーカイブ、Wayback Machine
^ 「Customer Generation」www.cpuc.ca.gov . 2023年12月27日閲覧。
^ 「再生可能エネルギーと効率化のための州インセンティブデータベース」。2008年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年10月15日閲覧。
^ 「カリフォルニア州エネルギー委員会の公益事業エネルギー効率」。2019年6月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月6日閲覧。
^ Brown, James E.; Hendry, Chris N.; Harborne, Paul (2007-04-01). 「燃料電池の新興市場? 4 か国における住宅用熱電併給発電」.エネルギー政策. 35 (4): 2173–2186. doi :10.1016/j.enpol.2006.07.002. ISSN 0301-4215.
^ 「定置型電力用途向け燃料電池」Energy.gov。2023年12月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年12月27日閲覧。

外部リンク

米国エネルギー省（DOE）エネルギー効率および再生可能エネルギー（EERE）：水素、燃料電池およびインフラ技術プログラム
燃料電池の現在

[1] “Vitovalor.de – Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor 300-P – die stromerzeugende Heizung” [Vitovalor.de – 燃料電池炉 Vitovalor 300-P – 発電用ヒーター]。vitovalor.de (ドイツ語) 。2015 年7 月 29 日に取得。

[2] ^ “Richtlinie zur Förderung von KWK-Anlagen bis 20 kWel (Mini-KWK-Richtlinie)” [最大 20 kW _elまでの CHP 設置のサポートに関するガイドライン(Mini-CPH ガイドライン)]。klimaschutz.de (ドイツ語)。 2015 年 3 月 17 日のオリジナルからアーカイブ。2015 年7 月 28 日に取得。

[3] 「KR・スリダールの『魔法の箱』はゴールデンタイムに間に合うか？ - フォーチュン」。2010年4月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年2月21日閲覧。

[4] ブルームボックス：エネルギーのブレークスルー？ – CBSニュース

[5] ラモニカ、マーティン。「ClearEdge が太陽光パネルよりも家庭用燃料電池を推奨」CNET ニュース。2011年5 月 24 日閲覧。

[6] リチャード・ハルステッド。「ケント・ウッドランズの住民が、燃料電池を使って自宅の電力を賄う同郡初の住民に」マリン・インディペンデント・ジャーナル。 2011年2月18日閲覧。

[7] Schwab, Jennifer (2010 年 12 月 15 日). 「グリーンの最先端」. Huffington Post . 2011 年5 月 24 日閲覧。

[8] 燃料電池産業レビュー 2013

[9] エネファームの最新動向

[10] よりお求めやすく、設置も簡単な家庭用燃料電池「エネファーム」新発売

[11] カリフォルニア州エネルギー委員会: 分散型発電 2008年5月13日アーカイブ、Wayback Machine

[12] 「Customer Generation」www.cpuc.ca.gov . 2023年12月27日閲覧。

[13] 「再生可能エネルギーと効率化のための州インセンティブデータベース」。2008年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年10月15日閲覧。

[14] 「カリフォルニア州エネルギー委員会の公益事業エネルギー効率」。2019年6月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月6日閲覧。

[15] Brown, James E.; Hendry, Chris N.; Harborne, Paul (2007-04-01). 「燃料電池の新興市場? 4 か国における住宅用熱電併給発電」.エネルギー政策. 35 (4): 2173–2186. doi :10.1016/j.enpol.2006.07.002. ISSN 0301-4215.

[16] 「定置型電力用途向け燃料電池」Energy.gov。2023年12月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年12月27日閲覧。