2014 ver0 MHI 有機ランキンサイクル発電システム Organic Rankine Cycle Turbogenerator 三菱重工業株式会社 〒108-8215 東京都港区港南2丁目16-5 電話 03-6716-3111 FAX 03-6716-5800 三菱重工とターボデン 2 About US 4 ORC技術とアプリケーション 6 ORC主要機器構成 7 ORCモデル 17 納入実績 18 仕様 三菱重工は、重工業分野における世界のリーディングカンパニーであり、扱う製品は船舶、発電プラント、化学プラント、 環境装置、産業機械、インフラ設備、航空機、ロケットや宇宙システムや一般消費者向けエアコン等約７００種にのぼり ます。 Turboden-S.r.lとはターボデン社はイタリアにあり、有機ランキンサイクル（Organic Rankine Cycle:ＯＲＣ）タービン発電機の 設計、製造およびサービスにおけるグローバルリーダーです。ＯＲＣタービンは、ガスタービンからの廃熱や、 バイオマス・太陽熱・地熱などの再生可能エネルギーを熱源とし、電力や熱を供給します。 分散型電源としても適用可能です。 ターボデン社は、ミラノ工科大学元教授のマリオ・ガイア氏（現Turboden名誉会長）によって１９８０年 ミラノに設立されました。ガイア氏は熱力学サイクル内で水の代わりにで有機媒体を使うことによりＯＲＣ技術 を確立しました。 さらに長年ミラノ工科大学より有能な人材を採用し、研究開発に力を入れてきました。 ８０年代から９０年代後半にかけ、ターボデン社は太陽、地熱および廃熱回収分野において研究プロジェクトを 展開し、スイスとオーストリアに商用初号機を設置しました。 ９０年代後半には最初のバイオマス向けＯＲＣユニットをスイスに設置後、バイオマスＯＲＣはドイツ市場に おいて広く普及し、やがてヨーロッパ全土に広まるに至りました。 ターボデン社が掲げるミッションは常にひとつ・・・再生可能エネルギーや廃熱回収による発電・熱供給のため のＯＲＣシステム開発とお客様への提案を継続的に行っていきます。 ２０１３年ターボデン社は品質マネジメントシステムISO9001を取得しました。 ターボデン社は、ヨーロッパのガイドラインと国際協約に沿って エネルギー消費の節約と効率的活用 に貢献していきたいと考えております。 ２００９年にターボデンは再生可能エネルギーや廃熱を利用したＯＲＣソリューションを発展させる ためにＵＴＣグループ傘下となりました。 ＵＴＣ社は航空機エンジン、航空宇宙ドライブシステムと発電ガスタービン等の開発、生産、サービス 分野におけるグローバルカンパニーです。 ２０１３年、ＵＴＣは三菱重工業と戦略的提携を 同年三菱重工はＵＴＣ Pratt & Whitney Power Systems社（現PW Power systems INC)を子会社化しターボデンも傘下に入りました。ターボデンと ＰＷ Powerは三菱グループの一員であり、火力発電分野において広範囲に製品とサービスを提供 できるようになりました。今日ターボデン社は イタリア に本拠地と生産拠点を置きターボデンの 株式保有者も経営に携わっております。 ＯＲＣ技術 -身近な廃熱源を最大限活用して発電します ORC技術は、従来の蒸気タービンと仕組みが似ていますが、大きな違いが あります。ＯＲＣシステムでは、水蒸気を使用する代わりに高分子有機媒体 を蒸発させて利用します。これらにより、タービンの回転速度を低く設定 できるとともに翼などの部品の浸食も恐れもなくなり、優れた発電性能を 得ることができます。 ＯＲＣユニットは工場出荷前にスキッド上で組み立てられるため、輸送が 容易です。 ＯＲＣシステムでは、中・高温の媒熱油により、有機作動媒体を加熱・蒸発 させます（7>3>4)有機作動媒体の蒸気はタービンを回転させ、（4>5)、 タービンに直結する発電機を駆動することにより、クリーンで安定した発電 が行われます。 作動媒体を加熱し(2>7)、さらには凝縮器内で液体に凝縮・冷却されます (8>6>1)。その後有機作動媒体は、ポンプで(1>2)再生器と蒸発器に送られ、 再び同じサイクルを繰り返します。 （クローズドリサイクルオペレーション） 廃熱回収 工業プロセスやコンバイドサイクルの廃熱回収により 電力供給可能です。 出力レンジは２００KWから１５MWです。 を実現しました 太陽光 太陽熱回収器との組み合わせも可能です。 ＣＳＰシステムとＯＲＣユニットとの組み合わせで出力 は２００ＫＷから１５ＭＷとなります。 タービンの回転数が低く減速機なしで発電機と直結駆動 可能です。（ただしアプリケーションによります） タービン膨張域で湿り域に入らないため、翼が浸食を うけません。 全く水を消費しません なぜ、水ではなく高分子作動媒体なのでしょうか？ オペレーションの特徴 起動停止がシンプルですが自動連続運転可能です オペレーターの常駐不在が不要です 流量が非常に多い 大口径タービンが可能 を実現しました バイオマス バイオマスボイラの熱を媒熱油で回収し、ＯＲＣユニット で発電、熱供給するゴジェネシステムを提供します。 中∼低温（100℃∼200℃）地熱発電に対応しています。 出力は最大15MWです。 タービンの周速度が低速のため、機械的ストレスが低減 できます に長けています ターボデンでは ＯＲＣタービン発電機の設計、組立、据付、メンテナンスを一貫して行っています。焼却炉、エンジン、 ガスタービンなどの廃熱回収や再生可能エネルギーを有効活用することが可能であり、分散型電源システムに最適です。 電力 地熱 ターボデンのORC技術の特徴 と ORCアプリケーション 受けません メンテナンスコスト低減可能です です 翼などの部品の浸食 があります 多段タービンが必要と なり高い機械的 ストレスがかかります 熱 ＯＲＣの 主要構成部品 流量変動や温度変化に関わらず、 ＯＲＣは定格出力の１０％負荷まで 運転を継続できます。これは蒸気タービン にはない大きな利点です。流量 ORC製品構成には、熱源から取り出した熱を利用して電力 のみを発生させる発電専用機種（ＨＲ，ＨＲＳ）と、 電力に加え暖房や産業用の熱源として使用する温水も発生させる 熱電供給機種（ＣＨＰ）があります。 ORC電力出力 電気出力 発電プラントモジュールは事前に組み立て、 動作検証されたうえで出荷されるため、設置とスタートアッ プの作業が簡素化されます。 各モジュールには確立されたプロセスに従って設計・統合化 された標準構成部品を採用しており、高い品質が確保されて います。 ＯＲＣサイクルの熱力学原理 タービン発電機は、地熱であらかじめ温められた熱水を使い 蒸発装置内で有機作動媒体 を気化させます（2>3>4)。有機媒体蒸気が発電機に接続しているタービンで動力を発生 させ（4>5)、その後蒸気は水もしくは空気で冷やされコンデンサーの中で凝縮されます (5>1)。有機媒体液はその後に予熱器と蒸発器にポンプで圧送されます（１＞２）。 （クローズドサイクル） 地熱アプリケーション用ＯＲＣタービン発電機 発電機 地熱水 タービン ） ORCタービン発電機は、水温が100℃∼200℃ の中低速の地熱熱源から効率的な発電を行うことができるように設定 されています。 ターボデンのＯＲＣユニットは、新規に開発された地熱熱源の利用や、 既設のフラッシュ蒸気発電施設のボトミングなどに有効なソリュー ションです。 蒸発器 温度 冷却回路 凝縮器 冷媒 予熱器 エントロピー ポンプ 主な特徴とメリット ・水温100℃∼200℃（212 392゜F）の熱源 を利用可能です。 ・15MWeまでの発電出力に対応します。 大型プラントへのスケールアップが可能です。 です。 です。 有機作動媒体は沸点が低く、また非腐食性です。 この為、タービンは低圧、低回転速度で運転でき、 タービン翼浸食の心配がありません。 メンテナンス・オペレーションコストを低減します。 多様な作動媒体が使用可能です。 です。 冷却源 水/水 熱交 に対応可能です。 冷却塔 空冷ラジエーター （仕様は各プラントに最適となるようにカスタマイズします。） 主なアプリケーション実績 アプリケーション レシプロ エンジン ターボデンのORCユニットは、工場、エンジン、ガスタービン等の廃熱 を回収して発電します。廃熱回収アプリケーションによる発電量は、 200kＷ 15MWです。 欧州を中心にガス、ディーゼルともに数多くの実績があります。 適応エンジン出力は500KWから4.3MWになります。 ガスタービン ガスコンプレッサーステーション用ガスタービンからの廃熱回収実績 もあります。（Solar、ＧＥ、Rolls-Royce製ガスタービン） オイル＆ガス フレアガスからの廃熱回収に実績があります。 製鉄 セメント ターボデンORCユニットは、工業プロセスとの統合が容易です。不安定な 熱源でも完全に自動で運転可能であり、お客様は工業製品の生産プロセス に集中することができます。 実績 ドイツで3MWの電気炉からの廃熱回収実績があります。 シンガポールでは700ｋWの予熱炉の圧延装置からの廃熱回収実績があります。 オーストリア(1MW)、モロッコ(2MW)、ルーマニア(4.3MW) スロベニア(5.5MW)の各国で実績があります。 ガラス イタリアで1.3MWの実績があります。 ごみ焼却 ベルギー（3MW)、イタリア(500kW)、アメリカ(1MW)、トルコ(6MW) で実績があります。 アプリケーション例 ターボデンのORCユニットは、比較的低温から中温度までの 熱源から、高い効率でエネルギーを回収できます。 ＨＲユニットは最大20%の効率、ＨＲＳユニットは最大 26%の効率となります。 ガスタービン/エンジンからの廃熱回収アプリケーション では、複合システムとしての全体効率を大幅に向上させる ことができます。 廃熱回収アプリケーションの一例 冷却ラジエータまたは冷却塔 廃熱回収熱交換器 バイオマスは今後ますます重要な再生エネルギー源のひとつとなることが予想されます。 燃料が長期保存可能であることも利点です。 バイオマス向けの熱電供給プラントは最も効率がよく、発電システムが熱利用場所に近い 場合は、特に大きな効果を得ることができます。 バイオマスコジェネレーション用 CHPユニット ORC製品を組み込んだコジェネレーションプラントは、バイオマスから熱と電気の両方を、 効率よく、利用しやすい形で発生させることができます。発電量は、200kW 15MWです。 ＯＲＣスプリットシステムは、ボイラーから得られる熱エネルギーを最大限に活用できる ことから、バイオマスの単位使用量あたりの発電量を最大化でき、 ノンスプリットシステムは、電気効率を最大化できます。 ORCユニットへの給熱には、熱媒油、飽和蒸気、過熱水のいずれかを利用できます。 ターボデンは 高効率型のHRS ユニットを新たに開発しました。 HRSモデルは、発電を最大化させることもできる一方、コジェネレーションモードで 季節による熱負荷の変動に対応してバイオマスの利用効率を最大化させながら、 水温60 ℃（140 Ｆ）の熱を供給することもできます。 ORCユニットへの入熱には、熱媒油または飽和蒸気を利用できます。 １ユニット当たりの発電量は200kW 15MWです。 例 バイオマスアプリケーション用CHPユニットの例 ෭Ỉ౪⤥ （木の枝、絞り粕、佅殻、 木質チップ、おが 、樹皮） 低温 熱媒油ループ ෭Ỉ 高温 熱媒油ループ ターボデンＯＲＣは、飽和蒸気、もしくは過熱水に対しても対応可能です。 納入実績 ハイブリッド熱回収＋太陽熱発電所 顧客：Ciments du Maroc社 場所：Ait Baha モロッコ プラントタイプ：セメント製造行程から廃熱回収＋ＣＳＰ （開発中）のハイブリット 電力：２MＷe て電力に変換することもできます。集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）システムと ＯＲＣユニットを組み合わせることにより、経済的な200kW 15MWの発電 システムを供給可能です。 熱伝導媒体：熱媒油280℃ 冷却方式：空気冷却器 総電力効率：２０％ 主な特徴とメリット フレキシブルに対応可能です。 低い作動温度にて運転できます。 太陽熱集熱コストを下げられます。 太陽熱集熱装置の性能向上に寄与します。 大型プラントへのスケールアップが可能です。 集熱施設と蓄熱システムの両方で、低コスト、無害の熱媒 流体を使用できます。 ORC発電プラントは、化石燃料を一切使用せずに発電す るため、温室効果ガスやNOx,SOx,一酸化炭素、その他 有害な排出物を一切排出しません。 太陽熱発電アプリケーションの例 電力供給 です。 投資コストを抑えることができます。 許認可プロセスを簡素化することができます。 冷却システム 例：バイオマス 熱供給 ★オプション仕様 ORCシステムでは、タービン駆動に従来の高圧型蒸気ではなく、有機媒体を使います。 これにより、太陽熱プラントの信頼性と効率が向上し、お客様に使いやすいシステムと なります。 １ １ 1 １ 4 4 4 ターボデンは、三菱重工グループ会社として、お客様の要望に応える ために幅広いメニューを取り えております。 アフターサービスチームは遠隔監視システムを使って据付現場のメンテ ナンスサービスや部品修理、スペアパーツの提供を行います。 またピーク時にも運転リスクを減らし、お客様のメリットを最大化する ことに貢献致します。 ORC発電プラントは自動制御され、原則オペレータ の常駐が不要です。一般的に、主に運転パラメータ の検証のため、週に３∼5時間の運転確認と メンテナンスが必要となります。遠隔モニタリング により、お客様の負荷は低減されます。 ターボデンの役割は お客様のメリットを最大化することです。 そのためにＯＲＣを通じて信頼できるサービス提供致します。 ターボデンではデータトレンドやレポートの発行、各種トラブルに対応 できるオペレーターの紹介、最新の分析診断やトラブル対応を行うこと ができます。 我々の技術陣が総力を結集して最適なサービスをご提供します。 ⇕ 㻌㻞㻜㻝 㻌㻟㻢 㻞㻟㻣 ※廃熱回収と太陽熱のハイブリット 22 ７ 29 6 㻌㻞㻞㻥 㻌㻌㻠㻡 㻌㻌㻞㻣㻠 ⇕ᅇ ჾ ཬࡧ㧗 ᭶ 作動範囲 ሪ 作動範囲 ࠸ࡲࡍࠋ ౪⤥ 㸦+ 㸧 ᭶ ࡛ࡍࠋ 㸧 ࠸ࡲࡍࠋ ࠊ ࣮࣎ࣛ ὀ㸧ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ 㸨㸨㸨㸨 ࡛࠶ࡿሙྜࠊ ཬࡧ㧗 㸨㸨㸨ࣂ࣐࢜ࢫࡢⓎ⇕㔞 標準納期（工場渡EXW） バイオマス消費量＊＊＊ 製品サイズ 発電機周波数/電圧＊＊ 送電端効率 送電端出力 ࡢ ྜィ⇕ධຊ ⇕ධຊ+7࣮ࣝࣉ ྜィ⇕ධຊ ⇕ධຊ+7࣮ࣝࣉ 入力 熱媒油 ࢱ࣮࣎ࢹࣥ ຠ⋡㸦 ὀ㸧ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ 㸨㸨㸨⇕ 標準納期（工場渡EXW） 冷却システム 発電機周波数/電圧＊＊＊＊ 送電端出力 送電端効率＊＊＊ ຊ ຠ⋡＊＊ 冷却水への放熱量 性能 発電端出力 典型的な冷却水温（入口/出口） 冷却水への放熱量 典型的な冷却水温（入口/出口） 熱媒油入口温度 熱媒油出口温度 熱入力 出力＊＊ 冷却水 熱入力 熱媒油出口温度 熱媒油入口温度 入力＊ 熱媒油 ࢱ࣮࣎ࢹࣥ ῶ㏿ ῶ㏿ ࡋ࡚࠸ࡲࡍࠋ 作動範囲 ௬ᐃࡋࡓሙྜ࡛ࡍࠋ ෭༷ሪ࡛ࡢ₯⇕ࡢ⏝ᗘྜ ჾ ᨺ⇕㔞 ᨺ⇕㔞 ౪⤥ ῶ㏿ ῶ㏿ ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ ཬࡧ㧗 ཬࡧ㧗 Ⓨ⇕㔞 標準納期（工場渡EXW） ᨺ⇕㔞 ᨺ⇕㔞 入力 熱媒油 Ⓨ㟁➃ 㔞 ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ ⇕ ࠉࠉࠉ 標準納期（工場渡EXW）（７） 発電機周波数/電圧＊ バイオマス消費量(５） 太陽熱集積器表面積（６） 送電端出力 送電端効率（４） ෭༷ 入力 熱媒油 㔞 ෭༷ሪ࡛ࡢ₯⇕ࡢ⏝ᗘྜ Ỉࡢᨺ⇕㔞 Ỉࡢᨺ⇕㔞 ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ ＊デュアルモード：ＯＲＣモジュールは飽和蒸気圧にあわせて、最大発電端効率モードもしくはＣＨＰモードで作動させるこ とが可能です。 ＊＊媒熱油の場合、流量はtherminoil66の特性を仮定して計算されおります。 ＊＊＊バイオマスの発熱量2.6kwh/kg、ボイラーの効率性は0.85と仮定した場合です。 標準納期（工場渡EXW） 発電機周波数/電圧 Ⓨ㟁➃ Ⓨ㟁➃ ῶ㏿ ࡇࡇ࡛ᥦ౪ࡉࢀ࡚࠸ࡿࢹ࣮ࢱࡣ๓ࡢ㏻▱࡞ࡋ࡛ኚ᭦ࡍࡿሙྜࡀ࠶ࡾࡲࡍࠋ ཬࡧ㧗 䝍䞊䝪䝕䞁㻞㻜㻜㻛㻟㻜㻜㼗㼣䝴䝙䝑䝖䚷ᶆ‽ᛶ⬟ ࠉࠉࠉ Ⓨ⇕㔞 標準納期（工場渡EXW） Ⓨ㟁➃ Ⓨ㟁➃ ᨺ⇕㔞 ᨺ⇕㔞 入力 熱媒油 䝍䞊䝪䝕䞁⇕㟁ຊ䝁䞁䝞䜲䞁䝗㧗ຠ⋡䠄㻯㻴㻼䠅䝴䝙䝑䝖䝇䝢䝸䝑䝖䝅䝇䝔䝮᭷䠉ᶆ‽ ౪⤥ ⇕፹Ἔ
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