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固体酸化物形燃料電池(SOFC)の開発

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、化石燃料を用いる発電装置の中で発電効率が最も高く、同時に高品位な排熱も回収できる事から、低炭素社会実現に貢献する分散型エネルギー供給システムとして期待されています。東京ガスはSOFCの開発に取り組み、エネルギーセキュリティを高め省CO2に貢献できるエネルギーシステムの普及拡大を進めます。
 

目的


SOFCは以下の優れた特徴があり、現在家庭用コージェネレーションシステム「エネファーム」として実用化されています。更に普及させていくためには、低コストでありながら耐久性と信頼性を高める事が求められます。加えて、業務・産業用ではこれまで熱需要が少なくコージェネレーションの導入が困難であったオフィスビルやコンビニなど新たな市場開拓につながる、更なる発電効率向上も期待されています。これらの課題を解決できるSOFCの開発に取り組み、低炭素社会実現に貢献する分散型エネルギー供給システムの普及拡大を目指します。
 

 SOFCの特徴

  • 高い効率(45%LHV以上)で発電する事ができます。
  • 作動温度(600~1,000℃)が高く、高品位な排熱が利用できます。
  • 電気を必要とする場所で発電する事ができるため、送電ロスが少なくエネルギーを有効に利用できます。
  • 多様な燃料(水素や一酸化炭素)を利用できます。
  • 直接燃料の改質が行えるため、システムが小型・簡素化でき、低コストが期待できます。
 

家庭用SOFCの本格普及に向けた取り組み

 
エネファームの更なる普及に向けて、発電部であるセルスタックの耐久性や信頼性評価と、セルスタックを収納し高温を維持した状態で発電を行うホットボックスの低コスト化に取り組んでいます。セルスタックについては連続運転試験や起動・停止を考慮した熱サイクル試験、緊急シャットダウン試験など実運転状況を想定した各種評価を行い信頼性の確認や課題の早期抽出、ホットボックスについてはより低コストを目指した試作研究を行っています。また、SOFCを構成する各種材料についての基礎物性評価や早期に劣化要因を抽出するための高度劣化解析手法の検討など、SOFCに関する要素技術の研究も行っています。
 
SOFCセルスタック評価装置 SOFCホットボックス試作評価
SOFCセルスタック評価装置
SOFCホットモジュール試作評価
 
          
 
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SOFCの高効率化に向けた開発


大規模火力発電所の発電効率を凌駕する業務用分散型電源の実現に向けて、SOFCシステムの高効率化に取り組んでいます。SOFCシステムにおいて、発電反応に寄与できる燃料の割合を上げることで、発電効率を向上させることを目指しています。具体的には、SOFCの燃料極の排ガスから発電反応に伴い生成される水蒸気やCO2を取り除き、未反応燃料を濃縮して再利用することで、高効率の実現を目指しています。東京ガスでは、この「燃料再生技術」の要素技術開発や、高効率化によって従来よりも少なくなる排熱を機器内部で有効に活用するための「熱マネジメント技術」の開発に取り組んでいます。また、実際にシステムを設計・製作し、高効率発電の実証試験を行っています。

 
高効率を実証した試作機の内部構造
高効率を実証した試作機の内部構造
 

展望


SOFCの更なる高効率化、低コスト化、高耐久性、高信頼性を進め、低炭素社会の実現に貢献しうる分散型エネルギー供給システムの普及拡大に取り組んでいきます。
 

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