【目的】電解槽の運転過程において、新エネルギーの出力変動や起動停止メカニズムへの適応などの問題が存在し、長時間スケールの容量配置モデルではその動的特性を正確に表現できず、水素製造システムの容量計画精度に影響を与える。 【方法】アルカリ(ALK)電解槽とプロトン交換膜(PEM)電解槽の混合水素製造システムを研究対象とし、分単位の時間スケールによる混合水素容量計画手法を提案した。まず、分単位の電解槽起動停止制御モデルを設計し、2種類の電解槽の運転状態を正確に記述した。次に、ALK電解槽の変動対応力の低さおよび起動停止時間の長さの問題に対して、ALK電解槽の安定運転を優先的に保障する出力配分戦略を設計した。最後に、混合水素システムの容量計画問題に対して多目的最適化を行い、拡張ε制約アルゴリズムに基づきパレート解集合を求めた。【結果】シミュレーション結果より、風力および太陽光の装置容量各20 MW、システム投資費用2,500万円の条件下で、提案した1分級モデルは従来の15分級モデルと比較し、平均日次水素製造量を14.7%向上させ、単位水素製造コストを7.5%低減し、電力の放棄率を63.6%低下させた。さらに、1分級のスケジューリング精度の下で、ALK/PEM電解槽の配比は投資の増加に伴い漸進的に最適化され、2,500万円未満の投資ではALK電解槽の割合が90%以上、3,000万円超の投資ではPEM電解槽の投資割合が19.4%に上昇した。一方、15分級モデルでは2,000万円の投資時点でALK/PEM容量比が4:1に達しており、早期にPEM電解槽の割合が増加することは、工学的実情に合致せず、生産指標を低下させ、大時間スケールのスケジューリングでは容量ミスマッチを生じさせる可能性を示している。

電解槽;混合水素製造;多目的最適化;容量配置最適化;再生可能エネルギー