1 太陽能發電系統
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圖5.會場內設置的多結晶型(圖像左下方)
和兩面受光型(圖像右上部分)太陽能平板
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圖6.所設置的非結晶型太陽能平板
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太陽能發電，利用自然能源，作為保護環境的的清潔性分散型電源正在逐步向普通家庭普及。但是，因為依賴天氣狀況的比重大，造成電能輸出不穩定。于是，我們把太陽能發電與穩定的充放電可能的鈉硫磺(NaS)電池組合起來，確保了電能的穩定輸出。在博覽會上，通過多結晶型平板200kw，兩面受光型30kw(圖5)，非結晶型100kw(圖6)，提供電力達330kw。
2 鈉硫磺(NaS)電池電力儲藏系統
NaS電池，是在350度高溫下運作的體積能源密度高而且充放電可能的二次性電池。被稱為β氧化鋁的特殊陶瓷顯示的鈉離子傳導性，作為固體電解質被使用，正極的硫磺和負極的鈉，通過固體電解質的移動釋放電能。活性物質的鈉和硫磺的資源儲存豐富，電解質是固體而且自我放電量非常小。該項技術目前已經處于實用階段，6000kw的系統已被采用在電力公司的變電站，電力狀況平穩。在博覽會上，充放電力為500kw，持續7小時的NaS電池(圖7)，通過吸收太陽能發電的電力變動及燃料電池的夜間剩余電力，發揮了提供穩定電力的作用。
圖7. 會場內的NaS電池
3 燃料電池系統
燃料電池的原理是基于水電解的逆反應，即氫和氧在發生化學反應后生成電和水。燃料電池，具有下記特性：(1)利用廢熱，小型電池也具備高能源效率，(2)低噪音·低振動，(3)保護環境。作為分散型電源有待今后的進一步普及。
根據所使用的電解質及運作溫度，對燃料電池進行分類(參照表1)。其中，固體高分子形(PEFC)的運作溫度最低，燃料電池汽車所使用的數十千瓦規模及家用安置型1kw規模的已經被開發,但在博覽會上不展示。博覽會上，實際使用的是250kw溶融碳酸鹽形燃料電池(MCFC，圖8)1臺和附帶微燃氣輪機的250kwMCFC的1臺，共計2臺。在高溫650度下進行運作的MCFC，可以使用從廢棄物中生成的氣體作燃料等優點，期待今后的普及。為了增強全體的發電能力，增加了已經被實際應用的200kwRin酸形燃料電池(PAFC，圖9) 4臺，計800kw和作為下一代燃料電池正在進行開發的50kw固體氧化物形燃料電池(SOFC，圖10)1臺。這些燃料電池的廢熱被回收利用在博覽會會場內建筑物的制冷冷氣系統中。
圖8. 已完成設置的溶融碳酸鹽形燃料電池(MCFC)
圖9. 正在建設中的Rin酸鹽形燃料電池(PAFC)
圖10. 固體氧化物形燃料電池(SOFC)
表1. 燃料電池的種類
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高溫運作形 |
低溫運作形 |
| 溶融碳酸鹽形(MCFC) |
固體氧化物形(SOFC) |
磷酸形(PAFC) |
固體高分子形(PEFC) |
堿水溶液形(AFC) |
| 電解質 |
碳酸鹽 |
陶瓷 |
磷酸 |
高分子膜 |
氫氧化鉀 |
| 電荷負載 |
CO32- |
O2- |
H+ |
H+ |
OH- |
| 觸媒 |
沒有 |
沒有 |
白金類 |
白金類 |
鎳·銀類 |
| 運作溫度 |
約650°C |
約1000°C |
150 - 200°C |
80 - 100°C |
50 - 100°C |
| 發電效率 |
50 - 65% |
55 - 70% |
35 - 42% |
35 - 40% |
60% |
| 特征 |
·發電效率高
·適合于大容量化 |
·發電效率高
·耐久性方面強 |
·最早被開發，已經進入實用化階段 |
·可以在低溫下運作
·容易進行啟動和停止
·輸出密度高 |
·可以在低溫下運作 |
| 燃料 |
·天然氣
·LPG
·甲醇
·廢棄物氣體
·煤氣 |
·天然氣
·LPG
·甲醇
·廢棄物氣體
·煤氣 |
·天然氣
·LPG
·甲醇 |
·天然氣
·LPG
·甲醇 |
·純氫 |
| 用途 |
·分散電源用
·代替火力電源用(大規模) |
·分散電源用
·代替火力電源用(大規模) |
·小型分散電源 |
·汽車用
·家用 |
·宇宙開發用
·特殊用途 |
4 沼氣發酵系統
博覽會的開展期間，會場內的餐館會排出大量食品垃圾。這些垃圾將在夜間被收集起來用于沼氣發酵系統(圖11)。食品垃圾的最大接受量是4.8噸。食品垃圾從袋中取出后被進行區分·粉碎處理，加水和堿變為漿狀后裝入發酵槽。發酵沼氣生成過程需要2周。食品垃圾不會被運出會場外，全部由該系統進行處理。所生成的沼氣被作為MCFC的燃料進行利用。沼氣不足的情況時，則使用城市煤氣進行補充。
圖11. 會場內的沼氣發酵系統
對全國公共團體垃圾處理設備進行調查的結果表明，因為小規模的蒸氣渦輪機的發電效率低，所以處理量為200噸/日以下的小規模設備都不帶發電設備。但是對含水分多的生活垃圾進行燃燒處理卻需要消費很大的能源。如果將生活垃圾進行沼氣化處理，即使規模小也可以充分利用效率高的燃料電池。
5 高溫氣體化系統
為了保護環境，在建設博覽會會場時，極力避免對樹木進行砍伐，將其控制在最小限度。而且數量極少的被采伐的樹木及會場內的廢塑料物品也作為燃料電池的燃料被進行利用。被砍伐的樹木和塑料廢品被粉碎后，在1200度的高溫下進行分解，生成的氣體(主要成分是氫·一氧化碳)被導入利用在其他的MCFC中。如果所生成的氣體不足，與沼氣發酵同樣使用城市煤氣進行補充。圖12為爐的外觀，圖13為該系統的概要
圖12. 設置在會場的高溫氣體化爐
圖13. 高溫氣體化系統
6、氫氧機
氫氧設備
氫氧設備目前在工業生產加工應用方面，已經得到了廣泛的認可。
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