FCモジュール
「燃料電池を使った発電システムを検討したい」と考えたとき、最初に知っておきたいのが燃料電池の種類です。
一口に燃料電池と言っても複数の方式があり、それぞれ特徴や得意とする用途が異なります。
例えば、携帯基地局では、停電時にも通信設備へ電力を供給するバックアップ電源が必要です。災害対応や建設現場では、必要な場所へ運べる可搬形発電機が求められます。また、工場や事業所では、定置式発電機や非常用発電機などが想定されます。
このように、同じ「発電機」でも、用途によって求められる性能は異なります。
したがって、重要なのは、「どの燃料電池が優れているか」ではなく、「どのような用途に適しているか」という視点です。
それではまずは、代表的な燃料電池の種類と特徴を見てみましょう。
1. 固体高分子形燃料電池（PEFC）
PEFC（Polymer Electrolyte Fuel Cell）は、固体高分子膜を電解質として使用する燃料電池です。
作動温度は一般に100℃未満と比較的低く、起動性や負荷追従性に優れていることが特徴です。自動車、家庭用燃料電池、バックアップ電源、可搬電源など、幅広い用途で活用されています。
家庭用燃料電池「エネファーム」でもPEFCが採用され、国内で52万台以上の導入実績があります。
当社のFCモジュールもPEFCを採用し、その特徴を発電機用途で生かせるよう設計しています。
2. 固体酸化物形燃料電池（SOFC）
SOFC（Solid Oxide Fuel Cell）は、固体酸化物セラミックスを電解質として使用する燃料電池です。作動温度は一般に500～1,000℃で、発電効率が高く、発電時に生じる熱も利用しやすいことが特徴です。
分散型発電、電力事業、補助電源などで活用されています。
一方、高温で作動するため、部材の耐久性や起動・停止に配慮が必要です。そのため、頻繁に起動・停止する用途よりも、定常的な運転を基本とする用途に適しています。
3. リン酸形燃料電池（PAFC）
PAFC（Phosphoric Acid Fuel Cell）は、リン酸を電解質として使用する燃料電池です。
作動温度は一般に150～200℃で、分散型発電や熱電併給などに利用されています。
国内でも、病院、ビル、工場などの定置用設備への導入例があります。電気とともに発電時の熱も利用できるため、コージェネレーション用途にも活用されています。
4. 溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC）
MCFC（Molten Carbonate Fuel Cell）は、溶融した炭酸塩を電解質として使用する燃料電池です。
作動温度は一般に600～700℃で、高い発電効率や熱電併給への適性を持ち、主に分散型発電や大規模な定置発電に利用されています。
大規模な事例では、58.8MWのMCFC発電設備も実運用されています。このように、MCFCは数百kWからMW級の発電設備に適用されており、小型・可搬用途を中心とするPEFCとは異なる領域で利用されています。
5. 直接メタノール形燃料電池（DMFC）
DMFC（Direct Methanol Fuel Cell）は、メタノールを直接利用して発電する燃料電池です。
常温で液体のメタノールを使用できるため、燃料の運搬や取り扱いが比較的容易という特徴があります。その特徴を生かし、携帯機器、小型ポータブル電源、オフグリッド電源などへの活用が進められています。
重要なのは「どのような用途で使用するか」
燃料電池には、それぞれ得意とする分野や用途があります。
よって繰り返しになりますが、重要なのは、「どの方式が優れているか」ではなく、「どのような用途に適しているか」という視点です。
例えば、非常用発電機では、停電時に必要な電力を速やかに供給できる起動性が重要になります。また、可搬形発電機では、接続する機器によって消費電力が変化するため、その変化に応じて発電出力を調整できる負荷追従性が求められます。さらに、限られたスペースへの搭載や現場への運搬を考えると、システムの大きさも重要な選定条件になります。
PEFCは、比較的低い温度で作動し、起動性や負荷追従性に優れていることから、非常用発電機や可搬形発電機に加え、設備の稼働状況によって負荷が変動する定置式発電機でも有力な選択肢となります。
一方、定常的な運転や発電時の熱利用を重視する用途では、SOFCやPAFCなどが適する場合もあります。また、発電規模によっても適した方式は異なります。
このように、まずは「どこで、どのように電力を使うのか」を整理し、求められる運転特性や発電規模に適した燃料電池方式を選ぶことが重要です。
※各方式の代表的な特徴・用途を模式的に示したもので、実際の性能・出力範囲はシステム構成により異なります
PEFCの特徴を発電機に生かす当社FCモジュール
当社では、発電機向けに8kW水素燃料電池モジュールを展開しています。
FCスタックに加え、エアコンプレッサーや水素循環ポンプなどの関連部品を一つにまとめることで、PEFCの起動性や負荷追従性といった特徴を発電機用途で生かしながら、発電機に組み込みやすい構成としています。
現在、定置式発電機、可搬形発電機、非常用発電機などで実際に活用いただいています。
発電機では、用途によって求められる出力や負荷パターン、使用環境などが異なります。そのため、用途に応じたFCモジュールの選択だけでなく、バッテリーとの組み合わせや電力変換器との接続、必要な出力に応じたモジュール構成など、システム全体を考えることが重要です。
次回は、こうしたシステム構成も踏まえながら、発電機向けFCモジュールを選択する際に押さえておきたいポイントを解説します。