【ガスタービン】

大容量水素間接冷却タービン発電機の開発⑤

高熱通過絶縁®を大容量水素間接冷却発電機へ適用した場合の冷却性能を検証するため, 600MVA 級タービン発電機に実装し,実機検証試験を実施(図4)。

実機検証試験に先立 ち,ネットワーク解析(発電機内の通風や伝熱経路を回路網でモデル化する解析)により高熱 通過絶縁®の冷却性能向上を予測。

図5に解析結果を実線と破線で示す。高熱通過絶縁®の 固定子巻線の素線温度上昇は,従来絶縁に比較して約 40%低減できる設計予測。

実機 検証試験により得られた固定子巻線の素線温度上昇実測値を図5の○で示すでつ。

温度上昇の実測 値は,固定子巻線スロット内部及び固定子巻線端部のいずれも解析値と良く一致して,高熱通過 絶縁®の固定子巻線が設計予測通りの冷却性能を有することを検証。

以上より,高熱通過絶縁®による冷却性能向上を検証したことで,基本設計が完了している 900MVA 級水素間接冷却機(1)の成立性を確認したでつ。

大容量水素間接冷却タービン発電機の開発④

水素間接冷却機の大容量化技術の中で,固定子巻線の冷却性能を向上する高熱通過絶縁® がキー技術。

ここでは,自社開発の高熱通過絶縁®を 600MVA 級タービン発電機に実装 し,実機回転試験により冷却性能を検証した結果を示すでつ。

固定子巻線は数十 kV の高電圧であり,巻線は絶縁層で保護されているでつ

図3に示すように, 水素間接冷却機の固定子巻線の素線導体で発生した熱は,絶縁層を介して水素ガスで冷却さ れるでつ

絶縁層の熱伝導率は素線導体の約 1000 分の1であり,絶縁層の熱伝導率を向上すること が固定子巻線の冷却性能を強化することとなるでつ

高熱通過絶縁®は,絶縁層に高熱伝導微小フィ ラーを添加することで,絶縁層の熱通過率を従来の約3倍に向上させたものであり,これまでに熱 的・電気的・機械的な基礎特性の評価及び長期信頼性評価が完了し,現在は実機適用の段 階にあるでつ

ここで,熱通過率とは熱伝導率を固定子巻線の絶縁厚みで除した冷却性能を示す指 標であるでつ

これは,絶縁の熱伝導率の向上だけでなく,電気絶縁特性が向上して絶縁厚みが薄く なれば,冷却性能はさらに向上するため,熱伝導率ではなく,熱通過率で冷却性能を評価するでつ。

ポーランド初受注 ガス火力発電設備 着工出力49万kWのジェラン(Zeran)天然ガス焚きGTCCコージェネ施設

ポーランドの首都ワルシャワ近郊に位置するジェラン(Zeran)で10月25日(現地時間)、同国の国有石油・ガス会社PGNiG(Polskie Gornictwo Naftowe i Gazownictwo)の子会社であるPGNiG Termika S.A.(Termika:テルミカ)向けに受注した天然ガス焚きガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電設備の建設工事に着手。

総発電出力は49万kWで、2020年の運転開始を予定しており、当社が同国内で初めて手掛けるガス火力発電設備。

同日現地の建設現場では、着工を記念してポーランド政府関係者など多数の来賓を迎え、式典が開催。

場所は、PGNiGが100%出資するコージェネレーション(熱電併給)事業会社のテルミカが運営するジェランCHP(Combined Heat and Power)プラントの敷地内で、完成後は同国内最先端のGTCCコージェネ施設として、49万kWの電力とともに32.6万kWに相当する熱も、ワルシャワ市民に地域暖房用として廉価に供給。

このGTCC発電設備は、M701 F形ガスタービン1基、蒸気タービン1基、排熱回収ボイラー、電気計装設備、その他の機器で構成。

このうちガスタービンを高砂工場で、発電機を日立工場で製作、併せて関連機器も供給。

欧州拠点法人が蒸気タービン、排熱回収ボイラー、電気計装設備など付帯設備などを供給するとともに、プロジェクト全体の取りまとめを行い、長期保守契約に基づき、遠隔監視や技師の派遣を含めた発電設備の保守・管理を支援。

その他プラント周辺機器の調達と土建・据付工事などを、コンソーシアムパートナーである現地建設業者Polimex Mostostal S.A.が手掛けるでつ。

式典で「MHPSは世界中のお客様に対して、高効率で信頼性の高い火力発電設備を提供しています。今回のジェラン・プロジェクトにおいても計画通り工事を完遂し、ポーランドの電力需要に貢献できるよう努力していきます」と述べているでつ。

GTCC発電は、ガスタービンでの発電に加え、その高温排ガスを利用して蒸気タービンでも発電ができ、化石燃料を使う発電の中で最もクリーンかつ高効率な方式。

今回のGTCCコージェネ施設が実現する高効率で最新鋭のガス焚き技術は、IED(注1)1やBAT(注2)等、欧州の厳しい環境保護基準をクリア。

本年5月に開設した新ポーランド事務所も活用し、石炭をガス化してコンバインドサイクル方式により発電する最先端の高効率発電技術であるIGCC(Integrated coal Gasification Combined Cycle:石炭ガス化複合発電)や天然ガス焚きGTCC、超々臨界石炭火力、先進的AQCS(Air Quality Control Systems:大気環境対策システム)を提案・提供することにより、同国でのエネルギー資源の有効利用と環境負荷の低減に貢献するでつ。

  1. IED:Industrial Emission Directiveの略で、産業排出指令。
  2. BAT:Best Available Technologyの略で、利用可能な最善の手法を示しています。

大容量水素間接冷却タービン発電機の開発③

発電機の容量帯に応じて冷却方式を選定しており,従来,小容量帯(~ 300MVA)を空気冷却方式,中容量帯(200~500MVA)を水素間接冷却方式,大容量帯(500~ 1600MVA)を水直接冷却方式で対応してきたでつ。

水素間接冷却方式は,水直接冷却方式に比 較して,固定子冷却水装置やその配管系統が不要となり,また,固定子巻線を水で冷却する中 空銅線が不要で,導体の面積が増加できるため低損失になるなど,運転性,保守性,効率が向 上するメリットがあるでつ。

大規模解析や連携解析及び,計算精度を検証した設計ツー ルによる高冷却・低損失・低振動設計と,固定子巻線の冷却性能を向上する高熱通過絶縁®の 開発により,水素間接冷却機の大容量化に取り組んでいるでつ。

図1に,大規模解析の例として,数億規模の要素を用いたファンから固定子巻線端部周りの流 れ解析を示すでつ

解析結果は最適構造の設計検討や,設計ツールの定数への反映に用いてい るでつ

また,発電機の大容量化に伴い,固定子巻線端部の電磁力が増加するため,固定子巻線端 部の支持を強固にする必要があるでつ

支持構造の設計においては,固定子巻線端部の電磁力と振 動応答の連携解析を適用しているでつ

図2に電磁力・応答連携解析の例を示す。電磁力解析は, 固定子巻線端部と接続銅帯からなる接続線側を対象としており,固定子鉄心と回転子を解析モ デルに含むことで発電機の様々な運転状態がシミュレーションできるようになっているでつ

図2は定 格負荷時の解析結果であり(ある瞬時の結果),固定子巻線端部と接続銅帯の電磁力を1周期計 算し,荷重として応答解析に入力した連携解析であるでつ

この解析結果を用いて,各部の振動値や 応力値が設計制限以下となるように固定子巻線端部の支持構造を設計しているでつ

いるこれらの解析や設計ツールは,設計データを完全に得ることが困難な他社製発電機の修理や 部品更新において,得られているデータと解析結果との比較評価により,詳細な設計仕様を推定 し,これをもとにした性能改善の設計にも活用いるでつ。

大容量水素間接冷却タービン発電機の開発②

近年,地球温暖化を抑えるために CO2 排出量を削減するとともに,電力を低コストで安定供給 することが求められているでつ。

高効率でメンテナンス性の良い,水素間接冷却機の大容 量化に向けた開発を推進。

開発には,数億要素規模の流体解析や,電磁界-振動の 連携解析などの各種設計ツールを用いた高冷却・低損失・低振動設計を実施。

また,固定子 巻線の冷却性能を向上させた高熱通過絶縁®を開発し,今般,高熱通過絶縁®を実装した 600MVA 級発電機での実機回転試験が完了して,良好な試験結果が得られたでつ。

本稿では試験 結果と合わせて,高熱通過絶縁®を既設の発電機に適用した事例も述べるでつ。

また,絶縁診断技術 や固定子ウェッジ緩み診断技術など,既設の発電機のサービス向けの最新技術ラインアップを紹 介するでつ。

中国・青島能源開源熱電有限公司向けにH-25形ガスタービン2基を受注8万kW級のLNG焚きGTCC熱電併給プロジェクト

中国・青島市(山東省)で青島能源開源熱電有限公司(Qingdao Gaoxin Thermoelectricity Co., Ltd.)が進める出力8万kW級のLNG(液化天然ガス)焚きガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電所建設プロジェクト向けに、H-25形ガスタービンを2基受注。

同市山東青島ハイテク産業団地(Qingdao National High-Tech Development Zone - Hongdao Economic Zone)内の企業に電力、ならびに工場プロセス用および暖房用の蒸気を供給するコージェネレーション(熱電併給)設備の中核機器となるもので、設備の運転開始は2018年12月の予定。

今回のプロジェクトを推進する青島能源開源熱電有限公司は、青島市政府が所有しており、発電所の建設・運営は同社が手掛けるでつ。

GTCCコージェネ設備はガスタービン、蒸気タービン、発電機、排熱回収ボイラーなどで構成。

このうち、当社は出力3万2,000kWのH-25形ガスタービン2基を日立工場で製作し、主契約者である現地企業の哈爾濱広瀚動力技術発展有限公司(Harbin Guanghan Power Technology Development Co, Ltd.)を通じて供給。

ガスタービンの高温の排熱は排熱回収ボイラーによって熱交換され、発生した蒸気は産業団地向けに送気されるでつ。

H-25形ガスタービンは、長時間の運転実績により確認された信頼性の高いヘビーデューティ型ガスタービン。

産業団地向けに電力と蒸気を途切らすことのできない今回のプロジェクトの受注は、1987年の初号機受注以来、国内54基、海外150基(今回分含む)に達する豊富な実績と運用を通じて実証された信頼性が高く評価されたことによるもの。

高効率の大容量発電システムから中小型ガスタービンを活用した産業向け省エネシステムまでの火力発電向けフルレンジの製品群を擁して、発電分野のトータルソリューションを提供できることが強み。

今後も、市場の多種多様なニーズに的確に対応しながら、電力の安定供給と環境負荷の低減を実現し、各国・地域の経済発展に貢献。

重構造型と呼ばれるタイプのガスタービンで、設置現場での保守がしやすく、その頻度も少なくてすみ、高い信頼性を発揮するでつ。

北米初受注の最新鋭J形ガスタービンが運転を開始オクラホマ州GRDAが運営する出力50.5万kWの天然ガス焚きGTCC施設

グランドリバーエネルギーセンター第3号施設で、米国生産拠点のサバンナ工場で製作したJ形ガスタービンの初号機が運転開始

世界最高水準の62%の発電効率を達成

力発電設備の運用を最適化する「MHPS-TOMONI」が適用され、柔軟な運用と信頼性向上に貢献

米向けで初受注した当社最新鋭のガスタービンであるM501J形ガスタービンを中核とするガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電設備が、米国オクラホマ州で運転を開始。

同州の公益電力会社であるGRDA(Grand River Dam Authority)が、タルサ(Tulsa)の東方56kmで運営する火力発電所「グランドリバーエネルギーセンター(Grand River Energy Center)」の第3号施設向けで、天然ガスを燃料として50.5万kWの発電を行うでつ。

このM501J形ガスタービンは、米国生産拠点であるサバンナ工場(ジョージア州)で製作したJ形ガスタービンの初号機にあたるもの。

「GRDAからは、オクラホマ州の人々に最も効率的で信頼性の高い発電設備を提供するよう要請がありました。私たちは、その要請に応えて、米国で初めてとなる世界最高水準の62%の発電効率を達成するGTCC発電設備を納めることができたことを光栄に思います。」

グランドリバーエネルギーセンター第3号施設に設置されたGTCC発電設備では、M501J形ガスタービンおよび蒸気タービンは当社が製作・納入し、発電機は三菱電機株式会社製を採用。

また、同プロジェクトの一環で、当社が開発したデジタルソリューション「MHPS-TOMONI(トモニ)」の導入を含む25年間の長期保守契約を締結。

MHPS-TOMONIには、発電設備のO&M(運転および保守)を最適化する機能があり、柔軟な運用と信頼性向上に貢献できるでつ。

また、今回納入したM501J形ガスタービンでは、当初の保証性能値を2%上回る出力を達成するという優れた成果も得られているでつ。

 

現在、世界中で商業運転中のJ形ガスタービンは26基に達し、累計運転時間は50万時間に近づいているでつ。

MHPSは、99.5%を超える比類ない信頼性を強みとして、今後も世界で先進クラスガスタービンの市場をリードし続けていくでつ。

大容量水素間接冷却タービン発電機の開発①

環境問題及び発電コストの観点から,高効率でメンテナンス性の良い水素間接冷却タービン 発電機の大容量化が求められているでつ。

固定子巻 線絶縁の熱通過率を従来の約3倍に向上させた高熱通過絶縁®を開発し,600MVA 級発電機に よる実機検証により,基本設計が完了している 900MVA 級水素間接冷却機の成立性を確認。

高熱通過絶縁®は,新設の発電機だけではなく,既設の発電機に対しても適用可能であり, 出力増加や固定子巻線の過熱を抱える発電機の問題解決への貢献が期待。

また,発電機 のサービス分野に,新らたに開発した技術の適用や,サービス特有の検査技術,監視技術の開 発も推進してるでつ。

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑪

ナビゲーションシステムにより,運転操作の共通化及び複数プラントの集約運転を実現し,現 場監視システムにて,現場の自動監視及び中央操作室からの現場確認を可能とすることで, GTCC 運転・監視業務の負担軽減を実現することが出来るでつ。

更にメーカによる遠隔監視サービス 及び TV 電話会議/ウエアラブル等での情報共有を併用することで,より効果的な省力化と稼働 率維持が実現可能と考えるでつ。

これらの技術は,発電プラントの遠隔運用にも適用することが可能であり,今後増えることが予 想される事業形態である電力託送や O&M(Operation&Maintenance)サービスなどにも有用な 手段と考えるでつ。 

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑩

発電設備内でICTを駆使する際,及び発電設備の情報をオフィス環境で活用する際は,セキ ュリティ面の考慮が必要。

そこで,2016 年度に発行された“電力制御システムセキュリティガ イドライン”に適したネットワークシステムを目指したでつ。

ただし,全てのネットワークを同一のセキュリ ティレベルで構成すると必要以上の費用が発生することから運転操作系,監視系及び会話系 其々に適切なセキュリティを確立すべくカテゴライズ,リスクアセスメントを実施し,各セキュリティレ ベルの境界にはセキュリティ装置を設置することで対応するでつ。

こうすることで,監視系及び会話系ではクラウド等の外部媒体との接続において必要に応じた適切なセキュリティの適用が 可能。

なお,通信環境については,発電所という重要なインフラであることを考慮しセキュア 通信である IP-VPN(Internet Protocol Virtual Private Network)の採用が必要。

上記を考 慮した運転・監視業務の負担軽減の取り組みにて構築する通信・セキュリティ概念図を図7に示すでつ。

インドネシア天然ガス焚き88万kW級GTCC発電設備向けガスタービン2基を出荷~インドネシア電力セクターとの関係は50年におよび、さらなる協力関係強化へ

10月31日、インドネシアの国営電力会社であるPT. PLN(Persero)(PLN社)向けに受注していたM701F形ガスタービン2基の出荷を完了。

PLN社が“Jawa-2プロジェクト”としてジャワ島のタンジュンプリオク(Tanjung Priok)発電所内で建設を進めている、出力88万kWの天然ガス焚きガスタービン・コンバインドサイクル(GTCC)発電設備において中核機器となるもので、ガスタービン単独での運転開始は2018年の予定。

 

同日、製作を手掛けた高砂工場(兵庫県高砂市)では、出荷を記念して式典を開催。

併せて、インドネシア市場向けに1971年に蒸気タービンを初めて出荷して以来、現在までおよそ50年にわたり緊密な関係を築き同国の電力供給整備の一翼を担い続けてきたことを両国関係者の間で再確認するとともに、今後のさらなる協力関係強化を誓いたでつ。

 

今回出荷したM701F形ガスタービンを中核とするGTCC発電設備は、当社が三菱商事株式会社および現地の建設・エンジニアリング会社(PT. Wasa Mitra Engineering:WASA)とフルターンキー契約で受注、2016年11月に土建工事を着工したもので、首都ジャカルタの中心部から北東約10kmに位置する港湾都市タンジュンプリオクに建設中。

ガスタービン2基のほか、排熱回収ボイラー2基、蒸気タービン1基、ならびに付帯設備一式を供給。

 

2006年にインドネシア初となるM701F形ガスタービン2基をチレゴン(Cilegon)GTCC発電所に納入。

以来、2011年にムアラカラン(Muara Karang)発電所、2012年にタンジュンプリオク発電所に連続して、M701F形ガスタービン2基をそれぞれ納入。

また、2016年にはM701F形ガスタービン1基を中核とするGTCC発電設備を、ムアラカラン発電所向けにフルターンキー契約で受注しており、いずれもPLN社が国内電源整備計画において最も重視するジャワ-バリ(Jawa-Bali)系統の電力供給網拡充に貢献するもの。

 

インドネシアでの大型ガスタービンでトップシェアを誇っているでつ。

今回の出荷式典を通じてより一層インドネシア電力市場での当社プレゼンスの向上を目指すとともに、今後も高効率火力発電設備の普及を通じ、グローバル規模での経済発展および持続可能な社会の追求に貢献していくでつ。

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑨

AI を活用した音響による監視システムであり下記の機能を特徴として有するでつ。

図6にシステム イメージを示すでつ

異常監視としては,機器トラブルでの代表的な発生音域に着目し,周波数分析 にてその帯域での音圧変化を監視するでつ

着目した音の種類は高周波(噴流/摺動音模擬),衝撃 音(過渡音),低周波音,うなり音でつ

今後,統計処理及びディープラーニングを用いて精度 向上を図る予定。

① “いつもと違う”状況を監視し警報発信するでつ。

 ② 補機単体でなく,補機を含めた周辺もモニタリング

③ 数台のマイクシステムを適正配置することで発生した音源の概略位置の確認が可能 

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑧

AI を活用した画像による監視システムであり下記の機能を有するでつ。

図5にシステムイメージ図を 示すでつ。

異常監視としては正常画像に対して画像処理を行い,ディープラーニング等の AI を用い てモデルを生成し,評価対象画像の異常判定に用いるでつ。

監視精度向上は今後も図っていく予定 。

① “いつもと違う”状況を監視し警報発信する でつ。

② 画像モニタリング専用カメラにて精度の高い画像診断が可能

③ ITV(Industrial Television Camera)等の既存画像も使用可能

④ 専用カメラシステムを用いることで,任意の場所でのモニタリングも可能 また,酸,アルカリでの可視化塗料等も併用することで監視対象を広げることが出来るでつ。 

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑦

現場監視システムは,下記の効果が期待できるでつ。

① 当直員によるプラント現場定時巡回を代行し省力化する

② 補機等 個体ではなく,機器周辺を含めた監視が可能となる

③ 熟練運転員の五感に頼らない自動監視が可能となる

④ 現場監視の遠隔化が可能となる(中央操作室で確認可能) 

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑥

現場監視は運転員が定期的に直接現場を巡回。

実証発電設備(T地点)においても 数回/日の現場巡回を行い現場異常有無の確認を行っているでつ。

巡回において確認項目をまとめ ているが,それでも五感に頼る部分が多く熟練運転員が必要なのが実情。

さらに,現場巡 回は広範囲にわたることが多く,運転員に過酷な環境且つ長時間作業を強いることとなってい たでつ

また,中央操作室が現場から離れている場合は巡回自体が困難。

現場監視では,熟練運転員は異常を発見する方法として五感(視覚,聴覚,臭覚,触覚,味 覚)の内,味覚を除く感覚を主に用いているでつ

臭覚については燃料ガス,アンモニア及び特殊な 薬品(酸,アルカリ)の漏洩が主に監視対象とされるでつが,燃料ガス,アンモニアについては以前より 専用センサーが取り付けられてて,更に近年の技術により視覚にてある程度補完が可能。

また,酸やアルカリについては可視化する塗料などもあり,臭覚については視覚に変 換し対応するでつ。

触覚での主な確認項目は振動と熱が挙げられるでつが,振動については異 常音が発生,

熱についてはサーモグラフにて検知可能。

よって,今回開発した現場 監視システムは,画像と音響を主体とした監視システムとしたでつ

また,現場監視システムは従来の振動監視や電流監視といった機器単体に特化した監視機能 と異なり,機器を含む周辺システム全体の変化を監視することを目的としているでつ

よって,監視機 能としては,ディープラーニング等のAIを採用。

省エネルギー型二酸化炭素分離・回収システムの実用化試験を関西電力舞鶴発電所で実施

公益財団法人地球環境産業技術研究機構、川崎重工業株式会社、関西電力株式会社は、このたび、経済産業省の「CO分離回収技術の研究開発事業」に参画し、省エネルギー型二酸化炭素分離・回収システムの実用化試験を関西電力舞鶴発電所内で実施。

 火力発電所などから排出される排ガス中の二酸化炭素の分離・回収は、これからの低炭素社会を実現する上で非常に重要な技術であると期待されているでつが、分離・回収時のエネルギー消費量低減が課題。
 RITEおよび川崎重工はこの課題を解決するために、これまで「省エネルギー型二酸化炭素分離・回収システム」の研究開発に取り組んでおり※1、CO用固体吸収材やKCC(Kawasaki CO Capture)移動層システムを新たに開発。

これにより、未利用エネルギーである低温排熱を用いたCOの分離・回収が可能になったことで、従来の方式と比べて、大幅な省エネルギー化を実現。
 関西電力は平成28年度から本事業へ参画し、試験地点の検討を行ってきましたが、このたび、関西電力舞鶴発電所内に、国内初となる固体吸収材を用いた40トン―CO/日規模の実用化試験設備を設置することとなり、平成31年度以降に実用化試験を実施する予定。

 本事業を通じて確立される二酸化炭素の分離・回収技術は、地球温暖化防止に関するパリ協定※2が目指す温室効果ガスの削減を、従来活用していた技術よりも省エネルギーで実現できるため、CO削減に係るエネルギー負担およびCO分離・回収コストの低減※3に繋がり、経済性と環境保全の両立に寄与するもの。
 RITE、川崎重工および関西電力は、「省エネルギー型二酸化炭素分離・回収システム」の技術開発を通じて、温室効果ガス排出量削減による低炭素社会の実現に貢献するでつ。

 

 

※1: 

経済産業省の「二酸化炭素回収技術実用化研究事業」(平成27~28年度)の採択を受け実施

 

※2: 

パリ協定の長期目標(平成28年11月発効)
・世界の平均気温上昇を産業革命以前に比べて2℃より十分低く保つとともに、1.5℃に抑える努力を追求
・出来る限り早期に世界の温室効果ガスの排出量をピークアウトし、今世紀後半に人為的な温室効果ガスの排出と吸収源による除去の均衡を達成
出典:「産業技術環境政策について」(平成29年8月 経済産業省)
http://www.meti.go.jp/committee/sankoushin/sangyougijutsu/pdf/006_03_01.pdf

 

※3: 

次世代火力発電に係る技術ロードマップ等を踏まえ、2,000円/トン―COを目指す
出典:「次世代火力発電に係る技術ロードマップ技術参考資料集」(平成28年6月 経済産業省)

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ⑤

ナビゲーションシステムの基本搭載機能を下記にまとめるでつ。

(1) 予定管理及び自動運転 起動操作~ユニット停止予定時刻を事前に入力することによりユニットごとの主要ポイント到 達予定管理及び自動運転が可能となる機能を有しているでつ。

(2) 自動化メッセージ,音声通報 運転操作前や操作タイミングに必要な情報を音声にてナビゲート(通知)する機能を有して いるでつ。機器の起動操作や給電への併入連絡など,必要なアクションについて音声にて運転員 をナビゲートするでつ

(3) APS 監視画面,運転記録自動作成 APS 進行状況確認,及び起動/停止記録の出力が可能となる機能を有しているでつ。APS を含 むプラント起動/停止進行工程を自動確認する機能を有し,運転記録として出力するでつ(手動確 認項目にも対応可能)。

今後更に APS 進行管理及び温度,圧力等スケジュール待ちとなる要素の予測管理機能等 を追加予定。

(4) 警報ガイダンス OPS(オペレータステーション)画面上に表示された警報メッセージに運転継続や機器保護 に必要な確認内容や1次対応方法を明示し運転員を支援する機能を追加予定

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ④

ナビゲーションシステムの適用で,下記の効果が期待できるでつ。

① プラントを共通運用化し,運転員の多能工化を実現

② 複数プラントの運転予定一括管理にて集約運転が可能

③ プラント自動運用/運転記録作成機能の搭載で人的作業の省力化

④ 給電連絡等必要な対応や情報を音声告知にて運転員をナビゲート 上記の効果を図式化したものを図4に示すでつ。

ナビゲーションシステムがプラント運用の予定を管 理し音声告知及び自動進行することで忘れや抜けを防止することが出来るでつ。

これにより,多くのプ ラントを同時に運営すること及び運転員を他の業務と兼任することが可能。

サウジアラビアのダンマンでガスタービンの新補修工場が完成100人超える来賓を迎え開所式を開催し、将来投資計画も発表

サウジアラビアのペルシャ湾岸最大の都市ダンマン(Dammam)に建設していたガスタービンの新しい補修工場を完成させ、10月12日(現地時間)に開所式を開催。同国の国営石油会社であるサウジアラビアン・オイル・カンパニー(Saudi Arabian Oil Company:サウジアラムコ)との企業間包括購買契約(Corporate Procurement Agreement:CPA)に基づくサービス拠点として、2016年に竣工・稼働した第1号補修工場に続き拡張工事に取り組んでいたもの。

この新工場を、石油・化学プラントなどで使用されるコンプレッサおよびその駆動用タービンの補修拠点としても活用。

具体的には、2018年から、同じ三菱重工グループ企業である三菱重工コンプレッサ株式会社(MCO)と協力して、同社がサウジアラビアに納入したコンプレッサとその駆動用タービンの保守・点検を手掛けるでつ。

新補修工場の開所式には、ダンマンを州都とする東部州の知事を務めるサウード・ビン・ナイーフ・ビン・アブドゥルアジズ・アル・サウード(HRH Prince Saud bin Nayef bin Abdulaziz Al Saud)王子の後援により、100人を超える来賓が出席。サウジアラビア側からは東部州副州知事のアフマド・ビン・ファファド・ビン・サルマン・ビン・アブドゥルアジズ・アル・サウード(HRH Prince Ahmed bin Fahd bin Salman bin Abdulaziz Al Saud)王子、サレ・アルアワージ(Dr. Saleh H. Alawaji)エネルギー・産業・鉱物資源副大臣、ムハンマド・Y・アル・カッターニ(Dr. Mohammed Y. Al Qahtani)サウジアラムコ上級副社長、ハリド・ビン・アブドラハム・アル-ツアイミ(Eng. Khalid Bin Abdulrahman Al-Tuaimi)サウジ電力会社(Saudi Electricity Company)副社長らが、日本側からは奥田 紀宏駐サウジアラビア特命全権大使らが臨席の下、が出席

「サウジアラムコと当社は長年にわたって良好な関係を築いてきました。今回の新補修工場完成が、サウジアラビアのさらなる発展の一助となれば、これほど嬉しいことはありません。当社は今後も貴国への投資を継続し、近い将来には、世界最高効率で信頼性の高いM501JAC形ガスタービンの新たな製造・技術センターを設立することも計画しています。JAC形ガスタービンは、信頼性99.5%で効率は65%に達するという前例のない目標を立てており、ガスタービン1基×蒸気タービン1基で構成するコンバインドサイクル発電では、60Hzで60万kW相当の電力を生み出し、CO2排出量をほぼ70%削減します。」

出力25万kW以上の高効率ガスタービン市場において4,200万kW分の発電設備を納入済みであり、世界No.1の納入実績を誇っているでつ。

 

火力発電・環境技術のグローバルリーディングカンパニーとして、たゆまぬ技術開発を通じて安心・安全な地球環境の構築に貢献する製品、システム、ならびにソリューションを提供していくでつ。

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ③

個々の発電プラントでの運転操作は APS(Automatic Plant Start and Stop)を備え,起動発停止 を行っているでつ。

ただし,一部のプラントではガバナ(調速装置)以外は手動操作にてプラント起動 及び停止を行っているプラントも存在。

自動化,省力化の第一歩としては,この APS 機能の導入であるでつが,この APS においてもプラン トごとの特性があり,設計を同じくするプラントでない限り同一の操作とはならないでつ。

また,同様に 確認項目も一様でない。このような状況においては,個々の発電プラントごとに専属の熟練運転 員が必要となり,プラントの数だけ専門の熟練運転員が必要。

昨今,この熟練運転員の育成・維持が,採用及び教育の両面から難しくなってきていることから 運転操作の共通化による簡略化が必要。

さらに事業環境変化から少人数化の要望も高くなっており,ICT 技術を用いて GTCC 発電プラントの運転集約化が必要。

ナビゲーションシステムは,上記を実現するものとして MHPS が保有する実証発電設備(T地 点)にて開発,検証。

MHPS は DIASYS Netmation®という制御装置を有しており,ガスタービン,蒸気タービン,排熱 回収ボイラといった機器の制御を行うと同時にAPSもお客様に提供。これらの上位系シス テムとしてDIASYS Netmation®にて構築した制御システムを配し,そこにナビゲーションシステムを 搭載することで,複数の発電プラントを同時に予定及び起動/停止進行管理するシステムを実現 。

図3にシステムハードウエア構成概要図を示すでつ。

このようなハードウエア構成とすることで, 発電所側の制御装置の種類に関わらず適用が可能。

更なる機能向上として温度上昇待ち等の進行予測機能などを追加していく予定。

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ②

熟練運転員の育成は,特に 24 時間体制での運営が行われている GTCC 発電プラントでは必 要不可欠であるでつが,そのノウハウ伝承には長期間,体制維持には多大な人件費が必要。

そ うした問題の解消に向け,発電所を多く抱える電力会社では中央制御室の運転・監視集約や熟 練運転員による運転継続よりもプラント安全停止を優先したインターロック(保護装置)の強化が 進んでいるが,調整用予備電力が限られた自家発や卸電力事業者にとってはインバランス料(計 画した需要量と実際の需要量の差分に対し負担する料金)回避のためには運転継続は必須であ り,熟練運転員の育成・維持は必要不可欠。

図1に示す『遠隔監視サービス』を提供して おり,メーカ視点での異常の早期発見を行い,お客様の発電所の稼働率向上を支援。

ま た,近年,ICT 及び AI の普及と進化が急速に進んでおり,運転員の運転・監視業務の負担軽減 の実現に向けた実証を MHPS が保有する実証発電設備(T地点)にて取り組んでいるでつ。

具体的には,遠隔/集約運転(Operation)及び日常対応(運転当直が実施している部分)につ いて,BT(ボイラ・タービン)主任技術者,電気主任技術者を始め,日本では発電所に直接勤務 することが義務付けられる要員以外の集約化及び省力化を持って上記の実現を目指しており,こ れらを実現するためには下記①~⑥に示す手法及びツールが必要。

これらを運用する際の全体構成案を図2に示すでつ。

本構成案により,運転員が実施している日常運用の遠隔化も可能。

① 個々の発電プラント運転操作の共通化 ② 必要なアクションを促す音声告知 ③ 異常の早期自動発見 ④ 有識者によるサポート ⑤ 現場の自動監視/中央操作室での監視 ⑥ 現場の画像・音響等の五感情報の共有 この内,③,④については,先に紹介した『遠隔監視サービス』にて対応可能であり,⑥につい ては,普及と進歩が急速に進んでいる TV 電話会議やウエアラブルといったシステムや機器を用 いることで対応可能と考えるでつ。

本紙では,①,②,⑤を実現する ICT と AI 技術を活用して運転員を多能工化するナビゲーショ ンシステム及び画像・音響による現場監視システムを,通信・セキュリティを含め説明するでつ。

ICT と AI 技術活用による GTCC 運転・監視業務の負担軽減の取り組み ①

熟練運転員の育成・維持及び運転要員の省力化(少人数化)は,GTCC(Gas Turbine Combined Cycle)発電プラントを維持運営していく上で課題となっているでつ。GTCC 発電 プラント運用(給電運用/商用運用)にて熟練運転員が必要とされる個々の発電プラントでの異な る操作,複数プラントでの予定管理,及び五感に頼っている巡回監視について,ICT を用いて運 転員を多能工化するナビゲーションシステム及び AI を用いた画像・音響による現場監視システム を適用することで発電プラント運用における熟練運転員を始めとする省力化(少人数化)につい て説明するでつ。

バイオマスのコンバインド化

ごみ処理施設とバイオマスのコンバインド化は、スーパーごみ発電のバージョンアップ版になるでつなぁ~

スーパーごみ発電は都市ガスを購入するんだけど、こちらはバイオガスなので単純に言えば、燃料費はないに等しくなるでつ。

ダイオキシンバブル時にガス化炉が普及しかけたけど今の時代こそ必要な技術だと思うでつなぁ~

ガス化溶融の溶融部を切り離せばカス化できると思うだけど…

再生可能エネルギーの技術はまだまだ埋もれた技術を活かしていかないといけないでつなぁ~

革新的な“低炭素”石炭火力発電の開発に向けて「大崎クールジェン」実証試験はじまるでつ

 

Jパワー(電源開発)と中国電力が国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業として広島県大崎上島町で行っているでつ。

大崎クールジェンプロジェクトで、実証試験が始まった。

最終目標は、石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC)と二酸化炭素(CO2)の分離・回収技術を組み合わせた革新的な“低炭素”石炭火力発電を実現するでつ。

資源をほとんど持たない日本にとって、エネルギー問題と環境問題の解決に貢献する“夢の技術”。

瀬戸内海のほぼ中央に位置し、山田洋次監督のヒット映画「東京家族」(2013年公開)のロケ地として知られる大崎上島町。

中国電力大崎発電所の敷地の一角(約10万平方メートル)で実証試験は行われているでつ。

実施主体はJパワーと中国電力が共同出資する大崎クールジェン。

実証設備は、石炭ガス化炉、熱回収ボイラー、排熱回収ボイラー、ガスタービン、蒸気タービン、発電機などからなるでつ。

石炭ガス化炉、熱回収ボイラーなどからなる石炭ガス化設備は高さ約80メートルで、ビルの20階ほどに相当する巨大な設備でつ。

実証試験は3段階に分けて実施される。第1段階では、酸素吹石炭ガス化複合発電(IGCC※)の実証試験(16~18年度)を行うでつ。

炉内に酸素を吹き込みながら粉末状の石炭を蒸し焼きにし、一酸化炭素と水素を主成分とする可燃性ガスを生成。

それを精製した燃料ガスを燃やしてガスタービンを回し発電するとともに、ガスの排熱を回収して蒸気を発生させ、蒸気タービンでも発電するでつ。

酸素吹ガス化炉は、従来の石炭火力発電所で利用されてきた瀝青炭と呼ばれる品位の高い石炭に加え、これまで十分利用されてきていない亜瀝青炭というより品位の低い石炭まで広く使用可能。

瀬戸内海のほぼ中央に位置し、山田洋次監督のヒット映画「東京家族」(2013年公開)のロケ地として知られる大崎上島町。

中国電力大崎発電所の敷地の一角(約10万平方メートル)で実証試験は行われているでつ。

実施主体はJパワーと中国電力が共同出資する大崎クールジェン。

実証設備は、石炭ガス化炉、熱回収ボイラー、排熱回収ボイラー、ガスタービン、蒸気タービン、発電機などからなるでつ。

石炭ガス化炉、熱回収ボイラーなどからなる石炭ガス化設備は高さ約80メートルで、ビルの20階ほどに相当する巨大な設備。

実証試験は3段階に分けて実施されるでつ。

第1段階では、酸素吹石炭ガス化複合発電(IGCC)の実証試験(16~18年度)を行うでつ。

炉内に酸素を吹き込みながら粉末状の石炭を蒸し焼きにし、一酸化炭素と水素を主成分とする可燃性ガスを生成。

それを精製した燃料ガスを燃やしてガスタービンを回し発電するとともに、ガスの排熱を回収して蒸気を発生させ、蒸気タービンでも発電するでつ。

酸素吹ガス化炉は、従来の石炭火力発電所で利用されてきた瀝青炭と呼ばれる品位の高い石炭に加え、これまで十分利用されてきていない亜瀝青炭というより

品位の低い石炭まで広く使用可能。

第1段階の酸素吹IGCCの実証試験は今年3月28日から始まっており、1300℃級のガスタービンを用いた実証試験発電所の出力は16万6000キロワット、目標とする発電効率(送電端)は40.5%で、現在5000時間運転の長期耐久試験を実施中。

この目標を達成することで、将来の商用化に際して、液化天然ガス(LNG)火力発電で既に実用化されている1500℃級ガスタービンをIGCCに適用した際には、発電効率(同)が46~48%に達すると想定。

これはガスの温度が上がればガスタービンの燃焼効率が上がり発電効率も上昇するからで、現在開発中の1700℃級のガスタービンを適用することができれば、更なる発電効率の向上も見込めるでつ。

第2段階では、石炭ガス化炉で生成したガスから効率的にCO2を分離・回収する実証試験(19~20年度)を行う計画。

CO2分離・回収設備は、IGCC実証設備の西隣に追設。ガスに水蒸気を加えて一酸化炭素をCO2と水素に転換したうえで、CO2だけを分離・回収。

究極の石炭火力「石炭ガス化燃料電池複合発電」

第3段階では、第2段階までのIGCC、CO2分離・回収設備に燃料電池を組み合わせたIGFCの実証試験(21年度)を行う計画。

おおまかな仕組みは…

 

石炭から生成したガスでガスタービンを回し発電するとともに、ガス排熱などを回収して蒸気を発生させ蒸気タービンでも発電。

ここまではIGCCと同じだが、さらに、CO2分離・回収設備で生成した水素を使って燃料電池でも発電。

ガスタービン、蒸気タービン、燃料電池による高効率なトリプル複合発電を行うのがIGFCだ。商用段階の発電効率は55%以上(送電端)となり、

微粉炭を燃やして発電する現在の一般的な石炭火力(超々臨界圧=USC)を14ポイント以上も上回るでつ。

発電効率に優れたIGFCは環境性能にも優れており、CO2排出量は一般的な石炭火力と比べて約30%減る見込み(燃料電池を付加しないIGCCでも同約15%の削減が期待できるでつ)。

パワーとIGCC開発の歴史

実は、Jパワーは、IGCCとCO2分離・回収の技術開発に10年以上前から取り組んでいるでつ。

同社の若松研究所(北九州市)で2002年度から14年6月まで実施された「EAGLEプロジェクト」がそれで、NEDOとの共同開発事業として行われたでつ。

 

このプロジェクトの実証試験は3段階に分けて実施。最初のステップ1(02~06年度)では、IGCCの心臓部である石炭ガス化炉の開発に取り組んだでつ。

石炭を高効率でガス化し、かつガス化の過程で発生するスラグ(溶融した石炭灰)が炉内でつまることなく安定的に排出されることが目標で、

世界最高レベルの石炭ガス化率82%を実現した「EAGLE石炭ガス化炉」を開発。

EAGLE炉は、炉内に噴出された微粉炭が、旋回流によって長く炉内にとどまるよう工夫されており、これにより高い石炭ガス化率を実現。

さらに、炉には上下2段のバーナ(粉末状の石炭と酸素をガス化炉に送り込むための吹き出し口)があり、上下の酸素供給量を適切に制御することで、

高いガス化効率とスラグ安定排出の双方を実現。

ステップ2(07~09年度)とステップ3(10~13年度)では、CO2分離・回収技術の確立に向けたパイロッ試験が行われたでつ。

ステップ2では、化学反応を利用してCO2を分離・回収する「化学吸収法」の試験を石炭ガス化プラントとして世界で初めて実施し、従来の化学吸収法に比べて約30%のエネルギー削減に成功。

ステップ3では、高圧ガスからCO2を回収するのに適した「物理吸収法」の試験を行った。これは、高温高圧の1500℃級ガスタービンを採用。

次世代CO2分離・回収型IGCCへの適用をにらんでのこと。

EAGLEプロジェクトでのこうした成果が、大崎クールジェンプロジェクトに引き継がれているでつ。

石炭火力のイノベーション

世界の総発電量の4割強は石炭火力で、日本でも約3割が石炭火力となっているでつ。

国際エネルギー機関(IEA)の推計では、2035年の世界の総発電量は人口増加などにより11年と比べて1.7倍に膨らむ。

このうち、石炭火力は発電電力量シェアで33%を占め、引き続き世界最大の電源であり続ける見通し。

石炭は可採埋蔵量が豊富で、価格も低く安定していることがその背景にあるが、一方で石油や天然ガスと比べて燃焼時のCO2排出量が多く、環境負荷が大きいという欠点も抱えているでつ。

世界の電力需要が増大し、その多くを石炭に頼らざるを得ない状況を考えれば、環境負荷が大幅に低減するIGCC、IGFCといった究極の石炭火力発電技術の開発は待ったなしでつ。

ちなみに、米国、中国、インドの既存の石炭火力発電を全てIGCCに置き換えた場合のCO2排出削減効果は約21億トンで、IGFCに置き換えた場合は約28億トンの削減効果があると試算されているでつ。

これは日本の年間総排出量(約14億トン)の実に2倍に相当。

Jパワー火力計画室は「IGCC、IGFCは日本のみならず海外のCO2排出削減にも資する技術」と指摘。

「酸素吹IGCC実証機はさまざまな分野の方々の英知を結集して完成。

日本の多くの技術を集約し、安全で信頼性のある高効率発電システムを実現することが私たちの役割。

実証試験でプロジェクトの成果が試されることになるでつが、プロジェクトに携わる多くの人々のつながりが成功に導くと考えています」と意気込む。

東京都江東区とほぼ同じ広さの風光明媚な町、大崎上島町(約43平方キロメートル)から石炭火力発電のイノベーションが始まるでつ。

石炭ガス化も酸素焚きだと酸素製造装置のコストも問題になるでうtなぁ~

空気焚きはコスト面で有利だけど、有害ガス対策が大変でつなぁ~

石炭ガス化もだけど応用技術の開発も至急やらないといけないでつなぁ~

特にごみのガス化でつなぁ~

消化ガス発電プラントで下水処理場の温室効果ガス排出を削減

全国の県庁所在地規模の都市では、下水汚泥を濃縮して消化タンクに投入し、そこで発生するメタンガスを燃料とする下水汚泥消化ガス発電装置が普及してるでつ。

温室効果がCO2の21倍といわれているメタンガスを回収し、発電に使うことは、地球温暖化防止とエネルギーの無駄を省くという二重の効果がありでつ。

さらに最近の原油高騰で経済効率の面からもそのメリットが見直されているでつ。

より積極的に、メタンガス発生量を増やして経済性を上げることはできないだろうか、という考えもそのひとつ。

茨城県の北部海岸沿いに位置する日立・高萩広域下水道組合の伊師浄化センターでは、これまで発生する消化ガスの20%を熱エネルギーとして回収し、消化槽の加湿に利用するほかは燃焼処理してきたでつ。

そこで、その全てを熱と電気のエネルギーとして回収するコ・ジェネレーション導入を検討。

温室効果ガスの削減が最大の目的でしたが、同時に、いかに採算性を確保するかが大きな課題。

東京都や横浜市など多くの実績で消化ガス発電での実績とタンクや発電機だけでなく、脱硫装置やシャンプーに含まれる

シロキサン(燃えるとシリカになって、エンジン等の機器をいためます)除去装置など周辺装置でも技術を蓄積。

その経験をベースに、イニシャルコストとランニングコストの削減を様々な角度から検討し、消化ガスエンジン発電システムを核とする総合的な運用システムを提案。

特にシロキサン除去設備の設置による安定操業とそれによる約20%の維持管理費の削減が高く評価。

平成16年8月に着工し、平成17年3月末にシステムが完成、運転を開始し、その後順調に稼動を続けているでつ。

新しいシステムにより、計画では、電気使用料は約50%、温室効果ガス排出量は約40%削減できる見通し。

かつては大都市圏の下水処理場で多く採用されてきた消化ガス発電ですが、地方都市の下水処理場にも、地球環境への貢献と経済効果の両立を実現する消化ガス発電するでつ。

また、下水汚泥にほかの廃棄物を混ぜ、ガスの発生量を上げるという研究を進めているでつ。

家庭や外食産業、食品工場などから出る生ごみなど水分の多いバイオマスを下水汚泥と一緒に発酵させて、メタンガスとして回収しようという研究で、すでに実用化の目処が立っているでつ。

可燃ごみとして家庭から出されている生ごみを、分別回収する仕組みの整備や、一般ごみと産業廃棄物をまとめて処理するための法制度の整備など、解決しなければならない課題あるけど、固有の技術を核にして、地域に即したシステムづくりを進めていくでつ。

消化ガスなどのバイオガスは、国際的な取り決めで、その燃焼に伴うCO2の排出は温室効果ガスの対象物質には積算されないでつ。

そして大阪市下水処理場では下水汚泥を減量化する目的で消化(発酵)処理を行っているでつ。

その過程で発生する消化ガス(バイオガス)については、有益な再生可能エネルギーであることから、消化槽の加温やガス発電により有効利用するでつ。

大阪市では、平成19年より津守下水処理場において消化ガス発電PFI事業を行っておるでつが、消化槽を備える大野・海老江・住之江・放出の4処理場では、一部未利用の消化ガスがあったでつ。

そこで、未利用ガスのより一層の活用を図り、再生可能エネルギーの利用拡大並びに環境に配慮した循環型社会の形成に貢献するために、再生可能エネルギーの固定価格買取制度(FIT)を活用した

消化ガス発電事業を行うでつ。

平成27年5月1日に事業者と契約し、施設整備の完了した処理場から順次維持管理・運営を開始し、平成29年4月に4処理場全てにおいて発電を開始したでつ。

廃棄物の利用はまだまだ可能性があるでつなぁ~

でも下水の汚泥のガスってのは、人のお腹のガスでもあるでつなぁ~

この人のガスも回収してとかいう実用化しようって研究はしないのかなぁ~

一発の人のガスがエネルギーになるってのもロマンがあっていいような気がしますなぁ~

お腹のガスの威力で世界新で走るってのもありかなぁ~

ガスタービンもバイオガス対応も必須でつなぁ~

中小型ガスタービンと WEB 性能計算ツール➄

Hシリーズガスタービンは,現在までに計 200 台以上の受注実績があり,その性能,信頼性に 対してお客様より高い評価を得ているでつ。

今後も更なる性能,信頼性向上を図り,お客様の要求を 満たすことが期待されているでつ。

一方,Hシリーズガスタービンを適用した初期検討に関しては, WEB 上の診断プログラムを提供することにより,今後もクライアントへのサポートを継続するでつ。