電中研報告火力発電０３−０３３固定床バイオマスガス化発電の調査 −バイオマスガス化発電システムの熱効率と経済性比較− 背景温室効果ガス排出抑制のため、ＣＯ2 排出を勘定しないバイオマス利用発電が注目されている。政府は電気事業者に 122 億 kWh(2010 年)を再生可能エネルギーにより発電することを義務付けたＲＰＳ法を施行した。このような中、当所ではバイオマスの高効率利用発電技術開発に向けた調査、研究を行っている*1。目的バイオマス利用発電技術の一つとして、国内外で先行して開発されているバイオマスガス化発電について調査を行い、その熱効率解析および発電コスト試算を実施し、技術開発課題の摘出を行う。主な成果国内外の代表的固定床バイオマスガス化発電として、現在運転中の山口バイオマスガス化発電(YGC)、市来町廃棄物ガス化発電(スターミート)、キシロワットバイオマスガス化発電等を調査した。設備概要を表−１、設備構成を図−１に示す。１．バイオマスガス化発電の熱効率解析木屑を燃料として各システムに対し、公表されたデータに基づき、熱物質収支計算により、熱効率解析を行った結果を表−２に示す*2。例としてキシロワットの試算結果の熱流れ図を図−２に示す。55kW と小規模ながらガス化発電であるため、送電端効率は 15％(高位)に達する。YGC とスターミートの場合は、発電端効率は高いが、所内動力が大きく、送電端効率はキシロワットと同等以下である。２．発電コスト試算各発電設備の建設費および実証機の建設コスト推定値*3 より試算した燃料費と発電コストの関係を図−３に示す。３つのシステムを商用機(YGC は試算値、キシロワットは 500kW 計画値)で比較した場合、平均処理費 20,000 円／トン(-1.7 円/MJ)の廃棄物を燃料とするスターミートは 11 円/kWh である。YGC は現状より建設コストを６割に下げて*4、処理費 12,000 円／トン(-1 円/MJ)の廃棄物を使用するとした場合 13 円/kWh となり、製材所木屑を燃料とするキシロワットでは、燃料費 6,000 円／トン(0.5 円 /MJ)とした場合、約 14 円/kWh となることがわかった。バイオマス発電を行う場合には、地域性を有するバイオマス種別、処理量、経済性を考慮し、最適なシステムの選択が最も重要である。バイオマス粉砕・乾燥等の燃料前処理技術の開発と安価で高性能なタール処理装置の開発が課題となる。 *1 市川他、木質系バイオマス発電技術の動向と実用化に向けた研究課題、電中研調査報告 W02026(2003/4) *2 森塚他、石炭ガス化複合発電の性能評価手法とガス化炉基本特性、電中研研究報告 W88022(1989/3) *3 YGC 建設費 3 億円、および実証機の建設コスト(推定値)は中外炉工業より、STAR-MEET の建設費 10 億円は EMS 社より、キシロワットの建設費 55,000CHF、実証機の建設コスト(計画値)2,500 ユーロ/kW はキシロワット社よりそれぞれ公表することについて承認済み。 *4 笹内、田中、山口県における森林バイオマスのガス化・改質及びガスエンジンコージェネレーションの実証試験事業、NEDO 平成 14 年度成果報告会予稿集(2004/1) 表−１項代表的固定床バイオマスガス化発電システムの比較目燃料種別処理量ガス化炉メーカータール処理装置ガス浄化装置発電装置出力(メーカー) 動力/送電端出力建設費建設コスト(現状) 建設コスト(商用機) YGC スターミートキシロワット木屑・竹その他 210kg/h(水分 16%) 一般廃棄物、肉骨粉 833kg/h(水分 20%) 製材所木屑 65kg/h(水分 15%) ロータリーキルン中外炉工業酸素吹き改質器ガス冷却塔ガスエンジン 176kW(独マン) 40kW/136kW 3 億円 220 万円/kW 132 万円/kW ガス化炉+溶融炉道前築炉工業空気+蒸気改質器ガス冷却精製塔ディーゼルエンジン 150kW×6(日ヤンマー) 300kW/600kW 10 億円 167 万円/kW 同上固定床ガス化炉キシロワットサンドフィルタ水洗浄塔ガスエンジン 55kW(瑞ダイマグ) 5kW/50kW 4,700 万円(55 万 CHF) 94 万円/kW 33 万円/kW(2500 ユーロ/kW) NEDO、農水省スイスエネルギー省スポンサー NEDO、山口県改質ガスバイオマス受入酸素ホッパロータリーキルン炉ガス改質塔空気予熱器熱風炉燃料ガスガスホルダエンジンガス冷却塔発電機給水蒸気排熱ボイラ空気排熱ボイラ蒸気給水 ⅰ) 山口ガス化発電(YGC) ※ 表−２蒸気ペプル床サイクロンガス冷却精製塔改質炉ガスホルダ熱交換器灰燃焼ガス排ガス目発電効率試算結果スターミート YGC ｷｼﾛﾜｯﾄダストフィルタ生成ガスガス化炉項排ガスバイオマス煙突給水灰炭化物発電端効率蒸気発生率所内動力率送電端効率 18% 28% 23% 14% 18% 28% 33% 12% 17% 26% 12% 15% 補助燃料高温空気 (600℃) ディーゼルエンジン溶融炉 No.2熱風炉発電機ディーゼルエンジン排ガス ※ 溶融スラグ 80 ⅱ) 市来町廃棄物発電(スターミート) 図−１各種バイオマスガス化発電設備構成図炭素損失10% 蒸気 8% 冷却損失 6% 炭素10% 入熱 100% 生成ガス 62% ガスエンジン排熱39% ガスエンジン発電機出力 2２ % エンジン損失1 % 蒸気 12% バイオマス乾燥 8% タール14% 空気タール損失14% 化学熱図−２ガスエンタルピ排ガス 19% 蒸気エンタルピ 60 YGC(商用機) 40 スターミート(商用機) キシロワット(現状) 20 キシロワット(商用機) 0 -2 電力動力熱流れ図試算(キシロワット) 調査報告Ｗ０３０４２ YGC(現状) →発電コスト(円 / 破砕器 ⅲ) キシロワットガス化発電高温空気加熱器 (ユングストローム型) No.1熱風炉高温空気 (1000℃) -1 逆有償(廃棄物)← 図−３ 0 1 燃料代(円/MJ) →有償(木屑) 発電出力と発電コスト試算キーワード：バイオマス、再生可能エネルギー、ガス化、発電、熱効率関連研究報告書担当者森塚秀人（横須賀研究所・エネルギー機械部）連絡先（財）電力中央研究所横須賀研究所事務部研究管理担当 Tel. 046-856-2121(代) E-mail : [email protected] ［非売品・不許複製］Ｃ ○ 財団法人電力中央研究所