太陽光発電水素製造プラントにおけるアルカリ水電解槽の混合構成
Mixed Configuration of Multi-to-One Alkaline Electrolyzers in Solar Power-to-Hydrogen Plants
太陽光発電水素製造プラントにおけるアルカリ水電解槽の構成について、資本投資コストの削減と運用柔軟性の向上の両立を目指す混合構成法を提案する。複数の水電解槽が単一のボイラー・タービン・発電機(BoP)システムを共有する多対一構成は、運用柔軟性を犠牲にするという課題があった。本研究では、多対一構成と一对一構成の利点を組み合わせた混合構成モデルを提案し、水素製造特性、オンオフ切り替え、電力配分をモデル化し、工学的知見に基づき多対一クラスター特有の結合制約を特徴づけた。レベル化水素製造コスト(LCOH)最小化を目的とした混合整数分数計画法(MIFP)モデルとして定式化し、情報ギャップ決定理論(IGDT)を用いて太陽光発電出力の不確実性に対応、計算複雑性を低減するために有界ディンケルバッハアルゴリズムを用いた。中国北部での実プロジェクトに基づく事例研究では、提案された混合構成モデルが、均一な4対1、2対1、1対1構成と比較して、LCOHをそれぞれ0.6%、0.7%、1.3%削減することが示された。また、IGDTに基づくロバスト性分析により、混合構成は所定のLCOH制限下で最大の許容可能PV不確実性半径を達成することが実証された。
- 太陽光発電水素製造プラント向けに、多対一構成と一対一構成を組み合わせたアルカリ水電解槽の混合構成モデルを提案し、LCOH最小化を混合整数分数計画法(MIFP)で定式化、IGDTでPV出力の不確実性に対応した。
- 中国北部の実プロジェクトに基づく事例研究で、混合構成は均一な4対1・2対1・1対1構成と比べLCOHをそれぞれ0.6%、0.7%、1.3%削減した。
- IGDTに基づくロバスト性分析で、混合構成が所定のLCOH制限下で最大の許容可能PV不確実性半径を達成することを示した。
太陽光発電による水素製造プラントの設備構成(電解槽の多対一/一対一の混合)という設計レベルの最適化提案であり、LCOH削減効果は0.6〜1.3%と限定的だが、水素製造の資本コスト構造とPV出力不確実性へのロバスト性を同時に扱っている点は注目に値する。中国北部の実プロジェクトを事例にしているため、中国の大規模グリーン水素案件の設計標準や電解槽需要(多対一構成はBoP共有で電解槽台数が増える)に影響しうる。投資家としては、電解槽メーカー・BoP/パワエレ供給企業への波及と、LCOH低減が事業採算性の閾値を動かすかを注視したい。