燃料電池とCC（コンバインドサイクル）発電

質問

燃料電池の効率について、GCC（ガスコンバインドサイクル発電）と比べたときの優位性について教えてください。
燃料電池ではSOFC（固体酸化物型燃料電池）が一番効率が良いと思います（メーカ―サイトなどの情報を見ると）。
http://japan.internet.com/busnews/20111221/8.html
http://www.noe.jx-group.co.jp/newsrelease/2011/20110915_01_0950261....

東芝の商品で３９％、JXので４５％となっています。
昔に比べて効率は上がっている印象を受けるのですが、
最終的にどこまで効率が上がるんだろうと思って調べてみたところ、
http://www.surugadai.ac.jp/sogo/media/bulletin/Ronso32/Ronso32jinho...
↑の（９）式によるとSOFCの理論最大効率は５２％となっています（間違っていたらご指摘願います）。

つまり、最大で５２％が限界ということでしょうか？

また、三菱重工がSOFCとガスタービンの組み合わせで７０％効率のトリプルコンバインドサイクル発電の研究を開始したらしいですが、（http://www.mhi.co.jp/news/story/1206015214.html）三菱のサイトによると、

＞数十万kW級では70％－LHV（低位発熱量）※1以上、数万kW級では60%－LHV以上

とあるので、出力が下がると効率が落ちているので、スケールメリットがあるということですよね？
SOFC単体で５２％まで上げられるので、ガスコンバインドと組み合わせ、さらに１００万ｋW近くまでスケールアップすれば将来的には７０％以上の効率になりそうな気がしますが、どうでしょうか？

現在、LNG使用のガスコンバインドサイクル発電では５8％ですので、
（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%B0%E5%90%8D%E5%8F%A4%E5%B1%8B%E...）、送電ロスは一般的に５％程度らしいので、発電→需要家までの総合効率は0.58×0.95＝0.55で、５５％ですよね？

東芝などが７００Wの家庭用燃料電池を売ろうとしていますが、効率がどう頑張っても５２％なら、同じLNG燃料の大規模集中発電のガスコンバインド火力発電に力を入れた方がいいんじゃないですか？

三菱重工のトリプルコンバインドが販売となれば、家庭用の燃料電池って存在意義が完全になくなるんじゃないでしょうか？

回答No.3

tanuki4u

今の火力発電も頻繁に起動停止は無理ですが、
↓
http://www.yonden.co.jp/energy/p_station/thermal/page_01.html

火力発電は原子炉から比べれば柔軟です。
なので最初のリプレースターゲットは原子力なんだろうなぁ

燃料電池の運用ノウハウがどのくらい溜まっているかが不明。
開発中とかの資料を見ると基本は「長時間安定運用できました」という方向なので、ON-OFFでどの程度対応できるかわからないですね。

お礼

何度もありがとうございます。

回答No.2

tanuki4u

（９）式によるとSOFCの理論最大効率は５２％
↓
検討において、運転温度の問題を無視しています
http://www.gs-yuasa.com/jp/technic/vol2/pdf/002_1_001.pdf

P3　Fig2　のように運転温度によって効率が変わります。
温度が高いほど、燃料電池と電池としての効率は下がるが、温度が高いほどタービンでの発電効率が上がるので、燃料電池とタービンの複合での効率は高い温度ほど効率が良くなります。

＝＝＝＝＝
スケールメリットがあるということですよね？
SOFC単体で５２％まで上げられるので、ガスコンバインドと組み合わせ、さらに１００万ｋW近くまでスケールアップすれば将来的には７０％以上の効率になりそうな気がしますが、どうでしょうか？
＝＝＝＝＝
↓
概ねそうなります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB

カルノーサイクルは、高温部の温度と低温部の温度だけで決まります。
なので、装置を大きくして高温を保てるようにすれば理論効率が上がります。

＝＝＝
三菱重工のトリプルコンバインドが販売となれば、家庭用の燃料電池って存在意義が完全になくなるんじゃないでしょうか？
＝＝＝
http://www.nuketext.org/mondaiten_tsukurisugi.html
グラフ４の問題が生まれます。
大型の発電装置は、急に止まらない。
家庭用の小型発電装置ってのは、急激に変化する家庭の需要の変化に合わせて作っています（という記憶がある※要検証）

※　駅まで歩いて電車に乗れよ！と言われても、乗用車で移動するのって便利だよね。＜これと同じ経済原理となります。人間ってわがままだから。

補足

＞大型の発電装置は、急に止まらない。
家庭用の小型発電装置ってのは、急激に変化する家庭の需要の変化に合わせて作っています（という記憶がある※要検証）

SOFCの場合は動作温度が大きいので、起動するのに時間がかかるため、頻繁な起動停止などには向いておらず、大型用の連続運転想定に向いているらしいのです（http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7712913.htmlのNo.2の方いわく）。今の火力発電も頻繁に起動停止は無理ですが、効率が６０％程度で、三菱重工のトリプルコンバインドは７０％ですから、将来的に今の火力にリプレースして、送電線で電気を送る形にすればいいと思いました。

燃料電池はSOFCが主流になるようですが（JXが燃料電池はSOFCに一本化するらしいです）、実際、使い勝手（電気を使うとお湯が大量に沸くから、家庭用は出力が低い）と値段、そして効率（将来の伸びしろも含めて）を考えると、将来的に高効率ガスコンバインドサイクル発電効率６０％（LHV）に競合してシェアを奪う可能性はありますでしょうか？　今電力会社が運用しているコンバインドサイクル発電は５７％程度（LVH）のものがありますが、所内消費電力（補機消費電力）と送電ロスの分１割を引いても、５１．３％ですし、何よりも自宅に燃料電池を設置し、保全する費用などが不要ですよね・・・。もしよろしければご意見をお聞かせいただければと思います。

回答No.1

Tann3

この分野はあまり詳しくありませんが、ぱっと見たところ、

・東芝のものは家庭用燃料電池（都市ガス、プロパンガスを燃料に使い、家庭用なので、それだけがあれば発電可能）

・三菱重工のものは、ガスを燃焼させるボイラー、ガスタービン発電機やら蒸気タービン発電機を必要とするので、どう考えても「家庭用」などではなく、独立発電事業用もしくはかなり大型の自家発電用設備

ですよね。

　目的と想定使用者が違うので、同じ土俵で比べる意味はないのでは？