第１回次世代電力供給システム分野に係る 技術評価検討会 資料５ 次世代電力供給システム分野に係る 技術評価検討会 電力・ガス事業部電力基盤整備課 各事業関係企業 目次 １．技術に関する施策の概要 1.1 施策の目的・政策的位置付け 1.2 施策の構造及び目的実現見通し ２．技術に関する事業の概要 2.1 噴流床石炭ガス化発電プラント開発 2.2 高効率ガスタービン実用化技術開発 2.2.1 1700℃級ガスタービン実用化技術開発 2.2.2 高湿分空気利用ガスタービン実用化技術 2.3 先進超々臨界圧火力発電実用化要素技術開発 １．技術に関する施策の概要 1.1. 施策の目的・政策的位置付け 目的 • 昨今、化石エネルギーの利用に伴う温室効果ガスの排出抑制が世界的に高い。 我が国の現状と課題 ○太陽光発電等の再生可能エネルギーの導入を推進 天候等に左右されやすいため電力系統が不安定になり、我が国の電力の安 定供給を阻害するおそれがある。 ○電源構成 化石エネルギーが60％以上、うち石炭火力発電は25％を占めており、2030 年以降も石炭火力発電は重要な位置づけ 年以降も石炭火力発電は重要な位置づけ。 しかし、石炭は燃焼時に発生する単位当たり二酸化炭素排出量が大きく、地 球環境問題での制約要因が多い。 • 今後、多様化する電力を効率よく安定的に供給するため、送電効率の向上、余 剰電力の削減、火力発電による環境負荷の低減等が必要。 施策 将来に向けた世界的な気候変動問題の制約下で、環境負荷を低減させることを 目的とした電力の安定供給にかかる技術開発は、我が国の環境及びエネル ギー政策上極めて重要。 1.1. 施策の目的・政策的位置付け 政策的位置づけ（石炭火力発電技術） 「Cool Earth－エネルギー革新技術計画」 ○2050年に向けた削減目標に対して、「高効率石炭火力発電」の技術開発をテー マに技術開発ロードマップを策定し、着実な実施が必要としている。 「エネルギー基本計画」 ○我が国のエネルギーの需給に関する施策の長期的、総合的かつ計画的な推進 を図ることを目標とし 「IGCC（噴流床石炭ガス化複合発電） A USC（先進的超 を図ることを目標とし、「IGCC（噴流床石炭ガス化複合発電）・A-USC（先進的超 々臨界圧火力発電）等について、更なる高効率化や早期の実用化を目指し、官 民協力して開発・実証を推進する。」と記載。 「技術戦略マップ2009」 ○国家的に重要な産業技術のロードマップを俯瞰することを目的とし、高効率火力 発電技術が「化石燃料の安定供給確保と有効かつクリーンな利用に寄与する技 術」として位置付けられており、総合的なエネルギー効率の向上に努める。 Cool Earth ーエネルギー革新技術計画 ◯ 先進的超々臨界圧発電：700℃級のA-USCを開発し、2015年頃に発電効率46%、2020年頃に 48%の達成を目指す。 ◯ 石炭ガス化複合発電： 2010年頃に発電効率46%、2015年頃に48%を目指す。さらに1700℃級 タービンの開発により2025年に発電効率50%、2030年以降に発電効率57％の達成を目指す。 ○天然ガス火力発電：2015年頃に、発電効率56%、2025年頃には、燃料電池との組み合わせに より、発電効率が60%まで向上することを目指す。 革新技術戦略マップ2009 1.1. 施策の目的・政策的位置付け 政策的位置づけ（送配電技術） 「Cool Earth－エネルギー革新技術計画」 ○「超電導高効率送電」の技術開発という位置づけで、技術開発ロードマップの着実 な実施が必要としている。 「エネルギー基本計画」 ○再生可能エネルギーや原子力の利用が中長期的に大幅に拡大する中で、電力の 安定供給を維持しつつ、社会的コストが最小となるような需給管理を可能とする必 要がある。 ○2020年代の可能な限り早い時期に、原則全ての電源や需要家と双方向通信が可 能な世界最先端の次世代型送配電ネットワークの構築を目指す。 「情報セキュリティ確保や通信プロトコル標準化等の双方向通信の導入に向けた技 術的課題を解決する。さらに、双方向通信の実現可能性を検討した上で、通信制御 にも対応したパワーコンディショナー（PCS）の開発、実証等を実施する。」としており、 総合的・経済的な電力の有効活用に努めていく。 Cool Earth ーエネルギー革新技術計画 ○イットリウム系線材による超電導送電を2020年以降の実用化。 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し トップダウン 市場ニーズ （背景） ボトムアップ 必要とされる施策 実現上の課題 技術（国の事業） （Market） （Function） （Technology ） コンバインドサイクル発電技術の開発・実証 システム改良 １７００ 級 ℃ 高負荷・高性能ガスタービン ＬＮＧ火力の効率向上等 流体力学的効率向上 高圧力比高性能圧縮機 先進冷却技術の開発 低熱伝導率遮熱コーティング 熱力学的効率向上 超耐熱材料の開発（文科省分担） 低ＮＯｘ燃焼システム 低排ガス性能向上 火力発電における 発電効率向上と 低排ガス化 高効率ガスタービン 実用化技術開発 高湿分圧縮機 （H16～H23） 高湿分再生熱交換器 高湿分翼冷却技術の開発 AHAT システム実現上の課題解決 高湿分多缶燃焼機（→低NOｘ） ３ＭＷ級検証機を活用した検証 排出温暖化ガス 低減及び 排気ガス低減 省エネルギー及びCO2削減の観点から電 力産業用高効率ガスタービンの実用化を 目指し、大容量機の高効率化のために１７ ００℃級ガスタービンの実用化に必要な先 端要素技術を適用した各要素モジュール の検証等を実施する。２２年度は、高負 荷・高性能タービン開発のための高圧燃 焼試験及び高温翼列試験ならびに高圧力 比・高性能圧縮機開発に係る試験を実施 する。また、小中容量機の高効率化のた めに有望とされている高湿分空気利用ガ スタービンの実用化に必要な多段軸流圧 縮機、多缶燃焼器等の開発を行うとともに システムの信頼性等の検証を実施する。２ ２年度は、２１年度までの試験を継続して 行うのに加え、実用化技術総合試験実施 に必要な装置を製作する。 GT 実用化技術総合試験 石炭火力の効率向上等 システム実現上の課題解決 流体力学的効率向上 AHAT特性解析 システム成立性の検証 システム性能の評価 熱力学的効率向上 低排ガス性能向上 蒸気タービン開発（＋材料開発） 高温弁の開発 ガス化発電による発電効率向上 火力発電における エネルギー源の 多様化 石炭資源の多様化 （使用炭種の拡大） 高灰融点炭の活用 ガス精製設備の実証 複合発電設備の実証 低灰融点炭の活用 排熱回収ボイラの実証 IGCC エネルギー源の 多様化による化石 燃料の安定供給 確保 ボイラ開発（＋材料開発） A-USC 次世代電力供給分野 エネルギーの安定的供給確保、 環境への適合 エネルギー効率 向上による 化石燃料の有効 利用 ガス化炉設備の実証 先進超々臨界圧 火力発電実用化 要素技術開発費 補助金 （H20～H28） ２０２０年以降増大する経年石炭火力発電 のリプレース需要に対応するため、従来型 石炭火力発電の熱効率の飛躍的な熱効 率の向上が期待できる先進超々臨界圧火 力発電技術（A-USC)の開発を実施する。 噴流床石炭ガス化 発電プラント開発費 補助金 環境に調和した石炭の有効利用を図るた め､既存の石炭発電技術（微粉炭火力技 術）に比べ､飛躍的な熱効率の向上が期待 できる石炭ガス化複合発電技術の実証試 験を実施｡ （H11～H21） 「クリーン・コール技術分野」（石炭生産・利用技術振興）「高効率IGCC等の先端基盤研究」でもIGCC実証に向けた取 り組みを実施 再生可能エネル ギーの安定供給 確保 太陽光エネルギーの利用 天候による安定対策 太陽光発電の出力予測 電力の安定的供給 天候予測 系統送配電・運用 技術の高度化 太陽光発電施設の導入 安定的な需給運用 需要調整 電圧監視・制御機器の開発 大規模太陽光発電施設 余剰電力低減 通信ネットワークによる供給調整 太陽光発電出力予測 技術開発実証事業 （H23～H25） 太陽光発電の出力変動に伴う短期的な需 給バランス・周波数調整力の確保のため、 気象予報等を基にした太陽光発電の出力 予測手法の開発や出力の把握手法の開 発を実施。 次世代型双方向通信 出力制御実証事業 （H23～H25） 太陽光発電の出力抑制や通信機能を用い た太陽光発電や系統用蓄電池の制御等を 行うことにより、太陽光発電等の大量導入 と電力系統の安定化、系統安定化対策コ ストの最小化を図る。 イットリウム系超電導 電力機器技術開発 （H20～H24） 低コスト、大容量の電力供給が期待できる ｲｯﾄﾘｳﾑ系線材を用いた超電導電力貯蔵 装置（ＳＭＥＳ）,超電導ｹｰﾌﾞﾙ、超電導変圧 器の実用化を見通す重要な技術を開発す る。 供給調整 電力ケーブルの大容量化・低損失化 電力ケーブルの大容量化・低損失化 送電機器の大容量化・低損失 変圧器のコンパクト化・低損失化 超電導ケーブル 超電導変圧器 SMES 供給調整 周波数安定化 需要調整 全体最適需給運用・制御方式の開発 スマートインタフェース仕様確定 電圧安定化（配電網電圧上昇対策） 送電調整 配電調整 需要家内機器最適制御方式確立 次世代送配電系 最適制御技術 実証事業費補助金 電圧監視・制御機器の開発 需給制御と強調した系統電圧制御方式 （H22～H24） ２０２０年太陽光発電２８００万kwの導入目 標と系統安定化を両立するために、大規模 電源から家庭までの送配電の全体制御・協 調による高信頼度・高品質の低炭素電力 供給システムの構築が必要であり、本事業 では太陽光発電の大量導入時の課題（① 周波数調整不足、②電圧上昇）を軽減する ため、各々の対策の開発や検証等を行う。 需要調整 本施策の事業として着手されていない課題 平成２３年度新規事業 平成２２年度事業評価対象事業 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○噴流床石炭ガス化発電プラント開発 プロジェクト概要 発電効率向上と多 目的な石炭ガス化 技術開発 プロジェクトの アウトプット カスタマー プロジェクトの アウトカム 空気吹きIGCCについて 商用化を前提とした実 証実験によるシステム 評価を行い、技術の実 用化を目指す。 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） 官民協力して高効率石 炭火力の開発・実証・導 入を国内で進めつつ、 将来に向けてゼロ・エ ミッション石炭火力発電 の実現を目指す。 事業イメ ジ 事業イメージ ○噴流床石炭ガス化複合発電設備外観図 ○噴流床石炭ガス化複合発電設備概要図 （送電端効率：41％（HHV）） 石炭ガス ガス 精製 ガス タービン 石 炭 ガス化炉 空 気 排熱回収 ボイラ 蒸気 タービン 排ガス 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○高効率ガスタービン実用化技術開発 プロジェクト概要 プロジェクトの アウトプット 省エネルギーおよび二 酸化炭素削減の観点 から電力産業用高効 率ガスタービンの実用 化を目指す 従来型発電より高効率 を達成できる実用化技 術を確立 カスタマー プロジェクトの アウトカム 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） 各発電形式による高効 率発電システムを2020 年頃に実用化を実現 する。 事業イメージ ○高湿分空気利用ガスタービン （AHAT：Advanced Humid Air Turbine、送電端効率：51％（HHV）） ○１７００℃級ガスタービン（送電端効率56％（HHV）） タービン タービン 圧縮機 圧縮機 高性能冷却システム 低熱伝導率遮熱コーティング 超耐熱材料の開発（＊） 高湿分燃焼器 高温再生熱交換器 排出ガス 高負荷・高性能タービン 高湿分圧縮機 高圧力比高性能圧縮機 燃料 (*) 文科省担当 発電機 200℃ ﾀｰﾋﾞﾝ 動/静翼冷却用 120℃ 冷却空気 冷却器 290℃ 燃焼器 燃焼器 低NOx燃焼 システム 熱交換器 高湿分冷却翼 増湿器 水処理装 置 水タンク 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○先進超々臨界圧火力発電実用化要素技術開発 プロジェクト概要 プロジェクトの アウトプット ＣＯ２削減要求に対 して、信頼性と経済 性を両立し発電効率 に優れたＡ－ＵＳＣ の開発 蒸気温度700℃級電 力産業用大容量ボイ ラー・タービンシステム を伴うA-USCの技術を 確立する。 プロジェクトの アウトカム カスタマー 蒸気温度700℃級（発 電効率46％HHV）の従 来型より高い熱効率を 持つA-USC技術の商用 化を2020年度までに 実現。 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） 事業イメージ ○Ａ－ＵＳＣ設備概要図 （A-USC：Advanced-Ultra Super Critical、送電端効率46％(HHV)) ○石炭利用発電技術と熱効率 再 熱 蒸 気 主 蒸 気 蒸気タービン ※VHP:超高圧（Very High Pressure） HP:高圧（High Pressure） IP:中圧（Intermediate Pressure） LP:低圧（Low Pressure） 送電端熱効率（%, HHV） 60 IGFC(石炭ガス焚き） 55 50 750℃級A-USC 700℃級A-USC 45 40 800℃級A-USC 1500℃級IGCC 乾式ガス精製 1500℃級IGCC湿式ガス精製 600℃級USC 1200℃級IGCC実証機 35 2000 2010 2020 西 2030 暦 ※送電端：電力会社の所内消費電力を差し引いた電力 HHV: 高位発熱量基準（Higher Heating Value） 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○イットリウム系超電導電力機器技術開発 プロジェクト概要 系統安定化や送電 ロスの飛躍的低減に よるCO2削減を可能 （２０２０年に２０万tCO2/年）とするため、 ①超電導電力貯蔵 装置（SMES） ②超電導ケーブル ③超電導変圧器 の研究開発 プロジェクトのアウトプット イットリウム系超電導 線材を用いた超電導 電力機器の実用化を 見通すコイル化、大電 流低交流損失化、高 電圧電気絶縁技術、 限流機能付加技術、 システム化技術等重 要な技術の開発 プロジェクトの アウトカム カスタマー コンパクトで大容量か つ安定的な電力供給 及び送電ロスの飛躍 的低減によるCO2削 減が期待できるイット リウム系超電導線材 を用いた超電導電力 機器の研究開発 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニ アリング会社） 事業イメージ ケーブルの比較 超電導ケーブル 電圧 275kV 容量 1500MW/回線 銅線ＣＶケーブル 電圧 275kV 容量 500MW/回線 フォーマ 油通路 油浸絶縁紙 金属シース 防食層 φ150mm φ150mm 超電導導体層 導体 窒素含浸絶縁紙 超電導遮蔽層 保護層 断熱管内管 断熱フィルム 防食層 断熱管外管 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○次世代送配電系統最適制御技術実証事業 プロジェクト概要 ２０２０年までに太陽 光発電２８００万kWの 導入目標と系統安定化 を両立するための課題 を解決し、送配電の全 体制御・協調による高 信頼度・高品質の電力 供給システムの構築を 行う 事業イメージ プロジェクトの アウトプット 電力の安定供給と太 陽光発電等の大量導 入時の課題（①周波 数調整不足、②電圧 上昇）を両立するため の要素技術の開発、 検証を行う。 プロジェクトの アウトカム カスタマー 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） ○太陽光発電の普及状況 に応じて適宜，実系統へ各 電圧対策機器の導入・適正 配置を行い、開発した電圧 制御技術にて運用をする。 ○系統側の需給状況に応じ て需要家機器を最適制御す る「スマートインターフェー ス」を2015年目処に商品化 し、2020年頃に太陽光発電 やEV・HP設置需要家の70％ 程度への普及を目指す。 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○次世代型双方向通信出力制御実証事業 プロジェクト概要 プロジェクトの アウトプット 通信手段によりきめ細 かな出力抑制機能が可 能な直交変換装置（ＰＣ Ｓ）の開発や、太陽光発 電や蓄電池システム等 の効率的な制御を行う ための各種双方向通信 を実証。 太陽光発電の機械損 失を最小限に抑える ため、出力調整を通 信機能を用いて行い、 電力系統の双方向通 信技術による実証を 行う プロジェクトの アウトカム カスタマー 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） 出力抑制量を最小化し、 太陽光発電等の大量 導入に伴う系統安定化 対策コストを抑制しつつ、 太陽光発電等の大量 導入と電力系統の安定 化を実現する。 事業イメージ 風力発電 メガソーラー 通信制御 出力状況 分散電源 ＰＬＣ、光ファイバ、メタル、無線等 中央給電司令所 出力抑制 PV出力状況 電力 量計 電力系統の双方向通信の導入 出力抑制機能付PCS 電圧調整機能付PCS 出力変動・需要変動にきめ細やかに対応する 世界最先端の送配電ネットワークへ ※ＰＣＳ（Power Conditioning System） 太陽電池等からの直流電力を交流電力に 変換する機器 1.2. 施策の構造及び目的実現見通し ○太陽光発電出力予測技術開発実証事業 プロジェクト概要 プロジェクトの アウトプット 気候条件、配電系 統における電圧・潮 流センサー等を活 用した太陽光発電 の出力予測技術を 開発し、系統運用へ 活用する 既存の太陽光発電の出 力データ等や気象情報 等を活用し、現在確立さ れていない太陽光発電 の出力状況把握や出力 予測手法を開発 プロジェクトの アウトカム カスタマー 周波数調整、需給調 整、再生可能エネル ギー電源の有効利用 への活用や待機電源 の最小化などにつな げていく。 民間企業 （電力会社、重工メー カーおよびエンジニアリ ング会社） 事業イメージ 太陽光発電のマクロで の出力状況の把握 電圧・潮流 センサー ②太陽光発電の出力データ ①太陽光発電の出力変動の予測 日射計 の把握手法の開発 80% 晴れ 晴れ→曇り 雨 70% 天気予報等を活用した、 日単位や数分（３～５分） 程度の太陽光発電の出 力予測技術を開発 60% 50% 40% 30% 20% 中央給電司令所 10% 0% 予測技術を開発し、安定的な系統 運用へ活用 0時 6時 12時 18時
© Copyright 2024 ExpyDoc
