熱電併給 プロジェクト分析 クリーンエネルギープロジェクト分析コース 熱電併給プラント 写真提要: Warren Gretz, DOE/NREL PIX © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 目的 • レビュー 熱電併給(CHP)システムの基礎 • イラスト CHPプロジェクト分析 の主要な考察 • 紹介 RETScreen CHPプロジェクトモデル ® © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 熱電併給 (CHP) システムの供給方法 • 電気 • 熱 建物 地域社会 産業プロセス バイオマス火力発電プラント, USA …さらに… • • • • エネルギー効率の向上 ムダや排出物の削減 送配電 ロスの削減 写真提供: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX 地域エネルギーシステムの可 能性 • 冷却（冷房） © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHP システムの利点 • 従来の中央電力供給システムの非効率性 エネルギーの１／２～２／３が廃熱 この廃熱は産業プロセス、暖房、温水加熱、冷却（冷房）などに利用可能 • 電力は熱より 利用価値が 多い バイオマス 地熱1，024 石炭 17，075 自家消費963 発電による変換ロス24，725 送配電ロス1，338 石油3，215 発電用一 次エネル ガス8,384 ギー 40，180 原子力7,777 合計発電量 正味発電量 14，491 １５，４５４ 水力2，705 Adapted from World Alliance for Decentralized Energy 顧客へ渡 す電力 13，153 産業5，683 非産業7，410 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHPの概念 • １つのエネルギー源から、同時に２つ以上の有効なエネルギ ーを生産する(コージェネレーションとも呼ばれる) • 発電設備からの排熱利用 熱回収効率(55/70)=78．6％ 排気ガス 総合効率（(33+55)/100)=85．0％ 15ユニット 熱 55ユニット 熱回収蒸気 発生器 熱負荷 熱+廃棄 電力 70 ユニット 30ユニット 燃料 パワーシステム 発電機 電力負荷 100ユニット © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHPの解説 機器 と 技術 • 冷却機器 コンプレッサー 吸収式チラー ヒートポンプ等 • 加熱機器 ボイラー / 炉 / ヒータ 廃熱回収 ヒートポンプ等 ガスタービン 写真提供: Rolls-Royce plc • 発電機器 ガスタービン ガスタービンコンバインドサイクル スチームタービン レシプロエンジン 燃料電池等 冷却機器 写真提供: Urban Ziegler, NRCan © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHPの解説(続き) 燃料タイプ • 化石燃料 天然ガス ディーゼル油(#2 oil) 石炭等 • 再生可能燃料 木材残渣 埋立地ガス (LFG) バイオマス 農業副産物 バガス 燃料作物 • 地熱エネルギー • 水素等 バイオマスCHP 写真提供: Warren Gretz, DOE/NREL 地熱間欠泉 写真提供: Joel Renner, DOE/ NREL PIX © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHP解説 (続き) 用途 • • • • ビル単体 CHPキッチナー・シテイホール 商業及び産業 ビル群 地域エネルギーシステム (地域社会) • 産業プロセス 写真提供: Urban Ziegler, NRCan 埋立ガスCHPの地域暖房システム適用 , Sweden マイクロガスタービンの温室適用 写真提供: Urban Ziegler, NRCan 写真提供: Urban Ziegler, NRCan © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 地域エネルギーシステム • CHPプラントの熱は隣接するビル群の暖房や冷房のために供給される。 断熱鋼管は地下0.6～0.8 mに埋設される。 • 個々のビルが独自のプラントを保有するのと比較し: 高効率 一つのプラントで 排気制御 安全 快適 操作の利便性 地域エネルギープラント 地域熱供給の温水管 • 初期コストは一般に高い 写真提供: SweHeat 写真提供: SweHeat © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHPシステムのコスト • コスト変化大 • 初期コスト 発電機器 加熱機器 冷却機器 電力網 内部連係 アクセス道路 地域エネルギー 供給パイプ RETSc re e n 発電方式 レシプロエンジン ガスタービン ガスタービン複合発電 蒸気タービン 地熱発電 燃料電池 風力発電 水力発電 太陽電池モジュール 代表的な設置コスト（ ドル/ ｋＷ） 7 0 0 －2 ,0 0 0 5 5 0 - 2 ,5 0 0 7 0 0 - 1 ,5 0 0 5 0 0 - 1 ,5 0 0 1 ,8 0 0 - 2 ,1 0 0 4 ,0 0 0 - 7 ,7 0 0 1 ,0 0 0 - 3 ,0 0 0 5 5 0 - 4 ,5 0 0 8 ,0 0 0 - 1 2 ,0 0 0 注：代表的な設置コ スト は2005年１月のカナダドル。 こ のときの換算レ ー ト は、１カナダドル＝0.81米ドル、 1カナダドル＝0.62ユ ー ロ • 運転維持コスト 燃料 運転及び保守 設備・機器の交換及び修理 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. CHPプロジェクト考察 • 信頼性、長期間の燃料供給 • 資本コストをコントロール下に維持 • 「顧客」の熱需要と電力需要 オンサイト電力に余剰があれば、電力会社への売電を交渉すべき • 代表的なプラント規模は熱をベースロードとする(言い換えれ ば、通常オペレーション時のミニマム熱需要） 代表的には熱出力は電気出力の100%～200%に相当 熱は吸収式チラーを通して冷却として利用可 • リスクは将来の不確定な電気／ガス料金幅と関連する © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 事例: Canada 単独ビルディング • ビル側の要求：暖房、冷房及び安定的 な電力供給 病院、学校、商業ビル、農業ビル等 病院, Ontario, Canada 写真提供: GE Jenbacher 往復動エンジン 写真提供: GE Jenbacher 排熱回収スチームボイラー 写真提供: GE Jenbacher © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 事例: Sweden and USA 複数ビル群 • セントラル暖房／冷房、電力供給を受けるビル群 大学、商業複合施設、地域社会、病院、工場団地等 地域エネルギーシステム 地域エネルギープラント タービン： MIT, Cambridge, Mass. USA 写真提供: SweHeat © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 事例: Brazil 産業プロセス プロセス加熱用バガス at a Mill, Brazil • 熱と冷熱の需要が一定で大きい産 業はCHP適用の有力な候補です。 燃料 燃焼器 コンプレッサ ガスタービン 電力 負荷 発電機 写真提供: Ralph Overend/ NREL Pix 廃棄ガス 空気 熱回収蒸気 発生器 • 熱と電力を生産するため 蒸気 蒸気タービン 給水 抽気 ポート 発電機 電力 負荷 の廃棄物を出している産 業も適用可能 背圧 ポート 熱負荷 熱負荷 コンデンサ © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 事例: Canada and Sweden 埋立地ガス • 埋立地より廃棄物が分解しメタ ンが発生 • このメタンガスは冷房、暖房又 は電力プロジェクトの燃料として 利用可 埋立地ガス 蒸気発生 収集サイクル プロセス 埋立地ガス捕獲 パイプシステム コンプレッサ クーラ/ フイルタ ドライヤ 発電 フレア 写真提供: Gaz Metropolitan 地域暖房システム、LFG CHP , Sweden 写真提供: Urban Ziegler, NRCan © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHPプロジェクトモデル ® • 世界規模のエネルギー生産分析、ライフサイクルコスト分析及 び温室効果ガス排出削減分析 冷房、暖房、電力及び それら全ての組み合わせ ガス又はスチームタービン 往復動エンジン、燃料電池、 ボイラー、圧縮機等 広範囲な燃料、化石燃料から バイオマス燃料や地熱の範囲 運用戦略の多様性 埋立地ガスツール 地域新エネルギーシステム • さらに以下が含まれる: 複数言語、単位切替スイッチ 及びユーザーツール © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHP プロジェクトモデル ® • 様々なタイプのプロジ 加熱システ ム 熱 暖房負荷 燃料 回収した熱 熱 ェクトへの可能性 加熱のみ 電力のみ 冷却のみ 加熱と電力の組合せ 冷却と電力の組合せ 加熱と冷却の組合せ 冷却システ 冷熱 冷房負荷 ム 電力 電力 冷却、加熱、電力の組合せ 発電シス テム 電力負荷 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHP プロジェクトモデル 暖房システム ® 負荷 ピーク負 （ｋＷ） 荷暖房 中間負荷暖房 ベース負荷暖房 1 ２ ３ ４ ５ 暖房 ６ 月 ７ 電力 ８ ９ １０ １１ １２ 冷房 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHP プロジェクトモデル 冷房システム ® 負荷 （ｋＷ） ピーク負荷冷房 ベース負荷冷房 1 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 月 暖房 電力 冷房 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHP プロジェクトモデル 発電システム ® 負荷 （ｋＷ） ピーク負荷電力 中間負荷電力 ベース負荷電力 1 ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 月 暖房 電力 冷房 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen ® CHP エネルギー計算 負荷と需要の推定 ・加熱プロジェクト ・冷却プロジェクトまたは、 ・発電プロジェクト 機器の特性を決定 機器の特性を決定 供給するエネルギーと 対応する燃料消費量の計算 e-テキストブック参照 クリーンエネルギープロジェクト分析： RETScreen®エンジニアリングとケース 熱電併給プロジェクト分析章 CHPエネルギーモデルフローチャート © カナダ天然資源省 2001 – 2005. RETScreen CHP プロジェクトモデル 有効性の例 ® • 独立したコンサルタントによる全体の有効性確認 (FVB Energy Inc.) 及び産業界、電力業界、政府、学術界から多数のβ版試験 者 • 他のいくつかのモデルとデータ等を比較し優秀な結果（例えばス チームタービンの性能計算は GEの「Energy process simulation software」（GateCycle））と比較 スチームタービン性能計算の比較 計算例 1 2 3 4 入口流量 P,T Kpph/ psia/ F 出口流量 P,T Kpph/ psia/ F 50/ 1000/ 75 40/ 14/ 210 50/ 1000/ 545 50/ 60/ 293 50/ 450/ 457 50/ 60/ 293 50/ 450/ 457 50/ 14.7/ 212 Kpph = 1,000 lbs/hr 抽出流量 P,T Kpph/ psia/ F 効率 10/ 60/ 293 0 0 0 80% 80% 80% 80% ゲイトサイクル RETScreen CHP 発電量 発電量 MW MW 3,896 2,396 1,805 2,913 3,883 2,404 1,827 2,915 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 結論 • 熱電併給(CHP)システムは廃熱の効果的な利用を可能とす る。 • RETScreenは、最小限のインプットデータで、加熱（暖房）、冷 却（冷房）、電力の様々な組合せについて、需要と負荷の期 間カーブ、エネルギー供給、燃料消費を計算する。 • RETScreenはコスト節約に関する初期のフィージビリティスタ ディを提供する。 © カナダ天然資源省 2001 – 2005. 質問? 熱電併給プロジェクト分析モジュール ® RETScreen International クリーンエネルギープロジェクト分析コース 詳細については RETScreen ウェブサイトをご覧下さい。 www.retscreen.net © カナダ天然資源省 2001 – 2005.
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